Metalurgi Fisik

Berbagai produk tersebut dibuat dengan bahan / material, proses pembuatan yang berbeda sesuai dengan fungsi masing-masing. Semua terbuat dari berbagai jenis logam seperti baja, besi cor, aluminium, kuningan, dan lain-lain.

Apa yang mendasari bahwa komponen terbuat dari logam? Ini semuanya berkaitan dengansifat-sifat material, yaitu sifat mekanik, fisik, kimia dan teknologi.

Apa itu logam? Berdasarkan ASM (American Society of Metals), logam didefinisikan sebagai unsur kimia yang mempunyai sifat konduktivitas panas, listrik yang baik, buram dan jika dipoles hingga mengkilap akan menjadi reflector / pemantul cahaya yang baik. Selain itu mempunyai sifat tidak tembus cahaya dan mempunyai kekuatan dan keuletan yang baik.

Unsur-unsur logam terlihat dominan (sekitar 80%) dibandingkan unsur-unsur lainnya .

Apa itu Metalurgi? Metalurgi didefinisikan sebagai suatu ilmu yang mempelajari karakteristik / sifat / perilaku logam, ditinjau dari sifat mekanik (kekuatan, keuletan, kekerasan, ketahanan lelah, dsb.), fisik (konduktivitas panas, listrik, massa jenis, magnetik, optik, dsb), kimia (ketahanan korosi, dsb) dan teknologi (kemampuan logam untuk dibentuk, dilas / disambung, dimesin, dicor dan dikeraskan).

Sifat-sifat yang dimiliki oleh suatu logam akan berkaitan satu dengan lainnya. Suatu komponen yang terbuat dari logam didalam aplikasinya sangat ditentukan dimana logam tersebut berada sehingga pengetahuan yang meliputi berbagai karakteristik logam haruslah dimiliki oleh orang yang berkecimpung didalamnya.

Contoh tadi menunjukkan bahwa metalurgi mempunyai peranan yang sangat penting dalam proses pembuatan suatu komponen.

Dapat dilihat bahwa untuk membuat suatu rangka kendaraan/mobil harus memperhatikan berbagai aspek yaitu :

a. Komposisi kimia logam (logam apa yang akan dipilih, apakah baja atau aluminium paduan, unsur-unsur apa yang dibutuhkan).

b. Struktur mikro (bagaimana struktur mikro yang ada dikaitkan dengan kekuatan dan kemampuan logam tersebut akan dibuat, bagaimana mengontrol kekuatannya.

c. Proses pembuatan (pemilihan proses pembuatan yang dikaitkan dengan hasil yang akan diperoleh).

d. Penampilan/harga (bagaimana rasio kekuatan terhadap massa jenis, bagaimana sifat mampu bentuknya, berapa ongkos produksinya).

1. Umum

Metalurgi Dibagi menjadi 3 divisi :

1. Metalurgi Ekstraktif

Disebut juga metalurgi kimia, adalah semua proses yang menyangkut perubahan kimia dari bijih sampai jadi bahan baku termasuk pemurniannya.

1. Metalurgi Fisik

Adalah mempelajari struktur dan sifat fisik lainnya dari logam dan paduannya. Untuk mengetahui sifat fisik diperlukan peralatan seperti mikroskop optic, mikroskop electron untuk mempelajari struktur logam dan sinar X untuk mempelajari struktur kristal dasar.

Juga dipelajari sifat magnetic, daya hantar listrik dan panas, susut muai logam dan tahanan listriknya. Semua penelitian dilakukan dalam keadaan padat.

1. Metalurgi Mekanik

Proses pengerjaan secara mekanik untuk mencapai bentuk tertentu termasuk proses pembentukan dan proses lainnya yang tidak merubah komposisi kimia, termasuk sifat mekanik dan cara ujinya.

