Material Teknik Sementara-libre

15
Material Teknik Darmansyah., M.Si Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana ‘12 1 UNIVERSITAS MERCU BUANA FAKULTAS TEKNIK MESIN MATA KULIAH : MATERIAL TEKNIK MODUL 1 : PENGENALAN MATERIAL DOSEN : DARMANSYAH, M.Si 1.1. Pendahuluan Setiap orang yang bekerja di bidang teknik dalam aktifitasnya sehari-hari pasti pernah terlibat dengan bidang yang dinamakan material. Apakah itu terlibat mulai dari fase desain suatu produk ataupun sampai akhir terciptanya suatu produk tersebut. Bagi sebagian pihak yang memiliki kepentingan dalam meningkatkan prestasi suatu produk yang sedang didesain ataupun dipabrikasi, kepentingan terhadap peningkatan mutu material adalah hal yang wajib. Bisa dilihat dalam pengembangan material pada semua bidang keteknikan. Misalnya pada bidang elektrikal, orang berusaha untuk mendapatkan suatu bahan material yang memiliki daya isolasi yang baik terhadap daya hantar listrik dalam kondisi apapun. Di bidang sipil, orang berupaya untuk menemukan material yang kuat secara struktur dan tahan terhadap dampak lingkungan dan korosi. Di bidang perminyakan, orang berusaha untuk menciptakan pipa yang tahan terhadap degradasi akibat lingkungan yang abrasif dan korosif. Di bidang otomotif, orang berusaha untuk mendapatkan bahan-bahan yang ringan tetapi kuat. Di bidang kedirganaraan, orang berupaya menemukan material yang tahan terhadap temperatur tinggi tetapi memiliki bobot yang ringan. Semua usaha tersebut di atas dilakukan diberbagai bidang kehidupan agar bisa memenuhi kebutuhan yang semakin meningkat dari segi keamanan, kemudahan, kepraktisan, penurunan harga barang dan biaya proses, dan akhirnya bisa menurunkan harga jual produk. Tetapi hal ini tetap harus dipertimbangkan akan semakin langkanya ketersediaan bahan baku di alam yang sulit dan lama untuk diperbaharui. Tujuan dari mata kuliah material teknik ini adalah agar para mahasiwa dapat menjadi lebih perhatian terhadap jenis-jenis material yang ada, mengerti akan sifat-sifat bahan dan kemampuannya, dapat mengenali efek terhadap prestasi material yang ditimbulkan oleh lingkungan sekitar dan kondisi kerja material tersebut.

description

dasar material teknik

Transcript of Material Teknik Sementara-libre

 

Material Teknik Darmansyah., M.Si

 

Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana 

 ‘12

1

 

UNIVERSITAS MERCU BUANA

FAKULTAS TEKNIK MESIN

MATA KULIAH : MATERIAL TEKNIK

MODUL 1 : PENGENALAN MATERIAL

DOSEN : DARMANSYAH, M.Si

1.1. Pendahuluan

Setiap orang yang bekerja di bidang teknik dalam aktifitasnya sehari-hari pasti

pernah terlibat dengan bidang yang dinamakan material. Apakah itu terlibat mulai dari

fase desain suatu produk ataupun sampai akhir terciptanya suatu produk tersebut.

Bagi sebagian pihak yang memiliki kepentingan dalam meningkatkan prestasi suatu

produk yang sedang didesain ataupun dipabrikasi, kepentingan terhadap peningkatan

mutu material adalah hal yang wajib. Bisa dilihat dalam pengembangan material pada

semua bidang keteknikan. Misalnya pada bidang elektrikal, orang berusaha untuk

mendapatkan suatu bahan material yang memiliki daya isolasi yang baik terhadap daya

hantar listrik dalam kondisi apapun. Di bidang sipil, orang berupaya untuk menemukan

material yang kuat secara struktur dan tahan terhadap dampak lingkungan dan korosi. Di

bidang perminyakan, orang berusaha untuk menciptakan pipa yang tahan terhadap

degradasi akibat lingkungan yang abrasif dan korosif. Di bidang otomotif, orang

berusaha untuk mendapatkan bahan-bahan yang ringan tetapi kuat. Di bidang

kedirganaraan, orang berupaya menemukan material yang tahan terhadap temperatur

tinggi tetapi memiliki bobot yang ringan.

