MATA KULIAH

ILMU BAHAN DAN PENGENDALIAN KOROSI

Peran seorang ahli ilmu bahan dan pengendalian korosi

Sebagai 1. Superintendent / proscess engineer

2. Kontraktor

3. pemenang tender pembangunan

kilang/hotel /mall.

Jika sebagai Superintenden dll.,memang itu adalah tugas hariannya untuk mengerjakan dan mengontrol peralatan dan proses bersama bawahannya.

Jika sebagai pemenang adalah 2). Kontraktor yg sebagai pemenang tender dapat dilakukan sendiri dan no.3).melalui perusahaan diluar negeri /paten dan akan diserahkan setelah 3 tahun kemudian.

Sebagai kontraktor atau pemenang tender:

Pimpinan Teknik kontraktor mempelajari lagi proyek

melalui bluprint secara seksama dan mendiskusikan

kepada pimpinan yang akan menginstalnya dilapangan

dari alat-alat yang akan dipesan-maksudnya mempelajari

peralatan yang sesuai dengan kondisi operasi / spesifikasi

peralatan dan lingkungan sekitarnya,untuk

menghindarkan kesalahan pemesanan peralatan karena

pimpinan sudah memahami alat industri kimia.

Setelah merasa yakin dengan informasi peralatan tersebut

baru pimpinan proyek menugaskan sekertariat mengirim

surat kepada perusahan2 peralatan berat dan meminta

brosur spesifikasi peralatannya.

Untuk mengajukan penawaran harga barang yang sesuai

dengan spesifikasi yang telah ditentukan oleh catatan yang

ada dalam blue print dan diberi batas waktu supaya

disesuaikan dengan jadwal proyek.peralatan tersebut terdiri

dari barang mekanis, dan listrik.Sedang barang lainnya

dipesan kemudian sesuai dengan termein yang ada.

Setelah terpasang dan mulai dipakai perlu adanya cacatan

kapan barang dipasang dan mulai dipakai.

Setelah commisioning ada penyerahan baik data peralatan

dan begitu juga blue print pada owner /pemilik maka tugas

kontraktor selesai .

Dengan demikian pemilik harus menyerahkan pada

seseorang yng menguasai bidang tersebut untuk

maitenance.

Jika ada kesalahan /kerusakan,maka yang harus dilihat dahulu

blue print dan spesifikasinya termasuk didalamnya kondisi operasi.

Dengan demikian proses perbaikan sesuai dengan prosedur.

b)Jika perusahaan menyerahkan kepada perusahaan diluar negri

dalam bentuk paten,maka perosedurnya sebagai berikut:

Pemilik menyerahkan tanggung jawab kepada seseorang

karyawannya ,untuk mendampingi penanggung jawab pekerjaan.

Setelah pemasangan dan penyerahan kepada owner

Maka karyawan yang ditugaskan akan bertanggung jawab

berjalannya proses tersebut atas arahan pewakilan luar negri.Jika

ada kerusakan maka karyawan itu akan menghubungi perwakilan

perusahaan dan tidak boleh bertindak sendiri,karena masih dalam

perjanjian paten.

Selanjutnya jika ada kerusakan lagi ,karyawan tetap

kontak ke perusahaan dan perusahaan itu mengirim

expertnya. Karyawan tersebut boleh berdiskusi dengan

expert tersebut untuk mencari jalan keluarnya,namun

keputusan masih tetap dari expert tersebut.

Setelah 3 tahun barulah tugas itu dibawahi oleh

karyawan tersebut.Dan perusahaan paten tidak boleh

mengambil tidakan apapun ,kecuali jika diminta oleh

owner tersebut.

SILABUS ILMU BAHAN DAN P KOROSI

(ENCH 600030, 3 SKS)

Tujuan Pembelajaran : Mahasiswa mampu memilih bahan-

bahan teknik yang ekonomis untuk perencanaan dan

pembuatan alat proses industri kimia berdasarkan sifat-sifat

fisik,kimia dan mekanik bahan dan penjelasan proses

terjadinya korosi serta pengendaliannya berdasarkan sifat

fisik, kimia, mekanis dan menghitung biaya pembuatan

peralatan.

