Tentang Perunggu Fosfor - Kekuatan, Sifat dan Kegunaan
Perunggu telah berkembang pesat dari sekedar paduan tembaga dan timah, kini menjadi kelas paduan tembaga yang lebih luas yang masih menemukan kegunaan baru hingga saat ini. Namun, keragaman perunggu dapat membuat pemilihan bahan menjadi sulit, jadi artikel ini akan membantu meringankan kebingungan tersebut dengan mengeksplorasi satu jenis perunggu, perunggu fosfor. Dengan memeriksa sifat fisik, kimia, dan mekanik perunggu fosfor, artikel ini bertujuan untuk membantu desainer yang tertarik menentukan apakah paduan tembaga ini merupakan pilihan yang baik untuk proyek mereka. Pertama-tama kita akan mengkaji komposisi perunggu fosfor, kemudian membahas kelebihan, kekurangan, sifat mekaniknya, dan terakhir membahas penerapan umum logam bermanfaat ini.
Sifat Fisik Perunggu Fosfor
Mungkin bermanfaat untuk meninjau artikel kami tentang jenis perunggu untuk memahami kesamaan antara paduan tembaga dan aplikasi populernya.
Di bawah ini, pada Gambar 1, adalah grafik kualitatif yang menggambarkan komposisi perunggu fosfor:
Diagram lingkaran representasi komposisi material perunggu fosfor.
Gambar 1: Pemecahan kualitatif fosfor perunggu.
Perhatikan bahwa persentase seng, besi, timbal, dan fosfor yang terkandung di dalamnya sangat kecil.
Dengan melihat Gambar 1, mungkin sulit untuk memahami mengapa perunggu fosfor dinamakan demikian padahal bahan utamanya terdiri dari tembaga dan timah sebagai paduannya. Hal ini karena hanya sejumlah kecil fosfor, sekitar 0.03-00,035% berat, diperlukan untuk memberikan sifat unik pada paduan ini, seperti peningkatan aliran, ketahanan aus, dan kekakuan. Mereka juga dikenal sebagai perunggu timah, tetapi sejumlah fosfor selalu ada untuk benar-benar dianggap sebagai perunggu fosfor. Dengan kepadatan sekitar 8,8 g/cm3, sebagian besar bentuk paduan ini merespons pengerjaan panas, pengerjaan dingin, dan perlakuan panas. Mereka sangat tangguh, tahan terhadap kelelahan dan korosi, dan dapat dengan mudah dibentuk, dituang, dan dilas. Penambahan timbal membuat perunggu fosfor lebih kuat dan mudah dikerjakan, namun perunggu fosfor bebas timbal juga kuat dan tahan. Mereka paling sering digunakan dalam aplikasi tahan korosi, serta aplikasi lain yang membutuhkan bahan yang tangguh namun tahan lama.
Resistensi dan Kelemahan
Kebanyakan paduan perunggu fosfor tahan terhadap perubahan warna dan korosi, sehingga berguna dalam saluran listrik dan lingkungan korosif lainnya. Mereka juga tahan lelah, yang berarti mereka mempertahankan kekuatannya selama banyak siklus beban. Penambahan timah akan meningkatkan ketahanan dan kekuatannya, sedangkan penambahan timbal akan menghasilkan perunggu fosfor, yang dalam bahasa sehari-hari dikenal sebagai "teman masinis" (paduan COLPHOS 90 / C54400) karena hampir tidak dapat dibedakan dari paduan kuningan potong bebas. Kebanyakan paduan menghasilkan patina yang menarik dengan adanya oksigen, sehingga dapat juga digunakan dalam aplikasi dekoratif. Kerugian utama dari perunggu fosfor mungkin adalah konduktivitas listriknya yang lebih rendah, karena fosfor mengurangi kemampuan logam untuk menghantarkan arus listrik, dan harganya. Debu dan asap perunggu fosfor juga beracun jika terhirup, jadi berhati-hatilah dengan dompet dan paru-paru Anda.
Peralatan mekanis
Tabel 1 di bawah ini menunjukkan beberapa sifat mekanik yang relevan dengan penggunaan dan kekuatan perunggu fosfor. Bagian ini akan menjelaskan secara singkat setiap properti dan menunjukkan bagaimana mereka membuat paduan tembaga ini unik.
Kekuatan Hasil Tarik
380-450 MPa
55100-65260 psi
Modulus Elastisitas
110 IPK
16000ksi
Konduktivitas Listrik (relatif terhadap tembaga murni)
15%
Kekerasan (Rockwell B)
75-85
kemampuan mesin
20-100%
Tabel 1: Ringkasan Sifat Mekanik Perunggu Fosfor - Harap dicatat bahwa tabel ini adalah ringkasan umum dan bukan daftar sifat sebenarnya dari semua perunggu fosfor.
Kekuatan luluh tarik adalah nilai tegangan yang menentukan titik di mana suatu material mengalami deformasi plastis. Ini adalah ukuran umum kekuatan non-yield suatu material, karena tegangan di bawah titik ini tidak akan membengkokkan atau meregangkan paduan (walaupun selalu ada pengecualian). Ini adalah ukuran yang berguna bagi produsen saat melakukan pemesinan dan dalam aplikasi di mana material harus mempertahankan bentuknya tanpa mengurangi integritas struktural. Perunggu fosfor memiliki kekuatan luluh yang mengesankan yang menyaingi beberapa paduan aluminium dan bahkan melebihi perunggu lainnya, berkat tingginya proporsi timah dan fosfor. Jika dikombinasikan dengan sifat pegasnya yang baik, maka akan tercipta paduan yang kuat dan tahan lama.
