14. Magnesium dan Paduannya (Mg and its alloys) Magnesium adalah logam ringan dan banyak digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan massa jenis yang ringan. Karakteristik : - Memiliki struktur HCP (Hexagonal Closed Packed) - Densitas/massa jenis=1.74 gram /cm 3. (paling ringan dalam logam aplikasi) - Titik cair: 651 C - Memiliki harga yang lebih mahal daripada aluminium - Sulit dicor atau dituang karena dalam kondisi cair akan terbakar di udara oleh sebab itu perlu ditutup dengan flux selama pengecoran. - Dalam material teknik merupakan logam paling tidak stabil yang mana mudah terkorosi oleh air terutama bila bersama dengan Fe, Cu, Ni. Oleh sebab itu sebelum digunakan Mg diperlakuan permukaan. - Banyak digunakan untuk peralatan pesawat terbang dan peralatan penanganan material. Perbandingan antara sifat-sifat fisis dan harga dari beberapa material teknik Klasifikasi Magnesium paduan : Terbagi atas dua macam] 1. Paduan tempa (wrought alloys) yang banyak berupa pelat tipis, pelat, benda ekstrusi dan benda tempa. 2. Paduan tuang (casting alloys) Aluminium dan seng umum digunakan untuk memadu magnesium untuk membentuk paduan tempa yang mana juga mampu meningkatkan kekuatan magnesium. Aluminium dan magnesium membentuk Mg 17 Al 12 yang dapat digunakan untuk mengeraskan Mg-Al. Thorium dan Zirconium juga membentuk endapan dalam magnesium sehingga membuat paduannya mampu digunakan hingga suhu 427 C. Magnesium cor/tuang dibuat dengan memadukan Al dan Zn karena mampu mengeraskan magnesium. Penamaan jenis paduan ditetapkan oleh ASTM (American Society for Testing and Materials) yang mana huruf alfabet menunjukkan paduan magnesium dan angka menunjukkan jumlah paduannya. Jenis huruf yang digunakan : A : Aluminium L : Li, Lithium T : tin, timah E : Logam bumi langka (rare earths), cerium M : Mn, Mangan Z : Zn, seng H : Th, thorium K : Zr, zirconium Q : Ag, silver S : Si, Silikon Yudy Surya Irawan 9-1
Contoh: HK31A-H24 berarti magnesium paduan dengan kandungan thorium 3% berat dan 1% berat zirkonium dan ini merupakan paduan modifikasi A. H24 berarti paduan ini telah dikerjakan dingin dan dianil kembali hingga kekuatannya setengah dari sebelumnya. (arti H24 sama dengan pengkodean untuk Aluminium) ZH62A-T5 berarti magnesium paduan yang mengandung 6% berat seng, 2 % berat thorium dan termodifikasi tipe A. T5 menunjukkan bahwa logam telah dituakan secara buatan setelah dicor. Beberapa contoh magnesium paduan, titanium paduan dan nikel paduan : Sumber: Smith, W.F, Foundations of Materials Science and Engineering Paduan Magnesium hasil ekstrusi panas (300 ~ 400 C) (JIS H4204) Jenis Kode Komposisi utama Kode ASTM 1 MS1 Mg - Al3 - Zn1 AZ31 2 MS2 Mg - Al6 - Zn1 AZ61 A 3 MS3 Mg - Al8 - Zn AZ80 A 4 MS4 Mg - Zn1 - Zr - 5 MS5 Mg - Zn3 - Zr - 6 MS6 Mg - Zn6 - Zr ZK60 A Yudy Surya Irawan 9-2
Mikrostruktur magnesium paduan EZ33A dalam bentuk coran yang menunjukkan kandungan Mg9R (rare earth) dalam jaringan batas butir yang getas Gbr.14.1 Gbr.14.2 Gbr.14.3 Gbr.14.1 Mikrostruktur Magnesium paduan ZE10A-H24. Pandangan memanjang dari struktur yang telah dikerjakan/dirol hangat. (500X) Gbr.14.2 Mikrostruktur Magnesium paduan LA141A-O. Pandangan memanjang dari struktur yang telah dianil selama 30 menit pada 260 C dengan penampang yang bersih meski terdapat beberapa terak yang tersisa. (250X) Gbr.14.3 Mikrostruktur Magnesium paduan HM21A-T8. Pandangan memanjang dari struktur yang telah dikerjakan (pengerolan) yang mana menunjukkan Mg4Th (hitam) dalam batas butir dan dalam butir yang memanjang. (500X) 15. Titanium dan Paduannya Titanium adalah logam yang relatif ringan namun memiliki kekuatan yang tinggi (662 MPa untuk 99% Ti). Karakteristik : - Memiliki struktur HCP (Hexagonal Closed Packed) - Densitas/massa jenis=4.54 gram /cm3. (Al : 2.70) - Titik cair: 1675 C - Dengan kekuatan yang tinggi dan ringan mampu berkompetisi dengan aluminium meskipun harganya lebih mahal daripada aluminium (1989: $5.50/lb untuk Ti dan $0.96 untuk Al). - Titanium berharga mahal karena sangat sulit mengekstraknya menjadi titanium murni dari campurannya. Selain itu bila berada pada suhu tinggi, titanium mengkombinasi dengan oksigen, nitrogen, hydrogen, karbon dan besi sehingga perlu teknik khusus untuk mengecor dan mengerjakan logam. - Banyak digunakan untuk komponen yang tahan korosi pada lingkungan kimia seperti larutan klorida danlarutan inorganic klorida, peralatan bedah, alat bantu atau implant di dalam tubuh. - Paduan Ti-6Al-4V banyak digunakan karena memiliki kombinasi kekuatan yang tinggi dan kemampuan dimesin yang baik. Selain itu bila diperlakukan panas dan dituakan mampu memiliki kekuatan 1173 MPa. 9-3
