Material Teknik
7
PEMILIHAN MATERIAL NON BESI
7.1 PENDAHULUAN
Setelah logam besi dan logam campuran, berikut ini adalah logam struktural yang paling banyak digunakan, yaitu aluminium dan logam campuran titanium. Penggunaannya berasal dari densitasnya yang rendah dan ketahanannya terhadap korosi yang sangat tinggi. Sifat-sifat ini mengijinkan logam-logam tersebut untuk bisa diganti dengan baja struktural dalam beberapa struktur yang memerlukan materi dengan kinerja yang tinggi. Kedua logam campuran bisa diperkuat dengan memberikan logam campuran dan memberikan perlakuan panas untuk menghasilkan kekuatan khusus yang sangat tinggi dan moduli khusus. Bagian-bagian berikutnya disebut dengan kinerja atau faktor efisiensi struktural dan merupakan sifat yang dicari dalam beberapa materi untuk digunakan dalam industri transportasi, khususnya industri pesawat. Jadi, sebagian besar logam campuran dengan aluminium campuran dan logam campuran titanium digunakan dalam industri pesawat dengan aluminium yang didapatkan sekitar 3:1 dibagi dengan titanium untuk biaya. Selain itu, aluminium juga digunakan untuk konduktivitas elektrik dan kemampuan bentuknya yang bagus. Magnesium juga merupakan logam yang sangat tipis, tapi telah menemukan aplikasi struktural yang terbatas (sebagian besar sebagai cetakan) karena kemampuan bentuknya disesuaikan juga permasalahan-permasalahan permasalahan-permasalahan korosi. Tembaga dan nikel mempunyai densitas yang sama seperti besi dan kinerjanya tidak terlalu berbeda dengan baja-baja tersebut. Selain itu, biayanya lebih tinggi daripada baja dan karena itu, tembaga dan nikel, secara ekonomis tidak mengganti baja dalam aplikasi struktural. Aplikasinya tidak didasarkan pada sifat mekanisnya, tapi lebih pada sifat-sifat lain seperti sifat elektrik, korosi, dan sifat pada suhu yang tinggi. Tembaga menemukan aplikasinya yang paling besar dalam bangunan dan industri konstruksi di mana tembaga tersebut akan digunaka sebagai Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
251
Material Teknik
kawat elektrik dan sebagai saluran air yang biasa diminum. Nikel mempunyai aplikasi yang paling besar sebagai elemen logam campuran untuk penggunaan dalam baja stainless dan baja dengan logam campuran rendah. Seperti elemen utama dalam material, logam campuran yang berbasis nikel digunakan untuk ketahanannya terhadap korosi dan kinerjanya pada suhu yang tinggi yang disebut juga dengan superalloy. Berikutnya akan digunakan dalam mesin turbin jet-aircraft yang disubyekkan pada tekanan mekanis yang kuat. Logam dan logam campuran yang telah disebutkan di atas adalah subyek dari bab inikarea logam-logam tersebut paling banyak menggunakan logam non-besi dalam aplikasi mesin. Karena kegunaanya dalam aplikasi struktural, aluminium dan titanium akan dibahas terlebih dahulu. 7.2
ALUMINIUM DAN LOGAM CAMPURAN ALUMINIUM
Usaha untuk mendapatkan atau pemilihan aluminium dan logam campurannya dilakukan dengan menunjukkan penandaan logam untuk pertama kalinya yang diikuti dengan menunjukkan kode bagaimana aluminium dan logam campurannya diproses – beriku berikutny tnyaa ditunju ditunjukka kkann den dengan gan apa yan yangg disebu disebutt den dengan gan pen penan andaa daann sifat. sifat. Karena Karena itu, itu, sebelum melakukan yang laiya, kita harus mempelajari tentang logam campuran dan penand penandaan aan sifat. sifat. Ketik Ketikaa penand penandaan aan baja baja dilaku dilakukan kan oleh oleh Ameri American can Iron and Steel Steel Instit Institute ute (AISI), penandaan aluminium dilakukan oleh Aluminum Association (AA) dan diselesaikan oleh standar America National Standards Institute (ANSI) dalam tabel H35.1. 7.2.1
Penandaan Logam Campuran
Aluminium dan logam campurannya mempunyai penandaan menurut apakah materi-materi tersebut produk tempa atau produk cetak. Sistem penandaan untuk logam campuran yang ditempa ditunjukkan dalam tabel 7-1 dan untuk logam campuran cetak akan ditunjukkan dalam tabel 7-2. 7.2.1a Aluminium dan Logam Campuran Aluminium.
Sistem penandaan dengan empat digit akan dimulai dengan digit pertama yang meunjukkan tambahan logam campuran utama pada aluminium. Digit pertama “1” ditandakan untuk yang tidak mempunyai logam campuran atau aluminium murni dan digit 2 higga 8 ditandakan untuk logam campuran aluminium dengan elemen logam campuran utama yang ditunjukkan dalam tabel 7-1.
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
252
Material Teknik
kawat elektrik dan sebagai saluran air yang biasa diminum. Nikel mempunyai aplikasi yang paling besar sebagai elemen logam campuran untuk penggunaan dalam baja stainless dan baja dengan logam campuran rendah. Seperti elemen utama dalam material, logam campuran yang berbasis nikel digunakan untuk ketahanannya terhadap korosi dan kinerjanya pada suhu yang tinggi yang disebut juga dengan superalloy. Berikutnya akan digunakan dalam mesin turbin jet-aircraft yang disubyekkan pada tekanan mekanis yang kuat. Logam dan logam campuran yang telah disebutkan di atas adalah subyek dari bab inikarea logam-logam tersebut paling banyak menggunakan logam non-besi dalam aplikasi mesin. Karena kegunaanya dalam aplikasi struktural, aluminium dan titanium akan dibahas terlebih dahulu. 7.2
ALUMINIUM DAN LOGAM CAMPURAN ALUMINIUM
Usaha untuk mendapatkan atau pemilihan aluminium dan logam campurannya dilakukan dengan menunjukkan penandaan logam untuk pertama kalinya yang diikuti dengan menunjukkan kode bagaimana aluminium dan logam campurannya diproses – beriku berikutny tnyaa ditunju ditunjukka kkann den dengan gan apa yan yangg disebu disebutt den dengan gan pen penan andaa daann sifat. sifat. Karena Karena itu, itu, sebelum melakukan yang laiya, kita harus mempelajari tentang logam campuran dan penand penandaan aan sifat. sifat. Ketik Ketikaa penand penandaan aan baja baja dilaku dilakukan kan oleh oleh Ameri American can Iron and Steel Steel Instit Institute ute (AISI), penandaan aluminium dilakukan oleh Aluminum Association (AA) dan diselesaikan oleh standar America National Standards Institute (ANSI) dalam tabel H35.1. 7.2.1
Penandaan Logam Campuran
Aluminium dan logam campurannya mempunyai penandaan menurut apakah materi-materi tersebut produk tempa atau produk cetak. Sistem penandaan untuk logam campuran yang ditempa ditunjukkan dalam tabel 7-1 dan untuk logam campuran cetak akan ditunjukkan dalam tabel 7-2. 7.2.1a Aluminium dan Logam Campuran Aluminium.
Sistem penandaan dengan empat digit akan dimulai dengan digit pertama yang meunjukkan tambahan logam campuran utama pada aluminium. Digit pertama “1” ditandakan untuk yang tidak mempunyai logam campuran atau aluminium murni dan digit 2 higga 8 ditandakan untuk logam campuran aluminium dengan elemen logam campuran utama yang ditunjukkan dalam tabel 7-1.
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
252
Material Teknik
Untuk aluminium murni 1XXX logam campuran dengan 99.00 persen kandungan aluminium, dua digit XX yang terakhir dalam penandaan sesuai dengan dua digit setelah titik desimal dalam kandungan aluminium minimum. Jadi, kandungan aluminium minimum akan 99.XX persen, ditunjukkan pada 0.01 persen yang mendekati. X yang pertam pertamaa atau atau digit digit yan yangg kedua kedua dari dari 4 digit digit pen penand andaan aan menunj menunjukk ukkan an bebe beberap rapaa kontro kontroll dari dari komposisi. “0” berarti bahwa di sini tidak akan ada kontrol dari batas ketidakmurnian alami. Digit “1” hingga “9” yang kedua, yang ditandai secara berurutan akan diperlukan, menandakan kontrol atau tambahan kusus dari satu atau lebih ketidakmurnian individu. Tabel 7-1 Penandaan logam campuran aluminium yang ditempa Penandaan
Elemen Logam Campuran Utama
1XXX
Tidak ada, 99.00% min. aluminium
2XXX
Tembaga (Cu)
3XXX
Mangan (Mn)
4XXX
Silikon (Si)
5XXX
Magnesium (Mg)
6XXX
Magnesium dan Silikon
7XXX
Zinc (Zn)
8XXX
Selain elemen-elemen elemen-elemen yang disebutkan di atas
9XXX
Tidak digunakan
Untuk 2XXX hingga 8XXX logam campuran aluminium, dua XX yang terakhir tidak mempuyai arti khusus, tapi hanya menentukan tipe tertentu dari logam campuran dalam kelompok (misalya, elemen logam campuran utama yang sama). “0” untuk X yang pertam pertamaa atau atau digit digit yan yangg ked kedua ua dalam dalam pen penand andaan aan 4 digit digit menen menentuk tukan an logam logam campur campuran an pertam pertamaa dari dari tambah tambahan an logam logam campur campuran an utama utama yan yangg sama sama (dua (dua XX terakh terakhir ir yang yang sama sama). ). “1” hingga “9” digit yang kedua menentukan modifikasi komposisi dari logam campuran yang sebenarnya. AA mengikuti peraturan eksplisit untuk menentukan apakah komposisi yang ditentukan adalah modifikasi dari logam campuran yang dicatat sebelumnya atau seluruhnya merupakan logam campuran baru. Tabel 7-2 Penandaan logam campuran aluminium tuang Penandaan Tambahan Logam Campuran Utama
1XX.Y 2XX.Y 3XX.Y 4XX.Y 5XX.Y
Tidak ada, 99.00% min. aluminium Tembaga (Cu) Si-Mg, Si-Cu, Si-Cu-Mg Silikon (Si) Magnesium (Mg)
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
25
Material Teknik
6XX.Y 7XX.Y 8XX.Y 9XX.Y
Zinc (Zn) Tin (Sn) Elemen-elemen lain dari yang telah disebutkan di atas Tidak digunakan
Untuk menggambarkan sistem penandaan, kita akan meunjuk tabel 7-3 yang menunjukkan aluminium 1XXX tempa yang telah dipilih dan logam campuran 2XXX tempa. Beberapa contoh dari penandan 1XXX adalah 10501, 1150, dan 1350. Ketiga aluminium murni ini mempunyai 99.50 persen kandungan aluminium; 1050 tidak menentukan kontrol pada batas ketidakmurnian natural, 1150 menentukan kombinasi maksimum dari 0.45 persen untuk (Si + Fe), dan 1350 menentukan angka maksimum yang lebih rendah untuk Si dan tambahan boron (B), vanadium (V) dan titanium (Ti). Berikutnya digunakan utamanya sebagai konduktor elektrik. 1100 aluminium minimum mempunyai 99.00 persen aluminium dan angka maksimum yang telah ditentukan dari 0.95 persen untuk (Si + Fe). 1200 aluminium minimum juga mempunyai 99.00 persen tapi mempunyai maksimum 1.00 persen untuk Si + Fe). Beberapa contoh dari penandaan logam campuran aluminium tempa adalah 2017 dan 2117. Dua logam campuran ini mempunyai kandungan logam campuran yang sama dari tembaga, silikon, mangan, dan magnesium – 2117 adalah modifikasi dari 2017 dengan maksimum tambahan 0.25% dari zirconium (Zr) + titanium (Ti). Beberapa contoh lainnya adalah tipe 2X18, dan 2X19. Masing-masing tipe ini mempunyai modifikasi logam campuran (misalnya, setiap tipe mempunyai lebih dari X integer).
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
254
Material Teknik
Tabel 7-3
Beberapa contoh logam campuran dan penandaan UNS untuk aluminium dengan logam campuran tempa yang telah dipilih dan logam campuran 2XXX tempa
Penandaan Golongan Allu miniu m Assoc iation
1050 1100 1200 1150 1350 2017 2117 2018 2218 2618 2219 2319 2419 2519
No. UNS
A91050 A91100 A91200 … A91350 A92017 A92117 A92018 A92218 A92618 A92219 A92319 A92419 A92519
ISO No. R209
Al99.5 Al99.0Cu Al99.0 … F-Al 99.5 AlCu4MgSi AlCu2.5Mg … … … AlCu6Mn … … …
Komposisi wt %
Si
Fe
Cu
Mn
Cr
Ni
Zn
Ga
V
Elemen lain yang telah ditentukan
0.25 0.95(Si+Fe) 1.00(Si+Fe) 0.45(Si+Fe) 0.10 0.20-0.8 0.20-0.8 0.9 0.9 0.10-0.25 0.20 0.20 0.15 0.25
0.40
0.05 0.05-0.20 0.05 0.05-0.20 0.05 3.5-4.5 3.5-4.5 3.5-4.5 3.5-4.5 1.9-2.7 5.8-6.8 5.8-6.8 5.8-6.8 5.3-6.4
0.03 0.05 0.05 0.05 0.01 0.40-1.0 0.40-1.0 0.20 0.20 … 0.20-0.40 0.20-0.40 0.20-0.40 0.10-0.50
… … … … 0.01 0.10 0.10 0.10 0.10 … … … … …
… … … … … … … 1.7-2.3 1.7-2.3 0.9-1.2 … … … …
0.05 0.10 0.10 0.05 0.05 0.25 0.25 0.25 0.25 0.10 0.10 0.10 0.10 0.20
… … … … 0.03 … … … … … … … … …
0.05 … … … … … … … … … 0.05-0.15 0.05-0.15 0.05-0.15 0.05-0.15
… … … … 0.05 B, 0.02 (V+Ti) … 0.25 Zr+Ti … … … 0.10-0.25 Zr 0.10-0.25 Zr 0.10-0.25 Zr 0.10-0.25 Zr
0.40 0.7 0.7 1.0 1.0 0.9-1.3 0.30 0.30 0.18 0.30
Ti
0.03 … 0.05 0.03 … 0.15 … … … 0.04-0.10 0.02-0.10 0.10-0.20 0.02-0.10 0.02-0.10
Elemen lain yang belum ditentukan Masing -masing Total
0.03 0.05 0.05 0.03 0.03 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
255
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
Material Teknik
Tabel 7-3 juga menunjukkan daftar UNS yang ada (Unified Numbering System) kode untuk setiap aluminium atau logam campuran. Masing-masing nomor UNS didahului dengan huruf A (untuk aluminium) seperti yang ditunjukkan dalam tabel 12-1 (ASTM E 527). Lima digit nomor UNS terdiri dari 4 digit penandaan Aluminium Association yang didahului dengan 9. Kode ISO dalam tabel 7-3 sama dengan kode yang telah ditunjukkan untuk aluminium murni dan logam campuran aluminium yan gelah dipilih dengan Organisasi Internasional untuk Standarisasi (ISO). Sistem penandaan ini menentukan tambahan logam campuran utama dan logam campuran sekunder dengan komposisi-komposisinya. 7.2.1b Aluminium tuang dan Logam Campuran Aluminium.
Aluminium tuang dan logam campuran aluminium ditandai dengan tiga digit, XXX. Digit keempat, Y, dipisahkan dengan titik desimal yang menunjukkan komposisi untuk cetakan yang lain atau ingot. Y = 0 menunjukkan komposisi logam campuran untuk cetakan, sedangkan Y = 1 atau 2 menunjukkan komposisi logam
… 0.15 0.15 … 0.10 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
Al, minim um
99.50 99.00 99.00 99.50 99.50 rem rem rem rem rem rem rem rem rem
Material Teknik
Tabel 7-3 juga menunjukkan daftar UNS yang ada (Unified Numbering System) kode untuk setiap aluminium atau logam campuran. Masing-masing nomor UNS didahului dengan huruf A (untuk aluminium) seperti yang ditunjukkan dalam tabel 12-1 (ASTM E 527). Lima digit nomor UNS terdiri dari 4 digit penandaan Aluminium Association yang didahului dengan 9. Kode ISO dalam tabel 7-3 sama dengan kode yang telah ditunjukkan untuk aluminium murni dan logam campuran aluminium yan gelah dipilih dengan Organisasi Internasional untuk Standarisasi (ISO). Sistem penandaan ini menentukan tambahan logam campuran utama dan logam campuran sekunder dengan komposisi-komposisinya. 7.2.1b Aluminium tuang dan Logam Campuran Aluminium.
Aluminium tuang dan logam campuran aluminium ditandai dengan tiga digit, XXX. Digit keempat, Y, dipisahkan dengan titik desimal yang menunjukkan komposisi untuk cetakan yang lain atau ingot. Y = 0 menunjukkan komposisi logam campuran untuk cetakan, sedangkan Y = 1 atau 2 menunjukkan komposisi logam campuran khusus untuk ingot yang mungkin harus dilas ulang oleh pengecoran. Seperti dalam penandaan tempa, yang pertama dari penandaan XXX tiga digit menunjukkan tambahan logam campuran utama dengan “1” yang ditandai untuk aluminium murni atau tidak ada tambahan logam campuran sama sekali. Penandaan 3, 6, 8, dan 9 untuk logam campuran cetak menandakan elemen logam campuran yang berbeda dari yang ada dalam penandaan logam campuran tempa. 3 dalam logam campuran cetak menunjukkan tambahan silikon dengan tembaga dan/atau magnesium, sedangkan 3 dalam logam campuran tempa menunjukkan tambahan mangan. Penandaan 3 dalam logam campuran cetak juga meliputi logam campuran silikonmagnesium yang menunjukkan penandaan 6 dalam logam campuran tempa. Jadi, penandaan 6XXX tidak digunakan dalam logam campuran cetak. 8 dalam logam campuran cetak ditandai secara khusus untuk timah, dan 9 digunakan untuk elemenelemen lainnya. Untuk cetakan aluminium murni atau ingot, dua digit yang terakhir dalam kode tiga digit, 1XX, menentukan makna yang sama seperti dalam logam campuran tempa (misalnya, numeral setelah titik desimal dalam komposisi minimum dari Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
256
Material Teknik
aluminium, seperti dalam 99.XX persen, yang menunjukkan mendekati 0.01 persen). Untuk cetakan logam campuran atau ingot, dua digit yang terakhir dalam tiga digit 2XX hingga 8XX secara arbitrer telah ditentukan untuk menunjukkan tipe-tipe tertentu dari logam campuran dalam family atau kelompok. Beberapa modifikasi pada penandaan logam campuran sebenarnya ditunjukkan dengan awalan huruf kapital pada kode tiga digit dan ditunjukkan secara berurutan dimulai dengan A, B, C, dan seterusnya, tapi yang menggunakan awalan huruf I, O, Q, dan X akan diabaikan; X akan diberikan untuk logam campuran eksperimental. Beberapa contoh penandaan di atas bisa ditemukan dalam tabel 7-4, yang juga menunjukkan nomor UNS yang telah ditandai. Berikutnya akan terdiri dari awal A yang diikuti dengan nomor lima digit, tiga digit menengah akan ada dalam penandaan Aluminium Association (AA) dan digit yang terakhir akan ditulis antara 0, 1, atau 2 yang menunjukkan cetakan atau ingot. Digit yang pertama digunakan untuk modifikasi – 0 akan ditandai untuk logam campuran asli dan 1 hingga 8 untuk modifikasi logam campuran. 7.2.2
Penandaan Suhu
Pemrosesan aluminium dan logam campurannya dikodekan dengan huruf dan nomor dan berikutnya ditunjukkan pada penandaan logam campuran setelah tanda penghubung. Kode huruf dengan nomor-nomor adalah penandaan suhu dan utamanya menunjukkan bagaimana material akan diproses. Meskipun beberapa penandaan tidak bisa digunakan pada semua logam campuran, penandaan suhu umumnya bisa digunakan pada produk tempa dan produk cetak. 7.2.2a Penandaan Suhu Dasar.
Pemrosesan yang tepat ditunjukkan dengan kode-kode huruf sebagai berikut. F, As Fabricated . F seperti
yang ditunjukkan pada beberapa produk yang telah
dipotong dengan cold-working, hot-working, atau proses pencetakan dimana tidak ada kontrol khusus pada kondisi termal atau kekerasan ketahanan akan digunakan. Untuk produk tempa, tidak ada batasan pada suhu-suhu mekanis. O, Annealed . O
diberikan pada produk tempa yang telah dikeraskan untuk
mendapatkan kekerasan yang paling rendah dan untuk mencetak produk yang Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
25
Material Teknik
dikeraskan untuk memperbaiki duktilitas dan stabilitas dimensional. O mungkin diikuti dengan digit dan bukan nol. H, Strain- Hardened (hanya untuk produk tempa). H
menunjukkan beberapa
produk yang telah dikuatkan dengan cold-working atau strain-hardening, dengan atau tanpa perlakuan termal tambahan untuk menghasilkan beberapa pengurangan dalam kekuatan. H selalu diikuti dengan dua digit atau lebih yang menunjukkan pemrosesan dan tingkat cold-working atau strain-hardening. Bagian sistem ini ditunjukkan dalam bagian 8.4.2 dan akan dibahas secara lebih lanjut setelah kodekode huruf. W, Solution Heat -Treated. W menunjukkan
kondisi tidak stabil yang digunakan
hanya untuk logam campuran yang kekuatannya berubah secara natural (secara spontan) di suhu ruangan pada satu periode yang terdiri dari beberapa bulan atau setiap tahun setelah perlakuan penyelesaian. Penandaan memang spesifik ketika periode penyepuhan natural ditunjukkan, contohnya, W ½ h. T, Solution Heat Treated . T diberikan
pada logam campuran yang kekuatannya
stabil dalam beberapa minggu setelah diberi perlakuan penyelesaian. T selalu diikuti dengan satu digit atau lebih. 7.2.2b. Penandaan untuk Tingkat Cold-Work atau Strain-Hardening.
Digit pertama yang diikuti H menunjukkan pemrosesan dan digit yang kedua menunjukkan tingkat cold-work atau strain-hardening dari aluminium atau logam campuran yang didasarkan pada kekuatan ketegangan. Penandaannya adalah sebagai berikut: H1x, Strain Hardened Only.
Digit pertama “1” menandakan produk yang telah
mendapatkan perlakuan strain-hardened untuk mendapatkan kekuatan ketegangan yang diinginkan tanpa perlakuan termal tambahan. Digit yang kedua x menunjukkan tingkat cold-work atau strain-hardening berdasarkan pada kekuatan ketegangan yang kuat.
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
25
Material Teknik
Tabel 7-4
Beberapa contoh penandaan logam campuran dan UNS untuk aluminium tanpa logam campuran dan logam campuran aluminium untuk cetakan dan ingot
Penandaan Golongan Allumi nium Associa tion
No. UNS
100.0 201.0 201.2 A201.0 B201.0 305.0 305.2 A305.0 A305.2
A01001 A02010 A02012 A12010 A22010 A03050 A03052 A13050 A13052
Produk (a)
Ingot S Ingot S S S, P Ingot S, P Ingot
Komposisi wt %
Si
Fe
Cu
Mn
Cr
Ni
Zn
Sn
Ti
0.15 0.10 0.10 0.05 0.05 4.5-5.5 4.5-5.5 4.5-5.5 4.5-5.5
0.6-0.8 0.15 0.10 0.10 0.05 0.6 0.14-0.25 0.20 0.13
0.10 4.0-52 4.0-5.2 4.0-5.0 4.5-5.0 1.0-1.5 1.0-1.5 1.0-1.5 1.0-1.5
… 0.15-0.55 0.10-0.55 0.15-0.35 0.25-0.35 0.10 … 0.10 …
… … … … … 0.25 … … …
… … … … … … … … …
0.05 … … … … 0.35 0.05 0.10 0.05
… … … … … … … … …
… 0.15-0.35 0.15-0.35 0.15-0.35 0.15-0.35 0.25 0.20 0.20 0.20
Elemen lain yang belum ditentukan Masingmasing Total
0.03 0.05 0.05 0.03 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
0.10 0.10 0.10 0.10 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
Al, min (b)
99.00 rem rem rem rem rem rem rem rem
(a) S = Sand Casting, P = Permanent mold, (b) rem = 100.00% minus jumlah semua tambahan logam campuran.
259
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
Material Teknik
H2x, Strain-Hardened and Partially Annealed. Digit
“2” pertama ditandai untuk
beberapa produk yang telah diberi perlakuan strain-hardened lebih dari jumlah yang diinginkan dan kemudian dikurangi dengan kekuatan pada tingkat yang diinginkan pada pengerasan bagian. Digit x yang kedua menunjukkan tingkat penguatan (strain-hardening) setelah produk dikeraskan secara terpisah. H3x, Strain-Hardened and Stabilized. Digit
“3” yang pertama ditandai untuk
beberapa produk yang telah diberi perlakuan strain-hardened dan produk yang mempunyai suhu-suhu mekanis yang distabilkan dengan perlakuan termal dengan suhu rendah atau hasil panas yang ditunjukkan selama fabrikasi. Penadaan ini hanya menggunakan logam-logam campuran tersebut yang, kecuali kalau distabilkan, secara berangsur-angsur akan mengalami penyepuhan pada suhu ruangan. Digit x yang kedua menunjukkan tingakt strain-hardening yang ada setelah stabilisasi. Stabilisasi biasanya memperbaiki duktilitas. Untuk logam campuran yang mengalami penyepuhan pada suhu ruangan setiap suhu H2x mempunyai kekuatan akhir minimum yang sama seperti suhu H3x
Material Teknik
H2x, Strain-Hardened and Partially Annealed. Digit
“2” pertama ditandai untuk
beberapa produk yang telah diberi perlakuan strain-hardened lebih dari jumlah yang diinginkan dan kemudian dikurangi dengan kekuatan pada tingkat yang diinginkan pada pengerasan bagian. Digit x yang kedua menunjukkan tingkat penguatan (strain-hardening) setelah produk dikeraskan secara terpisah. H3x, Strain-Hardened and Stabilized. Digit
“3” yang pertama ditandai untuk
beberapa produk yang telah diberi perlakuan strain-hardened dan produk yang mempunyai suhu-suhu mekanis yang distabilkan dengan perlakuan termal dengan suhu rendah atau hasil panas yang ditunjukkan selama fabrikasi. Penadaan ini hanya menggunakan logam-logam campuran tersebut yang, kecuali kalau distabilkan, secara berangsur-angsur akan mengalami penyepuhan pada suhu ruangan. Digit x yang kedua menunjukkan tingakt strain-hardening yang ada setelah stabilisasi. Stabilisasi biasanya memperbaiki duktilitas. Untuk logam campuran yang mengalami penyepuhan pada suhu ruangan setiap suhu H2x mempunyai kekuatan akhir minimum yang sama seperti suhu H3x dengan digit kedua yang sama. Untuk logam campuran lainnya, setiap suhu H2x mempunyai kekuatan ketegangan akhir minimum yang sama dengan perpanjangan yang lebih panjang seperti H1x dengan digit kedua yang sama. Digit x kedua yang sama dalam penandaan di atas menunjukkan tingkat ketahanan ketika pengerasan dan mungkin ditunjukkan dengan nomor 1 hingga 9. nomor 8 menunjukkan suhu dengan kekuatan ketegangan akhir yang dicapai dengan 75 persen pengurangan dingin dalam area yang diikuti dengan pengerasan penuh dan ditandai dengan kondisi yang benar-benar keras. Suhu pengurangan dingin harusnya tidak melampaui 50°C atau 120°F. Beberapa suhu antara 0 (dikuatkan) dan 8 (benar benar keras) ditandai dengan nomor 1 hingga 7. Suatu material mempunyai kekuatan ketegangan akhir setengan antara kekuatan ketegangan suhu 0 dan 8 yang ditandai dengan nomor 4, pertengahan antara suhu 0 dan 4 dengan nomor 2, dan pertengahan antara 4 dan 8 dengan nomor 6. Nomor 9 menandai suhu yang mempunyai kekuatan ketegangan akhir yang melampaui suhu 8 dengan sekitar 12 MPa (2 ksi) atau lebih. Ketika digit x di atas ganjil, kekuatan ketegangan akhir dari material adalah mean
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
260
Material Teknik
aritmetika dari dua batasan digit genap. Contohnya, kekuatan ketegangan akhir dari H15 akan menjadi mean aritmetika dari kekuatan ketegangan akhir dari H14 dan H16. Untuk logam campuran yang tidak bisa diberi perlakuan cold-reduced untuk mengembangkan kekuatan ketetangan akhir yang bisa digunalan pada suhu 8 (75 persen pengurangan dingin dalam area tertentu setelah penguatan penuh), kekuatan ketegangan suhu 6 kira-kira akan dikembangkan pada 55 persen cold-reduction pada pengerasan penuh, atau kekuatan ketegangan 4 pada 35 persen rata-rata cold reduction, dengan melakukan penguatan penuh. Variasi sistem dua digit yang diikuti H mungkin dilakukan dengan menambahkan digit ketiga (dari 1 hingga 9). Digit ketiga digunakan ketika tingkat kontrol dari suhu atau sifat mekanis berbeda tapi mendekati dua digit penandaan sifat H pada bagian yang ditambahkan, atau ketika beberapa karakteristik secara signifikan telah terpengaruh. Kekuatan ketegangan akhir minimum dari tiga digit sifat H setidaknya dekat dengan dua digit sifat H ketika digit tersebut berdekatan dengan dua digit sifat H. Tiga digit penandaan sifat H berikutnya telah diberikan untuk produk tempa dari semua logam campuran. Hx11
diberikan pada produk yang memberikan ketahanan-kekerasan yang
memadai setelah pengerasan akhir tapi kualitasnya tidak seperti sifat O juga tidak seperti sifat Hx1 di mana prosuk tersebut tidak terlalu banak atau mempunyai jumlah yang sesuai dari ketahanan-kekerasan. H112
diberikan pada produk yang mungkin memerlukan beberapa ketahanan-
kekerasan selama bekerka pada suhu yang ditingkatkan dan untuk waktu bekerja di mana tidak ada batas properti mekanis. Sheet bersusun dan berhias. Tiga
digit sifat H diberikan pada sheet berhias
menurut penandaan standar. 7.2.2c Penandaan untuk Kondisi Perlakuan Panas. W dan T adalah penandaan yang diberikan pada
logam campuran aluminium
tuang yang bisa diberi perlakuan panas (misalnya, logam campuran yang bisa diperkuat dengan perlakuan panas atau pemrosesan termal). W menunjukkan kondisi yang tidak stabil dan biasanya tidak digunakan. Penandaan T yang diikuti dengan Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
261
Material Teknik
nomor dari 1 hingga 10 yang menunjukkan pemrosesan diberikan pada logam campuran tempa atau logam campuran cetak. Penandaan sifat dan keterangan yang jelas dari pemrosesan akan diberikan sebagai berikut: T1, Didinginkan dari Proses Pemotongan dengan Suhu yang ditingkatkan dan Disepuh secara Alami pada Kondisi yang benar-benar Stabil. Penandaan
ini
diberikan pada beberapa produk yang tidak diberi perlakuan cold-worked setelah proses pemotongan dengan suhu yang ditingkatkan seperti pencetakan atau ekstrusi dan untuk sifat-sifat mekanis yang telah distabilkan dengan penyepuhan dengan suhu ruangan. Penandaan ini juga digunakan pada beberapa produk yang diratakan atau diluruskan setelah pendinginan dari proses pemotongan, tapi beberapa pengaruh cold-work akan diberikan dengan cara meratakan atau pelurusan yang tidak ditunjukkan pada batas properti secara khusus. T2, Didinginkan dari Proses Pembantukan dengan Suhu yang ditingkatkan, ColdWorked, dan Disepuh secara Alami pada Kondisi yang benar-benar Stabil.
