MATERI PEMBELAJARAN 1
1. PENDAHULUAN
Logam Ferro dan Non Ferro :
- logam ferro ( baja karbon, besi tuang, baja paduan )
- logam non ferro ( logam berat, logam ringan, logam mulia )
2. INTI MATERI PEMBELAJARAN 1:
a. Bahan Logam Secara Umum
Logam adalah unsur kimia yang mempunyai sifat-sifat kuat, liat, keras, penghantar listrik dan panas, mengkilap dan umumnya mempunyal titik cair tinggi. Contoh dari logam antara lain, besi, timah putih, tembaga, emas, nikel.
Sebenarnya selain logam ada yang kita sebut dengan istilah bukan logam (non metal) dan unsur meteloid (yang menyerupai logam). Contoh dari unsur yang bukan logam antara lain oksigen, nitrogen, hidrogen,.dan neon. Meteloid seperti karbon, fosfor, silikon, sulfur adalah unsur-unsur yang sifatnya menyerupai sifat-sifat logam. Dari 102 unsur kimia yang telah diketahui, ada 70 unsur yang merupakan logam. Semua unsur-unsur kimia tersebut terdapat pada permukaan bumi.
Logam dapat dibagi dalam beberapa golongan, sebagai berikut:
1. logam berat: besi, nikel;krom, tembaga, timah putih, timah hitam, seng.
2. logam ringan: aluminium, magnesium, titanium, kalsium, kalium, natrium, barium.
3. logam mulia: emas, perak, platina (platinium.)
4. logam refraktori (logam tahan api) : wolfram, molibdenum, titanium, zirkonium.
5. logam radio aktif: uranium, radium.
Logam-logam tersebut kita peroleh dari bahan baku yang disebut bijih yang kemudian diolah menjadi berbagai bentuk dan jenis logam sesuai keperluan. Dewasa ini dengan kemajuan teknologi dan keberagaman proses pengelasan, maka hampir semua jenis logam dapat dilas, namun secara luas hanya sebagian jenis logam saja yang banyak dipakai karena dengan pertimbangan biaya dan tingkat kesulitan proses pengelasannya.
b. Penggunaan Bahan Logam
Dalam penggunaan serta pemakaiannya, logam pada umumnya tidak merupakan logam murni tetapi merupakan senyawa logam atau merupakan paduan yaitu senyawa antara logam dengan logam dan senyawa antara logam dengan meteloid yang mempunyai sifat-sifat logam.
Senyawa antara logam dengan bukan logam tidak mempunyai sifat-sifat logam, antara lain Fe2 03. Contoh paduan logam dengan logam antara lain Cu dengan Zn yang disebut kuningan, Cu dengan Sn disebut perunggu. Contoh paduan logam dengan meteloid antara lain, Fe dengan C yang disebut “fero karbon”, Fe dengan Si yang disebut “fero sifikon”.
Logam-logam dan paduannya merupakan bahan teknik yang penting, umpamanya dipakai untuk konstruksi mesin, kendaraan, jembatan, bangunan, pesawat terbang, dan peralatan rumah tangga. Hubungannya dengan teknik mesin. sifat-sifat logam yang penting adalah sifat mekanis, fisis dan kemis yang menentukan juga pada pemilihan penggunaannya.
Bahan logam ( logam teknik ) yang sering dipakai adalah:
1. baja.
2. aluminium dan paduannya.
3. tembaga dan paduannya.
4. nikel dan paduannya.
5. timah putih dan paduannya.
Selain logam-logam tersebut diatas timah hitam,seng, magnesium, mangan, krom, vanadium dan molibdenum adalah logam-logam yang sering pula dipakai untuk keperluan khusus atau sebagai unsur paduan.
Berikut ini adalah daftar unsur-unsur logam, bukan logam dan meteloid yang umum dipakai dalam keteknikan :
Dari sekian banyak bahan logam, maka baja adalah salah satu jenis logam yang terbanyak dipakai dalam keteknikan, khususnya dalam kaitannya dengan pengelasan.
Baja yang paling banyak dan umum dibuat adalah baja karbon.
Untuk memperoleh baja-baja yang khusus yang mempunyai sifat-sifat tertentu yang diinginkan, maka unsur-unsur lain harus dipadukan ke dalam baja. Hal ini akan memberikan sifat-sifat yang lebih baik pada baja. Sudah barang tentu baja paduan tersebut menjadi lebih mahal karena memerlukan proses-proses lanjutan yang khusus.
