Teori Dasar Material Kelompok 10

Teori Dasar Material Kelompok 10

TEORI DASAR MATERIAL

Material adalah segala sesuatu yang mempunyai massa dan menempati ruang. Berdasarkan pengertian tersebut maka material teknik adalah material yang digunakan untuk menyusun sebuah benda dan digunakan untuk perekayasaan dan perancangan di bidang teknik.

1.1 Klasifikasi Material

Berdasarkan sumbernya material dibagi atas dua macam :

1. Material Organik

Material organik adalah material yang bersumber dari alam berupa makhluk hidup dan dapat dimanfaatkan langsung tanpa melalui proses. Contoh : kayu, karet alam, dan batu bara.

2. Material Anorganik

Material anorganik adalah material yang bersumber dari selain makhluk hidup dan untuk mendapatkannya harus diproses terlebih dahulu.

Material anorganik dibedakan atas 2 macam yaitu :

1. Logam

Logam adalah unsur kimia yang mempunyai sifat - sifat kuat, ulet, keras, penghantar listrik dan panas, serta mempunyai titik cair tiggi.

Logam terdiri dari :

a. Ferro

Logam ferro adalah logam dengan unsur penyusun utamanya adalah Fe (besi). Logam ferro terbagi menjadi :

1) Baja

Baja merupakan logam dengan unsur penyusun utamanya adalah Fe (besi) dan C (karbon) dengan paduan lainnya, yang mana kadar karbonnya antara 0,02 % sampai 2,1 %. Baja ini terdiri atas :

a) Baja Karbon (Carbon Steel), terdiri dari :

Baja Karbon Rendah (Low Carbon Steel), dengan kadar karbon 0,02 % C 0,2 %.

Contoh : plat dan paku.

Baja Karbon Menengah (Medium Carbon Steel), dengan kadar karbon 0,2 % < C 0,5 %.

Contoh : roda gigi dan poros. Baja Karbon Tinggi (High Carbon Steel), dengan kadar karbon 0,5 % < C 2,1 %.

Contoh : spiral, dawai, dan cetakan tempa.

b) Baja Paduan (Alloy Steel)

Baja paduan adalah baja yang diperoleh dari pemaduan dua unsur atau lebih untuk mendapatkan sifat mekanik tertentu yang diinginkan, dibedakan atas :

a. Berdasarkan kadar paduan:

Baja Paduan Rendah (Low Alloy Steel), kadar paduan 8%.Contoh : paduan mobil Baja Paduan Tinggi (High Alloy Steel), kadar paduan > 8%.Contoh : baja tahan karat b. Berdasarkan Kegunaan

Baja Tahan Karat (Stainless Steel) (Fe + C + Cr)

Contoh : Pisau Baja Tahan Aus (Wear Resistant Steel) (Fe + C + Mn)

Contoh : escavator nail Baja Tahan Temperatur Tinggi (High Temperature Resistant Steel) (Fe + C + Tungsten)

Contoh : sudu turbin

Tool Steel (Fe + C + V)

Contoh : Pahat

2) Besi Cor (Cast Iron)Besi cor merupakan logam dengan unsur penyusunnya adalah Fe dan karbon yang kadar karbonnya antara 2,1 % sampai 6,67 %.

Gambar 1.1 Skema Pembentukan Besi CorBerdasarkan proses pembuatannya besi cor terbagi atas :

a) Besi Cor Putih (White Cast Iron)Besi cor putih merupakan besi cor yang tidak mempunyai grafit dengan fasa + Fe3C. Didapat dengan pendinginan cepat, sehingga banyak mengandung Fe3C. Hal ini yang menyebabkan besi cor putih bersifat keras dan getas dengan % Si < 1..

Gambar 1.2 Besi Cor Putih

b) Besi Cor Kelabu (Gray Cast Iron)Besi cor kelabu merupakan besi cor dengan bentuk grafit berbentuk serpihan yang terbentuk dari Fe3C yang terurai, bersifat lunak dan getas, mampu meredam getaran, dan mempunyai kekuatan tekan yang tinggi. Pembentukannya sama dengan besi cor putih, perbedaannya terletak pada laju pendinginan.

Contoh : konstruksi mesin jahit, blok mesin, lampu hias, dan mesin bubut.

Berdasarkan matriks terbagi dua, yaitu :

Besi Cor Kelabu Perapian Putih (Ferritic) bermatriks .

