logam non ferro dan ferro

(1)

ILMU BAHAN TEKNIK

/MATERIAL TEKNIK I

Sekolah Tinggi Teknologi Nasional

Yogyakarta

(2)

DJOKO SUPRIJANTO

Metalurgi Fisik

SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NASIONAL

YOGYAKARTA

201

(3)

METALURGI



Metalurgi adalah salah satu cabang dari

ilmu logam atau metallogi, atau ilmu

pengetahuan yang mempelajari tentang

sifat-sifat dan struktur logam, pembuatan

logam,pengerjaan dari logam dan

pengunaannya.



Khusus metalurgi disini adalah ilmu logam

yang mempelajari cara-cara pemisahan

logam dari ikatan-ikatannya, dan cara-cara

pengolahanya secara teknis komersial,

sehingga didapatlah suatu jenis logam atau

logam campur yang dapat digunakan untuk

memenuhi kebutuhan hidup manusia.

(4)

Metalurgi ini masih dapat dibedakan

menjadi atas 2 golongan

Metalurgi ini masih dapat dibedakan

menjadi atas 2 golongan

A. Metalurgi Produktif

Pada metalurgi produktif ini, pembahasannya dititik

beratkan pada penyelidikan dan pengolahan logam

dari bijih logam.

Dalam hal ini perlu kita ketahui, bahwa biasanya

logam itu terdapat dalam keadaan terikat sebagai

bantuan didalam tambang, walaupun memang ada

logam yang terdapat dalam keadaan tunggal, misalnya

yaitu perak, tembaga dan platina.

(5)

Metallogi

metallografi

Metallurgi

Skematik

Met.adaptif

Met.Produktif

Elek.Met

Elektro Listis

Elek.Met

Elektro thermis

Hydro met

(6)

Pada metalurgi produktif inilah logam yang masih terdapat belum Pada metalurgi produktif inilah logam yang masih terdapat belum marketable dipisah kan dulu secara fisis/kimia dari zat yang

marketable dipisah kan dulu secara fisis/kimia dari zat yang tergabung/tercampur didalamnya, pemisahan logam ini

tergabung/tercampur didalamnya, pemisahan logam ini dimaksudkan untuk memperoleh logam tunggal.

dimaksudkan untuk memperoleh logam tunggal.

Pemisahan ini dapat dilaksanakan dengan beberapa cara : Pemisahan ini dapat dilaksanakan dengan beberapa cara :

1.1. Dengan pemisahan basah/hidro metalurgi, disini bijih logam Dengan pemisahan basah/hidro metalurgi, disini bijih logam kadar tinggi dilarutkan dalam suatu zat pelarut (leachingo),

kadar tinggi dilarutkan dalam suatu zat pelarut (leachingo), seperti asam sulfat,asam clorida dan lain sebagainya.

seperti asam sulfat,asam clorida dan lain sebagainya.

Selanjutnya secara kimia, logam yang larut itu diendapkan Selanjutnya secara kimia, logam yang larut itu diendapkan dilaksanakan secara elektrolistik maka akhirnya akan

dilaksanakan secara elektrolistik maka akhirnya akan menghasilkan logam tunggal yang murni.

menghasilkan logam tunggal yang murni.

2.2. Pyro Metallurgi Pyro Metallurgi

Biasanya cara ini dilaksanakan untuk pemisahan logam dari Biasanya cara ini dilaksanakan untuk pemisahan logam dari ikatan-ikatan dari bijih l;ogam yang kadarnya sangat tinggi. ikatan-ikatan dari bijih l;ogam yang kadarnya sangat tinggi. Sebagai zat pemisahnya, disini digunakan zat-zat yang dapat Sebagai zat pemisahnya, disini digunakan zat-zat yang dapat memudahkan terpisahnya logam dari ikatannya, misalnya kapur, memudahkan terpisahnya logam dari ikatannya, misalnya kapur, gamping pada proses dapur tinggi, sehingga kotoran-kotoran gamping pada proses dapur tinggi, sehingga kotoran-kotoran yang terikat bijh besi akan terlepas dan terjadilah terak.

