Logam Non-Besi: Panduan Penting untuk Al, Cu, Zn, dan Lainnya

Logam non-besi mengacu pada semua logam selain besi dan paduan berbasis besi. Logam ini memiliki banyak karakteristik yang sangat baik dan memainkan peran yang sangat penting dalam bidang industri, terutama di bidang teknologi tinggi.

I. Aluminium dan Paduan Aluminium

1. Aluminium (Al)

Aluminium murni dapat diklasifikasikan menjadi aluminium dengan kemurnian tinggi, aluminium dengan kemurnian tinggi untuk industri, dan aluminium murni untuk industri berdasarkan kandungan aluminium. Aluminium dengan kemurnian tinggi memiliki fraksi massa aluminium 99,3% hingga 99,996% dan terutama digunakan dalam eksperimen ilmiah, industri kimia, dan bidang lainnya.

Aluminium dengan kemurnian tinggi untuk industri memiliki fraksi massa aluminium 99,85% hingga 99,9% dan terutama digunakan untuk membuat paduan berbasis aluminium. Aluminium murni dapat digunakan untuk membuat kabel listrik, kotak aluminium, selubung pelindung, dan wadah bahan kimia, dll.

(1) Deposit bijih dan peleburan

Aluminium logam murni tidak ada di alam; aluminium ada dalam bentuk senyawa dan merupakan logam dengan cadangan terbesar (sekitar 8% kerak bumi). Bauksit adalah mineral dengan kandungan aluminium tertinggi; korundum adalah alumina kristal; permata (ruby, safir, safir kuning, safir ungu) adalah alumina murni dan transparan.

(2) Properti utama

• Sifat fisik. Titik leleh 658 ° C, kepadatan 2,7kg / cm ³ dan konduktivitas listrik adalah yang kedua setelah perak dan tembaga.
• Sifat kimiawi. Tahan korosi, dengan lapisan film oksida yang tebal.
• Sifat mekanik. Kekuatan tarik untuk aluminium cor adalah 90-120MPa, untuk aluminium canai adalah 150-230MPa. Perpanjangan adalah 20% hingga 35%.
• Sifat teknologi. Aluminium dapat ditempa, digulung, ditarik, dikerjakan dengan mesin, dilemparkan, dilas, dan dipaku.

2. Paduan aluminium

Paduan aluminium terutama menambahkan tembaga, silikon, magnesium, mangan, dan seng sebagai elemen paduan.

(1) Paduan aluminium cor

Mereka memiliki sifat pengecoran yang sangat baik, dapat mempertahankan stabilitasnya di bawah pengaruh iklim dan air laut, dan dapat dikerjakan dengan mesin dan dilas.

(2) Paduan aluminium tempa

Produk ini memiliki sifat mekanis yang baik dan cocok untuk pemrosesan deformasi. Produk setengah jadi yang tersedia di pasar termasuk pelat aluminium, strip, tabung, batangan, bagian aluminium yang diekstrusi, dan tempa cetakan.

Paduan aluminium digunakan dalam industri konstruksi untuk membuat pintu, jendela, dan komponen struktural; dalam industri makanan, tangki penyimpanan, kaleng, wadah minuman, dan sebagian besar panci dan wajan sehari-hari terbuat dari aluminium.

3. Penunjukan kelas

1) Metode penunjukan kelas untuk aluminium cor dan paduan aluminium adalah sebagai berikut.

Paduan aluminium cor termasuk ZL102, ZL105, ZL201, ZL401, dll.

2) Kelas aluminium tempa dan paduan aluminium diwakili oleh kode empat digit, di mana digit pertama, ketiga, dan keempat adalah angka, dan digit kedua adalah huruf. Digit pertama menunjukkan kelompok aluminium dan paduan aluminium,

seperti yang ditunjukkan pada tabel di bawah ini. Huruf kedua menunjukkan status modifikasi dari aluminium murni asli atau paduan aluminium, dan dua digit terakhir digunakan untuk mengidentifikasi paduan aluminium yang berbeda dalam kelompok yang sama atau menunjukkan kemurnian aluminium.

Kelompok aluminium dan paduan aluminium:

3) Perbandingan antara penunjukan kelas baru dan lama untuk aluminium tempa dan paduan aluminium ditunjukkan pada tabel di bawah ini.

Perbandingan penunjukan kelas baru dan lama untuk aluminium tempa dan paduan aluminium:

4) Perbandingan antara peruntukan kelas baru dan lama untuk aluminium murni industri ditunjukkan pada tabel di bawah ini.