Baja karbon biasanya mempunyai kekurangan-kekurangan di antaranya kekerasan baja ini tidak dapat merata atau kemampuan pengerasannya kurang baik. Di samping itu baja mempunyai sifat mekanis yang rendah pada suhu tinggi dan kurang tahan korosi pada lingkungan atmosfer, lingkungan-lingkungan lain atau pada suhu tinggi. Untuk mengurangi masalah tersebut, maka dibuat bermacam-macarn baja paduan yang pada dasarnya adalah memadu baja dengan unsur-unsur paduan lain.
Pengaruh dari beberapa unsur paduan terhadap sifat baja paduan adalah sbb. :
C : Karbon dengan unsur-unsur lain umumnya membentuk karbid kecuali dengan Ni dan Mn. Oleh karena itu dengan unsur pembentuk karbid menentukan banyak karbid dalam baja. Karbid-karbid ini keras tapi getas, tahan goresan dan tahan suhu.
Cr : Khrom menambah kekuatan tarik dan keplastisan, menambah mampu keras, meningkatkan ketahanan terhadap korosi dan tahan suhu tinggi.
W : Membentuk karbid yang keras dan tahan suhu tinggi, banyak digunakan dalam baja perkakas dan baja potong cepat (HSS).
Mo dan W : Menambah kekerasan dan kekuatan terutama pada suhu tinggi, menambah mampu keras.
Mn : Menambah kekuatan, kekerasan dan keuletan.
Si : Menambah kekuatan dan elastisitas, menambah ketahanan terhadap asam pada suhu tinggi dan memperbaiki tahanan listrik.
Ni : Meningkatkan sifat mekanis, keliatan dan mampu keras, mengurangi sifat magnet, tahan asam dan menurunkan koefisien muai.
Dalam pemilihan baja yang ekonomis, baja karbon dapat diambil sebagai bahan pilihan pertama, selama memenuhi persyaratan penggunaan. Baja karbon rendah diperdagangkan dalam bentuk plat, strip, batang atau profil. Baja plat untuk badan kendaraan biasanya diambil yang mengandung 0,05%C. Baja untuk konstruksi jembatan, bangunan dan lain-lain, mengandung 0,15—0,25% C. Baut dan paku keling untuk konstruksi tersebut dan SAE 1020 dan 1035.
Baja karbon medium dipakai untuk bahan alat-alat dan bagian-bagian mesin : baut, poros engkol, batang torak, poros, terbuat dari C 1040 sedangkan roda-roda gigi dan baja yang mengandung karbon 0,55 - 0,83%. Baja karbon tinggi C 1095 banyak dipakai untuk pegas dan perkakas, pahat, bubut, palu, gergaji. Sedang kikir, gergaji, pisau cukur, peluru-peluru dan bantalan peluru terbuat dan baja dengan kadar karbon lebih tinggi lagi (1 — l,5%C).
Baja tahan karat banyak digunakan sehubungan dengan sifatnya tahan terhadap korosi dan reaksi kimia atau reaksi dengan Iingkungan dan tahan terhadap panas.
Ketahanan ini tergantung dan unsur Cr dan unsur-unsur lainnya seperti Ni, V, Mo, Ti dan sebagainya. Baja tahan karat banyak dipakai untuk tangki zat kimia yang korosif, pendingin dan pemanas, turbin, ketel, tungku pemanas, bagian-bagian dalam motor bakar dan alat-alat yang dipakai pada suhu-suhu yang lebih tinggi.
Baja yang mengandung mangan terutama baja mangan banyak dipakai karena sifatnya yang keras dan ulet, karena itu dipakai antara lain untuk mata pemecah pada mesin pernecah batu dan gilingan. Baja ini susah dibubut karena kerasnya, karenanya harus dibentuk dengan pengecoran.
c. Klasifikasi dan Standardisasi Baja
Ada bermacarn-macam klasifikasi dari baja paduan, diantaranya adalah DIN (Deutsche Industrie Norm) Jerman, BS (British Standard) Inggris, ASTM (American Society for Testing and Materials) Amerika, SAE (Society of Automotive Engineers) Amerika, AISI (American Iron and Steel Institute) Amerika dan JIS (Japan Industrial Standard).