Silabus : Kristal : struktur dan cacat kristal. Sifat mekanis, fisik dan kimia

bahan pada suhu rendah dan suhu tinggi. Diagram fasa. Uraian bahan

logam dan non logam. Jenis-jenis korosi dan pencegahan korosi.

Aspek ekonomis dari korosi dalam dunia industri proses kimia.

Prasyarat :tidak ada

Buku Ajar :

# Van Vlack, Lawrence H, Elements of Materials Science and

Engineering, 5th edition, Addison-Wesley Publishing Company,Reading

Mass, USA.

#Trethewey, Keneth R. Chamberlain, J., Corrosion for Student of Science

and Engineering, Longman Group, UK Limited, 1988.

#Tata Surdia cs.,Pengetahuan Bahan Teknik,Pradnya Paramita,cetakan

keempat,1987.

PENILAIAN

TES DAN TUGAS 20 %

UJIAN TENGAH SEMESTER 40 %

UJIAN AKHIR SEMESTER 40 %

JUMLAH 100 %

DAFTAR ISI

Hal.

SILABUS ILMU BAHAN DAN P KOROSI .1

PENILAIAN .2

DAFTAR ISI .3

BAB I PENGENALAN KRISTAL .5

1.1 Mengenal Logam .5

1.2 Struktur Atom .6

1.3 Ikatan - Ikatan Atom.2

1.4 Pengelompokan Bahan .4

1.5 Unit Sel .4

1.6 Jenis Jenis Unit Sel Kristal ...11

1.7 Polimorfi ...13

1.8 Cacat Kristal ...14

1.9 Struktur Mikro Logam s...17

1.10 Latihan ...18

BAB II. FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI STRUKTUR LOGAM 19

2.1 Komposisi Kimia 19

2.2 Fabrikasi 32

2.3 Proses Perlakuan Panas 34

BAB IIIPENGUATAN LOGAM 39

BAB IVSIFAT-SIFAT LOGAM SEBAGAI MATERIAL 44

4.1 SIFAT MEKANIS 44

4.2 SIFAT FISIS 56

4.3 SIFAT KIMIA 57

BAB V SIFAT BAHAN UNTUK PERALATAN PROSES 61

BAB VI LOGAM NON FERRO 64

6.1 Sifat dan Penggunaan Logam Non Ferro 64

6.2 Ikhtisar Logam Non Ferro 65

6.3 Pengaruh Unsur Paduan Dalam Baja 72

BAB I . PENGENALAN KRISTAL

LATAR BELAKANG

Setiap bahan logam untuk peralatan industri kimia

sebaiknya digunakan sehemat mungkin, melalui pemilihan

bahan melalui sifat fisik,sifat mekanik,sifat

kimia,harga,ketersediaan dan mampu bentuk , melalui

teknologi pengolahan maupun rancangan produknya.

Sifat dan perilaku bahan merupakan cerminan dari struktur

dalam bahan itu sendiri. Dengan pemilihan bahan yang tepat

berarti bahan memiliki struktur atom, bentuk kristal, sifat fisis,

mekanis dan kimia yang tepat. Jika struktur dalam berubah

dari suatu bahan, berarti kegunaannya akan berubah.

Logam yang akan dibahas dalam diktat ini adalah logam yang

dipakai pada kondisi suhu ruang, dan juga kondisi

melebihi suhu ruang.

1.1 Mengenal Logam

Mengenal logam melalui dua cara, yaitu :

Skala Mikro :

Pengamatan dilakukan di laboratorium dengan perbesaran

tertentu, dan pembahasan meliputi : besar butir, tipe

struktur, dan adanya partikel endapan. Struktur mikro akan

mempengaruhi rekayasa bahan.