Perbandingan sebutan kelas baru dan lama untuk aluminium murni industri:

4. Properti pemrosesan

Paduan aluminium dapat menjalani proses pemesinan atau non-pemesinan. Kecepatan pemotongan dapat mencapai hingga 400m/menit, sehingga menghemat waktu pemrosesan. Perkakas baja dan karbida berkecepatan tinggi digunakan untuk pemesinan.

Memotong cairan dan pelumas yang digunakan termasuk oli, terpentin, alkohol, dan air sabun. Pemrosesan deformasi panas harus sesuai dengan spesifikasi suhu yang ketat. Aluminium memiliki konduktivitas termal dan tingkat ekspansi termal yang tinggi, dan pengelasan tidak menimbulkan kesulitan khusus. Anodisasi, pengawetan asam, dan pelapisan dapat meningkatkan ketahanan terhadap korosi.

II. Tembaga dan Paduan Tembaga

1. Tembaga (Cu)

Selain aluminium, tembaga adalah logam non-besi yang paling penting. Tembaga murni industri berwarna merah jambu, berubah menjadi ungu-merah ketika lapisan oksida terbentuk di permukaan. Tembaga adalah logam yang sangat diperlukan untuk teknik elektro dan manufaktur mekanik.

(1) Deposit bijih dan peleburan

Tembaga terutama ada dalam bentuk bijih, dengan bijih tembaga utama adalah kalkosit (Cu ₂ S) dan kalkopirit (CuFeS ₂ ). Belerang dihilangkan dalam tungku pemanggangan, dan tembaga murni diperoleh melalui pemurnian tungku atau elektrolisis.

(2) Properti utama

1) Sifat fisik.

Titik leleh 1084 ° C, kepadatan 8,9 kg / cm ³ konduktivitas termal 8 kali lebih tinggi dari baja, dan konduktivitas listrik 7 kali lebih tinggi dari baja.

2) Sifat kimiawi.

Karena lapisan film oksida yang tebal, ia memiliki ketahanan yang tinggi terhadap korosi udara dan air. Bereaksi dengan karbon dioksida di udara untuk membentuk tembaga karbonat (patina hijau).

3) Sifat mekanik.

Kekuatan tarik ≤250MPa, perpanjangan rata-rata kawat tembaga adalah 30% hingga 50%, kekerasan hanya sekitar 25% baja.

4) Sifat teknologi.

Tembaga dapat ditempa, digulung, dipintal, ditarik, dikerjakan dengan mesin, dilemparkan, dilas, dll.

2. Paduan tembaga

Paduan tembaga meliputi paduan biner dan paduan multi-elemen, dengan elemen-elemen paduan seperti seng, timah, nikel, aluminium, dan besi.

(1) Kuningan (paduan tembaga-seng)

Memiliki sifat pengecoran yang baik, kemampuan mesin, ketahanan terhadap korosi, dan kemampuan bentuk dingin. Kekuatan meningkat dengan kandungan seng. Kuningan yang ditambahkan elemen paduan lain disebut kuningan khusus. Unsur-unsur paduan yang umum termasuk aluminium, besi, silikon, mangan, timbal, timah, nikel, dll., yang dapat meningkatkan sifat-sifat tertentu dari kuningan.

(2) Perunggu

Warnanya hijau keabu-abuan, oleh karena itu dinamakan perunggu. Untuk meningkatkan sifat teknologi dan mekanis paduan, sebagian besar perunggu juga mengandung elemen paduan lainnya seperti timbal, seng, fosfor, dll.

Karena timah adalah elemen yang langka, industri juga menggunakan banyak perunggu bebas timah. Perunggu bebas timah yang utama meliputi perunggu aluminium, perunggu berilium, perunggu mangan, perunggu silikon, dll.

Perunggu timah memiliki sifat mekanik yang baik, ketahanan korosi, pengurangan gesekan, dan sifat pengecoran; perunggu timah memiliki ketahanan korosi yang lebih baik daripada kuningan di atmosfer, air laut, air tawar, dan uap.

Perunggu aluminium memiliki sifat mekanik yang lebih baik, ketahanan aus, ketahanan korosi, tahan dingin, tahan panas daripada perunggu timah, tidak bersifat magnetis, memiliki fluiditas yang baik, tidak ada kecenderungan untuk memisahkan diri, dan dapat menghasilkan coran yang padat. Menambahkan besi, nikel, dan mangan ke dalam perunggu aluminium dapat lebih meningkatkan berbagai sifat paduan.

