Mengapa paduan logam (alloy) umumnya digunakan untuk membuat benda sehari-hari?

Academia.edu no longer supports Internet Explorer.

To browse Academia.edu and the wider internet faster and more securely, please take a few seconds to upgrade your browser.


MATERIAL PABRIKASI BERBAHAN LOGAM DAN PADUANNYA

Disusun oleh:

Nevia Putri (G1F010029)

Amanda Prita (G1F010047)

Nasyiyatul Aisyiyah (G1F010073)

Abstrak

Material teknik dapat dikategorikan menjadi logam dan non logam. Dalam dunia teknik mesin, logam (terutama logam besi atau baja) merupakan material yang paling banyak dipakai, tetapi material-material lain juga tidak dapat diabaikan. Material non logam sering digunakan karena meterial tersebut mempunyai sifat yang khas yang tidak dimiliki oleh material logam. Material-material dalam kelompok logam disusun oleh satu atau lebih unsur logam (misalnya besi, alumunium, tembaga, titanium, emas, dan nikel), dan juga seringkali mengandung unsur non logam (misalnya karbon, nitrogen dan oksigen) dalam jumlah yang relatif kecil. Logam merupakan material yang sering dipakai dalam berbagai aplikasi bidang. Dalam pengembangan menuju industrial estate, penggunaan logam sangat diperlukan. Misalnya dalam bidang kelautan, penggunaan logam sangat diperlukan untuk pembuatan kapal, bangunan lepas pantai, maupun pada pintu bendungan.

Kata kunci: Material teknik, logam, logam murni, logam paduan

Berbagai jenis bahan telah kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam industri. Penggunaannya pun sangat bergantung pada sifat-sifat dari bahan tersebut. Didalam industri manufaktur tidak akan lepas dari dengan satu bidang ilmu teknik yang berhubungan dengan material. Secara umum meterial teknik diklasifikasikan menjadi 2 (dua) golongan yakni logam (metal) dan non logam (non metal). Jika ditinjau dari sudut pandang susunan unsur dasar, logam (metal) dibagi menjadi 2 (dua), yaitu logam murni dan logam alloy (logam paduan). Sedangkan non logam dibagi menjadi 3 (tiga), yaitu keramik, komposit, dan polimer.

Tiga Bahan Material Dasar

Logam adalah unsur kimia yang mempunyai sifat-sifat kuat, liat, keras, penghantar listrik dan panas, serta mempunyai titik cair tinggi. Logam juga merupakan bahan yang dapat ditempa, mengkilat, magnetis, dan dapat dicampur secara homogen dalam berbagai kadar.

Logam dibagi menjadi dua yaitu logam murni yang hanya terdiri dari satu jenis atom, seperti besi (Fe) murni, tembaga (Cu) murni dan  logam paduan (metal alloy) yang terdiri dari dua atau lebih jenis atom dan merupakan campuran dari dua macam logam atau lebih yang dicampur satu sama lain dalam keadaan cair.

Logam murni adalah suatu logam yang memiliki sifat-sifat:

  • kadar kemurnian 99,9%
  • kekuatan tarik rendah
  • titik lebur tinggi
  • daya hantar listrik baik
  • daya tahan terhadap karat baik

Contoh-contoh logam murni adalah emas, timah, seng, dan aluminum. Biasanya kaleng menggunakan aluminium murni, sementara kabel listrik menggunakan tembaga murni.

