diktat teknologi bahan

8/16/2019 Diktat Teknologi Bahan.

1/133

Estuti Budimulyani

Dadang MH.Bhakti

1

1

1

1


2/133

Estuti Budimulyani

Dadang MH.Bhakti

Dibiayai Oleh

Dana DIPA Politeknik Negeri Jakarta Tahun Anggaran2013

POLITEKNIK NEGERI JAKARTA

Pakata

Alhamdulillahi Robbalalamin, egala !u"i bagi A##A$ %&T, karena ata

karunia dan rahmatnya diktat kuliah 'Teknologi (ahan) ini da!at tereleaikan*

Diktat kuliah Teknologi (ahan ini diuun untuk mahai+a !rogram tudi teknik mein emeter 3 ebagai daar !engetahuan dalam !eranangan teknik dan tidak

tertutu! kemungkinan dibaa oleh mayarakat teknik lainnya* -erangka materi

yang tera"i dalam diktat !ada daarnya berumber dan meru!akan !en"abaran

dari kurikulum dan ilabu yang udah ada*

2

2

2

2


3/133

Penuli mengua!kan terimakaih ke!ada berbagai !ihak yang telah membantu

dalam menyeleaikan karya ilmiah ini* Akhirnya emoga karya tuli ini men"adi

amal baik dan bermam.aat, Amin*

De!ok, 2/ Oktober 2013

Penuli

DA!TAR I"I

-ata Pengantar iii

Da.tar ii i

Pendahuluan

1*1* ambaran mum ateri -uliah I41

1*2* Tu"uan Pembela"aran mum I42

1*3* ateri A"ar I42

1*5* Proe Pembela"aran I42


4/133

1*6* Petun"uk em!ela"ari (uku A"ar I43

MOD#L $

P%ng%nalan "i&at Bahan II41

2*1* Pendahuluan II41

2*2* Tu"uan Pembela"aran -huu II42

2*3* -egiatan (ela"ar II43

2*3*1* Pengenalan Jeni (ahan II43

2*3*1*1* -om!oit II45

2*3*1*2* Polimer II45

2*3*2* %i.at4i.at (ahan II46

2*3*2*1* %i.at ekani II46

2*3*2*2* %i.at 7ii II48

2*3*2*3* %i.at -imia II48

2*3*2*5* %i.at Teknologi II48

2*3*2*6* %i.at etalogra.i II49

2*3*3* #atihan dan Tuga II49

2*5* Rangkuman II49

2*6* Da.tar Putaka II4/

MOD#L '

"i&at(si&at M%kanik Bahan

3*1* Pendahuluan III41

3*2* Tu"uan Pembela"aran -huu III413*3* -egiatan (ela"ar III41

3*3*1* -ekeraan :$ardne; III41

3*3*1*1* %rath $ardne Tet III42

3*3*1*2* %leroo!e $ardne Tet III43

3*3*1*3* Durometer $ardne Tet III43


5/133

3*3*1*5* (rinell $ardne Tet III45

3*3*1*6*


6/133

5*5* Rangkuman I


7/133

MOD#L ,

P%lakuan Bahan Ba-a


8/133

$.$. Gamaan #mum Mat%i Kuliah

Bab 1 membaha mengenai !engenalan "eni dan i.at4i.at bahan*

Didalam bab ini di!erkenalkan mengenai "eni4"eni bahan dan yang akan

di!ela"ari didalam ilmu teknologi bahan* engenal i.at2 bahan "uga dibaha

!ada bab ini untuk menentukan,memilih dan menggunakan bahan dengan

te!at e!erti i.at mekani,.ii,kimia,teknologi,dan metalogra.i*

em!ela"ari dan mengu"i i.at4i.at mekani bahan di"elakan !ada (ab

2*%i.at4i.at mekani bahan antara lain kekeraan :(rinell B Rok+ell B


9/133

mekanik*-edua !erlakuan itu !enting dibaha karena akibat kedua

!erlakuan itu menyebabkan i.at2 mekanik ba"a berubah e!erti

kekeraannya* %elain itu untuk mengontrol berbagai truktur !ada etia!

kee!atan !endinginan dilengka!i dengan diagram TTT dan ??T*

$.'. Tu-uan P%m%la-aan #mum

Dengan mem!ela"ari teknologi bahan dihara!kan mahai+a mam!u

memilih "eni bahan yang akan digunakan dalam !embuatan kom!onen2

mein.

$.). Mat%i A-a

Teknologi bahan meru!akan mata kuliah teori yang membaha i.at4

i.at diantaranya,i.at mekanik,i.at .iik,dan i.at kimia :koroi;,termauk

didalamnya !erlakuan bahan dan tandariai bahan teknik* Oleh karena itu

didalamnya menaku! materi4materi

(ab 1* Pengenalan "eni dan i.at4i.at bahan

(ab 2* %i.at4i.at mekanik bahan teknik

(ab 3* %i.at4i.at .iik bahan teknik

(ab 5* -oroi #ogam

(ab 6* %tandariai bahan teknik

(ab 8* Perlakuan bahan

1*5* Proe Pembela"aran

Proe !embela"aran yang dimakudkan diini adalah !roe

!enyam!aian materi a"ar ke!ada mahai+a didalam kela dalam

uaan yang kondui. dilakukan dengan ara !ertama4tama

mengua!kan alam ke!ada mahai+a aat mauk kela,dilan"utkan dengan

motiai untuk a!a mata kuliah ini diberikan,dilan"utkan dengan !emberian

materi dengan metode eramah dengan bantuan #?D,!a!an tuli atau O$P*


10/133

%elan"utnya dikui dan tanya "a+ab untuk mengu"i a!akah materi yang

diberikan am!ai ke!ada mahai+a* #atihan dan tuga elan"utnya

diberikan untuk mendalami materi yang diberikan aat itu*

$.+. P%tun-uk M%m/%la-ai Buku A-a

Mem!ela"ari teknologi bahan ebenarnya mem!ela"ari tentang adanya

hubungan yang erat antara i.at dan !erilaku bahan dengan truktur intern

bahan* %e!erti untuk mengubah i.at bahan haru diadakan !erubahan yang

euai !ada truktur intern* Demikian "uga,bila akibat !emroean atau

kondii !emakaian ter"adi !erubahan truktur,karakteritik bahan akan

berubah !ula*

(ila mengham!iri uatu bahan baru Anda da!at meraa terbantu dengan

menyuun :1; !aragra. !engantar dari uatu bab atau ub bab, :2; ringkaan

bab,dan :3; bab itu endiri* Jika Anda lakukan ini ebelum kuliah mengenai

bahan itu,anda akan menda!atkan bah+a kuliah itu lebih menarik dan da!at

di!ahami*%etelah kuliah,!ela"ari ub bab,ub bab dan atatan kuliah anda

dengan ekama dengan menggari ba+ahi bahan itu bilamana mungkin*

%ebagai !engu"ian !emahaman anda,hendaklah anda menger"akan

latihan oal4oal dalam bab yang anda "um!ai*:?obalah "uga menger"akan

?ontoh %oal dengan menutu!i "a+abannya dengan earik kerta;*

Penting untuk menuli "a+aban anda terhada! oal4oal dari!ada ekedar

merenungkan "a+aban itu* Ada dua alaan untuk menulikan "a+aban itu

:1; untuk latihan mekani bagaimana menulikan rumu2 i.at4i.at

.iik,kimia dan mekani dalam !erhitungan dan ekaligu menyeleaikannya

oalnya ehingga memudahkan mengingat dan mengha.alnya* :2; untuk

mem!erkuat bahan !okoknya*


11/133

Tuga !ada akhir bab diuun edemikian ehingga anda

da!at menger"akan ementara anda mem!ela"ari teknya atau anda

da!at menger"akan etelah anda menyeleaikan eluruh bab*

ahakan agar anda men"a+ab oal4oal itu endiri dan kemudian !erika

"a+aban itu berama

buku a"ar*:Jika anda menoba mengambil "alan !inta,anda hanya

mengelabui diri endiri;* Jika "a+aban anda benar,berarti anda uku!

menguaai bahan* Jika ada bebera!a "a+aban yang alah,kembalilah dan

!ela"ari kembali bab itu,atatan kuliah anda dan !etun"uk4!etun"uk dalam

buku Panduan (ela"ar dengan Ja+aban,yang terda!at dalam buku a"ar ini*


12/133

MOD#L $

P%ng%nalan J%nis Dan "i&at Bahan

'.$. P%ndahuluan

Bahan4bahan terda!at di ekitar kita dan telah men"adi bagian dari

kebudayaan dan !ola ber!ikir manuia bahkan telah menyatu dengan

keberadaan kita* -enyataannya,bahan telah menyatu dengan kebangkitan

manuia ehingga dikenal !eradaban atau Caman batu,Caman !erunggu dan

Caman bei* (ahan beraal dari alam dan bahan buatan* (ahan dari alam

mialnya logam,bahan bakar:minyak,ga dan batu bara;,tanaman dll*

%edangkan bahan buatan mialnya !olimer,kom!oit,karet buatan dll* (ahan4

bahan itu telah menyatu dengan kehidu!an manuia dan tidak a"a

meru!akan bagian gaya hidu! melainkan turut memegang !enting dalam

kee"ahteraan dan keelamatan banga* (ahan2 yang digunakan manuia

mengikuti iklu bahan mulai dari ektraki,!embuatan am!ai !ela!ukan*

(ahan mentah diambil dari dalam bumi melalui

!enambangan,!engeboran,!enggalian,atau !anen,kemudian diolah men"adi

bahan baku e!erti ingot logam,bahan !etrokimia,kayu gelondongan dan

kemudian diolah men"adi bahan2 teknik e!erti ka+at litrik,bei

beton,!latik dan kayu la!i untuk memenuhi kebutuhanmayarakat*Akhirnya etelah digunakan elama bebera!a +aktu,bahan2

terebut kembali keaalnya,ke bumi ebagai bekaia :ra!; atau

memauki iklu untuk diolah kembali dan digunakan lagi ebelum dibuang*

%uatu a!ek yang angat !enting dalam kone! iklu bahan adalah

kaitan yang erat antara bahan,energy dan lingkungan,hal ini berarti bah+a

ketiga4tiganya haru di!erhitungkan dalam !erenanaan naional dan

!engka"ian teknologi*Pertimbangan2 ini men"adi angat !enting karena


13/133

meningkatnya kelangkaan energy dan bahan,te!at !ada aatnya dimana

!enduduk bumi mulai adar akan arti lingkungan hidu! yang baik* %ebagai

ontoh,"ika aluminium beka da!at diolah kembali eara e.ekti.,maka hanya

di!erlukan e!erdua!uluh dari energy untuk mengolah aluminium !rimer

dari bi"ih etia! tonnya,dan bumi tidak !erlu dikeruk untuk menambang bi"ih*

A!akah hakekat bahan ituE (ahan4bahan adalah benda dengan i.at2nya

yang kha diman.aatkan dalam bangunan, mein,!eralatan atau !roduk*

2.2. Tujuan Pembelajaran Khusus

1* ahai+a mam!u men"elakan hakekat bahan khuunya bahan teknik*

2*ahai+a da!at mengenal dan men"elakan berbagai i.at bahan

teknik*

3*ahai+a da!at mengenal,memilih,menentukan dan menggunakan

bahan euai dengan i.at2 bahannya*

2*3* -egiatan (ela"ar

2.3.1. Pengenalan Jenis Bahan

Mat%ial T%knik aterial atau bahan4bahan adalah benda yang

dengan i.at4i.atnya yang kha diman.aatkan dalam bangunan, mein,

!eralatan, atau !roduk* Termauk didalamnya logam,keramik,emi

konduktor,!olimer :!latik;,gela,dielektrik,erat,kayu,!air,batu dan berbagai

kom!oit* Diba+ah ini terda!at tabel !engelom!okkan bahan2*


14/133

Ta%l '.).$. P%ng%l0m/0kkan ahan'

(ahan makanan

Obat4obatan

Tanaman

Di!ela"ari dalam ilmu biologi dan

!ertanian

(ahan bakar

inyak

a

(atubara

Di!ela"ari dalam teknologi mineral

dan geologi

#ogam

Polimer

-eramik

-om!oit

Di!ela"ari dalam ilmu dan teknologi

bahan

'.).$.$.K0m/0sit.

