Nonferrous Metals and Alloys : Production, General Properties, and Applications

Pendahuluan

Logam dan Nonferrous alloys mencakup beragam bahan, dari logam yang lebih umum, seperti aluminium, tembaga, dan magnesium, untuk high-strength high-temperature alloys, seperti tungsten, tantalum, dan molibdenum. Meskipun lebih mahal daripada logam besi (Tabel 6.1; lihat juga Tabel 5.1), logam dan paduan nonferrous memiliki aplikasi-aplikasi penting karena banyak sifat-sifat mereka, seperti ketahanan korosi, listrik dan konduktivitas termal tinggi, berat jenis rendah, kemudahan fabrikasi, dan berbagai warna pilihan.

Sebuah mesin jet turbofan untuk pesawat Boeing 757 biasanya berisi nonferrous berikut logam dan paduan: 38 persen titanium, 37 persen nikel, 12 persen kromium, kobalt 6 persen, 5 persen aluminium, 1 persen niobium (columbium), dan 0,02 persen tantalum. Tanpa bahan-bahan ini, mesin jet (Gambar 6.1) tidak dapat dirancang, diproduksi, dan dioperasikan pada energi dan diperlukan dalam level efisiensi.

Contoh umum aplikasi dari nonferrous logam dan paduan aluminium untuk memasak peralatan dan badan pesawat, kawat tembaga untuk listrik dan pipa tembaga untuk air pada rumah tinggal, seng untuk karburator, titanium untuk turbin mesin jet-blades dan perangkat palsu (seperti kaki palsu), dan tantalum untuk mesin roket.

* Sebagai molding senyawa

Catatan: Biaya yang sangat signifikan dengan jumlah pembelian, Penawaran dan permintaan, ukuran dan bentuk, dan berbagai faktor lainnya.

gambar 6.1

Bab ini akan memperkenalkan sifat-sifat umum, metode produksi, dan aplikasi teknik yang penting untuk nonferrous logam dan paduan. Anda akan belajar tentang sifat-sifat manufaktur bahan-bahan ini, seperti formability, machinability, dan weldability, di berbagai bab di seluruh teks ini.

6.2 Aluminium dan Paduan Aluminium

Faktor-faktor penting dalam memilih aluminium (Al) dan paduannya yaitu high strength-to-weight ratio, ketahanan terhadap korosi oleh banyak bahan kimia, listrik dan konduktivitas termal tinggi, nontoxicity, penampilan, dan kemudahan formability dan machinability, dan mereka juga nonmagnetik .

Keutamaan dari penggunaan aluminium dan paduan aluminium, dalam urutan penurunan konsumsi, adalah wadah dan kemasan (kaleng dan aluminium foil), bangunan dan jenis-jenis konstruksi, transportasi (pesawat dan kedirgantaraan aplikasi, bus, mobil, gerbong kereta, dan kerajinan laut) , listrik (ekonomis dan nonmagnetik konduktor listrik), konsumen tahan lama (peralatan rumah tangga, peralatan memasak, dan mebel), dan peralatan portabel (Tabel 6.2 dan 6.3) Hampir semua transmisi tegangan tinggi kabel yang terbuat dari aluminium. Struktural mereka (beban) komponen, 82 persen dari pesawat Boeing 747 dan 79 persen dari pesawat Boeing 757 yang terbuat dari aluminium.

Paduan aluminium tersedia sebagai produk pabrik, yaitu produk tempa yang dibuat ke dalam berbaga i bentuk dari rolling, ekstrusi, menggambar, dan penempaan. Aluminium ingot adalah tersedia untuk casting, seperti halnya bubuk bubuk metalurgi logam untuk aplikasi. Ada dua jenis paduan aluminium tempa: (1) paduan yang dapat dikeraskan dengan cara cold working dan not heat-treatable, dan (2) paduan yang dikeraskan dengan cara heat treatment. Teknik telah dikembangkan di mana sebagian besar paduan aluminium dapat dkerjakan dengan proses permesinan, dibentuk, dan dilas dengan relatif mudah.

Aluminium pertama kali diproduksi pada tahun 1825. Aluminium adalah elemen logam paling berlimpah dalam kerak bumi, yang terdiri dari sekitar 8 persen dari kerak, dan diproduksi dalam jumlah kedua setelah besi. Bijih utama untuk aluminium adalah bauksit, yang hydrous (air yang mengandung) aluminium oksida dan mencakup berbagai oksida lainnya. Setelah tanah liat dan kotoran dicuci, lalu bijih dihancurkan menjadi serbuk dan di proses dengan perlakukan panas kaustik soda (natrium hidroksida) untuk menghilangkan kotoran. Alumina (aluminium oksida) dari solusi ini diekstrak dan terlarut dalam sodium-fluorida cair dan aluminum-fluoride bath pada 940-980 ˚ C (1725-1800 ˚ F).

Campuran ini kemudian terkena arus langsung elektrolisis. Bentuk logam aluminium pada katoda (kutub negatif), sedangkan oksigen dilepaskan pada anoda (kutub positif). Aluminium adalah murni komersial paling 9,5-99,7 persen aluminium. Proses produksi mengkonsumsi banyak listrik, sehingga memberikan kontribusi signifikan terhadap biaya aluminium.

Penunjukan pada paduan aluminium. Paduan aluminium tempa diidentifikasi oleh empat digit dan temper designation, menunjukkan kondisi material. Elemen paduan utama diidentifikasi dengan digit pertama.

• 1xxx-komersial murni aluminium: 99.00 persen aluminium(minimum). Korosi yang sangat baik, listrik dan konduktivitas termal tinggi, good working-ability, kekuatan rendah, not heat treatable.

• 2xxx-Cooper: High strength-to-weight ratio, rendahnya ketahanan terhadap korosi, heat treatable.

