MAKALAH TEKNOLOGI BAHAN PROSES PEMBUATAN METAL ALLOY
DISUSUN OLEH : AYI RAHMAWATI
3335130744
MUHAMMAD ISMAIL
3335131326
MUHAMAD SAHRUROMDON 3335130380
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA JURUSAN TEKNIK KIMIA CILEGON 2014
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan Kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena dengan karuniaNya penulis dapat menyelesaikan makalah ini. Tujuan penulisan makalah ini adalah untuk menambah pengetahuan (wawasan keilmuan) serta untuk memenuhi tugas mata kuliah teknologi bahan tentang metal alloy, ferrous maupun non-ferrous. Makalah ini berisi tentang pembuatan metal alloy ferrous maupun non-ferrous, yang kami harapkan dapat memberikan informasi kepada para pembaca tentang tahap-tahap proses pembuatan yang benar. Penulis menyadari bahwa karya ilmiah ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun selalu penulis harapkan demi kesempurnaan karya ilmiah ini. Akhir kata, penulis sampaikan terima kasih kepada semua pihak yang berperan serta dalam penyusunan karya ilmiah ini dari awal sampai akhir. Semoga Tuhan Yang Maha Esa senantiasa meridhoi segala usaha kita, Amin.
Cilegon,September 2014 Hormat kami
Penulis
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR..……………………………………………………….. i DAFTAR ISI ……………………………………………………….....................ii BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang.…………………………………………………………1
1.2
Tujuan ………………………………………………………………….1
1.3
Rumusan Masalah………………………………………………………1
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Logam Besi ...........................................................................................2 2.2 Logam Bukan besi ................................................................................2 BAB III PENUTUP
3.1 Kesimpulan..........................................................................................13 DAFTAR PUSTAKA
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Semakin berkembangnya peradaban manusia, semakin beragam pula barang-barang yang dibutuhkan. sehingga membuat manusia mencari bahan-bahan yang cocok untuk dijadikan bahan baku. Di jaman yang modern ini logam banyak digunakan, baik dalam bidang industri maupun di kehidupan sehari-hari. seperti logam besi yang sangat umum digunakan sebagai bahan dasar untuk membuat suatu produk. Akan tetapi karakteristik besi kurang sesuai dengan kebutuhan. Sehingga besi harus dipadupadankan dengan logam lain, yang sering disebut dengan besi alloy. Selain itu tak sedikit pula produk yang menggunakan bahan campuran logam tanpa paduan dengan besi. Campuran logam tanpa paduan besi disebut non-besi alloy.
1.2
Tujuan
Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah untuk mengetahui proses pembuatan besi alloy dan non- besi alloy.
1.3
Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dalam penyusunan makalah ini adalah: 1. Perbedaan besi alloy dan non-besi alloy. 2. Proses pembuata besi alloy dan non-besi alloy.
BAB II PEMBAHASAN
2.1. LOGAM BESI
Logam ferro adalah logam besi (Fe). Besi merupakan logam yang penting dalam bidang teknik, tetapi besi murni terlalu lunak dan rapuh sebagai bahan kerja, bahan konstruksi dan lain-lain. Oleh karena itu besi selalu bercampur dengan unsur lain, terutama zat arang atau karbon (C). Logam ferro juga disebut besi karbon atau baja karbon. Bahan dasarnya adalah unsur besi (Fe) dan karbon (C), tetapi sebenarnya juga mengandung unsur lain seperti: silisium, mangan, fosfor, belerang dan sebagainya yang kadarnya relatif rendah.
2.2. LOGAM BUKAN BESI
Logam non ferro atau logam bukan besi adalah logam yang tidak mengandung unsur besi (Fe). Logam non ferro murni kebanyakan tidak digunakan begitu saja tanpa dipadukan dengan logam lain, karena biasanya sifat-sifatnya belum memenuhi syarat yang diinginkan.
Kecuali logam non ferro murni, platina, emas dan perak tidak dipadukan karena sudah memiliki sifat yang baik, misalnya ketahanan kimia dan daya hantar listrik yang baik serta cukup kuat, sehingga dapat digunakan dalam keadaan murni. Tetapi karena harganya mahal, ketiga jenis logam ini hanya digunakan untuk keperluan khusus. Misalnya dalam teknik proses dan laboratorium di samping keperluan tertentu seperti perhiasan dan sejenisnya.