Terbentuk dengan pendinginan lambat.

Gambar 1.3 Besi Cor Kelabu Perapian Putih Besi Cor Kelabu Perapian Hitam (Pearlitic) bermatriks + Fe3C. Terbentuk dengan pendinginan normal

Gambar 1.4 Besi Cor Kelabu Perapian Hitam

c) Besi Cor Nodular (Nodular Cast Iron)

Gambar 1.5 Skema Pembentukan Besi Cor NodularBentuk grafit bulat, pembuatan dengan cara besi cor dipanaskan kemudian ditambah Mg (Magnesium) dan akan terbentuk gelembung-gelembung udara yang nantinya akan diisi oleh karbon dan memiliki keuletan yang tinggi.Berdasarkan matriksnya terbagi dua, yaitu :

Besi Cor Nodular Putih bermatrik . (Ferritic)Terbentuk dengan pendinginan secara lambat.

Gambar 1.6 Besi Cor Nodular Ferritic

Besi Cor Nodular Hitam (Pearlitic) bermatriks +Fe3C Terbentuk dengan pendinginan secara cepat.

Gambar 1.7 Besi Cor Nodular Pearriticd) Besi Cor Meliabel (Melleable Cast Iron)Besi cor yang diperoleh melalui proses tempering yang mempunyai sifat keras dan getas serta bentuk grafit seperti bongkahan. Contoh : spare part yang berukuran kecil.

Berdasarkan matriksnya terbagi dua, yaitu :

Besi Cor Meliabel Putih bermatrik . (Ferritic)Terbentuk dengan pendinginan secara lambat.

Gambar 1.8 Besi Cor Meliabel Putih Besi Cor Meliabel Hitam Bermatriks +Fe3C. (Pearlitic)Terbentuk dengan pendinginan secara cepat.

Gambar 1.9 Besi Cor Meliabel Hitam

b. Non Ferro

Logam non ferro adalah logam dengan unsur penyusun utamanya selain Fe (besi) yang dicampur dengan unsur lain. Contoh : kuningan (Cu + Zn), alumunium, dan brass.

2. Non Logam

Non logam adalah material dengan titik didih rendah dan bersifat isolator, pada umumnya tidak tahan temperatur yang tinggi, dan sebagian tembus cahaya. Material non logam terdiri dari :

a. Polimer

Polimer merupakan gabungan monomer-monomer yang membentuk rantai hidrokarbon (C-H) yang panjang yang terdiri dari :1) TermoplastikTermoplastik merupakan polimer dengan rantai karbon lurus, tidak tahan temperatur tinggi, dan berkekuatan rendah. Contoh : plastik.

2) TermosettingTermosetting merupakan polimer dengan rantai hidrokarbon bercabang, tahan terhadap temperatur tinggi, dan mempunyai stabilitas yang tinggi. Contoh : PVC (Poly Vinyl Chloride) dan melamin.3) ElastomerElastomer merupakan polimer yang mempunyai tingkat elastisitas yang tinggi dan rantai karbon berbentuk jala. Contoh : Karet alam.

b. Komposit

Komposit merupakan perpaduan dua unsur yang terdiri dari matriks dan reinforcement, yang masih memiliki sifat aslinya. reinforcement sebagai penguat dan matriks sebagai pengikat.

Gambar 1.10 Kurva Tegangan Regangan KompositBerdasarkan matriksnya, komposit terbagi menjadi :

1) Metal Matriks Composit (MMC) dengan logam sebagai matrik.Contoh : badan pesawat terbang.2) Ceramic Matriks Composite (CMC) dengan keramik sebagai matrik.Contoh : beton.

3) Polymer Matriks Composite (PMC) dengan polimer sebagai matrik.Contoh : ban mobil.c. Keramik

Keramik adalah suatu material yang merupakan perpaduan logam dan non logam yang membentuk sifat baru melalui proses pemanasan. Keramik terbagi atas dua, yaitu :

1) Keramik TradisionalKeramik tradisional adalah keramik yang pembuatannya mengalami proses perpaduan secara tradisional.

Contoh : ubin.

2) Keramik ModernKeramik modern adalah keramik yang mengalami proses kimia secara modern untuk mendapatkan properties / sifat yang diinginkan. Contoh : keramik pada busi dibuat untuk mencegah rugi-rugi panas pada pencetusan awal pembakaran.1.2 Struktur Mikro Material

Struktur mikro material terdiri atas :1. Atom

Atom merupakan bagian terkecil dari material yang tidak dapat dibagi lagi dengan reaksi kimia biasa.2. Sel Satuan

Sel satuan merupakan gabungan dari beberapa atom yang tersusun secara teratur dan berulang.

