UNSUR UNSUR BAHAN DAN SIFAT

1.     . Titanium (Ti)

Titanium (Ti) memiliki warna putih kelabu, sifatnya yang kuat seperti baja dan stabil hingga temperature 4000C, tahan korosi dan memiliki berat jenis (ρ) = 4,5 kg/dm3.

Titanium (Ti) digunakan sebagai unsur pemurni pada baja serta sebagai bahan paduan dengan Aluminium dan logam lainnya.

Titanium (Ti) memiliki titik cair 16600C dan kekuatan tarik 470 N/mm2 serta densitas 56 %.

Titanium (Ti) tidak termasuk logam baru walaupun pengembangannya baru dilakukan pada tahun 1949, karena sebenarnya Titanium (Ti) telah terdeteksi sejak tahun 1789 dalam

bentuk Oxide Silicon, karena pengaruh oxygen maka pada saat itu tidak memungkinkan untuk dilakukan extraction, dimana Titanium (Ti) merupakan bagian penting dari Oxygen, namun pada akhirnya ditemukan metoda pemurnian Titanium (Ti) ini melalui pemanasan dengan Carbon dan Clorine, kemudian dengan Magnesium dan denganSodium pada suhu pemanasan antara 8000C hingga 9000C yang menghasilkan Titanium Tetraclorite sebagai produk awal dari Titanium (Ti) yang selanjutnya menggunakan Magnesiumcloride atau

Sodiumcloride.

Proses pencairan dan penuangan Titanium (Ti) kedalam bentuk Ingot memerlukan teknik tersendiri karena proses pemanasan pada Titanium dapat mengikat oxides dari dapur pemanas itu sendiri dimana Titanium cair berhubungan dengan udara (Oxygen) yang merupakan komponen dari proses pencairan tersebut. Titanium cair mengikat electrode yang merupakan larutan Titanium kasar, sedangkan electrode itu sendiri tergantung pada bagian atas dari dapur pemanas, dalam keadaan yang demikian ini gas argon dihembuskan untuk memvacumkan ruangan serta cairan, bersamaan dengan itu dialirkan pula air pendingin.

Dengan demikian serbuk Titanium akan terkumpul dibagian dasar dari dapur pemanas tersebut, selanjutnya setelah membentuk ingot diproses lagi melalui proses tempa (Forging), rolling, drawing atau extrusing. Dapur pemanas ini biasanya berkapasitas sampai 2 Ton. 

2.     . Nickel, Nickolium (Ni)

Nickel, Nickolium merupakan unsur penting yang terdapat pada endapan terak bumi yang biasanya tercamppur dengan bijih tembaga. Oleh kerena itu diperlukan proses pemisahan dan pemurnian dari berbagai unsur yang akan merugikan sifat Nickel tersebut. Dalam beberapa hal Nickel memiliki kesamaan dengan bijih logam yang lain seperti juga besi selalu memiliki sifat-sifat yang buruk seperti titik cair yang rendah kekuatan dan kekerasannya juga rendah, tetapi juga memiliki keunggulan sebagaimana pada Nickel ini ialah ketahanannya terhadap berbagai pengaruh korosi dan dapat mempertahankan sifatnya pada temepratur tinggi. Oleh karena itu Nickel banyak digunakan sebagai pelapis dasar sebelum pelapisan dengan Chromium, dimana Nickel dapat memberikan perlindungan terhadap berbagi pengaruh gangguan korosi pada baja atau logamlogam lainnya.

Bijih Nickel mengandung 2,5 % Nickel yang bercampur bersama-sama unsur lain yang sebagian besar terdiri atas besi dan silica serta hampir 4 % Tembaga dan sedikit Cobalt, Selenium, Tellurium, Silver, Platinum dan Aurum. Sedangkan Tembaga, besi dan Nicel berada pada bijih itu sebagai Sulfida. Setelah proses penambangan bijih itu dipecah dan dilakukan pemisahan dari berbagai unsur yang mengandung batuan yang mengapung. Kemudian sulfide Nickel dan Sulfide Tembaga dipisahkan melalui proses pengapungan. Proses berikutnya ialah pemanggangan Sulfide Nicel untuk menggerakan Sulphur, selanjutnya dituangkan kedalam bejana, untuk selnjutnya dilakukan pemurnian melalui proses oxidasi sebagaimana dalam proses Bessemer dalam pemurnian baja.