Logam non fero juga digunakan untuk campuran besi atau baja dengan tujuan memperbaiki sifat-sifat baja. Dari jenis logam non ferro berat yang sering digunakan uintuk paduan baja antara lain, nekel,
kromium, molebdenum, wllfram dan sebagainya. Sedangkan dari logam non ferro ringan antara lain: magnesium, titanium, kalsium dan sebagainya. Logam-logam nonferro dan paduannya tidak diproduksi secara besar-besaran seperti logam besi, tetapi cukup vital untuk kebutuhan industri karena memiliki sifat-sifat yang tidak ditemukan pada logam besi dan baja. Proses-proses Pembuatan Logam Pada dasarnya proses pembuatan logam besi alloy dan logam non- besi alloy sama dengan proses pembuatan logam pada umumnya. Berikut adalah proses-proses pembuatannya:
Gambar 2.1 metal fabrication techniques Forming operation : adalah dimana bentuk potongan logam dirubah dengan proses defomasi plastis. Jika proses deformasi plastis dilakukan diatas temperatur reskristalisasi makaproses disebut pengerjaan panas (hot working), sedangkan jika dilakukan dibawahtemperatur reskristalisasi disebut pengerjaan dingin (cold working). pengerjaan panas :
dimungkinkan untuk terjadinya deformasi yang lebih besar
energi untuk melakukan deformasi lebih kecil dari cold working
permukaan logam mengalami oksidasi
pengerjaan dingin :
kualitas permukaan logam yang lebih baik
kontrol dimensi lebih mudah
Proses forging, rolling, exrusion dan drawing bisa dilihat pada gambar 2.3.
Gambar 2.3 proses perubahan bentuk.
Forging :
Dilakukan dengan cara memukul potongan logam. Gaya diberikan pada cetak yang membentuk produk logam. Contoh produk forging adalah pada roda kereta api ,kunci kunci, crank shift mobil dll. Forging sebagai salah satu bagian dari proses metal forming dibagi dalam tiga kategori berdasarkan temperatur pengerjaannya yaitu proses cold, warm dan hot forging dimana parameter dasarnya adalah temperatur rekristalisasi.
Gambar 2.4 Klasifikasi Cold, Warm dan hot working
Keuntungan atau efek yang ditimbulkan oleh pengerjaan dingin (cold working) adalah adanya penurunan tingkat keuletan, namuan diiringi dengan naiknya kekuatan dan kekerasan pada sifat materialnya. Hal ini disebabkan karena adanya efek strain hardening. Disamping itu juga terjadi perubahan struktur mikro, dimana butir-butirnya akan memanjang dan merapat searah dengan arah deformasi yang dominan serta memiliki tingkat ketelitian yang lebih
baik.
Namun
proses
pengerjaan
dingin
memerlukan
energi
pembentukan yang lebih besar untuk proses deformasinya.
Sementara itu, proses pengerjaan panas (temperatur kerja diatas temperatur rekristalisasi) juga memiliki keuntungan salah satunya adalah energi pembentukannya relatif lebih kecil bila dibandingkan dengan proses pengerjaan dingin pada material yang sama. Hal ini di sebabkan karena terjadinya penurunan tegangan alir, sehingga tegangan tool dan beban tempa berkurang. Selain itu dengan adanya panas tingkat keuletan material akan lebih terjaga. Kelemahan proses ini diantaranya adalah biaya produksi tinggi, ketelitian (accuracy) dan kondisi permukaan kurang baik serta umur tool relatif pendek.
Pada proses tempa warm forming dimana temperatur pengerjaan di atas suhu ruangan dan di bawah temperatur rekristalisasi (di atas 0,3 x temperatur 10 rekristalisasi hingga di bawah suhu rekristalisasi material), memiliki keunggulan adalah beban tempa yang rendah , keuletan dan ketangguhan (toughness) lebih besar dibanding proses dingin, ketelitian ( accuracy) meningkat dibandingkan tempa panas. Sedangkan kelemahannya adalah memerlukan determinasi temperatur tempa yang optimum serta pemilihan pelumas yang sulit.