• 3xxx-Mangan: Good workability, kekuatannya sedang, umumnya not heat treatable.

• 4xxx-Silicon: Titik lebur rendah, bentuk-warna abu-abu gelap untuk charcoal oxide film, umumnya not heat treatable.

• 5xxx-Magnesium: ketahanan terhadap korosi yang baik dan weldability, kekuatan tinggi, not heat treatable.

• 6xxx-Magnesium dan silikon: Kekuatan sedang; formability baik, machinability, weldability, dan tahan korosi; not heat treatable.

• 7xxx-Seng: Kekuatan yang sangat tinggi, heat treatable.

• 8xxx-unsur lainnya.

Angka kedua dalam sebutan ini menunjukkan modifikasi dari paduan. Untuk seri 1xxx, ketiga dan keempat menunjukkan angka jumlah minimum dari aluminium dalam paduan. Jadi 1050 menunjukkan minimal aluminium 99,50 persen, dan 1090 menunjukkan minimal 99,90 persen aluminium. Dalam seri lain, ketiga dan keempat mengidentifikasi angka yang berbeda dalam kelompok paduan dan tidak memiliki signifikansi numerik.

Sebutan untuk cast aluminum ingot paduan dan juga terdiri dari empat digit. Digit pertama menunjukkan kelompok paduan utama, sebagai berikut:

• 1xxx.x-Aluminium (99.00 percent minimum).

• 2xxx.x-Aluminium-Cooper.

• 3xxx.x-Aluminium-silikon, dengan

  tembaga atau magnesium.

• 4xxx.x-Aluminium-Silikon.

• 5xxx.x-Aluminium-magnesium.

• 6xxx.x-Unused series.

• 7xxx.x-Aluminium-seng.

• 8xxx.x-Aluminium-tin.

Dalam seri 1xxx.x, kedua dan ketiga menunjukkan angka minimum konten aluminium, seperti pada aluminium tempa. Untuk seri lain, kedua dan ketiga tidak memiliki digit angka signifikansi. Keempat digit (di sebelah kanan titik desimal) menunjukkan bentuk produk.

Sebutan untuk tempa dan cor aluminium adalah:

• F Seperti yang direkayasa (

  oleh pengerjaan pendinginan atau pekerjaan panas, atau casting).

• O Annealed (from cold-woked o

  r cast state).

• H Strain-hardened by cold workin

  g (untuk produk tempa saja).

• T Heat-treated.

• W Solution-treated (unstable temper).

Kami meliputi cast aluminum alloys pada Bagian II. Sebelumnya kami telah menggambarkan perlakuan panas paduan aluminium di bagian 4.9.

Contoh: Sebuah mobil all-aluminium

Eksperimental, Taurus sedan keluarga berukuran (Sintesis-2010) sedang dalam pengembangan. Hal ini membuat sebagian besar dari aluminium; memiliki tiga-silinder, dua-stroke, aluminium-blok mesin, dan beratnya kurang dari 46 persen identik mobil yang sebenarnya dibuat baja. Dengan target berat 1000 kg (2200 lb), mobil tersebut akan menggunakan lebih sedikit bahan bakar, menciptakan lebih sedikit polusi, dan dapat didaur ulang. Masih ada beberapa kekhawatiran yang harus diatasi sebelum produksi volume tinggi dimulai: keamanan, daya tahan, ketahanan korosi, kebisingan, dan getaran. Selanjutnya, karena kesulitan dalam membentuk dan spotwelding aluminium, perubahan desain tertentu harus dibuat, seperti panel tubuh lebih dangkal, perakitan panel dengan menggunakan perekat (sehingga membutuhkan siklus menyembuhkan panjang), dan tempat Welds. Sumber: Ford Motor Co.

6.3 Magnesium dan Paduan Magnesium

Magnesium (Mg) merupakan logam teknik yang paling ringan dan juga memiliki karakteristik vibration-damping paling baik.Paduan yang digunakan dalam struktural dan nonstruktural aplikasi di mana berat paling penting. Magnesium juga merupakan elemen paduan dalam berbagai nonferrous metals.

Tipikal dari penggunaan paduan magnesium untuk komponen pesawat dan rudal, penanganan bahan-perlengkapan, alat-alat listrik portabel (seperti drills dan Sanders), tangga, koper, sepeda, barang-barang olahraga, dan komponen-komponen umum yang ringan. Paduan ini yang tersedia baik sebagai coran atau produk tempa, seperti bentuk dan ekstrusi bar, forgings, dan rolled plate and sheet. Paduan magnesium juga digunakan dalam percetakan dan mesin tekstil untuk meminimalkan gaya inersia dalam komponen berkecepatan tinggi.

Karena itu tidak cukup kuat dalam bentuk murni, magnesium adalah paduan dengan berbagai elemen (Tabel 6.4) untuk menanamkan sifat-sifat khusus tertentu, terutama high strength-to-weight ratio. Berbagai paduan magnesium mempunyai coran, pembentukan, dan karakteristik. Karena mereka mengoksidasi dengan cepat yaitu, mereka piroforik-pada bahaya kebakaran dan tindakan pengamanan harus diambil ketika machining, grinding, atau pengecoran paduan magnesium. Namun, produk yang terbuat dari paduan magnesium dan bukan bahaya kebakaran.

Magnesium adalah elemen logam yangketiga paling berlimpah (2 persen) dalam kerak bumi, setelah besi dan aluminium. Kebanyakan magnesium berasal dari air laut, yang mengandung magnesium 0,13 persen dalam bentuk magnesium klorida. Pertama diproduksi pada tahun 1808, magnesium logam dapat diperoleh dengan termal electrolytically dan pengurangan. Pada metode pertama, air laut dicampur dengan kapur (kalsium hidroksida) dalam menyelesaikan tank. Magnesium hidroksida mengendap ke dasar, dan disaring dan dicampur dengan asam klorida. Solusi ini terkena elektrolisa (seperti yang dilakukan dengan aluminium), menghasilkan logam magnesium, yang kemudian dilemparkan ke dalam ingot untuk diproses lebih lanjut ke dalam berbagai bentuk.