K om!oit adalah uatu kombinai dari ekurang4kurangnya dua "eni bahan:di!iahkan oleh uatu bata yang nyata; yang menghailkan i.at yang tidak

ditemukan dalam uatu bahan eara endiri* (eton bertulang meru!akan

kom!oit yang terdiri dari bei beton dalam matrik beton*%elain itu,badan

!erahu layar dibuat dari !latik yang di!erkuat oleh erat gela :7RP4.iber

rein.ored !lati;*

'.).$.'.P0lim% .

Nama teknik untuk !latik adalah !olimer* >aitu molekul yang bear atau

makro molekul yang terdiri dari atuan yang berulang molekul keil atau

mer* Polimer ukar membentuk krital oleh karena molekul yang bear dan

bukan atom tunggal yang mudah diuun men"adi truktur yang teratur*

%elain itu,molekul2nya mem!unyai ikatan antar molekul yang kurang kuat*

P%k%-aan1tugas ahli t%knik %eorang ahli teknik mengubah bahan dan

energy men"adi !roduk yang berguna* Dalam uahanya ini ia akan

memilih bahan dengan i.at yang o!timum*


15/133

Diba+ah ini adalah tabel !engelom!okkan bahan dengan i.at2nya*

Ta%l '.).' K%l0m/0k Bahan D%ngan "i&at'nya.

K%l0m/0k ahan K0m/0n%n utama "i&at khas

#ogam

:metal;

Atom4atom logam e!erti

bei :7e;

-era, dutile,

konduktor

Polimer

:!lati;

nur4unur organik e!erti

inyl hloride yg

membentuk P


16/133

'.).'.'. "i&at &isis %i.at .ii adalah i.at yang dimiliki oleh emua bahan

yang ada eara alami :i.at 'keadaan) .iiknya; mialnya B

; (erat "eni, maa "eni, berat

; am!u alir :daya rambat;, !ana, litrikF**

; Dimeni atau ukuran :!emuaian dan !enyuutan;, bentuk :ga, !adat, air;

; Perubahan .aa oleh tem!erature, mialnya titik beku, titik air, titik didih, titik

inter*

; Diterima oleh indra mialnya +arna, raa, mengkila! dan ebagainya*

'.).'.). "i&at kimia %i.at kimia adalah i.at yang di!engaruhi oleh uatu

reaki kimiaialnya, tahan karat, koroi, !ana, dingin,F*

'.).'.*. "i&at t%kn0l0gis %i.at teknologi adalah i.at yang di!engaruhi oleh

'teknik !engolahan atau !roe !enger"aan), mialnya

; am!u la +eldability

; am!u !emeinanmahinability, :mam!u !otong, e!erti B bor, .rai, bubut,

gerinda;

; am!u bentuk.ormability, :oining, dee!4dra+ing, blanking, eGtrution;

; am!u tem!amalleable :.orgeability;

; am!u oratability

; am!u inter :!roe !o+der metalurgi;F

'.).'.+. "i&at m%tal0ga&is %i.at metalogra.i adalah i.at yang di!engaruhi

oleh uunan 'mikrotruktur) !ada bahan terebut mialnya,

; Perliti B :lunak, elongationnya tinggiFF;

; 7eriti :lunak, elongationnya rendah, mudah !atahra!uh;

; #edeburuti, :tahan karat, anti magnetiFFF*;

; Auteniti, : agak kera, elongationnya rendah, mudah !atahgeta, tahan

okidai;


17/133

'.).). Latihan dan Tugas

1* Jelakan a!a yang dimakud dengan bahan E Ada bera!a "eni

bahan dialam,ebutkan E

2* A!a yang dimakud dengan material teknik E (erikan ontohnya H

3* A!a tuga eorang ahli teknik E

5* enga!a !enting mem!ela"ari i.at2 bahan E

6* A!a yang dimakud dengan i.at2 bahan berikut ini

4 %i.at .ii

4 %i.at mekani

4 %i.at kimia

4 %i.at teknologi

4 %i.at metalogra.i

8* A!a yang dimakud bahan 4 kom!oit

4 !olimer

'.*. Rangkuman

1* Bahan(ahan adalah benda dengan i.atnya yang kha diman.aatkan

dalam bangunan,mein,!eralatan atau !roduk*

2* (ahan4bahan da!at beraal dari alam atau dibuat* (ahan beraal dari alam

mialnya logamB bahan bakar :minyak B ga dan batu bara;Btanaman dll*

%edangkan bahan yang dibuat mialnya,!olimer,kom!oit,karet buatan dll

3* K0m/0sit adalah uatu kombinai dari ekurang4kurangnya dua "eni

bahan :di!iahkan oleh uatu bata yang nyata; yang menghailkan i.at

yang tidak ditemukan dalam uatu bahan eara endiri* ?ontoh .iber

gla :erat gela yang mem!erkuat !latik; B beton bertulangB ban

mobildll

5* P0lim% adalah molekul yang bear atau makro molekul yang terdiri dari atuan

yang berulang molekul keil atau mer* ?ontoh P


18/133

4 i.at .ii

4 i.at kimia

4 i.at metalogra.i

9* "i&at m%kanis 2 %i.at mekani adalah i.at yang mengkaitkan bagaimana

bahan akan bereaki terhada! ariai beban yang dikenakan* %i.at ini

ering lebih !enting bagi ahli teknik dalam memilihmenentukan bahan

yang akan di!ergunakan*

/* "i&at &isis %i.at .ii adalah i.at yang dimiliki oleh emua bahan yang

ada eara alami :i.at 'keadaan) .iiknya; mialnya B berat

"eni,berat,mam!u alir :daya rambat;,!emuaian,!enyuutan,titik

beku,titik air,+arna,raa,mengkila! db*

@* "i&at kimia %i.at kimia adalah i.at yang di!engaruhi oleh uatu reaki

kimia. ialnya, tahan karat, koroi, !ana, dingin,F*

10* "i&at t%kn0l0gis %i.at teknologi adalah i.at yang di!engaruhi oleh

'teknik !engolahan atau !roe !enger"aan), mialnya mam!u

la,mam!u !ermeinan,mam!u bentuk,mam!u tem!a,mam!u or dll*

11*"i&at m%tal0ga&is %i.at metalogra.i adalah i.at yang

di!engaruhi oleh uunan 'mikrotruktur) !ada bahanterebut mialnya .eriti,!erliti,ledeburiti,auteniti*

'.+. Da&ta Pustaka

1.Priciple of Material Science and Engineering ,By. William D.Calister,Jr

2.Material Science And Engineering An ntrod!ction .By" William D.Calister

,Jr #. Pengeta$!an Ba$an %e&ni& 'le$ " S!rdia % dan Saito S.

(. lm! dan %e&nologi Ba$an )lm! *ogam dan B!&an *ogam+,'le$ "

r.Sriati Daprie,M.E.,M.Met


19/133

MOD#L '

"i&at(si&at M%kanik Bahan T%knik

).$. P%ndahuluan

Seorang ahli teknik mengubah bahan dan energy men"adi !roduk yang

berguna* Dalam uahanya ini ia akan memilih bahan dengan i.atnya yang

o!timum* Oleh karena itu dalam bab ini akan di!erkenalkan bebera!a i.at

mekanik bahan teknik yang !erlu diketahui oleh eorang ahli teknik*Dalam

bab ini akan diberikan !ula uraian ingkat mengenai !enya"ian

data,ariainya dan ketelitian !erhitungan*

3.2. Tujuan Pembelajaran Khusus

1* ahai+a mam!u men"elakan i.at2 mekanik bahan teknik dan

a!likainya terutama !ada bidang teknik mein*

2* ahai+a mam!u menghitung nilai2 yang meru!akan i.at

mekanik bahan teknik*

3* ahai+a mam!u mengidenti.ikaikan i.at2 mekanik bahan teknik

melalui kura yang dihailkan*

3*3* -egiatan (ela"ar

).).$. K%k%asan 3Hadn%ss4

Hardne :kekeraan; adalah i.at bahan yang angat !enting teta!i

ukar dide.iniikan*

De.inii4de.inii kekeraan


20/133

; -ekeraan adalah kemam!uan uatu bahan menahan gorean :rath

hardne tet;

; -ekeraan adalah kemam!uan uatu bahan untuk menahan era!an

energy diba+ah beban im!ak* -ekeraan diukur berdaarkan tingginya

!antulan :leroo!e hardne tet;

; -ekeraan adalah ketahanan bahan terhada! !enetrai elati

:durometer hardne tet;

; -ekeraan adalah ketahanan bahan terhada! indentai !lati :teta!;

:(rinell,


21/133

Angka kekeraan bahan yang diu"i atu angka lebih keil dari bahan

!enggorenya*

).).$.'. "5l%0s50/% hadn%ss t%st

Gama ).).$. Alat u-i k%k%asan "5l%0s50/%

-ekeraan dide.iniikan ebagai kemam!uan uatu bahan untuk menahan

era!an energy diba+ah beban im!ak* -ekeraan diukur berdaarkan

tingginya !antulan*

).).$.). Du0m%t% hadn%ss t%st

-ekeraan dide.iniikan ebagai ketahanan bahan terhada! !enetrai elati*

ntuk mengetahui kekeraan !ermukaan ban karet da!at diukur dengan

menggunakan Durometer*


22/133

Gama ).).'. Alat u-i k%k%asan Du0m%t%

).).$.*. Bin%ll Hadn%ss T%st

-ekeraan dide.iniikan ebagai ketahanan bahan terhada!

indentai !lati :teta!;*

Bin%ll hadn%ss t%st aterial yang ingin diketahui kekeraannya ditekan

dengan indentor dari bola ba"a yang dikerakan, ukuran diameter dalam

mmK,

lama !enekanan antara 10 d 16 detik* $arga kekeraannya (rinell :($N L

harga kekeraan (rinell;

A

-

.B =

7 L aya !enekanan :-g;

A L #ua lekukan beka !i"akan bola ba"a :mm2;

ambar 3*3*3* ambar beka !enekanan u"i kekeraan (rinell

A L Dh mm2K


23/133

-arena diameter yang angat keil, mengukur lua lekukan beka !i"akan

bola ba"a "adi ukar, oleh karena itu rumu luaan A !erlu dimodi.ikai*

h L 2D

( M

dari Pythagora,

M L

22

2

d

2

D

−

L( )22 dD

2

1−

L

( )

2

dD 22 −

A L D

( )

−−

2

dD

2

D 22

=

( )2

dDDD 22 −−

%ehingga harga kekeraan (rinell,

( )( )22 dDDD27

($N−−

=

D L diameter bola mmK

d L diameter lekukan beka !i"akan bola ba"a mmK

Dengan demikian harga kekeraan brinell da!at dihitung dengan terlebih dulu

mengukur diameter lekukan beka !i"akan bola ba"a* #ekukan beka !i"akan

bola ba"a yang angat keil diba+a !anaran ahaya, di!erbear, dan diterima


24/133

layar* Dengan demikian bayangan lekukan beka !i"akan bola ba"a da!at

diukur !ada layar dengan kala yang euai !erbearannya**

?ontoh oal

Diameter bola ba"a yang di!ergunakan, DL 1 mmK (eban !enekanan, 7 L 30 -gK

Dari hail !engukuran diameter lekukan beka !i"akan bola ba"a !ada layar,

d L 0,9 mmK*

aka harga kekeraan,

( )( )

−−

=22 0,911*1

2*30($N

L 88,/ $(K 89 $(K

Ini adalah harga kekeraan minimum untuk beban 30 -gK, dimana d L 0,9

mmK meru!akan diameter lekukan makimum* A!likai !engu"iannya untuk

material B ba"a, bei tuang, dan lain ebagainya*

$arga kekeraan material akan ama bearnya "ika diu"i dengan

menggunakan bola ba"a berdiameter 10 mmK aalkan bear beban yang

di!ergunakan ebear 3000 -gK* Dida!at dari beban berbanding diameter

k+adrat adalah kontan,

2D

7

= kontanntuk diameter bola ba"a 1 mmK dan 10 mmK

2

10

10

2

1

1

D

7

D

7=

710 L

2

102

1

1 DD

7

=

2

2 10

1

30

= 3000 -gK


25/133

).).$.+. 6i5k%s Hadn%ss T%st


26/133

Alat !enekanan :indentor;nya memakai !yramid intan dengan udut

!unak antara dua ii yang berhada!an 1380* ?ara !engu"ian


27/133


28/133


29/133


30/133

Dalam indentai :di; untuk u"i kekeraan (rinell ama dengan dalamnya h,

:gambar !ada hal /;

di L h mmK

dalam indentai untuk


31/133

edangkan dalam indentai Rok+ell

kala $R? di L 100

2,0

:100 $R?; mmK

kala $R( di L 130

28,0

:130 $R(; mmK

kala $R di L 100

1,0

:100 $R; mmK


32/133

70nt0h /%hitungan8

1* Nilai kekeraan L 80 $R?