ALUMINIUM

EMAS

TIMAH
(aplikasi berupa kawat timah)

SENG

Logam paduan (metal alloy) sering digunakan sebagai pengganti logam murni karena pada logam paduan memiliki sifat yang dapat memberikan keuntungan dan kemudahan sebagai material pabrikasi seperti kekerasan pada logam paduan dapat ditingkatkan dari kekerasan logam asalnya, kekuatan tarik dapat diperbesar, daya pemuaian dapat dikurangkan, titik lebur dapat diturunkan atau dinaikkan dibanding logam-logam asalnya. Sifat-sifat tersebut itulah yang tidak dimiliki logam murni sehingga dapat tambahkan unsur logam lainnya untuk mengeluarkan kelebihan-kelebihan dari sifat-sifat tersebut. Material logam dikelompokan menjadi dua yaitu :

1.      Logam Besi (ferrous)

Logam ferro adalah logam besi (Fe). Besi merupakan logam yang penting dalam bidang teknik, tetapi besi murni terlalu lunak dan rapuh sebagai bahan kerja, bahan konstruksi dan lain-lain. Oleh karena itu besi selalu bercampur dengan unsur lain, terutama zat arang atau karbon (C). Logam ferro juga disebut besi karbon atau baja karbon. Bahan dasarnya adalah unsur besi (Fe) dan karbon (C), tetapi sebenarnya juga mengandung unsur lain seperti: silisium, mangan, fosfor, belerang dan sebagainya yang kadarnya relatif rendah. Unsur-unsur dalam campuran itulah yang mempengaruhi sifat-sifat besi atau baja pada umumnya, tetapi unsur zat arang (karbon) yang paling besar pengaruhnya terhadap besi atau baja terutama kekerasannya.

Pembuatan besi atau baja dilakukan dengan mengolah bijih besi di dalam dapur tinggi yang akan menghasilkan besi kasar atau besi mentah. Besi kasar belum dapat digunakan sebagai bahan untuk membuat benda jadi maupun setengah jadi, oleh karena itu, besi kasar itu masih harus diolah kembali di dalam dapur-dapur baja. Logam yang dihasilkan oleh dapur baja itulah yang dikatakan sebagai besi atau baja karbon, yaitu bahan untuk membuat benda jadi maupun setengah jadi. Logam Besi (ferrous) juga terdiri menjadi dua yaitu:

a.      Baja (steel)

Baja adalah logam paduan antara besi (Fe) dan karbon (C), dimana besi sebagai unsur dasar dan karbon sebagai unsur paduan utamanya. Kandungan karbon dalam baja kurang dari 1,4% berat sesuai grade-nya. Dalam proses pembuatan baja akan terdapat unsur-unsur lain selain karbon yang akan tertinggal dalam baja seperti mangan (Mn), silikon (Si), Kromium (Cr), vanadium (V), dan unsur lainnya. Dalam hal aplikasi, baja sering digunakan sebagai bahan baku untuk alat-alat perkakas, alat-alat pertanian, komponen-komponen otomotif, kebutuhan rumah tangga, dan lain-lain. Menurut ASM handbook vol 1:139 (1993), baja dapat diklasifikasikan berdasarkan komposisi kimianya seperti kadar karbon dan paduan yang digunakan. Berikut merupakan klasifikasi baja berdasarkan komposisi kimianya :

  •  Baja Karbon (Carbon Steel)

Baja paduan rendah terdiri dari dari besi dan karbon. Karbon merupakan unsur pengeras besi yang efektif dan murah. Oleh karena itu, pada umumnya sebagian besar baja hanya mengandung karbon dengan sedikit unsur paduan lainnya. Perbedaan persentase kandungan karbon dalam campuran logam baja menjadi salah satu pengklasifikasian baja. Berdasarkan kandungan karbon, baja paduan rendah dibagi menjadi tiga macam, yaitu:

  • Baja karbon rendah (Low Carbon Steel)

Baja karbon rendah adalah baja yang mengandung karbon kurang dari 0,25% C, serta struktur mikronya terdiri atas ferit dan perlit. Dibandingkan dengan jenis baja lainnya, baja karbon rendah merupakan jenis baja yang diproduksi dalam jumlah terbesar. Baja kabon rendah merupakan baja yang paling murah diproduksi diantara semua karbon, midah dimachining dan dilas, serta keuletan dan ketangguhannya sangat tinggi tetapi kekerasannya rendah dan tahan aus. Sehingga pada penggunaannya, baja jenis ini dapat digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan komponen bodi mobil, struktur bangunan, pipa gedung, jembatan, kaleng, pagar, dan lain-lain.

