Paduan CuZn (Kuningan)

R. Widodo (1)

(1) Staf pengajar Program Studi Teknik Pengecoran Logam POLMAN Bandung

 

Paduan CuZn dengan kandungan Cu sedikitnya 55% dikenal dengan sebutan Kuningan. Secara umum kuningan terdiri dari Kuningan-α yang memiliki matriks (struktur dasar) α dan Kuningan-β yang memiliki matriks β.

Dalam keadaan padat Cu mampu melarutkan Zn sangat banyak didalam kristal campurannya. Pada temperatur 902 oC terjadi transformasi peritektik dimana Zn larut sebesar 32,5%. Kelarutan ini meningkat sampai dengan temperatur sekitar 450 oC menjadi 39% dan kemudian pada kondisi keseimbangan akan kembali menurun, yaitu pada proses pemanasan panjang dan pendinginan sangat lama.

Gambar 1. Diagram Biner CuZn

Pada proses pendinginan yang umum dicapai secara teknis, struktur kuningan dengan kandungan Zn 39% setelah perlakuan panas biasanya akan terdiri dari kristal α yang homogen tanpa ada sedikitpun kristal β. Kuningan inilah yang kemudian dikenal dengan kuningan α (alfa) yang memiliki sifat ulet namun cukup memiliki ketermesinan yang baik dengan unit sel FCC seperti pada umumnya paduan tembaga lainnya.

Sebagai contoh untuk kuningan dengan kandungan Zn 28%, secara teoritis pada temperatur 970 oC akan mulai terbentuk kristal-kristal α dendritik yang memiliki kandungan Zn sekitar 24%. Konsentrasi Zn didalam sisa cairan yang semakin menyusut kemudian akan naik bersama turunnya temperatur, sedangkan kristal α tumbuh membesar dengan konsentrasi Zn yang meningkat. Pada saat mencapai temperatur solidusnya (sekitar 930 oC) sisa cairan terakhir dengan konsentrasi Zn sebesar 33% pun membeku sebagai kristal α sehingga seluruh paduan telah berada dalam keadaan padat dengan struktur α yang homogen.

Pada proses pengecoran logam, pendinginan biasanya berlangsung sangat cepat karena enerji cairan segera terserap oleh bahan cetakan. Pada keadaan ini terjadi segregasi kristal dimana perbedaan konsentrasi didalam setiap butiran saat pertumbuhannya tidak sempat terseragamkan, maka pada struktur coran ini akan ditemukan dendrit-dendrit yang baru dapat dihilangkan setelah melalui proses pemanasan pada temperatur tinggi serta pendinginan yang lambat untuk menghasilkan butiran α yang homogen dan polieder lengkap dengan struktur kembarnya.

Perbesaran 100 x

  Gambar 2. Kuningan dengan Zn 28% pasca pegecoran.

(Dendrit-dendrit kristal α inhomogen)

Perbesaran 100 x

 Gambar 3. Kuningan dengan Zn 28% setelah perlakuan panas pada T=800 oC.

(Kristal α polieder homogen)

Pada kuningan dengan kandungan Zn 47,5%, kristal β akan tebentuk terlebih dahulu pada temperatur 890 oC, fasa ganda ( β + sisa cairan) hanya terdapat pada selang yang kecil sehingga segregasi praktis tidak terjadi. Segera, begitu temperatur mencapai 880 oC, cairan akan membeku seluruhnya sebagai kristal β yang homogen. Kuningan semacam ini disebut kuningan β (beta) dengan sifat-sifatnya yang keras, rapuh dan ketermesinan rendah serta lebih banyak digunakan pada perangkat instrumen musik.

Warna kuningan sangat dipengaruhi oleh kandungan Zn nya. Kuningan α akan mengalami perubahan warna dari merah tembaga menjadi semakin kuning dengan bertambahnya Zn. Sedangkan akibat dari pembentukan kristal β yang kemerahan, maka pada kuningan β fenomena warna tersebut justru terbalik kembali menuju kemerahan.