Dalam metode pengurangan panas, batu yang mengandung mineral magnesium (dolomit, magnesite, dan batu-batu lain) diuraikan dengan reduktor, seperti bubuk ferrosilicon (paduan besi dan silikon), dengan memanaskan campuran dalam ruang vakum. Sebagai hasil dari reaksi ini, uap bentuk dan magnesium-magnesium mengembun menjadi kristal. Kristal ini kemudian meleleh, halus, dan dituangkan ke ingot untuk diproses lebih lanjut ke dalam berbagai bentuk.

Penunjukan paduan magnesium. Magnesium paduan yang ditunjuk sebagai berikut:

1. Satu atau dua huruf awalan, menunjuk

   kan unsur-unsur paduan utama.

2. Dua atau tiga angka, yang menunjukkan persentase elemen paduan utama, dibulatkan ke desimal terdekat,

3. Huruf dari alfabet, kecuali huruf I dan O, menunjukkan standar paduan, dengan sedikit variasi dalam komposisi.

4. Watak dari material, yang ditunjukkan oleh simbol-simbol yang sama digunakan untuk paduan aluminium.

Sebagai contoh, paduan AZ91C-T6 menunjukkan bahwa :

• Elemen paduan utama adalah aluminium (A, 9 persen, dibulatkan) dan seng (Z, 1 persen).

• Huruf C, huruf ketiga abjad, mengindikasikan bahwa ini adalah paduan ketiga standar, setelah A dan B, yang merupakan paduan pertama dan kedua, masing-masing, yang standar.

• T6 paduan ini menunjukkan bahwa solusi telah diperlakukan dan buatan tua.

6.4 Tembaga dan Paduan Tembaga

Pertama diproduksi sekitar 4000 SM, tembaga (Cu) dan paduannya memiliki sifat yang agak mirip dengan paduan aluminium. Selain itu, mereka adalah konduktor listrik dan panas yang terbaik dan memiliki ketahanan korosi yang baik pula. Karena sifat ini, tembaga dan paduan antar logam yang paling penting. Mereka dapat diproses dengan mudah oleh berbagai pembentukan, permesinan, teknik casting dan joining techniques.

Paduan tembaga sering menarik untuk aplikasi di mana gabungan sifat-sifat, seperti listrik, mekanik, nonmagnetik, ketahanan korosi, konduktivitas termal, dan ketahanan aus, diperlukan. Aplikasi termasuk listrik dan komponen elektronik, spring, peluru untuk senjata ringan, pipa, penukar panas, dan kelautan perangkat keras, serta barang-barang konsumsi, seperti peralatan masak, perhiasan, dan benda-benda dekoratif lainnya.

Paduan tembaga dapat memperoleh berbagai properti dengan penambahan unsur paduan dan dengan heat treatment untuk meningkatkan karakteristik produksi. Yang paling umum adalah paduan tembaga kuningan dan perunggu. Kuningan, yang merupakan paduan dari tembaga dan seng, adalah salah satu paduan paling awal dikembangkan dan memiliki banyak aplikasi, termasuk benda-benda dekoratif (Tabel 6.5). Perunggu adalah campuran tembaga dan timah (Tabel 6.6). Ada juga perunggu lainnya, seperti perunggu aluminium, yang merupakan paduan dari tembaga dan aluminium, dan timah perunggu. Berilium-tembaga, atau perunggu berilium, dan fosfor perunggu mempunyai kekuatan dan kekerasan untuk aplikasi seperti springs dan bearings. Paduan tembaga utama lainnya adalah koin tembaga dan perak nikel.

Tembaga yang ditemukanpada beberapa jenis bijih, yang paling umum adalah bijihsulfida. Bijih umumnya yang kelas rendah (walaupun beberapa mengandung hingga 15 persen tembaga) dan biasanya diperoleh dari tambang pit terbuka. Bijih besi pertama kali hancur dan dibentuk menjadi bubur (campuran cair dengan partikel padat tidak larut). Bubur adalah yang ditumbuk menjadi partikel halus di pabrik bola (berputar silinder dengan bola logam dalam untuk menghancurkan bijih). Bahan kimia dan minyak tersebut kemudian ditambahkan dan campuran terganggu. Bentuk partikel mineral buih, yang lecet dan dikeringkan.

Konsentrat tembaga yang kering, yang berisi sebanyak sepertiga tembaga, secara tradition-ally smelted (mencair dan leburan) dan halus. Proses ini dikenal sebagai pyrometallurgy, karena panas yang digunakan untuk memperbaiki struktur logam. Untuk aplikasi seperti konduktor listrik, tembaga disempurnakan lebih jauh electrolytically ke kemurnian minimal 99,95 persen (elektrolitik bebas oksigen tembaga). Sebuah teknik yang lebih baru untuk pengolahan tembaga yaitu hydrometallurgy, sebuah proses yang melibatkan reaksi kimia dan elektrolitik.

Penunjukan paduan tembaga. Selain dikenal melalui komposisi, tembaga dan paduan tembaga dikenal dengan berbagai nama (Tabel 6.5 dan 6.6). Sebutan temper, seperti ½ keras, ekstra keras, ekstra spring, dan seterusnya, adalah berdasarkan persentase produksi oleh cold working, seperti rolling atau drawing.

Contoh: Seleksi dari logam untuk masak

Kita tahu bahwa panci dan wajan harus ada pertimbangan yaitu, perilaku panas merata dan cepat. Beberapa bahan memenuhi persyaratan ini, tetapi masing-masing memiliki kelebihan dan keterbatasan. Tembaga adalah bahan yang sangat baik untuk aplikasi ini, seperti yang dibuktikan oleh fakta bahwa koki selalu lebih suka peralatan tembaga. Namun, tembaga lebih mahal dari bahan-bahan lain yang cocok.

