ARTIKEL MATERIAL TEKNIKVANADIUM, PHOSPORE DAN CAMPURANNYA DENGAN BESI

WAHYU SAPUTRA14504241038A3

PENDIDIKAN TEKNIK OTOMOTIF S-1FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

VANADIUMA. SejarahVanadium ditemukan pertama kali oleh del Rio pada tahun 1801. Sayangnya, seorang ahli kimia Perancis dengan salah menyatakan bahwa unsur baru del Rio hanyalah krom yang tidak murni. Del Rio pun menyangka dirinya salah dan menerima pernyataan ahli kimia Perancis itu.Unsur ini akhirnya ditemukan ulang pada tahun 1830 oleh Sefstrom, yang menamakan unsur itu untuk memuliakan dewi Skandinavia, Vanadis, karena aneka warna senyawa yang dimilikinya. Vanadium berhasil diisolasi hingga nyaris murni oleh Roscoe, pada tahun 1867 dengan mereduksi garam kloridanya dengan hidrogen.Vanadium tidak dapat dimurnikan hingga kadar 99.3% 99.8% hingga tahun 1922.Vanadium adalah unsur kimia dengan lambang V dan nomor atom 23. Vanadium adalah lembut, abu-abu keperakan, ulet logam transisi. Vanadium diproduksi di Cina dan Rusia dari baja peleburan perak, negara-negara lain memproduksinya baik dari debu cerobong minyak berat, atau sebagai produk sampingan dari pertambangan uranium. Hal ini terutama digunakan untuk memproduksi baja khusus paduan seperti baja alat kecepatan tinggi. Senyawa vanadium pentoxide digunakan sebagai katalis untuk produksi asam sulfat.Vanadium ditemukan di banyak organisme, dan digunakan oleh beberapa bentuk kehidupan sebagai pusat aktif enzim. Vanadium juga merupakan cahaya putih, lembut, ulet logam dengan kekuatan struktural yang baik. Vanadium tahan terhadap serangan alkali, asam klorida, asam sulfat, dan air garam. Mengoksidasi logam di udara di sekitar 660o C ke pentoxide(V2O5).

B.SumberVanadium ditemukan dalam 65 mineral yang berbeda, di antaranya karnotit, roskolit, vanadinit, dan patronit, yang merupakan sumber logam yang sangat penting. Vanadium juga ditemukan dalam batuan fosfat dan beberapa bijih besi, juga terdapat dalam minyak mentah sebagai senayawa kompleks organik. Vanadium juga ditemukan sedikit dalam batu meteor. Vanadium juga ditemukan dalam bauksit dan bahan bakar fosil deposito.Produksi komersial berasal dari abu minyak bumi dan merupakan sumber Vanadium yang sangat penting. Kemurnian yang sangat tinggi diperoleh dengan mereduksi vanadium triklorida dengan magnesium atau dengan campuran magnesium-natrium. Sekarang, kebanyakan logam vanadium dihasilkan dengan mereduksi V2O5 dengan kalsium dalam sebuah tabung bertekanan, proses yang dikembangkan oleh McKenie dan Seybair.

C.IsotopVanadium alam merupakan campuran dari 2 isotop, yakni Vanadium-50 sebanyak 0.24% dan Vanadium -51 sebanyak 99.76%. Vanadium-50 sedikit radioaktif, memiliki masa paruh lebih dari 3.9 x 1017 tahun. Ada sembilan isotop lainnya yang tidak stabil Sifat-sifat Vanadium murni adalah logam berwarna putih cemerlang dan lunak. Tahan korosi terhadap larutan basa, asam sulfat, dan asam klorida, juga air garam. Tetapi logam ini teroksidasi di atas 660oCVanadium memiliki kekuatan struktur yang baik dan memiliki kemampuan fisi neutron yang rendah , membuatnya sangat berguna dalam penerapan nuklir . Vanadium memiliki 18 isotop yang setengah-hidup diketahui, dengan nomor massa 43-60. Dari jumlah tersebut, satu stabil.

