Logam dan Paduan

Logam adalah jenis material yang banyak digunakan,terutama di dunia industri.dalam kehidupan sehari-hari kita sering menjumpai benda-benda yang terbuat dari logam. sendok,garpu,pisau,onderdil motor,gagang pintu dan lain sabagainya.
Kata Logam berasal dari bahasa yunani yaitu metallon yaitu sebuah unsur kimia yang siap membentuk ion (kation) dan memiliki ikatan logam, dan kadangkala dikatakan bahwa ia mirip dengan kation di awan elektron.
Dalam ilmu teknik, pengertian Logam adalah unsur kimia yang mempunyai sifat-sifat kuat, keras, penghantar listrik dan panas, serta mempunyai titik cair tinggi.
Bahan logam (metal) juga dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis, yakni :
1. Ferrous (besi).
2. Non Ferrous (bukan besi).

A. Ferous (besi)
Ferrous dapat diklasifikasikan lagi berdasarkan kandungan karbon, menjadi :
1. Wrought Iron (Besi Tempa)
Didalamnya terdapat sisa terak yang masih terperangkap. Terak tersebut banyak mengandung silikat (silikon oksida), bentuknya menyerupai fiber (cukup kuat). Sifat dari besi tempa ini ulet dan kuat.
Contoh komposisi dari besi tempa
- Carbon : 0.06%
- Mangaan : 0.045%
- Silicon : 0.101%
- Phospor : 0.068%
- Sulfur (belerang) : 0.009%
- Terak (dalan berat) : 1.97%
Di dalam aplikasinya besi tempa digunakan pada bangunan kereta api, bangunan
kapal laut, industri minyak, tujuan arsitektur, perlengkapan pertanian, dll.
2. Carbon steel (baja karbon)
Baja karbon dapat digolongkan menjadi 3 macam, yakni :

•Baja karbon rendah (Kadar Carbon antara 0,1% hingga 0,20%)
Baja ini dengan komposisi karbon kurang dari 0,20%. Fasa dan struktur mikronya adalah ferrit dan perlit. Baja ini tidak bisa dikeraskan dengan cara perlakuan panas (martensit) hanya bisa dengan pengerjaan dingin. Sifat mekaniknya lunak, lemah dan memiliki keuletan dan ketangguhan yang baik. Serta mampu mesin (machinability) dan mampu lasnya (weldability) baik.

•Baja Karbon Sedang (Kadar Carbon antara 0,25% hingga 0,55%)
Baja ini memiliki komposisi karbon antara 0,25%-0,55% C (berat). Dapat dikeraskan dengan perlakuan panas dengan cara memanaskan hingga fasa austenit dan setelah ditahan beberapa saat didinginkan dengan cepat ke dalam air atau sering disebut quenching untuk memperoleh fasa yang keras yaitu martensit. Baja ini terdiri dari baja karbon sedang biasa dan baja mampu keras. Kandungan karbon yang relatif tinggi itu dapat meningkatkan kekerasannya. Namun tidak cocok untuk di las, dengan kata lain mampu las nya rendah. Dengan penambahan unsur lain seperti Cr, Ni, dan Mo lebih meningkatkan mampu kerasnya. Baja ini lebih kuat dari baja karbon rendah dan cocok untuk komponen mesin, roda kereta api, roda gigi (gear), poros engkol (crankshaft) serta komponen struktur yang memerlukan kekuatan tinggi, ketahanan aus, dan tangguh.

•Baja Karbon Tinggi (Kadar Carbon antara 0,55% hingga 1,75%)
Baja karbon tinggi memiliki komposisi antara 0,55- 1,75% C (berat). Kekerasan dan kekuatannya sangat tinggi, namun keuletannya kurang. Baja ini cocok untuk baja perkakas, dies (cetakan), pegas, kawat kekuatan tinggi dan alat potong yang dapat dikeraskan dan ditemper dengan baik. Baja ini terdiri dari baja karbon tinggi biasa dan baja perkakas. Khusus untuk baja perkakas biasanya mengandung Cr, V, W, dan Mo. Dalam pemaduannya unsur-unsur tersebut bersenyawa dengan karbon menjadi senyawa yang sangat keras sehingga ketahanan aus sangat baik.

3. Cast Iron (Besi Tuang)
Secara umum Besi tuang (Cast Iron) adalah Besi yang mempunyai kadar carbon 2.5% -4%. Oleh karena itu besi tuang yang kandungan karbonnya 2.5%- 4% akan mempunyai sifat mampu lasnya (weldabtltty) rendah. Karbon dalam besi tuang dapat berupa sementit (Fe3C) atau biasa disebut dengan karbon bebas (grafit). Perlu di ketahui juga kandungan fosfor dan sulphur dari material ini sangat tinggi dibandingkan baja.
Umumnya besi cor akan mengandung unsur Fe dan C (3,5% - 4,3%). Besi cor, diklasifikasikan menjadi :

a.Grey Cast Iron (Besi Cor Kelabu)
Unsur penyusun dari besi cor ini adalah Fe+C+Silikon (Si). Kandungan Si bertujuan untuk mengurai Sementid menjadi Fe (ferit atau perlit) dan C (grafit). Fasa besi cor kelabu berupa ferit/perlit+grafit serpih dengan sifat : agak getas dan mampu meredan getaran. Contoh penggunaan besi cor kelabu adalah pada konstruksi blok mesin, mesin jahit, mesin bubut, pagar, dll. Jenis besi tuang ini sering dijumpai (sekitar 70% besi tuang berwarna abu-abu). Sifat dari Besi Tuang ini kekuatan tariknya tidak begitu tinggi dan keuletannya rendah sekali (Nil Ductility).

