Material Teknik dan Aplikasinya

Paduan Alumunium

Ø      Karateristiknya :

1. Alumunium merupakan logam ringan yang mempunyai sifat ketahanan korosi yang baik.
2. Alumunium jika dipadukan dengan Cu, Mg, Si, Mn, dan Ni akan memberikan sifat-sifat seperti ketahanan aus, koefisien muai rendah dan sebagainya.
3. Alumunium juga memiliki kekuatan mekanik yang tinggi, ductil, tahan korosi dan dapat dilas.
4. Memiliki kemurnian Al(%) 99,996>99,0
5. Kekuatan Tarik (kg/mm²) 4,9 11,6 9,3 1 6,9
6. Kekuatan Mulur (0,2) (kg/mm²) 1,3 11,0 3,5 1 4,8

Paduan Al

•         Al yang dikeraskan dengan campuran Al, Cu, Si, Mg. Campuran ini dikerjakan secara panas (heat threatment) puncak kekerasan antara 36 – 48 jam, digunakan pada bangunan pesawat-pesawat terbang. Sebab selain kekerasannya juga diperlukan keringanannya.

•         Duralumin / Dural, Aluminium Alloy yang kemampuan dukung ( tensile strenght) ditingkatkan dengan mencampur 2,2 – 5,2 % C, hingga 1,75%Mg serta bahan bahan liar lainnya. Digunakan dalam bangunan bangunan enginering, konstruksi bangunan pesawat terbang, plat dan paku keling.

•         Silumin, Aluminium Alloy ini merupakan paduan Al dan 8 – 14%Si, selain bisa dituang dengan baik, silumin pun ringan dan tahan korosi. Dalam praktik, silumin dipakai sebagai piston pada reciprocating engines.

Paduan Magnesium

q     Karateristiknya :

1. Pada sifat mekanik magnesium terutama memiliki kekuatan tarik  yang sangat rendah.oleh karena itu magnesium asli tidak dibuat dalam teknik.
2. Paduan magnesium ini memiliki sifat mekanik yang lebih baik dan banyak digunakan.
3. Unsur-unsur paduan dasar magnesium adalah alumunium, seng, dan mangan.
4. Penambahan 0,1-0,5 % meningkatkan ketahanan korosi.
5. Penambahan sedikit cerium, Zirconium, dan baryllium dapat membuat struktur butir  yang halus dan meningkatkan ductility dan tahan oksidasi pada peningkatan  suhu.
6. Pada suhu tinggi magnesium terbakar di udara dan bereaksi dengan nitrogen menghasilkan nitrida, Mg3N2.

q     Aplikasinya

1. Magnesium merupakan logam ulet perak-putih 40 % lebih ringan dari alumunium.Ini merupakan tambahan paduan penting dalam banyak aplikasi metalorgi.
2. Di dalam paduan alumunium-magnesium untuk membuat koin baru dari india
3. Paduannya dengan alumunium yag bersifat ringan dan kuat juga digunakan sebagai bahan struktural dalam mobil dan pesawat.

Paduan Tembaga

Pada umumnya tembaga itu mempunyai sifat-sifat tahan karat  non asam, mampu mengalirkan panas serta listrik dengan baik.

Dibedakan menjadi 2 yaitu :

1. Logam paduan pertama yaitu Perunggu yang merupakan paduan dari tembaga-timah yang biasanya digunakan untuk peralatan dapur, alat-alat musik, dan barang-barang kerajinan.
2. Logam kedua, Kuningan yakni paduan tembaga-seng.Seng merupakan faktor tambahan untuk menghasilkan logam yang lebih kuat,keras,dan lebih sukar ditempa ketimbang hanya tembaga murni.

Paduan Tembaga

•         Tembaga paduan sepertihalnya kuningan ( paduan Cu dengan lebih kurang sama dengan 39%Zn) mempunyai duktiliti yang tinggi. Sedangkan paduan  Cu lebih besar 39%Zn tampak brittle.

•         Kuningan yang dipadu dengan Mn dan Fe mempunyai kekuatan yang lebih tinggi, mempunyai sifat mampu tuang yang baik.

•         Tembaga yang dipadu dengan Ni ( hingga 67% ) disebut monel. Monel berwarna putih, tahan korosi, mempunyai kekerasan hingga 60 Kg/mm2. aplikasinya sebagai  liontin monel

•         Tembaga yang dipadu dengan Si mempunyai sifat-sifat duktiliti yang lebih tinggi, tahan gesek, tahan korosi, serta mempunyai kemampuan tuang atau las yang baik. Dipakai untuk membuat mur-mur, baut-baut, plat-plat ketel.

•         Paduan antara Cu dengan berrilyum ( Be ) mempunyai duktiliti yang tinggi serta tahan gesek, dipakai sebagai pembuatan pegas serta pelapis tahan gesek.

•         Paduan Cu + Sn + P disebut phospor bronze, disamping tahan lelah , juga mudah dituang.Dipakai sebagai bahan pegas tuang yang tahan beban dinamis.

Supperalloy

•         Tahan panas dan tahan suhu tinggi

•         Aplikasi: mesin jet, turbin gas, mesin roket, pekakas, dies, industri nuklir, kimia dan petrokimia

•         Jenis superalloy

•         Superalloy besi base: 32-67%Fe, 15-22%Cr, 9-38%Ni

–        Superalloy kobalt base: 35-65%Co, 19-30%Cr, 35%Ni

–        Superalloy nikel base: 38-76%Ni, 27%Cr, 20%Co.