Dalam indentai L 100

2,0

:1004 80; L 0,0/ mmK

Tebal minimum !elat L 10 G 0,0/ mmK L 0,/ mmK

2* Nilai kekeraan L /0 $R(

Dalam indentai L 130

28,0

:1304 80; L 0,1 mmK

Tebal minimum !elat L 10 G 0,1 mmK L 1 mmK

).).'. Kuat Taik 3"t%ngth4

Jika kita ingin mendeain ebuah "embatan ebagai arana untuk

menyeberangi ungai,tentunya kita haru mengetahui material a!a yang

nantinya akan digunakanebagai bahan daar "embatan agar "embatan tidak

mudah runtuh,atau dengan kata lain kita haru mengetahui !ei.ikai

material e!erti a!a yang ook digunakan untuk membangun "embatan

terebut*%etelah mem!ertimbangkan berbagai "eni material, mialnya kita

memutukan untuk memilih material ba"a dengan !ertimbangan bah+a

material ba"a memiliki i.at mekani dan biaya yang ook untuk

membangun "embatan yang kuat* Namun, !ertanyaannya adalah material

ba"a yang manaE aterial ba"a mana yang memiliki i.at .iik yang !aling

ook digunakan untuk membangun "embatanE %angat banyak ekali "eni

material ba"a di dunia ini* ntuk men"a+ab !ertanyaan4!ertanyaan diata,

kita haru melakukan !engu"ian meruak :detrutie tet; !ada

"eni4"eni ba"a yang berbeda kemudian membandingkan

hailnya*

aterial logam memiliki i.at4i.at tarik :tenile !ro!ertie;

yang angat baik, oleh karena itu material ini ering digunakan

dalam a!likai truktural e!erti "embatan, dimana tenile !ro!ertie


33/133

memiliki !eranan yang angat !enting*Tenile !ro!ertie dari uatu logam

da!at membantu kita untuk menentukan material a!a yang ook untuk

membangun uatu "embatan atau a!likai keteknikan lainnya*(ebera!a

tenile !ro!ertie yang banyak digunakan ebagai bahan !ertimbangan dalam

memilih uatu material antara lain adalah Mod!l!s /o!ng :modulu

kekakuan;, /ield Stress :tegangan luluh;, %ensile Strengt$ :kekuatan tarik;,

dan 0!pt!re Strengt$ :kekuatan !utu;* %i.at4i.at terebut da!at

dihubungkan dengan kekeraan, mikrotruktur material, dan kandungan

karbon dalam ba"a :khuu ba"a karbon;* Dengan menghubungkan i.at4i.at

terebut dengan kom!oii dan mikrotruktur material, kita telah mena!ai

langkah !ertama dalam !roe !emilihan material dan !roe modi.ikai

material terebut*Dengan demikian, !engu"ian tarik angat berguna untuk

membantu kita dalam menyeleki material yang ook untuk egala maam

a!likai keteknikan dan da!at membantu mengembangkan teknik untuk

memodi.ikai material terebut untuk tu"uan tertentu*

(ebera!a nama logam enderung menon"olkan data untuk ke!erluan

!erhitungan kekuatan bahan mialnya %T 39, %T 52, %T 80, dan lain

ebagainya* 39, 52, 80, menyatakan kuat tarik makimum bahan dan angka

ini digunakan untuk !erhitungan kekuatan bahan dalam !eranangan*

).).'.$. #-i taik ahan

Pengu"ian tarik adalah !engu"ian yang beri.at meruak :detrutie

tet;, dimana !eimen dilakukan de.ormai hingga !utu dengan beban tarik

yang bertambah dengan !erlahan dan teru meneru eara

uniaGial:atu umbu !eimen;*%tandar !eimen !engu"ian tarik da!at

dilihat !ada ambar 3*3*6* %tandard diameter adalah 12,/ mm :0,6 inh;,

dimana !an"ang daerah tereduki haru minimal em!at kali dari


34/133

diameter,80mm :2Q inh; umumnya* %edangkan untuk gauge length

memiliki tandard nilai 60 mm :2 inh;*

Gama ). ).+* "tanda s/%sim%n /%ngu-ian taik d%ngan 50ss s%5ti0n

%%ntuk 5i5ula

ein u"i tarik di deain untuk mengelongai !eimen dalam la"u kontan,

erta eara imultan dan teru meneru menghitung beban yang dia!likaikan

!ada !eimen :menggunakan load ell; dan menghailkan elongai

:menggunakan ektenometer;* Out!ut dari !engu"ian tarik adalah kura(eban

eru =longai* Namun, untuk mengetahui tenile !ro!ertie, kita haru

terlebih dahulu merubah kura beban elongai men"adi kura %ngin%%ing

st%ss dan %ngin%%ing stain* %tre :tegangan; dan %train :regangan; da!at

dide.iniikan ebagai

Dimana L -ekuatanTegangan Tarik :!a;

7 L (eban yang dia!likaikan !ada bahan :N; Ao L Penam!ang melintang a+al bahan :mm;

Dimana L regangan

lf L !an"ang aat ter"adinya !atah :mm;

loL !an"ang gauge length a+al :mm;


35/133

Gama ).).,.* Ilustasi agaimana %an taik m%nghasilkan %l0ngasi9

dimana gais /utus(/utus m%nun-ukkan %ntuk s%%lum d%&0masi9 gais s0lid

s%t%lah d%&0masi

#ua !enam!ang benda u"i mula4mula :Ao; dan !an"ang benda u"i mula4mula

:#o; nilainya teta! !ada etia! benda u"i oleh karena itu kura tegangan teknik

:; terhada! regangan teknik :S; ebanding ebangun dengan kura gaya :7;

terhada! !ertambahan !an"ang :#;*

L Ao

1

7

Ao

1

, harganya teta! maka tegangan ebanding dengan gaya !enarikan

7

edangkan,

S L #o

1

#∆ ,ehingga regangan ebanding !er!an"angan,

S #∆

Oleh karena itu kura tegangan teknik :; terhada! regangan teknik :S;

ebanding ebangun dengan kura gaya :7; terhada! !ertambahan !an"ang

:#;*


36/133

).).'.'. "i&at(si&at P%ngu-ian Taik

(ebera!a i.at4i.at tarik :tenile !ro!ertie; da!at diketahui berdaarkan

!engu"ian tarik, antara lain

1* (ata Pro!orionalita

(ata !ro!orionalita meru!akan daerah bata dimana tegangan :tre;ndan

regangan :train; mem!unyai hubungan yang !ro!orional atu dengan yang

lainnya* %ehingga etia! kenaikan tegangan akan diikuti oleh !erubahan

regangan eara !ro!orional* Titik P !ada ambar 3*3*9*, meru!akan titik

bata !ro!orionalita*


37/133

ambar 3*1*9* -ura tre4train !ada logam yang menun"ukkan

de.ormai elati dan !lati, bata !ro!orional P dan kekuatan luluh

dihitung menggunakan metode o..et 0,002 dari regangan

2* (ata =lati

(ata elati meru!akan titik dimana tegangan yang diberikan akan

menyebabkan ter"adinya de.ormai !lati untuk !ertama kalinya atau

meru!akan tegangan terbear !ada daerah elati* Pada ebagian bear

material, bata elati mem!unyai harga yang mendekati atau ama dengan

harga bata !ro!orionalita*

3* Titik #uluh dan -ekuatan #uluh

Titik luluh adalah uatu titik dimana material akan teru terde.ormai tan!aadanya !enambahan beban* 7enomena ini hanya da!at terlihat !ada

material4material ulet tertentu* (ebera!a ba"a dan material lainnya

menun"ukkan i.at yang di!erlihatkan !ada Gama ).).'.'.a. Tranii

elati menu"u !lati angat terlihat yang diebut yield !oint !henomenon*

Pada titik u!!er yield, de.ormai !latik diiniiaikan dengan !enurunan

tegangan eara aktual* De.ormai teru berlan"ut dengan edikit .luktuai


38/133

diekitar nilai tegangan :tre; kontan yang diebut titik lo+er yield*

%elan"utnya tegangan meningkat dengan meningkatnya train*

Gama ).).:. Ku;a st%ss(stain yang m%nun-ukkan adanya &%n0m%na titik

luluh

-ekuatan luluh adalah tegangan dimana bahan mem!erlihatkan bata deiai

tertentu dari !ro!orionalita tegangan :tre; dan regangan :train;* Pada

ebagian bear material non .errou dan ba"a berkekuatan tinggi, .enomena

yield tidak terlihat, oleh karena itu dilakukan metode o..et e!erti yang

terlihat !ada amba 3*3*/* ari o..et meru!akan deiai tertentu dari

regangan, biaanya diambil 0,1U40,2U dari !an"ang elongai*

5* -ekuatan Tarik akimum

-ekuatan makimum adalah tegangan makimum yang da!at ditahan oleh

bahan berdaarkan !ada !erhitungan !erbandingan antara tegangan

makimum dan lua !enam!ang melintang a+al dari bahan*

Dimana maG L -ekuatan Tarik akimum :!a;

7maG L (eban makimum yang da!at dia!likaikan !ada bahan :N;

Ao L Penam!ang melintang a+al :mm;

Tegangan makimum ditun"ukkan dengan titik !ada ambar 3*3*@* (ahan

yang beri.at geta akan !atah tan!a menun"ukkan de.ormai, edangkan

bahan yang beri.at ulet akan teru berde.ormai hingga mele+ati titik ini*


39/133

ambar 3*3*@* -ura tegangan4regangan hingga !utu* Dimana titik

meru!akan kekuatan tarik dan titik 7 meru!akan kekuatan !utu* ambar

!eimen diba+ah kura menun"ukkan geometri yang terde.ormai !ada

berbagai titik e!an"ang kura*

6* -ekuatan Putu

-ekuatan !utu ditentukan dengan membagi beban yang digunakan aat

ter"adinya !utu dengan lua !enam!ang a+al* Pada bahan ulet, de.ormai

terlokaliir akan menyebabkan ter"adinya neking dan emakin menurunnya

beban yang dia!likaikan !ada bahan, maka lua !enam!ang bahan akan

mengeil !ula* Pada bahan ulet, kekuatan !utu memiliki nilai yang lebih

rendah dari kekuatan tarik makimum* %edangkan !ada bahan geta, nilai

kekuatan !utu ama dengan kekuatan tarik makimum* Perbandingan

kekuatan !utu untuk bahan ulet dan geta da!at terlihat !ada titik ( dalam

ambar 3*3*10*

-ekuatan !utu da!at dihitung dengan rumu

Dimana break L -ekuatan Putu :!a;

7 break L (eban yang dia!likaikan aat !utu :N;

Ao L Penam!ang melintang a+al :mm;


40/133

8* -euletan

-euletan meru!akan i.at mekani !enting lainnya* -euletan da!at

ditentukan dengan dera"at de.ormai !lati yang ter"adi* aterial yang

angat edikit atau tidak menun"ukkan ama ekali de.ormai hingga !utu

dinamakan material geta :brittle;, edangkan material yang menun"ukkan

de.ormai !lati hingga ter"adinya !utu dinamakan material ulet :dutile;*

-ura tegangan4regangan untuk material yang geta dan ulet da!at dilihat

!ada ambar 3*3*10*

ambar 3*3*10*-ura yang menun"ukkan "eni material geta dan ulet yang

diberi beban hingga !utu.