D.Aplikasi Alat terbuat dari baja vanadium. Sekitar 85% dari vanadium yang dihasilkan digunakan sebagai ferrovanadium atau sebagai baja tambahan. Yang cukup meningkatkan kekuatan dalam baja dan mengandung sejumlah kecil vanadium yang ditemukan pada awal abad ke-20. Vanadium bentuk nitrida dan karbida stabil, menghasilkan peningkatan yang signifikan dalam kekuatan baja. Sejak saat itu baja vanadium digunakan untuk aplikasi di as roda, frame sepeda, crankshafts, roda gigi, dan komponen penting lainnya. Ada dua kelompok paduan baja yang mengandung vanadium. paduan Vanadium dan baja yang tinggi, mengandung vanadium 0,15-0,25% dan alat baja yang berkecepatan tinggi (HSS) dengan konten vanadium berkisar dari 1% sampai 5%. Untuk alat baja berkecepatan tinggi, kekerasan dapat mencapai di atas HRC 60. Alat baja yang berkecepatan tinggi, digunakan dalam instrumen alat-alat pemotong. Vanadium menstabilkan bentuk beta titanium dan meningkatkan kekuatan dan stabilitas suhu titanium. Dicampur dengan aluminium di titanium paduan digunakan dalam mesin jet dan airframes berkecepatan tinggi. Salah satu paduan yang umum adalah Titanium 6Al-4V, sebuah paduan titanium dengan 6% aluminium dan 4% vanadium. Penggunaan lain, Vanadium kompatibel dengan besi dan titanium, vanadium foil karena itu digunakan dalam cladding titanium untuk baja. Yang moderat neutron termal-capture berpenampang dan waktu paruh dari isotop yang dihasilkan oleh neutron dapat menangkap vanadium dan membuat bahan yang cocok yang terstruktur dari bagian dalam sebuah reaktor fusi. Beberapa paduan vanadium menunjukkan perilaku superkonduktor. Pertama A15 fase superkonduktor adalah senyawa vanadium, V 3 Si, yang ditemukan pada tahun 1952. Vanadium-rekaman galium digunakan dalam superkonduktor magnet (17,5 teslas atau 175.000 Gauss). Struktur A15 superkonduktor fase V 3 Ga mirip dengan yang lebih umum Nb 3 Sn dan Nb 3 Ti. Vanadium dapat digunakan untuk melindungi baja terhadap karat dan korosi oleh lapisan konversi elektrokimia. Lithium oksida vanadium telah diusulkan untuk digunakan sebagai anoda dengan kepadatan energi yang tinggi untuk baterai lithium ion, di 745 Wh / L ketika dipasangkan dengan lithium kobalt oksida katoda. Hal ini telah diusulkan oleh beberapa peneliti bahwa jumlah yang kecil, 40-270 ppm, vanadium dalam Wootz baja dan baja Damaskus, secara signifikan meningkatkan kekuatan materi baja tersebut.

E.Produksi Kebanyakan vanadium digunakan sebagai ferrovanadium sebagai aditif untuk meningkatkan baja. Ferrovanadium dihasilkan secara langsung dengan mengurangi campuran vanadium oksida, oksida besi dan besi dalam tanur listrik. Vanadium-bantalan magnetit bijih besi merupakan sumber utama untuk produksi vanadium. vanadium diproses di Pig Iron yang dihasilkan dari bantalan vanadium magnetit. Selama produksi baja, oksigen yang tertiup ke Pig Iron, mengoksidasi karbon dan sebagian besar kotoran lain, membentuk terak. Tergantung pada bijih yang digunakan, yang terak berisi sampai dengan 25% dari vanadium. Logam vanadium diperoleh melalui proses multilangkah yang diawali dengan pemanggangan bijih hancur dengan NaCl atau Na 2 CO 3 pada sekitar 850 C untuk memberikan natrium metavanadate (NaVO 3).Sebuah ekstrak berair padat ini adalah diasamkan untuk memberikan "kue merah", sebuah garam polyvanadate, yang dikurangi dengan kalsium logam. Sebagai alternatif untuk produksi skala kecil, vanadium pentoxide berkurang dengan hidrogen atau magnesium. Banyak metode-metode lain juga digunakan, dalam semua yang vanadium dihasilkan sebagai hasil sampingan proses-proses lain. Pemurnian vanadium dimungkinkan oleh proses bar kristal dikembangkan oleh Ini melibatkan pembentukan logam iodida, dalam contoh ini vanadium (III) iodida, dan dekomposisi berikutnya untuk menghasilkan logam murni.

