PEMILIHAN BAHAN DAN PROSES - Gunadarma

PEMILIHAN BAHAN DAN PROSES

ABDUL MUCHLIS

Berbagai Bahan & Proses pada sebuah Traktor

Manufacturing Processes for Engineering Materials, 5th ed. Kalpakjian • Schmid© 2008, Pearson EducationISBN No. 0-13-227271-7

GAMBAR 1.1 Traktor Model 8430, dengan ilustrasi rincitentang mesin diesel, menunjukkan berbagai material danproses penggabungan. Sumber: Courtesy of PerusahaanJohn Deere.

Pentingnya Manufaktur

GAMBAR 1.2 Pentingnya manufaktur untuk ekonomi nasional. Kecenderungan yang ditunjukkan tersebut dari tahun 1982 sampai tahun 2006. Sumber: Setelah J.A. Schey dengan data dari Laporan Pembangunan Dunia, Bank Dunia, berbagai tahun.

Proses Pengembangan

Gambar 1.3(a) Bagan yang menunjukkan berbagailangkah terkait pada merancang danproduk manufaktur. Tergantung padakompleksitas produk dan jenis bahanyang digunakan, rentang waktu antarakonsep asli dan pemasaran produkmungkin berkisar dari beberapa bulanuntuk bertahun-tahun.(b) Grafik menunjukkan aliran produkumum, dari analisis pasar untukmenjual produk, dan menggambarkanconcurrent engineering. Sumber:Setelah S. Pugh.

Bentuk &

Proses

Manufaktur

TABEL 1.2 Bentuk dan beberapa metode umum produksi.

Desain pada Perakitan

GAMBAR 1.4 Redesain komponen untuk memudahkan perakitan otomatis.Sumber: Dipetik dari G. Boothroyd dan P. Dewhurst, Desain Produk padaAssembly, 1989, oleh milik Marcel Dekker, Inc

Mobil semua dari Aluminium

Gambar 1.5 (a) Audi A8 mobil, sebuah contoh konstruksi dari bahan canggih; (b)struktur body aluminium, menampilkan berbagai komponen yang dibuat oleh ekstrusi,pembentukan plat, dan proses pengecoran. Sumber: Courtesy of ALCOA, Inc

Metode Manufaktur

Gambar 1.6 Berbagai metode untuk membuat komponen sederhana: (a) castingatau Serbuk metalurgi, (b) tempa atau upsetting, (c) ekstruksi, (d) pemesinan,(e) penggabungan dua bagian.

Perbandingan ukuran pada Manufaktur

Gambar 1.7 Ilustrasi dariberbagai ukuran komponen yangumum dan kemampuan prosesmanufaktur dalam memproduksibagian tersebut.

GAMBAR 1.8 Pembuatan rongga cetakan untuk membuat kacamata. (a) Modelkacamata seperti yang dilihat dan dirancang di monitor komputer. (b) Pembuatanrongga cetakan dengan menggunakan mesin milling computrt numerik kontrol. (c)produk akhir yang dihasilkan dari cetakan. Sumber: Courtesy Mastercam / SoftwareCNC, Inc

GAMBAR 1.9 Gambaran Umum suatu sistem manufaktur yang fleksibel, menunjukkan beberapa mesin (pusat permesinan) dan kendaraan dipandu otomatis (AGV) bergerak sepanjang lorong. Sumber: Courtesy of Milacron Cincinnati, Inc

REFERENSI1. S. Kalpakjian, Manufacturing Processes for Engineering Materials, 5th

ed. Pearson Education, 2008

2. E.P. DeGarmo, Materials and Processes in Manufacturing, Prentice

Hall Inc., 2004

3. P.L. Mangonon, The Principles of Materials Selection for Engineering

Design, Prentice Hall Inc., 1995

4. B.H. Anstead, Proses Mekanik (terjemahan), Erlangga, Jakarta,

1979

Macam Tegangan

Manufacturing Processes for Engineering Materials, 5th ed. Kalpakjian • Schmid© 2008, Pearson EducationISBN No. 0-13-227271-7

GAMBAR 2.1 Macam tegangan. (a) Tarik. (b) tekan. (c) Geser.Semua Deformasi dalam proses pembuatan melibatkan jenistegangan ini. Tegangan tarik terjadi dalam peregangan lembaranlogam untuk membuat badan mobil, tegangan tekan dalammenempa logam untuk membuat cakra turbin, dan tegangan geserdalam membuat lubang dengan puncing.

Engineering Strain:

Tegangan geser :

Tensile-Test

Gambar 2.2 (a) Bentuk awaldan bentuk akhir dari spesimentarik-uji standar. (b) Garis Besarurutan uji tarik menunjukkantahapan yang berbeda dalamperpanjangan spesimen.

Mechanical Properties

TABLE 2.1 Typical mechanicalproperties of various materials at roomtemperature. See also Tables 10.1,10.4, 10.8, 11.3 and 11.7.