Penandaan ini diberikan pada produk yang diberi perlakuan cold-worked secara khusus untuk memperbaiki kekuatan setelah didinginkan dari proses hot-working seperti rolling atau ekstrusi dan untuk sifat-sifat mekanis yang telah distabilkan dengan penyepuhan dengan suhu ruangan. Penandaan tersebut juga digunakan pada beberapa produk di mana beberapa pengaruh cold-work diberikan dengan cara meratakan atau meluruskan untuk ditunjukkan pada batas properti secara khusus. T3, Penyelesaian dengan perlakuan panas, Cold-Worked, dan Penyepuhan secara Alami pada Kondisi yang benar-benar Stabil. T3 diberikan pada beberapa produk
yang diberi perlakuan cold-worked secara khusus untuk memperbaiki kekuatan setelah penyelesaian dengan perlakuan panas dan untuk sifat mekanis yang telah distabilkan dengan penyepuhan suhu ruangan. Ini juga digunakan pada beberapa produk di mana pengaruh dari cold-work diberikan dengan cara meratakan atau meluruskan untuk ditunjukkan pada batas properti secara khusus. T4, Penyelesaian dengan perlakuan panas dan Penyepuhan secara Alami pada Kondisi yang benar-benar Stabil . Ini diberikan pada beberapa produk yang diberi
perlakuan cold-work setelah penyelesaian dengan perlakuan panas dan untuk sifatBab 7 – Pemilihan Material Non Besi
262
Material Teknik
sifat mekanis yang telah distabilkan dengan penyepuhan suhu ruangan. Ini juga digunakan pada beberapa produk di mana pengaruh cold-work diberikan dengan cara meratakan atau meluruskan untuk tidak ditunjukkan pada batas-batas properti khusus. T5, Didinginkan dari Proses Pembentukan dengan Suhu yang ditingkatkan dan Penyepuhan Buatan.
Ini diberikan pada beberapa produk yang diberi perlakuan
cold-worked setelah pendinginan dari proses pembentukan dengan suhu yang ditingkatkan, seperti pencetakan atau ekstrusi, dan untuk sifat-sifat mekanis yang telah diperbaiki dengan penyepuhan buatan (misalnya, adanya pengerasan pada beberapa suhu yang lebih tinggi dari suhu ruangan). Ini juga digunakan pada beberapa produk di mana pengaruh cold-worked diberikan dengan cara meratakan atau meluruskan untuk tidak ditunjukkan pada batas sifat khusus. T6, Penyelesaian dengan perlakuan panas dan Penyepuhan Buatan . Ini diberikan
pada beberapa produk yang tidak diberi perlakuan cold-worked setelah penyelesaian dengan perlakuan panas dan untuk sifat-sifat mekanis atau stabilitas dimensional, atau keduanya yang telah benar-benar diperbaiki dengan penyepuhan buatan (misalnya, adanya kekerasan pada suhu yang lebih tinggi dari suhu ruangan). Ini juga digunakan pada beberapa produk di mana pengaruh cold-work diberikan dengan cara meratakan atau meluruskan untuk tidak ditunjukkan pada batas-batas sifat khusus. T7, Penyelesaian dengan perlakuan panas dan Penyelesaian yang telah diratarata dan distabilkan. Ini diberikan pada beberapa produk tempa yang telah diberi
penyepuhan buatan setelah penyelesaian perlakuan panas di luar kekuatan maksimum untuk beberapa ciri-ciri khusus, seperti peningkatan ketahanan pada tekanan-korosi-keretakan atau eksfoliasi. Ini juga diberikan pada beberapa produk cetak yang diberi penyepuhan buatan setelah menyelesaikan perlakuan untuk memberikan stabilitas dimensional dan stabilitas kekuatan. T8, Penyelesaian Perlakuan Panas, Cold-Worked, dan Penyepuhan Buatan. Ini
diberikan pada beberapa produk yang diberi perlakuan cold-work, setelah penyelesaian perlakuan panas, secara khusus untuk memberikan kekuatan, dan untuk sifat-sifat mekanis atau stabilitas dimensional, atau keduanya yang benarBab 7 – Pemilihan Material Non Besi
26
Material Teknik
benar telah diperbaiki dengan penyepuhan buatan. Beberapa pengaruh cold-work, meliputi penbaruh yang diberikan dengan cara meratakan atau meluruskan, untuk ditunjukkan pada batas properti khusus. T9, Penyelesaian Perlakuan Panas, Penyepuhan Buatan, dan Cold-Worked. Ini
diberikan pada beberapa produk yang diberi perlakuan cold-work setelah penyepuhan buatan untuk memperbaiki kekuatan secara khusus. T10, Didinginkan dari Proses Pembentukan dengan Suhu yang ditingkatkan, Cold-Worked, dan Penyepuhan Buatan. Ini diberikan pada beberapa produk yang
diberi perlakuan cold-work secara khusus untuk memperbaiki kekuatan setelah pendinginan dari proses pembentukan dengan suhu yang ditingkatkan, seperti rolling atau ekstrusi, dan untuk sifat-sifat mekanis yang benar-benar telah diperbaiki dengan penyepuhan buatan. Beberapa pengaruh cold-work, meliputi pengaruh yang diberikan dengan meratakan atau meluruskan untuk ditunjukkan pada batas-batas properti khusus. 7.2.2d Tambahan Variasi Sifat T.
Beberapa variasi penandaan sifat T di atas bisa dilakukan dengan menambahkan lebih banyak digit. Beberapa set khusus telah diberikan pada produk produk tempa yang telah dilepaskan dari ketegangan secara mekanis. Untuk beberapa produk yang dilepaskan dari ketegangan dengan pemotongan setelah penyelesaian perlakuan panas atau setelah didinginkan dari proses pembentukan dengan suhu yang ditingkatkan, lihat tabel berikut ini dengan ketegangan permanen, Bentuk Produk
Plat Rod, Bar, Potongan, dan extruded tube Drawn tube Tx51.
Ketegangan Permanen, %
1.5-3 1.0-3 0.5-3
Digit tambahan, 51, diberikan secara khusus untuk memotong plat,
memotong rolled atau cold-finished rod dan bar, memotong die atau tempaan ring, dan memotong rolled ring. Beberapa produk diterima tidak lama setelah pelurusan setelah pemotongan. Tx510. Digit
tambahan, 510, adalah untuk pemotongan extruded rod, bar, shape,
dan tubing, dan untuk drawn tubing. Beberapa produk dalam sifat ini diterima tidak lama setelah pelurusan setelah pemotongan. Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
264
Material Teknik
Tx511.
Digit tambahan yang diberikan pada beberapa produk yang telah
menjalankan pelurusan minor setelah pemotongan untuk memenuhi toleransi standar. Untuk pelepasan ketegangan dengan tekanan,
Tx52 diberikan pada beberapa
produk yang telah dilepaskan dari ketegangan secara mekanis dengan tekanan setelah penyelesaian perlakuan panas atau setelah didinginkan dari proses hot-working untuk menghasilkan ketegangan permanen dari 1 hingga 5 persen. Untuk melepaskan ketegangan dengan mengkombinasikan pemotongan dan tekanan, Tx54 diberikan pada penempaan die yang dilepaskan ketegangannya dengan
memberikan lagi suhu yang dingin untuk die yang sudah selesai. Penandaan sifat juga telah diberikan pada produk-produk tempa yang telah diberi perlakuan panas dari sifat O atau F untuk menunjukkan tanggapan pada perlakuan panas. T42 adalah penandaan yang diberikan pada produk yang telah menjadi penyelesaian dengan perlakuan panas dari sifat O hingga F dan kemudian disepuh seara alami pada kondisi yang benar-benar stabil. T62 adalah penandaan yang diberikan pada produk yang telah menjadi penyelesaian dengan perlakuan panas dari sifat O hingga F dan kemudian diberikan penyepuhan buatan. 7.2.2e Produk-produk yang dikuatkan.
Pada produk-produk yang dikuatkan, digit yang mengikuti huruf O menunjukkan suatu produk dengan ciri-ciri khusus. Contohnya, untuk logam campuran yang bisa diberi perlakuan panas, O1 menunjukkan produk yang telah dikeraskan pada kira-kira waktu yang sama dan suhu yang diperlukan untuk penyelesaian dengan perlakuan panas, dan kemudian didinginkan pada suhu ruangan. Spesifikasi ini digunakan untuk beberapa produk yang harus diproses dengan mesin oleh pengguna sebelumnya pada penyelesaian dengan perlakuan panas. Di sini tidak ada spesifikasi sifat mekanis.
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
26
Material Teknik
7.2.3
Pemilihan dan Aplikasi Logam Campuran Aluminium Tempa dan Logam Campuran Aluminium [2]
Logam campuran aluminium tempa dikelompokkan dalam dua tipe dasar: logam campuran yang tidak bisa diberi perlakuan panas dan logam campuran yang bisa diberi perlakuan panas. Logam campuran yang tidak bisa diberi perlakuan panas meliputi semua jenis golongan aluminium murni dan semua logam campuran lainnya yang mendapatkan kekuatannya dari solid-solution strengthening dan dengan coldwork atau ketegangan pengerasand dari sifat yang kuat. Logam-logam campuran ini meliputi logam campuran 1XXX, 3XXX, 4XXX, dan 5XXX, meskipun beberapa diantaranya ada dalam seri 7XXX dan 8XXX. Beberapa logam campuran yang bisa diberi perlakuan pans adalah logam campuran yang mengandung satu atau lebih elemen tembaga, magnesium, silikon, dan seng yang mempunyai ciri-ciri peningkatan kelarutan dalam aluminium seperti peningkatan suhu dan mempunyai ciri-ciri generik untuk precipitation hardening yang dibahas dalam bab 9. Logam-logam ini meliputi logam campuran 2XXX, 6XXX, dan 7XXX, meskipun beberapa diantaranya juga ada dalam seri 4XXX dan 5XXX di mana kombinasi elemen-elemen di atas akan ditunjukkan. Tabel 7-5 dan 7-6 menunjukkan kompoisi khusus dari logam campuran yang bisa diberi perlakuan panas dan tidak bisa diberi perlakuan panas yang paling umum, sedangkan tabel 7-7 menunjukkan sifat-sifat dan aplikasi mekanis umum dari kedua kelompok logam campuran. 7.2.3a Logam Campuran yang Tidak Bisa diberi Perlakuan Panas.
Logam-logam campuran ini menunjukkan hasil kekuatan dan kekuatan ketegangan yang sangat rendah dalam bagian yang kuat (O) dan karena itu bisa dibentuk dengan mudah (bisa diproses) dengan beberapa bentuk yang berbeda. Logam Campuran 1XXX. 99.00
persen aluminium atau aluminium yang lebih
murni mempunyai beberapa aplikasi, khususnya dalam industri elektrik dan kimia ini. Golongan-golongan ini dicirikan dengan ketahanan korosinya yang luar biasa, konduktivitas termal dan elektrik yang tinggi, sifat-sifat mekanis yang rendah, dan kemampuan untuk dikerjakan yang luar biasa. Beberapa penggunaan khusus Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
266
Material Teknik
meliputi: perangkat kimia, reflektor, perubah panas, konduktor elektrik dan kapasitor, timah pengemas, aplikasi arsitektural, dan hiasan dekoratif. Salah satu aplikasi yang penting dari aluminimum murni adalah sebagai materi pelapis, untuk memperbaiki ketahanan terhadap korosi dari logam campuran yang bisa diberi perlakuan pans, atau untuk memperbaiki ciri-ciri penyelesaian dari logam campuran lain yang tidak bisa diberi perlakuan panas. 1350 telah dikembangkan menurut tujuannya sebagai konduktor listrik. Logam Campuran 3XX. Mangan
adalah elemen logam campuran utama dari
kelompok ini. Logam-logam campuran ini mempunyai sekitar 20 persen lebih kuat dari logam campuran 1XX sebagai hasil penyebaran dan solid solution hardening. Kandungan mangan dalam logam-logam campuran ini dibatasi pada sekitar 1.5 ersen dari beberapa logam campuran yang mengandung magnesium sebagai elemen tambahan. Logam campuran 3003, 3004, dan 3150 digunakan sebagai logam campuran yang mempunyai tujuan umnum untuk aplikasi dengan kekuatan menengah yang memerlukan kemudahan pengolahan yang baik. Aplikasi-aplikasi ini meliputi kaleng minuman ringan, peralatan memasak, perubah panas, tangki penyimpanan, tenda rumah, mebel, tanda-tanda jalan raya, bahan atap, rel langsir, atau aplikas arsitektural lainnya. Logam-logam tersebut merupakan logam-logam campuran yang paling banyak digunakan, tonnage wise. Logam Campuran 4XXX. Silikon adalah elemen logam campuran utama dan bisa
ditambahakan dalam jumlah yang besar (hingga 12 persen) agar bisa menyebabkan penurunan yang sesuai dari serangkaian pengelasan tanpa menimbulkan kerapuhan. Untuk alasan ini, penggunaan utama dari logam campuran aluminium-silikon ini adalah sebagai kawat pengelasan dan logam campuran brazing pada sambungan logam campuran aluminium. Jadi, logamlogam campuran tersebut tidak dicirikan dengan sifat-sifat mekanisnya dan diabaikan dalam tabel 7-7. Logam-logam tersebut secara normal tidak bisa diberi perlakuan panas, tapi, ketika digunakan untuk mengelas logam campuran yang bisa diberi perlakuan panas, yang akan meningkatkan beberapa unsur pokok logam campuran dari logam campuran yang bisa diberi perlakuan pans dan akan memberikan tanggapan pada perlakuan panas pada peningkatan yang dibatasi. Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
26
Material Teknik
Logam campuran mengandung jumlah yang bisa diapresiasikan dari silikon yang akan menjadi abu-abu gelap pada charcoal ketika permukaan dianodisasi dan karena itu menjadi tuntutan yang besar untuk aplikasi arsitektural. Logam campuran 4032 bisa diberi perlakuan panas, mempunyai ketahanan terhadap penggunaan yang rendah, dan digunakan untuk menghasilkan piston mesin yang ditempa. Logam Campuran 5XXX. Magnesium
adalah elemen logam campuran dengan
beberapa mangan untuk menghasilkan logam campuran dengan kekuatan menengah hingga tinggi yang bisa diberi perlakuan cold-work atau pengerasan ketegangan. Magnesium bisa dianggap lebih efektif sebagai pengeras dan bisa ditambahkan pada jumlah yang lebih besar. Logam-logam campuran ini dikembangkan sebagari “marine alloy” yang bisa tahan terhadap lingkungan laut yang asin dan logam-logam tersebut juga menunjukkan kemampuan pengelasan yang baik. Untuk logam campuran magnesium yang tinggi, beberapa batasan tertentu akan ditentukan pada jumlah cold-work dan mengoperasikan suhu untuk mencegah kerentanan pada SCC (tekanan-korosi-keretakan). Penggunaannya meliputi: arsitektural, ornamental, dan hiasan dekoratif; kaleng dan bagian keliman kaleng; lampu jalan yang standar; perahu dan kapal; tangki crygenic; bagian derek; dan struktur otomotif. Tabel 7-5 Logam Campuran
1199 1180 1060 1350 1145 1235 1100 3102 3003 3004 3104 3005 3105 4043 4343 4643
Komposisi dari logam campuran aluminium tempa dan logam campuran aluminium yang paling tidak bisa diberi perlakuan panas Elemen Logam Campuran, wt% (nilai nominal) Silikon
… … … … … … … … … … … … … 5.2 7.5 4.1
Tembaga
… … … … … … 0.12 … 0.12 0.15 … … … … … …
Mangan
… … … … … … … … 0.22 1.2 1.2 1.1 1.2 0.6 … …
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
Magnesium
… … … … … … … … … … 1.0 1.0 0.40 0.50 … …
Khrom
… … … … … … … … … … … … … … … …
Lain-lain
… … … … … … … … … … … … … … … …
Aluminium Minimum %
99.99 99.80 99.60 99.50 99.45 99.35 99.00 rem rem rem rem rem rem rem rem rem 26
Material Teknik
4045 4145 4047 5005 5042 5050 5052 5252 5154 5454 5654 5056 5456 5457 5657 5082 5182 5083 5086 7072 8001 8230 8081 Tabel 7-6 Logam Campuran
10.0 10.0 12.0 … … … … … … … … … … … … … … … … … … 1.5 …
… 4.0 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 1.0 1.0
… … … … 0.35 … … … … 0.8 … 0.12 0.8 0.30 … … 0.35 0.7 0.45 … … … …
0.20 … … 0.8 3.5 1.4 2.5 2.5 3.5 2.7 3.5 5.0 5.1 1.0 0.8 4.5 4.5 4.4 4.0 … … … …
… … … … … … 0.25 … 0.25 0.12 0.25 0.12 0.12 … … … … 0.15 0.15 … … … …
… … … … … … … … … 0.10 Ti … … … … … … … … … 1.0 Zn 0.6 Fe, 1.1 Ni 0.45, 6.2 Sn 20 Sn
rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem rem Rem
Komposisi dseri berberapa logam campuran aluminium tempa komersial yang bisa diberi perlakuan panas Elemen Logam Campuran, wt% (nilai nominal) Silikon
Tembaga
Mangan
Magnesium
Khrom
Zinc
2011 3014 3017 2117 2218 2618
… 0.8 0.5 … … 0.18
5.5 4.4 4.0 2.6 4.0 2.3
… 0.8 0.7 … … …
… 0.5 0.6 0.35 1.5 1.6
… … … … … …
… … … … … …
2219,2419
…
6.3
0.30
…
…
…
2024,2124,2224 2025 2036 4032 6101 6201 6009 6010 6151 6351 6951 6053 6061 6262 6063 6066 6070 7001 7005 7016 7021 7029 7049
… 0.8 … 12.2 0.50 0.7 0.8 1.0 0.9 1.0 0.35 0.7 0.6 0.6 0.4 1.3 1.3 … … … … … …
4.4 4.4 2.6 0.9 … … 0.37 0.37 … … 0.28 … … 0.28 … 1.0 0.28 2.1 … 0.8 … 0.7 1.6
0.6 0.8 0.25 … … … 0.50 0.50 … 0.6 … … 0.28 … … 0.8 0.7 … 0.45 … … … …
1.5 … 0.45 1.0 0.6 0.8 0.6 0.8 0.6 0.6 0.6 1.2 1.0 1.0 0.7 1.1 0.8 3.0 1.4 1.1 1.5 1.6 2.4
… … … … … … … … 0.25 … … 0.25 0.20 0.09 … … … 0.26 0.13 … … … 0.16
… … … … … … … … … … … … … … … … … 7.4 4.5 4.5 5.5 4.7 7.7
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
Aluminium Minimum %
Lain-lain
0.40 Bi, 0.40 Pb rem … rem … rem … rem 2.0 Ni rem 1.1 Fe, 1.0 Ni, rem 0.07 Ti 0.10 V, 0.18 Zr, rem 0.06 Ti … rem … rem … rem 0.9 Ni rem … rem … rem … rem … rem … rem … rem … rem … rem … rem 0.6 Bi, 0.6 Pb rem … rem … rem … rem … rem 0.14 Zr, 0.03 Ti rem … rem 0.13 Zr rem … rem … rem 269
Material Teknik
7050 7150 7075,7175 7475 7076 7178
… … … … … …
2.3 2.2 1.6 1.6 0.6 2.0
… … … … 0.50 …
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
2.2 2.4 2.5 2.2 1.6 2.7
… … 0.23 0.22 … 0.23
6.2 6.4 5.6 5.7 7.5 6.8
0.12 Zr 0.12 Zr … … … …
rem rem rem rem rem rem
270
Material Teknik
Tabel 7-7 Logam Campuran dan Sifat
Sifat ketegangan khusus – keterangan dan aplikasi yang dipilih dari logam campuran aluminium tempa yang biasa digunakan Kekuatan kerenggangan akhir
Kekuatan yang dihasilkan
Perpanjangan dalam 50 mm (2 in), % Keterangan dan Aplikasi yang dipilih
MPa
ksi
MPa
ksi
16 mm (1/16 in) spesimen ketebalan
3003-O 3003-H12 3003-H14 3003-H16
110 131 152 179
16 19 22 26
41 124 145 172
6 18 21 25
30 10 8 5
40 20 16 14
3004-O 3004-H38
179 283
26 41
69 248
10 36
20 5
25 6
3105-O 3105-H14 3105-H18 3105-H25
117 172 214 179
17 25 31 26
55 152 193 159
8 22 28 23
24 5 3 …
… … … …
5005-H34
159
23
138
20
8
…
5052-O 5052-H112
193 …
28 …
90 …
13 …
25 …
30 …
13 mm (1/2 in) diameter spesimen
Logam campuran dengan tujuan umum yang paling populer. Yang lebih kuat dari 1100 dengan kemampuan pembentukan dan kemampuan pengelasan yang sama. Untuk penggunaan umum meliputi sheet metal work, stamping, tangki bahan bakar, perangkat kmia, kontainer, kabinet, freezer liner, perangkat memasak, vesel tekanan, perangkat pembangun, tangki penumpanan, aplikasi pertanian, elektronik, fin stock, kipas angin, plat nama, kendaraan rekreasi, truk, trailer. Digunakan untuk menarik dan memutar. Sheet metal work, tangki penyimpanan, aplikasi pertanian, produk bangunan, kontainer, elektronik, mebel, perangkat dapur, kendaraan rekreasi, truk dan trailer. Tempat persimpangan, garasi, barang yang diangakat dengan kereta, sheet metal work, bagian peralatan rumah tangga dan hiasan, bagian otomotif, produk bangunan, elektronik, fin stock, mebel, perangkat dapur, perangkat rumah sakit dan peralatan medis, kendaraan rekreasi, truk dan trailer. Ketentuan untuk beberapa aplikasi yang memerlukan anodisasi; pelapisan yang dianodisasi memang lebih bersih dan lebih terang warnanya daripada 3003. Beberapa penggunaan meliputi peralatan rumah tangga, perkakas, aplikasi arsitektural yang memerlukan konduktivitas elektrik yang baik, bagian bagian otomotig, kontainer, sheet metal umum, hardware, peralatan rumah sakit dan peralatan medis, peralatan dapur, plat nama, dan beberapa aplikasi kelautan. Lebih kuat dari 3003 namun bisa dibentuk dalam sifat menengah. Kemampuan pengelasan yang baik dan ketahanan 271
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
Material Teknik
5052-H32 5052-H34
228 262
33 38
193 214
28 31
12 10
18 14
5056-O 5056-H18 5083-O 5083-H321
290 434 290 317
42 63 42 46
152 407 145 228
22 59 21 33
… … … …
35 10 22 16
5086-H32 5086-H34 5086-H112 5454-O 5454-H32 5454-H34 5454-H112
290 324 269 248 276 303 248
42 47 39 36 40 44 36
207 255 131 117 207 241 124
30 37 19 17 30 35 18
12 10 14 22 10 10 18
… … … … … … …
5456-H321 dan –H116
352
51
255
37
…
16
5657-H25
159
23
138
20
12
…
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
pada korosi. Penggunaannya meliputi vessel tekanan, fan biades, tangki, panel elektronik, chassis elektronik, sheet dengan kekuatan mengah, pipa hidrolik, beberapa perangkat, aplikasi pertanian, penggunaan arsitektur, bagian otomotif, produk bangunan, perangkat kimia, kontainer, peralatan memasak, fastener, hardware, rambu-rambu jalan raya, peralatan rumah sakit dan peralatan kimia, peralatan rumah tangga, aplikasi kelautan, mobil jalan raya, kendaraan rekreasi, trukdan trailer. Sarung kabel, paku penyumbat untuk magnesium, kabel screen, zipper, aplikasi otomotif, kawat pagar, fastener. Untuk semua tipe pemasangan pengelasan, komponenkomponen kelautan, dan tangki-tangki yang memerlukan efisiensi las yang tinggi dan kekuatan sambungan maksimum. Digunakan dalam vessel tekanan hingga 65°C (150°F) dsn dalam beberapa aplikasi cryogenic, jembatan, mobil pengangkut, komponen kelautan, menara TV, truk pengebor, peralatan transportasi, komponen missile, dan badan truk tempat sampah. Umumnya digunakan dalam tipe-tipe yang sama dari beberapa aplikasi seperti 5083, utamanya di mana ketahanan pada korosi tekanan atau korosi atmosferik memang penting. Untuk semua tipe pemasangan yang dilas, tangki-tangki, vessel tekanan. Kode ASME dibuktikan pada 205°C (400°F). Selain digunakan pada perusahaan truk untuk tangker untuk aspal panas yang akan disebar ke jalan. Dan badan truk tempat sampah; selain itu, juga untuk hidrogen peroksid dan vessel penyimpanan bahan kimia. Untuk semua tipe pemasangan dengan pengelasan, tangkitangki penyimpanan, vessel tekanan, dan komponen kelautan. Digunakan di mana efisiensi pengelasan dn kekuatan sambungan diperlukan. Dibatasi pada suhu di bawah 65°C (150°F). Untuk anodized auto dan hiasan peralatan dan plat nama. 272
Material Teknik
5052-H32 5052-H34
228 262
33 38
193 214
28 31
12 10
18 14
5056-O 5056-H18 5083-O 5083-H321
290 434 290 317
42 63 42 46
152 407 145 228
22 59 21 33
… … … …
35 10 22 16
5086-H32 5086-H34 5086-H112 5454-O 5454-H32 5454-H34 5454-H112
290 324 269 248 276 303 248
42 47 39 36 40 44 36
207 255 131 117 207 241 124
30 37 19 17 30 35 18
12 10 14 22 10 10 18
… … … … … … …
5456-H321 dan –H116
352
51
255
37
…
16
5657-H25
159
23
138
20
12
…
pada korosi. Penggunaannya meliputi vessel tekanan, fan biades, tangki, panel elektronik, chassis elektronik, sheet dengan kekuatan mengah, pipa hidrolik, beberapa perangkat, aplikasi pertanian, penggunaan arsitektur, bagian otomotif, produk bangunan, perangkat kimia, kontainer, peralatan memasak, fastener, hardware, rambu-rambu jalan raya, peralatan rumah sakit dan peralatan kimia, peralatan rumah tangga, aplikasi kelautan, mobil jalan raya, kendaraan rekreasi, trukdan trailer. Sarung kabel, paku penyumbat untuk magnesium, kabel screen, zipper, aplikasi otomotif, kawat pagar, fastener. Untuk semua tipe pemasangan pengelasan, komponenkomponen kelautan, dan tangki-tangki yang memerlukan efisiensi las yang tinggi dan kekuatan sambungan maksimum. Digunakan dalam vessel tekanan hingga 65°C (150°F) dsn dalam beberapa aplikasi cryogenic, jembatan, mobil pengangkut, komponen kelautan, menara TV, truk pengebor, peralatan transportasi, komponen missile, dan badan truk tempat sampah. Umumnya digunakan dalam tipe-tipe yang sama dari beberapa aplikasi seperti 5083, utamanya di mana ketahanan pada korosi tekanan atau korosi atmosferik memang penting. Untuk semua tipe pemasangan yang dilas, tangki-tangki, vessel tekanan. Kode ASME dibuktikan pada 205°C (400°F). Selain digunakan pada perusahaan truk untuk tangker untuk aspal panas yang akan disebar ke jalan. Dan badan truk tempat sampah; selain itu, juga untuk hidrogen peroksid dan vessel penyimpanan bahan kimia. Untuk semua tipe pemasangan dengan pengelasan, tangkitangki penyimpanan, vessel tekanan, dan komponen kelautan. Digunakan di mana efisiensi pengelasan dn kekuatan sambungan diperlukan. Dibatasi pada suhu di bawah 65°C (150°F). Untuk anodized auto dan hiasan peralatan dan plat nama. 272
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
Material Teknik
6061-O 6061-T4 6061-T6 dan – T651
124 241 310
18 35 45
55 145 276
8 21 40
25 22 12
30 25 17
6063-T5 6063-T6
186 241
27 35
145 214
21 31
12 12
… …
7050-T7651
552
80
490
71
…
11
7075-T6 dan – T651 Alcad: 7075-O 7075-T6 dan – T651
572
83
503
73
11
11
221 524
32 76
97 462
14 67
17 11
… …
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
Kemampuan bentuk, kemampuan pengelasan, ketahanan korosi dan kekuatan yang baik dalam sifat T. Logam campuran dengan tujuan uum yang baik yang digunakan untuk berbagai macam aplikasi struktural dan pemasangan dengan pengelasan yang meliputi komponen truk, trem, pipa, aplikasi kelautan, mebel, aplikasi pertanian, pesawat terbang, bagian otomotif aplikasi arsitektural, produk bangunan, peralatan kimia, bodi tempat sampah, aplikasi elektrik dan elektronik, fastener, kawat pagar, mata pisau kipas, general sheet metal, rambu-rambu jalan, peralatan rumah sakit dan medis, peralatan rumah tangga, bagian mesin, meriam, peralatan rekreasi, kendaraan rekreasi, dan tangki-tangki penyimpanan. Digunakan untuk pipa, mebel, ekstrusi arsitektural, bagian peralatan rumah tangga dan hiasan, bagian otomotif, produk bangunan, bagian elektrik dan elektronik, rambu-rambu jalan, peralatan rumah sakit dan peralatan medis, peralatan dapur, aplikasi kelautan, bagian mesin, pipa., trem, peralatan rekreasi, kendaraan rekreasi, truk dan trailer. Logam campuran dengan kekuatan tinggi untuk pesawat terbang dan struktur-struktur lainnya. Selain itu, juga digunakan dalam ordinansi dan peralatan rekreasi. Untuk pesawat terbang dan aplikasi lainnya yang memerlukan kekuatan yang paling tinggi. Alclad 7075 mengkombinasikan keuntungan kekuatan dari 7075 dengan properti ketahanan korosi dari permukaan aluminium clad murni secara komersial. Selain itu juga digunakan pada bagian mesin dan meriam.
27
Material Teknik
6061-O 6061-T4 6061-T6 dan – T651
124 241 310
18 35 45
55 145 276
8 21 40
25 22 12
30 25 17
6063-T5 6063-T6
186 241
27 35
145 214
21 31
12 12
… …
7050-T7651
552
80
490
71
…
11
7075-T6 dan – T651 Alcad: 7075-O 7075-T6 dan – T651
572
83
503
73
11
11
221 524
32 76
97 462
14 67
17 11
… …
Kemampuan bentuk, kemampuan pengelasan, ketahanan korosi dan kekuatan yang baik dalam sifat T. Logam campuran dengan tujuan uum yang baik yang digunakan untuk berbagai macam aplikasi struktural dan pemasangan dengan pengelasan yang meliputi komponen truk, trem, pipa, aplikasi kelautan, mebel, aplikasi pertanian, pesawat terbang, bagian otomotif aplikasi arsitektural, produk bangunan, peralatan kimia, bodi tempat sampah, aplikasi elektrik dan elektronik, fastener, kawat pagar, mata pisau kipas, general sheet metal, rambu-rambu jalan, peralatan rumah sakit dan medis, peralatan rumah tangga, bagian mesin, meriam, peralatan rekreasi, kendaraan rekreasi, dan tangki-tangki penyimpanan. Digunakan untuk pipa, mebel, ekstrusi arsitektural, bagian peralatan rumah tangga dan hiasan, bagian otomotif, produk bangunan, bagian elektrik dan elektronik, rambu-rambu jalan, peralatan rumah sakit dan peralatan medis, peralatan dapur, aplikasi kelautan, bagian mesin, pipa., trem, peralatan rekreasi, kendaraan rekreasi, truk dan trailer. Logam campuran dengan kekuatan tinggi untuk pesawat terbang dan struktur-struktur lainnya. Selain itu, juga digunakan dalam ordinansi dan peralatan rekreasi. Untuk pesawat terbang dan aplikasi lainnya yang memerlukan kekuatan yang paling tinggi. Alclad 7075 mengkombinasikan keuntungan kekuatan dari 7075 dengan properti ketahanan korosi dari permukaan aluminium clad murni secara komersial. Selain itu juga digunakan pada bagian mesin dan meriam.