Jenis-jenis sel satuan antara lain :

a. Kubic

Sel satuan Kubic terdiri dari :

1) Body Centered Cubic (BCC)

Perhitungan APF dari BCC adalah :

r aGambar 1.11 Body Centered CubicAPF = = x 100 %n atom =

, maka :

APF = = x 100 % = 0,68 = 68 %

2) Face Centered Cubic (FCC)

Gambar 1.12 Face Centered CubicPerhitungan APF dari FCC adalah APF = = x 100 %n atom =

maka :

APF = = x 100 % = 0,74 = 74 %b. Hexagonal Closed Package (HCP)

Gambar 1.13 Hexagonal Closed PackageCara perhitungan APF dari HCP :

n atom = volume sel satuan = luas alas x tinggi

tinggi= 1,633a

luas alas = 6 x luas segitiga

= 6 x (1/2 a x a sin 60)

= 6 x (1/2 a2 sin 60)

= 3a2 sin 60

Volume sel satuan= 3a2 sin 60 x 1,633a

= 4,899a3 sin 60

= 4,24a3a = 2R, maka :

Volume sel satuan= 4,24(2R)3

= 4,24 x 8R3

= 33,94 R3APF= = x 100 %

= = x 100 % = 7,4%

c. Tetragonal

Gambar 1.14 TetragonalSyarat dari tetragonal ini adalah a = b c dan = = = 90.d. Triklin

Gambar 1.15 TriklinSyarat dari Triklin adalah a b c dan 90.

e. Monoklin

Gambar 1.16 MonoklinSyarat dari Monoklin adalah a b c dan = = 90 .

3. Butir

Butir merupakan kumpulan sel satuan yang mempunyai arah dan orientasi gerak yang sama yang dilihat dari arah dua dimensi.

Gambar 1.17 Butir4. Kristal

Kristal merupakan susunan dari sel satuan yang memiliki arah dan orientasi gerak yang sama dilihat dari arah tiga dimensi.

Gambar 1.18 Kristal1.3 Sifat-Sifat Material

Sifat-sifat yang terdapat pada material adalah :

1. Sifat teknologiSifat teknologi adalah sifat material untuk mampu diproses. Contoh : mampu cor (castability).2. Sifat fisikSifat fisik adalah sifat material yang dapat dilihat secara langsung tanpa melakukan pembebanan dan telah ada pada material tersebut. Contoh : warna, dimensi.3. Sifat termalSifat termal adalah sifat material yang dipengaruhi oleh temperatur. Contoh : titik didih dan titik cair.4. Sifat akustikSifat akustik adalah sifat material yang berhubungan dengan bunyi. Contoh : fibrasi.5. Sifat kimiaSifat kimia adalah sifat kimia dari material untuk mampu berinteraksi dengan lingkungannya.

Contoh : korosi.6. Sifat magnetikSifat magnetik adalah sifat material untuk merespon medan magnet.

Contoh : Induksi magnetik

7. Sifat optikSifat optik adalah sifat material yang berhubungan dengan pencahayaan. Contoh : pembiasan.8. Sifat mekanikSifat mekanik adalah sifat material yang dipengaruhi oleh pembebanan. Sifat mekanik terdiri dari :

a. KekerasanKekerasan adalah kemampuan material untuk menahan deformasi plastis lokal akibat adanya penetrasi dipermukaan. Kekerasan ini tidak mempunyai kurva karena hanya berbentuk titik.b. KekuatanKekuatan adalah kemampuan material untuk menahan deformasi plastis secara menyeluruh sampai material itu patah.

Gambar 1.19 Kurva Kekuatanc. Kelentingan

Kelentingan adalah besarnya energi yang diserap oleh material sampai pembebanan elastis dan bila gaya dihilangkan akan kembali ke bentuk semula.

Gambar 1.20 Kurva Kelentingan

d. Keuletan

Keuletan adalah regangan plastis maksimum yang mampu ditahan oleh material sampai material tersebut patah.

Gambar 1.21 Kurva Keuletane. Ketangguhan

Ketangguhan adalah besarnya energi yang dapat diserap oleh material sampai material tersebut patah.