F.Ferro Vanadium

Ferro Vanadium adalah paduan yang dibentuk dengan menggabungkan besi dan vanadium dengan berbagai konten vanadium 35% -85%. Ferro Vanadium adalah pengeras universal, penguat dan anti-korosif aditif untuk baja seperti kekuatan tinggi paduan rendah (HSLA) baja, alat baja, serta produk-produk besi berbasis lainnya. Ferro Vanadium pertama kali digunakan dalam produksi Ford Model T dan masih digunakan dalam industri otomotif saat ini.

Sifat Ferro VanadiumFerro Vanadium, sebagai aditif untuk proses produksi logam besi, akan menyampaikan beberapa sifat yang diinginkan pada senyawa baru yang dihasilkan. Salah satu manfaat utama menambahkan Ferro Vanadium ke paduan stabilitas terhadap alkali serta sulfat dan asam klorida. Selain itu, penambahan Ferro Vanadium ke paduan dapat menghasilkan produk baja tidak rentan terhadap korosi jenis apa pun. Ferro Vanadium juga digunakan untuk mengurangi berat badan sekaligus meningkatkan kekuatan tarik dari suatu material.

Gambar Bongkahan Ferro Vanadium

PHOSPOREBesi dengan fosfor akan membentuk senyawa fosfid Fe3P dan Fe2P. Antara Fe3P dengan besi akan membentuk eutektikum pada temperatur 1050 oC dan kandungan P 10,5%. Paduan Besi Fosfor membeku secara stabil walaupun pendinginan dilakukan dengan cepat. Pada pendinginan yang lambat (sekitar 50 K/menit) akan terbentuk Fe2P yang tidak stabil dan membentuk eutektikum pada temperatur 945 oC dan kandungan P = 12,5%.

