Pengetahuan Bahan Logam

Transkripsi

1 Pengetahuan Bahan Logam Nofrijon Sofyan, Ph.D Intitut Seni Indonesia Surakarta

2 Pernyataan: Buku pegangan mata kuliah ini diambil dari berbagai sumber. Jika ada yang memiliki copyright, itu adalah hak dari masing-masing pemilik, karena itu naskah ini tidak untuk diperjualbelikan, dan hanya dipakai hanya untuk tujuan pembelajaran di lingkungan sendiri, Jurusan Kriya Institut Seni Indonesia Surakarta

3 1 PENDAHULUAN Dengan sifat-sifat yang dimilikinya, sejak zaman prasejarah manusia telah berusaha untuk mendapatkan dan memanfaatkan berbagai logam untuk keperluan hidupnya. Sekarang ini pun berbagai barang logam dibuat, dibentuk, dan dicetak, sehingga akan menjadi wujud terakhir seperti yang dikehendaki; baik untuk barang-barang rumah tangga, untuk bidang teknik, ataupun untuk tujuan seni. Logam yang sejak awalnya sudah memiliki sifat-sifat penggunaan teknis tertentu dan dapat diperoleh dalam jumlah yang cukup adalah; besi (Fe), tembaga (Cu), seng (Zn), timah (Sn), timbal (Pb), nikel (Ni), aluminium (Al), dan magnesium (Mg). Kemudian juga ada logam-logam lain untuk penggunaan khusus dan paduan seperti; perak (Ag), emas (Au), platina (Pt), iridium (Ir), wolfram (W), tantalum (Ta), molibdenum (Mo), titanium (Ti), kobalt (Co), antimon (Sb), khrom (Cr), vanadium (V), dan berilium (Be). Logam-logam mulia seperti emas dan platina, adalah logam yang tidak reaktif, dan biasanya dijumpai di alam dalam keadaan murni. Logam-logam seperti perak, merkuri, dan tembaga dapat ditemui dalam keadaan murni maupun dalam keadaan bersenyawa dengan unsur lainnya. Selain logamlogam ini, biasanya logam dijumpai dalam bentuk oksida, garam karbonat, maupun sulfida. Contoh beberapa biji logam dapat dilihat pada tabel berikut ini. Tabel 1. Biji logam dan rumus molekulnya Nama Rumus molekul Argentit Ag2S Ag Asbes Ca.MgO.SiO2 Ca, Mg Barit BaSO4 Ba Beril Be3Al2(SiO3)6 Be Batu kapur CaCO3 Ca Dolomit CaCO3.MgCO3 Ca, Mg Bauksit Al2O3.NH2O Al Logam yang dapat diperoleh

4 Nama Rumus molekul Galena PbS Pb Hematit Fe2O3 Fe Kalamin ZnCO3 Zn Karnalit KCl.MgCl2.6H2O K, Mg Kasiterit SnO2 Sn Kriolit Na3AlF6 Na Kuprit Cu2O Cu Magnesit MgCO3 Mg Magnetit Fe3O4 Fe Sinabar HgS Hg Sphalerit (ZnFe)S Zn Stronsianat SrSO4 Sr Milerit NiS Ni Vanadit Pb3(VO)2 Pb, V Logam yang dapat diperoleh Tentu saja untuk mendapatkan logam yang murni terlebih dahulu harus melalui proses pengolahan dan pemurnian dari biji logam tersebut. Secara umum, sifat-sifat logam dapat dijelaskan sebagai berikut: 1. Pada suhu biasa umumnya bewujud padat, kecuali air raksa (Hg) yang berwujud cair sehingga dapat digunakan untuk melarutkan logam lainnya. 2. Mempunyai kilap karena adanya refleksi cahaya pada permukaannya. 3. Umumnya berwarna putih, kecuali tembaga (Cu) yang berwarna merah dan emas (Au) yang berwarna kuning. 4. Dapat ditempa dan mempunyai daya rentang yang kuat. 5. Penghantar listrik dan panas yang baik. 6. Cenderung mudah teroksidasi atau bereaksi dengan oksigen di udara terbuka. 7. Oksida logam bereaksi dengan air membentuk basanya, misalnya: Fe2O3 + 3H2O Fe(OH)3 Na2O + H2O 2NaOH 8. Logam-logam dalam deret volta dapat menggantikan logam yang terletak di sebelah kanannya:

5 Mg + ZnCl2 MgCl2 + Zn Fe + NiSO4 FeSO4 + Ni 9. Dapat membentuk paduan atau alloy dengan logam lainnya, misalnya perunggu yang merupakan paduan antara tembaga dan timah, dan kuningan yang merupakan paduan antara seng dan tembaga.

