05.a. teori umum
TRANSCRIPT
-
7/25/2019 05.A. TEORI UMUM
1/22
TEORI UMUM MATERIAL
A.1 Defenisi 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.
A.2 Klasifikasi Material
Berdasarkan sumbernya material dibagi atas dua macam :
1.
Material OrganikMaterial organik adalah material yang bersumber dari alam berupa
makhluk hidup dan dapat dimanfaatkan langsung.
Contoh : kayu, karet alam, dan batu bara.
(a) (b) (c)
Gambar A.1.1(a) kayu, (b) karet alam, (c) batubara
2. Material Anorganik
Material anorganik adalah material yang bersumber selain dari makhluk
hidup dan untuk mendapatkannya harus diproses terlebih dahulu
Material anorganik dibedakan atas 2 macam yaitu :
1.
Logam
Logam adalah material yang umumnya mempunyai daya hantar listrik
yang tinggi dengan sifat konduktor yang baik, tahan terhadap temperatur
tinggi dan mempunyai titik didih tinggi.
Logam terdiri dari :
a. Ferro
Logam ferro adalah logam dengan unsur penyusun utamanya adalah Fe
(besi). Logam ferro terbagi menjadi :
-
7/25/2019 05.A. TEORI UMUM
2/22
Praktikum Material Teknik Teori Umum
Kelompok 3 2
1 Baja
Baja merupakan logam dengan unsur penyusun utamanya adalah
Fe (besi) dan C (karbon) denganatautanpapaduanlainnya yang mana
kadar karbon antara 0,02 % sampai 2,1 %.
Baja ini terdiri atas :
a. Baja Karbon (Carbon Steel), terdiri dari :
1. Baja Karbon Rendah (Low Carbon Steel), dengan kadar
karbon 0,02 % C 0,2 %.
Contoh : plat dan paku.
(a) (b)
Gambar A.1.2(a) plat dan (b) paku
2.
Baja Karbon Menengah (Medium Carbon Steel), dengan
kadar karbon 0,2 % < C 0,5 %.
Contoh : roda gigi dan poros.
(a) (b)
Gambar A.1.3(a) roda gigi dan (b) poros
3. Baja Karbon Tinggi (High Carbon Steel), dengan kadar
karbon 0,5 % < C 2,1 %.
Contoh : spiral, dawai, dan cetakan tempa.
(a)
(b) (c)
Gambar A.1.4(a) spiral, (b) dawai, dan (c) cetakan tempa
-
7/25/2019 05.A. TEORI UMUM
3/22
Praktikum Material Teknik Teori Umum
Kelompok 3 3
b. Baja Paduan (Alloy Steel)
Baja paduan adalah baja yang diperoleh dari pemaduan dua
unsur atau lebih untuk mendapatkan sifat mekanik tertentu yang
diinginkan, terdiri dari :