Gambar 1.22 Kurva Ketangguhan

f. Modulus Elastisitas

Modulus elastisitas adalah perbandingan antara tegangan dan regangan pada daerah elastis yang menunjukkan derajat kekakuan material.

Gambar 1.23 Kurva Modulus elastisitas1.4 Jenis-Jenis Pengujian

Pengujian mekanik adalah pengujian untuk melihat pengaruh atau respon material terhadap pembebanan.Jenis-jenis pengujian terbagi menjadi dua bagian :1. Akibat yang Ditimbulkan pada Material

Terbagi atas :a. Pengujian yang merusak (DT/ Destructive Test)Pengujian yang merusak (DT) adalah pengujian yang dilakukan dengan memberikan beban / deformasi sampai material (spesimen) gagal atau rusak.

Contoh : uji tarik, uji impak, uji tekan, dan uji keras.

b. Pengujian yang tidak merusak (NDT/ Nondestructive Test)Pengujian yang tidak merusak (NDT) adalah pengujian yang dilakukan tanpa merusak sampel. Pada umumnya pengujian ini bertujuan untuk menemukan cacat makro dan mikro pada material.

Contoh : Ultrasonik, Dye-Penetrant, Radiography Test, Visual test, dan Magnetic test.2. Berdasarkan Pembebanan

Terbagi atas :

a. Pembebanan StatisPengujian dengan pembebanan statis adalah pengujian yang dilakukan dengan memberikan beban yang konstan terhadap perubahan waktu kepada suatu material. Jadi, berapapun lamanya pengujian, jumlah beban yang diberikan pada material itu adalah sama.

Contoh : uji tarik, uji keras, uji tekan, uji puntir, dan uji lentur.b. Pembebanan DinamisPengujian dengan pembebanan dinamis adalah pengujian yang dilakukan dengan memberikan beban yang berbeda terhadap perubahan waktu kepada suatu material. Jadi, setiap perubahan waktu yang terjadi, beban yang diberikan kepada material haruslah berbeda.

Contoh : Uji lelah.c. Pembebanan ImpakPengujian dengan pembebanan impak adalah pengujian yang dilakukan dengan memberikan beban secara tibatiba atau beban kejut kepada suatu material. Jadi waktu yang dibutuhkan untuk pembebanan ini sangat sedikit sekali.

Contoh : uji impak. Gambar 1.24 Pengujian Berdasarkan Pembebanan

1.5 Cacat-Cacat pada material

Cacat material adalah ketidaksempurnaan pada struktur material. Cacat pada material terdiri dari :

1. Cacat titik

Cacat titik adalah ketidaksempurnaan pada material dalam skala atomik. Cacat yang terjadi berupa titik yang terdapat pada susunan atom, terbagi menjadi :a. VacancyVacancy adalah adanya kekosongan pada susunan atom.b. SubstitusiSubstitusi adalah adanya penggantian atom dengan atom lain.c. IntertisiIntertisi adalah adanya penyisipan oleh atom asing. Intertisi terbagi atas : Self IntertisiSelf Intertisi adalah adanya penyisipan oleh atom sendiri. Impurity

Impurity adalah adanya atom asing yang menyusup pada susunan atom yang bersifat mengganggu.

Gambar 1.25 Vacancy dan Self-Intertisi

Gambar 1.26 Substitusi dan Intertisi2. Cacat garis

Cacat garis yaitu cacat yang terjadi karena adanya segaris atom yang hilang atau yang tidak sempurna. Terdiri dari :

a. Dislokasi SisiDislokasi sisi adalah dislokasi yang arah geraknya tegak lurus terhadap garis dislokasi.

Gambar 1.27 Dislokasi Sisib. Dislokasi UlirDislokasi ulir adalah dislokasi yang arah geraknya sejajar dengan garis dislokasi.

Gambar 1.28 Dislokasi Ulir3. Cacat bidang

Cacat bidang adalah cacat kompleks pada material karena ketidaksempurnaan pada sebidang atom yang terjadi pada batas butir.

Gambar 1.29 Cacat Bidang

4. Cacat volume

Cacat volume atau cacat ruang adalah adanya ketidaksempurnaan kristal pada seruang atom dengan timbulnya rongga antar batas butir. Gambar 1.30 Cacat Volume

subtitusi

intertisi

Vacancy

Self-Intertisi

Laporan Akhir Praktikum Material Teknik1

18