27
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
Material Teknik
Logam campuran 8xxx.
Logam-logam campuran ini mencakup berbagai macam
komposisi, yang meliputi logam campuran yang tidak bisa diberi perlakuan panas dan logam yang bisa diberi perlakuan panas. Pada logam yang tidak bisa diberi perlakuan panas, 8001 adalah logam campuran aluminium-nikel-besi yang digunakan dalam aplikasi energi nuklir. Logam campuran ini mempunyai ketahanan korosi yang baik dalam air pada suhu dan tekanan yang tinggi, dan menunjukkan sifat-sifat yang sama seperti 3003. aluminium-besi-mangan dan aluminium-besi-mangan-seng dihasilkan pada lembaran tipis dan kertas timah untuk beberapa aplikasi dalam fin stock. Logam campuran aluminium-timahnikel-tembaga 8002 digunakan sebagai pelindung; timah memberikan ciri-ciri antrifiction, sedangkan nikel dan tembaga meningkatkan kekuatan. Logam campuran pelindung lainnya, 8081, mengandung 20% Sn dan 1% Cu yang mempunyai ciri-ciri pelindung utama pada logam-logam campuran lainnya pada penggunaan otomotif. Logam campuran 8090 adalah aluminium-litium yang diberi perlakuan panas yang akan dikembangkan untuk industruk aerospace dan
Material Teknik
Logam campuran 8xxx.
Logam-logam campuran ini mencakup berbagai macam
komposisi, yang meliputi logam campuran yang tidak bisa diberi perlakuan panas dan logam yang bisa diberi perlakuan panas. Pada logam yang tidak bisa diberi perlakuan panas, 8001 adalah logam campuran aluminium-nikel-besi yang digunakan dalam aplikasi energi nuklir. Logam campuran ini mempunyai ketahanan korosi yang baik dalam air pada suhu dan tekanan yang tinggi, dan menunjukkan sifat-sifat yang sama seperti 3003. aluminium-besi-mangan dan aluminium-besi-mangan-seng dihasilkan pada lembaran tipis dan kertas timah untuk beberapa aplikasi dalam fin stock. Logam campuran aluminium-timahnikel-tembaga 8002 digunakan sebagai pelindung; timah memberikan ciri-ciri antrifiction, sedangkan nikel dan tembaga meningkatkan kekuatan. Logam campuran pelindung lainnya, 8081, mengandung 20% Sn dan 1% Cu yang mempunyai ciri-ciri pelindung utama pada logam-logam campuran lainnya pada penggunaan otomotif. Logam campuran 8090 adalah aluminium-litium yang diberi perlakuan panas yang akan dikembangkan untuk industruk aerospace dan akan dibahas dengan logam campuran aluminium-litium lainnya pada bagian berikutnya. Logam campuran aluminium
adalah produk yang paling penting dan produk
tempa yang paling banyak digunakan. Ini umumnya dihasilkan secara komersial dari logam campuran di atas yang tidak bisa diberi perlakuan panas. Logam-logam campuran ini meliputi 1100, 1145, 1235, 3003, 5052, dan 5056. aluminium honeycomb core untuk
pesawat terbang dibuat dari 3003-H19, 5052-H39, atau foil
5056-H39, tapi logam campuran 2024 diberi perlakuan panas ada sifat T1 yang digunakan ketika long service pada suhu yang ditingkatkan diperlukan. 7.2.3b Logam Campuran yang bisa diberi perlakuan panas.
Logam-logam campuran ini pada dasarnya dipilih untuk aplikasi struktural karena kekuatanya yang tinggi dan untuk keringanan dan ketahanan korosinya pada aluminium. Logam campuran 2xxx .
Tembaga adalah elemen logam campuran dalam logam-
logam campuran ini, seringkali dengan magnesium sebagai tambahan sekunder. Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
274
Material Teknik
Penyepuhan-kekerasan atau precipitation-hardening yang ditemukan dengan logam campuran 2017, yang merupakan logam campuran pertama yang dikenalkan pada tahun 1911 oleh Wilm di Jerman. Logam-logam campuran ini tidak mempunyai ketahanan korosi yang baik seperti sebagian besar logam campuran aluminium lainnya, dan pada kondisi-kondisi tertentu, mungkin cenderung untuk mengalami korosi intergranular. Jadi, dalam bentuk lembaran, logam-logam campuran ini seringkali dilapisi dengan aluminium dengan tingkat kemurnian yang tinggi atau dengan logam campuran magnesium-silikon dari kelompok 6xxx untuk memberikan perlingungan galvanic. Logam-logam campuran ini telah digunakan dalam beberapa bagian dan struktur yang memerlukan kekuatan khusus yang tinggi. Logam-logam tersebut umumnya digunakan untuk membuat truk dan roda pesawat, bagian suspensi truk, badan pesawat terbang, kulit sayap, dan bagian-bagian struktural, dan lain-lain yang memerlukan kekuatan yang baik pada suhu di bawah 150°C. Kecuali untuk logam campuran 2219, logam campuran ini mempunyai kemampuan pengelasan yang terbatas. Logam campuran 6xxx.
Logam-logam campuran ini terdiri dari silikon dan
magnesium, dalam rata-rata proporsi yang diperlukan untuk membentuk susunan, Mg2Si, magnesium silicide, yang menimbulkan dan memperkuat logam campuran selama perlakuan panas. Dengan kekuatan minimum tapi tidak sekuat logam campuran 2xxx dan 7xxx, logam campuran tersebut mempunyai kemampuan bentuk, kemampuan pengelasan, pemesinan, dan ketahanan terhadap korosi yang baik. Logam-logam campuran tersebut mungkin dibentuk dalam kondisi sifat T4 dan kemudia diperkuat pada kondisi suhu T6 setelah pembentukan. Beberapa penggunaan meliputi aplikasi arsitektural, kerangka sepeda, peralatan transportasi, rel jembatan, dan struktur yang dilas. Logam campuran 7xxx. Logam-logam campuran ini terdiri dari seng, dari 1 hingga
8 persen, dan jumlah magnesium yang paling kecil untuk menghasilkan logam campuran menengah hingga logam campuran yang sangat tinggi. Elemen-elemen lainnya, seperti tembaga dan khrom, juga ditambahkan dalam jumlah yang kecil. Logam campuran 7xxx yang mempunyai kekuatan tinggi menunjukkan penurunan Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
27
Material Teknik
ketahanan SCC (ketegangan-korosi-keretahanan) (ketegangan-korosi-keretahanan) dan digunakan digunakan dalam kondisi yang terlalu tua untuk memberikan kombinasi yang lebih baik dari kekuatan, ketahanan korosi, dan tahan retak. Logam-logam tersebut digunakan dalam struktur airframe, peralatan mobil, dan bagian yang ditekan dit ekan lainnya. Logam Logam campur campuran an pesawat pesawat .
Karena kekuatan khususnya yang tinggi dan
moduli khusus, logam campuran 2024 dan 7075 telah menjadi materi struktur pesawat pesawat umum, umum, yang
terdiri dari 70 hingga 80 persen dari bobot pesawat tertentu.
Gambar 7-1 menunjukkan materi dasar yang digunakan dalam pesawat komersial dan menunjukkan di mana dua logam campuran tersebut ditunakan. Untuk aplikasi ini, kekerasan dan kekuatan adalah dua sifat penting dan ditunjukkan dalam tabel 7-8 dan 7-9. Persyaratan kekuatan yang lebih tinggi telah dicapai melalui modifikasi kemurnian yang tinggi dari logam-logam campuran ini seperti 2124, 2224, 7175, 7475, dan dengan logam campuran 7050. Selain itu, 2219 digunakan untuk kemampuan pengelasanyagn baik dan kekuatan dengan suhu yang tinggi, yang dimodifikasi seperti 2419 untuk kekerasan yang lebih tinggi. Tabel 7-8
Logam campuran dan kondisi
2014-T651 2024-T851 2219-T87 7039-T87 7075-T651 7075-T7351 7075-T7351
Kekerasan plat logam campuran aluminium pada pesawat pada suhu ruangan dan suhu dibawahnya. [1] Kekuatan yang dihasilkan pada suhu ruangan MPa
ksi
432 444 382 382 381 381 536 403 392
62.7 64.4 55.4 55.3 77.7 58.5 56.8
Rancangan spesimen
Kekerasan, K tc tc atau K tc tc (J) pada: Orientasi 24°C (75°F) MPa
Bend Bend Bend Bend Bend Bend Bend
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
T-L T-L T-L T-L T-L T-L T-L
m
23.2 22.3 39.9 32.3 22.5 35.9 31.0
ksi
-196°C (-320°F)
in
21.2 20.3 36.3 29.4 20.5 32.7 28.2
MPa
m
ksi
28.5 24.4 46.5 33.5 27.6 32.1 30.9
in
26.1 22.2 42.4 30.5 25.1 29.2 28.1
276
Material Teknik
Kekuatan pada 106 putara pada suhu ruangan dan suhu dibawahnya atau logam campuran aluminium pesawat. [1]
Tabel 7-9 Logam campuran dan kondisi
2014-T6 sheet 2219-T62 sheet 2219-T87 sheet 7039-T6 sheet 7075-T6 sheet
Mode ketegangan
Rasio ketegangan, R ketegangan, R
K t
Aksial Aksial Aksial Aksial Aksial
-1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0
1 1 1 1 1
Kekuatan pada 106 putaran, pada: 24°C (75°F) -196°C (-320°F) MPa ksi MPa Ksi
170 25 15 2.2 115-170 17-25 215 31 145 21 Sifat lainnya dari kegunaan dalam industri pesawat adalah tekanan-korosi-
keretakan
115 130 150 140 96
17 19 22 20 14
(SCC). Rating SCC relatif untuk produk tempa dari logam campuran
aluminium yang mempunyai kekuatan tinggi menunjukkan bahwa 2024-T8 dan 7075T73 menunjukkan rating A – ketahanan yang sangat tinggi pada SCC untuk semua bentuk bentuk dari dari prod produk uk dan dan dalam dalam semua semua arah arah relat relatif if pada pada arah arah rollin rolling, g, kecua kecuali li ST (shor (shortttransverse) untuk 2024-T8, (lihat tabel 16-11). Sifat T8 meliputi cold-working yang membantu untuk mencegah SCC dan T73 adalah kondisi rata-rata. Berikutnya memenuhi kekuatan untuk ketahanan yang lebih baik pada SCC.
Gambar 7.1
Penggunaan 7XXX dan 2XXX logam campuran aluminium dalam pesawat komersial. [3]
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
27
Material Teknik
Logam Logam campur campuran an alumin aluminium ium-lit -litium ium.
Logam-logam campuan ini juga logam
campuran yang bisa diberi perlakuan panas tapi belum bisa dikomersialkan. Logamlogam tersebut diumumkan sebagai materi lanjutan dan ditargetkan bisa mengganti logam campuran biasa 2024 dan 7075. dalam pesawat. Komposisi beberapa logam campuran aluminium-litium ditunjukkan pada tabel 7-10. logam-logam tersebut mempunyai ciri-ciri yang sangat unik untuk lebih tingat dan namun mempunyai moduli yang lebih tinggi dari logam campuran aluminium biasa. Ciri-ciri ini ditunjukkan untuk tiga logam campuran yang telah dipilih, 2090, 2091, dan 8090 pada tabel 7-11 dan menerjemahkan pada kekuatan khusus yang jauh lebih tinggi untuk kekuatan yang bisa dibandingkan dan moduli khusus yang lebih tinggi. Logam-logam campuran ini juga menunjukkan kekerasan yang dan sifat yang lebih baik. Tabel 7-10 Komposisi logam campuran aluminium-litium. [1] Komposisi, wt% Elemen 2090(a) 2091(a) 8090(a)
Silikon Besi Tembaga Mangan Magnesium Khrom Seng Litium Zirconium Titanium Lain-lain, masing-masing Lain-lain, total Aluminium
0.10 0.12 2.4-3.0 0.05 0.25 0.05 0.10 1.9-2.6 0.08-0.15 0.15 0.05 0.15 bal
0.20 0.30 1.8-2.5 0.10 1.1-1.9 0.10 0.25 1.7-2.3 0.04-0.16 0.10 0.05 0.15 bal
Alclad Alclad dan produk produk alumin aluminium ium clad clad .
0.20 0.30 1.0-1.6 0.10 0.6-1.3 0.10 0.25 2.2-2.7 0.04-0.16 0.10 0.05 0.15 bal
Weldalite 049 (b)
… … 5.4 … 0.4 … … 1.3 0.14 … (Ag 0.4) … bal
Beberapa produk aluminium kadang-
kadang dilapisi pada salah satu atau kedua permukaan dengan ikatan secara metalurgis, lapisan tipis dari aluminium murni atau logam campuran aluminium. Jika kombinasi inti dan logam campuran berlapis dipilih maka lapisan tersebut adalah anodic pada intinya, produk tersebut disebut dengan alclad. Produk clad, dengan kata lain, adalah kombinasi di mana lapisan tidak dibuat anodic secara disengaja pada bagian bagian inti. inti. Pelapi Pelapisan san produk produk alclad alclad melind melindung ungii inti pad padaa tepi tepi yan yangg terliha terlihatt sepert sepertii halnya pada area yang tergores atau mengalami karat dan melakukan tindakan sebagai Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
27
Material Teknik
anoda. Produk clad dirancang untuk memberikan tampak muka yang baik atau ciri-ciri lain yang diperlukan untuk aplikasi khusus. Produk brazing adalah contoh komersial dari produk clad di mana logam campuran lapisan mempunyai titik leleh yang lebih rendah dari inti yang digunakan untuk sambungan berikutnya dari beberapa bagian dalam pemasangan. Tabel 7-11 Sifat fisik dari logam campuran aluminium-litium yang dipilih. [1] Sifat 2090 2091
Densitas, g/cm3 (lb/in3) Susunan pelelehan, °C (°F) Konduktivitas elektrik, %IACS Konduktivitas termal, pada 25°C (77°F), W/m · K (Btu · in/ft2 · °F · h) Panas khusus pada 100°C (212°F), J/kg · K (cal/g · °C) Rata-rata koefisien dari perpanjangan termal dari 20 hingga 100°C (68 hingga 212°F), µm/m · °C (µin/in · °F) Potensi larutan, mV(a) Modulus elastis, Gpa (106 psi) Rasio poisson
8090
2.59 (0.094) 560-650 (1040-1200) 17-19 84-92.3 (580-640)
2.58 (0.0931) 560-670 (1040-1240) 17-19 84 (580)
2.55 (0.092) 600-655 (1110-1210) 17-19 93.5 (648)
1203 (0.2875)
860 (0.205)
930 (0.22)
23.6 (7.1)
23.9 (7.3)
21.4 (11.9)
-740 76 (11.0) 0.34
-745 75 (10.9) …
-742 77 (11.2) …
Potensi korosi dari lapisan dan inti haruslah berbeda, dengan lapisan yang akan menjadi anodic, untuk melindungi inti. Potensi korodi untuk aluminium tanpa logam campuran dan aluminium dengan logam campuran yang berbeda ditunjukkan dalam tabel 7-2a dan 7-12b. Kami melihat bahwa aluminium murni, 1060, adalah sekitar 0.15 V lebih anodic daripada 2024-T3 dan –T4 dan digunakan untuk sebagian besar produk alclad 2XXX. Logam campuran 7049 mempunyai potensi korosi yang sebagian besar adalah anodic dan bisa digunakan untuk produk-produk alclad untuk sebagian besar logam campuran aluminium. 7.2.4
Pemilihan Cetakan Aluminium dan Logam Campuran Aluminium [2]
Logam campuran cetak aluminium didasarkan pada sistem logam campuran yang sama seperti sistem yang ada pada logam campuran aluminium tempa, kecuali untuk adanya mangan sebagai elemen logam campuran utama seperti yang dibahas seelumnya. Logam-logam tersebut juga dikelompokkan sebagai logam campuran yang tidak bisa diberi perlakuan panas danlogam campuran yang bisa diberi perlakuan Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
279
Material Teknik
panas. Karena beberapa produk tersebut adalah cetakan, logam campuran yang tidak bisa diberi perlakuan panas tidak bisa diperkuat dengan cold-working. Aplikasi umum dari cetakan logam campuran aluminium akan ditunjukkan dalam tabel 7-7. Logam campuran 3XX adalah yang paling banyak digunakan untuk cetakan aluminiumseperti logam campuran 3XXX untuk produk-produk tempa. Seperti yang ditunjukkan sebelumnya dalam bagian 7.2.1, perbedaan antara kedua logam ini ada dalam elemen logam campuran utamanya. Logam campuran tempa mengandung mangan sedangkan logam campuran cetak mengandung silikon. Silikon berbentuk eutectic dengan aluminium seperti yang ditunjukkan dalam gambar 7-2 yang memberikan ketikdakstabilan dan castability dari logam campuran cetakan aluminium yang mengandung silikon dengan volume yang tinggi. Silikon yang terkandung dari sekitar 4 persen hingga komposisi eutectic dari sekitar 12 persen mengurangi kerugian sisa, yang mengijinkan produksi dari bentuk yang jauh lebih rumit dengan variasi yang lebih besar dalam bagian ketebalan, dan cetakan yang dihasilkan dengan permukaan yang lebih tinggi dan kualitas internal.
Tabel 7-12a
Potensi elektroda atau larutan dari logam campuran aluminium komersial tempa yang tidak bisa diberi perlakuan panas. Nilai-nilai yang sama untuk semua sifat masing-masing logam campuran Logam Campuran
Potensi(a), V
1060 1100 3003 3004 5050 5052 5154 5454 5056 5456 5182 5083 5086 7072
-0.84 -0.83 -0.83 -0.84 -0.84 -0.85 -0.86 -0.86 -0.87 -0.87 -0.87 -0.87 -0.85 -0.96
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
280
Material Teknik
Meskipun sebagian besar logam campuran aluminium telah dikembangkan untuk cetakan, berikut ini adalah tipe-tipe dasarnya: Logam campuran 1XXX.0 –
Di sini hanya das satu aplikasi penting dari
cetakan aluminium murni yang dikomersialkan dan ini didasarkan pada konduktivitas elektriknya yang tinggi. Aluminium digunakan sebagai collector rings dan conductors bar, yang merupakan cetakan secara integral dengan laminasi baja untuk menghasilkan totor untuk tipe motor elektrik tertentu. Sebagaian besar rotor motor aluminium tuang yang dihasilkan untuk kinerja elektrik yang dikendalikan dengan peristiwa minium dari microshrinkage dan keretakan selama pencetakan. Berdasarkan pada peristiwa ini, logam campuran murni yang benar-benar dikengalikan adalah 100.0 (99.00% min Al). 150.0 (99.50% min Al), dan 170.0 (99.70% min Al) yang digunakan sebagai bagian utama. Logam campuran 100.0 mengandung jumlah besi yang lebih besar dan campuran lainnya untuk memperbaiki kemampuan cetak dan ketahanan terhadap keretakan, dan pada angka penyusutan yang lebih kecil pada saat pembentukan. Untuk alasan yang sama, logam campuran 150.0 mempunyai kinerja cetakan yang lebih baik daripada logam campuran 170.0. Karena kemampuan cetak yang lebih baik dari 100.0, disarankan agar rotor lebih besar dari 152 mm (6 in). Meskipun angka kerusakan pencetakan mungkin memberikan pengaruh yang merugikan pada kinerja elektrik, konduktivitas dari logam campuran sebagian besar dikendalikan oleh campuran dalam larutan padat. Pengaruh campuran dalam larutan padat, sebelumnya ditunjukkan dalam tabel 3-3 dan ditunjukkan kembali dalam tabel 7-14 yang menunjukkan bahwa rata-rata peningkatan dalam ketahanan akan lebih besar ketika beberapa elemen dalam larutan bukan dari keluarnya larutan. Konduktivitas elektrik meningkat sebagai kemurnian aluminium yang meningkat dari 56% IACS (International Annealed Copper Standard) untuk 100.0 hingga 60 persen IACS untuk 170.0 cetakan.
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
281
Material Teknik
Potensi elektroda atau larutan dalam kondisi perlakuan panas dari logam campuran aluminium tempa yang diperdagangkan.
Tabel 7-12b
Logsm Campuran
Sifat
Potensi(a), V
2041
T4 T6 T3 T4 T6 T8 T3 T4 T6 T8 T4 T8E41 T4 T4 T6 T5 T4 T6 T5 T6 T6 T6 T6 T6 T6 T73 T76 T73 T76 T6 T73 T76 T6 T73 T76 T6
-0.69(b) -0.78 -0.64(b) -0.34(b) -0.80 -0.82 -0.69(b) -0.69(b) -0.81 -0.82 -0.72 -0.83 -0.80 -0.79 -0.83 -0.83 -0.80 -0.83 -0.83 -0.83 -0.94 -0.86 -0.99 -0.85 -1.02 -0.84(c) -0.84(c) -0.84(c) -0.84(c) -0.83(c) -0.84(c) -0.84(c) -0.83(c) -0.84(c) -0.84(c) -0.83(c)
2219
2024
2036 2090 6009 6010 6151 6351 6061 6063 7005 X7016 X7021 X7029 X7146 7049 7050 7075 7475 7178
Tabel 7-13 Aplikasi umum dari logam campuran cetakan aluminium Logam Campuran Aplikasi yang bersifat mewakili
100.0 201.0 208.0 222.0 238.0 242.0 A242.0 B295.0
Rotor elektrik yang mempunyai diametera lebih besar dari 152 (6 in). Bagian-bagian struktural; head silinder dan piston; gear, pompa, dan tempat penyimpanan pesawat. Cetakan dengan tujuan khusus; badan klep, pipa dengan berbagai macam bentuk, dan bagian lain yang dicetak dengan tekanan. Bushing; bagian-bagian meter; bearing; penutup bearing; piston otomotif; head silinder. Plat tunggal untuk besi tangan elektrik. Piston yang mempunyai tugas yang berat; air-cooled cylinder head; tempat generator pesawat. Diesel dan piston pesawat; air-cooled cylinder head; tempat generator pesawat. Tempat gear; benda-benda yang ada di pesawat; kompresor yang
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
282
Material Teknik
308.0 319.0 332.0 333.0 354.0 355.0 356.0 A356.0 357.0 359.0 360.0 A360.0 380.0 A380.0 384.0 390.0 47.0 A47.0 443.0 514.0 A514.0 518.0 520.0 535.0 A712.0 77.0 850.0 A850.0
menghubungkan rod; railwayt car seat frame Cetakan permanen dengan tujuan umum; pembakar dan reflektor ornamental Tempat mesin; tangki bensin dan mnyak; oil pan; kerangkat mesin ketik; bagian-bagian mesin. Piston otomotif dan mempunyai tugas yang berat; katrol, sheaves. Bagian gas meter dan regulator; gear block; piston; cetakan otomotif umum. Cetakan dengan kekuatan premium untuk industri pesawat. Pasir: air compressor piston; cetakan press untuk plat; lapisan air, tempat mesin. Permanen: impeler, benda-benda pesawat, timing gear, tempat kompresor mesin jet. Pasir: cetakan flywheel, tempat transmisi otomotif; oil pan, badan pompa. Permanen: bagian perangkat mesin, roda pesawat, cetakan airframe, rel jembatan. Bagian struktural yang memerlukan kekuatan tinggi; bagian-bagian mesin, bagian casis truk. Ketahanan terhadap korosi dan aplikasi tekanan. Cetakan dengan kekuatan tinggi untuk industri pesawat. Bagian motor outboard; tempat peralatan, lapisan plat, cetakan marine dan pesawat. Lapisan plat, tempat instrumen, bagian sistem irigasi, bagian motor outboard, engsel. Tempat untuk mesin pemotong rumput dan radio transmitter, cetakan rem udara, tempat gear. Aplikasi yang memerlukan kekuatan pada suhu yang ditingkatkan. Piston dan aplikasi lain yang kuat, transmini otomatis. Mesin piston dengan pembakaran internal, block, pipa dengan berbagai macam bentuk, dan head silinder. Aplikasi arsitektural, ornamental, kelautan, dan aplikasi perangkat makanan dan untuk perlengkapan perusahaan susu Bagian luar mesin, peralatan perawatan lunak, rangaka mesin ketik, rumah lampu penerang jalan Perangkat untuk memasak, pipe fitting, marine fitting, tire mold; badan karburator. Perangkat untuk penggunaan bahan kimia dan pembuangan; peralatan untuk menangani pemrosesan susu dan makanan, tire mold. Cetakan permanen dari benda-benda arsitektural, dan benda-benda ornamental. Cetakan arsitektural dan ornamental, bagian-bagian untuk alat pengangkut cetakan pesawat dan marine. Benda-benda pesawat, railway passenger car frame; truk dan bagian kerangka bis. Bagian instrumen dan aplikasi-aplikasi lainnya di mana stabilitas dimensional itu penting. Cetakan dengan tujuan umum yang memerlukan brazing berikutnya. Bagian-bagian otomotif; popma; bagian trailer; perangkat pertambangan. Bushing dan journal bearing untuk railroad. Rolling mill bearing dan aplikasi-aplikasi yang sama.
Logam campuran 2XX.0 –
Nilai tambahan tembaga pada logam ampuran ini
adalah untuk memperbaiki kekuatan dan kekerasan pada suhu yang ditingkatkan; karena itu, logam campuran 2XX.0 menemukan beberapa aplikasi pada lingkungan suhu yang tinggi. Logam campuran ini bisa diberi perlakuan panas ketika logam Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
28
Material Teknik
campuran mengandung 4 hingga 5 persen tembaga. Bagaimanpun, mereka mempunyai ketidakstabilan yang terbatas dan kemampuan cetakan marginal yang memerlukan gating dan generous riser feeding selama solidifikasi untuk memastikan cetakan yang tepat. Selain itu, beberapa bagian dengan tekan yang kuat dari rancangan yang rumit memang sulit untuk mendapatkan; ketahanannya pada keretakan pada saat terkena panas yang relatif buruk; dan bagian-bagian tersebut mudah untuk terkena keretakan ketika mendapatkan tekanan korosi. Karena ciri-ciri tersebut, logam campuran 3XX seringkali diganti dengan logam campuran 2XX.
Gambar 7.2
Diagram ekuilibrium aluminium-silicon biner.
Tabel 7-14 Pengaruh pada ketahanan aluminium pada beberapa elemen di dalam dan di luar larutan [2] Rata-rata peningkatan(a) dalam ketahanan per Kelarutan wt%, microhm-cm Elemen maksimum dalam aluminium, % Didalam larutan Di luar larutan(b)
Khrom Tembaga Besi Litium Magnesium Mangan Nikel Silikon Titanium Vanadium Seng zirconium
0.77 5.65 0.052 4.0 14.9 1.82 0.05 1.65 1.0 0.5 82.8 0.28
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
4.00 0.344 2.56 3.3.1 0.54(c) 2.94 0.81 1.02 2.88 3.58 0.094(d) 1.74
0.18 0.030 0.058 0.68 0.22(c) 0.34 0.061 0.088 0.12 0.28 0.023(d) 0.044
284
Material Teknik
Logam campuran 295 dengan 4.5% Cu adalah logam campuran awal yang digunakan untuk sebagian besar cetakan aluminium. Logam campuran 296 dengan tambahan 0.6% Si pada logam campuran 295 memperbaiki ketahanan pada keretakan di saat panas dalam cetakan permanen. Bagaimanapun, logam campuran ini telah diganti dengan logam campuran 355 dan 356, yang mempunyai sifat mekanis yang sama, tapi mempunyai gravitasi khusus yang lebih rendah, ketahanan korosi yang lebih baik, dan ciri-ciri cetakan utama. Logam campuran 222, dengan kandungan tembaga yang lebih tinggi dari 10 persen, dikembangkan untuk digunakan sebagai piston untuk mesin pembakaran internal. Bagaimanapun, ini telah diganti dalam aplikasi ini dengan logam campuran 332, 336, dan 339, dan untuk perluasan yang lebih kecil dengan 242 dan A242. Logam campuran 230, 242, A242, dan 243 juga mempunyai kekuatan dan kekerasan yang tinggi pada suhu yang ditingkatkan untuk menentukan penggunaanya sebagai piston mesin diesel dan air-cooled cylinder head untuk mesin pesawat. Logam campuran 201, A206, 224, dan logam campuran 249 adalah perkembangan yang menunjukkan kekuatan ketegangan yang lebih tinggi daripada kekuatan logam campuran tuang sebelumnya dan akan digunakan untuk mencetak bagian pesawat dengan kualitas premium. Logam campuran 3XX.0 –
Karena logam-logam ampuran ini mengandung
silikon dengan tembaga dan/atau magnesium, maka logam-logam tersebut mempunyai kemampuan cetak yang baik dan pada waktu yang sama bisa diperkuat dengan perlakuan panas. Untuk alasan-alasan ini, logam-logam campuran tersebut lebih banyak digunakan untuk cetakan aluminium. Logam campuran Si-Cu .
Silikon memberikan ciri-ciri pencetakan yang lebih
baik sedangkan tembaga memberikan kekuatan yang cukup tinggi dan memperbaiki kemampuan pemesinan tapi mengurangi biaya duktilitas dan ketahanan korosi yang lebih renah. Logam campuran 319 (6% Si – 3.5% Cu) dan 380 (8.5% Si – 3.5% Cu) adalah logam campuran dengan tujuan khusus untuk cetakan aluminium. Logam campuran 319 adalah pilihan untuk cetakan pasir, tapi mungkin juga ditunkan dalam cetakan permanen, sedangkan logam campuran 380 adalah pilihan untuk cetakan die. Logam campuran 308, 383, dan 384 dan variasi-variasinya yang mungkin Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
28
Material Teknik
mengandung hingga 3 persen seng dan elemen-elemen lainnya adalah logam campuran cetakan die lainnya. Untuk cetakan permanen, logam campuran 333 (9.0% Si – 3.5% Cu) akan disarankan. Beberapa cetakan dari logam-logam campuran ini (319, 380, dan 333) akan diberikan dalam sifat F, kondisi ketika dicetak. Beberapa cetakan diberi perlakuan panas pada sifat T5 untuk memperbaiki kekerasan, kemampuan pemesinan, dan stabilitas dari beberapa sifat. Kekuatan dari semua logam campuran bisa diperbaiki dengan sifat T6 penuh. Logam campuran Si-Mg .