Loading & Unloading; Elongation

FIGURE 2.3 Schematic illustration ofloading and unloading of a tensile-testspecimen. Note that during unloadingthe curve follows a path parallel to theoriginal elastic slope.

FIGURE 2.4 Total elongation in atensile test as a function of originalgage length for various metals.Because necking is a localphenomenon, elongation decreaseswith gage length. Standard gagelength is usually 2 in. (50 mm),although shorter ones can be used iflarger specimens are not available.

True Stress and True Strain

TABLE 2.2 Comparison of engineeringand true strains in tension

True stress

True strain

True Stress - True Strain Curve

FIGURE 2.5 (a) True stress--true straincurve in tension. Note that, unlike inan engineering stress-strain curve, theslope is always positive and that theslope decreases with increasing strain.Although in the elastic range stressand strain are proportional, the totalcurve can be approximated by thepower expression shown. On thiscurve, Y is the yield stress and Yf is theflow stress. (b) True stress-true straincurve plotted on a log-log scale. (c)True stress-true strain curve in tensionfor 1100-O aluminum plotted on a log-log scale. Note the large difference inthe slopes in the elastic and plasticranges. Source: After R. M. Caddelland R. Sowerby.

Power Law Flow Rule

TABLE 2.3 Typical values for K and nin Eq. 2.11 at room temperature.

Flow rule:

True Stress-True Strain for Various Materials

FIGURE 2.6 True stress-true straincurves in tension at roomtemperature for various metals.The point of intersection of eachcurve at the ordinate is the yieldstress Y; thus, the elastic portionsof the curves are not indicated.When the K and n values aredetermined from these curves,they may not agree with thosegiven in Table 2.3 because of thedifferent sources from which theywere collected. Source: S.Kalpakjian.

Idealized Stress-Strain Curves

FIGURE 2.7 Schematic illustration of various types of idealizedstress-strain curves. (a) Perfectly elastic. (b) Rigid, perfectlyplastic. (c) Elastic, perfectly plastic. (d) Rigid, linearly strainhardening. (e) Elastic, linearly strain hardening. The brokenlines and arrows indicate unloading and reloading during thetest.

FIGURE 2.8 The effect of strain-hardening exponent n on the shape oftrue stress-true strain curves. When n= 1, the material is elastic, and when n= 0, it is rigid and perfectly plastic.

Temperature and Strain Rate Effects

FIGURE 2.9 Effect of temperature on mechanicalproperties of a carbon steel. Most materials displaysimilar temperature sensitivity for elastic modulus, yieldstrength, ultimate strength, and ductility.

FIGURE 2.10 The effect of strain rate on theultimate tensile strength of aluminum. Notethat as temperature increases, the slopeincreases. Thus, tensile strength becomesmore and more sensitive to strain rate astemperature increases. Source: After J. H.Hollomon.

Typical Strain Rates in Metalworking

TABLE 2.4 Typical ranges of strain, deformation speed, and strain rates inmetalworking processes.

Effect on Homologous Temperature

FIGURE 2.11 Dependence of thestrain-rate sensitivity exponent m onthe homologous temperature T/Tm forvarious materials. T is the testingtemperature and Tm is the meltingpoint of the metal, both on theabsolute scale. The transition in theslopes of the curve occurs at about therecrystallization temperature of themetals. Source: After F. W. Boulger.

Strain Rate Effects

TABLE 2.5 Approximate range of values for C and min Eq. (2.16) for various annealed metals at truestrains ranging from 0.2 to 1.0.

Effect of Strain Rate Sensitivity on Elongation

FIGURE 2.12 (a) The effect of strain-rate sensitivity exponent m on the total elongation for variousmetals. Note that elongation at high values of m approaches 1000%. Source: After D. Lee and W.A.Backofen. (b) The effect of strain-rate sensitivity exponent m on the post uniform (after necking)elongation for various metals. Source: After A.K. Ghosh.

Hydrostatic Pressure & Barreling

FIGURE 2.13 The effect of hydrostatic pressureon true strain at fracture in tension for variousmetals. Even cast iron becomes ductile underhigh pressure. Source: After H.L.D. Pugh and D.Green.

FIGURE 2.14 Barreling in compressinga round solid cylindrical specimen(7075-O aluminum) between flat dies.Barreling is caused by friction at thedie-specimen interfaces, which retardsthe free flow of the material. See alsoFigs.6.1 and 6.2. Source: K.M.Kulkarni and S. Kalpakjian.

Plane-Strain Compression Test

FIGURE 2.15 Schematic illustration of the plane-strain compression test. The dimensionalrelationships shown should be satisfied for this testto be useful and reproducible. This test gives theyield stress of the material in plane strain, Y’.Source: After A. Nadai and H. Ford.