(7)

3.3. Elektro Metallurgi Disini pemisahan logam dari ikatannya Elektro Metallurgi Disini pemisahan logam dari ikatannya dilaksanakan dengan menggunakan arus listrik. Yang mana dilaksanakan dengan menggunakan arus listrik. Yang mana dapat dibedakan atas:

dapat dibedakan atas:

a.

secara elektrothermis:disini arus listrik diubah

_{secara elektrothermis:disini arus listrik diubah}

menjadi panas, kalor yang tinggi dan kalor

inilah yang digunakan untuk proses

pemisahan.

b.

secara elektrolisis: disini arus listrik

_{secara elektrolisis: disini arus listrik}

digunakan untuk menimbulkan efek-efek

(8)

Metalurgi ini masih dapat dibedakan

menjadi atas 2 golongan

Metalurgi ini masih dapat dibedakan

menjadi atas 2 golongan

B. Metalurgi Adaptif

Pada metalurgi adaptif ini, pembahasannya dititik

beratkan pada penggunaan logam pada kehidupan

sehari-sehari,misalnya tuntutan teknis dari suatu

konstruksi, yaitu keliatan/ulet, tahan korosi, tahan

suhu tinggi, tahan karat dan sebagainya. Dengan hal

tersebut maka perlu adanya logam campur, yaitu

logam yang terdiri atas beberapa unsur logam.

(9)

Selain metalurgi , dalam metallogi juga terdapat

satu cabang lagi ilmu pengetahuan logam yang

khusus, mempelajari atau menyelidiki tentang

sifat-sifat dan struktur logam baik secara visual

maupun dengan menggunakan peralatan.

(sinar rontgen dansebagainya), ilmu

pengetahuan tersebut Metalografi.

(10)

Macam-macam logam dan paduan

Logam dan paduan dapat diklasifikasiakan atas:

Logam non Ferro

Logam ferro

(11)

a.

Logam non ferro



Jenis logam non Ferro ini adalah

(12)

b. Logam Ferro



adalah logam yang terdiri atas

kandungan unsur Fe (besi) dan karbon

(c) dan selain ini juga masih terdapat

unsur-unsur lain misalnya,



silisium (Si), Mangan (Mn), Paspor (P),

(13)



Pembuatan logam ferro dilakukan dengan

memproses bijih-bijih besi dari tambang ke

dapur tinggi hingga dihasilkan besi

kasar,selanjutnya besi kasar tersebut diolah

kembali dalam dapur baja, akhirnya

dihasilkan baja.



Baja yang telah diproduksi oleh dapur baja.

Setelah melalui proses perbaikan kualitas

dan sifat-sifat serta kemampuannya baru

dapat digunakan sebagai alat-alat perkakas,

bahan-bahan kontruksi pada

(14)

LOGAM NON FERRO

Bijih sebagai Cu murni hanya terdapat di Amerika

Utara sedangkan dilain-lain tempat bijih berupa

Cu FeS2 ,ini sebenarnya singkatan reaksi dari

(Cu2S, Fe2S3) dengan kurang lebih 34% Cu

kemudian yang lain Cu2S dengan 79% Cu dan

Cu20 dengan 88% Cu.

Singkatnya Cu murni 100%

(15)

LOGAM NON FERRO

1. Cara basah, ini berarti cara atau menggunakan

cara kimia dengan tidak dibantu penggunaan

listrik. Bijih dilarutkan dan diusahakan

memperoleh hancuran sulfat kemudian

diselesaikan dengan menggunakan elektrolisis.

Cara ini dipakai jika prosenan bijih rendah.

2. Cara kering, prosesnya agak lama dan yang

dikerjakan demikian umumnya merupakan

campuran sulfat dan cuprum (Cu2S) dan sulfida

ferii (FeS2). Maka usaha yang pertama adalah

membuang S dan yang paling murah dengan

cara:

(16)

LOGAM NON FERRO

Tembaga ( cu )

pembakaran yaitu dibakar terbuka didalam

tabung dapur atau nyala bila perlu S02 yang

diperoleh dijadikan H2S04.

membuang Fe dengan jalan menerakkan

(sesudah jadi Fe0) dengan tambahan Si02.

Caranya : campuran diteteskan dengan

campuran Cu2S + 2FeS + 4Fe0 + 2Si02

Fe0 diterakkan 2Fe2Si04

(17)

LOGAM NON FERRO

3. Hasil yang diperoleh dimasukan dalam dapur

besemer kecil dengan hembusan udara dari

samping. Hembusan kurang lebih berjalan 30

samapi 50 menit, dan dengan sudut yang tajam

kedalam (kurang lebih 70) lambat laun dikurangi

sampai datar maksudnya adalah membakar-

FeS.

Cu2S + 2FeS + 2FeS + 302 --- 2Fe0 + 2S02. Cu2S + 2FeS + 2FeS + 302 --- 2Fe0 + 2S02.