Semua usaha tersebut di atas dilakukan diberbagai bidang kehidupan agar bisa

memenuhi kebutuhan yang semakin meningkat dari segi keamanan, kemudahan,

kepraktisan, penurunan harga barang dan biaya proses, dan akhirnya bisa menurunkan

harga jual produk. Tetapi hal ini tetap harus dipertimbangkan akan semakin langkanya

ketersediaan bahan baku di alam yang sulit dan lama untuk diperbaharui.

Tujuan dari mata kuliah material teknik ini adalah agar para mahasiwa dapat menjadi

lebih perhatian terhadap jenis-jenis material yang ada, mengerti akan sifat-sifat bahan

dan kemampuannya, dapat mengenali efek terhadap prestasi material yang ditimbulkan

oleh lingkungan sekitar dan kondisi kerja material tersebut.

 

Material Teknik Darmansyah., M.Si

 

Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana 

 ‘12

2

 

1.2. Jenis-jenis Material

Material terbagi menjadi beberapa kelompok, diantaranya; baja, keramik,

polimer, semikonduktor, dan material komposit, (tabel 1-1).

Material dalam setiap kelompok tersebut sering memiliki perbedaan dalam hal sifat

dan strukturnya. Pada gambar 1-1 (a) dan (b) terlihat perbedaan dalam sifat daya hantar

listriknya dan kekuatannya.

Baja . Baja dan paduannya seperti alumunium, magnesium, zinc, cast iron, titanium,

copper, nickel dan masih banyak lagi turunannya, memiliki keunggulan yang umum

dalam sifat menghantarkan listrik, menghantarkan panas, memiliki kekuatan yang tinggi,

kekakuan yang tinggi, mudah dibentuk, dan tahan terhadap beban kejut. Bahan-bahan

 

Material Teknik Darmansyah., M.Si

 

Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana 

 ‘12

3

 

ini biasa dipakai untuk aplikasi struktur dan pada pembebanan yang besar. Walaupun

baja murni adakalanya digunakan, tetapi kombinasi dari berbagai macam jenis baja yang

disebut baja paduan (alloy) biasanya sering dibuat (didesain) untuk memenuhi

kebutuhan akan peningkatan sifat-sifat material. Ilustrasi pada gambar 1-2 menunjukkan

 

Material Teknik Darmansyah., M.Si

 

Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana 

 ‘12

4

 

penggunaan berbagai macam jenis baja paduan untuk aplikasi yang sangat kritis pada

mesin jet pesawat.

Keramik . Keramik seperti bata, gelas, peralatan rumah tangga, bahan-bahan yang

tahan panas, dan bahan-bahan yang abrasif (seperti amplas), memiliki sifat umum

sebagai penghantar panas dan listrik yang buruk dan sebagai konsekwensinya material

ini sering digunakan sebagai bahan penyekat panas dan listrik. Keramik memiliki sifat

kuat dan keras tetapi sangat getas. Saat ini sudah diaplikasikan teknik pemprosesan

keramik sehingga mampu untuk dipakai dalam pembebanan yang berat seperti aplikasi

impeler pada mesin turbin. Lihat gambar 1-3 di bawah ini.

Keramik memiliki kemampuan yang sangat baik dalam hal daya tahan terhadap panas,

tahan terhadap media yang bersifat korosif, memiliki beberapa sifat optik dan listrik yang

luar biasa yang digunakan pada kontruksi integrated circuit, sistem fiber-optic dan

beberapa varian peralatan sensor.

Polimer . Polimer meliputi karet, plastik dan berbagai macam bahan perekat. Bahan-

bahan ini diproduksi dengan cara membuat struktur molekul yang besar dari bahan

molekul organik. Proses ini dinamakan polymerization. Bahan polimer memiliki daya

 

Material Teknik Darmansyah., M.Si

 

Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana 

 ‘12

5

 

hantar listrik dan panas yang rendah, kekuatan yang lemah, dan tidak cocok untuk

digunakan pada temperatur yang tinggi. Polimer ada dua jenis, yaitu polimer

termoplastik dan polimner termoseting. Polimer termoplastik adalah polimer yang

memiliki rantai molekul yang panjang dan tidak terhubung dengan kaku, oleh sebab itu

polimer jenis ini memiliki sifat mudah untuk dibentuk. Polimer termoseting merupakan

jenis polimer yang lebih kuat terapi lebih getas karena rantai molekulnya terikat secara

rapat; gambar 1-4. Saat ini polimer juga telah luas dipakai untuk peralatan elektronik.