Aluminium juga adalah konduktor yang baik. Catatan, misalnya, lapisan aluminium pada bagian bawah di luar beberapa model-model baru dari baja stainless panci. Namun Aluminum, bila tekena oleh asam dan mengembangkan pori-pori kecil pada permukaan memasak di mana kotoran dan bakteri dapat berkumpul, sehingga mempengaruhi rasa makanan. Salah satu solusinya adalah untuk melapisi panci aluminium untuk mencegah korosi. Perlawanan dari lapisan produk makanan dan kerusakan, seperti dengan tergores-gores, kemudian terjadi kekhawatiran, seperti berpotensi dampak buruk pada kesehatan lapisan.

Baja karbon merupakan kandidat lain bahanuntuk aplikasi ini, dan itu murah. Namun, ini tarnishes dan corrodes. Stainless steel memiliki ketahanan korosi yang baik dan mudah dibersihkan karena permukaannya halus. Selain itu, ia telah membentuk karakteristik yang baik. Namun, stainless steel tidak menghantarkan panas serta bahan-bahan lainnya.

Salah satu solusinya adalah tiga-lapis konstruksi. Sebuah inti baja karbon terjepit di antara dua lapisan dari bahan stainless steel. Bagian luar mungkin dikilapkan lalu selesai. Inner cooking permukaan yang kasar bisa selesai, sehingga goresan yang dibuat selama memasak dan pembersihan yang tidak mudah terlihat.

6.5 Nikel dan Paduan Nikel

Nikel (Ni), perak-logam putih ditemukan pada tahun 1751, adalah elemen paduan utama yang memberi kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan korosi. Hal ini digunakan secara ekstensif dalam baja tahan karat dan paduan dasar nikel, juga disebut superalloy. Paduan ini digunakan untuk aplikasi suhu tinggi, seperti komponen mesin jet, roket, dan pembangkit listrik tenaga nuklir, serta dalam penanganan makanan dan peralatan pengolahan kimia, koin, dan aplikasi laut. Karena bersifat magnetik nikel, paduan nikel juga digunakan dalam aplikasi elektromagnetik, seperti solenoida. Penggunaan utama dari nikel sebagai logam dalam elektroplating untuk penampilan dan untuk meningkatkan ketahanan korosi dan ketahanan aus.

Nikel paduan memiliki kekuatan tinggi dan ketahanan korosi pada temperatur tinggi. Paduan unsur-unsur dalam nikel adalah kromium, kobalt, dan molibdenum. Perilaku paduan nikel dalam machining, forming, casting, dan pengelasan dapat dimodifikasi oleh berbagai elemen paduan lainnya.

Berbagai paduan nikel memiliki berbagai kekuatan pada temperatur yang berbeda telah dikembangkan (tabel 6.7). Monel adalah paduan nikel-tembaga, dan inconel adalah paduan kromium nikel dengan kekuatan tarik hingga 1.400 MPa (200 ksi). Nikel molibdenum-paduan kromium (Hastelloy) memiliki ketahanan terhadap korosi yang baik dan kekuatan yang tinggi pada temperatur tinggi. Nichrome, sebuah paduan nikel, kromium, dan besi, memiliki oksidasi yang tinggi dan hambatan listrik, dan digunakan untuk elemen pemanas listrik. Invar, sebuah paduan dari besi dan nikel, telah relatif rendah kepekaan terhadap suhu (lihat Bagian 3.6).

Sumber utama nikel adalah sulfida dan oksida bijih, yang semuanya memiliki konsentrasi rendah nikel. Logam nikel dihasilkan oleh sedimen dan proses termal, diikuti oleh elektrolisis, menghasilkan nikel murni 99,95 persen. Meskipun juga hadir di laut dalam jumlah yang banyak, pertambangan nikel di bawah permukaan laut belum ekonomis.

6.6 Superalloy

Superalloy penting dalam aplikasi suhu tinggi, maka mereka juga dikenal sebagai paduan tahan panas, atau tahan suhu tinggi. Superalloy aplikasi utama dalam mesin jet dan turbin gas, dengan aplikasi lainnya mesin, mesin roket, peralatan untuk pengerjaan logam panas, dan di nuklir, kimia, dan industri petrokimia.

Paduan ini disebut sebagai iron-base, cobalt-base, atau nickel-base superalloy. Mereka mengandung nikel, kromium, kobalt, dan molibdenum sebagai elemen paduan utama. Elemen paduan lain adalah aluminium, tungsten, dan titanium, superalloy umumnya diidentifikasi dengan nama dagang atau sistem penomoran khusus dan tersedia berbagai bentuk. Kebanyakan superalloy memiliki layanan maksimum suhu sekitar 1000°C (1800°F) untuk aplikasi struktural. Suhu bisa setinggi 1200°C (2200°F) untuk membawa nonload-baering components. Superalloy umumnya memiliki ketahanan terhadap korosi yang baik, kelelahan mekanis dan termal, shock mechanical and thermal, creep, dan erosi pada temperatur tinggi.

Iron-base superalloy umumnya mengandung 32-67 persen zat besi, 15-22 persen kromium, dan 9-38 persen nikel. Common paduan dalam kelompok ini adalah seri incoloy.

Cobalt-base superalloy umumnya mengandung 35-65 persent kobalt, 19 hingga 30 persen kromium, dan sampai 35 persen nikel. Cobalt (Co) adalah logam berwarna putih yang menyerupai nikel. Superalloy ini tidak sekuat nickel-base superalloy, tetapi mereka tetap mempertahankan kekuatan pada temperatur yang lebih tinggi.