Logam-logam campuran ini dikeraskan dengan
Mg2Si, magnesium silicide, dengan cara yang sama seperti logam campuran tempa 6XXX. Logam campuran yang paling populer adalah 356 (7% Si – 0.3% Mg) dan A356 yang mempunyai kemurnian yang lebih tinggi. Logam-logam tersebut mempunyai kemampuan cetak, kemampuan pengelasan, kekerasan tekanan, dan ketahanan korosi yang luar biasa. Logam-logam tersebut bisa diberi perlakuan panas untuk memberikan beberapa kombinasi dari sifat ketegangan dan sifat fisik yang atraktif untuk beberapa aplikasi, meliputi bagian pesawat dan otomotif. Logam campuran 357 sama dengan 356 tapi mempunyai magnesium yang lebih tinggi (0.5% Mg) dan bisa diberi perlakuan panas pada tingkat kekuatan yang lebih tinggi. Beberapa versi dengan kemurnianyagn tinggi dari kedua logam campuran, A356 dan A357, memberikan duktilitas yang lebih tinggi dan ada dalam pasir dengan kualitas premium dan cetakan permanen yang ditentukan untuk aplikasi militer dan pesawat. Beberapa logam campuran lainnya dari kelompok aluminium-silikonmagnesium silicide adalah 359 (9% Si – 0.6% Mg), logam campuran 360 cetakan die (10.5% Si – 0.5% Mg), A360 (besi yang lebih rendah daripada 360), dan 364 (8.5% Si – 0.3% Mg – 0.4% Cr – 0.03% Be). Ketahanan korosi dari logam campuran Al-Si-Mg ini adalah yang utama pada logam campuran Al-Si-Cu dengan tujuan umum 319 dan 380. Logam campuran Si-Mg-Cu.
Kombinasi dari magnesium dan tembaga
memerikan peningkatan yang lebih besar dalam kekuatan selama perlakuan panas daripada tembaga atau magnesium itu sendiri. Bagaimanapun, kekuatan yang lebih tinggi bisa dicapai dengan adanya pengorbanan dari duktilitas dan ketahanan terhadap korosi. Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
286
Material Teknik
Logam campuran yang dicetak dengan cetakan pasir atau permanen dari kelompok ini adalah 355 (5% Si – 1.3% Cu – 0.5% Mg), dan versi sifat ketegangan yagn lebih tinggi dari C355 (juga logam campuran tuang yang mempunyai kualitas premium). Kipas pendingin mesin tangki seperti halnya bagian yang mempunai kecepatan perputaran yang tinggi dan impeller dibuat dari C355. Ketika beberapa prosedur pencetakan premium digunakan, maka sifat ketegangan yang lebih tinggi bisa didapatkan dengan logam campuran 354 yang bisa diberi perlakuan panas (9% Si – 1.8% Cu – 0.5% Mg). Beberapa piston untuk mesin pembakaran internal otomotif dibuat dari logam campuran tuang 332 yang dicetak secara permanen (9.5% Si – 3% Cu – 1% Mg). Logam campuran 336 silikon yang lebih tinggi dengan tambahan nikel (12% Si, 2.5% Ni – 1% Cu – 1% Mg) digunakan untuk disel atau mesin yang mempunyai output lebih tinggi. 336 mempunyai sifat yang lebih baik dengan suhu yagn ditingkatkn, koefisien perpanjangn yagn lebih rendah, dan menunjukkan ketahanan penggunaan yang lebih baik. Piston biasanya digunakan dalam sifat T5 atau variasi dari T5, seperti T551, untuk meningkatkan kekerasan, untuk memperbaiki kemampuan pemesinan dan untuk memberikan stabilitas pertumbuhan. Logam campuran 4XX.0 –
Logam campuran ini utamanya adalah logam
campuran biner aluminium-silikon dan dikelompokkan dalam (a) logam campuran autectic dan logam campuran hypoeutectic (< 12% Si), dan (b) logam campuran hypereutectic (>12% Si). Logam-logam tersebut menunjukkan ketahanan korosi yang tinggi, kemampuan pengelasan yang baik, dan gaya berat khusus yang rendah, tapi kadang-kadang sulit untuk mesin. Logam campuran eutectic dan hypoeutectic .
Logam campuran 413, 443,
dan 444 adalah logam campuran aluminium biner yang penting. Logam campuran 443 (5.3% Si, logam campuran hypoeutectic) mungkin digunakan dalam semua proses pencetakan untuk beberapa bagian yang memerlukan duktilitas yang baik, ketahanan korosi, dan kekerasan terhadap tekanan – dianggap lebih penting dripada kekuatan. Logam campuran 413 dan A413 (12% Si, logam campuran eutectic) untuk tuangan die juga menunjukkan ketahanan korosi yang baik, dan Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
28
Material Teknik
merupakan bagian utama dari logam campuran 443 dalam beberapa bagian yang mempunyai kemampuan untuk dicetak dan kekerasan tekanan. Logam campuran A444 (7% Si – 0.2% Fe maks) mempunyai korosi yang tinggi dan khususnya duktilitas yang tinggi ketika logam campuan ini adalah tuangan dalam cetakan permanen dan bisa diberi perlakuan panas pada kondisi T4. Logam ini juga dipilih ketika ketahanan pengaruh utamanya menjadi pertimbangan utama. Logam campuran hypereutectic .
Logam campuran biner aluminium-
silikon mempunyai ketahanan penggunaan yang sangat baik, koefisien perpanjangan termal yang lebih rendah, dan ciri-ciri cetakan yang sangat baik. Logam-logam tersebut telah digunakan di Eropa selama beberpa tahun untuk piston mesin pembakaran internal yang mempunyai tugas berat dan dalam aplikasi dengan suhu tinggi yang sama. Di US, logam campuran seperti 393 (22% Si – 2.3% Ni – 1% Mg – 0.1% V) telah digunakan dalam beberapa aplikasi yang sama sejak dulu. Pada awal tahun 1970-an, block mesin pertama yang semuanya terbuat dari aluminium tanpa penggaris besi atau electroplating pada cyliner bores adalah logam campuran 390 die-cast (17% Si – 4.5% Cu – 0.5% Mg). Sejak waktu itu, mesin dengan lima automobile premium di Eropa telah dirancang dan diproses dengan menggunakan logam campuran 390 dan menggunakan teknologi bare bore yang sama. Penggunaan logam campuran 390 ada pada ciri-ciri penggunaan dan kekuatannya. Sekarang ini, 390 digunakan secara ekstensif pada mesin-mesin kecil (misalnya, rantai gergaji), computer disc spacer, piston untuk air conditioning compressor, bodi air compressor, master brake cylinder, pompa dan komponen-komponen lain dalam transmisi otomatis. Logam campuran hypereutectic memang keras utuk mesin karena kekerasannya, fase silikon utama yang mempunyai ukuran besar. Penggunaan perangkat pemotong intan polycrystalline telah mengurangi permasalahan ketahanan perangkat yang kurang baik ketika logam-logam campuran ini diproses dan telah menghasilkan permukaan yang baik pada suatu hasil karya dan ciri-ciri kepingan. Untuk menjamin kemampuan pemesinanyagn baik, sifat-sifat mesin, dan kinerja dari beberapa bagian cetakan dari logam-logam campuan ini, ukuran Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
28
Material Teknik
silikon utama harus dikendalikan dan harus diperhalus. Proses penghalusan ini bisa dilakukan dengan melakukan pelelehan dengan beberapa ratus persen dari fosfor yang mendasarkan partikel-pertikel silikon utama selama solidifikasi dan memperhalus silikon utama dari 8 hingga 10 persen dari ukuran silikon utama yang tidak dihaluskan. Logam campuran 5XX.0
– Logam-logam campuran ini mengandung
magnesium sebagai elemen logam campuran utama dan dicirikan dengan ketahanan terhadap korosinya yang sangat baik, kemampuan pemesinan yang baik, dan wujud yang menarik. Seperti halnya logam campuran tempa dengan magnesium, logam-logam campuran tersebut memang baik untuk marine atau aplikasi air laut dan mempunyai kekuatan menengah hingga tinggi dan sifat-sifat kekerasan. Logam-logam tersebut sesuai untuk pemasangan dengan pengelasan dan seringkali digunakan dalam kebutuhan arsitektural dan dekorasi lainnya atau kebutuhan-kebutuhan bangunan karena wujudnya yang sangat menarik ketika logam-logam tersebut di-anodize-kan (lihat tabel 7-13 untuk aplikasi-aplikasi lainnya). Dibandingkan dengan logam campuran 3XX dan logam campuran 4XX, logam campuran 5XX lebih memerlukan perawatan dalam perlindungan, pada penempatan yang sesuai dan penyusunan sesuai dengan ukurannya, dalam memberika pendinginan yang lebih besar untuk menghasilkan cetakan yang bagus. Untuk ketahanan korosi yang paling baik, logam-logam campuran ini harus dipersiapkan dengan logam dengan kualitas yang tinggi dan ketidakmurnian yang rendah dan ditangani denga perawatan yang baik dalam pengecoran logam. Praktek pelelehan dan penuangan yang terkendali memang diperlukan untuk mengimbangi tendensi pengoksidasian yang lebih besar dari logam campuran (magnesium) yang dilelehkan. Perawatan ini ditekankan karena beberapa aplikasi dari logam-logam campuran ini memerlukan pemolesan dan/atau finishing permukaan yang sempurna, di mana kerusakan yang disebabkan oleh inklusi oksidasi utamanya tidak diinginkan. Kemampuan cetakan yang relatif buruk dari logam-logam campuran ini dan praktek penuangan logam khusus yang sesuai untuk menghasilkan cetakan yang berkualitas bisa meningkatkan biaya cetakan Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
289
Material Teknik
logam campuran ini dan membuat logam campuran tersebut kurang diinginkan, kecuali kalau memang benar-benar diperlukan. Logam campuran 7XXX.0 –
Logam campuran utama dalam logam-logam
campuran ini adalah seng, tapi seperti yang telah ditunjukkan sebelumnya, logamlogam campuran ini juga mengandung beberapa magnesium; karena itu, logamlogam tersebut pada dasarnya adalah logam campuran aluminium-sengmagnesium. Secara alami, usia logam-logam campuran ini (mendapatkan kekerasan pada suhu ruangan) ada pada tingkat kekuatan yang memungkinkan tanpa larutan untuk perlakuan panas, yang membuatnya berguna untuk cetakan dengan berbagai macam potongan yang sulit untuk larutan dengan perlakuan panas dan pendinginan tanpa keretakan dan distorsi. Logam-logam tersebut mempunyai kemampuan pemesinanyagn baik dan titik leleh yang tinggi yang membuat logam-logam tersebut menjadi cetakan yang sesuai untuk dipasangkan dengan brazing. Logam-logam tersebut mempunyai permasalahan kemampuan penuangan yang sama dan beberapa prosedur penanganan khusus seperti logam campuran 5XX.0. Logam campuran 8XX.0 –
Logam campuran yang mengandung timah ini
dipilih untuk bearing dan bushing karena logam-logam campuran tersebut mempunyai kapasitas mengangkut muatan yang tinggi dan kekuatan yang tinggi. Logam-logam campuran tersebut juga menunjukkan ketahanan korosi yang tinggi pada internal combustion engine lubricating oil dalam perbandingannya dengan sebagian besar logam lain untuk komposisi bearing. Keempat logam campuran dari kelompok ini bisa dicetak dalam cetakan pasir dan cetakan permanene. Bagaimanapun, control yang hati-hati pada pelapisan dan praktek-praktek cetakan lainnyamemang penting untuk menghasilkan cetakan yang baik dan untuk mengatasi mudahnya terjadi keretakan karena adanya proses dengan panas. Logam campuran 850 dan 851 utamanya ditunakan untuk menghubungkan rod dan crankcase bearing untuk mesin disel. Logam campuran 852 dan 853 mempunyai kekuatan tekanan dan kekerasan yang lebih tinggi dan digunakn untuk roller bearing truk, rolling mill bearing yang besar, dan bearing-bearing lainnya seperti halnya bushing yang dibuat untuk digunakan. Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
290
Material Teknik
Pemilihan Logam Campuran Tuang Aluminium. Lima
faktor utama yang
mempengaruhi pemilihan logam campuran untuk aplikasi pencetakan terdiri dari beberapa hal sebagai berikut: Proses pencetakan dan pertimbangan rancangan – meliputi fluiditasi, ketahanan pada saat pemanasan, susunan solidifikasi, dan die soldering (dalam cetakan die). Beberapa persyaratan sifat mekanis – meliputi kekuatan dan duktilits, kemampuan untuk perlakuan panas, dan kekerasan. Beberapa persyaratan servis – yang meliputi ciri-ciri kekerasan tekanan, ketahanan terhadap korosi, perlakuan permukaan, stabilitas dimensional, dan stabilitas termal. Ekonomis – meliputi kemampuan pemesinan, kemampuan pengelasan, ingot, dan biaya pelelehan, dan perlakuan panas. Tabel 7-15 ditunjukkan sebagai tuntunan dalam pemilihan logam campuran tuang. Ini menunjukkan klasifikasi dari logam campuran dalam cetakan pasir, cetakan permanen, dan tipe-tipe die-casting; nilai-nilai logam campuran tersebut pada ketahanan terhadap korosi, kemampuan pemesianan, dan kemampuan pengelasan dari cetakan-cetakan logam campuran tersebut.
7.3
TITANIUM DAN LOGAM CAMPURAN TITANIUM [5]
Dalam bentuk mineralnya sebagai rutile, titanim ditemukan pertama kali pada 200 tahun yang lalu, sekitar tahun 1790, tapi logam ini tidak diproduksi untuk dijual hingga awal tahun 1950-an. Hingga kemudian, produksi komersial dari titanium dan logam campuran titanium di US telah meningkat dari nol hingga lebih dari 23 juta kg/tahun (50 juta lb/tahun). Pertumbuhan yang sangat pesat ini dikarenakan oleh (1) perkembangan yang relatif aman, metode yang ekonomis untuk menghasilkan logam titanium pada akhir tahun 1930-an, dan (2) appresiasi kegunaan komersial nya setelah sifat mekanis dan fisik didapatkan pada akhir tahun 1940-an. Potensi titanium tiba-tiba dikenal dari titanium sebagai rasium yang mampunyai kekuatan dan berat yang tinggi, dan sebagai materi dengan suhu Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
291
Material Teknik
yang lebih tinggi (daripada aluminium) untuk aplikasi pesawat. Potensi ini telah disadari oleh sekitar 20 hingga 30 persen besar pesawat yang terdiri dari logam campuran titanium. Sekitar 80 persen dari produksi titanium ada pada industri pesawat. Selain itu, pada kekuatan khususnya yang tinggi, kegunaan komersial titanium juga berasal dari ketahanan korosinya yang tinggi. Tabel 7-16 menunjukkan golongan titanium tanpa logam campuran atau golongan titanium murni yang dikomersilkan dan logam campuran titanium yang dikomersilkan, beberapa deskripsinya, dan beberapa aplikasi utamanya. 7.3.1
Titanium Murni dan Titanium Modifikasi yang dikomersilkan
Titanium murni yang dikomersilkan telah ada sebagai produk mill (ketika diproses oleh produser) sejak tahun 1950 dan digunakan untuk beberapa aplikasi yang memerlukan kekuatan menengah yang dikombinasikan dengan kemampuan pembentukan dan ketahanan terhadap korosi yang baik. Produksi awal adalah karena adanya permintaan pesawat untuk materi yang lebih ringan dari baja dan lebih tahan panas daripada logam campuran aluminium. Bagaimanapun, sebagian besar aplikasi titanium murni berasal dari ketahanannya terhadap korosi yang baik dan kemampuan pengelasannya yang juga baik. Titanium adalah logam yang sangat reaktif dan membentuk gabungan yang sangat cepat dengan beberapa elemen karbon, oksigen, nitrogen, dan hidrogen. Penggabungan elemen-elemen ini dalam beberapa koposisi biasanya diperkuat, tapi pada waktu yang sama menurunkan (duktilitas yang lebih rendah) seperti yang dilihat dalam gambar 7-3. Jadi, dalam pelelehan dan pengelasan titanium, ini memang perintah untuk meminimalkan penyebaran titanium pada elemen-elemen ini dan seringkali pemrosesan dilakukan pada vacuum atau argon atmosphere. Karena itu, titanium yang dikomersinalkan umumnya mempunyai karbon, oksigen, dan nitrogen bersamaan dengan besi dan silikon sebagai ketidakmurnian utama dalam komposisinya. Ini disebut dengan sisa ketidakmurnian yang berasal dari bahan mentah yang digunakan.
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
292
Material Teknik
Nilai kemampuan cetak, ketahanan terhadap korosi, kemampuan pemesinan, dan kemampuan pengelasan untuk logam campuran cetakan aluminium; nilainya adalah 1 untuk yang terbaik dan 5 untuk yang paling buruk. Suatu logam campuran mungkin mempunyai nilai yang berbeda untuk setiap proses pencetakan.
Tabel 7-15
Logam
Ketahanan
Kerapatan
paduan
pada
tekanan
Fluiditas(b)
keretakan
Kecenderungan
Ketahanan
Kemampuan
Kemampuan
untuk
terhadap
pemesinan(e)
pengelasan(f)
menyusut(c)
korosi(d)
jika terkena panas(a)
Logam paduan dengan cetakan pasir
201.0
4
3
3
4
4
1
2
208.0
2
2
2
2
4
3
3
27.0
3
3
2
3
4
2
2
222.0
4
4
3
4
4
1
3
240.0
4
4
3
4
4
3
4
242.0
4
3
4
4
4
2
3
A242.0
4
4
3
4
4
2
3
295.0
4
4
4
3
3
2
2
319.0
2
2
2
2
3
3
2
354.0
1
1
1
1
3
3
2
355.0
1
1
1
1
3
3
2
A356.0
1
1
1
1
2
3
2
357.0
1
1
1
1
2
3
2
359.0
1
1
1
1
2
3
1
A390.0
3
3
3
3
2
4
2
A443.0
1
1
1
1
2
4
4
444.0
1
1
1
1
2
4
1
511.0
4
5
4
5
1
1
4
512.0
3
4
4
4
1
2
4
514.0
4
5
4
5
1
1
4
520.0
2
5
4
5
1
1
5
535.0
4
5
4
5
1
1
3
A535.0
4
5
4
4
1
1
4
B535.0
4
5
4
4
1
1
4
705.0
5
4
4
4
2
1
4
707.0
5
4
4
4
2
1
4
710.0
5
3
4
4
2
1
4
711.0
5
4
5
4
3
1
3
712.0
4
4
3
3
3
1
4
77.0
4
4
3
4
2
1
3
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
29
Material Teknik
771.0
4
4
3
3
2
1
...
772.0
4
4
3
3
2
1
...
850.0
4
4
4
4
3
1
4
851.0
4
4
4
4
3
1
4
852.0
4
4
4
4
3
1
4
Logam campuran dengan cetakan permanen
201.0
4
3
3
4
4
1
2
27.0
3
3
2
3
4
2
2
222.0
4
4
3
4
4
1
3
238.0
2
3
2
2
4
2
3
240.0
4
4
3
4
4
3
4
296.0
4
3
4
3
4
3
4
308.0
2
2
2
2
4
3
3
319.0
2
2
2
2
3
3
2
332.0
1
2
1
2
3
4
2
333.0
1
1
2
2
3
3
3
336.0
1
2
2
3
3
4
2
364.0
1
1
1
1
3
3
2
335.0
1
1
1
2
3
3
2
C335.0
1
1
1
2
3
3
2
356.0
1
1
1
1
2
3
2
357.0
1
1
1
1
2
3
2
A357.0
1
1
1
1
2
3
2
359
1
1
1
1
2
3
1
A390.0
1
2
2
1
2
3
2
443.0
1
2
2
3
2
4
1
A444.0
2
1
1
1
2
5
1
512.0
1
4
4
4
1
3
4
57.0
1
5
4
4
1
2
5
711.0
3
4
5
4
3
1
3
771.0
4
4
3
3
2
1
...
772.0
5
4
3
3
2
1
...
850.0
4
4
4
4
3
1
4
851.0
4
4
4
4
3
1
4
852.0
4
4
4
4
3
1
4
Logam campuran dengan cetakan die
360.0
1
1
2
2
3
4
A360.0
1
1
2
2
3
4
364.0
2
2
1
3
4
3
380.0
2
1
2
5
3
4
A380.0
2
2
2
4
3
4
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
294
Material Teknik
384.0
2
2
1
3
3
4
390.0
2
2
2
2
4
2
47.0
1
2
1
2
4
4
C443.0
2
3
3
2
5
4
515.0
4
5
5
1
2
4
518.0
5
5
5
1
1
4
Reaktivitas dengan oksigen adalah apa yang memberikan sifat ketahanan terhadap korosi yang sangat menguntungkan dari titanium dan logam campurannya. Pengarih ini sama seperti pengaruh yang diamati dalam logam campuran aluminium dan dalam baja stainless. Permukaan titanium bereaksi dengan cepat dan membtntuk oksida yang sangat ketat pada permukaan yang melindungki kumpulan materi dari serangan selanjutnya. Seperti yang ditunjukkan dalam bab 10 (pada korosi) ini adalah proses passivation. Titanium dipassivatisasi dengan oksida ketat yaitu seperti lapisan keramik yang sangat tipis pada permukaan. Ketika oksida ditembus atau digores, titanium bereaksi dengan cepat dengan mengoksidasikan atmosfer untuk membenahi permukaan yang terbuka. Titanium tanpa logam campuran dan logam campuran titanium yang dipilih, deskripsi-deskripsinya, dan beberapa aplikasinya.
Tabel 7-16
Logam campuran, nomor UNS, dan nama-nama umum
Titanium
tanpa
Deskripsi Utama
Aplikasi
logam
campuran
Golongan 2 ASTM
Golongan
2
UNS; R50400
workhorse
untuk
Golongan 2
industri duktilitas
yang dan
Ti
adalah Golongan 2 bisa digunakan aplikasi dalam
penggunaan
yang
memerlukan berkelanjutan hingga 425°C ketahanan (800°F)
dan
terhadap korosi yang tinggi. penggunaan Hasil kekuatan minimum yang hingga
540°C
dalam intermittent (1000°F).
didapatkan dari 275 Mpa (40 Digunakan dalam fabrikasi ksi) untuk golongan 2 bisa dari
beberapa
komponen
dibandingkan dengan hasil untuk pesawat, reaksi vessel,
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
29
Material Teknik
kekuatan dari baja stainless penukar panas, dan peralatan austenitic yang dikeraskan.
pemroses elektrokimia.
Titanium yang dimodifikasi
Ti – 0.2 Pd UNS;
Dua Ti – 0.2 Pd ASTM Digunakn R52400
dan golongan
R52250
dan
golongan
aplikasi
11) korosi khusus. Golongan 7
mempunyai ketahanan yang bisa
ASTM
dibandingkan
dengan
7 lebih baik dari korosi yang golongan 2 dalam kekuatan,
(R52400) ASTM
(7
untuk
menyebabkan keretakan pada sedangkan golongan 11 bisa golongan
11 pH yang rendah dan suhu dibandingkan
(R52250)
dengan
yang tinggi daripada golongan golongan 1 dalam kekuatan. 1 dan 2 tanpa logam campuran yang sesuai.
Logam campuran alfa dan yang mendekati alfa
Ti - 3Al - 2.5V
Ti – 3Al – 2.5V mempunyai Digunakan sebagai foil, pipa
UNS; R56320
keampuan
pembentukan tanpa kelim, pipa, tempaan,
Tubing alloy
dengan suhu dingin yang dan produk yang digulung.
ASTM golongan 9, dan sangat baik dan 20 hingga Sebagian half 6-4
besar
digunakan
50% kekuatan yang lebih dalam bentuk pipa dalam tinggi dari Ti tanpa logam berbagai campuran.
macam
aplikasi
pesawat dan non-pesawat.
Logam campuran alfa-beta
Ti – 6Al – 4V dan Ti – 6Al – Ti – 6Al – 4V adalah logam Sesuai untuk industri pesawat 4V ELI UNS;
campuran Ti yang paling untuk lebih dari 80% dari R56400
dan banyak
digunakan,
sesuai penggunaan Ti – 6Al – 4V.
R56401 (ELI)
untuk 50% dari semua ton Pengguna yang paling besar
Ti 6-4
titanium yang ada di dunia ini. dari Ti – 6Al – 4V di luar
ASTM golongan 5
Logam campuran adalah yang pesawat paling
umum
adalh
untuk
digunakan protheses, yang sesuai untuk
dalam pengerasan. Ti – 6Al – sekitar 3% dari pasar. Logam 4V
juga
bisa
dikeraskan campuran juga mempunyai
dalam beberapa bagiannya berbagai macam berat yang hingga 25 mm (1 in) dengan menurunkan aplikasi dalam kekerasan yang dihasilkan otomotif setinggi 1140 Mpa (165 ksi).
yang
mempunai
kinerja tinggi dan perangkat kelautan.
Logam campuran beta
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
296
Material Teknik
Ti – 3Al – 8V – 6 Cr – 4 Mo – Beta Ctm mempunyai ciri-ciri Beta CTM digunakan dalam 4 Zr
yang sama dengan Ti – 13 V – alat pengunci, spring, torsion
UNS; R58640
11 Cr – 3Al, tapi jenis ini bar, dan sebagai foil untuk
Beta CTM dan 38-6-44
lebih mudah untuk meleleh. struktur sandwich. Golongan Ini adalah cold rollable dan ini juga digunakan untuk drawable,
dan
digunakan tubular dan casing dalam
utamanya sebagai bar dan minyak, kawat untuk spring.
gas,
dan
sumut
geotermal.
ASTM menggolongkan titanium secara komersial dalam empat golongan – golongan 1, 2, 3, dan 4 sesuai dengan sifat ketegangan minimum. Tabel 7-17 dan 7-18 menunjukkan sifat ketegangan rancangan untuk produk flat (sheet, strip, dan plate) dan untuk bar dan shape dari keempat golongan ini. Pada dasarnya, oksigen dan kandungan besi dari beberapa golongan, juga ditunjukkan dalam tabel 7-17, yang menentukan tingkat kekuatan. Dalam golongan kekuatan yang lebih tinggi, oksigen dan besi mungkin ditambahkan pada jumlah sisa dari bahan mentah (sponge titanium) untuk meningkatkan kekuatan. Karbon dan nitrogen terus dijaga pada tingkat minimum untuk mencegah kerugian dalam duktilitas.
Gambar 7.3
Pengaruh kandungan elemen interstitial pada kekuatan titanium
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
29
Material Teknik
Tabel 7-17
Rancangan sifat ketegangan dari sheet, strip, dan plat titanium tanpa logam campuran
Golongan ASTM
Kekuatan
Kekuatan
ketegangan
ketegangan yang
akhir
dihasilkan
Perpanjangan
(L-LT)(b)
(L-LT)(b)
(c), %
Penandaan (a)
Mpa
ksi
MPa
ksi
L
LT
Golongan 1 (0.18 O, 0.2 Fe wt% maks)
CP4
240
35
170
25
24
24
Golongan 2 (0.25 O, 0.3 Fe wt% maks)
CP3
345
50
275
40
20
20
Golongan 3 (0.35 O, 0.3 Fe wt% maks)
CP2
445
65
380
55
18
18
Golongan 4 (0.40 O, 0.5 Fe wt% maks)
CP1
550
80
480
70
15
15
Selain itu, pada golongan dasar, ada tiga golongan, golongan 7, 11, dan 12, yang disebut dengan titanium modifikasi. Sifat-sifat rancangan dari golongan 7 dan 11 adalah sama seperti sifat yang ada pada golongan 2 dan 1. Golongangolongan yang dimodifikasi ini digunakan ketika ketahanan terhadap korosi yang lebih baik diperlukan. Tabel 7-18
Sifat ketegangan rancangan dari titanium murni secara kimia yang dikeraskan yang untuk membentuk bar dan shape. [5] Sifat longitudinal minimum untuk extruded bar dan shape dengan ketebalan kurang dari 75 mm (3 in) Sifat
Gol 1
Gol 2
Gol 3
275 (40)
345 (50)
445 (65)
550 (80)(b)(c)
Kekuatan ketegangan yang dihasilkan, Mpa 205 (30)
275 (40)
380 (55)
480 (70(b)(c)
20
18
15(b)(c)
18
15
12
15
12
10
Kekuatan ketegangan akhir, Mpa (ksi)
Gol 4
(ksi) Perpanjangan, % untuk ekstrusion: Ketebalan 4.77 hingga 25 mm (0.188 hingga 25 1.000 in) Ketebalan 25 hingga 50 mm (1.002 hingga 20 2.000 in) Ketebalan 50 hingga 75 mm (2.001 hingga 18 3.000 in)
Golongan 2 titanium (99.2% min Ti) adalah yang paling banyak digunakan dari golongan tersebut karena golonga ini memberikan kekuatan menengah, kemampuan pembentukan yang baik, dan ketahanan terhadap korosi Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
29
Material Teknik
yang paling baik. Kekuatan tersebut bisa dibandingkan dengan baja stainless yang dikeraskan seperti yang ditunjukkan dalam tabel 7-19 yang membandingkan kekerasan (kekuatan) dari berbagai macam materi pipa kondensor. Kemampuan bentuk dan ketahanannya terhadap korosi didapatkan dari kandungan ketidaksempurnaan yang relatif rendah. Angka korosi dari golongan 2 titanium dalam beberapa media yang dipilih ditunjukkan dalam tabel 7-20. Golongan 2 titanium digunakan dalam industri pesawat untuk kulit pesawat dan beberapa komponen non-struktural, selain itu pada industri bahan kimia dan industri pemrosesan. Beberapa aplikasi pesawat lainnya meliputi exhaust-pipe shroud, fireproff bulkhead, gas-turbine bypass duct, pelindung mesin dan formed bracket dan lapisan untuk area-area yang terkena panas – golongan tersebut juga digunakan untuk perangkat galeri, peralatan bahan kimia dan dasar yang mendukung area-area ini. Dalam industri bahan kimia dan industri pemrosesan, golongan 2 titanium digunakan untuk reaksi vessel dan penukar panas karena ketahanannya terhadap korosi pada air laut, klorin basah, klorida logam basah, klorida, klorit dan larutan hipoklorit, asam nitrik dan asam khromik, asam organik, sulfida, dan beberapa lingkungan gas industri. Karena ketahanannya pada penyimpanan, pergeseran, dan korosi yang menyebabkan keretakan, ini biasanya digunakan dalam penukar panas pipa dan penukar panas tipe plat untuk kondensor, evaporator, dan dalam komponen-komponen lainnya seperti untuk marine vessel, stasiun power, oil refinery, offshore platform, dan saingan air dan desalination plant. 7.3.2
Logam Campuran Aluminium
Titanium murni mempunyai dua bentuk kristal (allotrop): (1) alfa ( α) yaitu heksagonal, close-packed (HCP) pada suhu < 882.5°, suhu transisi alotropik; dan (2) beta (β) yaitu body-centered cubic (BCC) pada suhu > 882.5°C. Beberapa pengaruh elemen logam campuan pada diagram fase biner titanium dibahas dalam bagian 9.5. Ketika elemen-elemen logam campuran ditambahkan pada titanium, transisi dari α ke β terhadi pada beberapa suhu di mana α dan β ada (dua fase bidang dari α + β). Jadi, pada setiap komposisi Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
299
Material Teknik
tertentu dari logam campuran titanium biner, ada tiga fae bidang dalam bagian yan padat – α, α + β, dan β; transformasi alotropik akan dimulai pada kurva transisi α/(α
+ β) (yang disebut dengan α-transus) dan akan diakhiri pada batas transisi
(α + β)/β yang disebut dengan ( β-transus). Beberapa elemen akan meningkatkan α-transus
untuk memperbesar bidang fase α. Ini disebut dengan stabiliser α, agn
utamanya meruakan logam non-transisi, dan umumnya ditunjukkan sebagai logam sederhana (SM). Selain itu, pada logam sederhana, karbon dan nitrogen juga merupakan stabliser α. Elemen-elemen lain yang lebih rendah dari β-transus untuk memperbesar bidang fase β. Ini disebut dengan stabiliser β dan utamanya adalah logam transisi (TM). 7.3.2a Klasifikasi dan Penandaan Logam Paduan .