Yield stress in plane strain:

Tension & Compression; Baushinger Effect

FIGURE 2.16 True stress-true straincurve in tension and compression foraluminum. For ductile metals, thecurves for tension and compression areidentical. Source: After A.H. Cottrell.

FIGURE 2.17 Schematic illustration of theBauschinger effect. Arrows show loading andunloading paths. Note the decrease in the yield stressin compression after the specimen has beensubjected to tension. The same result is obtained ifcompression is applied first, followed by tension,whereby the yield stress in tension decreases.

Disk & Torsion Tests

FIGURE 2.18 Disk test on a brittlematerial, showing the direction ofloading and the fracture path. This testis useful for brittle materials, such asceramics and carbides.

FIGURE 2.19 A typical torsion-test specimen. It ismounted between the two heads of a machine andis twisted. Note the shear deformation of an elementin the reduced section.

Simple vs. Pure Shear

FIGURE 2.20 Comparison of (a) simple shear and (b) pure shear.Note that simple shear is equivalent to pure shear plus a rotation.

Three- and Four-Point Bend-Tests

FIGURE 2.21 Two bend-test methods for brittle materials: (a)three-point bending; (b) four-point bending. The shaded areason the beams represent the bending-moment diagrams,described in texts on the mechanics of solids. Note the regionof constant maximum bending moment in (b), whereas themaximum bending moment occurs only at the center of thespecimen in (a).

Hardness Tests

FIGURE 2.22 Generalcharacteristics of hardnesstesting methods. The Knooptest is known as amicrohardness test because ofthe light load and smallimpressions. Source: AfterH.W. Hayden, W.G. Moffatt,and V. Wulff.

Hardness Test Considerations

FIGURE 2.23 Indentation geometry for Brinellhardness testing: (a) annealed metal; (b) work-hardened metal. Note the difference in metal flowat the periphery of the impressions.

FIGURE 2.25 Bulk deformation in mild steel undera spherical indenter. Note that the depth of thedeformed zone is about one order of magnitudelarger than the depth of indentation. For a hardnesstest to be valid, the material should be allowed tofully develop this zone. This is why thinnerspecimens require smaller indentations. Source:Courtesy of M.C. Shaw and C.T. Yang.

FIGURE 2.24 Relation between Brinell hardness andyield stress for aluminum and steels. For comparison,the Brinell hardness (which is always measured inkg/mm2) is converted to psi units on the left scale.

Fatigue

FIGURE 2.26 Typical S-N curves fortwo metals. Note that, unlike steel,aluminum does not have an endurancelimit.

FIGURE 2.27 Ratio of fatigue strength to tensilestrength for various metals, as a function of tensilestrength.

Creep & Impact

FIGURE 2.28 Schematic illustration of atypical creep curve. The linear segment ofthe curve (constant slope) is useful indesigning components for a specific creeplife.

FIGURE 2.29 Impact test specimens: (a)Charpy; (b) lzod.

Residual Stresses

FIGURE 2.30 Residual stresses developed in bending a beam made of an elastic, strain-hardening material. Note that unloading is equivalent to applying an equal and opposite momentto the part, as shown in (b). Because of nonuniform deformation, most parts made by plasticdeformation processes contain residual stresses. Note that the forces and moments due toresidual stresses must be internally balanced.

Distortion due to Residual Stress

FIGURE 2.31 Distortion of parts with residual stresses after cutting or slitting: (a) rolled sheet orplate; (b) drawn rod; (c) thin-walled tubing. Because of the presence of residual stresses on thesurfaces of parts, a round drill may produce an oval-shaped hole because of relaxation ofstresses when a portion is removed.

Elimination of Residual Stresses

FIGURE 2.32 Elimination of residual stresses by stretching. Residual stresses can be alsoreduced or eliminated by thermal treatments, such as stress relieving or annealing.

State of Stress in Metalworking

FIGURE 2.33 The state of stress in various metalworkingoperations. (a) Expansion of a thin-walled spherical shellunder internal pressure. (b) Drawing of round rod or wirethrough a conical die to reduce its diameter; see Section6.5 (c) Deep drawing of sheet metal with a punch anddie to make a cup; see Section 7.6.

Strain State in Necking

FIGURE 2.34 Stress distribution in thenecked region of a tension-testspecimen.

Correction factor due to Bridgman:

States of Stress

FIGURE 2.35 Examples of states ofstress: (a) plane stress in sheetstretching; there are no stresses actingon the surfaces of the sheet. (b) planestress in compression; there are nostresses acting on the sides of thespecimen being compressed. (c) planestrain in tension; the width of thesheet remains constant while beingstretched. (d) plane strain incompression (see also Fig. 2.15); thewidth of the specimen remainsconstant due to the restraint by thegroove. (e) Triaxial tensile stressesacting on an element. (f) Hydrostaticcompression of an element. Note alsothat an element on the cylindricalportion of a thin-walled tube in torsionis in the condition of both plane stressand plane strain (see also Section2.11.7).