Dari proses ini akan diperoleh 48 % Nickel dan 27 % Tembaga. Selanjutnya dipanaskan bersama Sodium Sulfat dengan pemanasan kokas untuk memperoleh larutan Tembaga Nickel dan Sulfide Besi, kemudian dituangkan kedalam ladle untuk dilakukan pemadatan, Selama pendinginan Tembaga dan Sodium mengapung keatas dan ketika terjadi pemadatan Nickel dan Tembaga akan terpisah oleh tiupan atau pemukulan.

Proses pemurnian lajut dilakukan dengan electrolisa dengan terlebih dahulu disinter sehingga berbentuk Briket, atau dapat juga dengan proses ‘carbonil’ jika tresedia cukup daya listrik dimana serbuk Nickel dipanggang untuk menhilangkan sisasisa Sulphur dan Besi kemudian direduksi oleh Hydrogen. Dengan demikian maka oxide logam akan keluar dan membentuk uap, akan terbang dan membentuk gas Nickel carbonil yang kemudian mencair karena pengaruk Carbonmonoxide serta akan mengalir melalui kulit endapan Nickel.

Pemakaian Nickel

Secara komersial Nickel banyak digunakan secara murni terutama untuk peralatan-peralatan yang menuntut ketahanan korosi yang tinggi, seperti peralatan dalam industri makanan , industri kimia, obat-obatan serta peralatan kesehatan, industri petroleum dan lainlain. Nickel dapat dibentuk melalui proses panas maupun dingin, memiliki sifat mampu tempa, mampu mesin dengan pemotong HSS. Dapat dikerjakan dengan Cupping, Drawing, Spining, Swaging, Bending, dan Forming. Penyambungan dapat dilakukan dengan

pengelasan, penyolderan, Brazing dan Welding.

3.     . Timah putih, Tin, Stannum (Sn)

Timah putih, Tin, Stannum (Sn) ialah logam yang berwarna putih mengkilap, sangat lembek dengan titik cair yang rendah yakni 2320C. Logam ini memiliki sifat ketahanan korosi yang tinggi sehingga bnayak digunakan sebagai bahan pelapis pada plat baja, digunakan sebagai kemasan pada berbagai produk makanan karena Timah putih ini sangat tahan terhadap asam buah dan Juice. Fungsi kegunaan yang lain ialah sebagai bahan pelapis pada bantalan luncur serta sebagai unsur paduan pada bahan-bahan yang memiliki titik cair rendah. Timah putih, Tin, Stannum (Sn) paling banyak digunakan sebagai timah pateri serta paduan pada logam-logam bantalan seperti Bronzes dan gunmetal atau ditambahkan sedikit pada paduan Tembaga Seng (Kuningan, Brasses) untuk memperoleh ketahanan korosi.

Timah putih, Tin, Stannum (Sn) diproses dari bijih timah (Tinstone), extracsinya dilakukan melalui pencairan dengan temperature tinggi sehingga timah dapat mengalir keluar dari berbagai unsur pengikatnya.

4.      Seng, Zincum (Zn)

Seng, Zincum (Zn) ialah logam yang berwarna putih kebiruan memiliki titik cair 4190C, sangat lunak dan lembek tetapi akan menjadi rapuh ketika dilakukan pembentukan dengan temperature pengerjaan antara 1000C sampai 1500C tetapi sampai temperature ini masih baik dan mudah untuk dikerjakan. Seng memiliki sifat tahan terhadap korosi sehingga banyak digunakan dalam pelapisan plat  baja sebagai pelindung baja tersebut dari pengaruh gangguan korosi, selain itu Seng juga digunakan sebagai unsur paduan dan sebagai

bahan dasar paduan logam yang dibentuk melalui pengecoran. Sekalipun Seng merupakan bahan yang lembek akan tetapi peranannya sangat penting sekali sebagai salah satu bahan Teknik yang memilki berbagai keunggulan, baik digunakan sebagai bahan pelapis pada baja yang tahan terhadap korosi, misalnya untuk atap bangunan, dinding serta container yang juga harus tahan terhadap pengaruh air dan udara serta serangga dan binatang. Seng juga merupakan unsur paduan untuk bahan pengecoran. Bahan baku Seng adalah Sulfida Carbonate, biasanya berada berdekatan dengan Lead atau Timah Hitam atau kadang-kadang juga dengan Silver.