Nickel-base superalloy tersedia dalam beragam komposisi (Table 6.8). Kisaran nikel adalah 38-76 persen. Mereka juga mengandung sampai 27 persent kromium dan 20 persen kobalt. Umumnya paduan dalam kelompok ini adalah Hastelloy, Inconel, Nimonic, Rene, Udimet, Astroloy, dan Waspaloy seri.

6.7 Titanium dan Paduan Titanium

Titanium (Ti), nama dewa Yunani raksasa Titan, ditemukan tahun 1791, tetapi tidak secara komersial diproduksi sampai tahun 1950-an. Walaupun mahal, high strengtht-to-weight ratio dari titanium dan ketahanan korosi pada suhu ruangan dan peningkatan membuatnya menarik untuk aplikasi termasuk pesawat, mesin jet (lihat Gambar. 6.1), balap mobil, kimia, petrokimia, dan komponen laut, hulls kapal selam dan biomaterial, seperti alat prostetik (Tabel 6.9). Paduan titanium telah dikembangkan untuk layanan pada 550˚C (1000˚F) untuk jangka waktu yang lama dan hingga 750˚C (1400˚F) untuk periode yang lebih pendek.

Unalloyed titanium, yang dikenal sebagai titanium murni komersial, memiliki ketahanan korosi yang sangat baik untuk aplikasi di mana kekuatan pertimbangan sekunder. Aluminium, vanadium, molibdenum, mangan, dan elemen paduan lainnya ditambahkan ke paduan titanium untuk menanamkan sifat-sifat seperti meningkatkan workability, kekuatan, dan hardenability.

Sifat dan karakteristik dari titanium manufaktur paduan sangat sensitif terhadap variasi-variasi kecil dalam kedua paduan dan unsur-unsur residu. Jadi kontrol komposisi dan pengolahan yang penting, termasuk pencegahan kontaminasi permukaan dan pengolahan yang penting, termasuk pencegahan kontaminasi permukaan oleh hidrogen, oksigen, ataupun nitrogen selama pemrosesan. Unsur-unsur ini menyebabkan embrittlement dari titanium, sehingga mengurangi ketangguhan dan keuletan.

Bentuk titanium merupakan struktur kubik berpusat (beta-titanium, di atas 880˚C, 1600˚F) adalah ulet, sedangkan yang hexagonal close-packed structure (alfa-titanium) agak rapuh dan sangat peka terhadap stress corrosion. Berbagai struktur lain (alfa, near alfa, alfa-beta, dan beta) dapat diperoleh dengan proses perlakuan panas dan dengan paduan, sifat-sifat sedemikian rupa sehingga dapat dioptimalkan untuk aplikasi khusus.

TiAl dan Ti₃Al, termasuk perkembangan baru yang disebut titanium aluminide intermetallics. Mereka mempunyai kekakuan yang lebih tinggi, densitas rendah, dan dapat menahan suhu yang tinggi dari paduan titanium konvensional.

Bijih yang mengandung titanium pertama-tama dikurangi menjadi titanium karbida dalam sebuah tungku bunga api, kemudian dikonversi ke titanium klorida dalam suasana klorin. Senyawa ini dikurangi lebih lanjut, oleh distilasi dan pencucian (melarutkan), yang membentuk titanium spons. Spons kemudian ditekan menjadi billet, meleleh, dan dituangkan ke ingot untuk diproses kemudian ke dalam berbagai bentuk. Kompleksitas operasi ini cukup untuk menambah biaya dari titanium.

6.8 Refractory Metals and Alloys

Logam refraktori molibdenum, niobium, tungsten, dan tantalum. Mereka disebut tahan api karena titik lebur tinggi. Meskipun unsur-unsur logam refraktori itu ditemukan sekitar 200 tahun yang lalu dan telah digunakan sebagai elemen paduan penting dalam superalloy baja dan digunakan sebagai teknik mereka dan paduan logam tidak dimulai sampai sekitar tahun 1940-an.

Lebih dari kebanyakan logam dan paduan, logam ini mempertahankan kekuatan pada temperatur tinggi. Jadi mereka adalah sangat penting dan digunakan dalam mesin roket, turbin gas, dan berbagai aplikasi ruang angkasa, dalam elektronik, tenaga nuklir, dan industri kimia, dan sebagai alat dan die materials. Rentang temperatur untuk beberapa aplikasi ini adalah pada urutan 1100-2200˚C (2000-4000˚F), di mana kekuatan dan oksidasi adalah perhatian utama.

6.8.1 Molybdenum

Molibdenum (Mo), sebuah logam putih keperakan, ditemukan di abad ke-18. Molibdenum memiliki titik lebur yang tinggi, memilii modulus elastisitas tinggi, baik ketahanan terhadap kejut termal, dan listrik yang baik dan konduktivitas termal. Aplikasi khas molibdenum dalam propellent padat roket, mesin jet, madu struktur, komponen elektronik, elemen pemanas, dan untuk die casting.

Elemen paduan utama untuk Molibdenum adalah titanium dan zirkonium. Molibdenum digunakan dalam jumlah yang lebih besar daripada logam tahan panas lainnya. Ini adalah perpaduan unsur yang penting dalam casting dan paduan tempa, seperti baja dan paduan tahan panas, dan menanamkan kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan korosi. Kerugian utama dari paduan molibdenum ada hambatan rendah terhadap oksidasi pada temperatur di atas 500˚C (950˚F), sehingga mengharuskan penggunaan lapisan pelindung.

Sumber utama molibdenum adalah mineral molybdenite (molibdenum disulfida). Yang bijih diproses, terkonsentrasi, dan dikurangi dengan reaksi dengan oksigen dan hidrogen. Power teknik metalurgi juga digunakan untuk menghasilkan ingot untuk diproses lebih lanjut ke dalam berbagai bentuk.

