Pernahkah Anda bertanya-tanya, apa yang membuat perunggu begitu istimewa dan serbaguna? Artikel ini menjelajahi dunia perunggu yang memukau, paduan yang terutama terbuat dari tembaga yang dicampur dengan unsur-unsur seperti timah, aluminium, dan silikon. Kami akan mengungkap sifat-sifat unik, berbagai jenis, dan aplikasi praktisnya, dengan memberikan wawasan dari para insinyur mekanik yang berpengalaman. Bersiaplah untuk mempelajari bagaimana perunggu telah membentuk industri dengan kekuatan, elastisitas, dan ketahanan terhadap korosi!
Perunggu, sebuah paduan yang terutama terbuat dari tembaga, telah menjadi salah satu bahan terpenting sepanjang sejarah manusia. Penemuannya menandai dimulainya Zaman Perunggu, sebuah era transformatif yang merevolusi perkakas, senjata, dan berbagai artefak. Perunggu dihargai karena daya tahannya, ketahanannya terhadap korosi, dan kemudahan penggunaannya.
Paduan perunggu terutama terdiri dari tembaga dan timah, dengan elemen tambahan seperti aluminium, mangan, nikel, atau fosfor untuk meningkatkan karakteristik tertentu. Sifat-sifat yang penting termasuk:
Meskipun perunggu dan kuningan adalah paduan berbasis tembaga, namun keduanya memiliki komposisi dan sifat yang berbeda. Kuningan terutama merupakan paduan tembaga dan seng, yang dikenal karena kelenturan dan sifat akustiknya yang sangat baik.
Perunggu digunakan pada perangkat keras kelautan, bantalan, dan mesin industri, sedangkan kuningan biasa digunakan pada barang-barang dekoratif, alat musik, dan alat kelengkapan pipa. Memahami perbedaan ini adalah kunci untuk memilih bahan yang tepat untuk aplikasi tertentu, memastikan kinerja terbaik dan umur panjang.
Perunggu adalah paduan logam serbaguna yang terutama terdiri dari tembaga. Hal ini dibentuk dengan menggabungkan tembaga dengan satu atau lebih elemen paduan, yang paling sering adalah timah, tetapi juga termasuk aluminium, berilium, silikon, mangan, nikel, fosfor, dan kadang-kadang seng dalam jumlah kecil. Komposisi spesifik bervariasi tergantung pada sifat yang diinginkan dan aplikasi yang dimaksudkan.
Secara metalurgi, perunggu mencakup keluarga besar paduan tembaga, tidak termasuk tembaga murni, kuningan (paduan tembaga-seng), dan cupronickel (paduan tembaga-nikel). Penambahan elemen paduan pada tembaga secara signifikan meningkatkan sifat mekanik dan kimianya, sehingga menghasilkan bahan dengan karakteristik yang lebih unggul dibandingkan dengan tembaga murni.
Proses pemaduan memberikan perunggu dengan kombinasi sifat yang unik:
Atribut-atribut ini menjadikan perunggu sebagai bahan yang sangat berharga di berbagai industri, termasuk teknik kelautan, kedirgantaraan, aplikasi kelistrikan, dan upaya artistik. Meskipun perunggu bisa lebih menantang untuk diproses daripada beberapa logam lain karena kekerasan dan titik lelehnya yang tinggi, teknik manufaktur modern seperti pengecoran presisi, permesinan CNC, dan manufaktur aditif telah memperluas aplikasinya dan meningkatkan efisiensi produksi.
Komposisi perunggu spesifik dirancang dengan cermat untuk memenuhi persyaratan setiap aplikasi, menyeimbangkan faktor-faktor seperti kekuatan, keuletan, ketahanan terhadap korosi, dan efektivitas biaya. Kemampuan beradaptasi ini telah memastikan relevansi perunggu yang berkelanjutan dalam aplikasi teknik tradisional dan mutakhir.
Ada berapa jenis perunggu yang ada?
Perunggu dapat diklasifikasikan ke dalam beberapa kategori berdasarkan elemen utamanya. Ini termasuk perunggu timah (termasuk perunggu fosfor timah), perunggu aluminium, perunggu berilium, perunggu silikon, perunggu mangan, perunggu kromium, perunggu kadmium, perunggu zirkonium, perunggu kromium zirkonium, perunggu titanium, perunggu magnesium, dan perunggu besi, dan lain-lain.