Yield Criteria

Maximum-shear-stress criterion:

Distortion-energy criterion:

Flow Stress and Work of Deformation

FIGURE 2.37 Schematic illustration oftrue stress-true strain curve showingyield stress Y, average flow stress,specific energy u1 and flow stress Yf.

Flow stress:

Specific energy

Ideal & Redundant Work

FIGURE 2.38 Deformation of grid patterns in aworkpiece: (a) original pattern; (b) after idealdeformation; (c) after inhomogeneousdeformation, requiring redundant work ofdeformation. Note that (c) is basically (b) withadditional shearing, especially at the outerlayers. Thus (c) requires greater work ofdeformation than (b). See also Figs. 6.3 and6.49.

Total specific energy:

Efficiency:

Sifat mekanik, pengujian dan sifat manufaktur material

TUJUAN PENGUJIAN MEKANIS

Untuk mengevaluasi (evaluate) sifat mekanis dasar

untuk dipakai dalam disain

Untuk memprediksi (predict) performa (unjuk kerja)

material dibawah kondisi pembebanan

Untuk memperoleh (provide) data sifat mekanis dari

material seperti kekuatan (strength), kekakuan

(stiffness), elastisitas (elasticity), plastisitas

(plasticity) & ketangguhan (toughness & resilience).

PERTIMBANGAN

Pertimbangan penting dalam design suatu struktur

atau mesin adalah kekuatannya. Sifat tersebut adalah

dimana peralatan dapat menjalankan fungsinya secara

aman dan baik.

Contoh : Peralatan crane harus mendukung (support)

beban tanpa terjadi perpatahan atau tanpa bengkok

(bending) sehingga tidak mempersulit operator dari

crane.

Sifat Mekanik

Material dalam pengunaanya dikenakan gaya atau beban.

Karena itu perlu diketahui kharater material agar deformasi yg terjadi tidak berlebihan dan tidak terjadi kerusakan atau patah

Karakter material tergantung pada:

Komposisi kimia

Struktur mikro

Sifat material: sifat mekanik, sifat fisik dan sifat kimia

Material

Gaya/beban

Sifat mekanik

Kekuatan (strength): ukuran besar gaya yang diperlukan utk mematahkan atau merusak suatu bahan

Kekuatan luluh (yield strength): kekuatan bahan terhadap deformasi awal

Kekuatan tarik (tensile strength): kekuatan maksimun yang dapat menerima beban.

Keuletan (ductility): berhubungan dengan besar regangan sebelum perpatahan

Sifat Mekanik

Kekerasan (hardness): ketahanan bahan terhadap

penetrasi pada permukaannya

Ketangguhan (toughness): jumlah energi yang

mampu diserap bahan sampai terjadi perpatahan

Mulur (creep)

Kelelahan (fatique): ketahanan bahan terhadap

pembebanan dinamik

Patahan (failure)

Konsep tegangan & regangan

Pembebanan statik:

Tarik

Kompressi

Geser

F

F

F

F

Beban tarikBeban kompressi

F

F

Beban geser

Uji tarik

Uji tarik

Uji tarikStandar sampel untuk uji tarik

Tegangan teknik, = F/Ao (N/m2=Pa)

Regangan teknik, = (li-lo)/lo

Tegangan geser, = F/Ao

2¼’

2’

¾’

0,505’

R 3/8’

Deformasi elastis

Pada pembebanan rendah

dalam uji tarik, hubungan

antara tegangan dan

regangan linierTeg.

Reg.

Modulus elastis

Pembebanan

Beban dihilangkan

Mesin uji tarik (Tensile Test)

Deformasi elastis

Hubungan tersebut masih dalam daerah

deformasi elastis dan dinyatakan dengan

Hubungan diatas dikenal sebagai Hukum

Hooke

Deformasi yang mempunyai hubungan

tegangan dan regangan linier

(proporsional) disebut sebagai deformasi

elastis

Paduan

logam

Modulus elastis

(104 MPa)

Modulus geser

(104 MPa)

Ratio

Poisson

Al 6,9 2,6 0,33

Cu-Zn 10,1 3,7 0,35

Cu 11,0 4,6 0,35

Mg 4,5 1,7 0,29

Ni 20,7 7,6 0,31

Baja 20,7 8,3 0,27

Ti 10,7 4,5 0,36

W 40,7 16,0 0,28

Hubungan tegangan geser dan regangan geser dinyatakan dengan

= G

Dengan

= teg.geser

= reg.geser

G = modulus geser

½

½

Sifat elastis material

Ketika uji tarik dilakukan pada

suatu logam, perpanjangan pada

arah beban, yang dinyatakan

dalam regangan z

mengakibatkan terjadinya

regangan kompressi pada x sb-x

dan y pada sumbu-y

Bila beban pada arah sumbu-z

uniaxial, maka x = y . Ratio

regangan lateral & axial dikenal

sebagai ratio Poisson

Z

Z

z

x

y

= x/y

Harga selalu positip, karena tanda x dan

y berlawanan.