Perbesaran 100 x

Gambar 4. Kuningan dengan Zn 47,5% pasca pegecoran.

(Kuningan β homogen)

Perbesaran 100 x

Gambar 5. Kuningan dengan Zn 52% pasca pengecoran.

(Kristal γ diantara struktur dasar β)

Pada kuningan dengan fasa campuran α/β, kandungan Zn digunakan untuk memperkirakan sifat-sifat mekanik bahan ini, mengingat kandungan Zn sangat menentukan persentasi fasa-fasa yang terdapat didalamnya, dimana pada kandungan sampai 39% ternyata struktur masih terdiri dari α seluruhnya sedangkan setelah 46,5% struktur telah terdiri dari β seluruhnya.

Secara khusus sifat-sifat mekanik kuningan dapat ditingkatkan dengan penambahan sejumlah kecil unsur paduan lainnya tanpa mengurangi karakteristik kuningan secara umum. Tambahan unsur paduan tersebut bertujuan untuk memodifikasi persentasi α maupun β didalam strukturnya.

Unsur Al akan meningkatkan kekerasan kristal campuran α maupun β, sehingga dengan demikian akan secara umum meningkatkan kekuatan bahan. Selain itu unsur ini akan menggeser daerah α pada diagram binernya menjadi lebih sempit (lihat gambar 1) sehingga pada kandungan Zn yang sama akan memiliki struktur β yang lebih banyak. Kandunga Al sampai dengan 6% atau 7% biasanya diaplikasikan pada pengecoran dengan pasir cetak, pengecoran cetak grafitasi maupun pengecoran sentrifugal.

Unsur Fe hanya dapat larut sedikit didalam kristal campuran α maupun β. Secara umum Fe hanya diberikan sebanyak 0.2% sampai 1.2%. Apabila secara bersamaan dipadukan pula unsur Al sampai dengan 7%, maka Fe dapat dinaikkan hingga 4.5%, mengingat unsur ini memiliki efek grain refining terhadap paduan CuZn.

Unsur Mn umumnya disertakan pada paduan CuZn dengan kandungan Al maupun Fe tinggi. Unsur ini memiliki kemampuan larut relatif lebih baik dibandingkan dengan Fe, meningkatkan kekuatan bahan serta ketahanannya terhadap korosi.

Unsur Ni larut sangat baik didalam paduan CuZn, sehingga dapat diberikan sebanyak 10% sampai 25%. Kuningan dengan paduan Ni sebanyak itu disebut dengan new silver, karena berwarna putih seperti perak. Bahan ini memiliki ketahanan korosi yang sangat baik serta banyak diaplikasikan diindusti kimia maupun pangan sebagai bahan alternativ pengganti stainless steel.

Unsur Si mempersempit daerah α maupun juga β pada diagram biner Cu-Zn, sehingga pada kandungan 4% saja, sudah akan menghasilkan struktur campuran α+β walaupun kandungan Cu masih sangat tinggi. Bahan ini memiliki ketahanan korosi yang baik termasuk terhadap air laut. Secara teknis bahan inipun memiliki kemampuan cor yang baik.

Tabel 1: Komposisi kimia dan sifat mekanik umu Kuningan menurut ASM


Tabel 2: Komposisi kimia dan sifat mekanik umum Kuningan menurut DIN.

Sumber:

ASM Handbook Vol 15: Casting. 9th Edition. ASM International. (1998)

Brunhuber; Giesserei Lexikon. Edisi 14. Fachverlag Schiele & Schoen GmbH. Berlin. (1988)

Schumann; Metallographie. VEB Deutsche Verlag fur Grundstoffindustrie. Leipzig. (1983)

 

31 responses

6 01 2012
Paduan CuZn (Kuningan) « HAPLI

[...] Berikut kami tampilkan artikel kiriman dari Bp. R. Widodo yang berjudul Paduan CuZn (Kuningan). [...]

24 01 2012
oki

Pak tungku apa yang digunakan untuk pengecoran CuZn yang paling baik juga efisien ??
thx pak
Oki

26 01 2012
R. Widodo

Yth mas Oki.