Konsentrat biasanya dilakukan dengan Grafitasi atau pengapungan.

Proses produksi awal dilakukan dengan mengurangi kadar Asam sulfat yang terkandung pada Oxide Seng melalui penggarangan. Langkah selanjutnya ialah menggunakan satu Thermal untuk menghasilkan penguapan serta kondensat, dari proses ini akan diperolah 1 hingga 2 % Lead yang diketahui sebagai Spelter atau Seng kasar dengan 99,99 % yang akan diproses lanjut dengan cara elektrolisa serta proses penggarangan, dan melalui proses ini bijih Seng akan melarut didalam Asam Sulphuric sesuai dengan kebutuhannya. Proses berikutnya ialah penggarangan agar unsur Carbon bercampur didalam Briket sebelum pemanasan melalui pengolperasian didalam retor Vertical secara Continyu.

5.      Manganese (Mn)

Manganese (Mn) logam yang memiliki titik cair 12600C Unsur Manganese (Mn) ini diperoleh melalui proses reduksi pada bijih Manganese sebagaimana proses yang dilakukan dalam pembuatan baja. Manganese digunakan pada hampir semua jenis baja dan besi tuang sebagai unsur paduan kendati tidak menghasilkan pengaruh yang signifikan dalam memperbaiki sifat baja tetapi tidak berpengaruh buruk karena didalam baja memiliki kandungan unsur Sulphur. Disamping itu Manganese (Mn) merupakan unsur paduan pada Aluminium, Magnesium ,Titanium dan Kuningan.

6.      Chromium (Cr)

Chromium ialah logam berwarna kelabu, sangat keras dengan titik cair yang tinggi yakni 18900C , Chromium diperoleh dari unsur Chromite, yaitu senyawa FeO.Cr2. Unsur Chromite (Fe2 Cr2 06 ) serta Crocoisite (PbCrO4). Chromium memiliki sifat yang keras serta tahan terhadap korosi jika digunakan sebagai unsur paduan pada baja dan besi tuang dan dengan penambahan unsur Nickel maka akan diperoleh sifat baja yang keras dan tahan panas (Heat resistance-Alloy).

7.      Aluminium (Al)

Aluminium ialah logam yang berwarna putih terang dan sangat mengkilap dengan titik cair 6600C sangat tahan terhadap pengaruh Atmosphere juga bersifat electrical dan Thermal Conductor dengan koefisien yang sangat tinggi. Chromium bersifat non magnetic. Secara komersial Aluminium memiliki tingkat kemurnianhingga 99,9 % , dan Aluminium non paduan kekuatan tariknya ialah 60 N/mm2 dan dikembangkan melelui proses pengerjaan dingin dapat ditingkatkan sesuai dengan kebutuhannya hingga 140 N/mm2. Uraian

lebih luas tentang Aluminum dapat dilihat pada uraian tentang Aluminium dan paduannya.

8.      Tembaga, Copper, Cuprum (Cu)

Tembaga ialah salah satu logam penting sebagai bahan Teknik yang pemakaiannya sangat luas baik digunakan dalam keadaan murni maupun dalam bentuk paduan. Tembaga memilki kekuatan Tarik 150 N/mm2 sebagai Tembaga Cor dan dengan proses pengerjaan dingin kekuatan tarik Tembaga dapat ditingkatkan hingga 390 N/mm2 demikian pula dengan angka kekerasannya dimana Tembaga Cor memiliki angka kekerasan 45 HB dan meningkat hingga 90 HB melalui proses pengerjaan dingin, dengan demikian juga akan diperoleh sifat Tembaga yang ulet serta dapat dipertahankan walaupun dilakukan proses perlakuan panas misalnya dengan Tempering (Lihat Heat treatment). Sifat listrik dan sebagai penghantar panas yang baik dari Tembaga (Electrical and Thermal Conductor) Tembaga dan menduduki urutan kedua setelah Silver namun untuk ini Tembaga dipersyaratkan memiliki kemurnian hingga 99,9 %. Salah satu sifat yang baik dari tembaga ini juga adalah ketahanannya terhadap korosi atmospheric bahkan jenis korosi yang lainnya .

