Logam / PaduanPolimerCeramicKompositSemikonduktorBiomaterials

Logam/paduan logam :inti atom + awan elektron, konduktor listrik & panas, tidak transparan, kuat, dapat dibentuk

Ceramic : logam-oksida/nitrida/karbida, keras & rapuh, isolator listrik & panas, tahan suhu tinggi & lingkungan ganas

Polimer : senyawa organik dengan struktur molekul sangat besar, densitas rendah, sangat lentur

Komposit : gabungan dari 2 jenis bahan kombinasi watak terbaikcontoh : gelas (kuat) + polimer (lentur) fiberglass

Semikonduktor :

perilaku listrik antara konduktor & isolator, tergantung konsentrasi pengotor (skala <<<), elektronik

Biomaterials :

ke-5 jenis bahan di atas, tidak menghasilkan bahan beracun, compatible dengan jaringan tubuh

Klasifikasi Paduan Besi Paduan logam

Dasar besi nonferrous

Baja Besi tuang

Paduan rendah

C rendah C medium C tinggi

Polos

HSLA

Polos

Heattreatable

Polos

Baja perkakas

Paduan tinggi

Baja Tahan karat

Besi kelabuBesi

nodular

Besi putih Besi malleable

Paduan Fe-C : - besi - baja - besi tuang

besi komersial : C < 0,008 %-bbaja : 0,008 %-b C < 2,14 %-b; tetapi jarang C > 1%-b besi tuang : 2,14%-b C < 6,7 %-b; komersial C < 4,5 %-b

PADUAN BESI (§ 11)

Paling banyak digunakan karena :

1. Senyawa Fe terdapat dalam jumlah besar dalam kerak bumi

2. Besi dan baja dapat diproduksi secara ekonomis

3. Paduan besi mudah direkayasa

Kekurangan : rawan korosi

BAJA KARBON

paling banyak dipakai dan diproduksi murah dan mudah didapat C 1 %

Baja Karbon Rendah C 0,25 % ; pengotor : P, Mn, S, Si

relatif lunak, kurang kuat, ulet, tangguh non-heat treatable mampu las, mampu mesin, murah pemakaian : konstruksi bangunan, badan kendaraan, tin cans

HSLA ( High Strength Low Alloy Steel ) = baja karbon rendah + Cu/Ni/Mo/Cr/V 10 % berat

ulet, mudah dibentuk, mampu mesin

pemakaian : pressure vessel, menara, jembatan, ...

lebih tahan korosi atmosferik dari pada baja karbon rendah polos

Kode a Komposisi (%-b) (+ P 0,04; S 0,05; Si 0,30)

AISI/SAE/ASTM UNS C Mn Lainnya

Baja Karbon Rendah Polos

1010G1010

0 0,10 0,45

1020G1020

0 0,20 0,45

A36 K02600 0,29 1,00 Cu 0,20 (min)

A516 Grade 70 K02700 0,31 1,00 Si 0,25

Baja Paduan Rendah Kekuatan Tinggi (HSLA)

A440 K12810 0,28 1,35 Si 0,35 (max); Cu 0,20 (min)

A633 Grade E K12002 0,22 1,35Si 0,30; V 0,08; N 0,02; Nb 0,03

A656 Grade 1 K11804 0,18 1,60Si 0,60; V 0,1; Al 0,20; N 0,015

Baja Karbon Medium C : 0,25 – 0,6 % Heat treatable Lebih keras, lebih kuat, tetapi kurang ulet daripada baja C

rendah Tahan korosi atmosferik Pemakaian : roda, roda gigi, poros

Baja Karbon Tinggi C : 0,6 – 1,4 % Baja paling keras, paling kuat, tetapi kurang ulet Dapat dikeraskan tahan aus dan tetap tajam Penggunaan : baja perkakas, cetakan (dies) dan baja pegas,

cutting tools + Cr,V,W,Mo senyawa karbida yang keras dan tahan aus

AISI/SAE UNS

Rentang Komposisi (%-b unsur pemadu selain C)

