Tellurium (Te): Meningkatkan Sifat Baja & Aplikasi Metalurgi

Definisi dan Sifat Dasar

Telurium (Te) adalah elemen metaloid yang termasuk dalam Grup 16 (kalkogen) tabel periodik. Ia menunjukkan sifat yang berada di antara logam dan non-logam, ditandai dengan struktur kristalin yang rapuh dan perilaku semikonduktor. Dalam bentuk elemennya, telurium muncul sebagai zat berwarna perak-abu-abu yang terlihat metalik dengan kilau metalik yang mengkilap, tetapi seringkali rapuh dan mudah pecah.

Secara atom, telurium memiliki nomor atom 52, dengan berat atom sekitar 127,6 g/mol. Konfigurasi elektronnya adalah [Kr] 4d^10 5s^2 5p^4, yang mempengaruhi reaktivitas kimia dan karakteristik ikatannya. Struktur kristalin telurium biasanya berbentuk heksagonal atau ortorhombik, tergantung pada alotropnya.

Secara fisik, telurium memiliki densitas sekitar 6,24 g/cm³ pada suhu kamar. Titik lelehnya sekitar 449,5°C (841,1°F), dan ia mendidih pada sekitar 988°C (1810°F). Elemen ini relatif rapuh, dengan kekerasan rendah (sekitar 2 pada skala Mohs), dan menunjukkan sifat listrik semikonduktor, menjadikannya berguna dalam aplikasi elektronik.

Dalam konteks pembuatan baja, sifat fisik telurium mempengaruhi perilakunya selama proses suhu tinggi dan interaksinya dengan elemen paduan lainnya. Titik leleh yang tinggi dan kerapuhannya memerlukan teknik penanganan dan penambahan tertentu untuk memanfaatkan manfaat metalurginya secara efektif.

Peran dalam Metalurgi Baja

Fungsi Utama

Peran utama telurium dalam metalurgi baja adalah sebagai elemen paduan yang meningkatkan sifat mekanik dan fisik tertentu. Ia terutama digunakan untuk meningkatkan kemampuan mesin, terutama dalam baja yang mudah diproses, dengan memodifikasi mikrostruktur dan karakteristik inklusi.

Dalam pengembangan mikrostruktur, telurium mempengaruhi pembentukan dan distribusi inklusi, seringkali mendorong pembentukan inklusi globular atau spheroid yang memfasilitasi pemecahan chip dan mengurangi keausan alat. Ia juga dapat memperhalus ukuran butir dan mempengaruhi transformasi fase, berkontribusi pada peningkatan ketangguhan dan keuletan.

Telurium sering ditambahkan secara sengaja ke kelas baja tertentu untuk mencapai klasifikasi yang diinginkan, seperti baja yang mudah diproses, baja alat berkinerja tinggi, atau paduan khusus. Kehadirannya membantu mendefinisikan jenis baja ini dengan memberikan sifat kemampuan mesin dan fisik yang unik.

Konteks Sejarah

Penggunaan telurium dalam produksi baja dimulai pada pertengahan abad ke-20, seiring dengan meningkatnya permintaan untuk kemampuan mesin yang lebih baik. Penelitian awal mengidentifikasi kemampuannya untuk memodifikasi morfologi inklusi dan meningkatkan kinerja pemotongan tanpa mengorbankan kekuatan secara signifikan.

Perkembangan signifikan dalam pemahaman efek telurium muncul selama tahun 1960-an dan 1970-an, yang mengarah pada praktik standar untuk penambahan terkontrolnya. Kelas baja yang terkenal, seperti baja karbon yang mudah diproses dan beberapa baja paduan, menggabungkan telurium untuk memenuhi persyaratan industri untuk kemampuan mesin dan kinerja.

Kejadian dalam Baja

Dalam baja, telurium biasanya hadir dalam jumlah jejak, berkisar dari sekitar 0,001% hingga 0,1% berdasarkan berat, tergantung pada kelas baja dan aplikasi yang dimaksudkan. Ia biasanya ditambahkan secara sengaja sebagai elemen paduan minor untuk mengoptimalkan kemampuan mesin.

Dalam kebanyakan kasus, telurium ada dalam larutan padat dalam matriks baja atau sebagai bagian dari fase inklusi, seperti telurida (misalnya, FeTe) atau inklusi senyawa lainnya. Inklusi ini sering kali spheroid untuk meningkatkan kemampuan mesin dan mengurangi keausan alat.

Dalam beberapa kasus, telurium dapat dianggap sebagai kotoran, terutama jika diperkenalkan secara tidak sengaja melalui bahan mentah yang terkontaminasi atau limbah daur ulang. Namun, dalam paduan terkontrol, konsentrasinya dikelola dengan hati-hati untuk menyeimbangkan manfaat dan potensi kerugian.