Tembaga mudah dibentuk dan disambung melalui penyolderan (Soldering), Brazing dan pengelasan (Welding). Untuk membahas lebih jauh tentang Tembaga ini dapat dilihat pada uraian tentang Tembaga dan paduannya.

9.      Magnesium (Mg)

Magnesium ialah logam yang berwarna putih perak dan sangat mengkilap dengan titik cair 6510C yang dapat digunakan sebagai bahan paduan ringan, sifat dan karakteristiknya sama dengan Aluminium. Perbedaan titik cairnya sangat kecil tetapi sedikit berbeda dengan Aluminium terutama pada permukaannya yang mudah keropos bila terjadi oxidasi dengan udara. Oxid film yang melapisi permukaan Magnesium hanya cukup melindunginya dari pengaruh udara kering, sedangkan udara lembab dengan kandungan unsur garam kekuatan oxid dari Magnesium akan menurun, oleh kerana itu perlindungan dengan cat atau lac (pernis) merupakan metoda dalam melidungi Magnesiumdari pengaruh korosi kelembaban udara.

5. Sifat mampu pemanasan pada Tuangan Aluminium paduan

Dengan penambahan unsur paduan pada Aluminium Paduan seperti unsur Silicon dan berbagai unsur lainnya sudah cukup memberikan fungsi pengerasan. Angka terbesar dari bahan-bahan

paduan pada Aluminium Paduan diperoleh dari unsur Tembaga (Cu) dengan kadar hingga 4 % yang ditambah dengan sedikit unsur Nickel hingga 3 % yang akan menghasilkan media pengerasan dari campuran Ni Al3.

• Perlakuan panas pada Aluminium paduan

Peningkatan Tegangan dengan perlakuan panas

Aluminium Paduan yang memiliki komposisi yang sesuai untuk ditingkatkan kekuatannya, perlakuan panas akan mencairkan bahan ini yang diikuti oleh proses pengendapan (precipitation). Untuk keadaan ini respon bahan terhadap reaksi pemanasan akan ditandai dengan adanya batas larutan padat (Solid solution) didalam larutan tersebut hingga mencapai temperature ruangan yang meningkat sesuai perubahan temperature itu sendiri. Prilaku Tembaga serta cara pemaduannya dengan Aluminium dapat digambarkan dalam diagram keseimbangan (Gambar 1.16) berikut. Dengan hanya 0,2 % Tembaga pada ALuminium akan menghasilkan campuran antar logam Cu Al2.

Larutan padat (solid Solution) dari Tembaga pada Aluminium meningkat sesuai dengan peningkatan Temperaturnya menjangkau maximum hingga 5,7 % pada Temperatur 584 %, akan tetapi jika kandungan unsur Tembaga kurang dari 5,7 % maka seluruhnya akan masuk kedalam larutan padat (solid solution), bila diberikan pemanasan dengan temperature yang cukup tinggi.

Jika Paduan telah berada dalam keseimbangan melalui proses pendinginan, misalnya setelah penuangan, kelebihan unsur tembaga secara berangsur-angsur akan mengendap dari larutan padat kedalam bentuk campuran yang sangat keras dan rapuh Cu Al2 yang berkumpul didalam batas butiran.

Sumber :

Sudjana, Hardí, 2008, Teknik Pengecoran Jilid 1 untuk SMK, Jakarta : Pusat perbukuan Departemen Pendidikan Nasional, h. 26 – 52.

4. Paduan Aluminium mampu perlakuan panas (heat treatable wrought Aluminium Alloy)

Sifat mampu perlakuan panas pada paduan Aluminium ini akan memberikan peluang terhadap bahan ini untuk diberikan peningkatan tegangannya melalui proses perlakuan panas. Tentang prinsip-prinsip perlakuan panas dapat dilihat pada Bab tentang Heat treatment yakni Pengendalian sifat mekanik logam melalui proses perlakuan panas. Proses perlakuan panas pada Aluminium paduan ini dapat dianggap sebagai : Unsur paduan pada Aluminium dengan kadar Tembaga hingga 4 % dengan campuran CuAl2 merupakan paduan dengan dengan medium hardening. Unsur paduan pada Aluminium dengan total paduan hingga 2 % yang etrdiri atas Silicon dan Magnesium, MG2Si merupakan medium hardening.