6.8.2 Niobium (columbium)

Niobium (Nb, untuk Niobium, setelah mapli, putri raja Tantalus mitos Yunani, juga disebut sebagai columbium, setelah mineral columbite) memiliki keuletan yang baik dan formability dan memiliki ketahanan oksidasi yang lebih besar daripada logam tahan panas lainnya. Dengan berbagai elemen paduan, paduan columbium dapat diproduksi dengan kekuatan yang moderat dan baik karakteristik fabrikasi. Paduan ini digunakan dalam roket dan rudal dan nuklir, kimia, dan aplikasi superkonduktor.

Niobium, pertama kali diidentifikasi pada tahun 1801, juga merupakan elemen paduan dalam berbagai paduan dan superalloy. Hal ini diolah dari bijih oleh reduksi dan penyulingan dan dari bubuk dengan peleburan dan membentuk menjadi ingot.

6.8.3 Tungsten

Tungsten (W, dari wolframite) pertama kali diidentifikasi pada tahun 1781 dan merupakan yang paling banyak dari semua logam tahan panas. Di Swedia, tung berarti berat dan sten berarti batu. Tungsten memiliki titik lebur tertinggi dari setiap logam (3410˚C, 6170˚F), dan dengan demikian itu ditandai oleh kekuatan tinggi pada temperatur tinggi. Di sisi lain, ia memiliki kepadatan tinggi, rapuh pada temperatur rendah, dan sedikit perlawanan terhadap oksidasi.

Tungsten dan paduan digunakan untuk aplikasi yang melibatkan suhu di atas 1650˚C (3000˚F), seperti kalimat pada nozzle rudal dan di bagian paling jet dan mesin roket, circuit breakers, las elektroda, dan elektroda spark-plug. Kawat filamen dalam bola lampu pijar yang terbuat dari tungsten murni, menggunakan metalurgi bubuk dan wire-drawing techniques. Karena kerapatan yang tinggi, tungsten digunakan sebagai menyeimbangkan beban dan counterbalances dalam sistem mekanis, termasuk diri watches berliku. Tungsten adalah unsur penting dalam alat dan mati baja, memberikan kekuatan dan kekerasan pada temperatur tinggi. Tungsten karbida partikel, adalah salah satu alat yang paling penting dan die materials.

Tungsten diproses dari bijih konsentrat oleh dekomposisi kimia dan kemudian dikurangi. Hal ini selanjutnya diproses dengan teknik metalurgi bubuk dalam suasana hidrogen.

6.8.4 Tantalum

Diidentifikasi pada 1802, tantalum (Ta, setelah raja Yunani mitos Tantalus) dicirikan oleh titik lebur yang tinggi (3000˚C, 5425˚F), keuletan yang baik, dan ketahanan terhadap korosi. Namun, itu memiliki kepadatan tinggi dan sedikit perlawanan terhadap bahan kimia pada suhu di atas 150˚C (300˚F). Tantalum juga digunakan sebagai elemen paduan.

Tantalum digunakan secara luas dalam kapasitor elektrolit dan berbagai komponen listrik, elektronik dan industri kimia, tetapi juga digunakan untuk aplikasi termal, seperti dalam tungku pembakaran dan perlawanan asam-penukar panas. Berbagai paduan tantalum-basa tersedia dalam berbagai bentuk untuk digunakan dalam rudal dan pesawat. Tantalum diproses dengan teknik serupa dengan yang digunakan untuk pengolahan niobium.

6.9 Beryllium

Dalam warna abu-abu baja, berilium (Be) memiliki high strength-to-weight ratio. Berilium murni digunakan dalam nuklir dan aplikasi x-ray karena karakteristik penyerapan neutron yang rendah, dan di nosel roket, ruang dan struktur rudal, pesawat rem cakram, dan presisi instrumen dan cermin. Berilium juga merupakan perpaduan unsur, dan paduan tembaga dan nikel digunakan dalam aplikasi termasuk mata air berilium-tembaga), kontak listrik, dan tidak memicu alat untuk digunakan dalam ledakan, seperti serbuk logam tambang dan produksi. Berilium dan oksida yang beracun dan tidak boleh dihirup.

6.10 Zirconium

Zirkonium (Zr) yang keperakan dalam penampilan, memiliki kekuatan dan keuletan yang baik pada temperatur tinggi, dan memiliki ketahanan korosi yang baik pada sebuah film oksida. Unsur ini digunakan dalam komponen elektronik dan aplikasi reaktor tenaga nuklir karena penyerapan neutron yang rendah.

6.11 Low-Melting Alloys

Low-Melting Alloys dinamakan demikian karena titik cair relatif rendah (lihat Tabel 3.1). Logam utama dalam kategori ini adalah timbal, seng, timah dan paduan-paduan dari logam tersebut.

6.11.1 Lead (Timbal)

Timbal (Pb,kata tukang ledeng merupakan akar dari pekerjaannya, setelah timah hitam) memiliki sifat kerapatan yang tinggi, ketahanan terhadap korosi (berdasarkan kesetabilan timah, lapisan oksida yang terbentuk akan melindungi permukaan), kelembutan, kekuatan rendah, keuletan, dan good workability. Paduan dengan berbagai elemen, seperti antimon dan timah, meningkatkan dalam properti, sehingga cocok untuk pipa, lipatan tabung, bantalan paduan, bahan pelapis kabel, atap, dan penyimpanan timbal-asam baterai.

Lead ini juga digunakan untuk peredam suara dan getaran, melindungi terhadap radiasi sinar-x, amunisi, dan berat dan dalam industri kimia dan cat. Timbal digunakan dalam pembuatan artefak tertua dibuat di sekitar 3000 SM, pembuatan pipa yang dibuat oleh orang-orang Roma dan diinstal dalam Romans bats di bak mandi, di Inggris, dua ribu tahun yang lalu masih digunakan. Lead juga merupakan perpaduan unsur di solder, baja, dan tembaga paduan dan meningkatkan ketahanan korosi dan mesin. Karena racun, kontaminasi lingkungan oleh pembuatannya (keracunan timbal) adalah kekhawatiran yang signifikan.

Mineral yang penting untuk memimpin Galena (PBS). Ini ditambang, dilebur, dan disempurnakan oleh perawatan kimia.

6.11.2 Zinc (Seng)

Industri, seng (Zn), kebiruan berwarna putih, adalah yang paling dimanfaatkan keempat logam, setelah besi, aluminium, dan tembaga. Meskipun dikenal selama berabad-abad, seng tidak dipelajari dan dikembangkan hingga abad ke-18. Memiliki dua kegunaan utama : satu adalah untuk galvanizing iron, lembaran baja dan kawat, dan juga berbagai paduan dasar lainnya dalam casting. Dalam galvanizing, seng bertindak sebagai anoda dan melindungi baja (katoda) dari serangan korosi jika lapisan tergores atau tertusuk. Zinc juga digunakan sebagai elemen paduan. Misalnya, kuningan adalah paduan tembaga dan seng.

Penggunaan utama seng adalah struktural, tapi seng murni jarang digunakan untuk tujuan ini. Elemen paduan utama di seng adalah aluminium, tembaga, dan magnesium. Mereka memberi kekuatan dan memberikan kontrol dimensi selama pengecoran logam. Dasar paduan seng yang digunakan secara ekstensif adalah die casting untuk membuat produk-produk seperti karburator, penyedot debu, mesin cuci, dan peralatan dapur, berbagai bagian mesin lain dan photoengraving plates.

Penggunaan lainnya untuk seng adalah dalam superplastis paduan, yang memiliki karakteristik formability baik berdasarkan kapasitas mereka untuk mengalami deformasi yang besar tanpa kegagalan. Sangat halus 78% Zn-22% Al lembar adalah contoh umum superplastis paduan seng yang dapat terbentuk dengan metode yang digunakan untuk membentuk plastik atau logam.

Sejumlah mineral yang mengandung seng dapat ditemukan di alam, walaupun sumber utama adalah seng sulfida, juga disebut zincblende. Bijih besi pertama dibakar di udara dan diubah menjadi seng oksida. Hal ini kemudian dikurangi dengan seng electrolytically baik, dengan menggunakan asam sulfat, atau dengan pemanasan dalam tungku dengan batu bara, dimana seng cair dipisahkan.

6.11.3 Tin

Meskipun digunakan dalam jumlah kecil, timah (Sn,/stannum) adalah logam penting. Yang paling banyak menggunakan timah, putih keperakan, berkilau logam, adalah sebagai lapisan pelindung pada baja lembaran (plat timah), yang mana digunakan dalam pembuatan wadah kaleng-kaleng-vairous makanan dan produk lainnya. Kekuatan geser yang rendah dari lapisan timah dalam memperbaiki sebuah lembaran baja yang performance di dalam gambar dan operasi umum pressworking. Namun, tidak seperti baja galvanis, jika lapisan ini menusuk, stell corrodes karena anodik untuk timah (katoda).

Timah murni digunakan dalam aplikasi seperti bahan lapisan penyulingan air tanaman, dan sebagai lapisan logam cair di mana kaca dibuat. Dasar paduan timah (juga disebut logam putih) umumnya mengandung tembaga, antimon, dan timah. Yang paduan elemennya menanamkan kekerasan, kekuatan, dan ketahanan korosi. Karena gesekan coeffisients mereka yang rendah, yang akibat dari kekuatan geser rendah dan rendah adhesi, timah paduan digunakan sebagai bahan bantalan jurnal. Paduan ini dikenal sebagai babbits (setelah I. Babbitt, 1799-1862) dan mengandung timah, tembaga, dan antimon. Pewter adalah paduan dari timah, tembaga, dan antimon. Ini dikembangkan di abad ke-15 dan digunakan untuk barang pecah belah, hollowere, dan dekoratif artefak, organ pipa yang terbuat dari paduan timah.

Timah adalah elemen dental alloys dan perunggu (paduan timah tembaga), titanium, dan paduan zirkonium. Paduan Tin-lead umumnya digunakan untuk menyolder material, dengan berbagai komposisi dan titik leleh.

Yang paling penting adalah cassiterite mineral timah (timah oksida), yang merupakan kelas rendah. Bijih besi ditambang, concentrad oleh berbagai teknik, smalted, halus, dan dibuang ke ingot untuk diproses lebih lanjut.

6.12 Precious Metals

Emas, perak, dan platinum yang paling berharga (yaitu, mahal) dan logam mulia juga disebut medali. Emas (Au atau Aurum) adalah lunak dan ulet, dan memiliki ketahanan korosi yang baik pada setiap suhu. Aplikasi khas meliputi perhiasan, koin, reflektor dan terminal.

Silver (ag atau Argentum) adalah logam ulet dan memiliki electical tertinggi dan konduktivitas termal logam apapun. Memang, bagaimanapun, mengembangkan sebuah film oksida yang mempengaruhi permukaannya sifat dan penampilan. Contoh aplikasi tipikal termasuk peralatan perak, perhiasan, koin, elektroplating, film fotografi, listrik kontak, soldder, bantalan, dan makanan dan peralatan kimia. Sterling silver adalah paduan perak dan tembaga 7,5 persen.

Platinum (Pt) adalah lembut, ulet, kelabu-sementara logam yang memiliki ketahanan terhadap korosi yang baik, bahkan pada temperatur tinggi. Paduan platinum adalah sebagai kontak listrik, tiang-plug elektroda, katalis untuk pengendalian pencemaran perangkat auntomobile, filamen, nozel, die for extruding serat gelas, termokopel, di industri elektrokimia. Aplikasi lain meliputi perhiasan dan dental work.

6.13 Shape-Memory Alloys

Shape-memory alloys, setelah terdeformasi plastis pada suhu kamar dalam berbagai bentuk, kembali ke bentuk semula pada pemanasan. Sebagai contoh, sepotong kawat straght terbuat dari bahan ini dapat menjadi sping heliks. Ketika dipanaskan dengan korek api, spring uncoils kembali ke bentuk semula. Bentuk khas paduan memori adalah 55% Ni-45% Ti. Paduan lain yang sedang dikembangkan adalah tembaga-nikel-alumunium, tembaga-seng-alumunium, besi-silikon-mangan, dan nikel-titanium.

Shape-memory alloys, yang memiliki sifat-sifat umum seperti keuletan yang baik, tahan korosi, dan konduktivitas listrik, dapat digunakan untuk menghasilkan gerak dan / atau kekerasan dalam aktuator peka suhu. Aplikasi lain yang sesuai untuk konektor, klem, pengencang, dan stempel yang mudah untuk menginstal.

Aplikasi potensial lain untuk paduan ini adalah struktur yang dikirim ke dalam ruang kerajinan.Yang akan dilipat pada suhu kamar dalam volume kecil untuk menghemat ruang dan untuk kemudahan transportasi. Setelah tujuan mereka, struktur akan dipanaskan dan beberapa sesuai sehinnga akan kembali ke bentuk asli mereka.

6.14 Amorphous Alloys

Kelas logam paduan yang mana tidak seperti logam, tidak memiliki jangka panjang struktur kristal disebut paduan amorf. Mereka tidak memiliki batas butir, dan atom-atom secara acak dan dikemas erat. Struktur tak berbentuk diperoleh pertama kali pada akhir tahun 1960-an dengan sangat cepat solidifikasi dari paduan cair. Karena struktur mereka menyerupai gelas, ini disebut juga paduan gelas metalik. Khas paduan paduan amorf biasanya berisi besi, nikel, dan kromium, paduan dengan karbon, fosfor, boron, aluminium, dan silikon. Mereka tersedia dalam bentuk kawat, pita, strip, dan bedak.

Paduan ini menunjukkan ketahanan terhadap korosi yang sangat baik, keuletan yang baik, kekuatan tinggi, dan sangat rendah kerugian dari histeresis magnetik. Surat properti ini digunakan dalam pembuatan baja magnetik inti untuk transformer, generator, motor, lampu ballast, magnetik amplifier, dan akselerator linier, dengan sangat meningkatkan efisiensi. Sebuah aplikasi besar untuk dengan cepat superalloy bubuk dipadatkan merupakan konsolidasi ke dalam bentuk dekat-net untuk digunakan di mesin kedirgantaraan. Lihat bagian 11,16 untuk proses deskripsi.

Ringkasan

Berbagai logam dan paduan nonferrous tersedia. Mereka memiliki berbagai properti, seperti kekuatan, ketangguhan, kekerasan, keuletan, dan perlawanan terhadap oksidasi, di samping sifat fisik dan kimia. Di antara sifat-sifat menarik mereka high strength-to-weight ratio dan ketahanan terhadap suhu tinggi dan korosi.

Pemilihan bahan nonferrous untuk aplikasi tertentu memerlukan pertimbangan cermat dari berbagai faktor. Di antaranya adalah layanan desain dan persyaratan, efek jangka panjang, kecenderungan kimia bahan-bahan lain, serangan lingkungan, dan biaya.

Ringkasan Tabel

Garis Besar Topik Yang Dijelaskan dalam Bab 6

Topik	Karakteristik
Nonferrous Alloys	Lebih mahal dari baja dan plastik,berbagai mekanis, fisik, dan sifat listrik, baik ketahanan korosi, aplikasi temperatur tinggi.
Aluminum	high strength-to-weight ratio; listrik tinggi dan konduktivitas termal, baik ketahanan korosi, baik sifat manufaktur.
Magnesium	logam paling ringan; good strength-to-weight ratio.
Copper	listrik tinggi dan konduktivitas termal; baik ketahanan korosi; baik sifat manufaktur.
Super Alloys	kekuatan baik dan ketahanan terhadap korosi pada temperatur tinggi, dapat besi, kobalt, dan nikel-base.
Titanium	kekuatan baik dan ketahanan terhadap korosi pada temperatur tinggi, dapat besi, kobalt, dan nikel-base.
Refraktory Metals	Molibdenum, (niobium) columbium, tungsten, dan tantalum; kekuatan tinggi pada temperatur tinggi.
Precious Metals	Emas, perak, dan platina; umumnya ketahanan korosi yang baik.

Trends

• Aluminium bersaing kuat untuk menjadi logam struktural penting untuk mengurangi berat badan dan meningkatkan ketahanan korosi mobil. Paduan aluminium-lithium sedang dikembangkan, terutama untuk komponen pesawat, untuk meningkatkan kekakuan dan mengurangi kepadatan.

• Kemurnian dan ketahanan korosi paduan magnesium sedang diperbaiki, terutama untuk auto-motif aplikasi.

• High-kemurnian titanium sedang dikembangkan untuk aplikasi elektronik dan kedirgantaraan.

• Teknik untuk memperbaiki super paduan sedang dikembangkan untuk meningkatkan sifat mekanik dan fisik dan ketahanan korosi. Tujuannya adalah untuk menghasilkan bersih logam dan paduan, dengan menggunakan berbagai teknik mencair.

• Single-kristal paduan nikel-base adalah kelompok lain bahan dengan temperatur tinggi yang penting aplikasi.

• Superalloys yang intermetalik senyawa nikel, kromium, molibdenum, dan aluminium dikembangkan untuk aplikasi temperatur tinggi kritis komponen turbin gas.