Modulus elastisitas, atau modulus Young, menggambarkan kemampuan suatu bahan untuk berubah bentuk secara elastis, yaitu kekakuan bahan tersebut. Sebaliknya, modulus Young yang lebih tinggi menunjukkan bahan yang lebih elastis, namun ini bukan ukuran "elastisitas"; ini adalah ukuran kekuatan material internal, dan seberapa besar kemungkinan material tersebut kembali ke bentuk aslinya jika terjadi peningkatan gaya. Oleh karena itu, modulus Young yang tinggi berarti material tersebut secara umum kuat karena tidak berubah bentuk secara plastis pada kondisi beban yang meningkat. Perunggu fosfor memiliki modulus elastisitas yang cukup tinggi (hampir setengah dari kebanyakan baja), yang menunjukkan bahwa ia tidak sekuat paduan lainnya, namun dapat bertahan dalam kondisi sedang. Hal ini menyebabkan perunggu fosfor berguna untuk operasi pembentukan dan lebih sulit untuk dikerjakan, tetapi akan dibahas lebih lanjut nanti.
Perunggu fosfor memiliki konduktivitas listrik sekitar 15% dari tembaga murni - jadi mengapa menggunakannya dalam aplikasi listrik ketika tembaga dapat menghantarkan listrik dengan lebih baik? Jawabannya terletak pada keseimbangan kekuatan lelah, ketahanan korosi, dan konduktivitas listrik fosfor perunggu yang baik. Meskipun bukan paduan yang menonjol dalam salah satu kategori di atas, kemampuannya untuk tahan lama, kuat, dan konduktif berarti komponen listrik yang terbuat dari perunggu fosfor akan bertahan lebih lama dibandingkan komponen tembaga lainnya. Oleh karena itu, perunggu fosfor telah lama digunakan sebagai bahan untuk sakelar listrik, pengencang, konektor, dll., karena dapat menahan beban mekanis dan listrik lebih baik daripada bahan tembaga pada umumnya.
Kekerasan material selalu relatif terhadap beberapa durometer standar, dan berbagai skala kekerasan memberikan daftar perbandingan material dalam kategori/material umum yang sama. Tabel 1 menunjukkan nilai kekerasan pada skala Rockwell B, yang biasa digunakan untuk menggambarkan kekerasan paduan tembaga dan logam lainnya. Bahan dengan nilai kekerasan yang lebih rendah umumnya lebih lunak, artinya lebih mudah tergores, penyok, dan berubah bentuk secara lokal pada permukaannya, sedangkan angka yang lebih tinggi menunjukkan bahan yang sulit tergores (misalnya kaca borosilikat, keramik, dll.). Sebagai referensi, tembaga memiliki kekerasan Rockwell B sekitar 50, jadi jelas dari Tabel 1 bahwa perunggu fosfor lebih tahan gores dibandingkan bentuk murninya. Paduan ini juga tidak sekuat paduan lain yang lebih mudah mengeras seperti baja, yang bisa lebih baik atau lebih buruk tergantung pada aplikasinya. Misalnya, jika etsa dan tatahan merupakan bagian dari aplikasi, perunggu fosfor mungkin merupakan keseimbangan yang baik antara kekuatan dan kemampuan mesin, namun hal ini bergantung pada jenis paduan tertentu dan prosedur penguatan.
Seperti halnya kekerasan, machinability adalah ukuran komparatif dari kemampuan suatu material untuk dikerjakan, dan selalu mengacu pada beberapa material pemesinan standar (untuk perunggu, material ini adalah UNS C36000 – Free Cut Brass). Material standar ini memiliki skor kemampuan mesin sebesar 100%, yang berarti material tersebut mudah dikerjakan dan menimbulkan sedikit masalah di bengkel. Paduan dengan skor di bawah 100% lebih sulit untuk dikerjakan dibandingkan dengan referensi ini, dan hal ini sering terjadi pada perunggu fosfor; namun, perunggu fosfor dapat diproduksi secara khusus untuk mengatasi masalah ini (dan juga sebagian besar paduan lainnya, bergantung pada sumber Anda). Perunggu fosfor dapat dibeli dengan kandungan timbal yang lebih tinggi, yang akan menghilangkan kesulitan pemesinan karena menjadi lebih dapat melumasi sendiri. Jadi meskipun sebagian besar paduan perunggu fosfor agak sulit untuk digiling, masalah ini dapat diatasi dengan memilih paduan yang tepat.
Aplikasi Perunggu Fosfor
Perunggu fosfor telah digunakan dalam komponen listrik selama bertahun-tahun, namun masih menemukan kegunaan baru karena kemajuan teknologi dan kebutuhan akan bahan yang lebih khusus. Di bawah ini adalah daftar aplikasi perunggu fosfor, tetapi ketahuilah bahwa aplikasi ini memiliki banyak kegunaan di luar daftar ini, dan aplikasi baru masih terus dikembangkan.
Beberapa aplikasi umum meliputi:
mata air
Busing, busing dan bantalan
Batang las
Perhiasan
Senar gitar
Jembatan gigi
Dan banyak lagi.