Kalau berbicara efisiensi penggunaan energi peleburan, maka jelas tanur induksi yang paling efisien. Sebab panas pada proses peleburan dengan tamur induksi datang dari dalam bahan itu sendiri sehingga tidak banyak enerji terbuang.

Namun demikian pada proses pengecoran logam, efiensi proses ditentukan oleh berbagai faktor misalnya: Kapasitas. Apabila kecil2 saja tentu sangat tidak bijaksana untuk menerapkan tanur induksi. Namun bila perlu kapasitas besar dengan kecepatan tinggi, tentu tanur induksi menjadi pilihan. Bila Anda misalnya hanya akan melebur bahan kuningan menjadi ingot, tentu rotary furnace bisa menjadi pilihan yang baik.

Semoga berguna.

17 02 2012
Anton DJ-awa

Mau tanya yang uda para master.

1. Bagaimana cara pengecoran Zinc Alloy untuk menjadi ingot ? Bahan materialnya dari scrap / timah babit.

2. Apa ada bahan / obat campuran untuk pengecoran tersebut ?

3. Apa fungsi Magnesium dalam pengecoran Zinc Alloy ?

Terima kasih untuk urun rembugnya.

6 11 2012
fajran

pak saya sedang menyelesaikan tugas akhir di universitas sriwijaya palembang… yang saya mau tanyakan kepada bapak, berapa batas maksimal (%) penambahan unsur aluminium kedalam kuningan agar kuningan tersebut tidak terjadi penurunan kekerasan,kekuatan….

7 11 2012
R. Widodo

Yth mas Fajran

Aluminium mampu meningkatkan sifat2 mekanik kuningan (yellow brass) baik kekuatan tarik, kekerasan maupun ketahanan impak. Namun demikian Aluminum bisanya tidak diberikan sendri, melainkan bersama dengan besi (Fe) dan mangan (Mn), sehingga yellow brass berubah menjadi Mn bronze (ASTM B22 C86300).

Al dan Mn baik sendiri2 ataupun secara bersamaan sebanyak 1-5% akan meningkatkan sifat mekanik kuningan, namun lebih dari itu akan kembali kembali menurun. Suatu penelitian menyimpulkan bahwa penambahan Al sebanyak 1-5% menaikkan kekuatan tarik kuningan dari 280 MPa menuju optimum di 485 MPa, sedangkan Mn menaikkan menuju optimum di 480 MPa. Masih perlu diteliti kenaikan optimum dari kombinasi kedua unsur tersebut.

Semoga berguna.

23 12 2012
dadang

ass.,.. pa R.Widodo

mohon bantuannya saya butuh data analisis uji fatik logam kuningan

26 12 2012
R. Widodo

Yth mas Dadang.

Itu dapat Anda temukan lengkap di ASM Metal Handbook vol 19: Fatigue and Fracture. Silakan lihat di chapter “Fatigue Properties of Copper Alloys”.

Semoga membantu.

5 03 2013
shandy_foundry '06

Malam pak,
1. Saya ingin bertanya, bisakah logam Cu dan Ag menyatu?
2. Jika saya ingin menggabungkan hanya bagian permukaan, cara apa yang bisa dilakukan?
3. Minta referensi yang bisa meng-explore proses tersebut? (jika tersedia)

6 03 2013
R. Widodo

Yth mas Shandy

Cu dan Ag akan membentuk paduan biner eutektik dengan komposisi eutektik Ag=72%. Cu mampu melarutkan Ag sampai sekitar 8% pada suhu 779 oC. Selanjutnya menurun bersama dengan turunnya temperatur.

Pelapisan permukaan bisa dilakukan dengan cara elektroplating. Cu dilapisi dengan Ag. Ttg itu ASM Metal handbook vol 5: Surface Engineering cukup lengkap.

Semoga membantu.

8 03 2013
Andre Irawan

Salam Kenal, pak.