1. Baja Paduan Rendah (Low Alloy Steel), kadar paduan 8%.
Contoh : konstruksi mobil
Gambar A.1.5Konstruksi Mobil
2. Baja Paduan Tinggi (High Alloy Steel), kadar paduan > 8%.
Contoh : sendok, pisau
Gambar A.1.6Sendok dan pisau
Berdasarkan kegunaan :
1. Baja tahan karat(Stainless Steel)
Paduannya Fe3C + Cr
Contoh : sendok
Gambar A.1.7Sendok
2. Baja tahan aus (Wear Resistance Steel)
Paduannya Fe3C + Mn
Contoh : eskafator neil
-
7/25/2019 05.A. TEORI UMUM
4/22
Praktikum Material Teknik Teori Umum
Kelompok 3 4
Gambar A.1.8Eskafator neil
3. Baja tahan panas (Heat Resistanc Steel)
Paduannya Fe3C + Mo
Contoh : permukaan bawah setrika
Gambar A.1.9Setrika
4. Baja perkakas (Tool Steel)
Paduannya Fe3C + W
Contoh : pahat
Gambar A.1.10Pahat
2
Besi Cor (Cast Iron)
Besi cor merupakan logam dengan unsur penyusunnya adalah Fe
dan grafityang kadar karbonnya antara 2,1 % sampai 6,67 %
Gambar A.1.11Besi Cor
-
7/25/2019 05.A. TEORI UMUM
5/22
Praktikum Material Teknik Teori Umum
Kelompok 3 5
Q AN
Besi Cor
Putih
Besi Cor
Kelabu
Ferritic
Besi Cor
Kelabu
Pearlitic
Besi Cor
Melliable
Ferritic
Besi Cor
Melliable
Pearlitic
Holding
Holding
Tempering
t
TC
he
tin
g
N A
910
727
Gambar A.1.12Skema Pembentukan Besi Cor
Berdasarkan 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 dang etas dengan %Si < 1.
Contohnya : pengerol rolling mills
Gambar A.1.13Rolling Mills
Gambar A.1.14Besi 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, mampu
-
7/25/2019 05.A. TEORI UMUM
6/22
Praktikum Material Teknik Teori Umum
Kelompok 3 6
meredam getaran, mempunyai kekuatan tarik rendah dan
mempunyai kekuatan tekan yang tinggi.
Contoh :blok mesin, lampu hias, dan mesin bubut.
(a) (b) (c)
Gambar A.1.15(a) blok mesin, (b) lampu hias, dan (c) mesin bubut.
Berdasarkan matriks terbagi dua, yaitu :
1. Besi Cor Kelabu Perapian Putihbermatriks
Gambar A.1.16Besi Cor Kelabu Perapian Putih
2. Besi Cor Kelabu Perapian Hitam Bermatriks + Fe3C
Gambar A.1.17Besi Cor Kelabu Perapian Hitam
c) Besi Cor Maliabel (Melleable Cast Iron)
Besi cor yang yang mempunyai grafit seperti bongkahan
bersifat keras dan getas serta mampu tempa.
Contoh :spare part yang berukuran kecil.
Gambar A.18Spare part
-
7/25/2019 05.A. TEORI UMUM
7/22
Praktikum Material Teknik Teori Umum
Kelompok 3 7
Berdasarkan matriksnya terbagi dua, yaitu :
1.
Besi Cor Melleabel putihbermatrik
Gambar A.1.19Besi Cor Melleabel Putih
2.
Besi Cor Melleabel hitam Bermatriks +Fe3C
Gambar A.1.20Besi Cor Melleabel Hitam
d) Besi Cor Nodular (Nodular Cast Iron)
Bentuk grafit bulat, pembuatan dengaxn cara besi cor
dipanaskan kemudian ditambah Mg (Nokulen) dan akan terbentuk
gelembung-gelembung udara yang nantinya akan diisi oleh karbon
dan memiliki keuletan yang tinggi.
Contoh :: katub,crankshaft
(a)
(b)
Gambar A.1.21(a) Katub dan (b) crankshaft
Gambar A.1.22Besi Cor Melleabel Putih
-
7/25/2019 05.A. TEORI UMUM
8/22
Praktikum Material Teknik Teori Umum
Kelompok 3 8
AN
Besi Cor
NodularFerritic
Besi Cor
NodularPearlitic
Holding
TC
Ditambah dengan 2A (Mg)
Hea
tin
g
910
Gambar A.1.23Skema Besi Cor Melleabel Putih
b.
Non Ferro
Logam non ferro adalah logam dengan unsur penyusun utamanya
selain Fe (besi) yang dicampur dengan unsur lain.
Contoh : kuningan (Cu + Zn) dan alumunium
(a) (b)
Gambar A.1.24(a) Kuningan dan (b) aluminium
2.