Secara teknis, logam paduan titanium komersial kadang-kadang merupakan logam paduan biner. Logam-logam paduan tersebut utamanya adalah logam paduan dengan berbagai macam komponen dan biasanya diklasifikasikan sebagai logam paduan “ α”, “β”, atau logam paduan “ α + β”, tergantung pada fase yang ditunjukkan oleh logam-logam paduan tersebut, yaitu α (HCP), β (BCC), atau α + β (struktur duplex) dalam mikrostrukturnya pada suhu ruangan setelah pendinginan udara dari di atas suhu transisi ( α + β)/ β. Dalam klasifikasi α + β, logam paduan yang mengandung lebih dari α daripada β disebut dengan logam paduan yang mendekati α, dan logam paduanyagn mengandung lebih besar β disebut dengan logam paduan yang mendekati β. Logam paduan sebenarnya merupakan metastable, dan timbulnya atau pembagian fase α dalam metastable β adalah metode untuk memperkuat kelompok logam paduan ini. Daftar logam paduan titanium menurut α, mendekati α, α + β, mendekati β, dan logam paduan β ditunjukkan dalam tabel 9-2.
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
300
Material Teknik
Tabel 7-19 Kekerasan umum dari beberapa material kondensor
Logam campuran
Kekerasan(a), HB
Kekerasan(b), HV
Titanium (ASTM golongan 2)
180
145
Admiralty brass (annealed)
75
60
Kuningan Aluminium
82
85
90-10 cupronickel (annealed)
65
75
70-30 cupronickel (annealed)
70
95
18-8 baja stainless (ST)
…
142
Baja stainless tipe 304
180
…
Tabel 7-20 Tingkat korosi titanium golongan 2 pada media yang telah dipilih
Korosi
Konsentrasi, %
Asam asetik
Suhu
Tingkat Korosi
°C
°F
µm/tahun
Mils/tahun
5, 25, 75
100
212
Nol
Nol
50, 99.5
100
212
0.25
0.01
25
25
77
<2
<0.1
5,10
60
140
<2.5
<0.1
10
100
212
<2.5
<0.1
1, 10, jenuh
20-100
68-212
<13
<0.5
5
25
77
Nol
Nol
Jenuh + 5% H2SO4
25
77
25
1
100
25
77
Nol
Nol
100
77
170
890
35
Nol
Nol
Aluminium Klorida
,
campuran
Aluminium Klorida Amonium sulfat Aqua regia (3:1) Kalsium klorida Kalsium hypochlorite
28
Mendidih
5, 10, 30
100
212
<25
<1
Jenuh
25
77
Nol
Nol
2, 6
100
212
1.3
0.05
…
25
77
125
5
…
79
175
Nol
Nol
Klorin Jenuh
dengan
H2O Lebih 0.013% H2O
dari
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
301
Material Teknik
Kering
…
32
90
Cepat
Cepat
Tembaga nitrat
Jenuh
25
77
Nol
Nol
Cupric klorida
20, 40
Nol
Nol
Ferric klorida
10, 20
25
77
Nol
Nol
5
60
140
Nol
Nol
Nol
Nol
Mendidih
10-40
Mendidih
30
93
200
Nol
Nol
10-30
100
212
<13
<0.5
5 + 10% NaCl
100
212
<13
<0.5
10
25
77
Nol
Nol
Tembaga ferrous
Jenuh
25
77
Nol
Nol
Asam hidrokholik
5
35
95
<50
<2
10
35
95
1000
40
20
35
95
4400
175
10 + 0.05
65
150
<50
<2
10 + 0.1
65
150
<25
<2
65
150
Nol
Nol
10 + 1
65
150
<25
<1
Air jenuh
25
77
<125
<5
10-85
100
212
<125
<5
<125
<5
Nol
Nol
Nol
Nol
Ferric sulfat
Asam hidrokholik plus
tembaga
sulfat 10 + 0.2, 0.25, atau 0.5 Hidrogen sulfida Asam laktik
10-100 Timah asetat Magnesium klorida Asam nitrik
Asam fosfor
Jenuh
Mendidih 25
5-40
77 Mendidih
5-40
100
212
<125
<5
5
100
212
<25
<1
10
100
212
<50
<2
40-50, 69.5
100
212
<25
<1
65
75
347
<125
<5
40
200
392
<1250
<50
70
270
518
<1250
<50
20
290
554
300
12
5-30
25
77
<50
<2
35-85
25
77
<1250
<50
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
302
Material Teknik
85
38
100
1000
40
5-35
60
140
<1250
<50
10
79
175
1250
50
5
100
212
<1250
<50
Air laut
…
25
77
Nol
Nol
Perak nitrat
50
25
77
Nol
Nol
Asam belerang
15
25
77
Nol
Nol
1
60
140
Nol
Nol
3
60
140
1.3
0.05
5
60
140
730
29
Jenuh
25
77
Nol
Nol
Mol
Nol
<125
<5
Klorida seng
10 20
Mendidih 100
212
Penandaan dan beberapa kode untuk logam paduan titanium belum diformasikan secara sempurna. Meskipun ada Asosiasi Perkembangan Titanium, asosiasi ini belum mengembangkan sistem pengkodean dan penadaan yang sama dengan penandaan AISI untuk baja dan penandaan Asosiasi Aluminium untuk aluminium. Sekarang ini, logam paduan secara formal ditentukan dengan menunjukkan beberapa komposisi (dalam persen berat) dari elemen dengan logam paduan yang ditambahkan. Jadi, logam paduan Ti – 8Al – 1Mo – 1V berarti logam tersebut mengandung 8% Al, 1% Mo, dan 1%V. Suatu sistem tertentu bisa diterima. Permasalahan muncul pada pemisahan atau logam paduan titanium baru ketika literatur tersebut sama dengan kode umum logam paduan tersebut dalam industri. Sebagian besar kode umum dari suatu kode umumnya sama denagn nomor tanpa elemen. Jadi, contoh yang diberikan di sini umumnya sama seperti Ti – 811. Logam paduan titanium Ti – 6Al – 4V yang paling banyak digunakan umumnya sama seperti logam paduan 6-4 atau Ti 6-4. Untuk logam paduan Ti – 5Al – 2Zr – 4Mo – 4Cr alfa-beta, nama umum Ti – 17 menunjukkan persen total berat dari logam paduan yang ada. Setiap logam paduan titanium umum dalam setiap kelas, kecuali dua logam paduan β, sekarang in telah menentukan kode UNS oleh ASTM. Berbagai macam logam paduan dan logam paduan lainnya mempunyai kode UNS, yang Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
30
Material Teknik
mungkin menunjukkan penggunaannya dan mungkin digunakan untuk memilih dan mendapatkan material. Karakteristik logam paduan titanium, utamanya muncul dari karakteristik struktur kristalnya. Yaitu: Logam campuran alfa .
Logam-logam campuran ini umumnya mempunyai
ketahanan creep yang utama seperti yang dibandingkan dengan logam campuran beta, dan karena itu ditujukan untuk aplikasi dengan suhu yang tinggi. Logam-logam tersebut juga tidak menunjukkan perilaku umum transisi ductile – ke – brittle ke logam BCC (logam paduan beta juga menunjukkan perilaku ini) dan karena itu, logam paduan ini lebih sesuai untuk aplikasi cryogenic. Sifat-sifat tersebut dicitikan dengan kekuatan, kekerasan, dan kemampuan pengerasan yang memenuhi syarat, tetapi kemampuan tempa lebih buruk daripada logam paduan beta. Hasil-hasil ini ada dalam kecenderunan yang lebih besar untuk kerusakan karena penempaan. Karena logam-logam tersebut ada pada fase tunggal, logam paduan beta tidak bisa diberi perlakuan panas dan umumnya digunakan pada kondisi ketika dikeraskan atau dikristalisasi ulang untuk meminimalkan atau menghilangkan tekanan sisa yang ditimbulkan ketika pengolahan. Untuk logam paduan yang mendekati alfa, logam-logam ini menunjukkan beberapa variasi dalam mikrostruktur (sama dengan variasi logam paduan alfa-beta) karena adanya fase beta. Variasi-variasi ini adalah hasil pemrosesan logam-logam paduan ini dalam bidang β (proses β) atau dalam bidang ( α + β) (proses α / β) dan pengaruhnya pada sifat-sifat yang ditunjukkan dalam tabel 7-21. Logam paduan beta .
Karena struktur BCC-nya, logam-logam paduan ini
mempunyai kemampuan tempa yang sangat baik pada rentang suhu yang lebih luas daripada logam paduan alfa, dan sheet logam paduan bet bisa diberi perlakuan cold-formable dalam kondisi ketika diberi perlakuan dengan larutan. Sebagai satu kelas, beta dan logam paduan yang mendekati beta telah meningkatkan kekerasan pada logam paduan alfa-beta pada tingkat kekuatan yang ditentukan, dengan keuntungan dari bagian yang mempunyai kemampuan untuk perlakuan panas. Belakangan ini, karakteristik ini Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
304
Material Teknik
mendapatkan perhatian lebih karena meningkatkan kebutuhan untuk toleransi kerusakan pada struktur pesawat. Beberapa logam paduan beta yang mengandung molybdenum juga menunjukkan ketahanan terhadap korosi yang baik. Logam-logam ini menunjukkan ciri-ciri pembentukan dan pemotongan pada suhu ruangan yang lebih baik daripada ciri pembentukan dan pemotongan logam paduan alfa-beta, kekuatan yang lebih tinggi daripada logam paduan alfa-beta pada beberapa suhu di mana kekuatan yang dihasilkan (karena kekuatan creep) merupakan kriteria yang bisa diaplikasikan, dan respon yang lebih baik pada perlakuan panas (perlakuan larutan, pendinginan, dan penyepuhan) dalam bagian yang lebih berat daripada logam paduan alfa beta. Bagaimanapun, keuntungan-keuntungan ini dilakukan dengan kontrol yang seksama dari pemrosesan dan langkah-langkah fabrikasi yang diperlukan untuk mencapai sifat-sifat optimal. Jadi, logam paduan beta telah menemukan aplikasi yang terbatas ketika kekuatan yang sangat tinggi diperlukan, seperti spring dan fastener. Kekuatan yang tinggi berasal dari partikel-partikel alfa yang disebarkan secara merata dalam mikrostruktur beta yang ditahan sebagai hasil perlakuan panas. Logam paduan alfa -beta.
Komposisi logam paduan ini adalah logam paduan
yang mikrostrukturnya mengandung antara 10 hingga 50 persen beta, meskipun sebagian besar seringkali mengandung beta sekitar 20 persen. Adanya fase HCP dan BCC emberikan sifat dari kedua fase – kekuatan, kekerasan, kemampuan pengelasan, dan kemampuan tempa yang baik. selain itu, adanya kedua fase tersebut memberikan perpanjangan superplastik yang paling baik seperti yang dilihat pada tabel 7-22, yang jauh lebih baik daripada jumlah sebagian perpanjangan alfa (titanium murni) dan logam paduan beta. Gambar 7-4 menunjukkan bahwa kandungan beta optimum untuk perpanjangan antara 20 hingga 30 persen beta. Selama perlakuan panas, adanya fase-fase non-ekuilibrium, seperti martensite alfa-primed, atau betametastable menghasilkan peningkatan ketegangan tambahan dan kekuatan yang dihasilkan setelah perlakuan penyepuhan. Kombinasi sifat yang paling baik bisa dicapai dengan pemberian larutan pada suhu yang mendekati pada Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
30
Material Teknik
beta transus, tapi masih ada di bawahnya, yang diikuti dengan pendinginan dan kemudian penyepuhan. Tabel 7-21
Pengaruh pemrosesan β dan α/β pada sifat-sifat logam yang mendekati alfa
Sifat
Pemrosesan β
Pemrosesan α/β
Kekuatan ketegangan
Menengah
Baik
Kekuatan creep
Baik
Lemah
Kekuatan pelelehan
Menengah
Bak
Kekerasan pada keretakan
Baik
Lemah
Tingkat pertumbuhan keretakan
Baik
Menengah
Ukuran bijih
Besar
Kecil
7.3.2b Sifat-sifat Mekanis Suhu Ruangan .
Tabel 7-23 menunjukkan beberapa sifat mekanis dari golongan 2 dan 7, secara komersial titanium murni, dan logam paduan Ti – 6 – 4. Ini meliputi ketegangan, pengaruh, kekerasan dan sifat moduli. Tabel 7-24 juga menunjukkan keterikatan dari kekuatan yang dihasilkan dan ketegangan bidang kekerasan pada keretakan dari logam paduan alfa-beta pada potongan fase alfa atau pemrosesan logam paduan. Kita melihat bahwa kekerasan pada keretakan berubah pada perkalian dua atau tiga logam paduan, tergantung pada pemrosesan. Logam paduan Ti-6-4 .
Ti-6-4 adalah logam paduan titanium yang paling
banyak digunakan, yang terdiri lebih dari 50 persen dari semua ton berat titanium yang ada di bumi. Industri pesawat terdiri lebih dari 80 persen dari logam paduan ini. Pasar berikutnya yang paling besar untuk Ti-6-4 adalah penggunaannya dalam medical prosthesis, yang terdiri dari 3 persen pasar. Industri otomotif, kelautan, dan industri kimia juga menggunakan Ti-6-4 meski dalam jumlah yang kecil. Ada golongan ELI (kandungan interstitial ekstra rendah) dari logam paduan dengan oksigen rendah dan besi yang menunjukkan sifat toleransi dengan kerusakan yang tinggi, khususnya pada suhu cryogenic. Ketika palladium ditambahkan (sekitar 0.2 wt% Pd), peningkatan korosi akan terjadi.
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
306
Material Teknik
Tabel 7-22 Kondisi superplastik dan perpanjangan logam paduan Tes suhu
Logam paduan
°C
°F
Tingkat ketegangan, s-
titanium Faktor sensitivitas
Perpanjangan,
tingkat
%
1
ketegangan, m
Titanium
murni 850
1560
1.7 x 10-4
1545-
1.3
1600
hingga 10-3
…
115
komersial Logam paduan α β
Ti-6Al-4V
840-870
x
10-4 0.75
750-1170
Ti-6Al-5V
850
1560
8 x 10-4
0.70
700-1100
Ti-6Al-2Sn-4Zr-
900
1650
2 x 10-4
0.67
538
870
1600
2 x 10-4
0.63-0.81
>510
Ti-6Al-4V-Ni
815
1500
2 x 10-4
0.85
720
Ti-6Al-4V-2Co
815
1500
2 x 10-4
0.53
670
Ti-6Al-4V-2Fe
815
1500
2 x 10-4
0.54
650
Ti-5Al-2.5Sn
1000
1830
2 x 10-4
0.49
420
815
1500
2 x 10-4
0.50
229
Ti-13Cr-11V-3Al
800
1470
…
…
<150
Ti-8Mn
750
1380
…
0.43
150
Ti-15Mo
800
1470
…
0.60
100
2Mo Ti-4.5Al-5Mo1.5Cr
Logam
paduan
mendekati β dan β
Ti-15V-3Sn-3Cr3Al
Ti-6-4 ada dalam bentuk produk tempa, cetak dan sinter (P/M – powder metallurgy), dengan beberapa produk tempa yang mengandung lebih dari 95 persen diantaranya diperdagangkan. Industri pesawat menggunakan semua bentuk produk tempa. Penempaan digunakan untuk melakukan fabrikasi pada beberapa bentuk peralatan tambahan; sheet dan plat digunakan untuk melakukan fabrikasi pada penjepit, keranjang, lapisan, dinding pemisah, dan lain sebagainya; beberapa ekstrusi digunakan untuk beberapa bagian seperti wing chord dan bagian-bagian lainnya Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
30
Material Teknik
dengan bagian yang panjang; kawat untuk pengikat pada sayap; dan tubing untuk beberapa komponen seperti torque tube. Dalam aplikasi missile dan aplikasi luar angkasa, Ti-6-4 telah digunakan untuk mesin roket dan badan motor, pressure vessel, sayap, dan dalam beberapa aplikasi di mana berat menjadi pertimbangan. Meskipun tidak sebagai penahan korosi seperti logam paduan titanium murni yang diperdagangkan, Ti-6-4 mempunyai ketahanan korosi yang luar biasa yang dibandingkan dengan sistem logam paduan lainnya. Logam ini benar-benar tahan terhadap lingkungan alami dan berbagai macam bahan kimia cair hingga setidaknya pada suhu didih. Ini adalah ketahanan terhadap korosi umum pada air laut dan air asin, asam pengoksidasian, larutan klorida, gas klorin, dan sodium hypochorite pada suhu pengoperasian produk utama. Memang mudah untuk mengurangi asam seperti hydrofluoric, hydrochloric, sulfuric, oxalic, formic, dan asam fosfor. Tabel 7-25 menunjukkan tingkat korosi umum dalam media khusus. Logam paduan titanium lainnya yang paling umum digunakan adalah Ti-3Al2.5V, yang umumnya dikenal sebagai “Half 6-4” dalam industri. Logam paduan ini mempunyai kekuatan menengah antara titanium tanpa logam paduan dan Ti-6-4, dan mempunyai kemampuan bentuk yang luar biasa untuk produksi pipa tanpa kelim, strip, dan foil. Logam padan ini mempunyai kekuatan khusus yang tinggi dan kemampuan las yang bisa dibandingkan seperti Ti-6-4. ini utamanya digunakan sebagai logam paduan pipa. Dalam perbandingan antara baja dan aluminium, penggunaan logam paduan titanium dalam beberapa aplikasi tidak memerlukan ketahanan korosi dan tidak menentukan batasan berat yang ditunjukkan dengan biasanya yang tinggi. Tabel 7-26 menunjukkan perbandingan biaya dari titanium dengan baja tahan karat, aluminium, dan logam paduan nikel. Harga yang sebenarnya per pound mungkin berubah dari waktu ke waktu, tapi biaya relatif tidak akan berubah terlalu banyak.
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
30
Material Teknik
7.3.2c Pemlihan Logam Paduan Titanoum Tempa .
Hanya ketika pemilihan baja tahan karat dimulai dengan yang paling banyak digunakan, tipe 304, pemilihan logam paduan juga dimulai dengan menentukan apakah sifat-sifat logam paduan Ti-6Al-4V memenuhi persyaratan rancangan. Jika sifat-sifat lainnya diperlukan dari logam paduan titanium, bukan yang diberikan oleh Ti-6Al-4V, gambar 7-5 meringkas arahan untuk melakukan pilihan logam paduan yang tepat. Kita mencari logam paduan yang mendekati beta dan beta jika kita mencari kemampuan bentuk, sensitivitas tingkat ketegangan, kapasitas perlakuan panas dan kekuatan suhu ruangan yang lebih besar daripada Ti-6Al-4V. Dengan kata lain, jika mencari kekuatan suhu tinggi yang lebih besar, kemampuan las yang lebih besar, tekanan aliran yang lebih tinggi, dan peningkatan transus beta, maka kita harus mencari logam paduan yang mendekati beta dan logam paduan alfa.
Gambar 7.4
Pengaruh kandungan fase beta pada (a) perpanjangan superlastik, dan (b) m, sensitivitas tingkat ketegangan dari beberapa logam campuran titanium.
7.3.2d Cetakan Titanium..
Teknologi cetakan lost-wax telah melakukan produksi cetakan logam paduan titanium untuk penggunaan pada industri pesawat. Komposisi cetakan titanium pada dasarnya sama seperti komposisi logam paduan tempa. Jadi, logam paduan titanium cetak yang juga paling banyak digunakan adalah Ti-6Al-4V; golongan 2 adalah cetakan titanium murni yang diperdagangkan, seperti yang dilihat pada tabel 7-27.
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
309
Material Teknik
Aplikasi cetakan pesawat meliputi beberapa susunan dari beberapa struktur komponen utama yang menimbang lebih dari 135 kg (300 lb) setiap cetakannya hingga struktur komponen yang mempunyai berat kurang dari 30 g (1 oz). Cetakan Ti6Al-4V digunakan untuk housing yang besar, komplek dari mesin turbin. Cetakancetakan tersebut juga digunakan dalam berbagai macam aplikasi airframe, yang meliputi perangkat penanganan kargo, pengalih apliran, torque tube untuk rem, dan bagian inti helikopter. Dalam aplikasi misil dan luar angkasa, logam-logam tersebut digunakan untuk sayap, badan misil, tempat sensor optik, dan meriam. Cetakan Ti6Al-4V juga digunakan untuk digunakan sebagai tangki bahan bakar eksternal pada Space Shuttle, seperti halnya penggerak pada tangki-tangki eksternal. Cetakan-cetakan tersebut juga ditunakan dalam lingkungan kelautan dan seperti medical implant. Jika harga dipertimbangkan, Ti-6Al-4V ada sekitar dua kali lipat biaya cetakan nikel dengan logam paduan tambahan. Untuk aplikasi suhu yang lebih tinggi, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo dan Ti-6Al-2Sn4Zr-6Mo telah dispesifikasikan. Kita melihat bahwa dua logam paduan pertama mengandung sekitar 7 persen dari pasar cetakan, lihat pada tabel 7-27. Logam-logam paduan ini ditentukan untuk pelayanan hingga 595°C (1100°F) dan akan mendapatkan permintaan yang lebih besar karena manufakturer mesin pesawat merancang untuk pengoperasian suhu untuk meningkatkan efisiensi bahan bakar dan daya tolak pada mesin. Gambar 7-6 menunjukkan sifat suhu yang tinggi dari cetakan dari logam paduan titanoum yang dibandingkan dengan sifat dua logam paduan cetak Ti-6Al-4V. Dalam hal ini, aluminium titanium juga akan dikembangkan untuk aplikasi suhu yang tinggi dan mesin turbin.
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
310
Material Teknik
Tabel 7-2 Sifat Mekanis minium dan rata-raa dari logam paduan titanium tempa yang telah dipilih pada RT. Sifat ketegangan rata-rata dan rata-rata(a) 0.2% Kekuatan Charpy yang Komposisi kekuatan Pengurangan Kondisi mempengaruhi ketegangan Perpanjangan, numerik, % yang dalam area, akhir, MPa % kekuatan, J/(ftdihasilkan, % (ksi) lbf ) MPa (ksi) Titanium murni yang diperdagangkan
99.2 Ti (ASTM golongan 2) 99.2 Ti (ASTM golongan 7)
Sifat rata-rata dan khusus
Kekerasan
Modulus elastisitas, Gpa (106 psi)
Modulus kekerasan, Gpa (106 psi)
Rasio Poisson
Diperkuat 340-434 (50-63)
280-345 (40-50)
28
50
34-54 (25-40)
200 HB
102.7 (14.9)
38.6 (5.6)
0.34
Diperkuat 340-434 (50-63)
280-345 (40-50)
28
50
43(32)
200 HB
102.7 (14.9)
38.6 (5.6)
0.34
Diperkuat 900-993 (130-144) Larutan + 1172(170) disepuh diperkuat 830-896
830-924 (120-134) 1103(160)
14
30
36 HRC
25
41 HRC
17-8 (16.5) …
42.1 (6.1) …
0.342
10
14-19 (10-14) …
760-827
15
35
24
35 HRC
1138.8
42.1
0.342
(120-130)
(110-120)
(16.5)
(6.1)
Logam paduan α- β
6Al-4V
6Al-4V(O2 rendah)
Tabel 7-24
(18)
…
Dependensi kekuatan yang dihasilkan dan sifat patah dan kekerasan pada mikrostruktur dan/atau pemrosesan dari berbagai macam logam paduan titanium. Kekuatan yang dihasilkan
Morfologi α atau metode pemrosesan
Logam paduan
Ti-6Al-4V
Equiaxed Transformed α-β rolled + mill annealed
MPa
ksi
910 875 1095
130 125 159
Kekerasan ketegangan bidang ( K 1c) MPa
m
44-66 88-110 32
Ksi
in
40-60 80-100 29 311
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
Material Teknik
Ti-6Al-6V-2Sn
Equiaxed Transformed Equiaxed Transformed α+β tempa, perlakuan dan penyepuhan β perlakuan tempa dan penyepuhan Proses α-β Proses β
Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo tempa Ti-17
Tabel 7-25 Tingkat Korosi Umum dari Ti-6Al-4V dalam media khusus Konsentrasi, Tingkat korosi Media Suhu-°F wt% mil/tahun Asam
Hidrokolik Hidrokolik Hidrokolik Hidrokolik Nitrik Nitrik (white fuming) Fosfor Fosfor Fosfor
2 5 10 30 65
100 100 100 100 Mendidih
90
180
10 10 85
Sulfur Sulfur
Nol-1.2 2.4-7.2 20.0-24.0 208.0-253.0 3.0-5.0
Media
155 140 165 160 131 130 150-170 150-170
Konsentrasi, wt%
33-35 55-77 22-33 33-55 81 84 33-50 53-88
Suhu °F
30-50 50-70 20-30 30-50 74 76 30-45 48-80
Tingkat korosi mil/tahun
Asam (campuran)
10-90
160
19.0-23.0
Hidrokolik Nitrik Nitrik
37 70 70
100 150 200
328.0-408.0 Nol 20
6.0
Sulfur
96
100
Nol
Ruangan 170 Ruangan
0.8-2.0 132.0 16.0-24.0
Sulfur Sulfur
96 96
150 200-300
Mol 0.4-0.6
2
100
15.6-21.6
Sodium hidroksida
25
Mendidih
1.8-2.0
10
100
38.4-39.6
Klorida
Aluminium klorida
25
Mendidih
780.0-840.0
Asam (inhibited)
5% HCl + 1% CuSO4 5% HCl + 1% CuSO4 10% HCl + 1% CuSO4
1085 980 1155 1120 903 895 1035-1170 1035-1170
Sulfur-nitrik Asam (uap)
Alkalis
…
100
0.6
Barium klorida
25
Mendidih
Nol
…
100
Nol
Kalsium klorida
28
208
2.7-2.9
…
150
3.0
Cupric klorida
40
Mendidih
0.2
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
312
Material Teknik
Ti-6Al-6V-2Sn
Equiaxed Transformed Equiaxed Transformed α+β tempa, perlakuan dan penyepuhan β perlakuan tempa dan penyepuhan Proses α-β Proses β
Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo tempa Ti-17
Tabel 7-25 Tingkat Korosi Umum dari Ti-6Al-4V dalam media khusus Konsentrasi, Tingkat korosi Media Suhu-°F wt% mil/tahun Asam
Hidrokolik Hidrokolik Hidrokolik Hidrokolik Nitrik Nitrik (white fuming) Fosfor Fosfor Fosfor
2 5 10 30 65
100 100 100 100 Mendidih
90
180
10 10 85
Sulfur Sulfur
Nol-1.2 2.4-7.2 20.0-24.0 208.0-253.0 3.0-5.0
155 140 165 160 131 130 150-170 150-170
33-35 55-77 22-33 33-55 81 84 33-50 53-88
Konsentrasi, wt%
Media
30-50 50-70 20-30 30-50 74 76 30-45 48-80
Tingkat korosi mil/tahun
Suhu °F
Asam (campuran)
10-90
160
19.0-23.0
Hidrokolik Nitrik Nitrik
37 70 70
100 150 200
328.0-408.0 Nol 20
6.0
Sulfur
96
100
Nol
Ruangan 170 Ruangan
0.8-2.0 132.0 16.0-24.0
Sulfur Sulfur
96 96
150 200-300
Mol 0.4-0.6
2
100
15.6-21.6
Sodium hidroksida
25
Mendidih
1.8-2.0
10
100
38.4-39.6
Klorida
Aluminium klorida
25
Mendidih
780.0-840.0
Asam (inhibited)
5% HCl + 1% CuSO4 5% HCl + 1% CuSO4 10% HCl + 1% CuSO4
1085 980 1155 1120 903 895 1035-1170 1035-1170
Sulfur-nitrik Asam (uap)
Alkalis
…
100
0.6
Barium klorida
25
Mendidih
Nol
…
100
Nol
Kalsium klorida
28
208
2.7-2.9
…
150
3.0
Cupric klorida
40
Mendidih
0.2 312
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
Material Teknik
10% HCl + 1% CuSO4 10% HCl + 1% CuSO4 10% HCl + 1% CuSO4
…
150
4.0
…
150
Nol-0.4
…
150
Nol-0.2
Asam (campuran)
Aqua regia (3
…
Ruangan
2.0
bagian HCl, 1 bagian HNO3) Sulfur-nitrik Sulfur-nitrik Sulfur-nitrik Sulfur-nitrik Sulfur-nitrik
90-10 90-10 70-30 70-30 50-50
Ruangan 160 Ruangan 160 Ruangan
Sulfur-nitrik
50-50
160
Sulfur-nitrik
30-70
Ruangan
Sulfur-nitrik Sulfur-nitrik
30-70 10-90
160 Ruangan
18.0 295.0-298.0 22.0-25.0 175-179.0 4.0
Ferric klorida
20
Ruangan
Nol
Ferric klorida
30
200
Nol
5
Mendidih
Nol
20
Mendidih
Nol
Magnesium klorida Magnesium klorida Magnesium klorida
Bar Die tempa Plat
Nol
200
4.0
Sat’d
Nikel klorida Air laut Sodium klorida Stannic klorida
20 … 20 100
200 Ruangan Ruangan Mencair
Nol Nol Nol Nol
…
Ruangan
Nol
50 1
Mendidih Ruangan
7.97 12.0-7.0
Gas
92.0-95.0
Sulfur dioksida (kering)
nol
Bahan kimia organik: asam
Formic Oxalic
materi-materi lainnya
3200 hingga 7.600 kg (7000 hingga 30.00 lb) Secara normal mempunyai diameter 100 mm (4 in) hingga sekitar 355 (14 in) pada diameter atau persegi. Billet hingga 5000 lb telah dijual, tapi tidak ada pada batas atas. Bagian yang menyilang hingga 0.4 x 0.4 mm (16 x 16 in) Dari <0.5 kg hingga >1300 kg (<1 lb hingga >300 lb) Dimensi khusus; ketebalan: 5 hingga 75 mm (0.1875 hingga 3 in); lebar: 915 dan 1220
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
Mendidih
Mercuric klorida
Tabel 7-26 Bentuk-bentuk produk dari logam paduan Ti-6Al-4V dan perbandingan dari harga dengan Produk Ukuran dan berat
Ingot Billet
40
Perbandingan harga
… … … Ti, $30/lb; Al, $10/lb; baja stainless, $8/lb … 31
Material Teknik
10% HCl + 1% CuSO4 10% HCl + 1% CuSO4 10% HCl + 1% CuSO4
…
150
4.0
Ferric klorida
20
Ruangan
Nol
…
150
Nol-0.4
Ferric klorida
30
200
Nol
…
150
Nol-0.2
5
Mendidih
Nol
20
Mendidih
Nol
Magnesium klorida Magnesium klorida
Asam (campuran)
Aqua regia (3
…
Ruangan
Magnesium klorida
2.0
bagian HCl, 1 bagian HNO3) Sulfur-nitrik Sulfur-nitrik Sulfur-nitrik Sulfur-nitrik Sulfur-nitrik
90-10 90-10 70-30 70-30 50-50
Ruangan 160 Ruangan 160 Ruangan
Sulfur-nitrik
50-50
160
Sulfur-nitrik
30-70
Ruangan
Sulfur-nitrik Sulfur-nitrik
30-70 10-90
160 Ruangan
18.0 295.0-298.0 22.0-25.0 175-179.0 4.0
40
Bar Die tempa Plat
Nol
200
4.0
Mercuric klorida
Sat’d
Nikel klorida Air laut Sodium klorida Stannic klorida
20 … 20 100
200 Ruangan Ruangan Mencair
Nol Nol Nol Nol
…
Ruangan
Nol
50 1
Mendidih Ruangan
7.97 12.0-7.0
Gas
92.0-95.0
Sulfur dioksida (kering)
nol
Bahan kimia organik: asam
Formic Oxalic
Tabel 7-26 Bentuk-bentuk produk dari logam paduan Ti-6Al-4V dan perbandingan dari harga dengan Produk Ukuran dan berat
Ingot Billet
Mendidih
materi-materi lainnya Perbandingan harga
3200 hingga 7.600 kg (7000 hingga 30.00 lb) Secara normal mempunyai diameter 100 mm (4 in) hingga sekitar 355 (14 in) pada diameter atau persegi. Billet hingga 5000 lb telah dijual, tapi tidak ada pada batas atas. Bagian yang menyilang hingga 0.4 x 0.4 mm (16 x 16 in) Dari <0.5 kg hingga >1300 kg (<1 lb hingga >300 lb) Dimensi khusus; ketebalan: 5 hingga 75 mm (0.1875 hingga 3 in); lebar: 915 dan 1220
… … … Ti, $30/lb; Al, $10/lb; baja stainless, $8/lb … 31
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
Material Teknik
Sheet Tube Forged blocked Ekstrusi Kawat
mm (36 dan 48 in); panjang: 18, 2.4, dan 3 m (72, 96, dan 120 in). Dimensi khusus; ketebalan: 0.4 hingga 4.75 mm (0.016 hingga 0.187 in); lebar 915 dan Ti, $13/lb; baja stainless, $3/lb; Al $2-4/lb; Inco 718, 1220 mm (36 dan 48 in); panjang 1.8, 2.4, dan 3 m (72, 96, dan 120). $10-lb Item khusus … Ada dalam ukuran yang besar, dengan ukuran maksimum yang dihubungkan dengan Ti, $8/lb; baja stainless dan Al, $2.50-3/lb ukuran ingot dan jumlah kerja yang dilakukan untuk forged block. Dari ukuran putaran sekitar 25 hingga 760 mm (1 hingga 30 in) diameter. Ketebalan Ti, $7-15; 300 seri baja stainless, $3-4/lb; 15-5 PH, minimum sekitar 3 mm (1/8 in) untuk ukuran putaran yang kecil, dan sekitar 13 mm (1/2 $4-5/lb; 7-8 PH, $9-12/lb; Al, 2-4/lb in) untuk ukuran putaran yang besar. Ukuran yang diproses secara umum yang tersusun dari 0.28 hingga 12.2 mm (0.011 1/4 in. kawat; Ti $26/lb; A283, $6/lb; baja stainless, hingga 0.4860 in) diameter $7.50/lb; Al 7075 $2.30/lb
Tabel 7-27 Logam paduan titanium untuk cetakan dan penggunaan relatifnya Perkiraan Komposisi numerik, wt% penggunaan Logam paduan relatif dari O N C H Al Fe V Cr Sn cetakan
Ti-6Al-4V Ti-6Al-4V ELI(c) Titanium murni yang diperdagangkan (golongan 2) Ti-6Al-2Sn-4Zr2Mo Ti-6Al-2Sn-4Zr2Mo Ti-5Al-2.5Sn Ti-3Al-8V-6Cr4Zr-4Mo (beta C) Ti-15V-3Al-3Cr3Sn (Ti-15-3)
Mo
Nb
Zr
Si
Sifat khusus(a) (b)
85% 1%
0.18 0.11
0.015 0.010
0.04 0.006 0.03 0.006
6 6
0.13 0.10
4 4
… …
… …
… …
… …
… …
… …
Tujuan khusus Kekerasan cryogenic
6%
0.25
0.015
0.03 0.006
…
0.15
…
…
…
…
…
…
…
Ketahanan terhadap korosi
7%
0.10
0.010
0.03 0.006
6
0.15
…
…
2
4
…
4
…
<1%
0.10
0.010
0.03 0.006
6
0.15
…
…
2
4
…
4
…
<1% <1%
0.16 0.0015 0.03 0.006 0.10 0.015 0.03 0.006
5 3.5
0.2 0.2
… 8.5
… 6
2.5 …
… 4
… …
… 4
… …
Creep pada suhu yang ditingkatkan Kekuatan pada suhu yang ditingkatkan Kekerasan cryogenic Kekerasan RT
<1%
0.12
3
0.2
15
3
3
…
…
…
…
Kekerasan RT
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
0.015
0.03 0.006
314
Material Teknik
Sheet Tube Forged blocked Ekstrusi Kawat
mm (36 dan 48 in); panjang: 18, 2.4, dan 3 m (72, 96, dan 120 in). Dimensi khusus; ketebalan: 0.4 hingga 4.75 mm (0.016 hingga 0.187 in); lebar 915 dan Ti, $13/lb; baja stainless, $3/lb; Al $2-4/lb; Inco 718, 1220 mm (36 dan 48 in); panjang 1.8, 2.4, dan 3 m (72, 96, dan 120). $10-lb Item khusus … Ada dalam ukuran yang besar, dengan ukuran maksimum yang dihubungkan dengan Ti, $8/lb; baja stainless dan Al, $2.50-3/lb ukuran ingot dan jumlah kerja yang dilakukan untuk forged block. Dari ukuran putaran sekitar 25 hingga 760 mm (1 hingga 30 in) diameter. Ketebalan Ti, $7-15; 300 seri baja stainless, $3-4/lb; 15-5 PH, minimum sekitar 3 mm (1/8 in) untuk ukuran putaran yang kecil, dan sekitar 13 mm (1/2 $4-5/lb; 7-8 PH, $9-12/lb; Al, 2-4/lb in) untuk ukuran putaran yang besar. Ukuran yang diproses secara umum yang tersusun dari 0.28 hingga 12.2 mm (0.011 1/4 in. kawat; Ti $26/lb; A283, $6/lb; baja stainless, hingga 0.4860 in) diameter $7.50/lb; Al 7075 $2.30/lb
Tabel 7-27 Logam paduan titanium untuk cetakan dan penggunaan relatifnya Perkiraan Komposisi numerik, wt% penggunaan Logam paduan relatif dari O N C H Al Fe V Cr Sn cetakan
Ti-6Al-4V Ti-6Al-4V ELI(c) Titanium murni yang diperdagangkan (golongan 2) Ti-6Al-2Sn-4Zr2Mo Ti-6Al-2Sn-4Zr2Mo Ti-5Al-2.5Sn Ti-3Al-8V-6Cr4Zr-4Mo (beta C) Ti-15V-3Al-3Cr3Sn (Ti-15-3)
Mo
Nb
Zr
Si
Sifat khusus(a) (b)
85% 1%
0.18 0.11
0.015 0.010
0.04 0.006 0.03 0.006
6 6
0.13 0.10
4 4
… …
… …
… …
… …
… …
… …
Tujuan khusus Kekerasan cryogenic
6%
0.25
0.015
0.03 0.006
…
0.15
…
…
…
…
…
…
…
Ketahanan terhadap korosi
7%
0.10
0.010
0.03 0.006
6
0.15
…
…
2
4
…
4
…
<1%
0.10
0.010
0.03 0.006
6
0.15
…
…
2
4
…
4
…
<1% <1%
0.16 0.0015 0.03 0.006 0.10 0.015 0.03 0.006
5 3.5
0.2 0.2
… 8.5
… 6
2.5 …
… 4
… …
… 4
… …
Creep pada suhu yang ditingkatkan Kekuatan pada suhu yang ditingkatkan Kekerasan cryogenic Kekerasan RT
<1%
0.12
3
0.2
15
3
3
…
…
…
…
Kekerasan RT
0.015
0.03 0.006
314
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
Material Teknik
Ti-1100
<1%
0.07
0.015
0.04 0.006
6.0
0.02
…
…
2.75
4.0
…
4.0
IMI-834
<1%
0.10
0.015
0.06 0.006
5.8
0.02
…
…
4.0
3.5
0.7
3.5
Total
100%
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
0.45 Sifat pada ditingkatkan 0.35 Sifat pada ditingkatkan
suhu
yang
suhu
yang
31
Material Teknik
Ti-1100
<1%
0.07
0.015
0.04 0.006
6.0
0.02
…
…
2.75
4.0
…
4.0
IMI-834
<1%
0.10
0.015
0.06 0.006
5.8
0.02
…
…
4.0
3.5
0.7
3.5
Total
100%
0.45 Sifat pada ditingkatkan 0.35 Sifat pada ditingkatkan
yang
suhu
yang
31
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
Material Teknik
Gambar 7.5
suhu
Tuntunan dalam pemilihan logam campuran titanium, dimulai dengan Ti-6Al-4V
Material Teknik
Gambar 7.5
Tuntunan dalam pemilihan logam campuran titanium, dimulai dengan Ti-6Al-4V
Gambar 7.6
Kekuatan hasil dari logam campuran cast titanium pada suhu yang dinaikkan.