Variasi unsur paduan pada Aluminium yang terdiri atas Tembaga, Silocon sebagai media hardening. Sifat heatreatable (mampu perlakuan panas) dari paduan Aluminium ini jatuh dalam dua kelompok yakni terjadinya pengerasan secara spontan setelah pembentukan larutan, sedangkan yang lainnya memerlukan proses lanjutan, yakni proses perlakuan panas yang disebut sebagai “precipitation treatment” dengan tujuan untuk memperbaiki sifatnya. Dalam proses ini diperlukan berbagai unsur tambahan seperti unsur yang bersifat meningkatkan kekerasan, ketegangan, misalnya besi dan Seng. Jika Paduan Aluminium ini akan digunakan pada temperature tinggi maka diperlukan unsur Nickel.

• Paduan Aluminium tuangan (Cast Aluminium Alloys)

Jika diperlukan Aluminium Paduan dengan sifat keuletan yang tinggi serta sifat ketahanan terhadap korosi yang tinggi pula maka pada Aluminium yang memiliki kemurnian komersial ditambahkan unsur-unsuar Silicon dan Magnesium, dengan demikian juga akan diperoleh Aluminium paduan yang keras dan kuat dengan paduan yang kompleks. Berdasarkan diagram keseimbangan (Gambar1.15) berikut dimana kita memerlukan keadaan paduan yang sangat cair

dengan kadar Silicon yang lebih besar dari 5 % , dengan demikian berdasarkan diagram tersebut yang mengindikasikanterjadinya komposisi Eutectic berada pada kadar Silicon sebesar 11,6 %, dengan demikian Aluminium paduan ini cocok dibentuk melalui pengecoran dengan cetakan pasir, Grafity die Casting, pressure die Casting dengan cold chamber die Casting. Aluminium paduan dari kelompok ini termasuk dalam kelompok Aluminium paduan yang mampu perlakuan panas untuk meningkatkan kekuatan dan tegangannya.

1. Tembaga dan paduannya

Tembaga digunakan secara luas sebagai salah satu bahan teknik, baik dalam keadaan murni maupun paduan. Tembaga memiliki kekuatan tarik hingga 150 N/mm2 dalam bentuk tembaga tuangan dan dapat ditingkatkan hingga 390 N/mm2 melalui proses pengerjaan dingin dan untuk jenis tuangan aangka kekerasanya hanya mencapai 45 HB namun dapat ditingkatkan menjadi 90 HB melalui pengerjaan dingin, dimana dengan proses pengerjaan dingin ini akan mereduksi keuletan, walaupun demikian keuletannya dapat ditingkatkan melalui proses annealing (lihat proses perlakuan panas) dapat menurunkan angka kekerasan serta tegangannya atau yang disebut proses “temperature” dimana dapat dicapai melalui pengendalian jarak pengerjaan setelah annealing.

Tembaga memiliki sifat thermal dan electrical conduktifitas nomor dua setelah Silver. Tembaga yang digunakan sebagai penghantar listrik banyak digunakan dalam keadaan tingkat kemurnian yang tinggi hingga 99,9 %. Sifat lain dari tembaga ialah sifat ketahanannya terhadap korosi atmospheric serta berbagai serangan media korosi lainnya. Tembaga sangat mudah disambung melalui proses  penyoderan, Brazing serta pengelasan. Tembaga termasuk dalam golongan logam berat dimana memiliki berat jenis 8,9 kg/m3 dengan titik cair 10830C.

Pembuatan tembaga

Unsur dasar tembaga diperoleh dalam bentuk bijih tembaga dengan kadar yang rendah dengan rata-rata kurang dari 4%. Proses pemecahan dan pembubukan dilakukan untuk memisahkan unsur tembaga dari butiran-butiran pengikat melalui pengapungan serta untuk menghilangkan butiran-butiran yang tidak berguna. Butiran-butiran yang mengandung unsur tembaga dipanasakan didalam dapur pemanas untuk melepaskan ikatannya dengan unsur batuan serta persenyawaan dengan unsur sulphide besi. Unsur ini kemudian diolah didalam converter untuk pemisahan besi dan sulphur.