6 2 BESI DAN BAJA Di dalam sistem periodik, besi terletak pada golongan VIII B atau merupakan logam transisi, memiliki konfigurasi elektron seperti di bawah ini: 26 Fe = 2, 8, 14, 2. Di alam, besi tidak dijumpai dalam bentuk unsur, akan tetapi didapat dalam bentuk senyawa dengan unsur-unsur lainnya. Senyawa-senyawanya yang umum adalah magnetit (Fe3O4), haematit (Fe2O3), biji besi coklat atau limonit (Fe2O3.H2O), dan biji besi spatik atau siderit (FeCO3). Selain itu biji besi juga terdapat dalam silikat, tanah liat, semua makluk hidup, dan merupakan unsur essensial untuk produksi haemoglobin darah dan klorophil tumbuhan. 2.1 Fabrikasi Besi Perubahan wujud dari biji besi menjadi besi berlangsung di dalam suatu tanur tinggi, yaitu sebuah tungku rongga setinggi meter dan diameter 8 meter, dan memiliki dinding tahan api. Ke dalam tanur ini dimasukkan biji besi dan kokas secara bergantian, dicampur dengan imbuhan kapur dan lempung hingga terjadi terak yang mudah melebur. Pada bagian bawah tanur dihembuskan angin panas mulai dari 1800 o C. Makin ke atas tanur, suhunya semakin berkurang hingga 300 o C. Seperti dapat dilihat pada rumus-rumus kimianya, biji besi pada umumnya adalah merupakan suatu persenyawaan besi dan zat asam. Dengan demikian, biji besi di dalam proses pembakarannya dapat diubah menjadi oksid besi. Pada prinsipnya di dalam tanur tinggi ini terjadi tidak lain adalah merupakan proses pemisahan zat asam dari biji besi sehingga didapatkan besi sebagai sisa. Prosesnya disebut sebagai proses reduksi. Dalam biji besi masih terdapat campuran bebatuan yang memiliki titik lebur yang cukup tinggi. Untuk menurunkan titik lebur ini ditambahkan imbuhan dalam bentuk kapur (CaO) yang melebur bersamaan dengan bebatuan pengotor dan abunya menjadi terak. Terak ini akan menyelubungi tetesan besi yang terbentuk dan melindunginya melawan oksidasi dan mengapung di dalam tungku di atas cairan besi kasar. Sudah dipahami bahwa berbagai proses kimia pada suhu tinggi umumnya berlangsung dengan lebih cepat. Oleh karena itu

7 udara yang dibutuhkan untuk pembakaran kokas, dipanaskan sebelumnya dalam pemanas udara. Pada proses di dalam tanur, zat arang dari kokas dibakar membentuk CO2 menurut persamaan; C + O2 CO2. Sebagian dari gas CO2 ini membentuk gas CO bersama dengan zat arang yang berada pada tempat yang lebih atas menurut persamaan; CO2 + C CO. Selanjutnya di bagian atas tanur pada temperatur o C oksid besi yang lebih tinggi diubah menjadi oksid besi yang lebih rendah melalui reduksi tidak langsung dengan gas CO: Fe2O3 + CO FeO + CO2 Pada bagian dudukan terjadi reduksi tidak langsung menurut persamaan: FeO + CO Fe + CO2 Sedangkan reduksi langsung terjadi pada bagian yang terpanas di dalam tanur, yaitu langsung di atas pipa tiup menurut persamaan: FeO + C Fe + CO CO yang terbentuk naik ke atas dan mengambil bagian dalam reduksi tidak langsung. Pada reduksi tidak langsung dan reduksi langsung, besi yang diperoleh oleh sentuhan dengan kokas akan mengambil zat arang pada penurunan selanjutnya, meleleh dan mengumpul pada bagian bawah tanur. Dari sini ia dikeluarkan sebagai besi mentah dengan titik didih sekitar 1300 o C, kandungan zat arang sekitar 3-4 %, tidak dapat ditempa, rapuh, tetapi mudah dituang, sering juga disebut sebagai besi kasar. Terak yang dikeluarkan dapat dipergunakan untuk pembuatan batu, pasir, semen, atau wol-terak. Besi mentah yang dikeluarkan, sifatnya tergantung kepada kandungan berbagai bahan dan imbuhan yang diberikan. Pertama, bila diberi imbuhan mangan (Mn), akan menghasilkan besi mentah putih, memiliki bidang pecahan yang berwarna putih dan sangat keras. Besi ini biasanya dipergunakan untuk pembuatan baja dan tuangan temper. Kedua, bila diberi imbuhan silisium (Si) akan terbentuk besi mentah kelabu, memiliki bidang pecahan berwarna kelabu