Jenis paduan berbasis tembaga yang memiliki timah sebagai elemen utamanya disebut sebagai perunggu timah. Perunggu timah yang digunakan di sektor industri biasanya mengandung timah 3% dan 14%.
Perunggu timah dengan kandungan timah kurang dari 5% ideal untuk proses pengerjaan dingin. Di sisi lain, perunggu timah dengan kandungan timah mulai dari 5% hingga 7% cocok untuk pengerjaan panas. Untuk aplikasi pengecoran, perunggu timah dengan kandungan timah lebih dari 10% lebih disukai.
Perunggu timah banyak digunakan di berbagai industri, termasuk pembuatan kapal, kimia, mesin, dan instrumentasi. Hal ini terutama digunakan untuk membuat bagian yang tahan aus seperti bantalan, selongsong poros, dan komponen elastis seperti pegas, serta bagian anti-korosi dan anti-magnetik.
Jenis paduan berbasis tembaga yang memiliki aluminium sebagai elemen utamanya dikenal sebagai perunggu aluminium. Perunggu aluminium memiliki sifat mekanik yang lebih tinggi dibandingkan dengan perunggu kuningan dan timah.
Dalam praktiknya, perunggu aluminium mengandung aluminium 5% hingga 12%, dengan kandungan aluminium antara 5% dan 7% memberikan plastisitas terbaik, sehingga ideal untuk pengerjaan dingin. Namun, ketika kandungan aluminium lebih besar dari 7% hingga 8%, kekuatan paduan meningkat, tetapi plastisitasnya menurun secara signifikan. Oleh karena itu, sebagian besar digunakan dalam bentuk cor atau setelah pengerjaan panas.
Dalam hal ketahanan aus dan ketahanan korosi, perunggu aluminium mengungguli kuningan dan perunggu timah dalam atmosfer, air laut, asam karbonat air laut, dan sebagian besar asam organik.
Aluminium perunggu dapat digunakan untuk membuat komponen tahan aus berkekuatan tinggi seperti roda gigi, selongsong poros, dan roda gigi cacing, serta elemen elastis yang tahan korosi.
Jenis paduan tembaga yang memiliki berilium sebagai elemen utamanya disebut sebagai perunggu berilium. Kandungan berilium dalam perunggu berilium biasanya berkisar antara 1.7% hingga 2.5%.
Perunggu berilium dicirikan oleh batas elastisitas dan batas kelelahan yang tinggi, ketahanan aus dan ketahanan korosi yang sangat baik, konduktivitas dan konduktivitas termal yang baik, non-magnetisme, dan tidak adanya percikan api saat terkena benturan.
Hal ini terutama digunakan untuk pembuatan pegas penting dalam instrumen presisi, roda gigi jam, bantalan, dan bushing yang bekerja di bawah kecepatan tinggi dan tekanan tinggi, serta elektroda las, alat tahan ledakan, kompas navigasi, dan komponen penting lainnya.
Jenis perunggu yang memiliki silikon sebagai elemen utamanya dikenal sebagai perunggu silikon. Selain silikon, perunggu silikon yang digunakan di sektor industri juga mengandung sejumlah kecil mangan, nikel, seng, atau elemen lainnya.
Silikon adalah larutan padat yang terbatas dalam tembaga, dengan kelarutan maksimum 5,3% pada suhu 852°C, yang menurun seiring dengan penurunan suhu. Namun demikian, efek pengerasan yang menua tidak signifikan, dan pada umumnya, tidak ada perlakuan panas penguatan yang dilakukan.
Kandungan silikon dari perunggu silikon yang dapat dideformasi berkisar antara 1% hingga 4%. Dengan peningkatan kandungan silikon, fase rapuh dapat muncul, mengurangi plastisitas paduan.
Perunggu silikon memiliki kisaran suhu kristalisasi yang sempit, fluiditas yang baik, dan sifat mekanik yang lebih tinggi dibandingkan dengan perunggu timah. Dapat digunakan sebagai pengganti perunggu timah dalam industri pembuatan mesin.
Perunggu mangan adalah jenis paduan yang memiliki tembaga sebagai elemen dasarnya dan mangan sebagai elemen paduan utamanya. Kualitas utama perunggu mangan antara lain adalah QMn1.5 (Cu-1.5Mn) dan QMn5 (Cu-5Mn).