Fe0 yang terjadi dengan tambahan pasir (Si02) diterakkan Fe0 yang terjadi dengan tambahan pasir (Si02) diterakkan sesudah jadi terak dibuang akhirnya diperoleh.

sesudah jadi terak dibuang akhirnya diperoleh. Cu 2S, Cu2s ini kemudian di oksigen dengan Cu 2S, Cu2s ini kemudian di oksigen dengan menggunakan eksida tembaga (ok Cu)

menggunakan eksida tembaga (ok Cu) Cu2S + 2Cu20 --- 6Cu --- S02

(18)

Sifat

Warna merah dengan Bd 8,9 penghantar panas dan listrik Warna merah dengan Bd 8,9 penghantar panas dan listrik sangat baik titik lelah1890°c plastis dingin tetapi lama-lama sangat baik titik lelah1890°c plastis dingin tetapi lama-lama

dapat rapuh. Kelakuan akibat paksaan ini dapat dapat rapuh. Kelakuan akibat paksaan ini dapat

dihilangkan dengan memanasi sampai pijar dikejutkan dihilangkan dengan memanasi sampai pijar dikejutkan

dalam air. Cu murni sukar dipotong dengan mesin-mesin dalam air. Cu murni sukar dipotong dengan mesin-mesin

kerja, sebab terlalu liat dan sukar dicor sebab terjadi Cu20 kerja, sebab terlalu liat dan sukar dicor sebab terjadi Cu20

dan Cu0 yang terhancur dalam cairan, tetapi nanti jika dan Cu0 yang terhancur dalam cairan, tetapi nanti jika suhunya dalam rendah melepaskan O 2 nya, sehingga suhunya dalam rendah melepaskan O 2 nya, sehingga

terjadi cor-coran penuh lobang keropos ini dapat dihindari terjadi cor-coran penuh lobang keropos ini dapat dihindari

dengan cara : dengan cara :

a. Cara kuno yaitu mengaduknya dengan tongkat kayu, C yang a. Cara kuno yaitu mengaduknya dengan tongkat kayu, C yang

terjadi akan mengikat O. (Yang terjadi akibat kayu yang terbakar)

sehingga O bebas sebagai O.

b. Dengan menambah unsur-unsur yang mengikat O terbanyak b. Dengan menambah unsur-unsur yang mengikat O terbanyak dipakai adalah pospor, maka dapat di pergunakan perunggu

dipakai adalah pospor, maka dapat di pergunakan perunggu

pospor, untuk amanya juga di laput carbon tembaga basis yang

hijau warnanya dan mencegah oksidasi lebih lanjut.

Cu mudah di cor, jika dicampur Sn,Zn dan Al (unsur yang rendah Cu mudah di cor, jika dicampur Sn,Zn dan Al (unsur yang rendah mengikat O)

(19)

LOGAM NON FERRO

Bijih terpenting garnirit (silikat magnesium Nikel), terdapat Bijih terpenting garnirit (silikat magnesium Nikel), terdapat

terutama di New Kaledonia (utara Australia) sedang di negara kita

juga terdapat Nikel yang tercampur besi yaitu di Sulawesi

kebanyakan Nikel tercampur Fe, Cu, Co,dengan dikotori

S.BANYAK TERDAPAT DI Soroako Sulsel

Pengambilanya serupa dengan Cu yaitu :

– cara basah: berusaha mendapatkan Nikel sulfat dan kemudian _{cara basah: berusaha mendapatkan Nikel sulfat dan kemudian}

diselesaikan dengan elektrolisis.

– _{cara kering: di bakar dan dilelehkan untuk mendapatkan NiO.}_{cara kering: di bakar dan dilelehkan untuk mendapatkan NiO.}

Untuk mereduksi NiO, NiOdicampur serbuk arang kayu dan di Untuk mereduksi NiO, NiOdicampur serbuk arang kayu dan di masukan dalam kowi tertutup kemudian dipanasi dalam dapur

masukan dalam kowi tertutup kemudian dipanasi dalam dapur

nyala. Nio juga dapat diperoleh dengan cara basah yaitu dengan

cara melarutkan bijih yang telah dibakar terbuka dalam asam dan

mendapatkan lain-lain logam yang tidak diperlukan, kemudian Nio

diselesaikan dengan cara secara kering

(20)

LOGAM NON FERRO

Ni putih mengkilat, tahan lembab udara, kokoh sebaya Cu Ni putih mengkilat, tahan lembab udara, kokoh sebaya Cu tetapi kekerasannya lebih besar, berat jenis 8,5, titik cair tetapi kekerasannya lebih besar, berat jenis 8,5, titik cair 1452°c .

1452°c .

Pemakaiannya. Pemakaiannya.