Non Logam
Non logam adalah material yang umumnya memiliki titik didih rendah,
bersifat isolator, 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 dan juga bercabang yang terdiri
dari :
1. Termoplastik
Termoplastik merupakan polimer dengan rantai hidrokarbon lurus -
C-H-CH-C-H, tidak tahan temperatur tinggi, dan berkekuatan rendah.
-
7/25/2019 05.A. TEORI UMUM
9/22
Praktikum Material Teknik Teori Umum
Kelompok 3 9
Contoh : plastik.
Gambar A.1.25Plastik
2. Termosetting
Termosetting merupakan polimer dengan rantai hidrokarbon
bercabang dan mempunyai stabilitas yang tinggi.
Contoh : melamin.
Gambar A.1.26Melamin
3. Elastomer
Elastomermerupakan polimer yang mempunyai tingkat elastisitas
yang tinggi dan rantai karbon berbentuk jala.
Contoh : Karet gelang.
Gambar A.1.27Karet gelang
b. Komposit
Komposit merupakan gabungan dua atau lebih material yang
berbentuk reinforcement dan matrik, dimana masih memiliki sifat aslinya.
Gambar A.1.28Kurva Tegangan Regangan Komposit
-
7/25/2019 05.A. TEORI UMUM
10/22
Praktikum Material Teknik Teori Umum
Kelompok 3 10
Berdasarkan matriksnya, komposit terbagi menjadi :
1.
Metal Matriks Composit(MMC) dengan logam sebagai matriks.
Contoh : Bodi pesawat
Gambar A.1.29Bodi Pesawat
2. Ceramic Matriks Composite (CMC) dengan keramik sebagai
matriks.Contoh : Beton
Gambar A.1.30Beton
3. Polymer Matriks Composite (PMC) dengan polimer sebagai
matriks.
Contoh : Ban mobil
Gambar A.1.31Ban 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 Tradisional
Keramik tradisional adalah keramik yang pembuatannya mengalami
proses pemisahan secara tradisional.
-
7/25/2019 05.A. TEORI UMUM
11/22
Praktikum Material Teknik Teori Umum
Kelompok 3 11
Contoh : gerabah dan ubin.
(a) (b)Gambar A.1.32(a) gerabah dan (b) ubin
2. Keramik Modern
Keramik modern adalah keramik yang mengalami proses kimiasecara
modern untuk mendapatkanproperties/ sifat yang diinginkan.
Contoh : Busi dan sekring
(a)
(b)Gambar A.1.33(a) busi dan (b) sekring
A.3 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.
Cubic
Sel satuan Cubicterdiri dari :
-
7/25/2019 05.A. TEORI UMUM
12/22
Praktikum Material Teknik Teori Umum
Kelompok 3 12
1. Body Centered Cubic (BCC)
Perhitungan APF dari BCC adalah
Gambar A.1.34Body Centered Cubic (BCC)
APF =oumetom
oumeeatuan
=natom
r
a
n atom =
, maka :
APF =
=
=0,68 = 68 %
2. Face Centered Cubic(FCC)
Gambar A.1.35Face Centered Cubic (FCC)
Perhitungan APF dari FCC adalah
APF =
=
n atom =
, maka :
-
7/25/2019 05.A. TEORI UMUM
13/22
Praktikum Material Teknik Teori Umum
Kelompok 3 13
APF =
=
=0,74 = 74 %
3. Hexagonal Closed Package(HCP)
Gambar A.1.36Hexagonal Closed Package(HCP)
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)
= 3a2sin 60
Volume sel satuan = 3a2sin 60 x 1,633a
= 4,899a3sin 60
= 4,24a3
a = 2R, maka :
Volume sel satuan = 4,24(2R)3
= 4,24 x 8R3
= 33,94 R3
APF =
=
=
= = 74%
-
7/25/2019 05.A. TEORI UMUM
14/22
Praktikum Material Teknik Teori Umum
Kelompok 3 14
a. Tetragonal
Gambar A.1.37Tetragonal
Syarat dari tetragonalini adaah a = b c dan = = = 900.
b.