b.White Cast Iron (Besi Cor Putih)
Besi cor putih mempunyai fasa sementid+perlit sehingga mempunyai sifat keras dan getas. Mikrostrukturnya terdiri dari karbida yang menyebabkan berwarna putih.

c.Ductile Cast Iron (Besi Cor Bergrafit Bulat)
Unsur penyusun dari besi cor ini adalah Fe+C+Si+Mg/Ce. Penambahan Mg atau Ce bertujuan untuk melunakan grafit menjadi bulat sehingga konsentrasi tegangan sedikit sekali. Contoh penggunaan besi cor bergrafir bulat pada kontruksi penjepit rel kereta api, batang torak kompresor, dll.

d.Malleable Cast Iron (Besi Cor Mampu Tempa)
Besi cor mampu tempa dapat dibuat dengan memanaskan besi cor putih hingga mencapai suhu700 Derajat Celcius selama 30 Jam. Hal ini bertujuan agar sementid terturai menjadi Fe (ferit) dan C (grafit). Grafit yang dihasilkan berbentuk pipih. Contoh penggunaan besi cor mampu tempa pada spare part yang berukuran kecil-kecil.

Pembagian baja karbon yang lain yakni baja hipoeutektoid (Kadar Carbon Kurang dari 0,8%), baja eutektoid (Kadar Carbon 0,8%) dan baja hipereutektoid (Kadar Carbon lebih dari0,8%).

B. Non Ferous (Bukan Besi)

•Logam Mulia

Logam mulia adalah logam yang tahan terhadap korosi maupun oksidasi. Contoh logam mulia adalah emas, perak dan platina. Umumnya logam-logam mulia memiliki harga yang tinggi, karena sifatnya yang langka dan tahan korosi. Logam mulia sangat sukar bereaksi dengan asam. Sekalipun begitu, sebagian logam mulia (misalnya emas) dapat dilarutkan dalam akua regia, yaitu campuran pekat dari asam nitrat dan asam klorida. Semua logam mulia merupakan anggota dari logam transisi.

•Logam Berat

Logam berat adalah unsur-unsur kimia dengan bobot jenis lebih besar dari 5 gr/cm3, terletak di sudut kanan bawah sistem periodik, mempunyai afinitas yang tinggi terhadap unsur S dan biasanya bernomor atom 22 sampai 92 dari perioda 4 sampai 7. Sebagian logam berat seperti timbal (Pb), kadmium (Cd), dan merkuri (Hg) merupakan zat pencemar yang berbahaya.

Pengaruh Unsur Paduan pada Logam

Unsur paduan pada baja sangat berpengaruh terhadap nilai kekerasan,keuletan serta kelelahan suatu baja.

a.Carbon (C)
Karbon merupakan unsur pengeras utama pada baja. Jika kadar Carbon diitingkatkan maka akan meningkatkan kekuatannya akan tetapi nilai impact baja tersebut akan menurun.

b.Mangan (Mn)
Sangat berperan dalam meningkatkan kekuatan dan kekerasan suatu logam baja, menurunkan laju pendinginan sehingga mampu meningkatkan mampu keras baja dan kekuatan terhadap tahanan abrasi. Hal ini dikarenakan mampu mengikat belerang yang mampu memperkecil terbentuknya sulfida besi yang bisa menyebabkab abrasi dapat diminimalkan. Mangan banyak dipakai untk kontruksi rel kereta api.

c.Silikon (Si)
Mampu menaikkan kekerasan dan elastisitas akan tetapi menurunkan kekutan tarik dan keuletan dari baja.

d.Cromium (Cr)
Digunakan untuk meningkatkan mampu las dan mampu panas baja. Kekuatan tarik, ketangguhan serta ketahanan terhadap abrasi juga bisa meningkat. Bisa juga meningkatkan Harden Ability material jika mencapai kandungan 50%.

e.Nikel (Ni)
Nikel sangat penting untuk kekuatan dan ketangguhan dalam baja dengan cara mempengaaruhi proses tranformasi fasanya. Jika Ni banyak maka austenit akan stabil hingga mencapai temperatur kamar.

f.Molibden (Mo)
Meningkatkan kadar kekerasan,ketangguhan,keuletan,ketahanan baja terhadap temperatur yang tinggi.

g.Wolfram (Wo)
Senyawa ini akan membentuk senyawa Carbidda di dalam material. Sehingga akan menyebabkan material menjadi lebih kuat,tahan abrasi serta memperlambat pertumbuhan butir di dalam kawasan HAZ

h.Vanadiun (Va)
Memeberikan pengaruh positf terhadap kekuatan tarik, kekuatan dan kekerasan pada tmperatur tinggi seta meningkatkan batas mulur juga. Biasanya digunakan untuk perkakas kontruksi yang akan menerima tegangan tinggi.