8 dan berkebutiran kasar serta mudah digarap. Biasanya besi ini dipergunakan sebagai pembuatan besi tuang kelabu. Oksida lebih tinggi diubah menjadi FeO reduksi tidak langsung Fe2O3 + CO 2FeO + CO2 CO2 + C 2CO Reduksi tidak langsung FeO + CO Fe + CO2 C + O2 CO Reduksi langsung FeO + C Fe + CO Gambar 1. Bagan pada tanur tinggi Besi tuang adalah besi dengan sekitar 2,5 4,5% kandungan zat arang, dapat dituang dengan baik namun tidak dapat ditempa. Besi tuang ini dapat dibedakan menurut jenis struktur dan warna bidang pecahan: 1. Besi tuang kelabu, mengandung zat arang dalam bentuk grafit yang terbentuk akibat pengaruh silisium dan melalui pendinginan lambat. Besi tuang ini dapat lagi dibedakan atas besi tuang grafit lamel dan besi tuang grafit bola. 2. Besi tuang putih, mengikat zat arang secara kimiawi, karena itu tidak nampak (tiada grafit). Besi ini terbentuk terutama akibat pengaruh mangan

9 dan akibat pendinginan yang cepat. Besi tuang ini dibedakan atas besi tuang putih dan besi tuang temper. Besi Tuang Grafit Lamel Jenis besi tuang ini dihasilkan dengan mencampurleburkan besi mentah kelabu, pecahan tuangan dan rongsokan baja dengan imbuhan batu kapur dalam tanur kubah. Pada pendinginan lambat, sebagian zat arang akan terurai dalam bentuk pelat-pelat tipis kecil di antara kristal-kristal bahan dasar di bawah pengaruh silisium. Ini merupakan kelompok gabungan antara ferrit, perlit, sementit, dan ledeburit. Bila jumlah grafit yang terurai semakin besar, akan semakin tinggi kandungan zat arang dan silisiumnya, dan semakin lambat leburan mendingin. Kecepatan pendinginan pada pada pinggiran lebih besar daripada di sebelah dalam, demikian pula halnya pada benda tuangan yang berdinding tebal. Dengan demikian akan dihasilkan penguraian grafit yang berbeda-beda, yang akan mempengaruhi pula kekuatan dan kekerasannya. Grafit akan memberikan efek bidang pecahan kelabu, sifat luncur yang baik, peredam getaran yang baik, kemudahan untuk digarap menyerpih, kekuatan tarik yang rendah dan hampir tiada regangan. Kandungan zat arang yang tinggi akan menyebabkan kesudian tuang yang baik, titik lebur yang rendah, sedikitnya pembentukan karat kulit tuangan yang keras dan kasar. Kulit tuangan yang keras ini menuntut kedalaman penyayatan awal yang besar pada pengambilan serpih demi keawetan penyayat perkakas yang digunakan. Besi Tuang Grafit Bola Pada besi tuang grafit bola, kandungan zat arang yang ada dalam bentuk grafit, hampir sepenuhnya berbentuk bola. Tiadanya grafit lamel sangat meningkatkan kekuatan karena grafit bola tidak membangkitkan dampak takikan dalam struktur. Tuangan grafit bola merupakan bahan jenis baru yang mewujudkan kesatuan sifat tuangan baja dan tuangan kelabu. Penerapannya ialah untuk pembuat poros engkol, rumah-rumah, roda gigi, pembaringan mesin, cetakan kempa, matriks rentangan, dan lain-lain.

10 Tuangan Putih Tuangan putih, disebut juga dengan tuangan keras, terjadi apabila pada waktu pengejangan besi tuang, zat arang terurai tidak sebagai grafit melainkan tetap terikat secara kimiawi di dalam besi sebagai karbid besi (Fe3C). Proses ini dimungkinkan dengan pendinginan secara cepat, kandungan mangan yang tinggi (hingga sekitar 15%) dan kandungan silisium yang sesuai rendahnya. Tuangan keras penuh dihasilkan dari besi tuang berkandungan Mg dengan menuangkannya ke dalam cetakan besi sebagai tempat mendinginkannya dengan cepat. Dinding-dinding tipis akan menjadi keras secara menyeluruh, sedangkan dinding-dinding tebal hanya akan demikian jika kandungan mangannya sangat tinggi. Tuangan Temper Besi mentah istimewa putih dilebur di dalam tanur kubah atau tanur elektro bersama rongsokan dan bubuhan lainnya, dituang ke dalam cetakan seperti besi tuang biasa dan setelah itu dibuat lunak dan mudah dibentuk dengan suatu perlakukan pijar jangka panjang. Benda tuangan yang dipijarkan ini menunjukkan sifat-sifat baja ulet. Pemijaran tuangan ini juga akan menyingkirkan zat arangnya. Tuangan mentah untuk untuk tuangan temper putih, dengan 2,8 3,4% C dan 0,8 0,4% Si, diberi kemasan kedap udara dalam biji besi merah berkebutiran halus dan dipijarkan di dalam tanur temper sekitar 1000 o C beberapa hari. Melalui pemijaran ini, maka bahan yang mengelilingi tuangan, memberikan zat asam yang membentuk ikatan dengan zat arang tuangan mentah. Dengan demikian kandungan C semula akan berkurang hingga 0,5 1,5%. Penyingkiran zat arang hanya akan mencapai kedalaman maksimal 10 mm walaupun dengan pemijaran yang lama. Akibat pemijaran, karbid besi terurai dan menyebabkan struktur yang silih berganti dari permukaan benda kerja hingga ke dalam inti. Karena itu cara penyingkiran arang yang disebut dengan penghembusan pijar ini, hanya diterapkan pada benda tuangan yang berdinding tipis. Tuangan temper hitam, dipijarkan tanpa penyerapan arang. Tuangan mentah untuk tuangan temper hitam, dengan 2,4-2,8% C dan 1,4 0,9% Si, dikemas kedap udara di dalam pasir dan dipijarkan pada o C selama beberapa hari. Zat arang disini tidak diserap melainkan membentuk grafit (arang temper) di dalam struktur dasar. Struktur hitam yang terlihat tampak