-euletan :dutility; "uga da!at diketahui eara kuantitati., yaitu dengan

menggunakan !eren elongai dan !eren reduki area*

P%s%n %l0ngasi meru!akan !erentai regangan !lati aat !utu, dihitung

dengan menggabungkan bagian bahan yang !atah, kemudian diukur

!an"angnya dan dikurangi dengan !an"ang a+al yang kemudian dibandingkan

dengan !an"ang a+al, atau dengan rumu

Dimana l. L !an"ang aat ter"adinya !atah :mm;

#oL !an"ang gauge length a+al :mm;


41/133

P%s%n %duksi a%a diukur dari lua !enam!ang minimum dari hail akhir

u"i tarik, atau dengan rumu

Dimana Ao L #ua !enam!ang a+al :mm3;

A. L #ua !enam!ang akhir :mm3;

9* odulu =latiita

odulu elatiita atau odulu >oung meru!akan ukuran kekakuan dari

material* %emakin bear harga odulu =latiita, maka emakin keil nilai

regangan elati yang ter"adi !ada regangan tertentu*

ambar 3*3*11* -ura tegangan4regangan yang menun"ukkan de.ormai liniar elati

odulu =lati dinyatakan dalam rumu

Dimana = L odulu =latiita :Pa;

L Tegangan :Pa;

L Regangan


42/133

odulu =latiita ditentukan oleh energi ikat antar atom, oleh karen itu

gaya ini tidak da!at diubah tan!a merubah truktur bear* $arga odulu

=latiita ditentukan oleh

4 Penambahan unur !aduan

4 Perlakuan !ana

4 Peker"aan dingin

4 Tem!eratur

4 (ebera!a harga odulu =latiita da!at dilihat !ada Tabel 2*1

4

Tabel 3* 1 odulu =latiita bebera!a material !ada tem!eratur ruang

N0 Mat%ialM0dulus Elastisitas

M/a $


43/133

unit olume yang dibutuhkan untuk menaikkan tegangan nol hingga ke

tegangan luluh*

odulu Reiliene da!at diketahui dengan menghitung lua diba+ah kura

tegangan4regangan hingga titik luluh*

Diaumikan daerah elati linear, maka

-emudian, da!at di"adikan

ambar 3*3*12* %kema yang menun"ukkan bagaimana odulu Reiliene

:ditun"ukkan oleh bagian yang berbayang; dihitung dari kura tegangan4

regangan*

@* -etangguhan


44/133

-etangguhan meru!akan kemam!uan uatu bahan untuk menyera! energi

hingga ter"adinya !utu* Dalam !raktiknya, ketangguhan diukur dari daerah

diba+ah kura tegangan4regangan* Oleh karena itu, +alau!un material geta

memiliki tegangan makimum dan tegangan luluh yang lebih bear, namun

memiliki ketangguhan yang lebih rendah dibandingkan material ulet e!erti

yang terlihat !ada ambar 3*3*10*

10* True %tre dan True %train

True tre diukur dalam membagi beban dengan lua !enam!ang aat

!embebanan berlangung, bukan !ada lua !enam!ang a+al* %edangkan true

train diukur dari !erubahan !an"ang dibagi !an"ang yang ter"adi

%edangkan untuk true train,

$ubungan antara engineering tre4train dengan true tre4train, da!at

dituangkan dalam rumu


45/133

ambar 3*3*13* Perbandingan kura tegangan4regangan engineering dankura tegangan4regangan true* Neking ter"adi etelah titik

).).'.). D%&0masi

Jika uatu batang ditarik dengan gaya 7, maka batang terebut akan

mengalami tiga taha! !erubahan yaitu B !ertama, dari titik O ke A, kedua dari

A ke (, dan ketiga dari ( ke ?* Pada taha! dari O ke (, batang berubah

eara berimbang dimana etia! aat dalam !roe !enarikan berlaku olume

teta!, Ao*#o L A1* #1* Pada taha! dari O ke A elain berlaku olume teta!

"uga bahan mam!u balik, "adi a!abila gaya !enarikan dihilangkan ukuran

bahan akan kembali ke ukuran mula, ini diebut d%&0masi %lastis*

%edangkan !ada taha! dari A ke ( ter"adi !erubahan teta!, bahan tidak

mam!u balik ke ukuran mula diebut d%&0masi /lastis s%agam* Pada titik

( ke ? !erubahan lua !enam!ang terlokaliir mulai dari titik ( hingga


46/133

bahan akan !utu di titik ?* %elama !roe !enarikan keadaan olume teta!

tidak berlaku lagi Ao*#o V A1* #1* Pada titik ( "uga meru!akan titik mulai

terbentuknya Nek :leher; dan bahan akan !utu di titik ?, d%&0masi 5a5at

).).'.*. J%nis Patahan P%ngu-ian Taik

De.inii !er!atahan adalah terbaginya material men"adi dua atau lebih

akibat adanya tegangan tati :kontan atau berubah !erlahan terhada!

+aktu; dan !ada tem!eratur yang relati. rendah diba+ah tem!eratur lebur

dari material terebut* Dalam !engu"ian tarik dikenal dua "eni !atahan yaitu

!atahan geta dan !atahan ulet* -lai.ikainya berdaarkan kemam!uan

material terebut untuk berde.ormai !lati* Jeni material ulet menun"ukkan

de.ormai !lati dengan !enyera!an energi yang bear ebelum ter"adinya

!utu* %edangkan, "eni material geta tidak menun"ukkan de.ormai !lati

dengan !enyera!an energi yang rendah* -ura tegangan4regangan yang

membedakan material geta dan ulet terlihat !ada ambar 3*3*10*

ambar 3*3*15* :a; Patahan angat ulet, :b; Patahan moderat, :; Patahan eta

1; Patahan let :dutile;

Patahan ulet memiliki iri kha tertentu baik eara

makroko!ik mau!un mikroko!ik* Patahan ulet eara makroko!ik da!at


47/133

dilihat !ada ambar 3*3*15 :a; dan :b;, ebagian bear logam ulet

ditun"ukkan !ada ambar 3*3*15 :b;*

?iri4iri !atahan ulet

a* enun"ukkan de.ormai !lati dengan !enyera!an energi yang bear

ebelum ter"adinya !utu*

b* emiliki bentuk !ermukaan !atahan u! and one

* emiliki bentuk !ermukaan !atah yang gela!, irregular, dan bererabut

yang menun"ukkan bah+a telah ter"adi de.ormai !lati

Gama ).).$+ Patahan ul%t yang %%ntuk 5u/ and 50n%


48/133

Gama ).).$,. #utan t%-adinya /%mukaan /atahan 5u/ and 50n%

a; Neking a+al

b; Pembentukkanlubang keil

c; Penggabungan lubang4lubang membentuk retakan

d; Pen"alaran retak

e* Patahan akhir yang membentuk udut 56o

2; Patahan eta :brittle;

Patahan geta "uga memiliki iri kha tertentu baik eara makroko!ik

mau!un mikroko!ik* Patahan geta eara makroko!ik da!at dilihat

!ada ambar 3*3*15 : ;

Ada!un iri4iri !atahan geta antara lain

a; Tidak menun"ukkan de.ormai !lati dengan !enyera!an energi yang

edikithingga ter"adinya !utu*


49/133

b; mumnya memiliki bentuk !ermukaan !atahan * J%nis /atahan g%tas yang %%ntuk &an lik% /att%n


50/133

).).). Kuat Punti

"i !untir dilakukan dengan tu"uan,

1; menentukan tegangan alir materil

2; menentukan bata luluh geer material

3; menentukan modulu elatiita geer :; material*

).).).$. T%gangan ali mat%ial

Ada baiknya kalau !roe !erenanaan kontruki dibandingkan dengan

!roe !erenanaan !roe !embentukan* %uatu kontruki dihara!kan da!at

menahan beban tan!a mengalami !erubahan bentuk yang !ermanen* ntuk

itu maka bata !aling ata tegangan yang beker"a adalah bata luluh bahan

:yield !oint;*

Dilain !ihak !roe !embentukan memang bertu"uan untuk memberikan

de.ormai !lati !ada material, ehingga untuk itu tegangan yang diberikan

haru mena!ai dan melam!aui bata luluh material yang di!roe* Dengan

lain !erkataan terhada! benda ker"a !erlu diberikan gaya agar tegangan yang beker"a mena!ai tegangan ehingga ter"adi de.ormai !lati*

Tahanan atau !erla+anan bahan terhada! de.ormai !lati

diebut tegangan alir * Tegangan alir material berkaitan dengan

kekuatan material, ehingga ini akan menentukan bearnya gaya

!embentukan yang di!erlukan*

Tegangan alir material da!at di!eroleh dari berbagai "eni !engu"ian, antara

lainB u"i tarik, u"i tekan, atau u"i !untir* %yarat !engu"ian yang da!at

digunakan untuk menentukan tegangan alir material adalah

; !engu"ian yang teliti

; da!at menghailkan tegangan yang bear

Didalam menentukan tegangan alir dengan menggunakan u"i tarik memiliki

kelemahan yaitu ter"adinya !enomena !engeilan !enam!ang etem!at dan

regangan yang di!eroleh relati! keil*


51/133

%edangkan u"i tekan, +alau!un da!at menghailkan regangan

yang bear, memiliki kelemahan yaitu ter"adinya .enomena

barreling* -euntungan u"i !untir adalah .enomena !engeilan

etem!at dan .enomena barreling tidak ter"adi, erta reduki yang di!eroleh

adalah uku! bear* %elain untuk menentukan tegangan alir, u"i !untir da!at

"uga digunakan untuk menda!atkan kura tegangan geer regangan geer

material*

).).).'. T%gangan g%s% dan %gangan g%s%

ambar 3*3*20* eometri "i Puntir (ahan

Dari geometri u"i !untir da!at dilihat bearnya tegangan geer dan regangan

geer berariai dari harga nol di!uat !eimen erta mena!ai harga

makimum !ada !ermukaan* (earnya regangan geer adalah

#

rtgX =φ=

Artinya, regangan geer !ada !eimen adalah ebanding dengan "ari4"ari

elemen yang ditin"au*

(earnya tegangan geer haru ditin"au !ada daerah elati dan daerah !lati

eara ter!iah* Pada daerah elati, bearnya tegangan geer adalah

ebanding dengan regangan geer, yang berarti "uga akan ebanding dengan

"ari4"ari elemen yang ditin"au* Pada kondii de.ormai elati ini bearnya

tegangan geer !ada !ermukaan !eimen ilindri adalah

3

T

5

T

!