Hubungan modulus Young dengan modulus

geser dinyatakan dengan

E = 2 G (1 + )

Biasanya <0,5 dan untuk logam

umumnya

G = 0,4 E

Deformasi plastis

Untuk material logam, umumnya deformso elastis terjadi < 0,005 regangan

Regangan > 0,005 terjadi deformasi plastis (deformasi permanen)

Ikatan atom atau molekul putus : atom atau molekul berpindah tidak kembali pada posisinya bila tegangan dihilangkan

Teg.

Teg.

Reg.

Reg.

ys

ys

Titik

luluh atas

Titik

Luluh bawah

0,002

Perilaku uji tarik

Titik luluh: transisi elastis & platis

Kekuatan: kekuatan tarik: kekuatan maksimum

Dari kekuatan maksimum hingga titik terjadinya patah, diameter sampel uji tarik mengecil (necking)

Keuletan (ductility)

Keuletan: derajat deformasi plastis hingga

terjadinya patah

Keuletan dinyatakan dengan

Presentasi elongasi,

%El. = (lf-lo)/lo x 100%

Presentasi reduksi area,

%AR = (Ao-Af)/Ao x 100%

Ketangguan (Toughness)

Perbedaan antara kurva

tegangan dan regangan

hasil uji tarik utk

material yang getas

dan ulet

ABC : ketangguhan

material getas

AB’C’ : ketangguhan

material ulet

Teg.

Reg.A

B

B’

C C’

Logam Kekuatan luluh

(MPa)

Kekuatan tarik

(MPa)

Keuletan

%El.

Au - 130 45

Al 28 69 45

Cu 69 200 45

Fe 130 262 45

Ni 138 480 40

Ti 240 330 30

Mo 565 655 35

Tegangan & regangan sebenarnya

Pada daerah necking,

luas tampang lintang

sampel uji material

Tegangan sebenarnya

T = F/Ai

Regangan sebenarnya

T = ln li/lo

Teg.

Reg.

teknik

sebenarnya

Bila volum sampel uji tidak berubah, maka

Aili = Aolo

Hubungan tegangan teknik dengan tegangan

sebenarnya

T = (1 + )

Hubungan regangan teknik dengan regangan

sebenarnya

T = ln (1+ )

Uji Kekerasan (Hardness Test)


Kekerasan dari suatu logam pada dasarnya adalah

ketahanannya terhadap tusukan (indentor) dan

telah memberikan indikasi akan kekuatan suatu

logam.

Test kekerasan yang paling umum adalah mengguna-

kan suatu kekuatan beban untuk meusukan indentor

terhadap material yg sedang di tes.

Alat untuk menusuk (indentor) biasanya adalah

suatu material umumnya adalah intan – yang ada

dalam berbagai bentuk.


Faktor yang menentukan nilai kekerasan adalah

kedalaman bekas tusukan.

Bentuk indentor dapat pyramidal (vikers) ataupun

bulat (brinell).

Besar kecilnya nilai kekerasan suatu material

diperoleh dengan mengukur panjangnya diagonal

dari diameter bekas tusukan indentor.


Uji Mulur (Creep Test)


Jika suatu beban, yang nilainya dibawah tensile strength suatu material diterapkan pada suhu kamar, material perlahan akan memanjang (dapat diukur) pada saat beban diterapkan.

Namun jika suatu beban yang sama diterapkan terus menerus pada suhu yang makin tinggi, maka material akan perlahan – lahan terus memanjang, selama pembebanan terus berlangsung.

Tingkah laku ini disebut creep.

Menahan beban cukup lama akan menyebabkan material pecah.


Dua faktor lain yang penting yang menyebakan benda patah adalah waktu dan suhu.

Semakin tinggi suhunya semakin pendek waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan jumlah sejumlah creep.

Pada suatu suhu yang lebih tinggi, akan menyebabkan creep dan pecah terjadi lebih cepat.

Namun tegangan creep ditandai dengan jumlah tekanan yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah tegangan creep dalam suatu waktu pada suatu suhu tertentu

Uji Kelelahan (Fatique Test)


Jika suatu material menerima stress yang nilainya

lebih kecil dari ultimate strength, maka material

tersebut tidak akan patah; jika beban yang sama

diangkat lalu diterapkan kembali beberapa kali

maka akhirnya ia akan patah.

Melipat suatu penjepit kertas (klip) berulang – ulang

sampai pada titik patahnya adalah suatu contoh tipe

fatigue.

Kekuatan suatu material untuk menahan beban yang

berulangkali di tetapkan sebagai fatigue strength.


Fatigue strength biasanya dihubungkan dengan

jumlah siklus yang dibutuhkan untuk mencapai titik

kegagalan.