11 pada pecahan ini, terhampar pada seluruh penampang benda tuangan tanpa bergantung kepada ketebalan dinding. 2.2 Fabrikasi Baja Baja, yang dibentuk melalui imbuhan berbagai unsur terhadap besi, dapat dibedakan atas baja sepuhan dan baja temper. Baja sepuhan adalah baja bermutu dengan kadar zat arang setinggi-tingginya 0,2 %. Baja ini dipergunakan untuk benda kerja yang pada tempat-tempat tertentu harus memperoleh permukaan yang keras dan tahan aus dengan jalan memperkerasnya, namun pada intinya tetap ulet dan tahan pecah. Supaya permukaannnya keras, maka diberi imbuhan zat arang hingga kedalaman 0,5 mm dengan jalan penyepuhan, yaitu dengan memberi zat arang dalam keadaan pijar. Untuk benda kerja yang intinya juga menderita beban yang tinggi, digunakan baja sepuhan keras yang dipadu. Sedangakan baja temper adalah baja konstruksi yang dapat dikeraskan dengan kandungan zat arang 0,25-0,6 %. Penemperan terdiri atas pengerasan yang diikuti oleh pelunakan pada suhu tinggi, sehingga akan timbul struktur yang halus. Untuk baja perkakas, dapat dibedakan atas baja perkakas bukan paduan dan baja perkakas paduan rendah. Baja perkakas bukan paduan memiliki kandungan zat arang sekitar 0,5 % - 1,5 %. Semakin tinggi kadar C-nya maka semakin keras pula, akan tetapi peka terhadap retakan dan pengisutan. Baja ini biasanya dipergunakan untuk martil, pahat, pisau, kikir, gunting, dan lain sebagainya. Baja perkakas paduan rendah memiliki kandungan zat arang sekitar 0,8-1,7 %. Unsur pemadu yang biasa dipergunakan adalah wolfram, khrom, vanadium, nikel, mangan, hingga kandungan sekitar 5 %. Biasanya dipergunakan untuk mata bor, mata bor spiral, peraut, cetakan, bentuk tuangan, dan lain sebagainya. Pengaruh unsur-unsur paduan lain terhadap baja adalah sebagai berikut: 1. Silisium (Si); terkandung dalam jumlah kecil di dalam semua bahan besi dan dibubuhkan dalam jumlah yang lebih besar pada jenis-jenis istimewa. Unsur ini akan meningkatkan kekuatan, kekerasan, kesudian diperkeras secara keseluruhan, kekenyalan, ketahan aus, ketahanan terhadap panas dan karat, namun unsur ini akan menurunkan regangan, kesudian tempa dan las. 2. Mangan (Mn); seperti Si terkandung di dalam semua bahan besi dan dibubuhkan dalam jumlah besar pada jenis-jenis istimewa. Unsur ini akan