Dalam forum ini, saya akan langsung saja pada poko masalah yang saya hadapi. Produk kuningan hasil pengecoran saya mengalami oksidasi (karat berwarna merah & hijau) setelah direndam dalam 400cc air & 2 sendok teh garam. Saya rasa masih terdapat kandungan besi (fe) yang cukup besar dalam kuningan saya tadi.
Yang saya ingin tanyakan :
1. Bagaimana caranya mengurangi (menghilangkan) unsur fe dalam kuningan?
2. Adakah proses kimiawi untuk menghilangkan unsur fe tersebut? Selama ini saya menyeleksi raw material dengan bantuan magnet.
3. Bagaimana caranya agar bahan kuningan tersebut mampu bertahan dalam kondisi air asin (garam)? Selain di-coating permukaannya.

Sebelumnya saya ucapkan atas perhatian dan bantuan dari bapak yang baik.

Salam.
ANDRE.

10 03 2013
R. Widodo

Yth mas Andre

Oksidasi (karat berwarna hijau dan merah) yang Anda temukan pada kuningan (CuZn) setelah direndam dalam air garam adalah lapisan permukaan Cu yang lunak (merah) karena ditinggalkan oleh Zn dan Cu oxide (hijau). Hal ini terjadi karena paduan CuZn memang rentan terhadap dealloying corrosion yang juga dikenal dengan sebutan dezinkfication.

Jadi:
1. Fe pada CuZn memiliki fingsi sebagai grainrefiner (bisa sd 2.5%) jadi tidak perlu dihilangkan.
2. Cara Anda membatasi Fe dengan magnet sudah cukup memadai.
3. Cu alloy yang tahan terhadap air garan bukan CuZn (kuningan) melainkan CuAl (aluminium bronze).

Tentang Al bronze silakan Anda lihat ASTM B148 for Al Bronze. Terdapat berbagai grade Al bronze. Yg paling sederhana adalah ASTM B148 9A, B dan C dengan komposisi Cu: 85-88%, Fe: 1-4%, Al:9-10%.

Semoga berguna.

15 03 2013
Boy

Salam Kenal pak Widodo,
saya mau tanya, apa sifat mekanis dari kuningan? dan tolong dijelaskan tentang struktur mikro dari kuningan?Terimakasi pak

Boy
marsa_boy89@yahoo.com

15 03 2013
R. Widodo

Yth mas Boy

Standar, komposisi dan sifat2 mekanik maupun struktur bahan kuningan CuZn alloy dapat Anda baca pada artikel diatas.

Pada dasarnya Cu merupakan material yang lunak. Kandungan Zn (sebagai unsur paduan utama) ditambah dengan unsure lain seperti Al, Fe, Mn, Ni dan Si (sebagai paduan pendamping) akan meningkatkan kekuatan maupun kekerasan.

Kuningan lunak (struktur dasar alfa) biasanya digunakan sebagai bahan komponen umum, sedangkan kuningan keras (struktur dasar beta) digunakan sebagai bahan pembuatan instrumen musik dan perhiasan.

Semoga membantu.

7 04 2013
a dewa.

Assalamualaikum,,
Pa R.widodo saya mau tanya, kalau saat ini ada tidak industri/home industri yang melebur white brass kalo bisa di sekitaran bandung/jawa barat?
Mengenai pewter bapa bisa berikan penjelasan mengenai komposisi nya?
Dan dimana terdapat industrinya,,,(maaf rada out of topic)

Terimakasih atas penjelasanya

Hatur nuhun

Salam foundry

7 04 2013
R. Widodo

Yth mas Dewa

White brass yng Anda maksud adalah ASTM B122 yang merupakan paduan Cu-Zn-Ni dengan Cu hanya sekitar 50-50% saja. Di Bandung ada beberapa pengecoran yang saya yakin sanggup membuat paduan ini. Coba Anda keliling disekitar industri cor sekitar Gedebage, Caringin, Cimahi dan Padalarang.

Pewter (ASTM B560) merupakan paduan Sn dengan Sb (7.5%) dan sedikit tambahan Cu (0.5%) agar keras dan menghasilkan kilap yang sangat bagus ketika dipoles. De3ngan suhu cair hanya 260-280 oC sepertinya Anda dapat membuat paduan ini dengan mudah.