(3) Cupronickel

Paduan berbasis tembaga dengan nikel sebagai elemen aditif utama tampak berwarna putih keperakan, sehingga disebut cupronickel. Paduan biner tembaga-nikel disebut cupronickel biasa, sedangkan paduan tembaga-nikel dengan mangan, besi, seng, dan aluminium disebut cupronickel kompleks. Menambahkan nikel ke tembaga murni secara signifikan meningkatkan kekuatan, ketahanan korosi, ketahanan listrik, dan sifat termoelektrik.

Cupronickel industri dibagi menjadi cupronickel struktural dan cupronickel elektrik berdasarkan karakteristik kinerja dan penggunaan, yang memenuhi berbagai ketahanan korosi dan persyaratan sifat listrik dan termal khusus.

3. Penunjukan kelas

(1) Metode penunjukan kadar tembaga murni

Metode penunjukan kadar tembaga murni:

(2) Paduan tembaga

1) Kuningan.

Kuningan biasa: Penunjukan menggunakan "kandungan persentase tembaga H +", di mana "H" adalah singkatan dari kuningan biasa.

Kuningan biasa:

Kuningan khusus: Penunjukan menggunakan "H + simbol elemen aditif utama + persentase kandungan tembaga + persentase kandungan elemen aditif utama".

Paduan tembaga cor: Penunjukannya adalah "ZCu + simbol elemen aditif utama + konten persentase elemen aditif utama + simbol elemen lain dan konten persentase", di mana "Z" adalah singkatan dari casting, seperti ZCuSn10Zn2, ZCuPb10, ZCuZn40Mn2, ZCuZn33Pb2, dll.

Kuningan khusus:

2) Perunggu.

Penunjukan menggunakan "Q + simbol elemen aditif utama dan persentase kandungan + simbol elemen lain dan persentase kandungan".

Perunggu:

3) Cupronickel.

Penunjukan cupronickel menggunakan "kandungan persentase nikel B +", seperti B5, di mana fraksi massa nikel sekitar 5%.

Penunjukan cupronickel khusus menggunakan "B + simbol elemen aditif utama + persentase kandungan nikel", seperti BFe11-1-1 untuk cupronickel besi dengan fraksi massa nikel sekitar 11%; BMn40-1.5 untuk cupronickel mangan dengan fraksi massa nikel sekitar 40%; BAl13-3 untuk cupronickel aluminium dengan fraksi massa nikel sekitar 13%.

4. Properti pemrosesan

Melalui deformasi kerja dingin, kekuatan dan kekerasan meningkat secara signifikan, sementara perpanjangan menurun; setelah pelunakan anil, perpanjangan meningkat, sementara kekuatan dan kekerasan menurun.

III. Paduan Seng dan Seng

1. Seng (Zn)

Ketika seng dipadukan dengan tembaga, ia dapat menghasilkan paduan seperti emas. Seng memiliki

(1) Deposit bijih dan peleburan

Deposit seng termasuk sfalerit (ZnS), smithsonit (ZnCO₃), dan hemimorfit [Zn₄Si₂O₇(OH)₂-H₂O]. Seng komersial yang ada di pasaran mengandung 99,5% seng berdasarkan massa, dan seng dengan kemurnian tinggi (99,997% berdasarkan massa) dapat diperoleh melalui distilasi dan elektrolisis.

(2) Properti utama

1) Sifat fisik.

Titik lelehnya adalah 419,5 ° C, titik didihnya 911 ° C, densitasnya 7,14 kg/cm³, dan kekerasan Mohs 2,5.

2) Sifat kimiawi.

Memiliki ketahanan korosi yang baik dan membentuk lapisan seng oksida (ZnO) yang tebal ketika dikombinasikan dengan oksigen.

3) Sifat mekanis.

Kekuatan butir ≤140MPa. Seng sangat rapuh, mudah dikerjakan pada suhu 120°C, dan menjadi rapuh lagi ketika suhu naik hingga 205°C. Selama galvanisasi, seng berikatan dengan baik dengan logam dasar.

4) Properti pemrosesan.

Digunakan sebagai bahan pelindung permukaan (galvanisasi celup panas, galvanisasi semprot, atau pelapisan listrik), seng dapat digunakan sebagai elemen paduan yang sangat baik. Saat memproses seng, disarankan untuk menggunakan kikir satu potong. Seng memiliki sifat penempaan yang baik. Produk seng komersial meliputi batangan seng, batangan, lembaran seng, dan bahan kawat.

2. Paduan seng

Paduan seng adalah paduan yang terdiri dari seng sebagai bahan dasar dengan tambahan elemen lain. Elemen paduan yang umum termasuk aluminium, tembaga, magnesium, kadmium, timbal, dan titanium.

(1) Paduan seng cor

Dibentuk dengan pengecoran, mereka memiliki sifat pengecoran yang baik dan retensi akurasi geometris. Cocok untuk instrumen die-casting, komponen otomotif, dan casing.

(2) Paduan seng tempa

Paduan seng yang digunakan untuk memproduksi berbagai bentuk bahan seng. Sering kali mengandung sejumlah kecil kadmium, timbal, besi, titanium, dan tembaga. Terutama digunakan untuk casing baterai, papan sirkuit tercetak, lembaran atap, dan barang perangkat keras sehari-hari.

3. Penunjukan kelas

1) Kadar ingot seng dinyatakan sebagai "persentase kandungan Zn + seng", seperti Zn99,95.

2) Nilai paduan seng cor dinyatakan sebagai "ZZn + simbol elemen lain dan persentase kandungan", seperti ZZnAl6Cu1, ZZnAl4Cu1Mn.

3) Nilai paduan seng die-cast dinyatakan sebagai "YZZn + simbol elemen lain dan persentase kandungan", seperti YZZnAl4Cu1.

4) Penunjukan tingkat paduan seng lainnya: Nilai pelat seng baterai dinyatakan sebagai "XDx", di mana "x" adalah angka yang menunjukkan urutan, seperti XD1; Nilai pelat seng offset dinyatakan sebagai "XJx", di mana "x" adalah angka yang menunjukkan urutan, seperti XJ1; Nilai kue seng dinyatakan sebagai "XBx", di mana "x" adalah angka yang menunjukkan urutan, seperti XB1.

4. Properti pemrosesan

Melalui deformasi pengerjaan dingin, kekuatan dan kekerasan meningkat secara signifikan, sementara pemanjangan menurun. Setelah pelunakan anil, pemanjangan meningkat, sementara kekuatan dan kekerasan menurun.

IV. Magnesium dan Paduan Magnesium

1. Magnesium (Mg)

(1) Deposit dan peleburan

Magnesium memiliki posisi penting di antara unsur-unsur kimia. Dengan memproses bijih (magnesit, dolomit, karbital), CO₂ dihilangkan dari magnesit (MgCO₃) untuk mendapatkan magnesium oksida (MgO). Magnesium diperoleh melalui elektrolisis.

(2) Properti utama

1) Sifat fisik.

Titik lelehnya adalah 657°C, dan densitasnya 1,74kg/cm³.

2) Sifat kimiawi.

Sangat stabil di udara kering. Dalam kembang api, magnesium dikombinasikan dengan oksigen untuk menghasilkan kilatan cahaya; magnesium yang terbakar hanya bisa dipadamkan dengan pasir, karena air akan mengintensifkan reaksi oksidasi.

3) Sifat mekanis.

Magnesium murni memiliki kekuatan tarik yang sangat rendah yaitu 110-200MPa.

4) Properti pemrosesan.

Mudah dikerjakan dengan mesin, memungkinkan kecepatan potong yang relatif tinggi, dengan sifat mampu bentuk dan pengecoran yang baik.

2. Paduan magnesium

Karena sifat mudah terbakar dan kekuatan magnesium murni yang rendah, hanya paduan magnesium yang digunakan dalam bidang teknik. Paduan magnesium adalah bahan struktural logam yang paling ringan. Elemen-elemen paduan berikut ini memiliki dampak yang signifikan terhadap sifat-sifat paduan magnesium.

• Mangan: Meningkatkan ketahanan terhadap korosi.
• Aluminium: Meningkatkan sifat mekanis.
• Seng: Meningkatkan keuletan dan kekuatan.

(1) Paduan magnesium cor

Paduan magnesium yang cocok untuk persiapan dan produksi coran untuk penggunaan langsung melalui metode pengecoran.

(2) Paduan magnesium tempa

Paduan magnesium yang dapat diproses dengan metode pembentukan plastik seperti ekstrusi, pengerolan, penempaan, dan pencetakan.

V. Timah dan Paduan Timah

1. Timah (Sn)

(1) Deposit dan peleburan

Bijih: Kasiterit (SnO₂). Persiapan: Pertama, konsentrat diproduksi (kandungan timah 60%-70% berdasarkan massa). Peleburan: Timah direduksi dari oksigen dalam tungku vertikal atau tungku api, kemudian timah mentah dimurnikan lebih lanjut dengan cara pencairan atau elektrolisis.

(2) Properti utama

1) Sifat fisik.

Titik lelehnya adalah 232°C, dan densitasnya 7,3kg/cm³.

2) Sifat kimiawi.

Tahan terhadap udara, air, dan banyak alkali dan asam.

3) Sifat mekanik. Kekuatan tarik adalah 30MPa, perpanjangan ≤40%.