Perunggu krom adalah jenis paduan tembaga yang mengandung kromium 0,4% hingga 1,1%. Perunggu kromium dapat diperkuat melalui pendinginan, penuaan, atau pendinginan dan perawatan penuaan deformasi dingin.
Pada suhu eutektik 1072 ° C, kelarutan maksimum kromium dalam tembaga adalah 0,65%. Ketika suhu menurun, kelarutan padat kromium menurun dengan cepat, dan partikel kromium diendapkan setelah larutan padat dan perlakuan penuaan.
Penambahan kromium secara signifikan meningkatkan suhu rekristalisasi dan kekuatan termal paduan, tetapi sedikit menurunkan konduktivitas tembaga. Konduktivitas batang perunggu kromium yang diberi perlakuan larutan adalah 45% IACS, yang meningkat menjadi 80% IACS setelah perlakuan penuaan. Suhu pelunakan perunggu kromium tua adalah 400 ° C, yang merupakan dua kali lipat dari tembaga yang dikerjakan dengan dingin.
Paduan ini dapat digunakan dalam kondisi pengecoran dan deformasi. Ketika aluminium dan magnesium ditambahkan sebagai elemen paduan perunggu kromium, lapisan oksida tipis dan padat terbentuk di permukaan paduan Cu-Cr yang terikat kuat dengan logam dasar, meningkatkan ketahanan oksidasi suhu tinggi dan ketahanan panas paduan. Kandungan aluminium dan magnesium dalam paduan biasanya tidak lebih dari 0,3%.
Perunggu kadmium adalah jenis perunggu khusus yang memiliki kadmium sebagai elemen paduan utamanya, dan terkadang ditambahkan 0,35% hingga 0,65% kromium. Kadmium dan tembaga membentuk larutan padat pada suhu tinggi, tetapi kelarutan padat menurun dengan cepat seiring dengan penurunan suhu.
Kandungan kadmium yang rendah menghasilkan efek penguatan partikel yang lemah dari fase yang diendapkan, dan oleh karena itu, paduan tersebut tidak dapat dikeraskan dengan perlakuan panas dan hanya dapat diperkuat melalui deformasi dingin.
Perunggu kadmium memiliki konduktivitas dan konduktivitas termal yang tinggi, ketahanan aus yang baik, kinerja pengurangan keausan, dan ketahanan terhadap korosi, serta kinerja pemrosesan yang baik. Ini banyak digunakan dalam pembuatan komponen konduktif, tahan panas, dan tahan aus untuk perangkat listrik.
Penting untuk dicatat bahwa bahan kadmium yang mudah menguap bersifat toksik, dan bahan tersebut harus disiapkan melalui metode peleburan dengan tetap memperhatikan langkah-langkah keamanan selama proses peleburan. Kelas domestik perunggu kadmium adalah QCd1. Ini tersedia dalam bentuk pelat, strip, batang, dan kawat.
Aplikasi utamanya meliputi komutator motor, elemen sakelar, kontak pegas, rongga pandu gelombang, saluran transmisi berkekuatan tinggi, sambungan dan elektroda las kontak, dan rol, dan lain-lain.
Perunggu zirkonium adalah jenis perunggu khusus yang memiliki zirkonium sebagai elemen paduan utamanya, dan terkadang sejumlah kecil zirkonium ditambahkan untuk meningkatkan kekuatannya. Nilai umum perunggu zirkonium adalah QZr0.2 dan QZr0.4.
Memiliki kekuatan termal dan ketahanan mulur yang baik, serta mempertahankan plastisitas dan konduktivitas yang baik pada suhu tinggi. Perunggu zirkonium diproduksi melalui metode peleburan.
Ini terutama digunakan sebagai pengelasan resistansi bagian dan bahan elektroda berkekuatan tinggi. Penggunaan perunggu zirkonium menjadi semakin meluas dalam industri besi dan baja karena konduktivitasnya yang tinggi, konduktivitas termal, dan kemudahan pemrosesan.