: Rolling
Proses dilakukan degan melewatkan logam pada 2 buah logam yang akan mengkompresi logam sehngga tebalnya berkurang. Produk yang di hasilkan bisa berupa bulat, tiang 1 dan rel kereta api, plat dll. Rolling dibagi menjadi 2 macam yaitu, hot rolling dan cold rolling Hot rolling adalah operasi pencanaian yang dilakukan pada temperatur yang lebih tinggi daripada temperatur rekristalisasi. Pada proses hot rolling , deformasi tidak menyebabkan terjadinya penguatan logam. Tegangan alir bahan akan semakin kecil dengan semakin tingginya temperatur operasi. Energy deformasi yang dibutuhkan menjadi lebih kecil daripada temperatur yang lebih tinggi. Dengan demikian, deformasi dapat dilakukan pada benda yang berukuran relatif besar. Sedangkan cold rolling adalah operasi pencanaian yang dilakukan pada temperatur kamar atau di bawah temperatur rekristalisasi. Cold rolling umumnya dilakukan setelah proses rollliing panas. Rolling diingin menyebabkan terjadinya mekanisme penguatan pada benda kerja yang di ikuti dengan turunnya keuletan. Benda kerja menjadi lebih kuat, lebih keras dan
lebih rapuh. Pada proses
pencanaian dingin, tegangan alir benda kerja menjadi semkain meningkat. Sebagian besar dari produk hasil canai dingin melibatkan proses lanjutan yaitu proses perlakuan panas agar dapat diaplikasikan sesuai ke spesifikasinya. Proses perlakuan panas yang diterapkan pada produk hasil canai dingin adalah
proses anil. Proses dilakukan dengan tujuan untuk
mendapatkan sifat-sifat produk yang lebih sesuai dengan aplikasinya.
: Extrusion
Batangan logam didorong melalui cetakan dan produk akan berbentuk sesuai yang dikehandaiki dan penampang yang lebih kecil. Produk extrusion adalah batangan logam/ kawat, tube, dll.
Drawing :
Dilakukan dengan cara menarik potongan logam pada sisi keluar cetakan.
Batangan logam,kawat, tube adalah produk produk yang bisa di hasilkan dengan drawing. Casting:
Pengocoran (Casting ) adalah suatu proses penuangan materi cair seperti logam atau plastik yang dimasukkan ke dalam cetakan, kemudian dibiarkan
membeku
di
dalam
cetakan
tersebut,
dan kemudian
dikeluarkan atau di pecah-pecah untuk dijadikan komponen mesin. Pengecoran digunakan untuk membuat bagian mesin dengan bentuk yang kompleks. Pengecoran digunakan untuk membentuk logam dalam kondisi panas sesuai dengan bentuk cetakan yang telah dibuat. Pengecoran dapat berupa
material
logam
cair
atau
plastik
yang
bisa
meleleh
(termoplastik ), juga material yang terlarut air misalnya beton atau gips, dan materi lain yang dapat menjadi cair atau pasta ketika dalam kondisi basah seperti tanah liat, dan lain-lain yang jika dalam kondisi kering akan berubah menjadi keras dalam cetakan, dan terbakar dalam perapian. Proses pengecoran dibagi menjadi dua: expandable (dapat diperluas) dan non expandable (tidak dapat diperluas) mold casting .
Gambar 2.5 Logam cair sedang dituangkan ke dalam cetakan
Gambar 2.6 Proses Pengecoran logam Pengecoran biasanya diawali dengan pembuatan cetakan dengan bahan pasir. Cetakan pasir bisa dibuat secara manual maupun dengan mesin. Pembuatan cetakan secara manual dilakukan bila jumlah komponen yang akan dibuat jumlahnya terbatas, dan banyak variasinya. Pembuatan cetakan tangan dengan dimensi yang besar dapat menggunakan campuran Adalah proses pabrikasi di mana logam cair dituang. Casting dilakukan jika : 1. Bentuk akhir besar atau complicated 2. Kualitas dan kekuata bukan merupakan pertimbangan utama. Casting dibagi menjadi 3 macam menurut jenis cetakan nya yaitu:
1.
Di e Casti ng
Die casting adalah proses pencetakan yang menggunakan berulangulang.Logam coran biasanya dipakai yang mempunyai tiik leleh rendah seperti: seng, almunium, dan magnesium. Pada die casting , logam didorong masuk cetak pada tekanan tertentu dan kecepatan tinggi dan kemudian logam membeku dengan menjaga tekanan. Cetakannya biasanya dari baja
Gambar 2.7 die casting.