4) Properti pemrosesan.

Tidak beracun, dengan sifat mampu bentuk dan keuletan yang baik. Di bawah suhu -200°C, timah menjadi rapuh dan retak, dan di bawah suhu -20°C berubah menjadi bubuk. Timah bersifat ulet dan dapat digulung, dilubangi, dan dipalu. Dapat dibuat menjadi kertas timah dengan ketebalan kurang dari 0,01mm.

2. Paduan timah

Paduan timah adalah paduan yang dibentuk dengan menambahkan elemen paduan lain (tembaga, antimon, timbal, dll.) ke dalam timah sebagai bahan dasar. Paduan timah memiliki titik leleh yang rendah, kekuatan dan kekerasan yang rendah, konduktivitas termal yang baik, dan koefisien ekspansi termal yang rendah. Mereka tahan terhadap korosi atmosfer, memiliki sifat anti-gesekan yang sangat baik, dan mudah disolder dengan baja, tembaga, aluminium, dan paduannya. Mereka adalah bahan solder dan bahan bantalan yang baik.

(1) Paduan bantalan berbahan dasar timah

Secara kolektif dikenal sebagai paduan Babbitt bersama dengan paduan bantalan berbasis timbal. Kandungan antimon adalah 3%-15% menurut massa, kandungan tembaga adalah 3%-10% menurut massa. Antimon dan tembaga digunakan untuk meningkatkan kekuatan dan kekerasan paduan. Mereka memiliki koefisien gesekan yang rendah, ketangguhan yang baik, konduktivitas termal, dan ketahanan korosi, terutama digunakan untuk pembuatan bantalan geser.

(2) Solder timah

Terutama paduan timah-timah. Paduan timah dengan massa timbal 38.1% umumnya dikenal sebagai solder, dengan titik leleh sekitar 183°C, digunakan untuk menyolder komponen dalam industri instrumen listrik, dan menyegel radiator mobil, penukar panas, wadah makanan dan minuman.

(3) Lapisan paduan timah

Memanfaatkan ketahanan korosi dari paduan timah, mereka diaplikasikan pada permukaan berbagai komponen listrik, memberikan perlindungan dan dekorasi.

(4) Paduan timah

(Termasuk paduan timah-timah dan paduan timah bebas timah) yang digunakan untuk memproduksi berbagai perhiasan dan kerajinan paduan yang sangat indah, seperti cincin, kalung, gelang, anting-anting, bros, kancing, klip dasi, ornamen topi, kerajinan dekoratif, bingkai foto paduan, lambang keagamaan, patung miniatur, suvenir, dll.

3. Pengolahan

Timah memiliki fluiditas dan sifat pengecoran yang baik dalam keadaan cair dan dapat digunakan sebagai bahan pelapis (seperti pelat timah).

VI. Timbal dan Paduan Timbal

1. Timbal (Pb)

(1) Deposit dan peleburan

Bijih timbal yang paling penting adalah galena (PbS) dan bijih campuran. Pertama, konsentrat timbal yang kaya diproduksi, kemudian timbal diperoleh melalui pemanggangan dan reduksi, diikuti dengan pemurnian untuk mendapatkan timbal murni.

(2) Properti utama

1) Sifat fisik.

Titik lelehnya adalah 327,4°C, dan densitasnya 11,34kg/cm³.
2) Sifat kimiawi.

Memiliki ketahanan korosi yang sangat baik, tahan terhadap sebagian besar asam tetapi tidak tahan terhadap aqua regia, beracun.

3) Sifat mekanis.

Kekuatan dan kekerasan rendah, elastisitas buruk, kekuatan tarik 15MPa, perpanjangan ≤60%.

4) Properti pemrosesan.

Resistensi deformasi rendah, deformabilitas tinggi, cocok untuk pembentukan dingin. Timbal mudah untuk dikempa, dilas, dan dicetak. Itu bisa dipadukan dengan yang lain logam. Terutama digunakan untuk membuat lembaran tutup, wadah tahan asam, kabel berselubung timbal, cincin penyegel, bidikan timbal, pelat proteksi radiasi, dan timbal penyegel.

2. Paduan timbal

Paduan timbal adalah paduan yang terdiri dari timbal sebagai bahan dasar dengan tambahan elemen lain. Menurut sifat dan kegunaannya, paduan timbal dapat diklasifikasikan ke dalam paduan tahan korosi, paduan baterai, paduan solder, paduan pencetakan, paduan bantalan, dan paduan cetakan. Paduan timbal terutama digunakan untuk perlindungan korosi kimia, pelindung radiasi, pembuatan pelat baterai dan selubung kabel.