  • Baja karbon menengah (Medium Carbon Steel)

Baja karbon menengah adalah baja yang mengandung karbon 0,25% C-0,6% C. Baja karbon menengah memiliki kelebihan jika dibandingkan dengan baja karbon rendah, kekuatan tarik dan batas regang yang tinggi, tidak mudah dibentuk oleh mesin, lebih sulit dilakukan untuk pengelasan, dan dapat dikeraskan (quenching) dengan baik. Baja ini lebih kuat daripada baja karbon rendah, tetapi memiliki keuletan dan ketangguhan yang lebih rendah, serta dapat diberi perlakuan panas untuk meningkatkan kekuatannya. Baja karbon menengah banyak digunakan untuk poros, rel kereta api, roda gigi, pegas, baut, komponen mesin yang membutuhkan kekuatan tinggi, dan lain-lain.

  • Baja karbon tinggi (High Carbon Steel)

Baja karbon tinggi adalah baja yang mengandung karbon 0,6% C-1,4% C dan memiliki tahan panas yang tinggi, kekerasan tinggi, namun keuletannya lebih rendah. Biji karbon tinggi memiliki kuat tarik paling tinggi dan banyak digunakan untuk material tools. Salah satu aplikasi dari baja ini adalah dalam pembuatan kawat baja dan kabel baja. Berdasarkan jumlah karbon yang terkandung didalam baja maka baja karbon ini digunakan dalam pembuatan pegas dan alat-alat perkakas seperti palu, gergaji atau pahat potong. Selain itu, baja jenis ini banyak digunakan untuk keperluan industri lain seperti pembuatan kikir, pisau, mata gergaji, cetakan, pisau, dan pegas.

Contoh aplikasi dalam industri

CUP BRUSHES KNOT
(untuk menghilangkan kotoran yang melekat pada permukaan logam yang sudah sangat berat dan awet dalam pemakaian)

PISAU ZIG ZAG
Pisau ini banyak di gunakan pada industri farmasi

  • Baja Paduan (Alloy Steel)

Menurut Amanto, 1999, baja paduan didefinisikan sebagai suatu baja yang dicampur dengan satu atau lebih unsur campuran seperti nikel, mangan, molibdenum, kromium, vanadium, dan wolfram yang berguna untuk memperoleh sifat-sifat baja yang dikehendaki seperti sifat kekuatan, kekerasan, dan keuletannya. Paduan dari beberapa unsur yang berbeda memberikan sifat khas pada baja. Misalnya baja yang dipadu dengan Ni dan Cr akan menghasilkan baja yang mempunyai sifat keras dan ulet. Berdasarkan kadar paduannya baja paduan dibagi menjadi tiga macam, yaitu:

  • Baja paduan rendah (Low Alloy Steel)

Baja paduan rendah merupakan baja paduan yang elemen paduannya kurang dari 2,5% wt misalnya unsur Cr, Mn, S, Si, P, dan lain-lain.

  • Baja paduan menengah (Medium Alloy Steel)

Baja paduan menengah merupakan baja paduan yang elemen paduannya 2,5%-10% wt misalnya unsur Cr, Mn, S, Si, P, dan lain-lain.

  • Baja paduan tinggi (High Alloy Steel)

Baja paduan menengah merupakan baja paduan yang elemen paduannya lebih dari 10% wt misalnya unsur Cr, Mn, S, Si, P, dan lain-lain.

Menurut Amstead, 1993 secara umumnya, baja paduan memiliki sifat yang unggul daripada baja karbon biasa, diantaranya:

  1. Keuletan yang tinggi tanpa pengurangan kekuatan tarik.
  2. Tahan terhadap korosi dan keausan yang tergantung dari jenis paduannya.
  3. Tahan terhadap perubahan suhu, ini berarti bahwa sifat fisisnya tidak banyak berubah.
  4.  Memiliki butiran halus dan homogen.

