What Is Metallurgy?

Materials Science

Sebelum membahas mengenai metalurgi, terlebih dahulu dipaparkan mengenai induk bidang ilmu dari material teknik, yaitu materials science. Jadi, apa itu materials science? Materials science merupakan multidisiplin ilmu yang mempelajari tentang penemuan dan desain material serta hubungan antara struktur terhadap sifat materialnya. Materials science tersusun atas aspek ilmu dan teknologi yang berkaitan dengan pembentukan material teknik yang sesuai untuk penggunaan praktis.

Fig 1. Materials Science Classification

Sesuai pada penjelasan sebelumnya bahwa materials science merupakan suatu multidisiplin ilmu. Artinya ilmu yang dipelajari menjangkau area yang cukup luas sehingga diperlukan adanya pembagian berdasarkan cabang ilmu yang ditekuni. Materials science terbagi atas 5 cabang ilmu, yaitu:

1. Metallurgical Engineering
2. Materials Engineering
3. Ceramic Engineering
4. Composite Engineering
5. Polymer Engineering

Metallurgical Engineering

Hah, meteorologi? Eitt, metalurgi yaa, bukan meteorologi. Mungkin ada sedikit kemiripan dari sisi pelafalannya. Namun, tahukah kalian bahwa ilmu metalurgi itu beda dengan meteorologi lohh. Metalurgi memiliki kata dasar “metal (logam)”, sedangkan meteorologi mempunyai kata dasar “meteoron (sesuatu yang tinggi)” yang mengacu pada apapun yang diamati di atmosfer. Metalurgi mempelajari mengenai pengolahan logam dan paduannya. Sementara itu, meteorologi adalah ilmu pengetahuan yang mempelajari dan membahas gejala perubahan cuaca yang berlangsung di atmosfer. Jadi, jangan sampai salah sebut lagi ya..

Definisi yang diambil dari buku “Material Science and Engineering An introduction” karya William D. Callister dan David G. Rethwisch menyatakan bahwa teknik metalurgi adalah “the art and science” mengenai pengolahan logam dan paduannya. Ilmu metalurgi ini menjadi ilmu tertua yang mempelajari perlakuan material teknik dalam cakupan sejarah kehidupan manusia. Bahkan, belum ada seorang pun yang mengetahui kapan metalurgi mulai dipelajari. Mayoritas orang mempercayai metalurgi sebagai “Alchemical mystery” dari warisan masa lalu. Meskipun demikian, misteri yang disajikan sangat berdampak besar khususnya dalam visi peningkatan kualitas teknologi di dunia. Perubahan signifikan telah terjadi, bermula dari zaman batu menuju ke zaman tembaga, perunggu, besi, hingga baja. Transformasi tersebut seolah menjadi pintu gerbang cahaya yang menunjukkan jalan keluar dari goa yang penuh dengan kegelapan.

Metallurgical Group

Pengolahan unsur logam dalam bijih menjadi logam murni atau paduannya memerlukan banyak proses dengan berbagai peralatan dan teknik perlakuan. Ruang lingkup yang terlibat sedemikian luas, mulai dari pengolahan awal material hasil tambang, ekstraksi logam dan pemurniannya, hingga proses pemaduan, pengendalian, dan pendaur ulangannya. Maka dari itu, keilmuan metalurgi diklasifikasikan menjadi 3 jenis berdasarkan rangkaian proses yang terjadi.

1. Pengolahan bahan galian (Mineral processing)

Bidang keilmuan yang mempelajari proses pengolahan bijih hasil tambang dengan memanfaatkan perbedaan sifat fisika nya sehingga dapat dihasilkan produk yang siap untuk dijual atau diproses lebih lanjut tanpa mengubah sifat fisik/kimia bahan yang bersangkutan.

1. Metalurgi ekstraksi (Extractive metallurgy)

Bidang keilmuan yang mempelajari proses pemisahan logam berharga dari deposit mineralnya. Prosesnya melibatkan reaksi kimia dengan beragam teknik perlakuan untuk tujuan memperoleh logam dengan tingkat kemurnian dan komposisi paduan tertentu.

1. Metalurgi fisik (Physical metallurgy)

Bidang keilmuan yang mempelajari efek struktur terhadap sifat logam dan paduannya. Metalurgi fisik fokus pada pengembangan, pembuatan, dan penggunaan material yang berbasis logam.