Kurva kekuatan kolom minimum untuk beberapa logam campuran ekstrusi magnesium, P , muatan kolom terakhir; A, area bagian yang saling berpotongan; K , konstan yang tergantung pada kondisi akhir; I , panjang kolom; dan r , radius minimum dasri putaran bagian perpotongan kolom.
Gambar 7.7
Kolom kekuatan dari beberapa logam campuran ekstrusi magnesium
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
316
Material Teknik
7.4
MAGNESIUM DAN LOGAM PADUAN MAGNESIUM [6]
Untuk beberapa aplikasi struktural, magnesium mempunyai potensi yang besar. Magnesium ini lebih ringkat daripada aluminium dan titanium dan akan, karena itu, mempunyai kekuatan khusus yang tinggi dan modulus khusus sebagai potensinya. Magnesium, akan menjadi logam heksagonal, yang membatasi duktilitas, bagaimanapun; karena itu, akan lebih sulit untuk membentuknya dengan memotong, yang memerlukan suhu yang lebih tinggi untuk meningkatkan kemampuan bentuknya. Secara konsekuen, untuk aplikasi struktural, kita harus mengharapkan bahwa beberapa produk tempa ada dalam aplikasi struktural. Dibandingkan dengan aluminium dan titanium, permasalahan utama lainnya dari magnesium adalah sifat korosifnya. Seperti yang kita lihat dalam beberapa bagian galvanis pada gambar 7-10, bagian yang paling anodik dan karena itu memerlukan ukuran kontrol korosif yang lebih kuat.
Gambar 7.8
Perak memperlambat pelunakan tembaga dengan suhu yang dinaikkan.
Kita lihat pada tabel 7-28 di mana aplikasi struktural mengandung lebih dari 15 persen mangan pada tahun 1988. Sebagian besar aplikasi untuk magnesium dilihat dalam beberapa aplikasi non struktural seperti: elemen logam paduan dalam logam paduan aluminium, utamanya untuk kaleng aluminium; penurun sulfur dalam industri baja; nodulizer dalam besi tuang; bahan kimia; dan anoda tambahan untuk melindungi pipa yang tertanam dan lain-lain.
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
31
Material Teknik
Gambar 7.9
Tembaga zirconium- dan cadmium-bearing dengan tegangan dan kekerasan yang lebih dari tembaga atau tembaga silver-bearing.
Gambar 7.10
Ciri-ciri pelunakan dari tembaga-tembaga cadmium (Cd)-bearing, dan silver, dan silver (Ag)-bearing setelah (a) 21 persen pengurangan dalam area (ketebalan) dari 0.1 hingga 0.075 mm dalam ketebalan, dan (b) 90 persen pengurangan dalam area (ketebalan) dari 0.75 hingga 0.75 mm dalam ketebalan. 7.4.1
Logam Paduan Aluminium dan Penandaan-penandaannya Penandaan-penandaannya
Penandaan kode logam paduan untuk logam paduam magnesium dilakukan menurut spesifikasi ASTM B-297 dan mempunyai kode satu huruf atau dua huruf Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
31
Material Teknik
kode yang diikuti dengan satu, dua atau tiga digit angka seperti yang ditunjukkan dalam tabel 7-29. Huruf yang pertama menunjukkan beberapa elemen logam paduan, sedangkan satu, dua atau tiga digit angka menunjukkan komposisi dalam persen berat dari beberapa elemen logam paduan, ada pada seluruh angka. Kode-kode untuk elemen-elemen logam paduan akan ditunjukkan dalam tabel 7-29. Setelah kode logam paduan paduan,, suatu suatu huruf huruf akan akan menent menentuka ukann secar secaraa beruru berurutan tan dari dari A hingg hinggaa Z, kecual kecualii huruf huruf I dan O, untuk menunjukkan beberapa modifikasi dari logam paduan, dengan A yang akan menjadi logam paduan awal. Penandaan sifat, yang dipisahkan dengan tanpa penghu penghubun bung, g, ditun ditunjuk jukkan kan sepe seperti rti dalam dalam logam logam padu paduan an alumi aluminiu nium m setela setelahh kode kode logam logam paduan paduan.. Tabel 7.28 Aplikasi struktural dan non-strukrtural dari magnesium Pengiriman, ton metrik Aplikasi 1983 1984 1985 1986 Struktural
Die casting Gravity casting(a) Produk tempa(b) Total struktural
1987
1988
27900 2000 7100 37000
30400 1300 6600 38300
29700 1200 4800 35700
28800 1600 5400 35800
26600 1800 8400 36800
28500 2100 7400 38000
Logam paduan aluminium Desulfurisasi Nodular Nodular iron iron Metal reduction Bahan kimi(c) Elektrokimia Lain-lain(e) Total non struktural
110800
113500
121000
122100
122100
134300
13400 89000 890 9200 8200 7600 9300 167400
17400 98000 980 12200 7800 7700 9300 177700
19100 113000 1130 10300 10300 8000 9100 10300
20300 12300 123 00 9600 8000 8300 10000 190600
21900 14200 142 00 8800 72000 8000 17000 199200
28600 158000 1580 10200 8100 8000 8200 213200
Total semua penggu penggunaa naann
204400
216000
224800
226400
236000
251200
Non strukt struktura urall
Tabel 7-29
Sistem standar ASTM untuk logam paduan dan penandaan sifat untuk logam paduan aluminium
Bagian pertama
Bagian kedua
Menunjukkan dua elemen logam paduan utama
Menunjukkan jumlah dua elemen logam paduan paduan utama utama
Terdiri dari dua kode huruf yang menunjukkan dua elemen logam paduan
Terdiri dari dua angka yang mengandung persen persentas tasee roun round-o d-off ff dari dua elemen logam
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
Bagian ketiga
Bagian keempat
Membedakan antara bebera beberapa pa logam logam paduan paduan yan yangg berb berbeda eda dengan persentase yang sama dari dua elemen logam paduan utama Terdiri dari huruf alfabet yang ditentukan secara berurutan seperti bebera beberapa pa kompos komposisi isi
Menunjukkan kondisi (sifat)
Terdiri dari huruf yang diikuti dengan angka (terpisah dari bagian ketikas penandaan 319
Material Teknik
utama yang tersusun berdasa berdasarka rkann urut urutan an penuru penurunan nan (atau (atau menurut alfabet jika persen persentas taseny enyaa sam sama) a) A - aluminium
paduan paduan utama utama dan tersusun dalam urutan yang sama seperti penand penandaa logam logam pad paduan uan dalam bagian pertama Seluruh nomor
B – bismuth C – copper D – cadmium E – rare earth F – iron G – magnesium H – thorium K – zirconium L – lithium M – mangan N – nikel nikel P – lead Q – silver R – chromium S – silikon T – tin W – yttrium Y – antimony Z – zinc
yang menjadi standar
dengan tanda penghu penghubun bung) g)
Huruf-huruf dari alfabet kecuali
F – as fabricated O – annealed H10 dan H11 – slightly strain hardened H23, H24, dan H26 – ketegangan yang dikeraskan dan penguta pengutann seca secara ra terpisah T4 – larutan untuk perlak perlakuan uan pan panas as T5 – penyepuhan buatan buatan T6 – larutan perlakuan panas panas dan penyep penyepuha uhann buat buatan an T8 – larutan perlakuan panas, panas, cold-w cold-work orked, ed, dan penyepuhan buatan buatan
Seperti beberapa contoh sistem penandaan, kita akan mengambil AZ91C-T6 pertam pertama. a. Huruf Huruf A dan dan Z menunj menunjukk ukkan an eleme elemen-e n-elem lemen en logam logam padu paduan an dan dan zinc; zinc; angka angka dua digit 91 menunjukkan nominal 9 wt% Al dan 1% Zn; C menunjukkan modifikasi ketiga dari logam paduan ini, dan T6 berarti logam ini diberi perlakuan panas dan disepuh buatan. Contoh yang kedua adalah AM100A – T61, yang mempunyai kode dengan tiga digit. Dua huruf yang pertama A dan M menunjukkan aluminium dan mangan. Dua digit pertama menunjukkan 10 wt% Al dan 0 menunjukkan 0.1 wt% Mn yang ditunjukkan pada angka yang mendekati. K1A dan M1A hanya mengandung elemen logam paduan.
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
320
Material Teknik
Gambar 7.11
Fase tunggal α-kuningan yang menunjukkan keunikan mengalami peningkatan dalam kekuatan dan duktilitas secara simultan. [9]
Gambar 7.12
Molybdenum meningkatkan korosi keretakan dari logam paduan nikel.
Kekuatan kompresif yang dihasilkan dari cetakan magnesium sama seperti ketegangan yang menghasilkan kekuatan. Untuk logam paduam magnesium tempa, kekuatan kompresif yang dihasilkan bisa dianggap kurang dari ketegangan yang Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
321
Material Teknik
menghasilkan ketegangan. Rasio tekanan pada ketegangan yang menghasilkan kekuatan berubah dari sekitar 0.4 untuk M1A hingga nilai rata-rata dari sekitar 0.7 untuk logam paduan aluminium. Logam paduan inimempunyai implikasi praktis dalam perancangan struktur logam paduan aluminium yang secara kompresif dimuat secara aksial, seperti dalam beberapa kolom. Tekanan rancangan maksimum dari kolom yang diambil untuk menjadi tekanan minimum yang menghasilkan kekuatan dari logam paduan aluminium. Gambar 7-7 menunjukkan kurva kekuatan kolom untuk ekstrusi dari beberapa logam paduan magnesium. Tabel 7-30 Ciri-ciri darilogam paduan magnesium die-casting Logam Ciri-ciri umum paduan
AZ91D AM60B AS1X1 AS41XB
7.4.2
Yang paling banyak menggunakan logam paduan die-casting. Mempunyai kekuatan yang bagus pada suhu ruangan, kemampuan tuang yang baik, stabilitas atmosfer yang baik, ketahanan korosi terhadap air garam. Perpanjangan dan kekerasan yang baik, ketehanan korosi terhadap air garam, hasil dan sifat ketegangan yang baik. Ketahanan creep yang paling baik dari logam paduan die-casting, sifat suhu ruangan yang baik, berguna dalam aplikasi suhu yang tinggi. Ketahanan creep yang baik hingga 175°C (350°F), sifat pada suhu ruangan yang baik, ketahanan korosi pada air garam yang tinggi, berguna pada aplikasi dengan suhu yang tinggi.
Aplikasi Magnesium
Kita melihat bahwa cetakan adalah bentuk utama dari aplikasi struktural magnesium. Selain itu, sekitar 95 persen dari semua cetakan dibuat dengan die-casting di mana cairan ditekan pada pelelehan atau lubang die dengan tekanan yang digunakan. Tujuan umum logam paduan die-cast adalah AZ91D. Untuk cetakan yang memerlukan duktilitas yang lebih baik (perpanjangan) dan kekerasan, AM60B akan dipilih. Logam paduan ini digunakan dalam produksi roda automobile die-cast dan beberapa panahan dan peralatan olah raga lainnya. Tabel 7-30 menunjukkan ciri-ciri dari logam paduan die-casting lainnya. Beberapa aplikasi magnesium di Jerman sebelumnya, pada tahun 1920-an difokuskan pada beberapa aplikasi struktural untuk industri otomotif dan pesawat. Pada tahun 1930-an, automaker Jerman menggunakan magnesium die-casting seperti housing untuk pompa minya, fan mesin pendingin, blower impeller, dan gearbox. Perusahaan pesawat menggunakan logam paduan magnesium pada roda bagian belakang, brake shoes, brake lever, dan piston. Pada tahun 1950-an, 1960-an, dan awal Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
322
Material Teknik
tahun 1970-an, Volkswagen adalah konsumen utama dari magnesium dan logam paduan magnesium. Pada tahun 1971, Volkswagen adalah menggunakan 42.000 ton metrik dari magnesium utama pada shop casting-nya di Jerman, Brazil, dan Meksiko. Ini diturunkan secara dramatis pada 9.000 ton pada tahun 1975 ketika perusahaan memperkenalkan model baru, yang dirancang kembali. Hingga sekarang ini, beberapa aplikasi struktural dari magnesium pada mobil di US telah digunakan untuk komponen-komponen kecil. Tabel 7-31 membandingkan beberapa aplikasi otomotif dari logam paduan magnesium di US, Eropa, dan di Jepang. Kita melihat bahwa penggunaan di US ada dalam beberapa kategori pendukung, keranjang, housing, dan penutup. Selain itu, Eropa (utamanya di Jerman dan selain itu juga di Swedia), penggunaannya meliputi beberapa komponen yang lebih besar yang terdiri dari alat untuk menyokong panel, seat frame, dan roda. Di US, roda dengan logam paduan magnesium ditentukan pada kinerja mobil tapi tidak diadaptasikan secara meluas pada pasaran. Perbedaan ini menunjukkan tingkat pengalaman perancang produk dalam menggunakan logam paduan magneium. Bagaimanapun, beberapa manufakturer otomotif di US sekarang ini secara serius lebih melihat pada logam paduan magnesium karena secara federal telah diatur di CAFÉ (Corporate Average Fuel Economy) dan EPA’s (Environmental Protection Agency) batas-batas emisi. Peralatan anti polisi akan menambahkan berat pada kendaraan dan untuk mempertahan CAFÉ yang diperlukan, berat mati (kelembaman) dari kendaraan harus menurun.d penurunan dalam berat mati dari kendaraan juga menurunkan hasilhasil lainnya, selain itu pada ekonomi bahan bakar. Contohnya, satu pon pengurangan berat dalam unsprung rotating mass, seperti roda dan brake rotor, mengurangi tekanan kelembaman, meningkatan percepatan kendaraan dan penurunan kecepatan, dan memperbaiki ciri rancangan suspensi aktif. Pengurangan berat dalam beberapa komponen yang kembali sebenarnya lebih besar dalam kasus pengurangan berat mati. Ini telah dikatakan bahwa pengurangan 10 garam dalam piston atau menghubungkan berat rod bisa meningkatkan efisiensi bahan bakar.
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
32
Material Teknik
Tabel 7-31
Beberapa bagian otomotif di US, Eropa, dan Jepang yang terbuat dari logam paduan magnesium
Amerika utara
Steering column lock housing Clutch housing Pedal support bracket Seat support Transfer case Armrest support Accessory drive Bracket Valve cover Steering cover bracket Induction system housing Cam cover Oil filter adaptor 7.5 7.5.1
Eropa
Gear box Instrument panel support beam Cyliner head covers Seat frame Cam cover Oil pump Oil pan bottom Wheels/system Transmisi housing
Jepang
Steering column assembly Steering wheel core Valve cover Cylinder head cover Inmani top cover Inmani chamber Motorcycle wheels
TEMBAGA DAN LOGAM PADUAN TEMBAGA Logam Paduan dan Penandaan Sifat dari Tembaga dan Logam Paduan Tembaga
Pada sifat yang sama seperti dalam logam paduan aluminium, adanya tembaga dan logam paduan tembaga dilakukan dengan menentukan penandaan logam paduan dan penandaan sifatnya. Klasifikasi umum dari logam paduan tempa dan tuang ditunjukkan dalam tabel 7-32 dengan UNS yang direncanakan dan beberapa logam paduan utama. UNS terdiri dari lima digit setelah huruf C (misalnya, CXXXXX). Seperti dengan baja stainless, tiga digit pertama adalah angka-angka logam paduan yang diberikan oleh Asosiasi Perkembangan Tembaga (CDA) dan dua digit yang terakhir adalah untuk beberapa modifiksi yang dibuat pada logam paduan asli. Contohnya, penandaan CDA untuk cartridge brass adalah CDA 260. pada UNS, kode untuk logam paduan adalah C26000. Beberapa modifikasi dari logam paduan ini mungkin ditulis dengan C26001, atau C26010, dan lain sebagainya. Logam paduan tempa ditandai dengan C10000 hingga C79999; logam paduan tuang ditandai dengan C80000 hingga C99999. Sistem penandaan diatur oleh CDA. Tabel 7-32 Klasifikasi umum dan angka UNS yang ditunjuk dari logam paduan baja. Nama umum Angka UNS Komposisi Logam paduan tempa
Tembaga Logam paduan dengan campuran tembaga yang tinggi Kuningan Kuningan dengan campuran
C10100-C15760 C16200-C19600
>99% Cu >96% Cu
C20500-C28580 C31200-C38590
Cu-Zn Cu-Zn-Pb
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
324
Material Teknik
timah Tin brasses Phosphor bronze Leaded phosphor bronze Copper-phosphorus dan logam paduan copper-silver phosphorus Aluminium bronzes Silicon bronzes Logam paduan copper-zinc lainnya Tembaga-nikel Tembaga-perak
C40400-C49080 C50100-C52400 C53200-C54800 C55180-C55284
Cu-Zn-Sn-Pb Cu-Sn-P Cu-Sn-Pb-P Cu-P-Ag
C60600-C64400 C64700-C66100 C66400-C69900
Cu-Al-Ni-Fe-Si-Sn Cu-Si-Sn …
C70000-C79900 C73200-C79900
Cu-Ni-Fe Cu-Ni-Zn
C80100-C81100 C81300-C82800
>99% Cu >94% Cu
C83300-C85800 C85200-C85800
Cu-Zn-Sn-Pb (75-89% Cu) Cu-Zn-Sn-Pb (57-74% Cu)
C86100-C86800
Cu-Zn-Mn-Fe-Pb
C87300-C87900 C90200-C94500
Cu-Zn-Si Cu-Sn-Zn-Pb
C94700-C94900 C95200-C95810 C96200-C96800 C97300-C97800 C98200-C98800 C99300-C99750
Cu-Ni-Sn-Zn-Pb Cu-Al-Fe-Ni Cu-Ni-Fe Cu-Ni-Zn-Pb-Sn Cu-Pb …
Logam paduan tuang
Tembaga Logam paduan dengan campuran tembaga yang tinggi Red dan leaded red brasses Yellow dan leades yellow brasses Mangan bronze dan leaded mangan bronze Silicon bronze, silicon braze Tin bronze dan leaded tin bronze Nickel-tin bronze Aluminium bronze Tembaga-nikel Nikel-perak Leaded copper Berbagai macam logam paduan
Logam paduan tempa dan tuang
dalam tabel 7-32 mungkin akan
dikelomokkan dalam enam golongan: Tembaga. Mempunyai kandungan tembaga dari 99.0 persen atau lebih tinggi. Logam paduan dengan tembaga yang tinggi . Untuk beberapa produk tempa, ini
adalah logam paduan yang kurang dari 99.0 persen tapi mempunyai kandungan tembaga yang 96 persen lebih tinggi dan tidak ada dalam setiap kelompok logam paduan tembaga lainnya. Untuk logam paduan tuang, ini adalah logam paduan dengan lebih dari 94 persen kandungan tembaga dan mungkin akan ditambahkan dengan perak untuk sifat-sifat khususnya. Kuningan.
Logam-logam paduan ini mengandung seng sebagai elemen logam
paduan utama dengan atau tampa elemen-elemen logam paduan lainnya seperti besi, aluminium, nikel, dan silikon. Di sini ada tiga kelompok kuningan logam paduan tempa:
logam paduan tembaga-seng (kuningan), logam paduan copper-
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
32
Material Teknik
zinc-lead (leaded brass), dan logam paduan copper-zinc-tin (tin brasses). Di sini ada empat kelompok kuningan logam paduan tuang :
logam paduan copper-tin-
zinc (red, semi-red, dan yellow brasses), logam paduan “manganese bronze” (yellow brasses dengan kekuatan yang tinggi, logam paduan “manganese bronze” leaded (leaded high-strength yellow brasses), dan logam paduan copper-zincsilicon (silicon brasses dan bronze). Bronze.
Ini adalah logam paduan tembaga dimana elemen logam paduan
utamanya bukanlah seng atau nikel. Istilah “bronze” umumnya digunakan untuk logam paduan tembaga dengan tin. Sekarang ini, istilah ini digunakan dengan nama elemen logam paduan utama. Di sini ada empat bronze tempa: logam paduan copper-tin-phosphorus (tin dan phosphor bronze), logam paduan coppertin-lead-phosphorus (leaded tin dan phosphorus bronze), logam paduan tembaga aluminium (aluminium bronze), dan logam paduan tembaga silikon (silicon bronze). Di sini ada empat bronze tuang: logam paduan tembaga timah (tin bronze), copper-tin-lead (leaded tin bronze), logam paduan tembaga-timah-nikel (nickel tin bronze), dan logam paduan tembaga aluminium. “Manganese bronze” yang disebutkan dalam brasses mempunyai seng sebagai logam paduan pertama dengan tambahan timah, mangan, dan lead. Tembaga nikel .
Ini juga dikenal sebgai logam paduan cupro-nickel dengan nikel
sebagai elemen logam utama dari 10 hingga 30 persen, dengan atau tanpa elemen tambahan lainnya. Logam paduan tembaga-nikel-seng . Logam-logam ini umumnya dikenal sebagai
“nikel perak” dan mengandung seng dan nikel sebagai elemen logam paduan utama dan sekunder, dengan atau tanpa elemen-elemen lain yang telah ditentukan. Beberapa penandaan sifat ditunjukkan dalam ASTM B 601 “Praktek Standar untuk Penandaan Sifat untuk Tembaga dan Logam Paduan Tembaga – Tempa dan Tuang” dan beberapa penandaan umum akan ditunjukkan dalam tabel 7-33. Jika kita akan menentukan sifat dasar untuk logam-logam tersebut dalam penandaan aluminium, sifat-sifat dasarnya akan sebagai berikut: (1) M, as manufactured; (2) O, diperkuat; (3) H, dikeraskan dengan cold-rolling atau cold drawing; (4) T, diberi perlakuan panas, dan (5) W, sifat welded-tube. Dua sifat yang terakhir tidak Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
326
Material Teknik
ditunjukkan dalam tabel 7-33. sifat H ditentukan pada dasar cold-reduction yang diberikan dengan rolling atau drawing; logam-logam paduan ini dibahas pada bagian 8.4.2 dan ditunjukkan dalam tabel 8-3. Seperti yang ditunjukkan dalam tabel tersebut, penandaan sifat nomonal dihubungkan dengan jumlah pengurangan yang ditunjukkan dalam peningkatan angka ukuran Browne & Sharpe (B & S) untuk rolled sheet (persen pengurangan dalam ketebalan) dan drawn wire (persen pengurangan dalam diameter). 7.5.2
Sifat dan Pemilihan Kriteria Tembaga dan Logam Campuran Tembaga
Komposisi-komposisi nominal, bentuk di mana komposisi tersebut dimanufaktur, dan sifat mekanis dari tembaga tempa dan logam paduan tembaga dari enam kelompok logam paduan yang ditunjukkan dalam tabel 7-34. Kriteria pemilihan dari logam-logam paduan ini utamanya digunakan dalam beberapa faktor berikut ini: (1) konduktivitas elektrik dan termal, (2) ketahanan terhadap korosi, (3) kemampuan fabrikasi, (4) kekuatan atau kekerasan, dan (5) warna. Tembaga adalah konduktor elektrik yang paling tinggi dari logam komersial teknik. Karena itu, konduktivitas material disusun berdasarkan pada rating IACS (International Annealed Copper Standar). 100$ rating IACS ditentukan pada tembaga yang diperkuat dengan ketahanan volume dari 0.17241 ohm-mm 2 per meter pada 20°C (68°F). Karena beberapa elektron juga merupakan pembawa energi termal, tembaga juga merupakan logam konduktif yang paling tinggi secara termal. Kami mencatat sebaik mungkin dari standar potensi elektroda standar pada tabel 10-2 di mana tembaga adalah yang paling katodik dari semua logam komersial teknik seperti yang dibahas dalam teks ini. Karena itu, kami telah menemukan bahwa sebagian besar aplikasi tembaga menggunakan konduktivitas dan sifat tahan terhadap korosi. Sifat-sifat berikutnya diberikan pada kemampuan fabrikasi yang baik dan kekuatan menengah. Seperti yang digambarkan pada duktilitas (perpanjangan dalam 50 mm) dalam tabel 7-34, tembaga dan logam paduannya bisa dibentuk pada setiap produk yang ditunjukkan. Tambahan lead atau bismuth membuat logam-logam tersebut bisa diproses dengan mudah dan logam-logam tersebut akan bisa dengan mudah untuk disolder, di-braze, dan dilas. Kekuatan bisa dicapai dengan solid-solution, cold-worked, atau perlakuan panas pada beberapa logam paduan. Logam paduan tembaga menghasilkan warna yang berbeda yang mengijinkan logam tersebut bisa digunakan hanya untuk tujuan dekoratif, atau Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
32
Material Teknik
ketika kombinasi warna tertentu dan penyelesaian yang diinginkan ada dalam kombinasi dengan kekuatan dan sifat-sifat korosi. Tabel 7-35 mendaftar beberapa warna yang berbeda dari tembaga dan logam paduan tembaga.