Fatigue strength biasanya ditentukan dengan

menerapkan suatu beban dan pada level yang sama

juga mendapat tekanan.

Makin dekat nilai stress maksimum pada nilai tensile

strength, makin sedikit rangkaian proses yang

dibutuhkan sebelum peristiwa patah terjadi. Ketika

nilai stress dikurangi, makin banyak jumlah

rangkaian proses yang dialami sebelum patah.

Pengujian Impak Charpy

Gambar 1. Alat uji

Gambar 2. Benda uji

Pengujian Impak Charpy

Benda uji dipatahkan dengan benturan dari sebuah palu pendulum yang berat, yang jatuh dari jarak tetap (energi potensial yang konstan) untuk membentur benda uji dengan kecepatan yang tetap (energi kinetik yang konstan).

Bahan-bahan yang tangguh (tough) menyerap banyak energi ketika dipatahkan dan bahan-bahan yang getas (brittle) menyerap energi sangat sedikit.

Banyak faktor yang mempengaruhi ketangguhan dan tidak semua material memiliki ketangguhan yang sama.

Material yang tangguh memiliki suhu transisi dan kekuatan patah yang lebih rendah, pada segala suhu biasanya membutuhkan energi yang lebih besar.

Patahan (Failure)

Sifat fisik Material

39


Untuk dapat menggunakan Material teknik dengan tepat,

maka harus dikenali dengan baik sifat-sifat material

teknik yang mungkin akan dipilih untuk dipergunakan.

Sifat-sifat ini tentunya sangat banyak karena sifat

tersebut dapat ditinjau dari berbagai segi ilmu, misalnya

ditinjau dari ilmu kimia akan dapat diperoleh sekelompok

sifat-sifat kimia, dan sebagainya.

Dalam dunia teknik mesin biasanya sifat mekanis

memegang peranan yang sangat penting, disamping

beberapa sifat kimia (terutama sifat tahan korosi), sifat

termal dan sifat fisik. Korosi merupakan masalah yang

cukup serius dalam dunia teknik.

Pengelompokan bahan teknik ditinjau dari sifat-

sifatnya

Class Property

Physico-

chemical

Water-absorptive or water-repellent

action, Shrinkage and swell due to

moisture changes

Thermal Specific heat, Expansion,

Conductivity

Electrical

and

magnetic

Conductivity, Magnetic permeability,

Galvanic action

Acoustical Sound transmission, Sound

reflection

Optical Colour, Light transmission, Light

reflection

Class Property

Physycal Dimension, shape, Density of

specific gravity, Porosity, Moisture

content, Macrostructure,

Microstructure

Mechanical Strength, tension, compression

shear, and flexure (under static,

impact, or fatigue conditions),

Stiffness, Toughness, Elasticity,

Plasticity, Ductility, Brittleness,

Hardness, Wear resistance

Chemical Oxide or compound, Composition

Acidity or alkalinity, Resistance to

corrosion or Weathering, etc.


Biasanya persyaratan-persyaratan yang diminta untuk

suatu disain/konstruksi antara lain adalah :

Sifat mekanis, menyatakan bagaimana bahan itu bersikap

terhadap gaya atau tekanan yang bekerja padanya, seperti :

kekuatan, kekakuan, keuletan, ketangguhan dan lain-lain.

Sifat fisik, seperti : heat conductivity, electrical

conductivity, heat expansion, bentuk dan dimensi, struktur

mikro dan lain-lain.

Sifat kimia, aktifitas terhadap bahan kimia tertentu, sifat

tahan korosi dan lain-lain

dan lain-lain.

41


Biasanya sifat mekanis memegang peranan yang sangat

penting, disamping beberapa sifat kimia (terutama sifat

tahan korosi), sifat termal dan sifat fisik.

Sifat fisik antara lain : Kekuatan (Strength);

Kekerasan (Hardness);

Kekenyalan (elasticity);

Kekakuan (stiffness);

Plastisitas (plasticity);

Ketangguhan (tougness);

Kelelahan (fatique);

Merangkak (creep);

Damping;

dan lain-lain.42


Kekuatan (Strength).

Menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa

menyebabkan kerusakan pada bahan (tergantung pada jenis beban

yang bekerja, yaitu kekuatan tarik, tekan, geser dan torsi.)

Kekerasan (Hardness).

Dapat didefinisikan sebagai kemampuan bahan untuk tahan

terhadap penggoresan, pengikisan (abrasi), identifikasi atau

penetrasi. Sifat ini berkaitan erat dengan sifat tahan aus.

Kekerasan juga mempunyai korelasi dengan kekuatan.

43


Kekenyalan (elasticity).Menyatakan kemampuan bahan untuk kembali kebentuk dan

ukuran semula setelah diberi beban yang menyebabkan atau

cenderung menyebabkan deformasi (perubahan bentuk), bila

beban dihilang-kan. Sifat ini sangat penting karena bila bahan

menerima beban yang melampaui batas elestisitasnya maka akan

terjadi deformasi yang permanen, dan ini tidak diinginkan terjadi

pada suatu konstruksi.