2.
Sand Castin g
Sand casting atau cetakan pasir adalah metoda yang paling umum. Pasir digunakan sebagai bahan cetakan, potongan cetakan pasir di buat dengan memadatkan pasir ke pola yang berbentuk dimensi yang diinginkan. Proses pencetakan dilakukan dengan mengalirkan logam cair kedalam cetakan. Contoh produk : silinder blok mobil, fire hydrant, fitting pipa yang besar-besar.
Gambar 2.8 Sand Casting
3.
I nvesment Casti ng
Invesment casting adalah Pola untuk membuat cetakan biasanya dipakai lilin atau palstik. Disekililing poladituang lumpur cair biasanya dari bahan gips. Setelah mengeras cetakandipanaskan sehingga lilin didalamnya menguap. Cetakan siap digunakan .Teknik ini biasanya digunakan untuk cetakan dengan dengan kualitas tinggi. Dan produk akhir yang tinggi. Contohnya : perhiasan, gigi palsu dll.
Gambar 2.9 Investment Casting
Adapun proses pembuatan logam paduan non-ferrous yaitu sebagai berikut: Pembuatan Aluminium (Al)
Bijih bauksit merupakan salah satu sumber pembentukan aluminium yang cukup ekonomis, yang bila di Indonesia, banyak terdapat di daerah Bintan dan Kalimantan. Untuk menambang bauksit, dilakukan dengan penambangan terbuka, setelah bauksit di haluskan, kemudian di cuci dan dilakukan pengeringan, baru
kemudian
bauksit
mengalami
pemurnian
menjadi oksida
aluminium atau alumina. Untuk memperoleh aluminium murni, biasanya digunakan Proses Bayern ( Karl Josef Bayer ), yaitu: bauksit halus dan kering, dimasukkan ke dalam pencampur
(mixer),
diolah
dengan NaOH yang
bila
bereaksi
dengan bauksit dibawah pengaruh tekanan dan suhu diatas titik didih nya, akan menghasilkan Aluminat Natrium yang dapat larut. Biasanya setelah proses selesai, tekanan di dalam dapur dikurangi dan ampas yang terdiri dari oksida besi tak larut, silikon, titanium dan kotoran-kotoran lain nya, ditekan melalui saringan dan dikumpulkan agak disamping. Kemudian, cairan yang mengandung alumina dalam bentuk aluminat natrium, dipompakan ke luar dan dimasukkan kedalam sebuah tangki pengendapan. Didalam tangki tersebut, diberi tambahan kristal hidroksida aluminium yang halus, yang kemudian berubah menjadi inti kristalisasi, sementara itu kristal hidroksida aluminium akan terpisah dari larutan, kemudian dilakukan penyaringan dan dipanaskan sampai suhu nya mencapai 980 Proses Bayern
Melalui proses elektrolisa, alumina akan berubah menjadi oksigen dan logam aluminium. Jalan nya proses elektrolisa adalah: alumina murni dilarutkan pada cairan criolit (natrium aluminium fluorida) di dalam dapur elektrolit yang besar atau disebut sel reduksi. Arus listrik kemudian dialirkan pada campuran melalui elektroda karbon, logam aluminium di endapkan pada katoda karbon yang berada di dasar sel.
Panas akibat aliran listrik digunakan untuk memanaskan isi sel, sehingga akan selalu cair, dengan demikian alumina dapat ditambahkan secara terus menerus (disebut: proses kontinu). Pada saat-saat tertentu, aluminium cair di keluarkan dari sel dan dipindah kan ke dalam dapur penampung untuk kemudian di murnikan atau bisa juga digunakan untuk keperluan paduan, setelah itu baru di tuangkan ke dalam cetakan ingot, untuk kemudian diolah lebih lanjut. Biasanya, untuk menghasilkan 1 kg aluminium, dibutuhkan 2 kg alumina, sedangkan untuk mendapat kan 2 kg alumina, diperlukan 4 kg bauksit, 0,6 kg karbon, criolit dan bahan-bahan lain nya serta sekitar 8 kWh energi listrik (berlaku secara linier).