Ni Cr Mo Lain-lain

10xx, polosG10xx

0

11xx, free machining

G11xx0 S 0,08 – 0,33

12xx, free machining

G12xx0

S 0,10 – 0,35; P 0,04 – 0,12

13xxG13xx

0 Mn 1,60 – 1,90

40xxG40xx

00,20 – 0,30

41xxG41xx

00,80 – 1,10

0,15 – 0,25

43xxG43xx

01,65 – 2,00

0,40 – 0,90

0,20 – 0,30

46xxG46xx

00,70 – 2,00

0,15 – 0,30

48xxG48xx

03,25 – 3,75

0,20 – 0,30

51xxG51xx

00,70 – 1,10

61xxG61xx

00,50 – 1,10 V 0,10 – 0,15

86xxG86xx

00,40 – 0,70

0,40 – 0,60

0,15 – 0,25

92xxG92xx

0 Si 1,80 – 2,20

xx = %-b karbon x 100

BAJA PERKAKAS

AISI UNS

Komposisi (%-b)

aplikasiC Cr Ni Mo W V

M1T1130

1 0,85 3,750,30 maks 8,70 1,75 1,20

Bor, gergaji, alat bubut dan serut

A2T3010

2 1,00 5,150,30 maks 1,15 - 0,35 Penusuk, Cetakan Tekan

D2T3040

2 1,50 120,30 maks 0,95 -

1,10 maks

Alat makan (sendok, garpu, pisau), Cetakan Tarik

O1T3150

1 0,95 0,500,30 maks - 0,50

0,30 maks Mata gunting, Alat potong

S1T4190

1 0,50 1,400,30 maks

0,50 maks 2,25 0,25 Pemotong pipa, bor beton

W1T7230

1 1,100,15 maks

0,20 maks

0,10 maks

0,15 maks

0,10 maks

Alat pertukangan Logam, Alat pertukangan Kayu

BAJA TAHAN KARAT(Stainless Steel)

Pemadu utama : Cr 11% Cr = unsur reaktif produk reaksi Cr = lapisan pasif

baja dengan Cr 11% : tahan korosi di berbagai lingkungan

Unsur pemadu lain : Ni, Mo Menurut strukturmikro, dibedakan atas : baja tahan karat

- martensitik, feritik, austenitik

Baja Tahan Karat Martensitik C : 0,1 - 0,7% ; Cr : 12 – 17% Keras, kuat, kurang ulet ; magnetic Dapat dikeraskan dengan heat treatment, tahan panas Kurang tahan korosi daripada baja tahan karat yang lain

Baja Tahan Karat Feritik Cr > 16 – 18% Tidak dapat dikeraskan dengan heat treatment Ketahanan korosi : martensitik < feritik < austenitik Tahan retak korosi tegangan (SCC) ; magnetik

Baja Tahan Karat Austenitik 18% Cr dan 8% Ni stainless steel 18 – 8 = baja tahan karat seri 300 (Ni tinggi) dan seri 200 (Ni+Mn) Tidak dapat dikeraskan dengan heat treatment Tahan korosi atmosferik sampai lingkungan industri kimia Pemakaian : konstruksi arsitektural, perabot dapur, alat

makan, turbin, reaktor, alat – alat proses yang lain Yang paling umum : tipe 304, 304L, 316, 316L Non magnetik

AISI UNSKomposisi

(%-b) Kondisi

Perilaku Mekanik

Aplikasi

Kuat Tarik (MPa)

Kuat Luluh (MPa)

Keuletan

(%EL)

Ferritic

409S4090

0

C 0,08; Cr 11,0; Mn 1,0;

Ni 0,50; Ti 0,75 annealed 380 205 20

Knalpot, tangki semprotan anti hama

446S4460

0C 0,20; Cr 25;