Kekakuan (stiffness).Menyatakan kemampuan bahan untuk menerima beban tanpa

mengakibatkan terjadinya deformasi atau defleksi. Seringkali

kekakuan lebih penting daripada kekuatan.

44


Plastisitas (plasticity).

Menyatakan kemampuan bahan untuk mengalami sejumlah

deformasi permanen (deformasi plastik) tanpa terjadi kerusakan/

pecah/putus. Sifat ini sangat diperlukan pada berbagai proses

pembentukan seperti forging, rolling, extruding dan lain-lain. Sifat

ini sering juga disebut sebagai keuletan (ductility). Bahan yang

mau dideformasi cukup banyak dikatakan sebagai bahan yang

mempunyai keuletan tinggi. Sedang bahan yang tidak

memperlihatkan dapat terjadinya deformasi plastik dikatakan

sebagai bahan yang getas (brittle).

45


Ketangguhan (tougness)

Menyatakan kemampuan bahan untuk menyerap sejumlah energi

tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan. Juga dapat dikatakan

sebagai ukuran banyaknya energi yang diperlukan untuk

mematahkan benda kerja. Ketangguhan ini diperlukan terutama

untuk begian-bagian yang menerima beban kejut/pukulan. Sifat ini

dipengaruhi oleh banyak faktor, sehingga sulit ditentukan/diukur.

46


Kelelahan (fatique)

Merupakan kecenderungan dari logam untuk patah/rusak bila

menerima tegangan yang masih dibawah batas elastisnya yang

bekerja berulang-ulang. Banyak usaha yang telah dilakukan untuk

mengukur dengan tepat tingkah laku logam terhadap kelelahan,

karena sebagian besar kerusakan/patah yang terjadi pada bagian

mesin/konstruksi disebabkan oleh kelelahan.

47

Contoh penggunaan material

48

DIAGRAM FASA

PENDAHULUAN

• Sifat mekanik bahan salah satunya ditentukan oleh struktur mikro

• Untuk mengetahui struktur mikro, perlu mengetahui fasa diagram

• Diagram fasa digunakan utk peleburan, pengecoran, kristalisasi dll

• Komponen: logam murni dan/atau senyawa penyusun paduan

• Contoh : Kuningan, Cu sebagai unsur pelarut dan Zn sebagai unsur

yang dilarutkan.

• Batas kelarutan merupakan konsentrasi atom maksimum yang dapat

dilarutkan oleh pelarut utk membentuk larutan padat (solid

solution). Contoh Gula dalam air.

PENDAHULUAN

• Fasa adalah bagian homogen dari sistem yg mempunyai kharakteristik fisik & kimia yg uniform

• Contoh fasa , material murni, larutan padat, larutan cair dan gas.

• Material yg mempunyai dua atau lebih struktur disebut polimorfik

• Jumlah fasa yg ada & bagiannya dlm material merupakan struktur mikro.

PENDAHULUAN

• Diagram kesetimbangan fasa merupakan

diagram yang menampilkan struktur mikro

atau struktur fasa dari paduan tertentu

• Diagram kesetimbangan fasa menampilkan

hubungan antara suhu dan komposisi serta

jumlah fasa-fasa dalam keadaan setimbang.

DIAGRAM CU-NI

• L = larutan cair homogen yang mengandung Cu dan Ni

• A = larutan padat subtitusi yang terdiri dari Cu dan Ni, yang mempunyai struktur FCC

DIAGRAM CU-NI

• Jumlah persentasi

cair (Wl) =

S/(R+S)x100%

• Jumlah persentasi a

(Wa) =

R/(R+S)x100%

A

B

C

E

F

G

H

SISTEM BINARY EUTEKTIK

• Batas kelarutan atom Ag pada fasa adan atom Cu pada fasa b tergantung pada suhu

• Pada 780C, Fasa a dapat melarutkan atom Ag hingga 7,9%berat dan Fasa bdapat melarutkan atom Cu hingga 8,8%berat

• Daerah fasa padat: fasa a, fasa a+b, dan fasa b, yang dibatasi oleh garis solidus AB, BC, AB, BG, dan FG, GH.

• Daerah fasa padat + cair: fasa a + cair, dan fasa b + cair, yang dibatasi oleh garis solidus

• Daerah fasa cair terletak diatas garis liquidus AE dan FE

• Reaksi Cair padat(a) + padat (b) pada titik E disebut reaksi Eutektik.

DIAGRAM FASA PB-SN

• Reaksi eutektik

Cair (61,9%Sn) a(19,2%Sn)+b(97,6%Sn)

DIAGRAM FASA CU-ZN

DIAGRAM FASA FE-FE3C

• Besi-a (ferrit); Struktur BCC,

dapat melarutkan C maks.