(Gambar 1-5).

Semikonduktor . Material jenis ini memiliki sifat mampu untuk dikontrol tingkat daya

hantar listriknya. Kelebihan inilah yang membuat material semikonduktor digunakan

untuk berbagai jenis peralatan elektronik seperti transistor, dioda, resistor dan sirkut

terintegrasi (integrated circuit), gambar 1-6. Bahkan saat ini apa yang dinamakan sistem

fiber optik sejatinya adalah fungsi dari sifat material semikonduktor yang mampu untuk

mengubah sinyal listrik menjadi cahaya, begitu juga sebaliknya.

Komposit . Komposit adalah material yang dibentuk dari dua atau lebih material. Hal

ini dilakukan agar mampu melahirkan sifat-sifat material yang baru, di mana sifat-sifat

material kombinasi tersebut tidak bisa ditemui pada material aslinya. Contoh yang paling

 

Material Teknik Darmansyah., M.Si

 

Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana 

 ‘12

6

 

umum dikenal seperti beton, plywood, dan fiber glass serta masih banyak lagi (gambar

1-7).

Dengan material komposit kita bisa menghasilkan material dengan sifat ringan, kuat,

mudah dibentuk, serta tahan panas. Perkembangan komposit saat ini sudah sangat

pesat hingga mampu untuk membuat industri pesawat terbang dan pesawat luar

angkasa mengandalkan material ini bagi segala keperluaannya. Salah satu jenis

komposit di industri pesawat yang memakai bahan ini adalah polimer berbahan dasar

carbon fiber reinforce (gambar 1-8.).

 

Material Teknik Darmansyah., M.Si

 

Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana 

 ‘12

7

 

1.3. Hubungan antara Struktur, Sifat Material dan Proses

Saat ini sangat dituntut diberbagai peralatan yang menunjang aktifitas kehidupan

memiliki kemampuan yang maksimal; baik itu dari sifatnya, bentuknya dan daya

tahannya. Usaha untuk mewujudkan hal tersebut hanya bisa dicapai bila hubungan antar

sifat material, struktur material serta proses material itu dibuat saling mendukung.

(Gambar 1-9).

 

Material Teknik Darmansyah., M.Si

 

Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana 

 ‘12

8

 

Ketika salah satu unsur pendukung tersebut ditubah maka unsur yang lain juga

berubah. Oleh sebab itu kepentingan pengetahuan material teknik adalah untuk

menemukan saling ketergantungan yang optimal antar ketiga unsur tersebut agar dapat

menemukan hasil produk akhir yang baik.

Sifat Material`( properties). Sifat material dapat dibagi menjadi dua bagian besar

yaitu sifat mekanik dan sifat fisik (tabel 1-2).

Sifat mekanik menjelaskan bagaiman suatu material dapat memberikan reaksi

terhadap gaya atau beban luar yang diberikan. Sifat mekanik yang sangat umum dikenal

diantaranya yaitu; kekuatan, mampu bentuk, dan kekakuan. Pengertian sifat - sifat

mekanik pada material lebih mudah diartikan dengan beberapa perilaku material bila

misalnya mendapatkan beban kejut, beban impak, kelelahan material akibat lamanya

intensitas beban yang diberikan, perubahan fisik akibat terekspos pada suhu yang tinggi,

ataupun terjadinya perubahan sifat akibat mendapatkan kondisi lingkungan yang abrasif.

Sifat mekanik material juga menentukan dengan cara apa yang paling mudah suatu

material tersebut dapat dibentuk untuk memenuhi suatu bentuk geometri yang

diinginkan. Sebagai contoh adalah sebuah komponen yang terbuat dari baja dengan

 

Material Teknik Darmansyah., M.Si

 

Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana 

 ‘12

9

 

proses penempaan (forging) haruslah tahan terhadap tekanan yang tinggi tanpa terjadi

kerusakan dan harus dapat dibentuk dengan mudah untuk mendapatkan bentuk yang

sesuai. Seringkali, sedikit perubahan struktur dapat memiliki perubahan yang besar

terhadap sifat mekanik dari suatu material.

Sifat fisik adalah sifat yang tergantung dari struktur seperti apa dan proses

bagaimana suatu material itu dibuat. Di antara sifat fisik tersebut adalah sifat listrik,

magnetik, optik, panas, elastik dan kimia. Salah satu contoh dari ketergantungan itu

adalah bila terjadi perubahan yang sangat kecil pada komposisi material (struktur) pada

material semikonduktor maka dapat menyebabkan perubahan yang amat besar

terhadap daya hantar listriknya. Contoh lainnya adalah bila pada bata keramik

ditembakkan api yang sangat panas maka akan memberikan efek penurunan yang

besar terhadap daya tahan panasnya, begitu juga bila terjadi sedikit ketakmurnian

material gelas atau polimer maka akan menyebabkan perubahan warna pada material

tersebut.

Struktur . Struktur dari material terdiri dari beberapa level, di mana satu sama lain

mempengaruhi perilaku atau sifat dari produk akhirnya, (gambar 1-10). Level-level

tersebut dimulai dari tingkat struktur atom, struktur kristal, struktur butir, serta struktur

multi fasa.Tingkatan level yang paling tinggi adalah level struktur atom yang menyusun

material tersebut.

 

Material Teknik Darmansyah., M.Si

 

Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana 

 ‘12

10

 

Susunan elektron di sekitar inti atom sangat mempengaruhi perilaku dari daya listrik,

magnetik, daya hantar panas, dan optik serta dapat mempengaruhi daya tahan terhadap

korosi. Selanjutnya susunan elektron juga mempengaruhi bagaimana atom-atom

tersebut terikat satu sama lain dan akhirnya bisa menentukan tipe-tipe material tersebut,

apakah bertipe keramik, metal, polymer, ataupun semikonduktor.

Struktur berikutnya adalah struktur kristal, maksud struktur ini adalah susunan atom

pada ruangnya. Struktur kristal yang memiliki susunan atom yang sangat teratur ini

banyak ditemui pada material metal, semikonduktor, sebagian keramik dan beberapa

jenis polimer. Sedangkan sebagian jenis material keramik lainnya dan kebanyakan jenis

polimer memiliki struktur amourpous atau seperti kaca / bening. Struktur amourpous ini

memiliki susunan atom yang tidak teratur dan sangat berbeda perilakunya dengan

material berstruktur kristal. Sebagai contoh bila pada material polyethylene yang bersifat

glassy maka material ini bersifat transparan (seluruh berkas cahaya menembus bidang

kaca), tetapi bila pada material polyethylene yang kristal maka material ini bersifat

translucent (sebagian cahaya dibiaskan).

Struktur butir. Struktur ini adalah struktur yang paling banyak ditemui pada metal,

semikonduktor, keramik dan ada kalanya pada polimer. Ukuran butir dan bentuknya

sangat memainkan peran pada tingkatan ini. Pada beberapa kasus seperti chip silicon

untuk membuat IC diperlukan material yang hanya berisi satu butir ataupun kristal

tunggal.

Struktur selanjutnya adalah struktur multi fasa. Struktur ini ditemui di hampir seluruh

jenis material, DI mana pada setiap fasanya memiliki susunan atom dan sifat yang unik.

Pengontrolan terhadap jenis, ukuran, distribusi dan jumlah fasa dalam unsur utama

suatu material juga mengakibatkan perlunya tambahan cara untuk mengatur sifat

material tersebut.

Proses. Pengertian proses dalam teknik material adalah memproses suatu material

menjadi suatu bentuk yang diinginkan dari bentuk dasarnya yang tidak mempunyai

bentuk dan fungsi yang jelas (tabel 1-3). Berbagai macam jenis proses material menjadi

sesuatu yang bermanfaat sangatlah banyak, mulai dari proses peleburan, pengecoran,

penempaan, pembentukan, penyambungan, permesinan sampai proses perakitan dan

pelapisan permukaan (cat). Seringkali berbagai jenis material digunakan pada saat

pemprosesan suatu produk akhir komponen. Sebagai contoh bisa dijelaskan sebagai

berikut bila pada suatu proses yang dinamakan evaporative pattern casting untuk

memproses pembuatan cetakan alumunium (gambar 1-11).

 

Material Teknik Darmansyah., M.Si

 

Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana 

 ‘12

11

 

1.4. Pengaruh Lingkungan Terhadap Perilaku Material

Hubungan antara struktur, sifat dan prosses juga dipengaruhi oleh lingkungan sekitar

di mana material tersebut diperlakukan. Beberapa kategori yang disebut sebagai

lingkungan adalah; suhu, korosi dan radiasi.

Suhu . Perubahan suhu secara drastis dapat mengubah sifat-sifat dari material

(gambar 1-12). Kekuatan dari sebagian besar material akan turun bila suhu dinaikkan.

Selanjutnya suatu kondisi yang sangat buruk dapat secara tiba – tiba terjadi pada

material bila ditempatkan pada temperatur yang melebihi titik kritisnya. Material yang

telah diperkuat dengan mendapatkan suatu perlakuan panas atau pada sebuah teknik

pembentukan bisa saja secara mendadak kehilangan kekuatannya bila dipanaskan

lanjut. Temperatur yang sangat rendah pun dapat menyebabkan material baja menjadi

rapuh walaupun hanya diberikan beban yang ringan. Temperatur tinggi pun dapat

menyebabkan perubahan struktur pada keramik dan menyebabkan material polimer

mencair atau menjadi hangus.

 

Material Teknik Darmansyah., M.Si

 

Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana 

 ‘12

12

 

Saat ini teknologi untuk membuat material menjadi semakin tahan terhadap

pengaruh panas semakin marak seiring dengan tuntutan pasar seperti pada pesawat

ataupun kendaraan luar angkasa (gambar 1-13). Pada aplikasi pesawat terbang,

pengaruh peningkatan suhu permukaan yang diakibatkan oleh gesekan permukaan

dengan udara sangatlah kentara dan sebagai tambahan atas kondisi ini adalah mesin

akan beroperasi dengan effisien (hemat BBM) pada suhu yang tinggi. Untuk menjawab

tantangan agar mendapatkan kecepatan yang tinggi dengan menggunakan bahan bakar

yang hemat maka penemuan terhadap material yang tahan panas terhadap suhu

permukaan dan suhu mesin secara bertahap ditemukan.

Korosi. Sebagian besar metal dan polimer bereaksi terhadap oksigen atau gas

lainnya terutama pada temperatur tinggi. Metal dan keramik dapat hancur pada kondisi

 

Material Teknik Darmansyah., M.Si

 

Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana 

 ‘12

13

 

ini, sedangkan material polimer akan menjadi getas atau rapuh (gambar 1-14). Material

juga bisa diserang oleh berbagai macam cairan yang korosif. Metal bisa mendapatkan

serangan korosi secara seragam atau secara selektif dalam bentuk munculnya celah

atau lubang yang mengkibatkan kegagalan prematur (gambar 1-15). Saat ini telah

banyak dikembangkan teknologi pelapis yang dapat melindungi material dari pengaruh

korosi.

 

Material Teknik Darmansyah., M.Si

 

Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana 

 ‘12

14

 

Radiasi. Radiasi energi tinggi, seperti neutron yang dihasilkan pada reaktor nuklir,

dapat mempengaruhi struktur internal dari seluruh material serta dapat menghasilkan

kehilangan kekuatan, kegetasan, ataupun perubahan yang kritis dari sifat – sifat fisis.

Selain itu juga dimensi dari suatu material juga dapat berubah seperti terjadinya

pembengkakan atau bahkan terjadinya retak.

 

Material Teknik Darmansyah., M.Si

 

Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana 

 ‘12

15

 

1.5. Pemilihan Material

Pemilihan material untuk berbagai macam aplikasi pada awalnya sangat tergantung

kepada suatu proses yang dinamakan pemilihan material. Pemilihan ini biasanya

didasari oleh beberapa persyaratan yang harus dilewati, diantaranya :

1. Material tersebut harus mampu memenuhi persyaratan fisik dan mekanik.

2. Material tersebut mudah untuk dibentuk ataupun dipabrikasi.

3. Material yang dapat diproses tersebut haruslah memiliki nilai ekonomis.

Referensi :

1. Askeland, Donald R. :“The Science and Engineering of Materials”, 2nd edition, PWS-KENT Publishing Company Boston, 1989.