Penamaan jenis paduan menggunakan huruf alfabet yang menunjukkan paduan magnesium dan angka menunjukkan jumlah paduannya dalam prosen berat. Contoh: Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo berarti titanium paduan dengan kandungan aluminium 6% berat dan 2% berat Nobium, 1% berat Talium, 0.8% Molibdenium dengan sisa prosentase berat Titanium. Ti-5Al-2.5Sn berarti berarti titanium paduan dengan kandungan aluminium 5% berat dan 2.5% berat timah dengan sisa prosentase berat Titanium. Gbr.15.1 Gbr.15.2 Gbr.15.3 Gbr.15.4 Gbr.15.1 Mikrostruktur Pelat Titanium Murni yang dirol dingin kemudian dianil (dipanaskan di atas suhu rekristalisasi) 700 C selama 1 jam. Butiran terekristalisasi membentuk butiran persegi yang merupakan butiran fasa α dari titanium (250X) Gbr.15.2 Mikrostruktur Titanium Murni yang tak berpaduan, dianil pada 850 C selama 1 jam kemudian didinginkan dalam udara, TiH (hitam) berada pada butiran persegi (250X) Gbr.15.3 Mikrostruktur seperti pada Gbr.15.2 dengan kandungan TiH (hitam) yang lebih banyak (250X) Gbr.15.4 Mikrostruktur seperti pada Gbr.15.3 dengan kandungan TiH (hitam) yang lebih banyak (250X) Gbr.15.5 Gbr.15.6 Gbr.15.7 Gbr.15.5 Mikrostruktur Pelat Titanium paduan Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo yang dirol panas dengan suhu awal sekitar 1000 C, lalu dianil 900 C selama 30 menit. Struktur yang agak memanjang adalah butiran berfasa α dengan butiran dalam berfasa β (gelap) (100X) Gbr.15.6 Mikrostruktur Pelat Titanium paduan Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo yang dirol panas dengan suhu awal sekitar 1150 C Struktur yang terang berfasa α, butiran dalam berfasa β (gelap) dengan batas butir memanjang berfasa β (100X) Gbr.15.7 Mikrostruktur Pelat Titanium paduan Ti-5Al-2.5Sn yang ditempa dengan suhu 1010 C, lalu dianil 815 C selama 1 jam dan didinginkan dalam udara. Struktur yang agak memanjang adalah butiran berfasa α (terang) (100X) 16. Nikel dan Paduannya Nikel adalah suatu logam yang penting dikarenakan sifatnya yang tahan karat dan tahan oksidasi di temperature tinggi. Karakteristik : - Memiliki struktur FCC (Face Center Cubic) - Densitas/massa jenis=8.9 gram /cm3. - Titik cair: 1453 C - Memiliki harga yang relatif mahal ($7/lb) 9-4
- Tahan korosi dalam air maupun air laut. Macam-macam Nikel: 1. Nikel komersial dan Paduan Monel (Monel Alloys) - Nikel murni komersial banyak digunakan untuk peralatan listrik dan elektronika karena kekuatannya dan konduktifitas listriknya yang baik serta tahan korosi untuk peralatan pemrosesan makanan. - Nikel dan tembaga dapat memadu dengan sempurna satu sama lain dengan berbagai komposisi. - Nikel yang dipadu dengan 32% Cu menghasilkan Monel 400 yang memiliki kekuatan yang tinggi, kemampuan las dan ketahanan korosi yang sangat baik di berbagai lingkungan. 2. Super paduan berbasis Nikel (Nickel-base superalloys) - Memiliki komposisi 50~60% Ni, 15 ~ 20% Cr, 15~20% Co. - Banyak digunakan untuk komponen turbin gas yang mana harus mampu bekerja pada suhu tinggi dan kondisi dengan kondisi oksidasi yang tinggi - Penambahan sedikit aluminium (1~4%) dan titanium (2~4%) dapat meningkatkan kekuatan dengan melalui peresapannya. - Inconel (Ni-Cr-Fe alloys) memiliki kekuatan tahan panas, tahan korosi. Gbr.16.1 Gbr.16. 2 Gbr.16.3 Gbr.16.1 Mikrostruktur Pelat Nickel 200 yang dirol dingin kemudian dianil dalam proses kontinyu (dipanaskan di atas suhu Gbr.16.2 Gambar 11.1 dengan perbesaran lebih, variasi bayangan butir karena perbedaan arah/orientasi dari butir (500X) Gbr.16.3 Mikrostruktur Nickel 270 dirol panas dan dianil dalam proses kontinyu pada 830 C (100X). Gbr.16.4 Gbr.16.5 Gbr.16.6 Gbr.16.4 Mikrostruktur Monel 400 yang tarik dingin kemudian dianil dalam proses kontinyu (dipanaskan di atas suhu Gbr.16.5 Mikrostruktur Monel R-405 yang tarik dingin kemudian dianil dalam proses kontinyu (dipanaskan di atas suhu Gbr.16.6 Mikrostruktur Monel K-500 dalam proses pengerolan panas (100X). Monel R-405 adalah Monel 400 jenis bebas pemesinan dengan komposisi seperti Monel 400 ditambah 0.043% berat S. Penambahan S untuk memperbaiki sifat dimesin (machinability). Monel K-500 dibuat dengan menambahkan aluminium dan titaniumd dalam komposisi dasar nikel-tembaga. Komposisi:66.5Ni-29.5Cu-0.13C-0.75Mn-1.0Fe-0.60Ti-2.73Al (dlm% berat). 9-5