Tmak*

d32d

*

I

*R ===

Pada daerah !lati, tegangan geer tidak lagi ebanding dengan regangan

geer* Akibatnya bearnya tegangan geer tidak lagi linier terhada! "ari4"ari

elemen, ehingga !eramaan diata tidak berlaku lagi untuk de.ormai

!lati. ntuk menghitung bearnya tegangan geer !erlu digunakan metoda

yang dikembangkan oleh Nadai ebagai berikut

ial udut !untir !er atuan !an"ang L # L Y, ehingga regangan

geer,


52/133

L r Y

%edangkan bearnya momen !untir,

dr rr*2ZZ*rdA00r

T =

==

dr Z*r 20

T =

Didaerah elati, tegangan geer tidak lagi linier terhada! regangan geer*

eki!un demikian, bearnya tegangan geer teta! tergantung regangan

geer

L .:;

-arena, r L Y maka,

( )

=0

TW[W[

X. 2

( (=0

T dXXX. 2W[*

a L regangan geer di !ermukaan !eimen L aY

Jika diganti aYdan dide.ereniaikan terhada!Ymaka,

( )( ) ( ) ( ) ( ) ( )[2322[3

T[ aW. W[a2W[aaW. a2W[*

dW==

(earnya tegangan geer !ada !eimen da!at dinyatakan

a L . :aY;

( ) aZW[a2dW

* 3[

T =

Atau,

3 T :Y;2 \

( )[

T3

dWW[

L 2a3 :Y;2 a

Jadi tegangan geer !ada !ermukaan !eimen da!at dinyataan dalam

!eramaan berikut

+= T[T

3 3dW

W[a2

Za


53/133

Pada diagram momen !untir terhada! udut !untir,

[

T

dW L kemiringan gari inggung !ada kura*

Dengan demikian, maka tegangan geer !ada !ermukaan !eimen da!at

dihitung ebagai berikut,

( )3?D(?a2

Za3

+=

*

ambar 3*3*21* Diagram omen !untir terhada! udut !unter

).).*. Kuat Pukul 3Kuat Im/ak4

Pada a!likai rekayaa,bahan baku dikenakan beban dinami e!erti

1* =k!erimen beban ke"ut atau !embebanan yang meningkat eara

bertaha!*

2* Pemberian dan menghilangkan beban yang eara bergantianberulang4

ulang*3* Pemberian beban ]tenionY ke ]om!reionY

"i im!ak adalah alah atu metode !engu"ian yang di!ergunakan untuk

menganalia akibat !emberian beban dinami !ada bahan* %elain itu

!engu"ian ini dilakukan karena

; De.ormai bahan tem!eratur rendah

; #a"u regangan tinggi

; -eadaan tegangan tiga umbu

Ada 2 metode tandard dalam u"i im!ak,yaitu

?har!y

ICod


54/133

(atang u"i yang diberi takik di!atahkan dengan atu !ukulan* (ear

energi !ukulan ditentukan dari bear maa !alu :bandul; dan tinggi

kedudukan mulanya* (atang u"i haru !atah ehingga kedudukan akhir dari

ayunan bandul da!at diketahui*

ambar 3*3*22* Pengu"ian !ukul dengan metode ?har!y

Jika bandul mengayun tan!a mematahkan benda u"i maka kedudukan akhir

ayunan etinggi h1 dan "ika mematahkan benda u"i kedudukan akhir etinggi

h2*

Jika maa bandul atau !alu adalah m maka, mg:h04 h1; adalah energi

hambatan gerakan ayunan bandul elan"utnya diebut energi geek* Dengan

demikian mg:h04 h2; adalah energi total yaitu energi yang dibutuhkan untuk

mematahkan benda u"i ditambah energi geek* %edangkan energi yang

dibutuhkan untuk mematahkan benda u"i,

= bu L =total =geek


55/133

L mg:h04 h2; 4 mg:h04 h1;

= bu L mg:h14 h2;

-ekuatanharganilai !ukul:im!ak; adalah bear energi yang dibutuhkan untuk

mematahkan benda u"i dibagi luaan !enam!ang diba+ah takik*

A N bui =

"oulemm2K

#ua !enam!ang diba+ah takik,

A L a G b mm2

K

Gama ).).'). Gama %nda u-i yang di%i

takik

).).*.$. Tansisi k%tangguhan

1; (a"a yang dibebani !erlahan4lahan da!at !atah ulet teta!i !atah ra!uh bila

dibebani beban ke"ut:im!ak;* Ini diebabkan tidak ada keem!atan bagi ba"a

untuk berde.ormai !lati*

2* Pada uhu rendah retak da!at merambat lebih e!at dari!ada ter"adinya

de.ormai !lati* Ini berarti energi yang diera! edikit

3* Pada uhu tinggi, retakan didahului oleh

de.ormai yang memerlukan

energi


56/133

Gama ).).'*. Huungan antaa nilai /ukulan d%ngan suhu /%ngu-ian

%alah atu kegunaan !engu"ian !ukul adalah untuk menentukan keberhailan

uatu !engolahan !ana !ada bahan* (ahan4bahan tertentu akan mengalami

tranii dari geta ke liat a!abila tem!eratur dinaikkan atau

ebaliknya,melalui kura tranii dari geta ke liat atau ebaliknya*

).).*.'. En%gi yang diutuhkan untuk m%matahkan %nda u-i

Dalam !raktek rumuan = L mg:h04 h2; tidak da!at ditera!kan, karena tidak

mungkin da!at mengukur ketinggian h2* Oleh karena itu rumuannya !erlu

diubah men"adi dalam bentuk udut*

Gama ).).'+.

P0sisi andul1/%ndulum s%t%lah m%matahkan %nda u-i

:h04 h2; L h L >2\ >0 L #o^2 \ #o:1/0_4 ^0; L #`o^2 \ o:1/0_4 ^0;

L#:o^2 o ^0;

Dengan demikian kuat im!ak bahan adalah,

A

o^mg ô N 01i

−=

70nt0h,

ein u"i im!ak mem!unyai maa !endulum 5,6 -gK* Jika !endulum

ditem!atkan !ada ketinggian 0,3 mK, lalu dile!a mengayun a* tan!a

mematah4kan benda u"i dan b* mematahkan benda u"i :ukuran !enam!ang

diba+ah takik 2 G 12 mmK;, !endulum mengayun !ada ketinggian maing4

maing 0,2@ mK dan 0,20 mK*

TentukanB


57/133

1; bear energi geek "ouleK

2; harga im!ak benda u"i -"m2K

3; ketinggian !endulum mengayun mK, "ika dile!a dari ketinggian 0,26 mK

dan mematahkan benda u"i yang mem!uyai kekuatan im!ak ama dengan

!oint 2* bear energi geek ama :teta!; dan kee!atan !ukulan tidak

ber!engaruh terhada! kuat im!ak*

Ja?a2

1* (ear energi geek,

=geek L m g :$0 $1;

L 5,6 -gK * @,/1mdet2*:0,3mK 0,2@ mK; L


58/133


59/133


60/133

untuk benda u"i yang mem!unyai tegangan ebear 21 Nm2K, 2/

Nm2K,dan 36 Nm2K, dengan teregang teta! :kontan; lama kelamaan

:euai +aktu; bearnya tegangannya menurun* ?ontoh ke"adian ini da!at

dilihat !ada karet gelang yang etelah bebera!a lama dile!a ebagai

!engikat buku* -aret gelang tidak da!at kembali ke bentuk mula oleh karena

itu karet gelang tidak mam!u mengikat buku ekuat ebelumnya*

).).+.'. R%laksasi 3/%ng%nd0an4

#a"u !engurangan tegangan ddt ebanding dengan tingkat tegangan%r dt

=

−

-ontanta ebanding r haru mem!unyai atuan +aktu dan diebut +aktu

relakai

r

t

%

=

diintegraikan

r %oln −=

r

t

e%o%−

=

bila t L r

0,39e%o=−=

Relakai tegangan meru!akan hail !ergerakan molekul oleh karena itu

!engaruh uhu terhada! relakai tegangan ama !engaruhnya terhada! di.ui*

&aktu relakai adalah kebalikan dari la"u,

k*Troln

r ln −=

= L energi aktiai !ergerakan atom JouleK


61/133

- L kontanta (oltCmannL13,/G10425 J-K

T L uhu -K

).).,. !atik

Logam akan akan retak a!abila dikenakan 'tre)dengan ariai yang

berulang4ulang,biaanya dikenakan diba+ah ]ltimate Tenile %trengthY dan

ge"ala ini dikenal dengan 'etal 7atigue)* -elelahan ter"adi !ada truktur

yang mengalami beban dinami atau .luktuai* ial !ada !ea+at

terbang,"embatan dan kom!onen mein*

-ekuatan tarik da!at di"adikan !edoman deign untuk

kontruki yang mengalami beban tati* ntuk mendeign

kontruki yang akan mengalami !embebanan dinami di!erlukan data bahan

hail !engu"ian .atik* aya yang da!at dibebankan !ada bahan dengan

!embebanan dinami "auh lebih rendah dari!ada beban tati*

Pada kontruki dan elemen mein yang menerima beban dinami,

tegangan yang ter"adi didalamnya akan berubah4ubah* (ila bearnyategangan yang berubah4ubah terebut melam!aui bata lelah material :.aticue

limit;, maka kontruki atau elemen mein akan ruak !ada kurun +aktu

tertentu* eki!un angat lua kemungkinan4kemungkinan ariai beban

yang timbul eara berulang4ulang teta!i itim !eriodik inuiodal da!at

digunakan untuk !engu"ian dan analia* 7aticue limit atau bata lelah

material da!at ditentukan dari !engu"ian lelah tarik4tekan, lentur, atau lentur

!utar terhada! bebera!a !eimen u"i* (eban yang diberikan !ada maing4

maing !eimen u"i dibuat berbeda4beda*


62/133


63/133

Jeni beban dinamik inuiodal ditun"ukan !ada gambar berikut

:a;* (eban tegangan bolak4balik :reered tre;

:b;* (eban tegangan berulang :re!eated tre;

:;* (eban tegangan tidak beraturan :random tre;

ambar 3*3*32* Jeni beban dinamik inuoidal

Range tegangan

σr L σmaG σmin

Tegangan am!litudo

σa L 2

Tegangan rata4rata

σr L 2

Pemakaian data hail u"i .atik dalam !eranangan kom!onen diuraikan

goodman dengan membuat gambar diagram e!erti diba+ah* ambar ini

diuun dari gambar bentuk beban dinamik inuiodal !ada bear tegangan

rata4rata meningkat bertaha! dari nol hingga ultimate tre* Range

tegangan dan atau tegangan am!litudo terbear ada !ada tegangan rata4rata

ama dengan nol* Pada tegangan rata4rata ama dengan ultimate tre range

tegangan dan atau tegangan am!litudo ini ama dengan nol*

ambar 3*3*33* ambar range o. tre :r; *mean tre:m;


64/133

Jika umbu ertikal diganti dengan alternating tre maka bentuk gambarnya

berubah men"adi e!erti diba+ah ini*

ambar 3*3*35* ambar alternating tre :a; *mean tre :m;

Jika mean tre, σm diangga! umbu G, alternating tre,σa diangga!

umbu y, edangkan G1 L 0, G2 L σu, y1L σ. ,dan y2 L 0 maka goodman line

adalah meru!akan !eramaan gari luru ,

.

. a

u

m

R00R −−

=−−

.