Skala Makro :

Meliputi penampakan yang terlihat langsung, seperti

adanya deformasi di dalam pemakaian, terjadinya perubahan-

perubahan dimensi dan penampakan suatu konstruksi akibat

interaksi dengan lingkungan, juga memberikan informasi

umum mengenai sifat-sifat logam dikalangan ahli teknik.

1.2 Struktur Atom

Atom terdiri dari inti dan elektron-elektron. Sedang inti

terdiri dari proton yang bermuatan positif dan neutron

yang bermuatan netral. Muatan positif inti sama dengan

jumlah elektron yang mengelilingi inti.

Nomor atom suatu unsur sama dengan jumlah proton

dalam inti atom dari unsur tersebut. Susunan daftar

unsur-unsur dibuat berdasarkan nomor atomnya,

disebut sebagai susunan berkala unsur (periodic

system).

Kolom-kolom vertikal dalam susunan berkala

menyatakan kelompok-kelompok atom dengan

karakteristik kimia dan listrik yang sama.

Unsur-unsur logam : periode berada disebelah kiri

golongan III A dan ditambah Sn dan Pb dari

golongan IV A, serta Bismuth dari golongan V A.

Unsur-unsur transisi secara mantap bersifat

sebagai logam dan diantaranya adalah Scandium,

Vanadium, Khrom, Mangan, Cobalt, Nikel, Tembaga,

Seng, dan Titanium, serta memiliki elektron valensi

yang banyak sehingga ikatan logamnya sangat

kuat.

Unsur periode ketiga adalah logam

Natrium, Magnesium, Alumunium.

Sedang logam alumunium adalah

logam terbanyak dipakai setelah besi

dan tak mudah teroksidasi.

Dengan jari-jari atom yang relatif kecil, susunan antara

atom yang rapat serta ikatan logam yang kuat, maka unsur-

unsur ini mempunyai kerapatan, kekerasan, titik cair dan titik

didih yang tinggi.

Selain itu adanya sifat kemagnetan : sebagai diamagnetik,

paramagnetik dan ferromagnetik. Yang sangat bersifat

ferromagnetik adalah besi, kobal dan nikel.

Unsur Metaloid : terletak pada golongan IV A periode 3 dan

4 yaitu Silikon (Si) dan Germanium (Ge).

Unsur Non Logam : mulai dari Karbon (C) dari gol. IV A

sampai unsur halogen gol. VII A termasuk gas-gas mulia gol.

VIII A.

1.3 Ikatan - Ikatan Atom

Suatu bahan logam terdiri dari atom-atom saling

berinteraksi dan berikatan. Jenis ikatan yang timbul

tergantung dari sifat-sifat logam pembentukannya.

Secara umum ikatan atom terbagi atas :

a)Ikatan Logam

Ikatan ini terjadi karena atom menyumbangkan

elektron valensinya sehingga membentuk awan elektron

yang mengelilingi ion-ion logam yang bermuatan positif.

Dengan adanya awan elektron (yang berisi elektron-

elektron valensi) ini memungkinkan adanya sifat

penghantaran listrik dan panas. Ion-ion positif logam

yang teratur, dimana masing-masing ion positif logam

dikelilingi oleh awan elektron.

Hal inilah yang menimbulkan gaya tarik elektrik yang kuat

yang menyatukan partikel-partikel logam itu bersama. Dan

logam mampu bersifat ulet. Jika diberi tegangan di suatu

tempat ion-ion positif bisa memutuskan ikatannya dan

bergeser ke posisi baru dan membangun lagi ikatannya. Sifat

inilah yang merupakan dasar dari sifat mekanis.

b) Ikatan Ion

Ikatan yang terbentuk dari adanya gaya atraksi

elektrostatis dari ion positif dan ion negatif. Unsur logam

cenderung melepaskan elektron valensinya dan membantu

ion positif. Sedangkan unsur non logam lebih mudah untuk

mengikat elektron, sehingga membentuk ion negatif.

Sebagai contoh, gaya elektrostatik antara ion Na positif dan

ion Cl negatif. Materi yang memiliki jenis ikatan ini tidak

memiliki daya hantar listrik dan tidak memiliki sifat ulet.