Mn 1,5 annealed 515 275 20

Kerangan T >, cetakan gelas, karburator

Austenitic

304S3040

0C 0,08; Cr 19; Ni 9; Mn 2,0 annealed 515 205 40

Alat proses kimia & pangan, bejana T <<

316LS3160

3

C 0,03; Cr 17; Ni 12; Mo 2,5;

Mn 2,0 annealed 485 170 40Konstruksi yang di-las

Martensitic

410S4100

0C 0,15; Cr

12,5; Mn 1,0annealed

Q & T485825

275620

2012

Alat makan, komponen mesin jet

440AS4400

2

C 0,70; Cr 17; Mo 0,75; Mn

1,0annealed

Q & T725

1790415

1650205

Alat makan, alat bedah

Precipitation Hardenable

17-7PH

S17700

C 0,09; Cr 17; Ni 7; Al 1,0; Mn

1,0

Precipitation

hardened 1450 1310 1 - 6Per, pisau, bejana bertekanan

BESI COR = BESI TUANG (CAST IRON)

C : 3 – 4,5% (daerah eutektik) titik leleh rendah (1150 – 1300oC) mudah dicor

rapuh 4 jenis besi tuang : besi kelabu, besi nodular,

besi putih dan besi malleable

Besi cor kelabu (gray cast irons)• C : 2,5 – 4 % ; Si : 1,0 – 3,0%• Grafit berbentuk serpihan (flakes) permukaan patahan;

kelabu• Tidak kuat & rapuh• Efektif meredam energi vibrasi; tahan aus• High fluidity at casting temperature, low casting shrinkage• Penggunaan : cylinder block, cylinder head, pistons

Klasifikasi Besi Cor Fe + (3 – 4,5%)C

cairCor langsung + Mg/Ce, cor

Pendinginan Pendinginan

cepat sedang lambat lambatsedang

Besi putih Besi kelabuperlitik

Besi kelabu feritik

Besi cornodularperlitik

Besi cornodularferitik

P+Fe3CP+Gf +Gf

+Gn

P+GnPemanasan30 jam 800 – 900 oC

Pendinginan

cepat

lambat

Besi maleabel perlitik

Besi maleabel feritik

P+Gr

+Gr

Besi Nodular/Duktil (nodular/ductile iron) + Mg dan/ Ce grafit berbentuk nodul (seperti bola) Lebih kuat & lebih ulet daripada besi kelabu, sifat mekanik baja Penggunaan : valves, pump bodies, crankshafts, gears, automotive

& machine components

Besi Putih Si < 1%-berat laju pendinginan cepat karbon membentuk Fe3C permukaan

patahan : putih Permukaan keras & tahan aus roller dalam rolling mills

Besi Malleable Besi putih dipanaskan pada 800 – 900 oC selama t>, dalam

atmosfer netral Fe3C terdekomposisi grafit berbentuk cluster atau rosettes

Kuat & duktil atau malleable Penggunaan :

automotive: connecting rods, transmission gears Heavy duty services : flanges, pipe fittings, valves

Gbr.12.6

a : besi kelabub : besi nodularc : besi putihd : besi malleable

PADUAN NONFERROUS

Al dan Paduannya Ringan (ρ = 2,7 g/cm3), penghantar panas dan listrik Al = logam aktif produk oksidasi = Lapisan pasif Al &

paduannya tahan korosi atmosferik, netral dan asam Al : lunak, sangat ulet (mampu giling hingga jadi Al-foil),

tidak kuat, tidak tahan T tinggi (titik leleh 660°C) Tahan korosi & sifat mekanik baik pada T sangat rendah

alat proses cryogenic Penggunaan: konstruksi pesawat, kaleng minuman, engine

blocks, piston, dll Kuat spesifik = kuat tarik / berat jenis >> bahan

konstruksi alat transport Unsur pemadu Al : Cu, Mg, Si, Mn, Zn

Aluminium

Association Number

UNS Numbe

r

Komposisi (%-b)

Kondisi (temper)