Terbanyak untuk melapis besi dan sebagai campuran baja, Terbanyak untuk melapis besi dan sebagai campuran baja, untuk mempertinggi kokoh atau membuat baja tudak

untuk mempertinggi kokoh atau membuat baja tudak

berkarat (stainless setel). Nikel dengan proses kecil sudah berkarat (stainless setel). Nikel dengan proses kecil sudah membuat baja lebih baik (0,2 – 0,5%). Dalam baja

membuat baja lebih baik (0,2 – 0,5%). Dalam baja

perkakas proses Nikel lebih tinggi. Baja konstruksi (baja perkakas proses Nikel lebih tinggi. Baja konstruksi (baja 18/8) dengan Nikel 18% dan chrome 8% biasanya dengan 18/8) dengan Nikel 18% dan chrome 8% biasanya dengan tambahan 0,5% titan. Mempunyai kekuatan tarik 170-180 tambahan 0,5% titan. Mempunyai kekuatan tarik 170-180 kg/mm2.Mempunyai sifta tahan aus dan suhu tinggi

(21)

TIMAH HITAM (Pb)

• Bijih

Bijih terpenting PbS dan PbCO3

• Metalurginya

Untuk PbS, berusaha memperoleh oksidanya (Pro) dengan cara membakar terbuka/dalam dapur nyala. Sebagai dari PbS diubah menjadi PbSO4 dan sulfat ini dengan tambahan SiO2 dalam suhu tinggi diubah jadi silikat. Campuran silikat Pb dan oksida Pb

direduksi dengan kokas dan dengan tambahan kapur akan

(22)

Ada cara lain untuk PbS yaitu mereaksikan dengan Fe sehingga Fe akan menggabung dengan S dan Pb bebas.

Pb kasar yang diperoleh masih mengandung logam-logam lain.

Untuk membersihkan dilelehkan beberapa waktu hingga campuran-campuran Pb yang sukar leleh karena titik lelehnya lebih tinggi akan mengapung sebagai gumpalan terak dan dipisahkan.

sifat-sifat

lunak, berat jenis 11,4. titik cair 330°c. Dalam udara lembab kelunakannya seperti Zn.

d. Pemakaiannya

1. dalam industri kimia

2. dipakai untuk pipa ( jika untuk air dilapis dengan Sn dari dalam). 3. untuk melindungi kabel-kabel laut maupun kabel-kabel yang

dilatakan didalam tanah 4. untuk bahan cat

5.untuk akumulator

(23)



a. Bijih

Bijih sebenarnya tersebar diseluruh dunia. Tetapi yang

ekonomis dikerjakan adalah bauxit Ai2O3 2H2O (P. Bintan--- Riau). Bijih lain kryolit AlF3 3NaF. Dari bauxit dipisahkan AI2O3 murni.

b. Metalurginya

Pada dasarnya ada 2 cara :

• denganelektrolisa. Untuk ini digunakan suhu 700-800°c dan elektrode-elektroda carbon (C).

• dengan prinsip efek panas

(24)

c. sifat-sifat

warna putih kebiru-biruan, lebih keras dari Sn, lebih lunak dari Zn. Cara mengerjakan berpengaruh pada kokoh, yaitu dari kokoh biasa 7

kg/mm2, dengan digilas dingin atau ditarik dapat diubah jadi 24 kg/mm2. titik cair 659°c, berat jenis 2,6-2,7. mudah digilas, ditarik, dicor, ditempa dan dapat dilas otogen, tahan lembab udara maupun asam organis lemak

maupun asamsalpeter, tetapi termakan asam-asam lain atau alkali. d. Pemakaianya

Terbesar dalam bangunan pesaway terbang dakam 2 campuran : 1. campuran alluminium pres dan

2. campuran alluminium cor (Silumin, sebab dicampur 11-13% Si) Aluminium pres yang terkenal dur aluminium (dural ).

Karena aluminium mudah mengikat O2 juga dibersihkan membersihkan cairan logam dari oksida-oksidanya yang mengganggu, seperti pada FeO, Cu2O dll. Juga dipakai sebagai bahan reduksi untuk oksida-oksida logam yang sukar direduksi secara biasa. Untuk membersihkan oksida tadi

(25)

LOGAM FERRO

Macam-macam besi teknik : Ada 3 macam yaitu :

 besi mentah / besi kasar= .PIG IRON

Jenis besi ini mempunyai kandungan karbon : 2,3-3,5 dan mempunyai sifat tidak dapat ditempa.

besi tuang = CAST IRON

 Besi tuang mempunyai kandungan karbon 1,7-2,3 dan ini

juga tidak dapat ditempa.