Bila mengalami deformasi akan patah sepanjang bidang-

bidang tertentu.

c) Ikatan Kovalen

Ikatan ini biasanya karena adanya pemakaian bersama

eletron-elektron dari unsusr-unsur yang memiliki elektron

valensi 3 atau lebih. Atom C dengan elektron valensi 4

membentuk intan melalui ikatan valensi. Ikatan seperti ini

padatannya mempunyai kekerasan yang tinggi dan daya

hantar listriknya rendah.

d)Ikatan Van der Waals

Ikatan ini terjadi pada gas-gas dan unsur-unsur yang

tidak memiliki elektron valensi untuk menjadi ikatan

kristalin. Timbulnya ikatan ini karena adanya polarisasi

muatan listrik.

Elemen-elemen yang memiliki jenis ikatan ini biasanya

memiliki titik lebur/melting point yang sangat rendah jauh

dibawah 00 C

1.4 Pengelompokan Bahan

Dalam teknik, bahan dibagi atas dua kelompok besar:

Bahan Logam :

Besi, baja dan paduannya (ferrous) : besi cor kelabu, besi

cor putih, dan baja.

Logam bukan besi dan paduannya (non ferrous) : Al,

Tembaga, Mg, Seng, Titan, Nikel.

Bahan Bukan Logam

Bahan Organik (plastik, kayu, kertas, karet, produksi minyak

bumi)

Bahan Anorganik (mineral, semen, keramik, gelas, grafit)

1.5 Unit Sel

Logam terdiri atas susunan dari molekul. Susunan

molekul atau tumpukan terkecil dari molekul disebut unit

sel.Sebagai contoh Unit sel besi , yg dapat diuraikan

sebagai berikut :

Body Center Cubic/ BCC : Pada suhu kamar, logam besi

dan baja memiliki struktur BCC. Kerapatan atom sekitar 68,0

%. Kristal BCC memiliki jumlah bidang luncur /slip /kisi

yang sedikit, akibatnya deformasi logam terbatas/ lebih

sulit. Untuk terjadi dislokasi membutuhkan energi lebih

tinggi. Contohnya : Cr,Fe,Mo,W,Na,Mn dan V.

Face Center Cubic/ FCC :

Pada suhu tinggi, besi dan kebanyakan baja

membentuk FCC. Biasanya kristal FCC mempunyai

kekuatan rendah tetapi keuletan/ ductility yang tinggi

.Apalagi Xtal / partikel / unit sel ini mempunyai bidang

kisi yang banyak sehingga bersifat ulet.

Contohnya :Al,Cu,Au,Pb,Ni,Pt,Ag,Sr,dan Pd.

Perhitungan kerapatan atom sebagai berikut :

Unit sel BCC :

Jika jari-jari atom = R dan panjang kisi unit sel = a, maka

a2 + (a2)2 = 16R2

a = 4/3 R3

Satu unit sel mengandung 8 x 1/8 atom + 1 atom = 2

atom

Kerapatan atom untuk BCC adalah sbg. berikut

R33

4

*ABCD dan EFGH dan seterusnya berisi 1/8

bagian atom dari setiap sudut kubus

* R = jari-jari atom; a = panjang rusuk

* Pitagoras : a2 + (a2)2 = (4R)2 = 16R2

a2 + 2a2 = 16 R2

3a2 = 16 R2

a = (4/3) R

a =

Satu unit terdapat 8 x 1/8 atom + 1 atom = 2 atom

Kerapatan atom =

kisivolume

atomvolxatomjml

a

Ratom ..)34(2

3

3

%6868.0

)33

4(

342

342

3

3

3

3

R

Rx

a

Rx

Ra

Ra

Raa

22

162

)4(22

222

Unit Sel FCC

Segi tiga FGC

%7474.0

)22(

316

344

1

3

3

3

3

3

R

R

a

Rx

a

atomvolumexselunit

atomjumlah

* Satu unit sel terdapat 8 x 1/8 + 6 x 1/2 = 4 atom

* Kerapatan atom/ faktor tumpuk :

selunitvolume

selunitmassa

39

24

)103615,0(

10602,05,634

x

xx

Contoh :

Logam Cu dengan struktur FCC, dengan jari-jari 0,1278

mm. Hitunglah berat jenisnya!