12 meningkatkan kekuatan, kekerasan, kesudian temper menyeluruh, ketahan aus, dan penguatan pada pembentukan dingin, namun unsur ini akan menurunkan kesudian serpih. 3. Khrom (Cr); merupakan unsur terpenting untuk baja konstruksi dan perkakas, baja tahan karat dan asam. Unsur ini akan meningkatkan kekerasan, kekuatan, batas rentang, ketahanan aus, kesudian diperkeras, kesudian temper menyeluruh, ketahanan panas, kerak, karat, dan asam. Hanya menurunkan regangan dalam jumlah kecil. 4. Nikel (Ni); jika baja dan nikel dipadu, maka paduan ini akan dapat dilas, disolder, dan diberi penggarapan mengelupas serpih dengan baik serta dapat dibentuk dalam keadaan dingin dan panas, dapat dipoles, dapat dimagnetisasi. Untuk magnet permanen dengan % Ni. Unsur ini akan meningkatkan keuletan, kekuatan, pengerasan meneyeluruh, ketahanan karat, tahanan listrik, namun akan menurunkan kecepatan pendinginan dan regangan panas. 5. Molibdenum (Mo); kebanyakan dipadu dengan baja dalam ikatan dengan Cr, Ni, V. Unsur ini akan meningkatkan kekuatan tarik, batas rentang, ketahanan panas, suhu pijar pada perlakukan panas, namun akan menurunkan regangan, dan kerapuhan pelunakan. 6. Vanadium (V); mempunyai dampak mirip Mo dalam baja, namun tanpa mengurangi regangan. Unsur ini akan meningkatkan kekeuatan, batas rentang, keuletan, kekuatan panas, dan suhu pijar pada perlakukan panas, namun akan menurunkan kepekaan terhadap serangan panas yang melewati batas perlakuan panas. 7. Wolfram (W); merupakan unsur paduan terpenting bagi baja olah cepat dan logam keras. Berkat titik leburnya yang tinggi, maka digunakan untuk kawat pijar dan logam keras. Unsur ini akan meningkatkan kekerasan, kekuatan, batas rentang, kekuatan panas. Hanya menurunkan sedikit regangan. 8. Kobalt (Co); digunakan sebagai bubuhan terhadap baja olah cepat dan baja terkeras. Magnet permanen juga mengandung kobalt. Unsur ini akan meningkatkan kekerasan, ketahanan aus, ketahanan karat dan panas, daya hantar listrik dan kejenuhan magnetis. 9. Titanium (Ti); memiliki kekuatan yang sama seperti baja, mempertahankan sifatnya hingga 400 o C, oleh karena itu merupakan paduan kawat las. Karbid titanium memiliki kekerasan dan titik lebur yang tinggi.

13 10. Tantalum (Ta); sangat tahan karat, hanya diserang oleh asam fluor. Baja khrom anti karat menjadi dapat dilas baik dengan tantalum. Logam ini melebur pada suhu 3150 o C. Seperti hanya besi, pada baja juga dikenal tuangan baja, yaitu baja konstruksi yang dituang ke dalam cetakan (tuangan cetak baja). Penuangan baja dilakukan segera setelah ia dihasilkan secara langsung di pabrik baja atau melalui peleburan ulang di bengkel-bengkel tuangan baja. Tuangan baja digunakan untuk benda kerja pejal yang diberi pembebaban tinggi dan harus menampilkan sifat mirip baja. Melalui penuangan ini maka benda kerja dapat dibuat secara lebih ekonomis bila dibandingkan dengan misalnya melalui penempaan. Berlawanan dengan besi tuang, tuangan baja bersifat kental dan hanya dapat digunakan untuk benda kerja berdinding tebal. Penyusutan yang kuat mengakibatkan tegangan dan struktur yang kasar di dalam benda tuangan. Melalui perlakukan panas yang ditujukan ke arah pembebasan tegangan dan penghalusan butiran akan dicapai struktur temper halus dan dengan kekuatan serta keuletan yang diperbaiki. Tuangan baja dengan kandungan zat arang hingga 0,2% dapat disepuh keras, tuangan baja dengan kandungan zat arang 0,22 0,6% dapat ditemper. Konvertor-Bessemer dan Konvertor-Thomas Besi kasar dari tanur tinggi pada umumnya masih berisikan banyak kotoran-kotoran yang membuat besi kasar tidak cocok untuk bahan konstruksi. Kotoran-kotoran ini adalah seperti belerang, zat arang, silisium, mangan, dan fosfor. Untuk menghilangkan kotoran ini dapat dipakai berbagai cara, di antaranya adalah dengan bantuan konvertor, yaitu suatu oven berbentuk waluh dengan alas terbuka. Konvertor dipasang dengan dua tap yang dapat berputar, yang satu sekaligus digunakan untuk meniup udara melalui lobang-lobang alas. Konvertor dalam kedudukan horizontal diisi dengan besi kasar. Ketika memutar vertikal udara dimasukkan melalui alas terbuka. Pada saat ini konvertor seakan-akan berdiri di atas kolom udara. Pada saat udara mengalir melaui besi kasar, udara mengoksidasikan campuran tambahan. Panas yang terja oleh pembakaran kotoran-kotoran menjaga isi berada dalam keadaan cair dan encer. Sekitar 20 menit, kotoran-kotoran tersebut akan terbakar. Untuk baja dibutuhkan hingga sekitar 1,5% zat arang. Apabila sewaktu proses terlalu

