Download - BHN MINGGU 1
-
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?