Triklin
Gambar A.1.38Triklin
yarat dari Trikin adaah a b c dan 900
c. Monoklin
Gambar A.1.39Monoklin
Syarat dariMonoklin adaah a b c dan = = 900 .
d.
Rhombohedral
Gambar A.1.40Rhombohedral
Syarat dariRhombohedraladaah a = b = c dan = = = 900
e. Orthorhombic
Gambar A.1.41Orthorhombic
Syarat dari Orthormbicadaah a b c dan = = = 90
0
-
7/25/2019 05.A. TEORI UMUM
15/22
Praktikum Material Teknik Teori Umum
Kelompok 3 15
3. Butir
Butir merupakan kumpulan sel satuan yang mempunyai arah dan orientasi
gerak yang sama yang dilihat dari arah dua dimensi.
Gambar A.1.42Butir
4. Kristal
Kristal merupakan susunan dari sel satuan yang memiliki arah dan
orientasi gerak yang sama dilihat dari arah tiga dimensi.
Gambar A.1.43Kristal
A.4 Sifat-Sifat Material
Sifat-sifat yang terdapat pada material adalah :
1. Sifat fisik
Sifat fisik adalah sifat material yang dapat dilihat secara langsung tanpa
melakukan pembebanandantelahadapada material tersebut.
Contoh : warna dan dimensi.
2. Sifat termal
Sifat termal adalah sifat material yang dipengaruhi oleh temperatur.
Contoh : titik didih dan titik cair.
3. Sifat akustik
Sifat akustik adalah sifat material yang berhubungan dengan bunyi.
Contoh : fibrasi.
4. Sifat kimia
Sifat kimia adalah sifat material untuk mampu berinteraksi dengan
lingkungannya.
Contoh : korosi.
-
7/25/2019 05.A. TEORI UMUM
16/22
Praktikum Material Teknik Teori Umum
Kelompok 3 16
5. Sifat teknologi
Sifat teknologi adalah sifat material untuk mampu diproses.
Contoh : mampu cor.
6. Sifat magnetik
Sifat magnetik adalah sifat material untuk merespon medan magnet.
Contoh : Magnet
7. Sifat optik
Sifat optik adalah sifat material yang berhubungan dengan
pencahayaan.Contoh : pembiasan.
8. Sifat mekanik
Sifat mekanik adalah sifat material yang dipengaruhi oleh pembebanan.
Sifat mekanik terdiri dari :
a. Kekerasan
Kekerasan adalah kemampuan material untuk menahan deformasi
plastis lokal akibat adanya penetrasi dipermukaan. Kekerasan ini tidak
mempunyai kurva karena hanya berbentuk titik.
b.
Kekuatan
Kekuatan adalah kemampuan material untuk menahan deformasi
plastis secara menyeluruh sampai material itu patah.
uf
y
eeu
u
y
f
Gambar A.1.44Kurva kekuatan
c. Kelentingan
Kelentingan adalah besarnya energi yang diserap oleh material sampai
pembebanan elastis dan bila gaya dihilangkan akan kembali ke bentuk
semula.
-
7/25/2019 05.A. TEORI UMUM
17/22
Praktikum Material Teknik Teori Umum
Kelompok 3 17
uf
y
e
f
y
Gambar A.1.45Kurva kelentingan
d. Keuletan
Keuletan adalah regangan plastis maksimum yang mampu ditahan oleh
material sampai material tersebut patah.
uf
y
e
f
Keuletan
y
Gambar A.1.46Kurva keuletan
e. Ketangguhan
Ketangguhan adalah besarnya energi yang dapat diserap oleh material
sampai material tersebut patah.
uf
y
e Gambar A.1.47Kurva ketangguhan
f. Modulus Elastisitas
Modulus elastisitas adalah perbandingan antara tegangan dan regangan
pada daerah elastis yang menunjukkan derajat kekakuan material.