. a

u

m

RR −−

=

u

m. . a

R

RRR −=−

u

m. . aR

RRR −=

−=u

m. a

R1RR

Inilah !eramaan yang menggambarkan hubungan data hail u"i tarik dengan

.atik* ntuk mengakomodai !enda!at erber, yang mengemukakan bah+aebenarnya bentuk garinya lengkung :bentuk !arabola; maka !eramaan

terebut da!at dituli,

−=u

. R

RRa

Jika n L 1 oodman line

n L 2 erber !arabola


65/133

70nt0h s0al 2

%ebatang bahan diberi beban tarik akial 60 NK dan beban akial bolak4balik

100 NK* Jika .atik limit bahan 13 Nm2

K dan kuat tariknya 50Nm2

K*(era!a mmK diameter minimal batang agar tidak !atah akibat beban terebut

E* 7aktor reduki kuat .atik adalah 1,6 dan .ator keamanan 2,6*

Ja+ab

−=u

. aR

RR

22

aaa

d*

*,*

d*

**

A

R

π=

π==

22

aaa

d*

*,*

d*

**

A

R

π=

π==

π−=

π 22 50**d1

6,1d*

Jika,G

d*

*,2 =

π

G00d man9

n L 1

506,1G*/3,1089,/G*100 −=

G L 0,09/ L 2d*π d L 09/,0*π L 8,3/ mmK

G%%9

n L 2


66/133

506,1

2G50

89,/89,/G*100

−=

13,65 G 2 \ 100 G /,89 L 0

M1,2 L a2

a−−

;89,/*:65,13*51002 −−L 102,32

M L 65,13*2

,−

L 0,0/69 L2d*

*,

π d L 0/69,0**,

πL 8,0@ mmK

).).=. Latihan dan Tugas

1*Pengu"ian kekeraan Detrukti! ada bera!a maam yang audara ketahuiE

%ebutkan H

2* A!a yang audara ketahui tentang angka kekeraan (rinell E

3* A!a yang audara ketahui tentang angka kekeraan O$ E

5*enurut tandart Inggri :(% 250; tentang !engu"ian kekeraan,bera!a

!erbandingan antara gaya yang diberikan :7; dengan diameter !eluru

:D; E

6* A!a yang anda ketahui tentang angka kekeraan O$ E

8*%uatu benda u"i bia tergore oleh uartC teta!i tidak tergore oleh

.eld!ar* (era!a angka kekeraan menurut O$ E

9* Pelat ba"a tebal 1,2 mmK akan diu"i nilai kekeraannya dengan metoda

(rinell*

a* (era!a a"a bear beban dan ukuran diameter bola ba"a yang da!at

digunakanE


67/133

b* (era!a "uga !erkiraan nilai kekeraan terendahE

/* (era!a nilai kekeraan terendah yang da!at diukur !ada !elat ba"a tebal

1,8 mmK,

a* (erdaarkan metode brinell E

b* (erdaarkan metode


68/133

* (era!a PaK bear tegangan ebenarnya E

16* -a+at dari bahan ba"a yang dila!ii tembaga dikenai beban ebear

5962 NK ehingga timbul tegangan ebear 39/ PaK dan regangan

elatik ebear 0,25 UK*

a* (era!a bear maing4maing !raki olume ba"a dan tembaga E

b* (era!a mmK diameter ka+at dan bera!a mmK diameter ba"a E

* (era!a ne+ton beban yang mengenai maing4maing bahan E

18* >ang manakah diantara bahan4bahan yang !aling

a* -uat

b* #iat dari

(ahan U Peman"angan -ekuatan Tarik :Nmm2;

1* -uningan /0420

2* -uningan 80450

3* -uningan 90430

60

50

90

800

900

626

19* ambar diba+ah ini meru!akan kura tegangan4regangan engineering

untuk !lain arbon teel*


69/133

(erdaarkan kura , hitung i.at4i.at tarik material

a; ltimate tenile trength

b; >ield trength :o..et 0,2U;

c; odulu elatiita

d; odulu reiliene

e; Dutility :!eren elongai hingga !atah;

1/* Perhatikan kura Tegangan4Regangan untuk material kuningan :bra;

diba+ah ini* (erdaarkan kura tegangan4regangan* $itung

a; M0dulus Elastis

b; B%an 3l0ad4 maksimum yang da!at dito!ang oleh !eimen

berbentuk ilinder dengan diameter a+al 12,/ mm*

c; P%tamahan /an-ang !eimen yang memiliki !an"ang a+al

260 mm a!abila mengalami tegangan tarik ebear 356 Pa*


70/133

1@* Pendulum yang mem!unyai maa 8 -gK memukul benda u"i yang

mem!unyai kekuatan im!ak 1/0 -Jm2K dengan ukuran !enam!ang 2 G

10 mmK hingga !atah* Pan"ang lengan !endulum 0,8 mK* Jika

!enem!atan a+al !endulum !ada udut // O dari umbu ertikal*

%am!ai udut bera!a dera"at !endulum mengayun "ika

a* gerakan !endulum em!urna tan!a geekanE

b* bear energi akibat geekan ebear 0,5 JE

20* -a+at tembaga mem!unyai kekuatan luluh 330 PaK dan kekuatan tarik

360 PaK* Pertambahan !an"ang aat ditarik mena!ai kekuatan luluhnya

adalah 3 mmK dan aat mena!ai kekuatan tariknya 6 mmK*

aing4maing !ada aat kekuatan luluh dan kekuatan tarik

a* (era!a UK bear regangan teknik :nominal;nya E

b* (era!a UK bear regangan ebenarnya E

* (era!a PaK bear tegangan ebenarnya E

21* -a+at dari bahan ba"a yang dila!ii tembaga dikenai beban ebear 3920

NK ehingga timbul tegangan ebear 2@8 PaK dan regangan elatik

ebear 0,2 UK*

a* (era!a bear maing4maing !raki olume ba"a dan tembaga E

b* (era!a mmK diameter ka+at dan bera!a mmK diameter ba"a E

* (era!a ne+ton beban yang mengenai maing4maing bahan E

22* Pendulum yang mem!unyai maa 8 -gK memukul benda u"i yang

mem!unyai kekuatan im!ak 1/0 -Jm2

K dengan ukuran !enam!ang 2 G10 mmK hingga !atah* Pan"ang lengan !endulum 0,8 mK* Jika

!enem!atan a+al !endulum !ada udut /0 O dari umbu ertikal* %am!ai

udut bera!a dera"at !endulum mengayun "ika

a* erakan !endulum em!urna tan!a geekanE

b* =nergi geek 0,5 JKE

23* (atang ber!enam!ang bulat menerima momen bending ber.luktuai

minimum 0 dan makimum 623,8 NmmK* (era!a mmK diameter batang


71/133

minimum agar batang tidak !atah karena .atik E .aktor reduki kuat .atik

2 , .aktor keamanan 2,6 , .atik limit 18 Nm 2K, dan kuat tarik 50

N m2K*

25* (ron mem!unyai modulu elatiita ebear 110*000 Pa dan

kekuatan luluh ebear 16/ Pa,kuat !utu nominal 23/ Pa dan uut

!enam!ang ebear 35U* :a;* (era!akah regangan eungguhnya

ebelum ter"adi luluh E :b;* (era!a tegangan eungguhnya !ada aat

!atahE

26* Paduan Aluminium 8161 mem!unyai modulu elatiita :=; 90000 Pa

dan kekuatan luluh ebear 296 Pa :a;* (era!akah beban yang da!at

ditahan oleh ka+at berdiameter 2,96 mm tan!a ter"adi luluh E :b;* (ila

ka+at berukuran ama dan !an"ang 30,6 m diberi beban 55 kg,bera!akah

!er!an"angannya E

3*5* Rangkuman

(ebera!a i.at mekanik bahan teknik yang telah dibaha !ada modul 2 yaitu

-ekeraan

-ekuatan Tarik

-ekuatan Puntir

-uat Im!ak :Pukul;

?ree! :ulur;

7atigue

; -ekeraan adalah ketahanan bahan terhada! indentai !lati :kekeraan

(rinellB


72/133

; Pengu"ian tarik adalah !engu"ian yang beri.at meruak :detrutie tet;,

dimana !eimen dilakukan de.ormai hingga !utu dengan beban tarik

yang bertambah dengan !erlahan dan teru meneru eara uniaGial:atu

umbu !eimen;*

; Out!ut dari !engu"ian tarik adalah kura (eban eru =longai* Namun,

untuk mengetahui tenile !ro!ertie:i.at4i.at tarik;, kita haru terlebih

dahulu merubah kura beban elongai men"adi kura %ngin%%ing

st%ss dan %ngin%%ing stain*

; (ebera!a tenile !ro!ertie yang banyak digunakan ebagai bahan

!ertimbangan dalam memilih uatu material antara lain adalah M0dulus

0ung 3m0dulus k%kakuan4, i%ld "t%ss 3t%gangan luluh4, T%nsil%

"t%ngth 3k%kuatan taik4, dan B%aking "t%ngth 3k%kuatan /utus4*

%i.at4i.at terebut da!at dihubungkan dengan kekeraan, mikrotruktur

material, dan kandungan karbon*

; (ebera!a i.at4i.at tarik :tenile !ro!ertie; da!at diketahui

berdaarkan !engu"ian tarik, antara lain

; (ata Pro!orionalita

; (ata =lati

; Titik #uluh dan -ekuatan #uluh

; -ekuatan Tarik akimum

; -ekuatan Putu

; -euletan

; odulu =latiita

;odulu Reiliene

; -etangguhan

; True %tre dan True %train

; Jeni Patahan Pengu"ian Tarik

; Patahan let :dutile; berbentuk c!p and cone

; Patahan eta :brittle; memiliki !ermukaan !atahan yang

rata,terang dan enderung halu*

; "i !untir dilakukan dengan tu"uan


73/133

4 menentukan tegangan alir materil

4 menentukan bata luluh geer material

4 menentukan modulu elatiita geer :; material

; Tegangan alir material adalah tahanan atau !erla+anan bahan terhada!

de.ormai !lati*

; Regangan geer !ada !eimen adalah ebanding dengan "ari4"ari elemen yang

ditin"au*

; Pada daerah elati, bearnya tegangan geer adalah ebanding dengan regangan

geer, yang berarti "uga akan ebanding dengan "ari4"ari elemen yang ditin"au*

Pada kondii de.ormai elati ini bearnya tegangan geer !ada !ermukaan!eimen ilindri adalah

3

T

5

T

!

Tmak*

d32d

*

I

*R ===

; Pada daerah !lati, tegangan geer tidak lagi ebanding

dengan regangan geer* Akibatnya bearnya tegangan geer

tidak lagi linier terhada! "ari4"ari elemen, ehingga

!eramaan diata tidak berlaku lagi untuk de.ormai !lati*

; Tegangan geer !ada !ermukaan !eimen da!at dinyataan dalam

!eramaan berikut dWa2

; "i im!ak adalah alah atu metode !engu"ian yang di!ergunakan untuk

menganalia akibat !emberian beban dinami !ada bahan* %elain itu

!engu"ian ini dilakukan karena

;De.ormai bahan tem!eratur rendah

;#a"u regangan tinggi

;-eadaan tegangan tiga umbu

Ada 2 metode tandard dalam u"i im!ak,yaitu

; ?har!y

; ICod


74/133

; %alah atu kegunaan !engu"ian !ukul adalah untuk menentukan

keberhailan uatu !engolahan !ana !ada bahan* (ahan4bahan tertentu

akan mengalami tranii dari geta ke liat a!abila tem!eratur dinaikkan

atau ebaliknya,melalui kura tranii dari geta ke liat atau ebaliknya*

; $arga Im!akNilai Im!ak L =nergi yang digunakan untuk mematahkan

benda u"i dibagi lua !ermukaan benda u"i*

A

;o^mg#:o^ N 01i

−=

; ?ree!:mulur; adalah de.ormai yang ter"adi !ada bahan karena beban

tatik dan kenaikan uhu*

; Prilaku ree! ada 3 taha! yaitu ree! !rimer,ree! ekunder,ree!

terier* ?ree! !rimer yaitu a+al ter"adinya ree!,erta adanya

!erlambatan ree! karena adanya tahanan ree! atau 'train hardening)

; ree! ekunder :teady tate ree!;,la"u ree! kontan dengan +aktu yang

lama*%elain itu ter"adi reoery ehingga material men"adi lunak*

; ?ree! taha! ketiga :ree! terier; yaitu ter"adi la"u !ere!atan

ree!,ehingga men"adi ruak*

; ?ree! trength adalah tegangan yang menyebabkan de.ormai !lati

eara teru4meneru dengan kee!atan kontan :mial 10 4 5 U "am;*

; Ru!ture trength adalah tegangan yang menyebabkan !utunya bahan

akibat ree! etelah +aktu yang diberikan :mial 1000 "am;

; 7atik adalah keruakan logam karena beban dinami yang berariai dan

berulang4ulang

; 7atik limit :=ndurane limit; adalah bata leel tegangan dimana bahan

tidak !atah !ada bera!a!un "umlah iklu beban yang diberikan*

3*6*Da.tar Putaka

1.Priciple of Material Science and Engineering ,By. William -.Smit$


,Jr


75/133

#. Pengeta$!an Ba$an %e&ni& 'le$ " S!rdia % dan Saito S.