Penyelesaian :

aFCC = 8 R = 8 X (0,1278) = 0,3605 mm

berat jenis =

Berat atom Cu = 63,5

Maka berat jenis =

Bil.Ahrenius =0,602x 10 24 mol /gram

Unit Sel Hexagonal

Volume = 0,106 nm3

c/a = 1,59

c = 1,59a

Hitung jari-jari atom!

Penyelesaian :

Hexagonal mempunyai 6 segitiga alas.

Luas Alas = 6 x (1/2 a x t)

= 6 x (1/2 a x a sin 60o) = 2. 6a2

Volume = luas alas x t

= 2 (6a2) x 1,59a

= 4,13a3

Diketahui volume = 0,106 nm3

4,13 a3 = 0,106 nm3

a = 0,2950 nm

c = 1,59 x a = 1,59 x 0,2950

= 0,469 nm

a = 2R, maka R = 0,5a

= x 0,2950 = 0,1475 nm.

1.6 Jenis Jenis Unit Sel Kristal ada 7

Macam, yaitu :

# Kubus /BCC : -Besi/ Ferrit, Cr,

Tungsten, W

# FCC :-Besi/ Austenit, Cu, Al, Perak, Ni

# Hexagonal: Te,Cd,Co,Ti,Zn,Mg,Be,C,Se

# Orthorombik :Galium,S,U,I,Cl,Br,Np.

# Mono Clinic : P,Pu,Po.

# Rhombohedral : Hg,As,Sb,Bi,B,Sm

# Tetragonal :Sn,In.

# Triklinik : Sb

Kristal kubik memiliki pola yang sama sepanjang ketiga

sumbu tegak lurus dan ketiga sumbunya sama. Kristal lain

karakter geometriknya sebagai berikut :

Sistem Sumbu Sudut Sumbu

Kubik a1 = a2 = a3 Semua sudut 90o

Tetragonal a1 = a2 c Semua sudut 90o

Ortorombik a b c Semua sudut 90o

Monoklinik a b cDua sudut 90o

Satu sudut 90o

Rombohedral a1 = a2 = a3 Semua sudut tidak sama tetapi tidak 90o

Hexagonala1 = a2 = a3

cSemua sudut 90o dan 120o

Triklinik a b c Semua sudut berbeda, tidak ada yang 90o

1.7 Polimorfi dan alatropi

Suatu materi dengan komposisi kimia yang sama dengan

dua atau lebih bentuk kristal biasa disebut polimorfi.

Polimorfi karbon berupa grafit dan intan. Pada logam tunggal,

sifat ini disebut Alotropi. Logam besi memiliki dua alotropi

yaitu Ferit dan Austernit. Biasanya sifat polimorfi

dimanfaatkan pada perlakuan panas suatu material.

Contohnya adalah logam besi. Jika diberi perlakuan panas

maka strukturnya akan berubah dari KPR/BCC menjadi KPS/

FCC.

Sebaliknya jika didinginkan struktur kembali pada

keadaan semula. Hal yang paling menonjol dari polimorfi

adalah adanya perubahan berat jenis dan sifat perlakuan

panas, walaupun demikian masih ada sifat-sifat lain yang

berubah.

Logam tunggal yang tak ada perubahan jika mengalami

perlakuan tersebut, disebut allotropic.

1.8 CACAT KRISTAL

Kadang-kadang kristal mempunyai sifat tidak

sempurna dan disebut cacat kristal.Cacat kristal dapat

dijadikan katalis . Jenis cacat kristal adalah ;

1. Cacat titik, disebabkan ketiadaan salah satu atom dalam

unit sel.