14 banyak zat arang terbakar, maka kekurangannya ditambahkan dalam bentuk besi yang banyak mengandung zat arang. Jenis besi yang banyak mengandung zat arang adalah ferromangan. Untuk pekerjaan sederhana, ada dua jenis konvertor yang biasa dipergunakan, yaitu konvertor-bessemer dan konvertor-thomas. Konvertor- Bessemer diisi dengan besi kelabu yang mengandung silisium, SiO2 yang terbentuk karena pembakaran silisium bereaksi dengan asam. Lapisan tahan panas konvertor-bessemer oleh alasan ini juga harus bereaksi dengan asam, kalau tidak akan mengakibatkan reaksi; asam + basa garam + air. Konvertor-Thomas diisi dengan besi kasar putih yang mengandung fosfor, P2O5 yang terbentuk karena pembakaran fosfor harus disenyawakan dengan imbuhan-imbuhan kapur menjadi terak menurut persamaan: P2O5 + 3CaO Ca3(PO4)2 Terak yang terbentuk bereaksi dengan basa. Lapisan tahan api konvertor- Thomas oleh karena itu juga harus bereaksi dengan basa, kalau tidak juga akan mengakibatkan reaksi seperti pada konvertor-bessemer. Hasil akhir dari konvertor ini masing-masingnya disebut dengan baja- Bessemer dan baja-thomas, dan biasanya digunakan untuk konstruksikonstruksi sederhana. Proses Oksi Suatu proses konvertor modern adalah yang disebut dengan proses oksi, di mana suatu zat asam murni ditiupkan di atas cairan dan kadang-kadang juga ke dalam cairan, sehingga zat arang, silisium, mangan, dan sebagainya dari cairan akan terbakar. Hasil pembakaran ditampung oleh bahan imbuhan kapur dan mengapung sebagai terak di atas bahan. Proses oksi berguna untuk pembuatan baja dari besi kasar dan besi tua. Hasil akhir proses oksi disebut dengan baja oksi. Baja ini bermutu baik, oleh karena pengaruh buruk unsur-unsur dari udara tidak ada. Baja ini dapat dimanfaatkan untuk pembuatan oknstruksi dan bagian-bagian mesin. Oven Martin Cara lain untuk membuat baja dari besi kasar adalah dengan bantuan oven-martin, yang terdiri dari satu tungku di mana berada bahan leburan, dan

15 pada umumnya 4 ruangan di mana gas dan udara dapat dipanaskan terlebih dahulu. Gas dapat diperoleh dari tanur tinggi, oven kokas, atau dari minyak yang digaskan. Gas yang banyak dipakai adalah apa yang disebut gasgenerator. Gas yang dipanaskan terlebih dahulu dan udara membakar dan menyapu sebagai nyala api di atas cairan. Gas bekas yang panas dimasukkan melalui dua ruangan dan memanaskan ruangan tersebut. Setelah waktu tertentu katup dibalik sehingga gas dan udara yang dimasukkan mengalir melalui ruangan yang dipanaskan terlebih dahulu itu, dan kemudian dengan cara pemanasan terlebuh dahulu suhu oven akan naik. Walaupun lebih ditujukan untuk fabrikasi baja dari baja tua, ternyata bahwa oven ini juga berguna untuk fabrikasi baja dari besi kasar dan besi tua atau pun biji. Nyala api yang menyapu memanaskan isi oven dan mengoksidasikan campuran tambahan. Dengan bahan imbuhan campuran yang teroksidasi akan membentuk terak, yang akan menutup hubungan lanjut dari isi oven dengan nyala api bila ke dalam cairan ini tidak ditambahkan besi tua atau biji. Zat asam dari sini akan mengoksidasikan campuran tambahan seperti zat arang, silisium, mangan, dan sebagainya. Hasil yang terbakar naik melalui cairan lapisan bawah. Proses berakhir setelah sekitar 6 jam. Hasil akhirnya adalah baja- Martin yang bermutu baik, karena susunan dapat ditentukan dengan teliti, dengan demikian juga bisa dimanfaat kan untuk bagian-bagian mesin. Oven Listrik Selain oven-oven yang terdahulu, juga dikenal oven listrik untuk pengolahan baja. Sesuai dengan prinsipnya, oven listrik dapat dibagi ke dalam dua kelompok, yaitu oven busur nyala api dan oven induksi. Oven busur nyala api adalah suatu oven di mana bagian atas digantungkan batang arang yang dihubungkan kepada tegangan. Pada permulaan proses, batang-batang ditekan satu dengan lainnya atau ke cairan. Dengan demikian akan terjadi hubungan singkat. Setelah perenggangan batang arang akan tinggal suatu busur nyala api. Busur nyala api akan memanaskan isi oven dan mengoksidasikan campuran tambahan seperti zat arang, silisium, mangan, dan sebagainya. Pada oven induksi, panas diperoleh melalui perantaran induksi. Oven induksi dapat lagi dibedakan atas oven induksi frekuensi rendah dan oven induksi frekuensi tinggi.

16 Oven induksi frekuensi rendah bekerja menurut prinsip transformator, di mana akibat adanya hubungan singkat dalam oven akan mengalir suatu aliran listrik yang besar. Aliran ini akan membangkitkan panas yang tinggi sehingga isi oven melebur dan campuran tambahan akan teroksidasi. Oven frekuensi tinggi bekerja menurut prinsip kumparan, di mana suatu kumparan mengelilingi suatu oven. Bila ke dalam kumparan dialirkan listrik bolak balik, akan terjadi pusaran arus yang akan membangkitkan panas yang tinggi, sehingga isi oven melebur dan campuran akan teroksidasi. Oven listrik dipergunakan untuk pembuatan baja dari besi kasar dan besi tua. Lamanya proses tergantung kepada banyak faktor, akan tetapi akan memakan waktu yang lebih lama dari 6 jam. Hasil akhir dari oven listrik disebut dengan baja elektro yang bermutu sangat baik karena tidak ada pengaruh unsur-unsur yang buruk dari udara, dan susunan dapat ditentukan dengan lebih teliti berkat lamanya proses.

