Benny M. Sibarani : Rancangan Dapur Pelebur Untuk Melebur Kuningan Dan Paduannya Dengan Kapasitas 50kg Untuk Keperluan Industri Sumah Tangga, 2008.
USU Repository © 2009
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Logam Bukan Besi Nonferrous Metal
Indonesia merupakan negara penghasil bukan besi yaitu penghasil timah putih, tembaga, nikel, aluminium dan sebagainya. Dalam keadaan murni logam
bukan besi ini memiliki sifat yang sangat baik namun untuk meningkatkan kekuatan umumnya dicampur dengan logam lain sehingga membentuk paduan.
Ciri dari logam non besi ini adalah daya tahannya terhadap korosi yang tinggi, daya hantar listrik yang baik dan dapat berubah bentuk secara mudah. Pemilihan
dari paduan logam non besi ini tergantung pada banyak hal antara lain kekuatan, kemudahan dalam pemberian bentuk, berat jenis, harga bahan baku, upah
pembuatan dan penampilannya. Logam bukan besi ini dibagi dalam dua golongan menurut berat jenisnya,
yaitu logam berat dan logam ringan. Logam berat adalah logam yang mempunyai berat jenis di atas 5 kgm
3
sedangkan logam ringan adalah logam yang berat jenisnya kurang dari 5 kgm
3
. Berat jenis dari masing-masing logam non besi ini dapat dilihat pada Tabel
2.1. Secara umum dapat dinyatakan bahwa makin berat suatu logam bukan besi maka makin baik daya tahan korosinya. Bahan logam bukan besi yang sering
dipakai adalah paduan tembaga, paduan alumunium, paduan magnesium dan paduan timah. Tabel 2.1 ini memperlihatkan perbandingan berat jenis serta
berbagai logam bukan besi.
Benny M. Sibarani : Rancangan Dapur Pelebur Untuk Melebur Kuningan Dan Paduannya Dengan Kapasitas 50kg Untuk Keperluan Industri Sumah Tangga, 2008.
USU Repository © 2009
Tabel 2.1 Berat Jenis Beberapa Jenis Logam lit 1 hal 64
Logam Berat Jenis
kg m
3
Aluminium Tembaga
Kuningan Timah Hitam
Magnesium Nikel
Seng Besi
Baja 2.643
8.906 8.750
11.309 1.746
8.703 7.144
7.897 7.769
2.2 Tembaga dan Paduannya
2.2.1 Tembaga Murni
Secara industri sebagian besar penggunaan tembaga dipakai sebagai kawat atau bahan untuk penukar panas dalam memanfaatkan hantaran listrik dan
panasnya yang baik. Sejak tahun 1913 sebagai satuan hantaran listrik dipergunakan IACS International Annealed Copper Standard yang
mempunyai nilai rata-rata 100 untuk tembaga teknis. Dalam standar ini suatu hantaran dinyatakan 100 kalau tahanan spesifik pada 20
C adalah 1,7241 cm
atau 0,153280 g.m pada masa jenis 8,89 gcm
3
. Sesuai dengan perkembangan dalam teknologi pemurnian, kemurnian tembaga telah sangat diperbaiki dan
sekarang tembaga yang paling murni mempunyai konduktifitas listrik 103. Hantaran panas pada 20
C telah juga diperbaiki dari 0.,923 cal cm. derajat.
Benny M. Sibarani : Rancangan Dapur Pelebur Untuk Melebur Kuningan Dan Paduannya Dengan Kapasitas 50kg Untuk Keperluan Industri Sumah Tangga, 2008.
USU Repository © 2009
detik dalam tahun 1950-an sampai 0,941 cal cm. derajat. detik dalam tahun 1970-an.