Nikel & paduan nikel

•         Sifat paduan nikel

–        Kuat

–        Getas

–        Tahan korosi pada suhu tinggi

•         Elemen pemadu nikel: Cr, Co, Mo dan Cu

•         Paduan nikel base = superalloy

•         Paduan nikel tembaga = monel

•         Paduan nikel krom = inconel

•         Paduan nikel krom molybdenum = hastelloy

•         Paduan nikel kron besi = nichrome

•         Paduan nikel besi = invar

Babbit

•         Babbit adalah campuran Sn sebagi bahan utama dengan Pb, Sb dan Cu. Bahan ini digunakan untuk melapisi bearing. Bearing ini mempunyai titik lebur 3000C serta mempunyai sifat ikatan yang baik dengan logam yang dilapisi.

•          

•         Sifat utama  bahan anti friction :

•         cukup keras

•         menahan minyak lumas

•         mempunyai duktiliti yang baik

•         koefisien geseknya kecil

•          

•         Ditinjau dari bahan dasarnya, babbit dibedakan :

•          Tin babbit alloys

•         Sebagai contoh 10-12 %Sb, 5,5-6,5 %Cu, dan sisanya Sn. Bahan ini mempunyai titik lebur pada 180-190oC. Serta tahan terhadap beban maupun kecepatan yang besar. Bahan ini dipakai pada tubine blades.

•          Paduan lead babbit

•         Paduan ini jauh lebih murah dari pada tin babbit alloy sebagai contoh paduan 15% Sb, 10 %Sn dan sisanya Pb. Benda ini tahan pada beban serta kecepatan besar. oleh sebab itu bahan ini bisa digunakan untuk impeller pompa, rotor rotor motor listrik.

Mengenal uji tarik dan sifat-sifat logam

 

Untuk mengetahui sifat-sifat suatu bahan, tentu kita harus mengadakan pengujian terhadap bahan tersebut. Ada empat jenis uji coba yang biasa dilakukan, yaitu uji tarik (tensile test), uji tekan (compression test), uji torsi (torsion test), dan uji geser (shear test). Dalam tulisan ini kita akan membahas tentang uji tarik dan sifat-sifat mekanik logam yang didapatkan dari interpretasi hasil uji tarik.

Uji tarik mungkin adalah cara pengujian bahan yang paling mendasar. Pengujian ini sangat sederhana, tidak mahal dan sudah mengalami standarisasi di seluruh dunia, misalnya di Amerika dengan ASTM E8 dan Jepang dengan JIS 2241. Dengan menarik suatu bahan kita akan segera mengetahui bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap tenaga tarikan dan mengetahui sejauh mana material itu bertambah panjang. Alat eksperimen untuk uji tarik ini harus memiliki cengkeraman (grip) yang kuat dan kekakuan yang tinggi (highly stiff). Brand terkenal untuk alat uji tarik antara lain adalah antara lain adalah Shimadzu, Instron dan Dartec.

1. Mengapa melakukan Uji Tarik?

Banyak hal yang dapat kita pelajari dari hasil uji tarik. Bila kita terus menarik suatu bahan (dalam hal ini suatu logam) sampai putus, kita akan mendapatkan profil tarikan yang lengkap yang berupa kurva seperti digambarkan pada Gbr.1. Kurva ini  menunjukkan hubungan antara gaya tarikan dengan perubahan panjang. Profil ini sangat diperlukan dalam desain yang memakai bahan tersebut.

Gbr.1 Gambaran singkat uji tarik dan datanya

 

Biasanya yang menjadi fokus perhatian adalah kemampuan maksimum bahan tersebut dalam menahan beban. Kemampuan  ini umumnya disebut “Ultimate Tensile Strength” disingkat dengan UTS, dalam bahasa Indonesia disebut tegangan tarik maksimum.

Hukum Hooke (Hooke’s Law)

Untuk hampir semua logam, pada tahap sangat awal dari uji tarik, hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut. Ini disebut daerah linier atau linear zone. Di daerah ini, kurva pertambahan panjang vs beban mengikuti aturan Hooke sebagai berikut: 

rasio tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan

Stress adalah beban dibagi luas penampang bahan dan strain adalah pertambahan panjang dibagi panjang awal bahan

 .

Stress:  σ = F/A           F: gaya tarikan, A: luas penampang

Strain:  ε  = ΔL/L        ΔL: pertambahan panjang, L: panjang awal

Hubungan antara stress dan strain dirumuskan:

E = σ / ε

Untuk memudahkan pembahasan, Gbr.1 kita modifikasi sedikit dari hubungan antara gaya tarikan dan pertambahan panjang menjadi hubungan antara tegangan dan regangan (stress vs strain). Selanjutnya  kita dapatkan Gbr.2, yang merupakan kurva standar ketika melakukan eksperimen uji tarik.  E adalah gradien kurva dalam daerah linier, di mana perbandingan tegangan (σ) dan regangan (ε) selalu tetap. E diberi nama  “Modulus Elastisitas” atau “Young Modulus”. Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan stress seperti ini kerap disingkat kurva SS (SS curve).