Efek dan Mekanisme Metalurgi

Pengaruh Mikrostruktur

Telurium mempengaruhi mikrostruktur baja terutama melalui pengaruhnya pada morfologi inklusi dan transformasi fase. Ia mendorong pembentukan inklusi telurida globular, yang bertindak sebagai situs yang menguntungkan untuk inisiasi dan propagasi retakan, sehingga meningkatkan kemampuan mesin.

Ia juga dapat memperhalus ukuran butir dengan menghambat pertumbuhan butir selama pengerjaan panas, menghasilkan mikrostruktur yang lebih seragam dan halus. Selain itu, telurium memodifikasi suhu transformasi, seperti titik Ac1 dan Ac3, dengan mempengaruhi stabilitas fase seperti ferit, perlit, dan bainit.

Interaksi dengan elemen paduan lainnya, seperti sulfur, mangan, dan fosfor, mempengaruhi pembentukan inklusi kompleks. Telurium cenderung membentuk telurida stabil dengan besi dan logam lainnya, yang kurang merugikan dibandingkan sulfida atau oksida, sehingga meningkatkan stabilitas mikrostruktur secara keseluruhan.

Pengaruh pada Sifat Kunci

Sifat mekanik sangat dipengaruhi oleh penambahan telurium. Ia meningkatkan kemampuan mesin dengan menciptakan inklusi spheroid yang memfasilitasi pemecahan chip dan mengurangi gaya pemotongan. Ini sering menghasilkan umur alat yang lebih baik, kecepatan pemesinan yang lebih tinggi, dan hasil permukaan yang lebih baik.

Secara fisik, telurium dapat mempengaruhi konduktivitas termal dan listrik sedikit, karena sifat semikonduktornya. Kehadirannya juga dapat memodifikasi sifat magnetik secara marginal, yang mungkin relevan dalam aplikasi baja listrik tertentu.

Kimiawi, telurium meningkatkan ketahanan korosi dalam beberapa kelas baja dengan mengurangi pembentukan inklusi sulfida yang merugikan yang dapat bertindak sebagai situs inisiasi korosi. Ia juga meningkatkan perilaku oksidasi selama pemrosesan suhu tinggi, berkontribusi pada permukaan baja yang lebih bersih.

Mekanisme Penguatan

Telurium berkontribusi pada penguatan baja terutama melalui rekayasa inklusi. Pembentukan inklusi telurida spheroid bertindak sebagai penghalang mikrostruktur terhadap pergerakan dislokasi, memberikan bentuk penguatan presipitasi.

Hubungan kuantitatif menunjukkan bahwa penambahan kecil (sekitar 0,01-0,05%) dapat menghasilkan peningkatan yang terukur dalam kemampuan mesin tanpa kehilangan kekuatan yang signifikan. Perubahan mikrostruktur, seperti ukuran butir yang diperhalus dan morfologi inklusi, bertanggung jawab atas peningkatan sifat ini.

Modifikasi mikrostruktur yang disebabkan oleh telurium, terutama spheroidisasi inklusi, mengurangi situs konsentrasi stres dan meningkatkan ketangguhan serta keuletan, menyeimbangkan kekuatan dengan kemampuan mesin.

Metode Produksi dan Penambahan

Sumber Alam

Telurium adalah metaloid langka, terutama diperoleh sebagai produk sampingan selama pemurnian tembaga, emas, dan bijih timbal. Ia diekstraksi dari bijih sulfida melalui proses seperti pemanggangan, peleburan, dan pemurnian elektrolitik.

Produksi global terkonsentrasi di negara-negara dengan industri penambangan tembaga dan timbal yang signifikan, termasuk Chili, Amerika Serikat, Peru, dan Australia. Proses pemurnian melibatkan penghancuran, flotasi, pemanggangan, dan elektrorefining untuk menghasilkan telurium dengan tingkat kemurnian yang sesuai untuk paduan.

Karena kelangkaannya dan pentingnya secara strategis, telurium dianggap sebagai bahan kritis dalam sektor elektronik dan metalurgi. Ketersediaannya mempengaruhi biaya dan stabilitas pasokan bagi produsen baja yang ingin menggabungkannya ke dalam paduan mereka.

Bentuk Penambahan

Telurium biasanya ditambahkan ke baja dalam bentuk ferrosilicon atau ferromangan yang kaya telurium, atau sebagai bubuk logam telurium murni. Bentuk-bentuk ini memfasilitasi penambahan yang terkontrol dan distribusi yang merata.

Persiapan melibatkan paduan dalam tungku busur listrik atau penambahan ladle, di mana telurium diperkenalkan dalam baja cair. Penanganan memerlukan tindakan pencegahan terhadap debu dan asap, karena senyawa telurium dapat beracun.

Tingkat pemulihan tergantung pada metode penambahan dan proses