2. Jika salah satu atom mengisi ruang yang kosong

(voidage), sehingga akan menimbulkan perpindahan atom.

Akibat perpindahan tersebut akan ada titik yang kosong.

Hal ini disebut sebagai self intersity.

Cacat seperti ini disebut Frenkel Defect. Kondisi ini terjadi

jika kristal mengalami suhu 0o K atau 0o absolut. Kondisi ini

tidak mempengaruhi rapat massa kristal.

3. Jika salah satu atomnya keluar dari struktur kristal dan

menduduki permukaan kristal atau keluar saja dari kristal.

Cacat ini disebut Cacat Schotty. Kejadian ini akan

mempengaruhi rapat massa kristal.

4. Substitusi atom, artinya salah satu atom

kristal keluar dan digantikan oleh atom lain

dengan jari-jari yang sama.Contohnya besi

digantikan oleh Cr.

5. Intertisi atom, adalah masuknya atom ke dalam

voidage struktur kristal. Atom tersebut tidak sama

dengan atom yang ada di sekitarnya, dan jari-jari

atom yang masuk tidak sama dengan jari-jari dari

atom yang ada/ induk. Atom yang masuk biasanya

C, N2 dan O2.

6. Akibat kristal ditekan atau ditarik dan atau dipelintir juga

akan membuat cacat terhadap kristal tersebut. Biasa

disebut cacat bidang. Akibat ketidaksempurnaan kristal

tersebut mungkin terjadi perubahan hantaran listrik,

perubahan warna, perubahan laju difusi, atau juga sifat

mekanis bahan.

7. Cacat garis biasanya terjadi dalam arah yang memanjang

beberapa atom dan permanen. Cacat garis biasanya

disebut juga dislokasi.

8. Cacat Bidang : Rotasi bidang geser mengikuti arah

deformasi.

Gambar 3. Cacat Kristal

1.9 Struktur Mikro Logam

Butir adalah sekumpulan partikel/ Xtal logam yang

memiliki orientasi kristal yang sama. Logam murni

merupakan susunan butir-butir logam yang memiliki

orientasi sama. Makin banyak partikel-partikel yang

terkumpul pada suatu lokasi dengan arah orientasi

kristal yang sama, maka makin besar butir tersebut.

Batas butir (grain boundary) merupakan bidang yang

membatasi kumpulan butir-butir / unit sel / kristal

yang berbeda arah/ orientasi.

Ukuran butir dapat dinyatakan sebagai berikut :

Butir dengan diameter s/d 10 disebut butir halus

Butir dengan diameter s/d 50 disebut butir sedang

Butir dengan diameter lebih dari 50 disebut butir

kasar.

Selanjutnya ukuran butir menyatakan sifat mekanis logam,

semakin halus butir semakin tinggi kuat luluhnya sehingga

bahan logam semakin kuat, dan diperlukan untuk

penguatan bahan logam. Biasanya ukuran kehalusan butir

dinyatakan dalam G (ASTM Number).

Dari hal tersebut, dapat dinyatakan bahwa paduan

logam merupakan kombinasi kumpulan butir-butir

yang arahnya berbeda. Jenis/ tipe struktur logam

akan tergantung kepada komposisi kimia dan

temperatur logam dan ini akan digambarkan dalam

diagram fasa. Diagram fasa sangat penting jika

membicarakan perlakuan panas dalam rangka

meningkatkan sifat mekanis logam.

1.10 Latihan

Jelaskan apa yang dimaksud dengan logam dan non logam!

Apa pula yang disebut :

Paduan

Alotropi

Apakah perbedaan sifat antara logam berbutir kasar dengan Logam berbutir besar?

Bedakan antara :

Ikatan Logam

Ikatan Ion

Ikatan Kovalen

Ikatan Van der Walls

Apakah yang disebut dengan unit sel dan terangkan jenis-jenisnya!

Bagaimana cara menghitung Faktor Kerapatan Atom dalam unit sel baik dalam unit sel BCC maupun FCC?