Perunggu kromium zirkonium adalah paduan yang memiliki kekuatan, kekerasan, konduktivitas listrik, dan konduktivitas termal yang tinggi, serta ketahanan aus yang baik. Setelah perawatan penuaan, kekerasan, kekuatan, konduktivitas listrik, dan konduktivitas termalnya meningkat secara signifikan, sehingga mudah untuk dilas.
Ini banyak digunakan dalam aplikasi seperti komutator motor, mesin las spot, pengelasan jahitan mesin, elektroda untuk mesin butt welding, dan komponen lain yang membutuhkan kekuatan, kekerasan, konduktivitas, dan konduktivitas pada suhu tinggi.
Sebagai elektroda percikan listrik, perunggu kromium zirkonium dapat menghasilkan permukaan cermin yang ideal dengan performa tegak lurus yang bagus. Hal ini dapat menghasilkan efek yang sulit dicapai dengan tembaga merah murni, seperti pengelupasan, dan cocok untuk bahan yang sulit dikerjakan dengan mesin, seperti baja tungsten.
Tingkat perunggu kromium zirkonium termasuk C18150, C18200, C15000, dan C15100.
Perunggu titanium mengacu pada paduan tembaga yang memiliki titanium sebagai elemen paduan utamanya. Ini adalah jenis bahan elastis baru yang memiliki kemampuan kerja yang baik, baik dalam keadaan dingin maupun panas. Melalui perlakuan panas, sifat-sifat perunggu titanium dapat sangat ditingkatkan dan diperkuat. Misalnya, kekuatan tariknya dapat ditingkatkan dari 686 MPa menjadi 1009 MPa.
Titanium perunggu digunakan dalam pembuatan elemen elastis berkekuatan tinggi, elastisitas tinggi, dan tahan aus, sakelar listrik, elemen elastis relai, kotak membran, diafragma, roda gigi, bantalan, bantalan, dan selongsong bantalan, di antara aplikasi lainnya.
Perunggu magnesium adalah jenis paduan tembaga magnesium. Kelas domestik perunggu magnesium adalah QMg0.8. Ini adalah paduan biner tembaga dan magnesium dan biasanya digunakan sebagai bahan konduktif, seperti kabel, dan dapat menggantikan perunggu kadmium dalam banyak aplikasi.
Magnesium perunggu terutama dipasok dalam bentuk kawat dan terutama digunakan untuk memproduksi komponen konduktif seperti kabel dan antena pesawat terbang.
Perunggu besi adalah jenis perunggu yang memiliki besi sebagai elemen utamanya. Paduan tembaga-besi, juga dikenal sebagai perunggu besi, diwakili oleh paduan C19400 di Amerika.
Melalui perlakuan panas, pengendapan besi dalam paduan meningkatkan kekuatan dan ketahanan panasnya. Kekuatan tarik dalam keadaan mengeras dapat mencapai 415-485 MPa, dan konduktivitasnya dapat mencapai 60% IACS.
Perunggu besi banyak digunakan sebagai bahan rangka utama untuk sirkuit terpadu dan termasuk dalam standar ASTM B465-85 di Amerika Serikat. Standar ini juga mencakup paduan C19200, C19500, dan C19600, yang masing-masing memiliki kandungan besi 0,8% hingga 12%, 10% hingga 20%, dan 9% hingga 12%, serta kandungan fosfor 0,01% hingga 0,04%, 0,01% hingga 0,35%, dan 0,25% hingga 0,35%.
Di Tiongkok, yang setara dengan paduan C19400 adalah perunggu besi QFe2.5-0.1.
Informasi berikut ini didasarkan pada data yang tersedia hingga Oktober 2023.
Kekuatan:
Kelemahan:
Kekuatan:
Kelemahan:
Kekuatan:
Kelemahan:
Kekuatan:
Kelemahan:
Kekuatan:
Kelemahan:
Kekuatan:
Kelemahan:
Kekuatan:
Kelemahan:
Kekuatan:
Kelemahan:
Paduan perunggu banyak digunakan di berbagai industri karena sifatnya yang luar biasa, seperti ketahanan terhadap korosi dan daya tahan yang tinggi.
Paduan perunggu seperti perunggu aluminium dan perunggu mangan sangat ideal untuk membuat baling-baling kapal, pengikat bawah air, dan perangkat keras kelautan lainnya. Bahan-bahan ini memberikan kekuatan tinggi dan ketahanan aus yang unggul, memastikan daya tahan jangka panjang di lingkungan laut yang korosif. Perunggu juga digunakan untuk katup dan alat kelengkapan laut. Ketahanan dan keandalan terhadap korosi dari perunggu sangat penting untuk menjaga integritas sistem kelautan.
Paduan perunggu memainkan peran penting dalam industri kedirgantaraan, di mana daya tahan dan ketahanan terhadap keausan sangat penting. Perunggu aluminium biasanya digunakan dalam komponen kedirgantaraan yang harus menahan beban tinggi dan keausan yang parah, seperti roda pendaratan pesawat. Sifat mekaniknya yang sangat baik memastikan keamanan dan umur panjang di lingkungan kedirgantaraan yang menuntut.
Paduan perunggu sangat penting dalam industri kelistrikan karena konduktivitas dan ketahanan korosinya yang sangat baik. Perunggu fosfor banyak digunakan pada konektor, sakelar, dan kontak listrik. Ketangguhan, gesekan rendah, dan konduktivitasnya yang tinggi membuatnya sempurna untuk komponen listrik yang andal dan tahan lama.
Dalam industri otomotif, paduan perunggu sangat penting untuk suku cadang yang membutuhkan gesekan rendah dan ketahanan aus yang tinggi. Bantalan perunggu digunakan di berbagai suku cadang mesin, termasuk bantalan dan bushing. Ketahanan aus dan gesekannya yang rendah memastikan kelancaran dan umur panjang, mengurangi perawatan dan meningkatkan kinerja mesin.
Paduan perunggu dihargai dalam konstruksi dan arsitektur karena keindahan dan daya tahannya. Perunggu silikon sering digunakan dalam fitur arsitektur dan pengecoran. Ketahanan terhadap korosi dan hasil akhir yang halus membuatnya cocok untuk elemen dekoratif, pahatan, dan komponen struktural yang perlu mempertahankan penampilannya dari waktu ke waktu.
Industri perawatan kesehatan menghargai paduan perunggu karena biokompatibilitas dan daya tahannya. Perunggu fosfor digunakan pada peralatan medis seperti jembatan gigi dan perangkat lain yang membutuhkan kekuatan dan ketahanan aus. Kinerjanya yang andal memastikan keamanan dan efektivitas alat medis dan implan.
Seniman dan pematung telah menyukai perunggu selama berabad-abad karena kemampuannya yang mudah dikerjakan dan keindahannya yang tahan lama. Perunggu sangat ideal untuk pahatan dan patung karena mampu menangkap detail yang halus dan tahan terhadap cuaca yang tahan lama. Perunggu silikon, khususnya, dihargai karena sifat pengecorannya yang halus dan hasil akhir yang menarik.
Paduan perunggu sangat penting dalam alat musik karena sifat akustik dan daya tahannya. Nikel kuningan, atau nikel perak, digunakan pada instrumen seperti saksofon, seruling, dan simbal. Ketahanan terhadap korosi dan daya tarik estetikanya menjadikannya bahan yang ideal untuk alat musik berkualitas tinggi yang membutuhkan performa dan daya tarik visual.
Paduan perunggu sangat penting dalam mesin industri karena kemampuannya menahan penggunaan berat dan kondisi yang keras. Bantalan perunggu banyak digunakan pada bantalan dan bushing untuk mesin industri. Gesekannya yang rendah dan kapasitas angkut beban yang tinggi membuatnya cocok untuk aplikasi di mana komponen mengalami gesekan terus menerus dan beban berat.
Dalam industri makanan dan minuman, paduan perunggu dihargai karena kekuatan, daya tahan, dan sifatnya yang tidak beracun. Perunggu nikel dan mangan digunakan dalam peralatan makanan dan minuman seperti mixer dan prosesor. Ketahanan korosi dan daya tahannya memastikan pengoperasian peralatan yang aman dan efisien.
Paduan perunggu sangat diperlukan di banyak industri karena ketahanan terhadap korosi, kekuatan, dan daya tarik estetikanya. Dari kelautan dan kedirgantaraan hingga perawatan kesehatan dan seni, perunggu tetap menjadi bahan yang serbaguna dan berharga. Pilihan paduan tergantung pada kebutuhan aplikasi tertentu, memastikan kinerja dan umur panjang yang optimal.