17 3 LOGAM BUKAN BESI 3.1 Logam Berat Bukan Besi Kelompok logam berat bukan besi mencakup semua logam yang memiliki berat jenis lebih besar dari 4 kg/dm 3. Logam-logam tersebut akan dijelaskan di bawah ini. Tembaga (Cu) Tembaga memiliki berat jenis 8,9 kg/dm 3 dan melebur pada suhu 1083 o C, berwarna merah, bidang pecahan berurat halus, dan merupakan penghantar panas dan listrik yang baik. Tembaga murni lunak, ulet, dan hanya memiliki kekuatan yang rendah. Kekuatan ini dapat ditingkatkan melalui pembentukan dingin, yaitu penggilingan, perentangan, dan pengempaan. Baik dalam keadaan panas atau dingin, ia sangat luwes dan dapat diregangkan, digiling, dan dimartil. Tembaga dapat disolder lunak ataupun keras dengan baik. Di alam, tembaga hampir selalu merupakan senyawa kimia dalam bentuk biji tembaga, kerikil tembaga, tembaga kilap, biji tembaga merah, dan lain sebagainya. Tembaga mentah diperoleh dari biji tembaga melalui penggarangan, peleburan alih wujud seperti dalam tanur tinggi dengan hasil sampingan asam belerang, ataupun melalui elektrolisa. Tembaga tahan karat di udara terbuka. Pada penyimpanan jangka panjang akan terbentuk lapisan oksid yang gelap dan butek pada permukaannya. Di udara lembab, tembaga menyelimuti diri dengan suatu lapisan tembaga hijau karbonat. Logam ini mudah diserang oleh asam, garam, belerang, bahan yang mengandung belerang, dan amoniak. Dengan asam cuka akan membentuk garam tembaga yang sangat beracun. Logam tembaga biasanya dipergunakan untuk pipa pemanasan, tabung pengapian ketel, pemanas air, tuas solder, penutup atap, pipa pembuangan, kawat penghantar, dan sebagai lapisan pelindung galvanis. Seng (Zn) Seng memiliki berat jenis 6,9-7,2 kg/dm 3 dan melebur pada suhu 420 o C, berwarna putih kebiru-biruan, bidang licin mengkilap. Pada suhu sampai 180 o C memiliki kesudian untuk dibentuk. Di udara terbuka seng menyelimuti diri

18 dengan lapisan oksid kelabu buram yang kemudian menjadi keputih-putihan dan melindungi logam yang berada di bawahnya terhadap pengoksidasian lebih lanjut. Seng larut dalam asam dan larutan alkali, memiliki koefisien pemuaian panas yang besar dan merupakan penghantar panas dan listrik yang baik. Seng terdapat di alam dalam bentuk ikatan kimia dalam bijinya, asam belerang atau asam arang. Bijinya yang terpenting adalah seng belerang dan seng karbonat. Kebanyakan seng digunakan untuk penutup atap, saluran air, bak mandi, ember siram, wadah, pelapis peti, dan merupakan logam pemadu yang penting, terutama untuk kuningan. Seng dan banyak ikatannya tidak beracun, namun reaksi dengan asam asetat akan menghasilkan seng asetat, zat yang sangat berpengaruh dan dapat merusak kesehatan. Timah (Sn) Timah memiliki berat jenis 7,3 kg/dm 3 dan melebur pada suhu 232 o C, berwarna putih. Dalam keadaan dingin timah dapat dibentuk dengan baik, namun pada suhu 200 o C ia menjadi sangat rapuh. Logam ini mudah dituang, tahan terhadap udara terbuka, namun mudah diserang oleh asam dan larutan alkali. Salah satu biji timah yang penting di alam adalah batu timah (oksid timah dengan kandungan Sn sekitar 78%). Untuk mendapatkannya, pertama-tama biji dipecah-pecah, lalu dilebur di dalam tanur rongga dengan arang. Untuk mendaptkan hasil yang murni, pengotor-pengotor timah kemudian disingkirkan melalui proses pemurnian. Timah merupakan logam pemadu yang penting. Selain itu timah dipergunakan untuk solder, pelindung permukaan, bahan pengemasan (stanniol), kapsul tabung, tabung pasta, pembuatan barang kesenian, dan lain sebagainya. Penggunaannya yang luas ini karena baik unsurnya sendiri ataupun senyawanya tidak ada yang beracun. Timbal (Pb) Timbal memiliki berat jenis 11,3 kg/dm 3 dan melebur pada suhu 330 o C, berwarna kelabu biru dengan bidang licin mengkilap seperti perak, sangat lunak, mudah dituang dan disolder, dan mudah diberi bentuk baik dalam keadaan panas ataupun dingin. Kekuatannya sangat rendah. Di udara terbuka