Contoh aplikasi dalam industri

RESISTANCE TEMPERATURE DETECTOR
(untuk menentukan nilai atau besaran suatu temperatur/suhu dengan menggunakan elemen sensitif dari kawat platina, tembaga, atau nikel murni, yang memberikan nilai tahanan yang terbatas untuk masing-masing temperatur didalam kisaran suhunya)

MESIN EKSTRAK VACUUM EVAPORATOR MULTI EFFECT
(untuk pennang proses Ekstraksi dan pengkonsentrasian cairan dalam farmasi, kimia, makanan, susu produk industri, terutama yang berlaku untuk berkonsentrasi obat termal di bawah system vakum dan suhu rendah)

b.      Besi Cor (cast iron)

Besi cor merupakan paduan Besi-Karbon dengan kandungan C 3-4,5%. Paduan ini memiliki sifat mampu cor yang sangat baik namun memiliki elongasi yang relatif rendah. Oleh karenanya proses pengerjaan bahan ini tidak dapat dilakukan melalui proses pembentukan, melainkan melalui proses pemotongan (pemesinan) maupun pengecoran. Dari warna patahan, dapat dibedakan 3 jenis besi cor yaitu Besi Cor Putih yang terdiri dari struktur ledeburit (coran keras), struktur campuran antara perlit dengan ledeburit yang disebut Besi Cor Meliert dan struktur perlit dan atau ferit serta ledeburit masih terdapat sejumlah unsur karbon dalam bentuk koloni grafit yang disebut Besi Cor Kelabu. Jenis dari ketiga besi cor tersebut sangat tergantung dari kandungan dan komposisi antara C dan Si serta laju pendinginannya, dimana laju pendinginan yang tinggi akan menghasilkan struktur besi cor putih sedangkan laju pendinginan yang lambat akan menghasilkan pembekuan kelabu. Contoh material berbahan cast iron :

CAST IRON CENTRIFUGAL PUMP
(Pompa yang biasa digunakan pada industri minyak bumi, sebagian besar pompa yang digunakan dalam fasilitas gathering station, suatu unit pengumpul fluida dari sumur produksi sebelum diolah/dipasarkan)

2.      Logam Non Besi (Non Ferrous)

Logam non ferro atau logam bukan besi adalah logam yang tidak mengandung unsur besi (Fe). Logam non ferro murni kebanyakan tidak digunakan begitu saja tanpa dipadukan dengan logam lain, karena biasanya sifat-sifatnya belum memenuhi syarat yang diinginkan. Kecuali logam non ferro murni, platina, emas dan perak tidak dipadukan karena sudah memiliki sifat yang baik, misalnya ketahanan kimia dan daya hantar listrik yang baik serta cukup kuat, sehingga dapat digunakan dalam keadaan murni. Tetapi karena harganya mahal, ketiga jenis logam ini hanya digunakan untuk keperluan khusus. Misalnya dalam teknik proses dan laboratorium di samping keperluan tertentu seperti perhiasan dan sejenisnya.

Logam non fero juga digunakan untuk campuran besi atau baja dengan tujuan memperbaiki sifat-sifat baja. Dari jenis logam non ferro berat yang sering digunakan uintuk paduan baja antara lain, nikel, kromium, molebdenum, wollfram dan sebagainya. Sedangkan dari logam non ferro ringan antara lain: magnesium, titanium, kalsium dan sebagainya.

Molibdenum

Magnesium

Titanium

Nikel

Wolfram

Referensi

Amanto, Hari, dan Daryanto. 1999. Ilmu Bahan Cetakan Kedua. PT. Bumi Aksara. Jakarta.

Amstead, dkk. 1993. Teknologi Mekanik Jilid II. Erlangga. Jakarta.

Anonim.1993. ASM Handbook Volume 1: Properties and Selection: Irons, Steels, and   High-Performance Alloys. ASM International.

Kurniawan, Dhadhang W., dan Sulaiman, Teuku N.S., 2012, Teknologi Sediaan Farmasi, Laboratorium Farmasetika UNSOED, Purwokerto.