Angka-angka pada klasifikasi baja menurut SAE dan AISI sebagian menunjukkan macam dan komposisinya. Angka pertama menunjukkan tipe baja, umpamanya angka 1 menunjukkan baja karbon, 2 menunjukkan baja nikel, 3 menunjukkan baja nikel khrom, dan sebagainya.
Untuk paduan sederhana angka kedua menunjukkan sub-tipe atau prosentase kandungan unsur paduan utarna, umpamanya 0 (nol) menunjukkan unsur karbon yang utama. tak ada unsur paduan lain yang penting (baja karbon biasa), 1 menunjukkan unsur belerang yang utama, 2 menunjukkan unsur pospor yang utama, 3 menunjukkan unsur mangan yang utama, 4 menunjukkan unsur silikon yang utama, dan sebagainya.
Dua angka terakhir menunjukkan prosentase karbon rata-rata dalam 1/100%. Di depan keempat angka tersebut ada huruf yang menyatakan proses pembuatan baja tersebut, yaitu A adalah baja yang dibuat pada tanur perapian terbuka basa, B adàlah baja yang dibuat pada dapur konvertor (Bessemer) asam, C adalah baja yang dibuat pada dapur konvertor (Thomas) basa, D adalah baja yang dibuat pada tanur perapian terbuka asam dan E adalah baja yang dibuat pada tanur listrik. Selain itu dipakai huruf TS yaitu baja yang masih dalam penentuan pilihan.
Sebagai contoh C 1008 adalah tipe baja karbon dengan subtipe baja karbon biasa yang dibuat pada tanur konvertor basa yang mengandung rata-rata 0,08% C.
Ada kalanya huruf B atau BV disisipkan, yaitu untuk menunjukkan golongan baja boron (51 B 60) atau baja boron vanadium (TS43BV12, TS43BV14).
Berikut ini adalah klasifikasi baja :
M a c a m Nomor
Baja karbon: 1XXX
Baja karbon biasa IOXX
Baja “Free machining” 11XX
Baja mangan : 1,75%Mn. 13XX
1—1,65Mn 15XX
Baja nikel : 2XXX
3,5%Ni 23XX
5,0%Ni 25XX
Baja nikel krom : 3XXX
1,25%Ni,0,60%Cr 31X
1,75% Ni, 1,00%Cr 32XX
3,50% Ni, 1,50 % Cr 33XX
Baja molibden: 4XXX
C,Mo 4OXX
Cr,Mo 41XX
Cr, Ni, Mo 43XX
1,75% Ni, Mo 46XX
3,50% Ni, Mo 48XX
Baja Khrom : 5XXX
Cr rendah (0,5% Cr) 5OXX
Cr medium (1,0% Cr) 51XX
Baja krom vanadium : 6XXX
1%Cr 61XX
BajaNi—Cr—Mo : -
0,30% Ni, 0,40% Cr, 0,12% Mo 81XX
0,55% Ni, 0,50% Cr, 0,25% Mo 87XX
3,25% Ni, 1,20% Cr, 0,12%Mo 93XX
Baja silisium — mangan : 9XXX
2%Si 92XX
Baja boron : -
0,0005 % B minimum 14BXX
d. Metode Identifikasi Bahan Logam
Biasanya, seorang pekerja di bidang las dan fabrikasi logam dapat dengan cepat mengidentifikasi jenis logam secara umum melalui pengamatan secara visual atau dengan melakukan tes, walaupun kadangkala elemen utama logam cukup sulit untuk dikenal..
Teknik-teknik yang cukup akurat untuk mengidentifikasi jenis logam adalah dengan “metoda berat jenis”, melalui tes fisik/ mekanik dan pengamatan visual melalui tes “bunga api” (spark test ).
1. Metoda Berat Jenis
Berat jenis ( density ) dan “gaya berat spesifik” ( specific gravity ) dari suatu bahan berkaitan langsung dengan berat bahan itu sendiri.
Gaya berat spesifik adalah berat suatu bahan bila dibandingkan dengan berat air dalam volume yang sama. Misalnya, berat jenis spesifik Aluminium adalah 2,70, maka artinya berat 1 cm3 Aluminium tersebut adalah 2,7 kali berat air dalam volume yang sama (1 cm3 air). Suatu metoda yang cukup mudah menentukan gaya berat spesifik adalah dengan mengukur berat suatu bahan dan dibandingkan dengan kehilangan berat bila dimasukkan ke dalam air
Contoh :
Sepotong bahan nikel beratnya 178 gram (a); kemudian dimasukkan ke dalam air, beratnya menjadi 158 gram (b). Kehilangan berat sebesar 20 gram adalah setara dengan berat air pada volume yang sama. Dengan demikian, gaya berat spesifik dari nikel adalah perbandingan antara 178 dengan 20, yaitu : 8,90.