Gambar. 2.1 menunjukkan perubahan IACS oleh konsentrasi, ketakmurnian, a untuk kasus yang mengandung oksigen rendah dan b untuk
yang mengandung 0,03 Oksigen. Pengaruh unsur paduan pada hantaran listrik umumnya banyak dipengaruhi oleh unsur-unsur yang membentuk larutan padat;
yang memberikan pengaruh lebih kecil kalau terjadi presipitasi. Dengan adanya oksigen perbandingan pengurangan dari P, As, dsb, menurun, hal ini disebabkan
larutan pada jumlahnya menurun oleh adanya formasi oksida. Tembaga murni untuk keperluan industri dicairkan dari tembaga yang
diproses dengan elektrolisa, dan diklasifikasikan menjadi tiga macam menurut kadar oksigen dan cara deoksidasi, yaitu tembaga ulet, tembaga deoksidasi, dan
tembaga bebas oksigen. Kalau O terkandung dalam tembaga unsur-unsur pengotor dapat mengendap sebagai oksida maka jumlah larutan padat untuk
menaikkan hantaran listrik, menjadi kurang. Dengan oksida yang banyak pada temperatur tinggi dapat menyebabkan kegetasan hydrogen, untuk mencegah ini
dipergunakan tembaga deoksidasi atau tembaaga bebas oksigen. Dalam tembaga murni untuk keperluan industri biasa terdapat unsur-unsur gas yang memberikan
pengaruh terhadap berbagai sifat. Oksigen adalah unsur yang penting yang berhubungan erat dengan kadar hydrogen dan belerang.
Benny M. Sibarani : Rancangan Dapur Pelebur Untuk Melebur Kuningan Dan Paduannya Dengan Kapasitas 50kg Untuk Keperluan Industri Sumah Tangga, 2008.
USU Repository © 2009
2.2.1.1 Pengaruh oksigen
Gambar. 2.2 menunjukkan digram fasa untuk sistem Cu-O jumlah larutan padat maksimum dari O pada titik eutektik 1065
C, adalah 1,008. Tembaga ulet mengandung sampai 0,04 O terdiri dari struktur berfasa ganda dengan Cu
dan Cu
2
O. Dalam coran, struktur eutektik dari Cu- Cu
2
O dapat dilihat, tetapi dengan pengerjaan berubah menjadi struktur dimana partikel-partikel Cu
2
O mengarah dalam arah pengerjaan. Cu
2
O merupakan fasa berbentuk piringan diharapkan memberikan pengaruh yang kurang buruk terhadap sifat-sifat
mekanik, tetapi kalau jumlahnya banyak akan menyukarkan dalam pengerjaan dingin, jadi lebih baik mengontrol kadar oksigen agar rendah walaupun untuk
tembaga ulet.
Benny M. Sibarani : Rancangan Dapur Pelebur Untuk Melebur Kuningan Dan Paduannya Dengan Kapasitas 50kg Untuk Keperluan Industri Sumah Tangga, 2008.
USU Repository © 2009
Gambar 2.1 Hubungan antara laju pengurangan dan ketakmurnian dalam hantaran listrik
Benny M. Sibarani : Rancangan Dapur Pelebur Untuk Melebur Kuningan Dan Paduannya Dengan Kapasitas 50kg Untuk Keperluan Industri Sumah Tangga, 2008.
USU Repository © 2009
2.2.1.2 Pengaruh hidrogen
Tembaga cair mengabsorb hidrogen bersama-sama oksigen. Banyak H
2
yang terkandung membentuk gas pada waktu pendinginan. Kalau pencairan tembaga dilakukan pada atmosfir yang lembab terjadi desosiasi H
2
O pada permukaan tembaga cair. Jumlah hidrogen yang larut di dalam tembaga cair
sebanding lurus dengan akar 2 dari konsentrasi hidrigen, dan hidrigen masuk ke dalam tembaga dalam keadaan atom. Dalam keadaan padat kelarutan hidrogen
menurun banyak, tetapi hidrigen dengan jumlah besar yang cukup dapat terlarut dalam keadaan padat di antara kisi atom. Menurut pengukuran yang sebenarnya
dalam keadaan padat terkandung H sebanyak 12 – 13 dari O.
Gambar. 2.2 Diagram fasa Cu – O. H dalam tembaga yang mengandung O bereaksi dengan Cu
2
O membentuk H
2
O, yang tidak bisa lagi tinggal di dalam kisi atom dan membentuk gelembung-
Benny M. Sibarani : Rancangan Dapur Pelebur Untuk Melebur Kuningan Dan Paduannya Dengan Kapasitas 50kg Untuk Keperluan Industri Sumah Tangga, 2008.
USU Repository © 2009
gelembung yang mengakibatkan berbagai cacat dalam batas butir. Jadi tembaga liat mengandung jumlah O yang cukup menjadi getas karena pemanasan dalam
atmosfir tereduksi, hal ini sering dinamakan penyakit hidrogen. Untuk keadaan tersebut tidak dapat dipergunakan tembaga ulet kecuali tembaga deoksidasi,
tembaga bebas hidrogen atau tembaga deoksidasi fosfor.
2.2.1.3 Tembaga deoksidasi
P sering dipergunakan untuk deoksidasi Cu. Karena kegetasan yang disebabkan hidrogen merupakan kerugian, maka tembaga deoksidasi faktor
dipergunakan untuk pengelasan dan penyolderan. Jumlah P tersisa adalah 0,004 – 0,040 yang mengurangi konduktifitas listrik. Sebagai tambahan CaB
6
dan Li dipergunakan juga untuk deoksidasi. Karena Li adalah efektif untuk deoksidasi
dan untuk dihidrogenisasi tanpa menyebabkan penurunan hantaran listrik, maka dengan maksud yang sama dapat dipergunakan juga bagi tembaga bebas oksigen.
Di Amerika Serikat tembaga oksigen dibuat dari tembaga elektrolitik yang sangat murni dengan mempergunakan tungku induksi frekuensi rendah, dalam
atmosfir gas CO dengan pengecoran kontinu, hasilnya dinamakan tembaga hantaran tinggi bebas oksigen tembaga OFHC. Di Jerman tembaga dibuat
sampai 0,013O yang dihilangkan gasnya dengan Li dan dituang dalam atmosfir CO didapat tembaga bebas oksigen. Di Jepang tembaga dibuat dengan
mencairkannya dalam vakum atau dalam gas CO. Dengan demikian O menjadi lebih rendah dari 0,001, kadar H lebih rendah, tidak terjadi penggetasan
hidrogen. Tembaga tersebut dipergunakan untuk katoda tabung sinar X dan magnetron.
Benny M. Sibarani : Rancangan Dapur Pelebur Untuk Melebur Kuningan Dan Paduannya Dengan Kapasitas 50kg Untuk Keperluan Industri Sumah Tangga, 2008.
USU Repository © 2009
2.2.2 Paduan Tembaga
Tembaga membentuk larutan padat dengan unsur-unsur logal lain dalam daerah yang luas, dan dipergunakan untuk berbagai keperluan. Tabel 2.2
menunjukkan contoh dari paduan tembaga untuk proses pembentukan. Paduan untuk coran hampir mempunyai komposisi kimia yang sama tetapi
untuk memperbaiki mampu cornya dan mampu mesinnya komposisi kimianya agak berbeda dalam beberapa komponen.
Tabel 2.2 Paduan Tembaga Utama Tempaan
2.2.2.1 Kuningan
Kuningan berasal dari zaman Romawi, Gb. 2.3 menunjukkan diagram fasa Cu-Zn. Dalam sistem ini terdapat 6 fasa yaitu, , , , , , dan , dari semua fasa
itu yang penting secara industri adalah dua, yaitu dan . mempunyai struktur fcc dan mempunyai struktur bcc. Ada juga fasa ’ dengan kisi super. Seperti
Benny M. Sibarani : Rancangan Dapur Pelebur Untuk Melebur Kuningan Dan Paduannya Dengan Kapasitas 50kg Untuk Keperluan Industri Sumah Tangga, 2008.
USU Repository © 2009
telah diketahui dari diagram fasa untuk kuningan 70-30, fasa merupakan fasa yang lunak dan mudah dikerjakan, sedangkan kuningan 60-40, adalah fasa +
yang mempunyai kekuatan tinggi, dan banyak paduan dari in yang mempunyai kekuatan tarik yang tinggi. Paduan dengan kira-kira 45Zn mempunyai kekuatan
yang paling tinggi akan tetapi tidak dapat dikerjakan, jadi hanya dipergunakan untuk paduan coran.
Gambar. 2.3 Diagram fasa Cu-Zn
1 Kuningan khusus Kuningan yang dicampur unsur ketiga untuk memperbaiki ketahanan
korosi, ketahanan aus, mampu mesin, dsb, disebut kuningan khusus. unsur-unsur yang dipadukan terutama Mn, Sn, Fe, Al, Ni, Pb, dsb. Unsur-unsur ini larut padat
Benny M. Sibarani : Rancangan Dapur Pelebur Untuk Melebur Kuningan Dan Paduannya Dengan Kapasitas 50kg Untuk Keperluan Industri Sumah Tangga, 2008.
USU Repository © 2009
dalam dan , sehingga tidak membentuk fasa baru hanya mengubah
perbandingan antara fasa dan . Pb larut padat dalam kuningan hanya sampai 0,4, dan kelebihannya
mengendap dalam batas butir dan di dalam butir terdispersikan secara halus yang hal ini memperbaiki mampu mesin dan membuat permukaan yang halus oleh
karena itu dipergunakan untuk roda gigi pada jam yang dibebani secara ringan. Sn memperbaiki ketahanan korosi dan sifat-sifat mekaniknya kalau
ditambahkan dalam daerah larutan padat. Al adalah adalah efektif untuk memperhalus butir kristal dan memperbaiki
ketahanan korosi terhadap air laut jadi paduan ditambah 1,5 sampai 2,5Al dapat dipergunakan untuk pipa kondensor dsb.
2 Kuningan berkekuatan tarik yang tinggi Kuningan yang berkekuatan tarik yang tinggi dibuat dari kuningan 60-40
dengan paduan 5Mn, 2Fe, dan 2Al, tidak melebihi jumlah 3-5. Ni memberikan pengaruh sama dan memperbaiki sifat-sifatnya sesuai dengan jumlah
yang ditambahkan, yang bisa ditambahkan sampai 10.
2.2.2.2 Perunggu brons
Paduan ini dikenal oleh manusia sejak lama sekali. Perunggu merupakan paduan antara Cu dan Sn dalam arti yang sempit. Tetapi dalam arti yang luas
perunggu berarti paduan Cu dengan unsur logam lainnya selain dari Zn. Dibandingkan dengan tembaga murni dan kuningan, perunggu merupakan paduan
yang mudah dicor dan mempunyai kekuatan yang lebih tinggi, demikian juga
Benny M. Sibarani : Rancangan Dapur Pelebur Untuk Melebur Kuningan Dan Paduannya Dengan Kapasitas 50kg Untuk Keperluan Industri Sumah Tangga, 2008.
USU Repository © 2009
ketahanan ausnya dan ketahanan korosinya oleh karena itu banyak dipergunakan untuk berbagai komponen mesin, bantalan, pegas, coran artistik dsb.
1 Perunggu timah putih Gambar. 2.4 menunjukkan diagram Cu-Sn. Ada delapan fasa, yaitu , ,
, , , , dan Sn. Fasa merupakan struktur fcc pada 520 C larut pada
15,8Sn, dan kalau temperatur diturunkan batas kelarutan padatnya juga menurun akan tetapi memerlukan waktu yang sangat lama untuk mengendapkan fasa Sn,
oleh karena itu tidak perlu lagi memperhatikan perubahan batas kelarutan padat. Selanjutnya komposisi dari paduan praktis adalah 4-12Sn, oleh karena itu tidak
perlu memperhatikan fasa-fasa di daerah paduan tinggi. Sn adalah lebih mahal dari kuningan. Oleh karena itu kuningan
dipergunakan sebagai bahan baku dan selanjutnya bahan yang dicampur 4-5Sn dipergunakan untuk keperluan khusus sedangkan hampir semua paduan perunggu
ini dalam industri dipakai dalam bentuk coran. Brons timah putih mempunyai sejarah yang lama, sehingga dari penggunaannya paduan dasar dengan 8-12Sn
dinamakan metal, paduan dengan 10Sn dan 23Sn dinamakan admiralty gun metal, sedangkan yang mengandung 18-23Sn disebut ”brons bell” dan paduan
yang mengandung 30-32 disebut ’brons kaca’.
Benny M. Sibarani : Rancangan Dapur Pelebur Untuk Melebur Kuningan Dan Paduannya Dengan Kapasitas 50kg Untuk Keperluan Industri Sumah Tangga, 2008.
USU Repository © 2009
Gambar. 2.4 Diagram fasa Cu-Sn
2 Perunggu posfor brons posfor Pada paduan tembaga posfor berguna sebagai penghilang oksida, oleh
karena itu penambahan posfor 0,05-0,5 pada paduan memberikan kecairan logam yang lebih baik. Brons posfor mempunyai sifat-sifat lebih baik dalam
keelastisannya, kekuatan dan ketahanan terhadap aus. Ada tiga macam brons posfor yang dipergunakan dalam industri yaitu brons biasa yang tidak mempunyai
kelebihan P yang dipakai dalam proses menghilangkan oksida, brons posfor untuk pegas dengan kadar 0,05-0,15 yang ditambahkan kepada brons yang
mengandung Sn kurang dari10 dan brons posfor untuk bantalan yang mengandung 0,3-1,5P ditambahkan kepada brons yang mengandung lebih dari
10Sn.
Benny M. Sibarani : Rancangan Dapur Pelebur Untuk Melebur Kuningan Dan Paduannya Dengan Kapasitas 50kg Untuk Keperluan Industri Sumah Tangga, 2008.
USU Repository © 2009
3 Brons Aluminium Paduan yang dipergunakan dalam industri mengandung 6-7Al
dipergunakan untuk pabrikasi dan paduan dengan 9-10Al dipergunakan untuk coran. Paduan ini mempunyai kekuatan yang baik dari pada brons timah putih
dengan sifat mampu bentuk yang lebih dan ketahanan korosi yang baik, sehingga penggunaannya lebih luas. Tetapi mampu cornya kurang baik sehingga
memerlukan teknik yang khusus pada pengecorannya.
2.2.2.2 Paduan tembaga yang dapat dikeraskan dengan presipitasi
Ada beberapa macam paduan tembaga yang mempunyai diagram fasa di mana kelarutan pada larutan padat di daerah Cu meningkat menurut temperatur.
Kalau paduan ini didinginkan secara tiba-tiba dari larutan padat yang homogen pada temperatur tinggi dan kemudian dituangkan pada temperatur yang cocok,
maka akan terjadi pengerasan oleh adanya fasa presipitasi yang halus yang terdispersikan. Sebagai tambahan terhadap paduan biner yaitu Cu-Ag, Cu-Cd,
Cu-Zr, Cu-Cr, Cu-Ti, Cu-Fe
2
P-Cd, Cu- Ni
2
Si, Cu-Be Co, Cu-Ti-Sn-Cr, dsb. Di antara semua itu paduan Cu-Be mempunyai kekuatan yang paling tinggi dengan
pengerasan presipitasi, penggunaannya bukan saja untuk pegas-pegas yang dapat dialiri listrik dan elektroda-elektroda untuk pengelasan titik, tetapi juga untuk
palu-palu yang dipergunakan di dalam pabrik-pabrik yang mengolah produk yang bisa menyala, yang menyebabkan percikan api pada waktu dipukul.
Benny M. Sibarani : Rancangan Dapur Pelebur Untuk Melebur Kuningan Dan Paduannya Dengan Kapasitas 50kg Untuk Keperluan Industri Sumah Tangga, 2008.
USU Repository © 2009
Gambar 2.5 Diagram Fasa Tembaga lit 4 hal 361
2.3 Seng dan Paduannya
Seng adalah logam bukan besi kedua setelah tembaga yang diproduksi secara besar yang mana lebih dari 75 produk cetak tekan terdiri dari paduan seng.
Logam ini mempunyai kekuatan yang rendah dengan titik cair yang juga rendah dan hampir tidak rusak di udara biasa. Dan dapat dipergunakan untuk pelapisan
pada besi, bahan baterai kering dan untuk keperluan percetakan. Selain itu seng juga mudah di cetak dengan permukaan yang bersih dan rata,
daya tahan korosi yang tinggi serta biaya yang murah. Dikenal seng komersial dengan 99,99 seng yang di sebut special high grade. Untuk cetak tekan
diperlukan logam murni karena unsur-unsur seperti timah, kadmium dan tin dapat menyebabkan kerusakan pada cetakan dan cacat sepuh.
Benny M. Sibarani : Rancangan Dapur Pelebur Untuk Melebur Kuningan Dan Paduannya Dengan Kapasitas 50kg Untuk Keperluan Industri Sumah Tangga, 2008.
USU Repository © 2009
Paduan seng banyak digunakan dalam industri otomotif, mesin cuci, pembakar minyak, lemari es, radio, gramafon, televisi, mesin kantor dan
sebagainya.
2.4 Magnesium dan Paduannya