1. Metalurgi sebagai Industri Manufaktur

Industri Metalurgi dari segi kapasitas dan penghasilan uang termasuk industri besar seperti PT Krakatau Steel, Ispatindo, Bakri, dsb. Lebih dari 4/5-nya industri logam membuat besi dan baja dan 1/5-nya adalah non-fero seperti tembaga, aluminium, timah berikut paduannya dan logam-logam lain.

Tabel : Pengelompokan Logam Non Fero

Kelompok Logam Non Fero	Unsur
a. Berat	Cu, Ni, Pb, Zn, Sn
b. Ringan	Al, Mg, be, Li, Ba, Ca, Sr, Na, K
c. Mulia	Au, Ag, Pt, Os, In, Ru, Rh, Pd
d. Minor	As, Sb, Bi, Cd, Hg, Co
e. Refractory/keras	W, Mo, Ta, Nb, Ti, Zr, V
f. Scattered/terberai	Be, In, Ga, Ti, Hf, Re
g. radio aktif	Ra, Ac, Th, Pa, U
h. Rare earth/tanah jarang	La, Sm, Eu, Sc
i. untuk paduan	Cr, Mn

Metalurgi tidak termasuk konstruksi dan perakitan dari produk akhir. Hanya banyak sekali variasi dari sifat logam yang telah dibuat adalah untuk mencapai kebutuhan yang diminta para pemakai.

Sering para metalurgis harus membuat dari logam yang sama tapi harus mempunyai sifat berlainan. Kebutuhan logam yang selalu meningkat adalah logam yang lebih kuat, ringan, aman, harga murah, keras, dsb. Ini adalah fungsi dari metalurgis yang sangat penting dalam teknik material. Juga cara memilih logam, cara mengoplahnya, cara uji adalah termasuk pekerjaan yang sangat besar.

Yang dimaksud metalurgis ialah yang menguasai ilmu mengubah logam hingga sangat berguna, hingga jadi mempunyai sifat-sifatnya yang baik sesuai kebutuhan. Juga mempelajari secara mendalam struktur logam dan hubungannya dengan kekuatan dan sifat lain dari logam. Mampu meramalkan akibat baja kena panas, mengejut dan laku panas lainnya.

1. Contoh-contoh praktis mengenai Metalurgi pada industri Modern

Bagaimana  fungsi  seorang  metalurgis  dapat  dilihat  dari  contoh-contoh di bawah ini :

1). Roda gigi pada suatu mesin harus berputar secara terus menerus dengan putaran tinggi dan mendapat beban yang berat, bila dibuat dari logam yang lunak (perunggu, kuningan) akan mudah lecet. Sebaliknya bila dibuat dari logam yang keras walaupun tahan aus sering terjadi pecah karena getas. Untuk mengatasi hal ini maka harus dibuat dengan logam yang dapat dikeras permukaan supaya bagian dalam tetap ulet hingga tidak mudah pecah sedang bagian luar keras hingga tidak lekas aus.

2). Selongsong peluru  yang berbentuk botol bila langsung disusun lengkap, maka suatu saat dapat terjadi retak pada leher selongsongnya. Hal ini akibat pembentukan yang meninggalkan tegangan sisa yang sangat besar. Retaknya dapat terjadi seketika atau setelah menunggu beberapa waktu (jam, hari). Untuk mengatasinya ialah dengan dilakukan annil (salah satu laku panas), maka tegangan sisa akan sangat kurang hingga tidak menimbulkan retak lagi.

3). Pemotong kertas dipabrik kertas yang bermutu tinggi harus mempunyai kekuatan dan kekerasan yang tinggi agar mampu memotong kertas yang berlapis-lapis dan sangat banyak.

1. Terminologi

1).  Unsur

Unsur dalam metalurgi akan selalu disebut-sebut unsur logam (elemen logam) artinya unsur terbentuk hanya dari satu material. Unsur tidak dapat diubah menjadi unsur lain (secara biasa). Walaupun unsur itu dicairkan, dibekuakan, dimesin, dipatahkan atau dengan prosedur mekanik lainnya, maka unsur tetap saja seperti asalnya.