Perilaku Mekanik

Aplikasi / KarakteristikKuat Tarik (MPa)

Kuat Luluh (MPa)

Keuletan (%EL)

Paduan Tak Mampu Olah Panas, Tempa

1100 A91100 Cu 0,12 Anil (O) 90 35 35 - 45 alat pengolah & penyimpan bahan kimia / pangan, penukar panas, reflektor cahaya

3003 A93003Cu 0,12; Mn 1,2; Zn 0,1

Anil (O) 110 40 30 - 40 alat masak, bejana bertekanan, pipa

5052 A95052Mg 2,5; Cr

0,25

Strain hardened

(H32)230 195 12 - 18

saluran bahan bakar & minyak di pesawat, tangki bahan bakar, paku keling, kawat

Paduan Mampu Olah Panas, Tempa

2024 A92024Cu 4,4; Mg 1,5; Mn 0,6

Olah panas (T4)

470 325 20 struktur pesawat, paku keling, roda truk, sekrup

6061 A96061Mg 1,0; Si

0,6; Cu 0,30; Cr 0,20

Olah panas (T4)

240 145 22 - 25Truk, kano, gerbong kereta, perabot rumah tangga, pipa

7075 A97075Zn 5,6; Mg 2,5; Cu 1,6;

Cr 0,23

Olah panas (T6)

570 505 11Bagian struktur pesawat & aplikasi bertegangan tinggi

Paduan Mampu Olah Panas, Cor

295.0 A02950Cu 4,5; Si 1,1Olah

panas (T4)

221 110 8,5 roda gila, roda bis & pesawat, crankcase

356.0 A03560Si 7,0; Mg

0,3

Olah panas (T6)

228 164 3,5 bagian pompa pesawat, kotak transmisi mobil, blok silinder

Aluminium

Association Number

UNS Numbe

r

Komposisi (%-b)

Kondisi (temper)

Perilaku Mekanik

Aplikasi / KarakteristikKuat Tarik (MPa)

Kuat Luluh (MPa)

Keuletan (%EL)

Paduan Al - Li

2090 -Cu 2,7; Mg

0,25; Li 2,25; Zr 0,12

Olah panas, cold

worked (T83)

455 455 5 struktur pesawat terbang, struktur tangki cryogenic

8090 -Cu 1,3; Mg 0,95; Li 2,0;

Zr 0,1

Olah panas, cold

worked (T651)

465 360 - struktur pesawat terbang yang harus sangat tahan rusak

Cu dan Paduannya Penghantar panas dan listrik, lunak, ulet tahan korosi atmosferik, air laut dan beberapa bahan kimia

industrial Tidak tahan lingkungan oksidatif dan ammonia Tidak dapat dikeraskan/dikuatkan dengan heat treatment

harus dengan coldwork / solid solution alloying, juga untuk ketahanan korosi

Cu – Zn = kuningan (brass): yellow-, naval-, cartridge-brass, muntz metal, gilding metalpenggunaan : perhiasan, selongsong peluru, radiator mobil, alat musik, elektronik, coin, pegangan pintu, kerangan

Cu – Sn/Al/Si = perunggu (bronze)lebih kuat daripada brass, tahan korosi: Phosphor bronze bellows, spring, kawat las kuningan, dll Tin bronze bearings, piston ring, gears, dll

Cu – Ni = copper-nickel condenser, heat exchanger tube, saltwater piping

Nama Paduan

UNS Number

Komposisi (%-b)

Kondisi

Perilaku Mekanik

AplikasiKuat Tarik (MPa)

Kuat Luluh (MPa)

Keuletan (%EL)

Paduan Tempa

Electrolytic Tough Pitch

C11000

O 0,04 anil 220 69 45

Kawat listrik, paku keling, ayakan, gasket, penggorengan, paku, atap

Beryllium Copper

C17200

Be 1,9; Co 0,20

Precipitation

hardened

1140 - 1310

690 - 860

4 - 10Per, bellows, firing pins, bushings, keran, diafragma

Cartridge brass

C26000

Zn 30

anil 300 75 68 inti radiator mobil, komponen amunisi, dudukan lampu, cangkang lampu senter, kickplates