19 menyelimuti diri dengan suatu selaput oksid yang melindungi logam dibawahnya terhadap asam udara. Di alam, timbal terdapat dalam bentuk senyawa kimia, yang terpenting adalah galina (senyawa belerang). Pemurnian dilakukan dengan menyingkirkan belerangnya, dilebur di dalam tanur rongga, untuk kemudian dimurnikan melalui peleburan alih wujud. Timbal tahan terhadap sebagian besar asam, kecuali asam nitrat dan asam organik, karena garam timbal yang ada dipermukaannya tidak bisa larut. Timbal tidak bisa ditembus oleh sinar rontgen. Biasanya timbal dipergunakan untuk penutup atap, pipa saluran, pembuatan segel, alat dan saluran dalam industri kimia, logam pemadu untuk pembuatan perunggu timbal, timah solder, pembuatan cat warna, pembuatan akumulator, perlengkapan rontgen, dan lain sebagainya. Bekerja dengan timbal dituntut kehati-hatian, karena timbal dapat masuk ke dalam badan melalui unsur pencernaan, pernafasan, bahkan juga luka pada kulit. Apabila timbal masuk ke dalam tubuh, ia bisa menyebabkan keracunan, yang pada taraf lanjut bisa berakibat fatal. Nikel (Ni) Nikel memiliki berat jenis 8,87 kg/dm 3, melebur pada suhu 1450 o C. Logam ini mengkilap seputih perak, dapat ditempa, disolder, mudah dipoles, sangat tahan karat, dan dapat ditarik oleh magnet. Biasa dipergunkaan untuk pelat, wadah industri kimia, pemulia logam, pemadu logam lainnya dan selaput pelindung galvanis. Khrom (Cr) Khrom memiliki berat jenis 6,8 kg/dm 3, melebur pada suhu 1900 o C. Logam ini berwarna kelabu baja, pecahan mengkilap seperti perak, sangat keras dan getas, dan sangat tahan karat. Biasa dipergunakan sebagai pemulia baja yang penting (baja yang tahan karat, tahan panas, dan tahan asam) dan sebagai selaput galvanis. Bekerja dengan logam ini dituntut kehati-hatian karena bisa merusak paru-paru bila terhisap, dan menyebabkan penyakit kulit yang sulit disembuhkan bila terkena kulit yang terluka.

20 Wolfram (W) Wolfram memiliki berat jenis 19,2 kg/dm 3, melebur pada suhu 3380 o C. Logamnya berwarna kelabu, tidak magnetis, dan pada 3000 o C dapat disinter menjadi benda cetakan. Biasa dipergunakan untuk pemuliaan baja yang penting (baja dengan daya tahan keras pada suhu tinggi), kawat pijar pada bola lampu, dan sebagai unsur logam keras lainnya. Mangan (Mn) Mangan memiliki berat jenis 7,4 kg/dm 3, melebur pada suhu sekitar 1250 o C. Logamnya berwarna kelabu, keras dan getas, dan teroksidasi di udara terbuka. Biasa dipergunakan sebagai pemadu logam lainnya, seperti baja, besi tuang, paduan tembaga, dan paduan aluminium. Molibdenum (Mo) Molibdenum memiliki berat jenis 10,2 kg/dm 3, dan melebur pada suhu 2550 o C. Logamnya berwarna kelabu, dapat disinter pada suhu o C menjadi benda cetakan, dan sangat keras. Merupakan pemulia baja yang penting, elektroda pada tabung rontgen, dan kawat pijar pada lampu pijar. Vanadium (V) Vanadium memiliki berat jenis 5,7 kg/dm 3, melebur pada suhu 1715 o C. Logam dengan warna kelabu dan sangat keras. Merupakan pemulia baja yang penting; imbuhansekitar 0,2 % sudah sangat akan meningkatkan kekuatan tanpa menurunkan keuletan. Bismut (Bi) Bismut memiliki berat jenis 9,8 kg/dm 3, melebur pada suhu 270 o C. Logsmnys mengkilap putih kemerahan, getas, dan memuai pada pengejangan. Berguna untuk menurunkan titik lebur paduan; seperti logam solder, sekring listrik, dan sebagai lapisan cermin pada reflektor lampu. Kobalt (Co) Kobalt memiliki berat jenis 8,6 kg/dm 3, melebur pada suhu 1490 o C, berwarna kelabu kemerahan, sangat ulet, dan magnetis. Berguna sebagai pemulia baja; meninggikan kekerasan, unsur magnet permanen, dan sebagai unsur logam keras.