Upload
fahmi-azis
View
423
Download
67
Embed Size (px)
Citation preview
Metallurgy and Materials Engineering DepartmentUniversity of Indonesia2007
PROSES PEMILIHAN MATERIAL
Agoes Pramono,ST.,MT
Kuliah B.K.T.KTeknik Kimia
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
PEMILIHAN MATERIAL
Memilih material yang tepat merupakan kunci bagi para desainer untuk menghasilkan produk umumnya > 50% product cost berasal dari cost of
material Meski ada sekitar 80.000 – 100.000 jenis
engineering materials namun pada kenyataannya bisa dikelompokan pada 50 – 80 jenis tergantung dari ‘range aplikasinya”
Material : logam, polymer, elastomer, ceramis, gelas, komposit
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Material Selection vs Design
Pemilihan material yang salah: Failure in service Terdapat cost yang
tidak perlu Material yang tepat:
Performance in service
Menentukan processing yang tepat
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Tahapan Proses Design & Pemilihan Material
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Tahapan Pemilihan Material
Level 1 (Conseptual Design): Berdasarkan properties tentukan apakah produk akan dibuat dari metal, plastik, keramik atau komposit
Level 2 (Conceptual Design): Tentukan apakah part logam akan dibuat melalui proses casting atau proses deformasi (wrought). Apakah part polimer dibuat dari thermoplastics atau thermo setting polimer
Level 3 (Configuration Design): Lebih sempit lagiMetal dapat C steel, stainless steel, copper alloys. Polimer terbagi menjadi thermoplastics atau thermosets (polycarbonates or polysters)
Level 4 (Detail Design): Pilih ‘spesific materials” sesuai ‘grade dan spesifikasinya”
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Proses Pemilihan Material Pada New Design
Tentukan fungsi part yang akan dibuat Tentukan sifat material yang dibutuhkan
stiffness, strength, ketahanan korosi, cost, ketersediaan material (availability of materials)
Tentukan lingkup manufaktur nya berapa banyak part yang akan dibuat ukuran dan kompleksifitas part apakah membutuhkan toleransi ukuran/ surface finish seberapa jauh ‘level quality’ nya bagaimana dengan ‘fabricability material” nya
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Proses Pemilihan Material Pada New Design (lanjutan) Bandingkan semua sifat sifat serta parameter yang ada pada
‘material data base’ untuk mencari/ menseleksi material yang diinginkan
(biasanya berupa pertanyaan :apakah material ini bisa kita seleksi / dijadikan kandidat untuk aplikasi yang diinginkan
Evaluasi ‘candidate material’ lebih detail product performance cost fabricability availability in the grade, size for the application
Menyusun data spesifik yang dibutuhkan ASTM, SAE (Society Automobile Engineer)
Untuk keperluan Nuklir atau Aerospace, dibutuhkan pengujian-pengujian lanjut --- sehingga didapat data yang lebih akurat
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Substitusi Material pada Existing Design Alternatif material atau manufacturing route pada existing design
biasanya untuk: Reduction cost Improve performance
Langkah 1: karakterisasi material yang digunakan saat ini Performance, Proses manufacturing dan Cost
Langkah 2: Tentukan karakteristik mana yang akan di improve Hasil ‘failure analysis report’ terkadang memegang peranan
penting Langkah 3: Cari alternatif material atau manufacturing route Langkah 4: Seleksi candidate alternatif materials atau processing route
Buat estimasi cost of materials or manufacturing untuk membuat part (Value Engineering = membuang cost yang tidak diperlukan tanpa menurunkan kualitas produk)
Langkah 5: Evaluasi dan rekomendasikan material / prosesing route yang akan diganti
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Pemilihan Material vs Proses
Material first approach: Pertama menseleksi material kemudian
dievaluasi manufacturing proses yang cocok Process first approach:
Desainer memulai dengan menseleksi semua kemungkinan manufacturing process, kemudian dipilih jenis material yang cocok
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Karakteristik Material
Fungsional characteristics material biasanya ditandai dengan: Sifat fisik Sifat mekanik Sifat thermal Sifat electrical Sifat magnetic Sifat Optik
Sifat material berhubungan dengan ‘basic structure’, komposisi material serta ‘service performance”
Terdapat structure – property relationship dalam engineering materials (Effect of Composition, Processing and Structure on Materials Properties)
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Material properties pada Material Selection
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Sifat Metal, Ceramics dan Polymers
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Contoh
Material dengan ‘best thermal shock resitance” Umumnya memiliki nilai:
σf/ Eα yang tinggi
σf = yield strength
E = Modulus Young’s
α = thermal coefficient of expansion
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Hubungan Pemilihan Material dengan Proses Manufaktur
Tidak mudah Banyak terdapat berbagai jenis proses untuk
membuat part yang sama Tujuan : Kualitas maksimal dengan Cost yang
minimal
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Finishing Process
Primary Shaping Process
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Pemilihan Manufakturing
Faktor yang mempengaruhi Material melting point Hardness and ductility Size of part (berat, volume) Bentuk part Toleransi ukuran, surface finish
Polimer = very high surface smoothness
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Cost dalam Pemilihan Material
Selalu terdapat hubungan antara Cost dan Performance (“ada rupa ada harga”)
Unit cost of part Material cost Capital cost of plant, machinery, tooling untuk
membuat part Labour cost
Berhubungan dengan jumlah part yang dibuat
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Metode Pemilihan Material(cost per unit property method) Tie rod, solid silinder, panjang L, menahan beban P
dengan safety factor S Minimum massa= m = ALρ A = area cross section ρ = density L dan P tak bisa diubah (fix parameter)
P/A = σf/ S
m = (SP) (L) (ρ/ σf) Performance Index M = σf/ ρ
Jika M tinggi maka = didapat the lightest tie rod
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Metode Pemilihan Material(cost per unit property method)
Sama halnya dengan “stiff tie rod” dapat digunakan performance index:
M = E/ ρE = modulus Young’s
Jika yang diinginkan meminimize cost dibandingkan dengan meminimize ‘berat”, maka ρ diganti dengan Cρ
C = cost per unit mass m = (SP) (L) (Cρ/ σf), juga M = σf/ Cρ
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Metode Pemilihan Material(weighted property index method) Biasanya terdapat beberapa material yang akan
dipilih Menggunakan scalling factors
Nilai subjective Use of pairwise comparison
Biasanya Scaled property (β) = numerical value of property (X100) largest value in the list
Untuk cost, corrosion loss, wear rate: Scaled property (β)
= lowest value in the list (X100) numerical value of property
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Subjective Value
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Penggunaan weighted property index method
Contoh pemilihan material untuk cryogenic storage tank
Transport liquid natural gas (- 1960C) Harus memperhatikan sifat ductile-brittle-
transition Dibuat dengan cara welding (harus good
weldability) Harus tersedia dalam bentuk plate dengan
ketebalan yang dibutuhkan (availability)
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Penggunaan weighted property index method Harus diperhatikan:
Mechanical properties Toughness High Yield Strength Stiffness
Stronger material = thinner tank walls = lighter tank = lower cool down losses
Lower density = lighter tank Lower specific heat = reduce cool down losses Lower thermal conductivity = reduce heat losses Lower thermal expansion = reduce thermal stresses Semua sifat-sifat tersebut dibandingkan Beri poin 1 untuk yang lebih penting dan poin 0 untuk yang
kalah penting
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Pairwise comparison
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Weighting factors
= 6 : 21
= 5 : 21
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Candidate materials for cryogenic tank
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Scaled Property and WP Index
Nilai tertinggi diberi nilai 100 35 = (273:770) X 100
x weighting factor
University of Indonesia
Metallurgy and Materials Engineering Department UI
Ranking of materials
Cost of Unit Strength = C = ρ/σf = (berat jenis x relatif cost) / yield strength
Figure of merrit = WP index: cost of unit strength