2).  Senyawa

Adalah hasil reaksi dari beberapa unsur yang terikat secara kimia seperti besi fosfida, krom karbida, dsb. Biasanya senyawa mempunyai minimum dua unsur. Bila telah menjadi senyawa logam dan berikatan dengan unsur lain, maka akan sukar untuk diuraikan kembali selanjutnya sifat dari senyawa akan sangat berlainan dengan unsur-unsur asalnya. Contohnya besi sulfide sangat berbeda dengan sifat besi dan belerang, demikian juga dengan krom karbida, Alumunium oksida, dan silicon karbida yang sangat berbeda dengan unsur-unsur awalnya.

3).  Campuran

Yang disebut campuran pada logam adalah logam itu mengandung lebih dari satu unsur yang bercampur tapi tidak terbentuk senyawa kimia. Beda antara campuran dengan senyawa logam ialah pada campuran relatif mudah dipisah. Contohnya pada vitamin yang mengandung besi, dapat digerus dan besi nya dapat ditarik dengan magnet. Juga pada kuningan yang berbentuk larutan padat yang dicampuri timbal yang akan tampak terpisah bila kita lihat di bawah mikroskop. Sifat asal dari logamnya akan sangat tampak pada campuran ini.

4).  Larutan Padat

Adalah larutan dari logam yang terdiri dari pelarutnya logam dan yang terlarutnya juga logam. Contohnya pada uang logam Rp.100,- yang terdiri dari tembaga dan nikel. Terjadinya larutan padat adalah melalui peleburan/pencairan. Contohnya tembaga kita cairkan dan nikel juga dicairkan kemudian keduanya dicampurkan dengan perbandingan sekehendak, maka keduanya akan saling melarutkan. Larutan yang perbandingannya dapat sembarangan dan saling melarutkan dengan sempurna diberi nama “Larutan padat tanpa batas”. Ada juga yang larut padat terbatas seperti halnya karbon, tembaga pada besi akan larut hanya sebagian kecil. Lebih besar dari itu sudah bukan larutan padat lagi tapi akan membentuk fasa lain.

5).  Paduan

Bila dua unsur logam atau lebih dilarutkan secara bersama-sama akan membentuk :

–         Larutan Padat

–         Senyawa kimia

–         Campuran

Sehingga terbentuk logam lain yang sifatnya lebih unggul dan menguntungkan, maka hasilnya disebut paduan. Pada paduan ada logam induk yang jadi dasarnya yang kadarnya paling besar sedang yang dibubuhkan adalah logam pemadu. Paduan yang berbentuk paduan padat selalu terdiri atas logam paduan dan logam pelarutnya yang disebut logam induk.

6).  Butiran logam dan kristal

bila jumlah atom yang sangat banyak bergabung jadi satu, maka akan membentuk butiran logam yang dapat kita lihat dengan jelas di bawah mikroskop. Butiran ini disebut juga kristal. Atom-atom dalam kristal akan tersusun dengan siistem yang sangat teratur dan ada beberapa susunan tertentu

Daftar  Pustaka

Dieter, George E. Metalurgi Mekanik, Jakarta: Erlangga, 1987

ASTM. E – 0351. Standart Test Methods for Chemical Analysis of Metallic Materials. 

ASTM. E – 1351. Standart Test Methods for Micro Structure Testing of Metallic Materials 

Bishop, R. J. and Smallman R. E. 2000, Metalurgi Fisik Moderen Rekayasa Material, Erlangga, Jakarta. Bishop, R. J. and Smallman R. E. 2004, 

Metalurgi Fisik Moderen Rekayasa Material, Erlangga, Jakarta. 

Darmawan A.S.,2003, “Teknik Pengecoran” 

Dieter, George.E., Sriati Djaprie, 1987.  “Metalurgi Mekanik” Jilid 1 & 2, PT. Erlangga, Jakarta.