Pembuatan Magnesium (Mg)
Air laut yang biasanya mengandung 1300 ppm magnesium, direaksikan dengan kapur (kulit kerang yang dibakar pada suhu 1320 0C). Hasil reaksi kimia antara kapur dengan air laut, akan menghasilkan endapan Mg(OH) 2 .Endapan kental yang mengandung sekitar 12 % Mg(OH) 2 ini kemudian di saring, sehingga akan bertambah pekat, menghasilkan MgCl2.
baru kemudian di reaksikan dengan CHCl
Setelah
melalui
tahapan
filtrasi
dan
dan
pengeringan,
konsentrasi MgCl2 akan meningkat menjadi sekitar 68 %, yang berbentuk butiran butiran kemudian dipindahkan ke dalam sel elektrolisa yang berukuran 100 m3
dan beroperasi pada suhu sekitar 700 0C. Elektroda grafit akan berfungsi
sebagai anoda dan pot nya sendiri berfungsi sebagai katoda. Akibat di aplikasikan nya arus listrik sebesar 60.000 Amp, maka MgCl2 akan terurai, dan logam magnesium terapung diatas larutan. Setiap pot akan dapat menghasilkan sekitar 550 kg logam Mg dalam satu hari yang kemudian dituang kedalam cetakan ingot, dimana setiap ingot mempunyai berat 8 kg. Hasil sampingan dari proses ini adalah:
gas
klorida
yang
kemudian
dapat
digunakan
untuk
mengubah Mg(OH) 2 menjadi MgCl2. Adapun contoh proses pembuatan logam paduan ferrous yaitu sebagai berikut:
Pembuatan Tembaga
Chalcopiri”t adalah antara Cu2S dan CuFeS2
bijih
tembaga,
merupakan
campuran
yang di peroleh dari hasil tambang di bawah
permukaan tanah. Gambar berikut adalah proses mebuat nya: Alur proses yang ditunjukkan pada gambar diatas adalah dimulai dari bijih chalcopirit, digiling dan dicampur dengan batu kapur serta bahan fluks silika. Setelah
tepung
bijih
dipekatkan,
lalu
dipanggang,
sehingga
terbentuk
campuran FeS, FeO, SiO 2, dan CuS. Campuran inilah yang disebut: “ Kalsin”. Kalsin kemudian di lebur dengan batu kapur sebagai fluks nya di dalam Dapur Reverberatory, tujuan nya untuk melarutkan besi (Fe) di dalam terak, sisanya adalah Tembaga-Besi yang disebut “matte” di tuangkan kedalam konverter. Dengan menghembuskan udara kedalam konverter untuk selama 4 s/d 5 jam, maka kotoran-kotoran teroksida dan besi akan membetuk terak yang pada saat-saat tertentu, dikeluarkan dari konverter. Karena panas oksidasi cukup tinggi, maka muatan akan tetap cair yang akhir nya dapat merubah sulfida-tembaga menjadi oksida-tembaga atau yang dikenal dengan nama: sulfat. Bila kemudian aliran udara dihentikan, maka oksida kupro akan bereaksi dengan sulfida kupro yang akan membentuk tembaga blister dan dioksida belerang . Tembaga blister dengan tingkat kemurnian
antara
98 % s/d 99 % ini kemudian dicor menjadi slab untuk kemudian di olah secara elektolitik menjadi tembaga murni.
BAB III KESIMPULAN
Kesimpulan dari makalah yang kami susun yaitu proses pembuatan paduan logam terdiri dari beberapa proses di antaranya,
Wrought alloy: dibuat dengan jalan rooling, (paduan tempa)forming, drawing, forging dan press working.
Casting alloy: dibuat berdasarkan pengecoran (paduan tuang) Paduan aluminium tempa mempunyai kekuatan mekanik yang tinggi mendekati baja.
DAFTAR PUSTAKA
Lawrence H. Van Vlack. 1989. Ilmu dan Teknologi Bahan edisi ke lima. Jakarta: Erlangga. Tata Surdia MSMet.E, Kenji chijiwa Prof. Dr. 1975. Teknik Pengecoran Logam, Jakarta: Pradnya Paramita. Modul 2013.”Bahan Konstruksi Kimia.Politeknik Negeri Sriwijaya.Palembang.”