Gambar 7.13
Bagan logam paduan nikel-basa yang menunjukkan beberapa logam paduan dan pengelompokkannya sesuai dengan kandungan nikel. Tembaga.
Material-material ini utamanya dipilih untuk konduktivitas
elektriknya. Karena ketidaksempurnaan bisa merusak konduktivitas elektrik, logamlogam ini akan tetap dipertahankan pada kondisi minimum. Namun demikian, beberapa ketidaksempurnaan bisa ditambahkan untuk mencapai beberapa ciri tertentu. Logam yang paling umum dari kelompok ini adalah C11000, tembaga electrolytic tough pitch (ETP). Pemrosesan normalnya sekitar 0.04% dalam kombinasinya dengan tembaga seperti CuO. Tingkat ketidaksempurnaan ini tidak bisa Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
32
Material Teknik
mengukur konduktivitas (ini masih menunjukkan konduktivitas 101% IACS), tapi sedikit menurunkan duktilitas. Tembaga tanpa oksigen (C10100 dan C10200) bisa didapatkan dengan melelehkan pada atmosfer non-oksidasi atau dengan menambahkan deoxidizer seperti phosphorus pada pelelehan. Tembaga-tembaga ini diperlukan untuk beberapa aplikasi yang memerlukan konduktivitas yang tinggi yang dipasangkan dengan duktilitas, low-gas permeability, bebas dari hidrogen embrittlement, atau kecenderungan low out-gassing. Untuk memastikan deoksidasi lengkap, komposisi phosphorus ditambahkan dan disimpan. Tembaga dengan kesempurnaan yang tinggi relatif lunak dalam kondisi yang diperkuat dan biasanya digunakan dalam kondisi sifat H yang dikeraskan untuk penanganan yang lebih baik. Cold-work benar-benar menurunkan konduktivitas elektrik dari 101% IACS dalam sifat yang diperkuat (sifat O) pada 97 persen dalam sifat spring rolled (H08). Ketika digunakan pada suhu yang ditingkatkan (yang ditemukan dalam penyolderan dan operasi pengemasan semi konduktor), logamlogam ini diperhalus seperti yang ditunjukkan dalam gambar 7-8. Untuk memperlambat pelunakan, silver-bearing (C11300-C11600), cadmium-bearing (C15000-C15100) tembaga akan dipilih. Cadmium dan tembaga zircomium-bearing mencapai kekuatan yang lebih tinggi ketika melakukan cold-worked atau strainhardened dan menunjukkan ketahanan pelunakan yang lebih baik daripada silver bearing dan tembaga electrolytic-tough-pitched (ETP) ketika strain-hardened, seperti yang dilihat dalam gambar 7-9 dan 7-10. Tabel 7-33
Kode-kode penandaan sebagian sifat untuk logam paduan menurut ASTM B 601. Nama sifat atau kondisi material
Penandaan sifat
Penandaan sifat
Sifat annealed
H00
½ keras ¼ keras
H01
½ keras
O11
Sifat cold-worked
H02
1
3
keras
O01
O20
H04
Keras
O25
H06
Ekstra keras
O30
H08
Spring
O31
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
Nama sifat atau kondisi material
Cast dan annealed (homogenisasi) As-cast dan adanya perlakuan panas Hot forged dan annealed Hot rolled dan annealed Hot extruded dan annealed Extruded dan adanya perlakuan panas 329
Material Teknik
H10
Ekstra spring
O40
H12 H13 H14
Spring khusus Ultra spring Super spring
O50 O60 O61 O65
HR01
H01 dan stress relieved
O68
HR02 HR04
H01 dan stress relieved H01 dan stress relieved
O70 O80
HR08
H01 dan stress relieved
O81
HR10
H01 dan stress relieved
O82
HR20 HR50
As-finned Drawn dan stress relieved
Sifat annealed
Sifat cold-worked dan sifat stress-relieved
OS005 OS010
Sifat as manufactured
M01
As-sand cast
OS015
M02
As-centrifugal cast
OS025
M03
As-plaster cast
OS035
M04
As-pressure die cast
OS050
M05
OS060
M06
As-permanent mold cast As-investment cast
M07
As-continous cast
OS100
M10
As-hot forged and air OS120 cooled As-forged and OS150 quenched As-hot rolled OS200
M11 M20 M30 M40 M45
OS070
Hot pierced dan annealed Light annealed Soft annealed Annealed Drawing annealed Deep-drawing annealed Dead-soft annealed Annealed to temper, 1/8 keras Annealed to temper, ¼ keras Annealed to temper, ½ keras Rata-rata ukuran bijih, 0.005 mm Rata-rata ukuran bijih, 0.010 mm Rata-rata ukuran bijih, 0.015 mm Rata-rata ukuran bijih, 0.025 mm Rata-rata ukuran bijih, 0.035 mm Rata-rata ukuran bijih, 0.050 mm Rata-rata ukuran bijih, 0.060 mm Rata-rata ukuran bijih, 0.070 mm Rata-rata ukuran bijih, 0.100 mm Rata-rata ukuran bijih, 0.120 mm Rata-rata ukuran bijih, 0.150 mm Rata-rata ukuran bijih, 0.200 mm
As-hot extruded As-hot pierced As-hot pierced and rerolled
Tembaga cold-rolled silver-bearing digunakan secara ekstensif untuk sirip radiator mobil. Seperti yang dilihat dalam gambar 7-10, cold-roling menengah (sekitar 21 persen pengurangan dalam area) akan menghasilkan material yang lebih keras setelah penyolderan dan pembakaran daripada cold-rolling yang keras (90 persen pengurangan dalam area). Inti radiator biasanya dibakar selama tiga menit pada 90 Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
330
Material Teknik
persen tembaga silver-bearing yang dikurangi setelah operasi pembakaran hanya akan sekitar 235 MPa dibandingkan dengan sekitar 305 MPa untuk 21 persen materi yang dikurangi setelah tiga menit pembakaran pada 345°C. Kita harus mengingat bahwa penurunan yang drastis dari sekitar 410 (0 waktu anneal – as cold-worked) hingga sekitar 225 MPa (pada 345°C) untuk 90 persen pengurangan materi yang dikarenakan rekristalisasi. Materi cold-worked yang kuat akan direkristalisasi pada suhu yang lebih rendah daripada materi cold-worked yang lebih sedikit (lihat hukum rekristalisasi – bagian 8.5.2). Seperti gambar 7-10 yang menunjukkan tembaga cadmium-bearing yang bisa diberi perlakuan cold-worked dengan kuat tanpa mudah mendapatkan pengaruh pelunakan yang drastis pada 345°C selama penyolderan dan pembakaran.
Gambar 7.14
Molybdenum meningkatkan korosi keretakan logam paduan nikel. Tabel 7-34 Standar warna pada logam paduan tembaga tempa Angka UNS Nama umum
C11000 C21000 C220000 C23000 C26000 C28000 C63800 C65500 C70600 C74500 C75200
Tembaga electrolytic tough pitch Penyepuhan, 95% Bronze komersial, 90% Kuningan merah, 85% Peluru kuningan, 70% Logam muntz, 60% Aluminium bronze Bronze dengan kandungan silicon yang tinggi, A Tembaga perak, 10% Nikel perak, 65-10 Nikel perak, 65-18
Penjabaran warna
Soft pink Red-brown Bronze-gold Tan-gold Green-gold Light brown-gold Gold Lavender-brown Soft lavender Gray-white Silver
Aplikasi lain di mana ketahanan kelunakan adalah kegunaan utama yang ada dalam kerangka lead sebagai perangkat elektronik seperti kemasan plastik dengan dua Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
331
Material Teknik
garis. Selama pengemasan dan pemasangan, kerangka utama mungkin disubyekkan pada suhu ingga 350°C untuk beberapa menit hingga 500°C untuk beberapa detik. Lead harus mempertahankan kekuatan karena lead-lead tersebut harus ditekan dalam konektor socket; softened lead collapse, menyebabkan penolakan. Logam paduan C15100 (Cu-Zr), C15500 (Cu-Ag-Mg-P), C19400 (Cu-Fe-P-Zn), dan C19500 (Cu-FeCo-Sn-P) memang populer untuk aplikasi ini karena logam-logam tersebut mempunyai konduktivitas, kekuatan dan ketahanan kelunakan yang baik. Logam paduan dengan tembaga dan kekerasan yang tinggi .
Kelompok ini
utamanya terdiri dari logam paduan yang mempunyai kekuatan yang bisa diberi perlakuan panas yang meliputi logam paduan Cu-Be-Cu-Cr, dan Cu-Ni-P. Logam paduan Cu-Be dikelompokkan dalam logam paduan merah dan emas yang terdiri dari 0.2 hingga 0.7 wt%, dan dari 1.6 hingga 2.0 wt% Be, secara berurutan. Logam paduan merah bisa mendapatkan hasil kekuatan dari 170 hingga 550 MPa (25 hingga 80 ksi) setelah penyepuhan. Logam paduan emas bisa mengembangkan hasil kekuatan dari sekitar 205 hingga 690 MPa (30 hingga 100 ksi) tanpa perlakuan panas hingga lebih dari 1380 MPa (200 ksi) setelah penyepuhan. Beberapa contoh dari logam paduan merah adalah C17500 dan C17510 dan beberapa contoh dari logam paduan emas adalah C17000 dan C17200. Logam paduan pengerasan lainnya adalah C64700 dan C70250 (Cu-Ni-Si). Logam paduan C71900 (Cu-Ni-tin) dan logam-logam paduan lain yang sama dikeraskan dengan dekomposisi spinodal, dan dengan mengkombinasikan proses coldworking dengan hot-working, logam-logam paduan ini bisa mencapai kekuatan yang bisa dibandingkan dengan berryllium-copper. Brasses.
Ini adalah logam paduan tembaga yang paling penting. Karena
logam-logam ini mempertahankan konduktivitas dengan baik, logam-logam ini dipilih karena memberikan kekuatan yang bagus, kemampuan bentuk, dan ketahanan terhadap korosi yang baik pula. Kekuatan logam-logam paduan ini utamanya berasal dari solid solution dan proses cold-working. Kelarutan solid maksimum dari seng pada tembaga adalah sekitar 37 wt % pada suhu ruangan. Fase tunggal dari α-brass menunjukkan ciri-ciri unik untuk meningkatkan kekuatan dan duktilitas pada waktu yang sama, seperti kandungan seng yang ditingkatkan hingga 35 w%, lihat gambar 7Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
332
Material Teknik
11. karena sifat-sifat ini, C26000 (logam paduan dengan 30% Zn) digunakan dalam drawing cartridge untuk amunisi dan umumnya disebut juga dengan Cartridge brass. Ketika lead ditambahkan pada logam-logam paduan ini, logam-logam tersebut akan mudah sekali untuk diolah. Logam paduan kuningan dengan free cutting C36000 dengan tambahan 3.0 wt % Pb yang memberikan 100 persen tingkat kemampuan pemrosesan dan tingkat dari semua logam paduan tembaga lainnya yang didasarkan pada logam tersebut. Tingkat pemesinan ditentukan berdasarkan pada beberapa metode yang sama pada tingkat-tingkat yang dibaghas dalam tingkat kemampuan pemesinan baja pada bagian 12.4.1 dan dimasukkan dalam tabel 7-34. Karena kekuatannya, kuningan bisa tahan terhadap adanya korosi daripada tembaga murni; bahkan, kuningan digunakan untuk pipa-pipa kondensor dalam preferensi pada tembaga. Kuningan dengan 40% Zn disebut dengan Muntz metal dan digunakan untuk sistem kondensor yang menggunakan air bersih sebagai pendingin. Untuk air payau atau lingkungan dengan air asin, kuningan tembaga atau umumnya disebut dengan inhibited admiralty brasses akan digunakan. Naval brass adalah tembaga kuningan yang mengandung sekitar 39% Zn dan 1% Sn. Istilah “inhibited” muncul dari peranan tembaga dalam kuningan-kuningan ini, yaitu dezincification (lihat bagian 10.3.2). Seperti yang telah ditunjukkan sebelumnya, tambahan besi dan mangan pada tembaga kuningan ini dalam logam paduan manganese bronze (C67500 dan logam paduan tuang) yang digunakan untuk propeller kapal pada pengguna pengguna lainnya. Perunggu. Istilah perunggu awalnya didapatkan pada logam paduan tembaga-
timah. Sekarang ini logam paduan ini dimasukkan pada logam-logam paduan lainnya di mana tambahan logam paduan utama bukanlah zinc. Jadi, sekarang kita mempunyai timah dan perunggu fosfor, perunggu aluminium, dan perunggu silikon. Logam paduan tembaga timah disebut juga dengan tembaga timah. Kekuatannya meningkat dengan meningkatkan kandungan tumah dan meningkat pada sekitar 20% Sn, setelah kekuatan meningkat dengan tajam dengan tambahan timah. Kelarutan maksimum dari timah pada tembaga adalah sekitar 15 wt % dan timah perunggu terdiri dari 9 hingga 11 wt % disebut juga dengan gun logam dan menunjukkan kekuatan dan kekerasan yang tinggi, dengan duktilitas menengah. Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
33
Material Teknik
Timah perunggu mempunyai ketahanan terhada korosi yang lebih baik daripada kuningan dan kurang sensitif pada keretakan karena tekanan korosi (SCC). Produksi timah perunggu memerlukan beberapa prosedur untuk mencegah oksidasi timah pada SnO2. Ketika logam ini terbentuk, SnO 2 menyebar dalam lelehan dan berbentuk sebagai potongan kecil pada permukaan yang dilemahkan dan menyebabkan materi rapuh. Formasi SnO 2, kandungan sisa dari fosfor ada dalam komposisi yang juga membantu untuk meningkatkan kekuatan. Logam-logam paduan ini disebut juga dengan fosfor bronze dan logam-logam paduan tersebut mengandung 2% P dan mempunyai kekuatan yang tinggi yang mendekati logam paduan baja. Fosfor bronze-6 (4.5% Sn dan 0.2% P) telah menunjukkan pergantian titanium dan baja stainless dalam penanganan chlorinated lime slurry dan calcium hypochlorite dengan 65 persen klorin. Aluminium bronze mengandung
dari sekitar 3% Al hingga 13% Al dengan
tambahan tunggal dan tambahan kombinasi dari besi, nikel, silikon dan kobalt. Logam-logam paduan di atas 9% Al bisa dikeraskan dengan mendinginkan dari di atas suhu yang sangat dingin. Proses pengerasan adalah proses tipe martensite, yang sama dengan transformasi martensitic dalam baja. Kekuatan muncul dari sifat berikutnya yang dikeraskan setelah didinginkan. Aluminium bronze dengan nikel dan seng membentuk kelas material, disebut dengan shape memory alloys, yang menggunakan transformasi martensitic yang dapat dibalik. Ketahanan korosi dari aluminium bronze lebih baik dari ketahanan korosi fosfor bronze, diduga karena oksida protektif yang terbentuk karena tambahan aluminium. Logam-logam tersebut bisa tahan terhadap korosi dari kloridad dan dan larutan putas, asam mineral non oksidasi, dan beberapa asam organik lainnya. Logamlogam tersebut digunakan secara ekstensif dalam pulp dan industri kertas karena ketahanannya yang semakin baik pada lingkungan alkalin. Aluminium bronze tubing, pipa, pompa, valve, tangki, shaft, dan lain sebagainya digunakan dalam lingkungan kelautan dalam pulp dan industri kertas dan dalam autoclave untuk asam lemak. Silicon bronze mengandung
hingga 4% Si untuk memperbaiki kemampuan
proses, kemampuan bentuk, dan ketahanan terhadap korosi dan sesuai untuk semua tipe pengelasan. Ketahanannya terhadap korosi sama dengan aluminium bronze dan Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
334
Material Teknik
kemampuan bentuknya sama dengan tembaga murni. Beberapa aplikasi silikon bronze meliputi pipa perubah panas, perangkat tekanan hidrolik, plat bearing, piston ring, paku, peluru, sekrup, clamp dan perangkat keras yang sama. Tembaga nikel .
Logam-logam ini umumnya disebut dengan cupro-nikel dan
mengandung antara 3 hingga 30% No. Logam-logam paduan ini dirancang untuk layanan kelautan dan telah digunakan sebagai pipa kondensor air laut. Untuk mencegah korosi pada peralatan, batas kandungan nikel ditentukan pada angka 30 persen. Susunan komposisi dari 10 hingga 30 persen digunakan untuk pipa kondensor dalam brackish dan lingkungan air laut dan 10% Ni cukup dikenal karena logam ini juga mencegah biofouling, seperti yang ditunjukkan pada gambar 7-12. Cupro-nikel ada pada lingkungan air yang terpolusi. Nikel perak . Ini adalah logam dengan tambahan seng dari 10 hingga 29 persen
dan tambahan nikel dari 10 hingga 18 persen. Logam-logam tersebu mempunyai kekuatan yang tinggi dan duktilitas yang baik yang membuat logam tersebut mudah untuk dibentuk dengan cara stamping, rolling, atau drawing. Karena permukannya yang mirip dengan perak dan ketahanannya terhadap korosi, logam-logam ini bisa digunakan sebagai silver-plated flatware, hollow ware, dan instrumen musik. Logam paduan dengan seng yang tinggi digunakan dalam beberapa aplikasi spring karena kekuatan dan kekerasannya yang tinggi. Kemampuan proses.
Untuk memperbaiki kemampuan proses dari beberapa
tembaga dan logam paduan tembaga seperti yang telah di bahas di atas, beberapa elemen yang tidak bisa larut seperti lead, tellunum, selenium, dan bismuth akan ditambahkan. Tambahan untuk logam-logam paduan ini, tambahan sulfur juga akan meningkatkan kemampuan proses dengan cara yang sama seperti dalam golongan baja yang di-resulfurisasi. Jadi, setiap logam paduan dengan elemen-elemen yang tidak bisa dilarutkan memerlukan perhatian khusus selama hot-rolling dan hot-forming karena logam-logam tersebut membentuk fase cairan yang cenderung untuk memisah pada batasan biji dan akan mengurangi keretakan dan perpecahan. Kuningan dengan kandungan seng yang tinggi mencegah permasalahan ini karena logam-logam tersebut berubah pada fase beta pada suhu yang tinggi. Fase beta bisa menyebarkan lead dan
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
33
Material Teknik
kemudian mencegah fase cair. Karena peraturan OSHA, penggunaan lead akan ditentukan pada beberapa fase. 7.5.3
Aplikasi Tembaga dan Logam Paduan Tembaga
Lima pasar utama dengan pembagian persen tembaga dan logam paduan tembaga adalah sebagai berikut: 1. Konstruksi bangunan – 41 persen. Pasar ini adalah yang paling besar dan menggunakan kuantitas yang besar dari kawat elektronik, pipa, dan beberapa bagian untuk perangkat keras bangunan dan untuk elektrik, timbangan pengukur, pemanasan, dan sistem air conditioning. 2. Produk elektrik dan elektronik – 24 persen. Produk-produk tersebut meliputi produk-produk untuk telekomunikasi, elektronik, perangkat kawat, motor elektrik, dan perangkat power. 3. Mesin dan Perangkat Industri – 14 persen. Kategori ini meliputi valve dan perangkat industri; industri, bahan kimia dan perubah panas di laut; dn beberapa tipe perangkat panas, kendaraan off-road, dan perangkat mesin. 4. Transportasi – 11 persen. Beberapa aplikasi dalam bagian ini meliputi kendaraan, peralatan untuk jalan kereta api, dan beberapa bagian pesawat; radiator mobil dan kawat merupakan prosuk yang paling penting dalam kategori ini. 5. Produk konsumen dan produk umum – 10 persen. Produk-produk ini meliputi alat rumah tangga yang menggunakan listrik, fastener, pembuatan uang logam, dan perhiasan. Pembagian persen dari masing-masing pasar di atas mungkin berubah seiring dengan perubahan waktu, tapi pembagian relatif dari pasar mungkin akan terjadi setiap waktu. Tabel 7-36 adalah rincian yang terinci dari pembagian pasar dari kategorikategori yang telah disebutkan di atas. Kawat timbangan ukur bangunan merupakan dua pasar yang paling besar pada tahun 1989. Pasar terbesar ketiga untuk tembaga adalah industri otomotif dan pasar ini juga dikarenakan kekerasan kawat.
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
336
Material Teknik
Tabel 7-35
Aplikasi pengguna dari tembaga dan logam paduan tembaga dan pembagiannya di US pada tahun 1989. Aplikasi
% total 1989
1980
Kawat bangunan Plumbing dan pemanasan Auto, truk, dan bus Telekomunikasi Penggunaan power Air conditioning dan pendingin Perangkat in-plant Elektronik Valve dan peralatan industri Peralatan rumah tanga dan kawat panjang Uang logam Lain-lain
16.9 14.9 9.8 8.1 7.7 7.1 7.1 5.7 3.4 2.7 0.9 15.7
10.7 7.4 8.7 7.1 7.4 6.3 8.4 4.2 3.5 2.9 2.7 18.7
Total
100.0
100.0
Pasar-pasar di atas menjelaskan penggunaan relatif dari tembaga tempa dan logam paduan tembaga pada tahun 1989 di US yang ditunjukkan dalam tabel 7-37. Dalam tabel ini, tembaga dan kandungan tembaga yang tinggi pada kawat dan kuningan adalah sekitar 75 persen dari penggunaan. Kelompok logam paduan lain yang paling besar adalah kuningan – plain dan leaded – yang terdiri dari sekitar 20.4 persen penggunaan. Sisa logam paduan lainnya terdiri kurang dari 5 persen. 7.6
NIKEL DAN LOGAM PADUAN NIKEL
Meskipun terjadi beberapa perubahan dalam ekonomi pasar kita, penggunaan nikel utamanya adalah sebagai elemen logam paduan dalam baja stainless dan baja yang mengandung logam paduan yang rendah. Seperti yang ditunjukkan dalam tabel 7-38, sekitar 57 persen digunakan dalam baja stainless dan tambahan 9.5 persen digunakan pada baja yang mengandung logam paduan rendah yang bisa diberi perlakuan panas. Logam paduan yang mengandung lebih banyak nikel yang terdiri dari sekitar 13 persen nikel, utamanya digunakan untuk ketahanannya pada korosi dan/atau sifat ketahannya terhadap panas. Seperti halnya aluminium, titanium, dan tembaga, nikel juga bisa diperjualbelikan. Logam paduan nikel adalah solid solution yang luas dengan tembaga, khrom, besi, molybdenum, tungsten, dan tantalum dan menahan struktur face-centered cubic (FCC). Kecuali untuk tembaga, elemen-elemen solid solution lainnya yang juga merupakan pembentuk karbit. Jadi, selain untuk penguatan dengan Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
33
Material Teknik
beberapa partikel dengan sisa karbon untuk menghasilkan pengaruh penyebaran kekuatan. Kemudian, logam paduan bisa dikeraskan dengan pengendapan partikel partikel koheren, yang paling utama akan menjadi γ’ dan γ” dengan tambahan titanium, aluminium, dan /atau niobium. Partikel-partikel yang koheren sangat efektif dalam memberikan logam paduan dengan dasar nikel yang secara ekstrim bisa tahan terhadap panas. Selain itu, pada partikel-partikel koheren ini, sifat tahan panas dan creep, kemudian ditingkatkan dengan penyebaran oksida, seperti yttria (Y 2O3). Beberapa peranan elemen-elemen logam paduan dalam logam paduan dengan bahan dasar nikel ditunjukkan dalam tabel 7-39, yang juga meliputi peranan-peranannya dalam logam paduan dengan bahan dasar besi sebagai perbandingan.
Tabel 7-36
Penggunaan relatif dari tembaga dan logam paduan tembaga pada tahun 1989
Kelompok tembaga dan logam paduan tembaga
Penandaan
Perkiraan pengiriman US pada tahun 1989 Mg x 103 lb x 106
Keterangan
Produk wire mill Tembaga
C1000-C15900
1522
3356
C11000 adalah materi utama
Produk brass mill Tembaga
C10000-C15900
570
1257
Meliputi tembaga tambahan, tembaga cadmium, dan tembaga khrom
Kuningan umum
C16000-C16900 C18000-C18900 C20000-C29900
219
482
Leaded brasses
C30000-C39900
347
766
Timah perunggu (fosfor perunggu) Aluminium perunggu, dan mangan Perunggu Tembaga-nikel Nikel perak Lain-lain
C50000-C53900
14
31
Dari jumlah ini, 90% adalah strip, sheet, dan plat Dari jumlah ini, 96% adalah rod Hanya unleaded
C60000-C68400 C70000-C72900 C73000-C79900 C17000-C17900
13 32 4 49
28 71 9 107
Meliputi berylliumcopper, logam paduan tembaga-besi, timah kuningan, leaded tin bronze, aluminium kuningan dan kuningan silikon
C19000-C19900 Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
33
Material Teknik
C40000-C49900 C54000-C54900 C68500-C69900
Total
2770
6107
Tabel 7-37 Penggunaan relatif dari nikel Produk
% penggunaan
Baja stainless Baja dengan logam paduan Logam paduan dengan materi dasar nikel Logam paduan dengan materi dasar tembaga Plating Pengecoran logam Lain-lain 7.6.1
57.0 9.5 7.0 2.3 10.4 4.4 3.3
Logam Paduan – Penandaan dan Ciri-cirinya
Sistem penandaan untuk nikel dan logam paduan dengan bahan dasar nikel ditunjukkan dalam tabel 7-40 dan terdiri dari huruf N diikuti dengan kode lima digit, NXXXXX sesuai dengan United Numbering System (UNS). Dua digit yang pertama menentukan kelompok logam paduan, yang sesuai dengan elemen-elemen logam paduan utama; nikel murni yang diperdagangkan yang ditandai dengan angka 02 dan 3, yang kemudian menjadi endapan atau penyebaran-kekerasan. Dengan elemenelemen logam paduan utama untuk setiap kelompok, nama-nama komersial dari logam-logam paduan yang ada juga ditunjukkan dalam parenthesisi. Ketika logam paduan ditunjukkan untuk menjadi endapan yang dikeraskan, ini akan ditunjukkan dengan kode baru. Tiga digit yang terakhir dalam kode UNS dengan lima digit sama dengan angka logam paduan umum, atau angka yang ditentukan, dalam hal ini logam paduan dengan kode huruf. Beberapa contoh penandaan UNS untuk logam paduan nikel yang dipilih bisa dikumpulkan dari tabel 7-41, yang merupakan daftar logam paduan nikel umum dan komposisi-komposisinya yang digunakan untuk tujuan korosi. Nikel yang benar-benar diperdagangkan dan nikel dengan logam paduan yang rendah (N02XXX dan N03XXX). Susunan
kandungan nikel dalam materi ini
adalah dari 94 hingga 99.5 persen minimum. Logam paduan 200 minimum mengandung 99.5 persen nikel, sedangkan logam paduan 301 terdiri dari 4.00 hingga 4.75 % Al dan dari 0.25 hingga 1.00 % Ti.
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
339
Material Teknik
Tabel 7-38
Peranan elemen-elemen logam paduan dalam logam paduan yang mempunyai materi besi dan logam paduan yang mempunyai materi dasar nikel Pengaruh
Penguat solid solution Stabiliser matrik FCC Bentuk karbit Tipe MC Tipe M7C3 Tipe M23C6 Tipe M6C Karbonitrit Tipe M(CN) Bentuk γ’ Ni3 (Al, Ti) Formasi perlambatan dari η heksagonal (Ni3Ti) Munculnya suhu solvus dari γ’ Pengerasan endapan dan/atau intermetalik Bentuk γ” (Ni3 Nb) Ketahanan oksidasi Memperbaiki ketahanan terhadap korosi karena panas Ketahanan sulfidasi Peningkatan putusnya duktilitas Penyebab pemisahan batas bijih
Besi dasar
Nikel dasar
Cr, Mo C, Mn, Ni
Co, Cr, Fe, Mo, W, Ta …
Ti … Cr Mo
W, Ta, Ti, Mo, Nb Cr Cr, Mo, W Mo, W
C, N Al, Ni, Ti Al, Zr
C, N Al, Ti …
… Al, Ti, Nb
Co Al, Ti, Nb
… Cr La, Y
Nb Al, Cr La, Th
Cr B …
Cr B, Zr B, C, Zr
Logam paduan 200 (dengan 0.01% C maks) dan jenis karbonnya yang rendah Logam paduan 201 (dengan 0.02% C maks) digunakan pada makanan, bahan kimia, dan insustri pemrosesan kertas dan pulp. Logam-logam tersebut memberikan ketahanan yang tinggi terhadap korosi dalam mengurangi ciri-ciri transfer panas yang beresiko pada lingkungan dan digunakan untuk evaporasi caustic liquor dan dalam larutan alkalin untuk perubahan konsentrasi. Sebagai peraturan umum, lingkungan yang teroksidasi bisa menyebabkan korosi, sedangkan pengurangan kondisi akan memperlambat korosi nikel. Logam paduan 200 awalnya digunakan untuk pemrosesan makanan, perangkat keras dapur, dan pemasangan atap. Ini akan terus dipilih untuk digunakan sebagai materi pembuatan uang logam. Ini juga digunakan dalam beberapa aplikasi industri elektronik sebagai plated pin untuk printed circuit board interconnect. Dengan koefisien termalnya untuk perluasan yang mendekati sama pada koefisien termal baja, ini bisa sesuai dengan baja dan digunakan sebagai materi pelapisan untuk memproses nickel-lined vessel.