0,022% pada 727C.

• Besi-d (austenit); struktur

FCC, dapat melarutkan C

hingga 2,11% pada 1148C.

• Besi-z (ferrit); struktur BCC

• Besi Karbida (sementit);

struktur BCT, dapat

melarutkan C hingga 6,7%0

• Pearlit; lamel-lamel besi-a dan

besi karbida

REAKSI PADA DIAGRAM FASA FE-C

• Reaksi eutektik pada titik 4,3%C, 1148C

L d(2,11%C) + Fe3C(6,7%C)

• Reaksi eutektoid pada titik 0,77%C, 727C

d(0,77%C) a(0,022%C) + Fe3C(6,7%C)

• Reaksi peritektik

PENGARUH UNSUR PADA SUHU EUTEKTOID DAN KOMPOSISI

EUTEKTOID

• Unsur pembentuk besi-d: Mn & Ni

• Unsur pembentuk besi-a: Ti, Mo, Si & W

DIAGRAM FASA AL-SI

• Paduan hipoeutektik Al-Si

mengandung Si <12,6%

• Paduan eutektik Al-Si

mengandung Si sekitar

12,6%

• Paduan hipereutektik Al-

Si mengandung Si >12,6%

PROSES ANIL & PERLAKUAN PANAS

PENDAHULUAN

• Proses anil merupakan proses perlakuan panas suatu bahan melalui pemanasan pada suhu cukup tinggi dan waktu yang lama, diikuti pendinginan perlahan-lahan

• Anil

• Bahan: Gelas

• Tujuan: menghilangkan tegangan sisa & menghindari terjadinya retakan panas

• Prosedur: suhu pemanasan mendekati suhu transisi gelas dan pendinginan perlahan-lahan

• Perubahan strukturmikro: tidak ada

PENDAHULUAN

• Menghilangkan Tegangan

• Bahan: semua logam, khususnya baja

• Tujuan: menghilangkan tegangan sisa

• Prosedur: Pemanasan sampai 600C utk baja selama beberapa jam

• Perubahan strukturmikro: tidak ada

• Rekristalisasi

• Bahan: logam yang mengalami pengerjaan dingin

• Tujuan: pelunakan dengan meniadakan pengerasan regangan

• Prosedur: Pemanasan antara 0,3 dan 0,6 titik lebur logam

• Perubahan strukturmikro: butir baru

ANIL SEMPURNA

• Bahan: baja

• Tujuan: Pelunakan sebelum

pemesinan

• Prosedur: austenisasi 2-

30C

• Perubahan strukturmikro:

pearlit kasat

a+d

d

a+Fe3C

700

800

900

C0,77%C

anil

normalisasi

SPEROIDISASI

• Bahan: baja karbon tinggi, seperti bantalan peluru

• Tujuan: meningkatkan ketangguhan baja

• Prosedur: dipanaskan pada suhu eutektoid (~700C) untuk 1-2 jam

• Perubahan strukturmikro: speroidit

LAKU MAMPU TEMPA (MALLEABILISASI)

• Bahan: besi cor

• Tujuan: besi cor lebih ulet

• Prosedur:

• anil dibawah suhu eutektoid (<750C)

Fe3C 3Fe(a) + C(garfit)

Dan terbentuk besi mampu tempa ferritik

• Anil diatas suhu eutektoid (>750C)

Fe3C 3Fe(d) + C(garfit)

Dan terbentuk besi mampu tempa austenitik

• Perubahan strukturmikro: terbentuknya gumpalan grafit.

NORMALISASITERDIRI DARI HOMOGENISASI

DAN NORMALISASI

• Homogenisasi

• Bahan: logam cair

• Tujuan: menyeragamkan komposisi bahan

• Prosedur: pemanasan pada suhu setinggi mungkin asalkan logam tidak mencair dan tidak menumbuhkan butir

• Perubahan strukturmikro: homogenitas lebih baik, mendekati diagram fasa

• Normalisasi

• Bahan: baja

• Tujuan: membentuk strukturmikro dengan butir halus & seragam

• Prosedur: austenisasi 50-60C, disusul dengan pendinginan udara

• Perubahan strukturmikro: pearlit halus dan sedikit besi-a praeutektoid

ANIL

RECOVERY, REKRISTALISASI, PERTUMBUHAN BUTIR

PROSES PRESIPITASI

• Pengerasan presipitasi

dilakukan dengan

memanaskan logam

hingga unsur pemadu

larut, kemudian celup

cepat, dan dipanaskan

kembali pada suhu

relatip rendah

DIAGRAM TRANSFORMASI-ISOTERMAL

DIAGRAM TRANSFORMASI-ISOTERMAL UNTUK BAJA EUTEKTOID

Documents

PEMILIHAN BAHAN DAN PROSES - Gunadarma