Why should Metallurgy?

Metalurgi berperan penting dalam pengolahan material hasil pertambangan, pemurnian logam, hingga pengembangan logam beserta paduannya. Ingat! Salah satu hal yang perlu ditekankan bahwa logam bukan hanya seputar besi atau baja, melainkan juga berkaitan dengan semua unsur logam yang tercantum dalam sistem periodik. Untuk lebih memahami mengenai jumlah pasti unsur logam di dunia, mari kita cermati tabel periodik unsur berikut.

Fig 2. Periodic Table

Sekitar 95 dari 118 unsur dalam sistem periodik merupakan unsur logam dengan 7 diantaranya adalah semi logam. Dengan kata lain, kurang lebih 80% dari total unsur berwujud logam, baik logam alkali, logam alkali tanah, logam transisi, maupun logam biasa. Selain itu, terdapat pula paduan logam, yaitu kombinasi antara 2 jenis logam atau lebih dengan perlakuan tertentu untuk tujuan memperoleh sifat fisik/kimia/mekanik yang diinginkan.

Fig 3. Classification of Aluminium Alloys

Misalkan dalam paduan aluminium saja terdapat 8 seri dimana setiap serinya memiliki berbagai jenis paduan dengan komposisi tertentu. Sementara itu, jumlah logam yang ada pada sistem periodik berjumlah 95 sehingga bisa dibayangkan betapa banyaknya jumlah paduan logam yang dapat dibuat. Maka dari itu, diperlukan seorang engineer yang mampu mengolahnya menjadi material yang sesuai dengan kebutuhan.

Metallurgy in Real Life

Coba perhatikan sekeliling kalian! Alat/barang apa saja yang memuat logam di dalamnya? Yaa, benar. Mayoritas peralatan melibatkan logam sebagai unsur pemadunya. Mulai dari handphone, laptop, komputer, jam dinding, motor, mobil, struktur bangunan, dan masih banyak lagi. Bahkan, dalam sistem kelistrikan sekalipun diperlukan paduan tembaga sebagai penghantar listrik ke pihak konsumen. Hal ini dilakukan karena paduan tembaga memiliki nilai konduktivitas elektrik yang tinggi. Menurut data dari TIBTECH Innovation, tembaga memiliki nilai konduktivitas listrik sebesar 58,7 × 1⁰⁶ siemens/m sehingga memudahkan elektron berpindah dari sumber pembangkit menuju ke konsumen kelistrikan. Nilai tersebut dapat terus meningkat seiring dilakukannya pemaduan (alloying) dengan proses tertentu. Contoh lain adalah kapal dan satelit luar angkasa. Apakah kalian kira bahwa kapal terbuat dari pelepah pisang? Dan apakah satelit luar angkasa dirangkai atas kayu-kayu yang disatukan? Tentu tidak. Semuanya berstrukturkan atas berbagai paduan logam.

Bagaimana jadinya jika tidak ada yang mengolah logam? Apakah kalian mau memakai cincin berhiaskan bongkahan hasil tambang? Atau berpergian ke luar kota dengan berjalan kaki? Pasti gamau kan, heheh.. Oleh karena itu, metalurgi sangat penting perannya dalam kehidupan kita.

Referensi:

1. Callister, William D. (2009). Materials Science and Engineering An Introduction, Eighth Edition. New York : John Wiley & Sons Inc.
2. Rosenqvist, T. (2004). Principles of Extractive Metallurgy. Trondheim: Tapir Academic Press
3. Korda, Akhmad A. (2021). Slide Kuliah Metalurgi Fisik MG2216. Bandung: ITB
4. Sanwani, Edy. (2021). Slide Kuliah Pengolahan Mineral MG2213. Bandung: ITB
5. Zulhan, Zulfiadi. (2021). Slide Kuliah Pirometalurgi MG3111. Bandung: ITB
6. https://www.researchgate.net/publication/340522887_Introductory_Chapter_A_Brief_Introduction_to_Engineering_Materials_and_Metallurgy
7. https://www.industrialheating.com/blogs/14-industrial-heating-experts-speak-blog/post/91351-the-role-of-metallurgy-in-todays-society
8. https://www.tibtech.com/conductivite
9. https://sciencenotes.org/metals-metalloids-nonmetals/
10. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S007964251930060X#f0040