BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pendahuluan
Tembaga merupakan salah satu logam non-ferrous yang paling penting dan banyak di pakai mulai dari industri sederhana sampai industri berteknologi
tinggi. Hal ini digunakan baik murni atau paduan dengan logam lain. Secara fisika tembaga berwarna coklat kemerahan, lunak sehingga mudah di tempa, dapat
dibentuk dan merupakan konduktor panas dan pengahantar listrik yang baik dengan. Tembaga adalah bahan penting dan sangat diperlukan dalam banyak
aplikasi karena sifat fisik dan mekanis, termasuk konduktivitas listrik dan panas yang tinggi, ketahanan terhadap korosi yang tinggi, sehingga daktilitas
kemudahan pengolahan, dan mampu las yang baik. Banyak penelitian dasar dan terapan telah dilakukan pada tembaga dan paduannya, baik secara mikroskopik
maupun makroskopik. Kebanyakan tembaga yang di gunakan untuk bahan bantalan di industri-industri, seperti di industri kelapa sawit tembaga sering
digunakan untuk bantalan lori kelapa sawit, umur bantalan berkisar 1 sampai 3 bulan. Disini saya melakukan perbaikan sifat mekanis bahan tembaga dengan
perlakuan termomekanikal.
2.2 Tembaga 2.2.1 Pemrosesan Tembaga
Tembaga diperoleh dari bijih tembaga yang disebut Chalcopirit. Besi yang ada larut dalam terak dan tembaga yang tersisa dituangkan ke dalam konverter.
Universitas Sumatera Utara
Udara di hembuskan ke dalamnya selama 4 atau 5 jam, kotoran teroksidasi, dan besi membentuk terak yang dibuang pada waktu tertentu. Bila udara dihentikan,
oksida kupro bereaksi dengan sulfida kupro maka akan membentuk tembaga blister dan dioksida belerang. Tembaga blister ini dilebur dan dicor menjadi slab,
kemudian diolah secara elektrolitik menjadi tembaga murni.
Pembuatan tembaga dilakukan dalam beberapa tahap. Tembaga terikat secara kimia di dalam bijih pada bahan yang disebut batu gang. Untuk
mengumpulkan bijih-bijh itu biasanya dulakukan dengan membersihkannya dalam cairan berbuih, di mana di situ ditiupkan udara. Ikatan tembaga dari bijih
yang digiling sampai halus dicampur dengan air dan zat-zat kimia sehingga menjadi pulp bubur pada suatu bejana silinder. Zat-zat kimia yang disebut
Reagens berfungsi untuk mempercepat terpisahnya tembaga. Pada bubur tersebut ditiupkan udara atau gas sehingga timbul buih yang banyak. Bagian-bagian logam
yang kecil sekali melekat pada gelembung udara atau gas tersebut. Di situ terdapat semacam kincir yang berputar dengan kecepatan sedemikian rupa sehingga gaya
sentrifugal melemparkan buih tersebut dengan mineral ke luar tepi bejana sehingga terpisah dari batu gang. Setelah proses tersebut logam dihilangkan
airnya. Proses selanjutnya adalah pencarian di dalam suatu dapur mantel dengan jalan membakarnya dengan arang debu. Di sini dapat dipisahkan zat asam dan
batu-batu silikon dan besinya dioksidasikan menjadi terak yang mengapung pada copper sulifida. Pengolahan tembaga selanjutnya adalah dengan membawa isi
dapur yang disebut matte ke konverter mendatar. Di sini belerang akan terbakar oleh arus udara yang kuat. Kemudian tembaga yang disebut blister sekali lagi
dicairkan di dalam sebuah dapur anode. Dalam proses ini yang disebut polen
Universitas Sumatera Utara
terjadi proes pengurangan zat asam. Proses selanjutnya adalah pencarian di dalam suatu dapur mantel dengan jalan membakarnya dengan arang debu. Di sini dapat
dipisahkan zat asam dan batu-batu silikon dan besinya dioksidasikan menjadi terak yang mengapung pada copper sulifida.
2.2.2 Mekanisme Penguatan Pada Logam
Sebagian besar logam dapat ditingkatkan kekuatan dan kekerasannya melalui beberapa teknik. Tujuan utama proses penguatan adalah menghasilkan
logam dengan kekuatan dan kekerasan optimum.
2.2.3.1 Pengerasan Regangan
Pengerasan regangan adalah suatu fenomena dimana material menjadi kurang ulet, lebih keras, dan lebih keras setelah mengalami deformasi pada suhu
ruang. Semakin besar perubahan bentuk yang dialami material tersebut, semakin besar peningkatan kekerasan yang terjadi. Persentase perubahan bentuk bentuk
material dapat dinyatakan dengan persamaan: �� =
��−�� ��
× 100 ..................................[2.1] Dimana: CW = persentase perubahan bentuk , A
= luas penampang awal, A
d
= luas penampang setelah di deformasi.
2.2.3 Sifat-Sifat Tembaga
Produksi tembaga sebagian besar dipergunakan dalam industri kelistrikan, karena tembaga mempunyai daya hantar listrik yang tinggi. Kotoran yang terdapat
dalam tembaga akan memperkecilmengurangi daya hantar listriknya. Selain
Universitas Sumatera Utara
mempunyai daya hantar listrik yang tinggi, daya hantar panasnya juga tinggi; dan tahan karat. Oleh karena itu tembaga juga dipakai untuk kelengkapan bahan
radiator, ketel, dan alat kelengkapan pemanasan. Tembaga mempunyai sifat dapat dirol, ditarik, ditekan, ditekan tarik dan dapat ditempa.
2.2.4.1 Sifat Fisis Tabel 2.1 Sifat Fisis Tembaga
Sifat Fisis Satuan
Densitas 8920 kg m
3
Ekspansi Thermal 16,5 x 10-6 K
-1
Konduktivitas panas 400 Mk
2.2.4.2 Sifat Mekanik Tabel 2.2 Sifat Mekanis Tembaga
Sifat Mekanik Satuan
Kuat Tarik 200 N mm
2
Modulus Elastisitas 130 Gpa
Brinnel Hardness 874 m
-2
2.2.5 Diagram Fasa Tembaga
Suhu rekristalisasi pada paduan tembaga-seng adalah ±550
o
C. struktur logam akan rusak pada titik cairnya. Diagram fasa tembaga-seng seperti yang
diprlihat pada gambar 2.1
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1 Diagram fasa tembaga-seng http:www.scribd.com Matrial-khusus
Paduan tembaga seng yang dicampur unsure ketiga digunakan untuk memperbaiki sifat kekerasan dan ketahana korosi. Paduan tembaga seng sampai
39 memberikan hablur campuran lebih kenyal sehingga dalam keadaan dingin dapat dengan sempurna dirobah bentuknya dan tahan korosi tinggi.
2.3 Aplikasi Tembaga Untuk Bantalan Gelinding Lori Kelapa Sawit
Bantalan Gelinding merupakan salah satu bagian dari elemen mesin yang memegang peranan cukup penting karena fungsi dari bantalan yaitu untuk
menumpu sebuah poros agar poros dapat berputar tanpa mengalami gesekan yang berlebihan. Bantalan harus cukup kuat untuk memungkinkan poros serta elemen
mesin lainnya bekerja dengan baik.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2 Bantalan gelinding tembaga Aplikasi tembaga banyak di temukan dalam alat transportasi maupun
elektronik khusus nya untuk bantalan. Persaingan di dunia transportasi di Indonesia, baik elektronik maupun transportasi semakin berkembang. Hal ini
membuat bantalan gelinding berupaya untuk meningkatkan kualitas dan mutu untuk menciptakan effisiensi pada operasional bantalan sehingga biaya
operasional dapat diminimalkan. Penggunaan bantalan lori kelapa sawit terutama dari bahan tembaga Cu
yang digunakan di industri kelapa sawit dimana kekerasan untuk bahan tembaga yang digunakan untuk bantalan lori kelapa sawit kekerasan 60 BHN dengan umur
pemakaian 3 bulan. Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar
dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola, rol, dan rol bulat. Bantalan gelinding mampu menumpu poros berputaran tinggi dengan beban yang
besar. Dengan konstruksi yang sederhana maka bantalan ini mudah untuk dibongkar pasang.
Cincin dalam roller
Cincin luar
Universitas Sumatera Utara
Ada 3 bagian utama pada bantalan, yaitu : 1. Elemen yang berputar ball, cylinder, barrels, taper, needle selalu di pasang pada jarak yang
telah di tentukan dan letaknya selalu dalam “sangkarnya”. 2. Cincin dalam inner ring merupakan bagian yang berputar dan kecepatan putarnya sama
dengan poros 3. Cincin luar outer ring merupakan bagian yang diam dan di pasang pada lubang
2.3.1 Gaya-Gaya Yang Terjadi Pada Bantalan
1. Gaya axsial Untuk beban aksial dalam kedua arah di perlukan dua baris peluru, arah
beban sejajar sumbu poros. 2. Gaya radial
Bantalan bola menerima tekanan radial tegak lurus sumbu poros, tetapi tidak dapat menerima tekanan axial sejajar sumbu poros.
3. Gaya gesek Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar
dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola, rol, dan rol bulat.
2.4 Deformasi Plastis Menyeluruh 2.4.1 Proses Termomechanical Treatment
Potensi perbaikan sifat-sifat bahan yang digunakan untuk Tembaga dengan metode termomechanical treatment mengundang banyak perhatian industri
pengolahan logam untuk meningkatkan produksi rendah biaya dan kekuatan serta ketangguhan tinggi. Termomechanical treatment pertama kali dikemukakan oleh
Universitas Sumatera Utara
Lips dan Van Zulein pada tahun 1954. Mereka menghasilkan sumbangan besar dalam prospek meningkatan sifat mekanis material dengan bermacam-macam
kombinasi antara perlakuan panas dan mekanik. Untuk beberapa alasan, proses ini tidak diadopsi secara luas di bidang industri, tetapi mereka tetap yakin adanya
kemungkinan aplikasi ini dibutuhkan dimasa depan. Proses Thermomechanical adalah salah satu proses yang dimana terdapat
dua perlakuan pada suatu material. Proses pertama adalah proses thermal, dimana perlakuan tersebut merupakan perlakuan dengan memanaskan dan mendinginkan
suatu material yang dapat membuat suatu material tersebut menjadi lebih keras ataupun lunak. Proses yang kedua adalah proses mekanik, dimana proses ini
merupakan pemberian suatu penempaan, pengerolan atau pemotongan. Thermomechanical treatment pada umunya tembaga merupakan proses deformasi
yang sangat panas pada kondisi austenitik yang kemudian dilanjutkan dengan pendinginan yang terkontrol.
Proses thermomechanical ini merupakan salah satu cara untuk mengurangi ukuran butir dan menambah jumlahnya. Dengan ukuran butir yang kecil dan
banyak akan mempengaruhi kekerasan. Kekerasan tembaga akan meningkat akibat butir kecil dan banyak tersebut. Butir yang kecil dan banyak akan
menghambat pergerakan dislokasi, sehingga dengan terhambatnya dislokasi maka material akan sulit untuk terdeformasi.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3 Pengorolan mekanis Busur AB dan A’B’ merupakan daerah kontak dengan rol. Aksi jepit pada
benda kerja diatasi oleh gaya gesek pada daerah kontak dan logam tertarik diantara rol. Logam keluar dari rol dengan kecepatan yang lebih tinggi
dibandingkan dengan kecepatan masuk. Pada titik antara A dan B kecepatan logam sama dengan kecepatan keliling
rol. Ketebalan mengalami deformasi terbanyak sedangkan lebar hanya bertambah sedikit. Keseragaman suhu sangan penting pada semua operasi pengerolan karena
hal tersebut berpengaruh atas aliran logam dan plastisitas. Kerja actual yang diberikan sama dengan kerja internal yang diperlukan untuk
terjadinya deformasi plastis.
A ∆l
= A
1
∆l
1
…………………………..[2.2] W a
= F
r
∆l
Universitas Sumatera Utara
Keterangan: W
a
= kerja actual Nm F
r
= gaya pengerolan N ∆l = perubahan panjang mm
Dimana gaya pengerolan Fr �� = � ∫ ���
�
….……………………………[2.3] Keterangan :
Fr = gaya pengerolan N w = lebar bendakerja mm
p = tekanan rol MPa L = panjang sentuh antara rol dengan benda kerja mm
Panjang sentuh L dapat dihitung dengan rumus : � = �� �
− �
�
…………………………..[2.4] Keterangan :
L= panjang sentuh antara rol dengan benda kerja mm R= jari-jari roll mm
t = tebal mula-mula mm
t
f
= tebal akhir mm
Untuk kerja ideal W= F.
∆l…………………………[2.5]
Universitas Sumatera Utara
Keterangan : W= kerja Nm
F= gaya N ∆l= perubahan panjang mm
2.5 Pengujian Mekanik
Kategori