178 ( ditimbang di udara bebas )
158 ( ditimbang di dalam air )
20 ( selisih )
178 : 20 = 8,90 ( lihat tabel berat jenis )
Jadi : Gaya Berat Spesifik =
Gambar 1 : Tes Gaya Berat Spesifik
2. Tes Fisik / Mekanik
Pengujian/ tes fisik atau mekanik adalah tes yang paling sederhana dalam mengidentifikasi jenis logam. Tes ini hanya dapat memperkirakan kekerasan suatu logam ( membedakan mana logam yang keras dan yang lunak ), sehingga dengan demikian dapat juga diperkirakan jenis logam tersebut secara umum. Oleh karena itu, tes ini biasanya dilakukan oleh orang yang telah memahami jenis-jenis logam dan karakteristiknya ( terutama baja ).
Cara yang biasa dilakukan dalam tes fisik adalah dengan menggores, mengikir, memahat atau memukul dengan benda lain/ palu, sehingga dapat dilihat dan dirasakan tingkat kekerasannya.
Artinya, benda yang tinggi tingkat kekerasannya akan sulit tergores, dikikir, dipahat dan dirusak oleh palu.
3. Tes Bunga Api
Tes bunga api ( spark test ) barangkali merupakan metode yang paling banyak digunakan dalam mengidentifikasi jenis logam.
Tes bunga api dilakukan melalui persepsi (mengartikan/ perkiraan ) pada warna, bentuk, panjang rata-rata, dan gejala bunga api selama tes dilakukan. Tes ini harus dilakukan dengan menggunakan mesin grinda kecepatan tinggi ( high speed power grinder ) dan bahan tes harus selalu digrinda pada posisi horizontal dengan latar belakang gelap.
Secara umum tipe bunga api dari logam adalah : bercabang (dua/ tiga), spt. ujung panah terputus, tajam/runcing, memancar/ aliran, berujung embel-embel, dan garis pendek dengan warna sinar merah, oranye, putih, dan kuning.
ujung panah tajam
bercabang memancar ujung terpecah
bentuk garis ujung berembel-embel
Gambar 2 : Tipe Bunga Api
Baja karbon mempunyai karakteristik bunga api bercabang berwarna kuning dengan bintang berwarna putih di ujungnya. Kandungan karbon dalam baja karbon dapat diperkirakan dari berapa banyak jumlah bintang berwarna putih pada saat pengujian. Sedang besi murni hanya akan kelihatan bunga api bercabang berwarna kuning.
Jika besi dengan unsur paduan tungsten, maka bunga apinya akan berwarna merah terang; dan jika unsur paduannya nikel, maka warna bunga apinya akan tergantung pada jumlah kandungan paduannya, yaitu mulai putih sampai oranye.
Adapun untuk bunga api besi tuang adalah berupa pancaran warna merah dengan sedikit lengkungan-lengkungan berwarna kekuning-kuningan, serta nikel adalah berwarna oranye berbentuk tajam yang pendek berombak.
Besi tuang putih Besi tuang kelabu Besi lunak ( malleable ) Nikel
Gambar 3 :Contoh Bunga Api
Keterangan :
1. Besi tuang putih :
• Pada pangkal bunga api berwarna merah dengan panjang 1/3 bagian dan 2/3 bagian arah ujung berwarna kuning.
• Panjang bunga api ( dengan menggunakan power grinder ) 50 cm.
• Volume sangat sedikit.
2. Besi tuang kelabu :
• Pada pangkal bunga api berwarna merah dengan panjang 1/4 bagian dan 1/2 bagian arah ujung berwarna kuning.
• Panjang bunga api ( dengan menggunakan power grinder ) 65 cm.
• Volume sedikit.
3. Besi lunak ( besi mampu tempa / malleable ) :
• Bunga api berwarna kuning.
• Panjang bunga api ( dengan menggunakan power grinder ) 75 cm.
• Volume sedang.
4. Nikel :
• Bunga api berwarna oranye.
• Panjang bunga api ( dengan menggunakan power grinder ) 25 cm.
• Volume sedang.
No comments:
Post a Comment