=
-
7/25/2019 05.A. TEORI UMUM
18/22
Praktikum Material Teknik Teori Umum
Kelompok 3 18
Gambar A.1.48Kurva modulus elastisitas
A.5 Jenis-Jenis Pengujian
Pengujian mekanik adalah pengujian untuk melihat pengaruh atau respon
material terhadap pembebanan.
Jenis-jenis pengujian terbagi menjadi dua bagian :
1.5.1 Berdasarkan Akibat yang Ditimbulkan pada Material
Pengujian berdasarkan akibat yang ditimbulkan 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.
(a) (b) (c) (d)Gambar A.1.49(a) uji tarik, (b) uji impak, (c) uji tekan, dan (d) 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,
-
7/25/2019 05.A. TEORI UMUM
19/22
Praktikum Material Teknik Teori Umum
Kelompok 3 19
(a) (b) (c)Gambar A.1.50(a) Ultrasonic, (b) die penetrant, dan (c) radiography test
1.5.2 Berdasarkan Pembebanan
Pengujian berdasarkan pembebanan terbagi atas :
a.
Pembebanan Statis
Pengujian dengan pembebanan statis adalah pengujian yang dilakukan
dengan memberikan beban yang konstan setiap perubahan waktu kepada
suatu material.
Contoh : uji tarik, uji keras, uji tekan, uji puntir, dan uji lentur.
b.
Pembebanan Dinamis
Pengujian dengan pembebanan dinamis adalah pengujian yang dilakukan
dengan memberikan beban yang berbeda setiap perubahan waktu kepadasuatu material.
Contoh : Uji lelah.
c.Pembebanan Impak
Pengujian dengan pembebanan impak adalah pengujian yang dilakukan
dengan memberikan beban secara tibatiba atau beban kejut kepada suatu
material.
Contoh : uji impak.
Gambar A.1.51Kurva Pembebanan
-
7/25/2019 05.A. TEORI UMUM
20/22
Praktikum Material Teknik Teori Umum
Kelompok 3 20
A.6 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.
a. Vacancy
Vacancyadalah adanya kekosongan pada susunan atom.
b.
Substitusi
Substitusiadalah adanya penggantian atom dengan atom lain.
c. Intertisi
Intertisiadalah adanya penyisipan atom.
i. Self Intersisiadalah penyisipan oleh atom sendiri.
ii. Impurity adalah penyisipan oleh atom asing.
Gambar A.1.52Vacancydanself intersisi
Gambar A.1.53SubstitusidanIntersisi
Self intersisiVacancy
Substitusi
Intersisi
-
7/25/2019 05.A. TEORI UMUM
21/22
Praktikum Material Teknik Teori Umum
Kelompok 3 21
2. Cacat garis
Cacat garis yaitu cacat yang terjadi karena adanya segaris atom yang
hilang. Jenis-jenis cacat garis adalah :
a. Dislokasi Sisi
Dislokasi yang arah geraknya tegak lurus terhadap garis dislokasi.
Gambar A.1.54Dislokasi Sisi
b. Dislokasi Ulir
Dislokasi ulir adalah dislokasi yang arah geraknya sejajar dengan
garis dislokasi.
Gambar A.1.55Dislokasi Ulir
3. Cacat bidang
Cacat kompleks pada material karena ketidak sempurnaan pada sebidang
atom . Contohnya : batas butir.
Gambar A.1.56Batas Butir
Gambar A.1.57Twinning
-
7/25/2019 05.A. TEORI UMUM
22/22
Praktikum Material Teknik Teori Umum
Kelompok 3 22
4. Cacat ruang
Cacat ruang adalah adanya ketidaksempurnaan kristal pada seruang atom
dengan
Gambar A.1.58Cacat Ruang
Gambar A.1.59Cacat Ruang (Porositas, Retak, Goresan)