Diagram biner Fe-PP termasuk dalam golongan unsur paduan yang mempersempit daerah paduan besi-fosfor. Pada kandungan P = 0,6%, struktur paduan besi-fosfor yang bebas karbon sudah akan feritis penuh.Pada paduan baja-karbon, kandungan P umumnya adalah 0,06%. Hanya pada beberapa baja khusus saja yang memiliki kandungan P sampai 0,3%. Karena pada temperatur kamar P dapat larut sampai 0,6% didalam besi , maka sampai dengan kandungan ini tidak akan menghasilkan fasa-fasa khusus didalam baja. Terutama karena Fe3P tidak terbentuk didalam baja (tidak seperti pada besi cor).Perlu diperhatikan, bahwa karena perbedaan temperatur yang besar antara likuidus dan solidus, juga karena lambatnya kecepatan difusi P kedalam besi, maka kristal campuran (austenit) akan memiliki kecenderungan yang kuat untuk terjadinya segregasi kristal.Dendrit-dendrit yang terbentuk pada awal proses kristalisasi akan memiliki kandungan P jauh lebih sedikit dari kristal yang terbentuk dari sisa cairan, dimana disini terjadi pengayaan kandungan P. Perbedaan kandungan P pada struktur kristal ini tidak dapat diubah dengan mudah baik pada proses pengerjaan panas maupun pada saat perlakuan panas biasa terhadap baja. Segregasi P ini baru dapat dihomogenkan melalui suatu proses pemanasan yang lama dan mahal pada temperatur yang sangat sedikit dibawah temperatur solidusnya (diffusions heattreatment). Untuk mencegah segregasi ini, maka stu-satunya cara yang dianjurkan adalah dengan mengendalikan kandungan P didalam baja serendah-rendahnya.Disamping segregasi P secara primer tersebut diatas, terdapat kemungkinan terjadinya segregasi P secara sekunder, dimana pada saat pendinginan, ferrit yang terbentuk dari austenit memiliki kemampuan melarutkan P lebih tinggi dari austenit. Sehubungan dengan kecepatan larut P yang sangat rendah dan temperatur pembentukan yang juga lebih rendah, maka segregasi P ini tidak dapat dihindari. Maka pada struktur, kristal-kristal akan memiliki kandungan P yang berbeda-beda.Segregasi P primer juga akan berpengaruh terhadap pembentukan struktur perlit-ferit. Kelarutan C didalam austenit akan menurun akibat adanya P. Apabila segregasi P ini terjadi pada kristal campuran (austenit), maka atom-atom C akan terdesak dan menumpuk pada bagian kristal yang miskin P, sehingga sudah sejak fasa austenit dan pada temperatur tinggi dapat terjadi pembentukan struktur karbon.Pada proses pendinginan, kristal (ferit) akan terbentuk pada struktur yang miskin C yang notabene kaya akan P. Pada saat yang sama perlit terbentuk pula pada bagian struktur yang kaya dengan unsur C yang miskin P. Akibatnya akan terjadi inhomogenitas struktur perlit-ferrit yang hanya dapat dihilangkan melalui peningkatan temperatur proses normalisasi.Hal lain yang sangat perlu diperhatikan adalah kemungkinan akan terjadinya segregasi rongga gas pada produk baja. Proses pendinginan baja cair akan selalu terjadi pelepasan gas dalam bentuk rongga-rongga yang mengapung kepermukaan atas. Pergerakan rongga gas ini semakin melambat bersama dengan turunnya temperatur cairan sehingga lambat-laun akan tinggal diam didalam cairan yang semakin kental. Pada saat ini, tekanan udara didalam rongga-rongga gas juka akan ikut menurun dan bergerak kearah sisa cairan yang kaya dengan kandungan P (dan S) serta berkumpul menjadi koloni rongga-rongga gas didaerah ini.

Rongga gas di dalam produk bantalan dari bahan bajaAtas: Tanpa etsa. Dengan metode Oberhoffer. Segregasi P terlihat berwarna terang.

Segregasi P pada baja-baja teknik sangat dihindari mengingat inhomogenitas struktur yang disebabkannya, dimana hal ini juga akan mengakibatkan perbedaan kekerasan, kekuatan maupun keuletan. Perbedaan kekuatan dan keuletan pada struktur mikro akan menimbulkan tegangan dalam yang besar yang akhirnya mengakibatkan terjadinya keretakan.

P juga menjadi penyebab perapuhan baja pada keadaan dingin yang ditunjukkan dengan peningkatan kekuatan namun dengan demikian menurunkan mampu takiknya sebagaimana ditunjukkan pada tabel berikut:Baja dengans [N/mm2]s [N/mm2]HBd [%]Impack [J/cm2]

0% P28034010030340

0,2% P36041012530200

0,4% P440480155250

Tabel Penurunan harga impak akibat pengaruh kandungan P pada BajaKandungan P tinggi (sampai dengan 0,6%) didalam baja hanya dilakukan pada kasus-kasus tertentu saja khususnya pada produk-produk tipis, sebab P meningkatkan fluiditas cairan sehingga mampu alirnya meningkat cukup tinggi.

Tabel ALLOYPV

Sifat Mekanik:EE

Tensile StrenghtenR

Elongation

Technological:

Machineability

Forgeability

Deep Drawing

Chemical Properties:

Red-Shortness

Scalling Resistance

Rusting Or CorrosionRR

Electrical Poperties

Electrical ResistanceE

Magnetic PropertiesEE

Keterangan: E=ElevatedR=Reduced