Di Bangka (sekitar PT Timah) pewter merupakan bahan yang digunakan masyarakat untuk membuat berbagai produk artistik dan cendera mata.

Semoga membantu.

8 04 2013
a dewa.

Terima kasih jawabanya pa,, kalau di sekitaran bandung sepengetahuan bapak ada kah yg brrgerak di pembuatan pewter ini?

9 04 2013
R. Widodo

Yth mas Dewa

Sepertinya di Cimahi ada yang bisa, coba saja Anda googling dengan kata kunci art casting cimahi.

Semoga membantu.

27 04 2013
Dani

Pak Widodo Yth .. saya pengen banget membuat pelebur besi atau alumunium dari alat buatan sendiri. Saya banyak melihat di youtube, ternyata mereka bisa. Tapi yang selalu membuat saya tidak bisa memulai adalah bahan bakar tungku ?? Apakah yang kira-kira bisa saya gunakan dari bahan bakar yang mudah saya cari di sekitar saya ? Misalnya gas elpiji. Mohon informasinya..

29 04 2013
R. Widodo

Yth mas Dani

Peleburan besi memerlukan suhu yang tinggi maka perlu bahan bakar berkalori tinggi serta menggunakan alat peleburan yang mampu mengkonversi bahan bakar menjadi enerji dengan baik. Alat peleburan besi yang masih bisa dibuat sendiri adalah kupola (cupola furnace) dengan bahan bakar kokas (olahan batubara). Yang ini sepertinya perlu pemahaman tentang proses peleburan dengan baik.

Peleburan aluminium jauh lebih sederhana. Anda hanya butuh krusibel yang terbuat dari bahan tanah liat (gerabah) atau besi atau grafit/siliconcarbide (ini harus beli). Yg ini bahkan menggunakan bahan bakar arang saja bisa, selain bbm, bbg ataupun oli/minyak bekas.

Semoga membantu.

12 05 2013
joko

Terima kasih Pak Widodo
Ke depan saya mau bikin alat pelebur alumunium. Nanti kalo ada masalah say amau tanya lagi …

20 07 2013
Ariyanto

Pak Widodo.
Saya pun ada rencana utk membuka Produksi Alumunium Coran.
Banyak yg perlu saya pelajari. Tempat tinggal saya di Bandung.
Apakah Bapa ada saran buat saya ?

22 07 2013
R. Widodo

Yth mas Ariyanto

Silakan Anda ke Jurusan Pengecoran Logam Politeknik Manufaktur Bandung, jl Kanayakan 21 Bandung. Di institusi ini Anda akan mendapatkan informasi2 yang diperlukan.

Semoga membantu.

22 08 2013
Tomi Wijaya

Yth. Pak Widodo,
saya Tomi,
ingin bertanya, sewaktu saya magang di tempat peleburan Kuningan dan pengecoran Kuningan.
terdapat product hasil kuningan yang mengalami rongga udara (cacat) pada saat di cetak, yang ingin saya tanyakan, bagaimana cara untuk mengatasi hal tersebut.
Dan hal – hal apa saja yang harus saya pelajari tentang peleburan dan pengecoran kuningan tersebut, agak menghasilkan hasil yang baik,

1. adakah cara / bahan zat tambahan untuk menghilangkan oksigen atau rongga udara pada saat proses pengecoran kuningan kedalam kecetakannya?

2. bagaimana cara mendapatkan hasil maksimal saat peleburan dan pengecoran kuningan tersebut?

saya mendapat referensi daffiArt sebagai pusat Kerajinan Tembaga dan Kuningan.

saya ingin belajar dan usaha Pak, walau kecil – kecilan 1 – 2 kg.

sekian
Terimakasih.