(. lm! dan %e&nologi Ba$an )lm! *ogam dan B!&an *ogam+,'le$ "

r.Sriati Daprie,M.E.,M.Met

. Smit$ W.-.,Principle of Material Science And Engineering,Mc.3ra45

ill,6e4 /or&,1789.

MOD#L )

"i&at !isik Bahan T%knik

*.$. P%ndahuluan

Bahan4bahan yang telah berbentuk akan memiliki e!erangkat i.at4

i.at4i.at kekuatan,kekeraan,daya hantar litrik,berat "eni,+arna dan

ebagainya yang memang di!ilih ehingga memenuhi !eryaratan

deain*Produk ini akan teta! memiliki i.at4i.at terebut,aalkan tidak ada


76/133

!erubahan truktur dalam bahan* Akan teta!i bila !roduk mengalami

!erubahan truktur akibat !enggunaannya,kita akan lihat bah+a i.at dan

!rilakunya akan berubah !ula*

*.'. Tu-uan P%m%la-aan Khusus

1* ahai+a mam!u men"elakan i.at2 7iik bahan teknik dan

a!likainya terutama !ada bidang teknik mein*

2* ahai+a mam!u menghitung nilai2 yang meru!akan i.at .iik

bahan teknik*

3* ahai+a mam!u mengidenti.ikaikan dan membedakan i.at2

.iik bahan teknik

*.). K%giatan B%la-a

*.).$. Massa J%nis Bahan

aa "eni :denity; uatu bahan adalah maa bahan !er atuan olume*

aa "eni :deniti; dari kom!oit berhubungan langung dengan "umlah

deniti dari maing4maing unurnya*

L φ1 * 1 + φ2 * 2 + ***********,

70nt0h2

(era!a maa "eni ba"a eutektoid :0,/ Ukarbon; "ika maa "eni karbida, ċ =

9,8 gm3

K E

P%ny%l%saian9

Reaki eutektoid,

0,/ U ?, \ ċ

? ? ?

b" eu* L φ * + φċ * ċ

^


77/133

ambar 5*3*1* %el atuan (?? :(ody ?entered ?ubi;

m L maa 2 atom yang terda!at !ada el atuan bei yaitu (??*

%edangkan maa 0,8022***G 1025 atom bei L maa atom bei gram L 68 gram

"adi m L

atom10250,8022***G

< L a3 a L 33 L 0,2/88 nm L 0,2/88G1049 m

a3 L :0,2/88G1049;3 L2,365 G 10423 m3

10G365,2 − gm3

ial ba"a eutektoid yang teredia mem!unyai maa 100 g

ambar 5*3*2* gambar diagram keetimbangan .aa bei4karbon

Dari diagram keetimbangan bei4karbon,

m L

g//g100 8,89

,,=×

−


78/133


79/133

Piau !otong karbida mengadung 80 U :olume; Ti? : ? L 0,/ Jg_? ; dan

50 U :olume; nikel* Tentukan ka!aita !ana !iau !otong dalam atuan

"g_?K dan Jm3 _?KE*

Penyeleaian,

? !i!ot L fTi? ?Ti \ f Ni ? Ni

Dalam atuan Jm3 _?K

fTi? L 0,8

f Ni L 0,5

Dari tabel

aa "eni Ti?, Ti? L 5,6 gm3

aa "eni Ni, Ni L /,@ gm3

?Ti L 0,/ Jg_? G Ti? L 0,/ Jg_? G 5,6 gm3 L 3,8 J _? m3

aa atom nikel L 6/,91L 6/,91 gmol

? Ni C

3 Ni gm

gmolm*a*Ni

moρ×

L

?gJ528,0gmol6/,91

mo O=

L 0,528 Jg_? 3gm/,@×=3,9@ J _? m3

? !i!ot L 0,8 3,8 \ 0,5 3,9@ L 3,898 J _? m3

Dalam atuan Jg _?K

Jika olume !iau !otong 100 m3

aka


80/133

? !i!ot L 0,53 * 0,/ \ 0,69 * 0,528 L 0,6/9 Jg_?

Atau

aa "eni !iau !otong,

!i!ot L 0,8* 5,6 \ 0,5* /,@ L 8,28 gm3

? !i!ot L3,898 J _? m3 L

3gm8,28

,

L 0,6/9 Jg_?

*.).). Daya Hanta Panas Bahan

Per!indahan !ana dari uatu tem!at ke tem!at lain akan mungkin bila

terda!at !erbedaan uhu antara kedua tem!at* Per!indahan !ana melalui

bahan !adat biaanya ter"adi oleh konduki*

ambar 5*3*3* gambar ke!ingan logam

Tin"au ke!ingan logam yang tebalnya ama dengan G*

ialnya uhu !ada kedua iinya adalah t2 dan t1, dan t2 t1 maka akan

ter"adi !er!indahan !ana dari ii dengan uhu t2 ke ii dengan uhu t1*

!er!indahan !ana eara ini diebut konduki

-oe.iien daya hantar !ana k adalah kontanta yang

menghubungkan aliran !ana dengan gradien uhu tG*

-oe.iien daya hantar !ana kombinai, - dilihat dari

uunan kombinai dan arah hantaran !ananya*


81/133

ambar 5*3*5* gambaran uunan kombinai bahan dan arah daya hantar

!ananya

a; Arah hantaran !ana e"a"ar dengan la!ian*

- L f1 - 1 \ f2 - 2 \ FF*

b; Arah hantaran !ana tegak luru la!ian,

***********- - - 2

2

1

1

?

++=

ntuk 2 !hae,

1221

21?

- - -

ϕ+ϕ=

* ntuk daya hanar !ana kombinai dari daya hantar !ana bahan di!eri,

- d dengan daya hantar !ana bahan kontinyu, - k

(ila - k - d, maka

( )d

dk ?

1- -

ϕ−≈

(ila - k - d, maka


82/133

2

70nt0h 2

Periai radiai dibuat dari erbuk timah hitam @0U:berat;K dalam !olitiren

yang ditekan diata Tg !olitiren* :a; hitunglah .raki olum timah hitamE :b;

bera!a maa "eni !eriaiE :; tentukan !ula konduktiita termalE

P%ny%l%saian9

mial dalam 100 g maa !eriai,

maa timah hitam L @0U G 100 g L @0 g


83/133

- k - d, maka

-onduktiita termal !eriai,

( )T$

T$

k !eriai 1- -

ϕ−≈

( )56,01,*

0,0000/- !eriai −≈

L 0,000298

mmmm

2

*.).*. Latihan dan Tugas

1* a* A!a yang anda ketahui mengenai maa "eni :denity; uatu bahan E

b* A!a yang anda ketahui mengenai ka!aita !ana uatu bahan E

* A!a yang anda ketahui mengenai daya hantar !ana uatu bahan E

d* A!a yang anda ketahui mengenai koe.iien daya hantar !ana :k;E

2* Piau !otong karbida mengandung 56 UK berat Ti? :ka!aita !ana 0,/

Jgr ?K ; dan 66 UK berat nikel * %elama !emakaian tem!eratur !iau

!otong terebut naik dari 20 o?K men"adi 300 o?K* (ila maa !iau

!otong 100 grK, daya hantar !ana nikel 0,0@ :&mm2;: ?mm;K,

a* (era!a grm3K maa "eni !iau !otong E

b* (era!a Jm3 ?K ka!aita !ananya E

* (era!a -JK "umlah !ana yang mauk E

d* Jika nikel meru!akan matrik, bera!a :&mm2;: ?mm;K daya hantar

!ananyaE*

*.*. Rangkuman

; (ebera!a i.at .iik bahan teknik yang telah dibaha !ada modul 3

yaitu

; aa "eni bahan


84/133

; -a!aita !ana bahan

; Daya hantar !ana bahan

; aa "eni :denity; bahan adalah maa bahan tb*!er atuan

olume

; aa "eni bahan am!uran :kom!oit; adalah "umlah denity dikali

.raki olume maing2 unurnya

; -a!aita !ana adalah !erbandingan antara !ana dengan hail kali maa dan

kenaikan tem!erature t*

; -a!aita !ana L tm∆

; Pana "eni :!ei.i heat; uatu bahan adalah !erbandingan antara

ka!aita !ana bahan terebut dengan ka!aita !ana air*

; -a!aita !ana untuk kebanyakan logam dan keramik mem!unyai nilai

ekitar 26 Jmol _? :atau 8 almol _?;*

; Per!indahan !ana eara konduki adalah !er!indahan !ana dari ii

dengan uhu t2 ke ii dengan uhu t1* :t2t1;

; -oe.iien daya hantar !ana k adalah kontanta yang menghubungkan aliran

!ana dengan gradien uhu tG*

; ntuk daya hanar !ana kombinai dari daya hantar !ana bahan di!eri, - d

dengan daya hantar !ana bahan kontinyu, - k

4 (ila - k - d, maka

( )d

dk ?

1- -

ϕ−≈

4 (ila - k - d, maka

+

21 d

*.+.Da&ta Pustaka


85/133

1.Priciple of Material Science and Engineering ,By. William -.Smit$


,Jr

#. Pengeta$!an Ba$an %e&ni& 'le$ " S!rdia % dan Saito S.

(. lm! dan %e&nologi Ba$an )lm! *ogam dan B!&an *ogam+,'le$ " r.Sriati Daprie,M.E.,M.Met

. Smit$ W.-.,Principle of Material Science And Engineering,Mc.3ra45

ill,6e4 /or&,1789.

MOD#L *

"i&at Kimia Bahan

+.$. P%ndahuluan

Pada modul 5 ini akan dibaha alah atu i.at kimia bahan yaitu koroi

atau karatan* -aratan adalah itilah yang diberikan mayarakat terhada!

logam yang mengalami keruakan berbentuk kero!o* %edangkan bagian

logam yang ruak dan ber+arna hitam keoklatan !ada ba"a diebut karat*

%eara teoriti karat adalah itilah yang diberikan terhada! atu "eni logam

a"a yaitu ba"a,edangkan eara umum itilah karat lebih te!at diebut koroi*

-oroi meru!akan !roe atau reaki elektrokimia yang beri.at

alamiah dan berlangung endirinya,oleh karena itu koroi tidak da!at


86/133

diegah atau dihentikan ama ekali* -oroi hanya bia dikendalikan atau

di!erlambat la"unya ehingga mem!erlambat !roe !eruakannya*

Dilihat dari a!ek elektrokimia,koroi meru!akan !roe ter"adinya tran.er

elektron dari logam kelingkungannya* #ogam berlaku ebagai el yang

memberikan elektron :anoda; dan lingkungannya ebagai !enerima elektron

:katoda;* Reaki yang ter"adi !ada logam yang mengalami koroi adalah

reaki okidai,dimana atom2 logam larut kelingkungannya men"adi io

dengan mele!akan elektron dari logam terebut* %edangkan dari katoda

ter"adi reaki dimana ion2 dari lingkungan mendekati logam dan menangka!