Di bawah ini adalah jawaban atas beberapa pertanyaan yang sering diajukan:
Perunggu aluminium dikenal karena kekuatannya yang tinggi, ketahanan korosi yang sangat baik, dan ketahanan aus yang baik. Hal ini terutama dihargai di lingkungan laut karena kemampuannya untuk menahan korosi air laut. Selain itu, paduan perunggu aluminium menunjukkan permeabilitas magnetik yang rendah, sehingga cocok untuk aplikasi yang membutuhkan gangguan magnetik minimal. Mereka juga memiliki karakteristik non-percikan api, yang sangat penting dalam lingkungan berbahaya. Sifat-sifat ini membuat perunggu aluminium ideal untuk digunakan dalam perangkat keras kelautan, pompa, katup, dan berbagai komponen industri.
Perunggu fosfor biasanya digunakan dalam komponen listrik seperti kontak relai, kontak pemutus sirkuit, klip sekering, konektor, dan terminal karena konduktivitas listrik yang sangat baik, kekuatan tinggi, dan ketahanan aus. Ini juga digunakan dalam aplikasi industri untuk pegas, pengencang, bushing, bantalan, kawat rangka, dan diafragma karena elastisitasnya yang tinggi, ketahanan lelah, dan koefisien gesekan yang rendah. Selain itu, dalam industri otomotif, digunakan untuk komponen listrik seperti terminal dan konektor. Perunggu fosfor disukai dalam konstruksi alat musik seperti trombon dan saksofon, serta untuk senar gitar akustik, karena kualitas nada dan daya tahannya yang unggul.
Perunggu tembaga-nikel menawarkan beberapa keuntungan dalam aplikasi kelautan. Ketahanan korosinya yang luar biasa, terutama dalam air laut, membantu melindungi peralatan laut dari kerusakan kimiawi dan elektrokimia. Paduan ini juga menunjukkan kekuatan tinggi, sehingga cocok untuk komponen struktural yang kuat. Selain itu, perunggu tembaga-nikel tahan terhadap biofouling, sehingga mengurangi kebutuhan perawatan antifouling dan memudahkan perawatan. Konduktivitas termal dan listriknya yang baik bermanfaat untuk penukar panas dan peralatan listrik kelautan. Selain itu, fleksibilitas paduan dan kemudahan pengelasan memungkinkan untuk kebutuhan fabrikasi yang beragam, sementara sifat antimikrobanya membantu menjaga kebersihan di lingkungan laut. Karakteristik ini membuat perunggu tembaga-nikel ideal untuk digunakan dalam aplikasi kelautan seperti baling-baling, pompa air laut, dan penukar panas.
Perunggu mangan berbeda dari jenis perunggu lainnya terutama karena kekuatannya yang tinggi, ketahanan aus yang baik, dan ketahanan korosi yang moderat. Biasanya mengandung campuran tembaga, seng, mangan, aluminium, dan besi, yang memberikan kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi daripada perunggu lainnya. Hal ini membuatnya ideal untuk aplikasi tugas berat seperti baling-baling laut, roda gigi, dan bantalan tugas berat. Meskipun menawarkan ketahanan korosi yang baik, namun mungkin tidak cocok dengan ketahanan korosi yang luar biasa dari paduan seperti perunggu aluminium atau tembaga-nikel. Selain itu, perunggu mangan mempertahankan keuletan yang baik, yang sangat penting untuk aplikasi yang membutuhkan fleksibilitas dan kemampuan bentuk. Sifatnya yang unik membuatnya sangat cocok untuk industri mesin industri, kelautan, dan otomotif.
Perunggu silikon biasanya digunakan dalam berbagai aplikasi karena kekuatannya yang tinggi, ketahanan terhadap korosi yang baik, dan kemampuan mesin yang sangat baik. Aplikasi yang umum termasuk bagian katup dan pompa, perangkat keras kelautan, dan elemen arsitektur. Sifat-sifat ini membuatnya cocok untuk digunakan di industri kelautan, konstruksi, dan mesin industri.
Memilih jenis perunggu yang tepat untuk proyek Anda melibatkan pertimbangan beberapa faktor utama:
Dengan mempertimbangkan faktor-faktor ini secara cermat, Anda dapat memilih paduan perunggu yang paling tepat untuk kebutuhan proyek Anda.