Cold worked

(H04 hard)525 435 8

Phosphor bronze, 5%

A

C51000

Sn 5; P 0,2

anil 325 130 64 Bellows, piringan kopling, diafragma, penjepit sekring, per, kawat las

Cold worked

(H04 hard)560 515 10

Copper nickel, 30%

C71500

Ni 30

anil 380 125 36Komponen kondensor & penukar panas, pipa air laut

Cold worked

(H02 hard)515 485 15

Paduan Cor

Leaded yellow brass

C85400

Zn 29, Pb 3, Sn

1As cast 234 83 35

Perabot, fitting radiator, dudukan lampu, jepit

Tin bronzeC9050

0Sn 10; Zn 2

As cast 310 152 25Bearings, bushings, piston rings, steam fittings, gears

Al - bronzeC9540

0Fe 4; Al

11As cast 586 241 18

Bearings, gears, bushings, valve seats & guards, etc

Ni dan Paduannya Tahan korosi lingkungan basa Tahan SCC dan pitting Mahal Paduan : Ni murni komersial

Ni – Cu = monel Ni – Cr(-Fe) = inconel Ni – Cr – Mo – … = hastelloy, superalloys

Nama paduan

Komposisi (%-berat) σy σu el

Ni Cu Cr Fe Mo C Mn SiLain-lain

MPa MPa %

Ni komersial, Nickel 200

99,5 0,13 0,2 0,08 0,18 0,18 148 462 47

Nickel 201, low carbon

99,5 0,13 0,2 0,01 0,18 0,18

Monel 400 63,0 31,0 2,5 0,3 0,2 0,5 240 550 40

Inconel 625 58,0 21,5 5,0 9,0 0,08

Nb+Ta

3,65; Co 1,0

517 930 42,5

Invar (K93601)

36 64 276 517 30

Hastelloy B 61 5,0 28 0,05 1,0 1,0Co 2,5

Ti dan Paduannya Ringan (densitas = 4,5 g/cm3) Titik leleh tinggi, 1668 oC Kuat, sangat ulet, mudah ditempa dan dimesin Susah dibuat mahal Tahan korosi di udara, di laut dan di

lingkungan industri Penggunaan : struktur pesawat terbang,

pesawat angkasa luar, peralatan industri kimia

Jenis Paduan

Nama umum (UNS Number)

Komposisi (%-b)

Kondisi

Perilaku Mekanik

AplikasiKuat Tarik (MPa)

Kuat Luluh (MPa)

Keuletan (%EL)

Murni komersi

al

Unalloyed(R50500)

Ti 99,1 anil 484 414 25Komponen mesin jet, peralatan tahan korosi marine & industri kimia

Ti-5Al-2.5Sn(R54520)

Al 5; Sn 2,5; Ti

anil 826 784 16Komponen mesin turbin gas, alat proses T tinggi

Near Ti-8Al-1Mo-

1V (R54810)

Al 8; Mo 1; V 1; Ti

Anil (duplex)

950 890 15Komponen mesin jet yang ditempa

- Ti-6Al-4V(R56400)

Al 6; V 4; Ti

anil 947 877 14

Implant kekuatan tinggi, alat proses, komponen struktur badan pesawat

-Ti-6Al-6V-

2Sn(R56620)

Al 6; Sn 2; V 6;

Cu 0,75; Ti

anil 1050 985 14

selubung mesin roket, struktur badan pesawat kekuatan tinggi

Ti-10V-2Fe-3Al

V 10; Fe 2; Al 3;

Ti

Solution heat

treatment + aging

1223 1150 10

Kombinasi kekuatan tinggi & ketangguhan terbaik, kuat tarik seragam di permukaan & di dalam, komponen badan pesawat kekuatan tinggi