Tomi

26 08 2013
R. Widodo

Yth mas Tomi

Untuk menanggulangi rongga gas, tentu Anda harus mengidentifikasi terlebih dahulu jenis rongga gas yang terjadi, dengan demikian Anda bisa lebih fokus dalam mencari solusinya. Rongga gas dapat terjadi karena beberapa hal a.l:
a. Berasal dari udara didalam ringga cetakan yang tidak dapat keluar. Biasanya berukuran besar dan berada dibagian atas produk. Bisa ditanggulangi dengan menambahkan ventilasi pengeluaran gas ditempat2 dimana biasanya gas tersebut terjadi.
b. Berasal dari cetakan (bila Anda menggunakan cetakan pasir) dimana binder (bahan pengikat) yang terbakar saat penuangan akan menghasilkan gas. Ukurannya kecil2 dan banyak. Bisa berada disekitar permukaan produk dimana saja. Untuk mengatasi hal ini tentu pasir ceta yang harus diperbaiki. Misalnya dikurangi kelembabannya, atau menggunakan pasir dengan binder rendah dsb.
c. Berasal dari cairan logam itu sendiri karena telah terkontaminasi oleh gas H2. Berukuran kecil2 dan berada agak kebagian dalam. Ini diatasi pada proses peleburan, yaitu dengan mengendalikan pengapian (terutama bila menggunakan bahan bakar minyak/gas) serta menerapkan proses degassing.

Kuncinya adalah:
a. Sortir bahan sesuai jenisnya.
b. Hindari segala kotoran pada bahan (oli, lumpur, plastik2 dsb)
c. Pengaturan pengapian agar tidak menghasilkan sisa bahan bakar (hidrokarbon) yang akan terurai menjadi H2 dan C (jelaga)
d. Perhatikan suhu cor (kuningan rentan terhadap Zn losses karena teroksidasi pada suhu tinggi).

Semoga membantu.

21 10 2013
Agus Sudiastara

Yth. Pak Widodo,
saya agus, saya pengerajin perak dan kuningan di Bali.
saya mengalami kendala dalam mewarnai kuningan (oksidasi).
saya menggunakan laruran pewarna yang ada di pasaran di daerah saya, namun warna hitamnya tidak bertahan lama… dalam beberapa hari saja sudah hilang.
apa ada campuran tertentu yang bisa membuat kuningan mengalami oksidasi lebih cepat dan lebih tahan lama ?
mohon dibantu ya pak…
FYI, saya menggunakan kuningan OTT-77 untuk kerajinan yang di cetak (casting) dan menggunakan Kuningan batangan warna kuning untuk yang dikerjakan pakai tangan (handmade).
apakah bapak ada alamat email dan telpon yang bisa saya hubungi apabila ada solusi ?
mohon dibantu.
salam,
agus-bali

7 12 2013
irawan saputra harahap

pak,, ada gk standarisasi dan pengkodean untuk kuningan???

11 12 2013
R. Widodo

Yth mas Irawan.

Tentu saja ada. Silakan dicek ke http://www.copper.org/resources/standards/specifications/

Semoga membantu.

15 02 2014
vika

Assalamualaikum pak widodo,
Mau tanya proses antik dalam kerajinan dari kuningan itu bagaimana caranya? Hasilnya jadi antik hitam permanen. Sy pernah dengar katanya direndam dengan air keras apakah betul demikian.terimakasih sebelumnya.
Salam,
Vika

19 02 2014
R. Widodo

Waalaikumsalam

Yth mbak Vika dan sekalian mas Agus Sudiastara.

Ini ada artikel bagus yang menjawab pertanyaan2 Anda, monggo:

http://www.sciencecompany.com/Patina-Formulas-for-Brass-Bronze-and-Copper-W160.aspx

Semoga membantu.

25 03 2014
dewa santri putra

assalamualaikum
permisi pak, saya dari samarinda kalimantan timur,
mau coba untuk pembuatan brass casting dsini. tapi msh tidak tahu apa” msh dalam tahap pembelajaran juga, kira” dari sana ada yg bisa di datang kan ke sini, atau ada kontak yg bisa di hubungi ? tolong hubungi saya di e-mail “Dewasputra@yahoo.com’
mohon bantuannya, untuk pencetakan kuningan yg di pake di kapal”, trimakasih

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s




Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

Join 62 other followers

%d bloggers like this: