Pengecoran Logam Non-ferrous

Logam besi banyak digunakan dalam industri teknik karena keunggulannya, sifat mekaniknya yang beragam, dan biayanya yang lebih rendah. Namun, logam non-besi juga digunakan dalam berbagai aplikasi karena sifat spesifiknya dibandingkan dengan paduan besi meskipun harganya umumnya mahal. Sifat mekanik yang diinginkan dapat diperoleh pada paduan ini melalui pengerasan kerja, pengerasan umur, dan lain-lain, tetapi tidak melalui proses perlakuan panas normal yang digunakan untuk paduan besi. Beberapa bahan non-ferrous utama yang diminati adalah aluminium, tembaga, seng, dan magnesium

1. Aluminium

Dari semua paduan non-besi, aluminium dan paduannya adalah yang paling penting karena sifatnya yang sangat baik. Beberapa sifat aluminium murni yang digunakan dalam industri teknik adalah:

• 1) Konduktivitas termal yang sangat baik (0,53 kal/cm/C)
• 2) Konduktivitas listrik yang sangat baik (376 600/ohm/cm)
• 3) Kepadatan massa rendah (2,7 g/cm)
• 4) Titik leleh rendah (658C)
• 5) Ketahanan korosi yang sangat baik
• 6) Ini tidak beracun.
• 7) Ia memiliki salah satu reflektivitas tertinggi (85 hingga 95%) dan emisivitas sangat rendah (4 hingga 5%)
• 8) Sangat lunak dan ulet sehingga mempunyai sifat produksi yang sangat baik.

Beberapa aplikasi yang umumnya menggunakan aluminium murni adalah pada konduktor listrik, bahan sirip radiator, unit AC, reflektor optik dan cahaya, serta bahan foil dan kemasan.

Meskipun aplikasinya bermanfaat di atas, aluminium murni tidak banyak digunakan karena permasalahan berikut:

• 1) Memiliki kekuatan tarik rendah (65 MPa) dan kekerasan (20 BHN)
• 2. Sangat sulit untuk mengelas atau menyolder.

Sifat mekanik aluminium dapat ditingkatkan secara substansial dengan paduan. Unsur paduan utama yang digunakan adalah tembaga, mangan, silikon, nikel dan seng.

Aluminium dan tembaga membentuk senyawa kimia CuAl2. Di atas suhu 548 C ia larut sempurna dalam aluminium cair. Ketika ini dipadamkan dan dituakan secara artifisial (ditahan dalam waktu lama pada suhu 100 - 150C), diperoleh paduan yang mengeras. CuAl2 yang tidak berumur tidak mempunyai waktu untuk mengendap dari larutan padat aluminium dan tembaga sehingga berada dalam posisi tidak stabil (jenuh pada suhu kamar). Proses penuaan mengendapkan partikel CuAl2 yang sangat halus, yang menyebabkan penguatan paduan. Proses ini disebut pengerasan solusi.

Unsur paduan lain yang digunakan adalah magnesium hingga 7%, mangan hingga 1,5%, silikon hingga 13%, nikel hingga 2%, seng hingga 5%, dan besi hingga 1,5%. Selain itu, titanium, kromium dan columbium juga dapat ditambahkan dalam persentase kecil. Komposisi beberapa paduan aluminium khas yang digunakan dalam pencetakan permanen dan die casting diberikan pada Tabel 2. 10 beserta penerapannya. Sifat mekanik yang diharapkan dari material ini setelah dicetak menggunakan cetakan permanen atau die casting bertekanan ditunjukkan pada Tabel 2.1

2. Tembaga

Mirip dengan aluminium, tembaga murni juga banyak digunakan karena sifat-sifatnya sebagai berikut

• 1) Konduktivitas listrik tembaga murni tinggi (5,8 x 105 /ohm/cm) dalam bentuk paling murni. Pengotor kecil apa pun akan menurunkan konduktivitas secara drastis. Misalnya, 0,1% fosfor mengurangi konduktivitas sebesar 40%.
• 2) Memiliki konduktivitas termal yang sangat tinggi (0,92 kal/cm/C)
• 3) Merupakan logam berat (berat jenis 8,93)
• 4) Dapat dengan mudah disatukan dengan mematri
• 5) Tahan terhadap korosi,
• 6) Warnanya menyenangkan.

Tembaga murni digunakan dalam pembuatan kawat listrik, bus bar, kabel transmisi, pipa kulkas dan perpipaan.

Sifat mekanik tembaga dalam keadaan paling murni tidak terlalu baik. Ini lembut dan relatif lemah. Ini dapat dicampur secara menguntungkan untuk meningkatkan sifat mekanik. Unsur paduan utama yang digunakan adalah seng, timah, timbal dan fosfor.

Paduan tembaga dan seng disebut kuningan. Dengan kandungan seng hingga 39%, tembaga membentuk struktur fase tunggal (fase α). Paduan tersebut memiliki keuletan yang tinggi. Warna paduan tetap merah hingga kandungan seng 20%, namun lebih dari itu menjadi kuning. Komponen struktural kedua yang disebut fase β muncul antara 39 hingga 46% seng. Sebenarnya senyawa antar logam CuZn bertanggung jawab atas peningkatan kekerasan. Kekuatan kuningan semakin meningkat ketika sejumlah kecil mangan dan nikel ditambahkan.

Paduan tembaga dengan timah disebut perunggu. Kekerasan dan kekuatan perunggu meningkat seiring dengan peningkatan kandungan timah. Keuletannya juga berkurang dengan meningkatnya persentase timah di atas 5. Ketika aluminium juga ditambahkan (4 hingga 11%), paduan yang dihasilkan disebut aluminium perunggu, yang memiliki ketahanan korosi yang jauh lebih tinggi. Perunggu relatif mahal dibandingkan kuningan karena adanya timah yang merupakan logam mahal.

3. Logam Non-Ferrous Lainnya

Seng

Seng terutama digunakan dalam bidang teknik karena suhu lelehnya yang rendah (419,4 C) dan ketahanan terhadap korosi yang lebih tinggi, yang meningkat seiring dengan kemurnian seng. Ketahanan terhadap korosi disebabkan oleh terbentuknya lapisan oksida pelindung pada permukaan. Aplikasi utama seng adalah dalam galvanisasi untuk melindungi baja dari korosi, dalam industri percetakan dan untuk die casting.

Kerugian dari seng adalah anisotropi kuat yang ditunjukkan pada kondisi deformasi, kurangnya stabilitas dimensi pada kondisi penuaan, penurunan kekuatan benturan pada suhu rendah dan kerentanan terhadap korosi antar butiran. Ini tidak dapat digunakan untuk servis di atas suhu 95.C karena akan menyebabkan penurunan kekuatan tarik dan kekerasan secara signifikan.

Penggunaannya yang luas dalam die casting karena memerlukan tekanan yang lebih rendah, yang menghasilkan umur die yang lebih tinggi dibandingkan dengan paduan die casting lainnya. Selain itu, ia memiliki kemampuan mesin yang sangat baik. Hasil akhir yang diperoleh dari pengecoran seng seringkali cukup untuk menjamin pemrosesan lebih lanjut, kecuali untuk menghilangkan kilatan cahaya yang ada pada bidang perpisahan.

Magnesium

Karena bobotnya yang ringan dan kekuatan mekanik yang baik, paduan magnesium digunakan dalam kecepatan sangat tinggi. Untuk kekakuan yang sama, paduan magnesium hanya membutuhkan 37,2% dari berat baja C25 sehingga menghemat berat. Dua elemen paduan utama yang digunakan adalah aluminium dan seng. Paduan magnesium dapat berupa cetakan pasir, cetakan permanen, atau cetakan mati. Sifat-sifat komponen paduan magnesium cetakan pasir sebanding dengan sifat-sifat komponen cetakan permanen atau komponen die-cast. Paduan die-casting umumnya memiliki kandungan tembaga yang tinggi sehingga memungkinkan dibuat dari logam sekunder untuk mengurangi biaya. Mereka digunakan untuk membuat roda mobil, kotak engkol, dll. Semakin tinggi kandungannya, semakin tinggi kekuatan mekanik paduan magnesium tempa seperti komponen yang digulung dan ditempa. Paduan magnesium dapat dengan mudah dilas dengan sebagian besar proses pengelasan tradisional. Sifat yang sangat berguna dari paduan magnesium adalah kemampuan mesinnya yang tinggi. Baja ini hanya membutuhkan sekitar 15% daya untuk pemesinan dibandingkan dengan baja karbon rendah.