 Baja = STEEL

(26)

BAJA KARBON

 Adalah baja yang kandungan utamanya adalah Fe dan C

saja, walaupun juga ternyata masih terdapat unsur-unsur lain tetapi jumlahnya relatif sangat kecil. Kandungan karbon pada baja karbon ini maksimal 1,7 sehingga baja karbon ini dapat diklasifikasikan atas:

 baja karbon rendah/mild steel

 baja karbon sedang/medium carbon steel  baja karbon tinggi/high carbon steel

 baja karbon rendah mempunyai kandungan C- 0,1-0,3.

(27)

Prosentase Kandungan Karbon

Baja

Baja-baja strip / plat-plat

Body-body kendaraan / kerangka

Baja-baja kontruksi,jembatan dsb

Membuat baut,paku keling,dsb 0,04 – 0,1

0,05

0,15 – 0,25

0,20 – 0,30

(28)

BAJA KARBON



Baja ini disebut juga baja mesin atau alat-

Baja ini disebut juga baja mesin atau

alat-alat perkakas atau baja tempa, karena jenis

alat perkakas atau baja tempa, karena jenis

baja karbon rendah ini mudah dikerjakan

dengan mesin atau ditempa.



baja karbon sedang mempunyai kandungan

karbon 0,30-0,60% pada umunya jenis baja

ini dipakai pada kontruksi mesin,

selanjutnya berdasarkan prosentase

karbonya dapat digunakan secara sepesifik

sebagai berikut:

(29)

Prosentase Kandungan Karbon

Baja

Baut,mur,batang torak,poros dsb nya

Roda-roda gigi,klem-klem,dsb nya

Pegas ,spring 0,40

0,50

0,55 – 0,60

(30)

BAJA KARBON

Baja karbon tinggi mempunyai

kandungan karbon sebesar 0,70-1,3%.

Biasanya baja jenis ini digunakan

untuk alat-alat yang mendapatkan

perlakuan panas. Selanjutnya secara

sepesifik, pengunaan jenis baja ini

dapat dinyatakan sebagai berikut:

(31)

Prosentase Kandungan Karbon

Baja

Alat-alat perkakas,palu pahat,pegas dansebagainya

Kikir,pisau,mata gergaji,dsbnya 0,95

1 – 1,3 %

PENGGUNAAN UNTUK % C

Jenis baja ini mempunyai sifat kurang baik, karena semakin tinggi kandungan C nya, makin getas, dan disamping itu proses

(32)

BAJA CAMPUR / ALLOY STEEL

Adalah baja yang mempunyai kandungan unsur-unsur

sebagai berikut:

Nikel; mangan, silicon, tungsten vanadium,molybden,

cobalt dan sebagainya.

Masing-masing unsur tersebut mempunyai sepesifikasi

sifat sendiri-sendiri, misalnya sifat tahan aus, sifat tahan

panas, sifat tahan benturan, sifat tahan karat, sifat tahan

korosi dan sebagainya. Dengan demikian sifat-sifat

tersebut akan mempengaruhi sifat baja sehingga akan

menjadi lebih baik.

(33)

Prosentase Kandungan Karbon Baja

Kuat terhadap tarikan, ulet, mencegah karat Keras, ulet,tahan aus

Kuat,tahan panas Elastis

Tahan panas Kuat, ulet

Kekuatan,karena pembentukan butir-butir baja menjadi halus.

Keras, tahan aus dan tahan terhadap panas yang tinggi

Nikel Cromium

Mangan Silicon Tungsten Molybden Vanadium

Cobalt

(34)

Baja-baja campur/ alloy steel yang biasa

dibuat sebagai bahan alat iris/cutting tool.

1. Cromium steel

Digunakan untuk : mata drill,milling cutterDigunakan untuk : mata drill,milling cutter 3. Cromium tungsten steel

3. Cromium tungsten steel

Dengan kandungan : 1,25 – 1,5% C, 0,4 – 0,7% Cr. 4,5 – 5,5 % Wo, 0,15 – Dengan kandungan : 1,25 – 1,5% C, 0,4 – 0,7% Cr. 4,5 – 5,5 % Wo, 0,15 – 0,30% Va.

0,30% Va.

Digunakan untuk : reamer taps dan sebagainyaDigunakan untuk : reamer taps dan sebagainya 4. Tungsten steel

4. Tungsten steel

Dengan kandungan : 1,05 – 1,25% C, 0,8 – 1,2% Cr. 0,15 – 0,30% Va.Dengan kandungan : 1,05 – 1,25% C, 0,8 – 1,2% Cr. 0,15 – 0,30% Va.

Selain menggunakan alloy steel seperti tersebut di atas untuk Selain menggunakan alloy steel seperti tersebut di atas untuk keperluan cutting tool/ alat iris dapat juga menggunakan logam