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
340
Material Teknik
Logam paduan nikel-tembaga (Monel (N04XXX dan N05XXX). Selain
untuk
ketahanannya pada korosi dalam mengurangi bahan kimia pada lingkungan, logamlogam paduan ini juga telah digunakan untuk menunjukkan ketahanan terhadap korosi yang tinggi dalam air laut, di mana logam-logam tersebut bisa menggunakan kinerjanya dalam kekuatan nuklir laut dan berbagai permukaan vessel. Logam paduan 400 (Monel – 66% Ni dan 33% Cu) adalah logam paduan dasar dalam seri inii dan pemrosesan sebelumnya. Logam paduan R-405 telah mengendalikan tambahan sulfur untuk kemampuan pemrosesan dan logam paduan K-500 (K-Monel atau Monel K-500 adalah varietas endapan yang dikeraskan dengan tambahan aluminium dan titanium dan benar-benar non-magnetik. Agar solid solution dari nikel dan tembaga homogen, larutan-larutan tersebut menunjukkan, secara umum, ketahanan korosi yang lebih baik daripada nikel atau tembaga itu sendiri. Dengan pengecualian, logam tersebut lebih tahan daripada tembaga dalam lingkungan yang teroksidasi. Ketahanannya terhadap korosi dalam larutan alkalin sama dengan logam paduan 200 (nikel murni), tapi lebih rendah dalam larutan causatic yang dikonsentrasikan dan karena itu tidak disarankan untuk evaporator dan konsentrator caustic. Logam-logam tersebut bisa menahan asam hydrofluoric pada sebagian besar konsentrasi hingga 92 persen dan suhu hingga 110°C, Monel 400, logam paduan yang paling umum dalam kelompok ini, bisa menahan asam sulfur hingga 80 persen dan hidrokhlorik hingga 20 persen. Tabel 7-39 Penandaan UNS dari nikel dan logam paduan nikel Penandaan Elemen-elemen utama logam paduan
N02XXX N03XXX N04XXX N05XXX N06XXX N07XXX N08XXX N09XXX N10XXX N13XXX N14XXX N19XXX N99XXX
Tidak ada tapi batas ketidakmurnian ditentukan Tidak ada, endapan atau penyebaran kekuatan Tembaga (Monel) Tembaga (endapan yang dikeraskan) Khrom dengan elemen-elemen lainnya (Nikhrom, inconel, hastelloy, eatonite) Khrom (endapan yang dikeraskan) Besi dan khrom (incoloy, haynes, armco, dan carpenter) Besi dan khrom (endapan yang dikeraskan) Molybdenum (hastelloy) Kobalt (dengan Cr, Mo, W; atau endapan yang dikeraskan) Besi Besi dan kobalt (endapan yang dikeraskan) Brazing filler metal
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
341
Material Teknik
Logam-logam paduan ini ada dalam beberapa aplikasi seperti fastener dan liquid handler pada kelautan, pesawat, dan industri pemrosesan bahan kimia. Karena ciri-ciri non-magnetiknya, logam paduan K-500 digunakan untuk aplikasi giroskop, seperti kabel jangkar yang ada di bagian luar kapal penyapu ranjau, dan untuk shaft propeller pada berbagai macam vessel. Ini digunakan sebagai valve dan pompa untuk menangani asam organik, caustic, dan khlorin kering pada industri proses bahan kimia. Ini juga digunakan sebagai rod alat pengisap dan untuk hiasan pohon natal, khususnya untuk lingkungan gas asam (dengan sulfur), dalam industri minyak dan gas. Logam paduan nikel-khrom dan nikel-khrom-bes (N06XXX dan N07XXX).
Logam paduan nikel dengan minimal 15 persen khrom memberikan ketahanan terhadap oksidasi dan karburisasi pada suhu yang melebihi 760°C (1400°F). Khrom memberikan formasi oksida permukaan pelindung, dan nikel menunjukkan penyimpanan yang baik dari lapisan pelindung, khususnya selama putara (on-off service) pada suhu-suhu yang tinggi. Atmosfer beroksidasi pada khrom tapi berkurang pada nikel, logam paduan nikel-khrom mungkin menjadi subyek pada oksidasi internal, besi akan ditambahkan. Gambar 7-13 akan menunjukkan beberapa logam paduan ini (angka dan huruf) yang mendekati kandungan nikelnya yang ditunjukkan dalam skala vertikal. Logam-logam ini mungkin dikelompokkan dalam (1) logam paduan Ni-Cr dan Ni-Cr-Fe yang terdiri dari sekitar 45 hingga 80 wt % Ni, dan (2) logam paduan Fe-Ni-Cr yang terdiri dari 30 hingga 45 wt % Ni. Baja stainless austenitic mengandung nikel hingga 20 wt % yang dikelompokkan sebagai logam paduan Fe-Cr-Ni dan hanya ditunjukkan sebagai perbandingan. Dalam logam-logam paduan ini, rangkaian simbol elemen-elemen tersebut menunjukkan jumlah relatifnya dalam komposisi; yang pertama mempunyai jumlah yang paling tinggi dan yang ketika mempunyai jumlah yang paling rendah. Kandungan khrom dalam sebagian besar logam paduan tersusun dari 15 hingga 25 wt %. Logam paduan dengan kandungan nikel yang tinggi digunakan sebagai materi yang tahan terhadap elektrik untuk aplikasi pemanasan dalam tungku perapian dan alat-alat rumah tangga. Beberapa logam paduan yang secara komersial penting adalah:
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
342
Material Teknik
80Ni-20Cr (degan 1.5 Si) – umumnya disebut dengan logam paduan nichrome. Logam paduan ini mempunyai ciri-ciri ketahanan elektrik yang sangat tinggi dan bisa digunakan pada suhu dari 1150°C hingga 1175°C (2100° hingga 2150°F). 60Ni-24Fe-16Cr – logam paduan ini sesuai untuk aplikasi ringan dan bisa digunakan pada suhu hingga 950°C (1750°F); contohnya, sebagai elemen pemanas pengering lapisan. 45Fe-35Ni-20Cr – logam paduan ini adalah yang paling efektif untuk beberapa operasi pada beberapa tingkat suhu hingga 1065°C (1950°F). Bagaimanapun, ini menunjukkan koefisien suhu yang besar dari ketahanan yang harus dipertimbangkan ketika merancang elemen.
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
34
Material Teknik
Tabel 7-40 Logam paduan nikel dan logam paduan dengan materi dasar nikel untuk tujuan korosi dan penandaan UNS-nya. Penandaan logam Penandaan UNS Komposisi kimia, % paduan umum C(m Nb Cr Cu Fe Mo Ni
Si
Ti
W
Lain-lain
aks)
Nikel (murni diperdagangkan) 200 N02200 Nikel-tembaga (Monel) 400 N04400 Nikel-molybdenum (Hastelloy) B N1001 Nikel-khrom-besi 600 N06600 800 N8800 Nikel-khrom-besi-molybdenum 825 N08825 G N06007 Nikel-khrom-molybdenum-tungsten 690 N06690 C-276 N10276 Endapan yang dikeraskan K-500 N05500 718 N07718 X-750 N07750
0.1
…
…
0.25 maks
0.4 maks
…
99.2 min
0.15
0.1 maks
…
…
0.15
…
…
31.5
1.25
…
Bal
0.5
…
…
…
0.05
…
1.0 maks
…
5.0
28
Bal
1.0
…
…
…
0.08 0.1
… …
16.0 21.0
0.5 maks 0.75 maks
8.0 44.0
… …
Bal 32.5
0.5 1.0
0.3 maks 0.38
… …
… …
0.05 0.05
… 2.0
21.5 22.0
2.0 2.0
29.0 19.5
3.0 6.5
42 43
0.5 1.0
1.0 …
… 1.0 maks
… …
0.02 0.01
… …
29.0 15.5
… …
10.0 5.5
… 16.0
61 57
… 0.08
0.3 …
… 4.0
… …
0.25 0.05 …
… 5.0 0.9
… 18.0 15.5
29.0 … …
2.0 maks 19 7.0
… 3.0 …
63 53 Bal
0.5 maks … …
0.6 0.4 maks 2.5
… … …
2.7 Al … …
344
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
Material Teknik
Aplikasi umum untuk logam-logam paduan di atas, contohnya, adalah elemen pemanas elektrik spiral-wound yang dikandung dalam metal sheath, untuk penggunaan seperti elemen pemanas alat rumah tangga. Logam-logam paduan juga digunakan untuk pemanas dalam domestic fan heater dan dalam unit penyimpan termal. Ketika tidak digunakan sebagai elemen pemanas, logam paduan Ni-Cr dan NiCr-Fe yang digunakan sebagai materi yang tahan panas dan materi yang tahan terhadap korosi. Aplikasi awal di US sebagai logam paduan yang tahan panas ada dalam peralatan proses termal dan dalam industri proses kimia, di mana lingkungan karburisasi dan suhu yang ditingkatkan membatasi kinerja baja stainless. Logamlogam paduan ini sekarang akan digunakan secara komersial dan mesin jet militer. Dua logam paduan yang paling awal dari kelompok ini adalah logam paduan 600 (76Ni-15Cr-8Fe) dan logam paduan Nimonic (80NI-20Cr + Ti/Al). Logam paduan 600 adalah logam paduan dasar adalah logam paduan dasar dalam kelompok Ni-Cr-Fe dan telah menjadi logam paduan yang lebih banyak digunakan untuk semua pipa
Material Teknik
Aplikasi umum untuk logam-logam paduan di atas, contohnya, adalah elemen pemanas elektrik spiral-wound yang dikandung dalam metal sheath, untuk penggunaan seperti elemen pemanas alat rumah tangga. Logam-logam paduan juga digunakan untuk pemanas dalam domestic fan heater dan dalam unit penyimpan termal. Ketika tidak digunakan sebagai elemen pemanas, logam paduan Ni-Cr dan NiCr-Fe yang digunakan sebagai materi yang tahan panas dan materi yang tahan terhadap korosi. Aplikasi awal di US sebagai logam paduan yang tahan panas ada dalam peralatan proses termal dan dalam industri proses kimia, di mana lingkungan karburisasi dan suhu yang ditingkatkan membatasi kinerja baja stainless. Logamlogam paduan ini sekarang akan digunakan secara komersial dan mesin jet militer. Dua logam paduan yang paling awal dari kelompok ini adalah logam paduan 600 (76Ni-15Cr-8Fe) dan logam paduan Nimonic (80NI-20Cr + Ti/Al). Logam paduan 600 adalah logam paduan dasar adalah logam paduan dasar dalam kelompok Ni-Cr-Fe dan telah menjadi logam paduan yang lebih banyak digunakan untuk semua pipa generator asam dalam pabrik power nuklir. Dengan mengetahui bahwa logam paduan 600 mungkin menunjukkan keretakan tekanan-korosi dlam air murni superheated, logam paduan 690 (jenis logam paduan yang tahan terhadap korosi akan dibahas di bawah ini) yang sekarang digunakan sebagai pengganti untuk logam paduan 600 pada generator yang ada sepert halnya pada rancangan baru. Logam paduan nimonic dan variasi-variasinya dianggap sebagai superalloy dan sesuai untuk beberapa bagian yang panas dalam mesin turbin gas pesawat – blade, ring turbin, fastener, dan lain sebagainya. Beberapa jenis logam paduan yang tahan panas ini adalah: Logam paduan 601. Logam paduan ini mempunyai kandungan nikel yang lebih rendah (61 persen) dengan tambahan aluminium dan silikon untuk perbaikan oksidasi dan nitridasi. Logam paduan X750. Logam paduan ini mengandung aluminium dan titanium untuk endapan yang dikeraskan; umumnya digunakan untuk lapisan pesawat eksperimen Bell X-1.
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
34
Material Teknik
Logam paduan 718. Logam paduan ini mengandung titanium dan niobium untuk mengatasi masalah keretakan ketegangan-penyepuhan selama pengelasan dan perbaikan las. Logam paduan X (48Ni-22Cr-18Fe-9Mo + W). Ini adalah produk flat-rolled dengan suhu yang tinggi untuk aplikasi pesawat. Waspalloy (60Ni-19Cr-4Mo-3Ti-1.3Al). Logam paduan yang sesuai untuk mesin jet. Jika suatu rancangan memerlukan kekuatan yang tinggi, logam paduan oxide dispersion-strengthened bisa digunakan. Logam paduan nikel yang dipadu secara mekanis (MA) dengan sekitar 1 vol % oksida (utamanya, yttria, Y 2O3) mungkin akan dipilih. Proses logam paduan mekanis adalah proses oksida pencampuran secara mekanis dan bubuk logam dalam ball mill. Beberapa partikel sangat dipenaruhi oleh bola-bola baja, dipecahkan dalam beberapa potongan, dan dilas kembali, dan kemudian dibentuk dalam potongan oleh sintering atau powder metalurgy (P/M). Logam paduan nikel MA adalah campuran partikal oksida yang disebarkan dalam logam paduan dengan bahan dasar nikel dengan kekuatan yang lebih tinggi dan ketahanan terhadap panas yang tinggi; oksida menghalangi bergesernya sambungan pada untuk menahan kekuatan lebih lama pada suhu yang tinggi. Logam pauan yang tahan terhadap korosi dalam kelompok Ni-Cr-Fe adalah: Logam paduan 625. Logam paduan ini mengandung 9% Mo + 3% Nb dan menunjukkan ketahanan terhadap suhu yang tinggi dan ketahanan terhadap korosi karena basah. Logam paduan G3/G30 (Ni-22Cr-6Fe-7Mo-2Cu). Kandungan molybdenum yang meningkat dalam logam-logam paduan ini memperbaiki peralatan dan ketahanan terhadap korosi yang menyebabkan keretakan. Logam paduan C-22 (Ni-22Cr-6Fe-14Mo-4W). Logam paduan ini menunjukkan ketahanan terhadap korosi yang tinggi dalam pengoksidasian klorida asam, klorin basah, dan lingkungan korosif lain yang kuat. Logam paduan C-276 (17%Mo + 3.7%W). Logam paduan ini menunjukkan ketahanan terhadap korosi pada air laut dan peralatan yang paling baik dan tahan terhadap korosi yang menyebabkan keretakan. Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
346
Material Teknik
Logam paduan 690 (27% Cr). Logam paduan ini menunjukkan oksidasi yang luar biasa dan ketahanan asam nitrik. Ini ditentukan untuk pembuangan sampah nuklir dengan metode vitreous encap-solution. Sama dengan fungsinya dalam baja stainless, molybdenum pada logam-logam paduan di atas meningkatkan peralatan dan ketahanan terhadap korosi yang menyebabkan keretakan. Gambar 7-14 menunjukkan ketahanan terhadap korosi yang menyebabkan keretakan pada 6 persen larutan klorida ferric yang terjadi pada suhu yang lebih tinggi ketika kandungan molybdenum meningkat. Hastelloy B dan B-2 mengandung sekitar 28% Mo yang menunjukkan ketahanan yang paling baik pada lingkungan asam hidrokhlorik panas dari setiap logam paduan dengan bahan dasar nikel. Logam paduan yang mengandung molybdenum digunakan untuk beberapa tujuan dalam pemrosesan bahan kimia, produksi pulp dan kertas (bleacher dan washer), dan perangkat kontrol polusi. Logam paduan besi-nikel-khrom (N08XXX dan N09XXX). Kandungan
besi
dalam logam-logam paduan ini bisa setinggi 46 wt% dan kandungan kombinasi nikel dan khrom lebih dari 50 wt%. Beberapa elemen logam paduan lainnya ditambahkan untuk mendapatkan sifat khusus yang diinginkan. Logam-logam tersebut digunakan dalam beberapa aplikasi dengan suhu yang kurang keras. Dan syarat-syarat kekuatan dan relatif lebih murah daripada logam paduan Ni-Cr dan Ni-Cr-Fe. Logam-logam ini digunakan dalam lingkungan petrokimia dengan suhu yang tinggi, di mana feedstock yang mengandung sulfur (naphtha dan heavy oil) dipisahkan dalam bagian komponen yang telah disuling. Logam-logam tersebut tahan pada ion klorida dan polythionic acid stress-corrosion cracking. Beberapa logam paduan komersial yang penting dalam kelompok ini adalah: Logam paduan 800 (Fe-32Ni-21Cr). Logam ini adalah logam paduan dasar dalam kelompok ini. Ini adalah ketahanan pada oksidasi dan karburisasi pada suhu yang ditingkatkan. Logam paduan 800H. Ini adalah modifikasi loam paduan 800 dengan karbon yang dikendalikan (0.05-0.10%) dan ukuran bijih (>ASTM 5) untuk mengoptimalkan sifat putusnya tekanan.
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
34
Material Teknik
Logam paduan 800HT. Sama dengan 800H dengan kombinasi tambahan titanium dan aluminium dari 0.85 hingga 1.2 persen untuk memastikan sifat suhu optimum yang tinggi. Logam paduan 801. Ini mengandung titanium yang lebih tinggi (0.75 hingga 1.5 persen) dan menunjukkan pengecualian ketahanan karena keretakan terhadap korosi karena tekanan (SCC) untuk asam polythionic. Logam paduan 802. Ini adalah versi karbon yang lebih tinggi (0.2 hingga 0.5 persen) yang enunjukkan perbaikan kekuatan pada suhu yang tinggi. Logam paduan 825 (Fe-42Ni-21.5Cr-2Cu). Ini distabilkan dengan tambahan titanium (0.6 hingga 1.2 persen) dan mengandung sekitar 3% Mo untuk meningkatkan hilangnya ktahanan dalam aplikasi korosi aqueous. Kandungan tembaga memberikan ketahanan pada asam sulfur. Logam paduan 925. Titanium dan aluminium ditambahkan pada komposisi logam paduan 825 untuk penguatan melalui endapan yang dikuatkan. Logam paduan 825 dan 925 juga digunakan untuk ketahanan terhadap korosi karena kandungan molybdenumnya. Logam-logam tersebut mempunyai ketahanan yang tinggi pada asam sulfur dan telah menemukan penggunaan sebagai pipa dan plat untuk produksi pupuk dan produk-produk yang sesuai. Logam paduan 925 juga digunakan untuk beberapa komponen downhole dalam sumur gas asam dan telah ditempa untuk menghalangi valve utama untuk aplikasi well-head, seperti halnya komponen well-head sebagai hiasan pohon natal. Logam paduan 825 juga digunakan untuk komponen tubular downhole dimana sulfida hidrogen, karbon dioksida, dan sodium klorida (garam) ada pada suhu yang tinggi. Logam paduan nikel-molybdenum (N10XXX).
Logam paduan dasar dalam
kelompok ini adalah Hastelloy B dan jenis karbon B-2 nya yang rendah. Karena logam-logam tersebut mempunyai jumlah yang relatig kecil dari khrom (1% maks), ketahanannya terhadap korosi dibatasi pada pengurangan lingkungan atau media. Hastelloy B secara khusus dikembangkan untuk menahan asam hidroklorik pada semua konsentrasi dan suhu. Logam ini juga tahan pada sulfur (kecuali asam sulfur yang didihkan di luar 60 persen konsentrasi), fosfor, dan asam hidroflourik dan garamgaramnya, seperti halnya asam organik dan dan garam-garamnyapda semua Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
34
Material Teknik
konsentrasi dan suhu yang tinggi. Ini akan diserang melalui pengoksidasian garam seperti klorida ferric dan klorida cupric. Karena kandungan karbonna yang tinggi (1% C) dan molybdenum akan menjadi pembentuk karbit, Hastelloy B menunjukkan fenomena sensitisasi yang samas yang diamati dalam baja stainless. Selama pengelasan, karbit molybdenum terbentuk pada batasan biji pada area yang dipengaruhi dengan panas dan membentuk logam paduan yang mudah terkena korosi intergranular. Seperti pada baja stainless, area yang ada di sekitar batas bijih mempunyai kandungan molybdenum yang kurang karena formasi karbit, dan sel-sel galvanis dikembangkan karena karena perbedaan dalam beberapa konsentrasi yang ada pada biji dan pada batas bijih. Keretakan yang ditandai dengan garis pisau kadang-kadang juga berkembang pada garis peleburan – batas antara peleburan dan area yang dipengaruhi dengan panas. Untuk meminimalkan korosi intergranular yang telah ditentukan, Hastelloy B harusnya menjadi larutan yang diberi perlakuan panas setelah pengelasan, dengan cara yang sama telah dilakukan pada baja stainless. Untuk mencegah permasalahan sensitisasi ini, Hastelloy B-2 dengan 0.1% C maksimum dan beberapa kandungan silikon harus dipilih. Logam paduan ini bisa digunakan dalam kondisi ketika dilas karena karbit molybdenum tidak terbentuk. Selanjutnya, untuk memastikan tidak adanya formasi karbit, titanium mungkin ditentukan dalam komposisi untuk menstabilkan karbon, seperti dalam baja stainless. Nikel-based superalloys. Istilah superalloy diberikan pada logam paduan yang
terdiri dari bahan dasar nikel karena kekuatan inheren-nya yang tinggi, selain itu pada sifat panasnya dan ketahannya terhadap korosi. Superalloy-superalloy ini bisa digunakan dalam aplikasi load-bearing pada suhu yang melebihi 0.8T m, di mana Tm adalah titik leleh absolut dari logam paduan. Pecahan 0.8 dari titik leleh lebih tinggi daripada kelas-kelas logam paduan lainnya. Di sini juga ada superalloy yang mempunyai bahan dasar besi dan bahan dasar kobalt, tapi logam paduan yang berbahan dasar nikel paling banyak digunakan untuk bagian-bagian yang paling panas dari mesin gas turbin pesawat. Logam-logam paduan tersebut utamanya lebih ari 50 persen berat mesin pesawat. Meskipun logam-logam paduan ini ada dalam bentuk tempa, kekuatan inheren-nya pada suhu yang tinggi membuatnya sulit untuk dibentuk Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
349
Material Teknik
dengan metode deformasi. Sebagian besar produk logam paduan ini diproduksi dengan cetakan investasi. Pada awal tahun 1970-an, teknologi solidifikasi yang berhubungan dengan arah dikembangkan untuk memungkinkan produksi columnar atau blade turbin mesin jet dengan single-crystal. Single-crystal meminimalkan deformasi creep pada suhu yang tinggi. Tabel 7-42 menunjukkan beberapa superalloy dengan bahan dasar nikel yang dipilih berdasarkan dengan komposisinya, dan suhu aplikasinya. Kita melihat bahwa produk single crystal bisa digunakan hingga 100°C.
Bab 7 – Pemilihan Material Non Besi
350
Tabel 7-41
Komposisi nominal dari superalloy yang dipilih dengan bahan dasar nikel dan suhu pengoperasiannya Lain-lain
Kira-kira tahun pengenalan
Kemampuan suhu, (a) °C °F
Komposisi, wt%
Logam paduan
C
Cr
Co
Al
Ti
Mo
W
Nb
Ta
Zr
B
Cetakan biasa
IN-718 IN-6201(b) MAR-M 246
0.05 0.063 0.15
19 20 9.0
… 20 10
0.5 2.4 5.5
1.0 3.6 1.5
3.0 0.5 2.5
… 2.3 10
5.0 1.0 …
… 1.5 1.5
0.01 0.5 0.5
0.05 0.8 0.015
18F … 1.5Hf
1965 1978 1966
700 1010 1025
1290 1850 1885
9.0
10
5.5
1.5
…
10
…
2.5
0.05
0.015
1.5Hf
1975
1045
1915
22
19
2.3
3.5
…
2.0
0.8
1.1
0.1
0.01
0.75Hf
1981
1020
1870
10 5.0 6.2
5.0 10 9.5
5.0 5.6 5.5
1.5 … 1.0
… 2.0 0.6
4.0 6.0 6.5
… … 6.5(c)
12 8.7 …
… … …
… … …
… 1980 3Re0.1Hf 1986 2.9Re0.1Hf 1986
1060 1100 1110
1940 2010 2030
Directionally solidified
MAR-M 002 0.15 DS IN-6203 (b) 0.15 Kristal tunggal
PW 1480 PWA1484 CM SX-4G
… … …
351
RINGKASAN
Logam non-ferrous dan logam paduan utama yang digunakan untuk tujuan permesinan adalah logam paduan aluminium, titanium, magnesium,tembaga, dan nikel. Seperti yang telah ditunjukkan pada bagian 16.3, aluminium adalah yang paling banyak digunakan dari logam dan logam paduan non-ferrous karena kinernya struktural atau indeks efisiensinya, ketahannya terhadap korosi dan biayanya. Barisan titanium yang kedua dalam kinerja struktural dan ini lebih mahal daripada aluminium. Magnesium memberikan materi untuk tujuan struktural, jika perubahan bentuk dan katahanan terhadap korosinya bisa diperbaiki. Penggunaan utama tembaga adalah untuk konduktivitas elektrik. Secara struktural, tembaga, kuningan, dan perunggu digunakan sebagai pipa dan tubing karena ketahannya terhadap korosi. Pasar yang besar untuk nikel adalah untuk logam paduan baja stainless dan baja dengan logam paduan yang rendah. Logam paduan dengan bahan dasar nikel utamanya digunakan untuk kinerjan ketahanan korosinya dalam lingkungan korosif yang kuat dan lingkungan dengan suhu yang tinggi dan menemukan aplikasi yang luas dalam industri proses bahan kimia.
RINGKASAN
Logam non-ferrous dan logam paduan utama yang digunakan untuk tujuan permesinan adalah logam paduan aluminium, titanium, magnesium,tembaga, dan nikel. Seperti yang telah ditunjukkan pada bagian 16.3, aluminium adalah yang paling banyak digunakan dari logam dan logam paduan non-ferrous karena kinernya struktural atau indeks efisiensinya, ketahannya terhadap korosi dan biayanya. Barisan titanium yang kedua dalam kinerja struktural dan ini lebih mahal daripada aluminium. Magnesium memberikan materi untuk tujuan struktural, jika perubahan bentuk dan katahanan terhadap korosinya bisa diperbaiki. Penggunaan utama tembaga adalah untuk konduktivitas elektrik. Secara struktural, tembaga, kuningan, dan perunggu digunakan sebagai pipa dan tubing karena ketahannya terhadap korosi. Pasar yang besar untuk nikel adalah untuk logam paduan baja stainless dan baja dengan logam paduan yang rendah. Logam paduan dengan bahan dasar nikel utamanya digunakan untuk kinerjan ketahanan korosinya dalam lingkungan korosif yang kuat dan lingkungan dengan suhu yang tinggi dan menemukan aplikasi yang luas dalam industri proses bahan kimia. Logam paduan aluminium dianggap sebagai logam paduan yang bisa diberi perlakuan panas atau logam paduan yang tidak bisa diberi perlakuan panas. Logam paduan tempa yang paling banyak digunakan adalah logampaduan 3XXX tidak bisa diberi perlakuan panas karena logam-logam paduan tersebut menunjukkan kekuatan yang lebih tinggi daripada logam paduan 1XXX (aluminium murni), kemampuan bentuk yang memadai, dan kemampuan pengelasan yang baik. logam paduan 5XXX yang tidak bisa diberi perlakuan panas lainnya dikembangkan untuk aplikasi kelautan, sedangkan logam paduan 4XXX utamanya digunakan sebagai logam paduan pengelasan dan brazing. Logam paduan yang bisa diberi perlakuan panas, 2XXX dan logam paduan 7XXX utamanya digunakan untuk struktur pesawat, sedangkan logam paduan 6XXX digunakan pada aplikasi dengan kekuatan yang tinggi dengan tujuan umum. Untuk logam paduan tuang, logam paduan 3XXX juga paling banyak digunakan. Kita harus mencatat bahwa digit “3” dalam logam paduan tempa menunjukkan mangan sebagai elemen logam paduan utama, sedangkan “3” dalam logam paduan tuang utamanya adalah tambahan silikon dengan tembaga atau magnesium atau
Bab 5 – Pemilihan material non Besi
35
MATERIAL TEKNIK
keduanya. Untuk mendapatkan logam paduan aluminium dilakukan dengan menentukan penandaan sifat. Mayoritas, sekitar 80 persen, dari aplikasi titanium yang digunakan pada industri pesawat dan lebih dari 80 persen dari aplikasi ini mengandung logam paduan Ti-6Al-4V. Penggunaan logam utama titanium lainnya adalah karena ketahanan korosinya yang tinggi. Logam paduan yang paling banyak digunakan untuk tujuan ini adalah titanium tanpa logam paduan Golongan 2 yang mempunyai kekuatan yang bisa dibandingkan seperti baja stainless annealed austenitic. Ti-6Al-4V dan golongan 2 Ti paling banyak digunakan pada logam paduan tempa dan logam paduan tuang. Aplikasi struktural dari magnesium hanya mengandung sekitar 15 persen magnesium dan logam-logam paduan ini lebih dari 80 persen adalah tuang. Magnesium adalah making inroad pada aplikasi otomotif. Di sini ada enam golongan tembaga dan logam paduan tembaga: tembaga, logam paduan dengan kandungan tembaga yang tinggi, kuningan, perunggu, tembaga-nikel dan logam paduan tembaga-nikel-seng. Tembaga dan tembaga yang tinggi mempunyai sekitar 75 persen pasar yang menunjukkan penggunaanya untuk aplikasi elektrik. Kemudian, logam berikutnya yang paling banyak digunakan adalah kuningan biasa dan kuningan leaded yang terdiri dari 20.4 persen pasar. Penggunaan yang paling penting untuk nikel adalah untuk memperbaiki korosi dari baja stainless. Untuk logam paduan dengan bahan dasar nikel, logam-logam tersebut digunakan untuk lingkungan korosif yang paling kuat seperti halnya logam paduan yang tahan terhadap panas. Soal-soal Latihan
1. Logam aluminium apa yang bisa diberi perlakuan panas dan tidak bisa diberi perlakuan panas? Bagaimana dua tipe logam paduan mendapatkan kekuatannya? 2. Penandaan logam paduan dan elemen-elemen logam padauan mana yang tidak bisa diberi perlakuan panas? Perlakuan panas? 3. Apa perbedaan dalam penandaan logam paduan aluminium tempa dan logam aluminium tuang? Dua digit apa yang digunakan dalam X yang terakhir (setelah titik desimal) untuk penandaan tuang dan apakah penandaan itu digunakan? Bab 7– Pemilihan Material Non Besi
35
MATERIAL TEKNIK
4. Tunjukkan persamaan dan perbedaan dalam logam paduan aluminium berikut ini: 1035, 1135, 1235, 1335, dan 1435. Apa logam paduan tambahan utama? Tentukan jawaban anda dengan menggunakan tabel 5. Apakah logam paduan aluminium berikut ini menunjukkan: 2018, 2218, 2618, 2024, dan 2124? Apa yang dimaksud dengan elemen logam paduan utama? 6. Apa perbedaan antra aluminium 1035 dan aluminium 1351? Bisakah kita merubah satu menjadi yang lainnya? Bagaimana? 7. Apa perbedaan antara channel (bentuk struktural) dengan penandaan 7075-F, 7075O, dan 7075-T6? 8. Dengan menggunakan gambar P8.15, tunjukkan kekuatan yang dihasilkan dari 3105H12, 3105-H22, dan 3105-H32. Apa perbedaan dari logam-logam paduan tersebut? 9. Apa yang dimaksud dengan allotrope dari titanium? Pada pendinginan, apakah transformsi allotropic dari suatu kontrasi atau ini merupakan proses perluasan? Jelaskan. 10. Titanium tanpa logam paduan dan aplikasi struktural umum apa yang paling banyak digunakan? 11. Apa yang dimaksud dengan logam paduan titanium yang mendekati alfa, alfa + beta, dan mendekati beta? 12. Logam paduan titanium apa yang paling banyak digunakan? Tunjukan beberapa sifatnya. Untuk pembentukan superplastik, apa yang dimaksud dengan jumlah optimum dari fase beta? 13. Peringatan apa yang harus diuji dalam pemrosesan titanium dan logam paduan titanium? 14. Apa keuntungan magnesium dan logam paduan magnesium? Apa yang dimaksud dengan kekuatan bearing? 15. Jelaskan penggunaan relatif dari magnesium yang diberikan dalam tabel 7-28. 16. Apa perbedaan antara kuningan dan perunggu? 17. Dengan menggunakan gambar 8-18, bagaimana anda akan menentukan 70Cu-30Zn brass strip dengan kekuatan yang dihasilkan dari (a) 10.00 psi, dan (b) 22.000 psi?
Bab 7– Pemilihan Material Non Besi
354