elektron4elektron yang teringgal !ada logam*

Dam!ak yang ditimbulkan koroi ungguh luar biaa* (erdaarkan

!engalaman !ada tahun4tahun ebelumnya, Amerika %erikat mengalokaikan

biaya !engendalian koroi ebear /0 hingga 128 milyar dolar !er tahun* Di

Indoneia,dua !uluh tahun lalu a"a biaya biaya yang ditimbulkan akibat

koroi dalam bidang indutri mena!ai 6 trilyun ru!iah* Nilai terebut

memberikan gambaran ke!ada kita beta!a bearnya dam!ak yang ditimbulkan

koroi dan nilai ini emakin meningkat etia! tahunnya karena belum

terlakananya !engendalian koroi eara baik di bidang indutri*Dam!ak

yang ditimbulkan koroi da!at beru!a kerugian langung dan kerugian tak

langung* -erugian langung adalah beru!a ter"adinya keruakan !ada

!eralatan,!ermeinan,atau truktur bangunan* %edangkan kerugian tidak

langung beru!a terhentinya akti.ita !roduki karena ter"adinya !enggantian

!eralatan yang ruak akibat koroi,ter"adinya kehilangan !roduk akibat adanya

keruakan !ada kontainer,tangki bahan bakar atau "aringan !emi!aan air

berih atau minyak mentah,terakumulainya !roduk koroi !ada alat !enukar

!ana dan "aringan !emi!aannya akan menurunkan e.iieni !er!indahan

!ananya dan lain ebagainya* (erdaarkan kondii lingkungannya,koroi

da!at diklai.ikaikan ebagai koroi baah yaitu koroi yang ter"adi

dilingkungan air,koroi atmo.erik yang ter"adi di udara terbuka dan koroi

yang ter"adi dilingkungan bertem!eratur diata 600o?*


87/133

+.'. Tu-uan P%m%la-aan Khusus

1* ahai+a mam!u men"elakan koroi

2* ahai+a mam!u menghitung maa,ketebalan bahan yang terkoroi

3* ahai+a mam!u mengidenti.ikai koroi yang ter"adi

5* ahai+a mam!u men"elakan ara !enanggulangan koroi

+.). K%giatan B%la-a

+.).$. K00si

Menurut di.inii klaik,koroi adalah reaki kimia atau

elektrokimia dari logam dengan lingkungannya* %eara

termodinamika,umumnya itim logam dengan lingkungan berair

atau udara tidak berada dalam keeimbangan*

Dengan ber"alannya +aktu,itim akan menu"u ke arah keetimbangan dan

logam akan membentuk okida logam atau enya+a kimia*

Pengertian umum koroi adalah

;Peruakan logam atau kontruki oleh !engaruh lingkungan

;Proe kimia diertai !er!indahan elektron

;%ebagai akibat !roe elektrokima

;%ebagai akibat !roe alamiah

-oroi mengakibatkan !enurunan i.at logam* Itilah koroi terbata !ada

erangan kimia !ada logam* -arat adalah itilah koroi bei dan !aduannya*

Proe koroi da!at ter"adi karena

;Adanya reaki elektrokimia antara logam dengan lingkungannya*

;Ter"adinya reaki anodik dan katodik

Reaki anodik da!at ter"adi karena adanya !ele!aan elektron dari logam*

Atom4atom logam mele!akan elektron,ehingga ion logam ber!indah ke

dalam lingkungan*


88/133

jn jn2\

#ogam jn

e4 $\ $2

e4 $\ $2

Gama +.).$. Reaki elektrokimia !ada koroi logam jn dalam larutan aam

Gama +.).'. gambar el elektro!lating

-oroi kebalikan dari !ela!ian* Anoda mengalami koroi* Prini! daar

ter"adinya koroi adalah karena adanya uatu aliran elektron* #ogam yang

teriolai eara litrik tidak mungkin terkoroi*


89/133

=lektron mengalir karena,

1* Adanya el

2* Ter"adinya reaki !ada katoda dan anoda

R%aksi kat0dik

1; Reduki ion logam n\ \ ne4

2; enerai $idrogen 2$\ \ 2e $2

3; Dekom!oii air 2$2O \ 2e $2 \ 2:O$;

4; Pembentukan $idrokil O2 \ 2$2O \ 5e 5:O$;

5; Pembentukan air O2 \5$\\ 5e 2$2O

Sel &orosi ada 3 yaitu

1* %el tegangan

2* %el kom!oii

3* %el konentrai

+.).$.$. "%l T%gangan

Pengaruh !enger"aan dingin !ada logam akan menyebabkan

bagian logam yang mengalami !enger"aan dingin mem!unyai atom4atom

yang tidak tabil :teregang atau terdeak;* Atom4atom yang tidak tabil ini

mudah terle!a demikian yang ter"adi !ada reaki anoda* Pada bagian logam

yang tidak mengalami !enger"aan dingin atom4atomnya tabil ehingga

men"adi katoda*


90/133

ambar 6*3*3* Daerah anoda dan katoda !ada logam yang ditekuk dan

kedudukan atom4atom !ada bata butir

Dimialkan diekitar !elat bei yang telah mengalami !enekukan terda!at

ion4ion $\* Ion4ion $\ ini mengitarinya lalu menubruk bagian katoda !elat

bei ehingga ter"adi reaki katodik,

2$\ \ 2e $2

Reaki ini membutuhkan 2 elektron yang diambil dari anoda ehingga ion

7e2\ terle!a :terkoroi; dari anoda dengan reaki anoda,

7e 7e2\

\ 2e

-edudukan atom4atom !ada bata butir tidak tabil, karena tem!at

kedudukannya da!at mengikuti truktur krital butir A dan butir ( dengan

demikian bata butir men"adi anoda edangkan katodanya adalah atom4atom

yang tem!at kedudukan tabil yaitu yang mem!unyai kii4kii krital utuh

!ada butir A atau butir (*

+.).$.'. "%l K0m/0sisi

%el kom!oii terbentuk bila terda!at dua "eni logam yang berlainan

kedudukan elektromoti.nya* #ogam yang kedudukan elektromoti.nya lebih

rendah men"adi anoda edangkan yang lebih tinggi men"adi katoda* %ebagai

ontoh kuningan yang membentuk el kom!oii tembaga dan eng* %eng

mem!unyai !otenial elektroda lebih rendah :lihat tabel !otenial elektroda;

dari!ada tembaga dengan demikian eng men"adi anoda dan tembaga men"adi

katoda* akin "auh !erbedaan nilai !otenial elektroda antara kedua logam

akan makin e!at !roe !engkoroian ter"adi* -uningan yang +arnanya


91/133

mengkila! etelah digook akan men"adi e!at buram dalam elang +aktu

bebera!a lama*

+.).$.). "%l k0ns%ntasi.

%el konentrai didaarkan !ada !eramaan Nert,

logC

0,06@2== 0 +=

0= adalah !otenial elektroda tandar ditentukan untuk unit konentrai ion

dalam larutan 1 molliter :1 molar;* %edangkan untuk konentrai ion ebear

, !otenial elektrodanya adalah =* dan imbol C meru!akan aleni dari ion*


92/133

Tabel 6*3*1* Potenial elektroda :26o? B 1;

Reaki etengah 4 el anoda

:arah !anah terbalik; untuk

reaki etengah el katoda

Potenial elektroda yang

digunakan oleh ahli

elektro4kimia dan ahli

koroi


93/133

-a+at tembaga yang kedua u"ungnya maing4maing berada !ada larutan

yang mengandung 0,03 mol ion ?u2\ !er liter dan 0,002 mol ion ?u2\ !er liter

maka !otenial elektroda maing4maing u"ungnya,untuk yang kontak dengan

larutan yang mengandung 0,03 mol ion ?u2\ !er liter,

0,03 log 2

0,06@20,35= ++=

L 0,2@6 <

dan yang kontak dengan larutan yang mengandung 0,002 mol ion

?u2\ !er liter

0,002 log 2

0,06@20,35= ++=

L 0,280 <

Potenial elektroda untuk larutan ener :0,002 molar; adalah 0,280 < lebih

rendah dari!ada !otenial elektroda untuk larutan yang !ekat :0,03 molar;

yaitu 0,2@6 < Dengan demikian u"ung ka+at yang berada !ada larutan ener

men"adi anoda dan akan terkoroi, edangkan u"ung ka+at yang berada !ada

larutan !ekat men"adi katoda, akan terlindungi*

%el konentrai yang !aling utama dan yang !aling banyak di"um!ai

adalah s%l k0ns%ntasi -%nis 0ksidasi, yaitu bila okigen yang terda!at dalam

udara da!at berentuhan dengan !ermukaan logam yang lembab* -oroi akan

ter"adi !ada bagian el yang kekurangan okigen* ial koroi yang ter"adi

!ada !intu bei atau !ada elah antara baut dan mur yang lembab*

ambar 6*3*5* Reaki koroi !ada !intu air dan baut,mur yang lembab


94/133

Okigen ukar larut dalam air ehingga bagian terdalam air akan kekurangan

okigen dan men"adi anoda* Okigen dan air yang menyentuh bagian ata

!intu air akan membutuhkan elektron ehingga ter"adi reaki katoda

O2 \ 2$2O \ 5e 5:O$;

=lektron terambil dari bagian ba+ah !intu air yang kekurangan okigen

ehingga ter"adi reaki anoda

27e 27e2\ \ 5e

Dengan demikian koroi elalu menyerang bagian dalam !itu air dimana

konentrai okigennya edikit* -e"adian eru!a ter"adi !ada !aangan baut

dan mur, okigen ukar mauk kedalam elah antara baut dan mur ehingga

bagian elah inilah yang terkoroi*

+.).$.*. Ra/at Aus K00si

ambar 6*3*6* %el elektroda 7e *$idrogen

=lektrolit keadaan tandar dengan anoda bei dan katoda hidrogen

dirangkai dengan olt meter, am!ere meter,dan ariabel reitor*

Jika ariable reitor diet !ada R L ohmK, rangkaian ter!utu, berarti ama

ekali tidak ada aliran aru yang mengalir dari katoda ke anoda* Pada !oii

ini am!ere meter menun"ukan


95/133

Gama +.).,. ra.ik hubungan antara !otenial elektroda:


96/133

0,18G1041/ am!*detel*K adalah bearnya muatan elektron*

Reaki !ada anoda 7e 7e2\ \ 2e

(anyak ion 7e2\ terkoroi L =+ K2el*7e

det*Kmel*10G1,262

21@

8,26* 101/7e2\*m2det

(ilangan Aogadro 8,022G1023 [7e2\*molK, "adi banyak mol ion terkoroi

:

=++

molK7e10G8,022

det*Km7e10G8,26223

221/

10,39/ G 10 4 8 mol*m2det*K

aa atom 7e tia! molL 68 gramK, banyak gram ion 7e2\ terkoroi

L 10,39/ G 10

4 8

mol*m

2

det*K G 68grammolK L 6/,12 G 10

6

gramm

2

det

aa "eni 7e L 9,// grm3K, olume ion 7e2\ terkoroi L

=−

K9,//grm

det*Kmgr*10G6/,123

26

93,968 G 10 8 m3m2det*K Tebal

terkoroi 93,968 G 10

82282

3333

mmmdet*10m

mmm*10m

L 93,968 G 10

@

mmdetikK

Tebal terkoroi tia! bulan L 93,968 G 10 @ mmdetK G 80 detmin*G 80

min*"am G 25 "amhari G 30 hari bulan L 0,1@ mmbulanK :la"u koroi !ada

tebal anoda;* Ini berlaku untuk lua anoda ama dengan lua katoda* Jika lua

anoda lebih bear dari lua katoda la"u koroi lebih lambat dan "ika lua

anoda lebih keil dari lua katoda la"u koroi lebih e!at* Ini haru "adi

!erhatian bagi orang teknik* ntuk ontoh diata, "ika lua anoda 10U dari

lua katoda maka la"u koroi men"adi 10U

mmbulanK0,1@

L 1,@ mmbulanK

Jika bahan yang terkoroi mialnya logam bei terelu! dalam air atau uatu

larutan ener,maka da!at dihitung maa bahan yang terkoroi dengan

menggunakan hukum 7araday yaitu


97/133

It

& L

n7

Dimana & L (erat logam dalam gram yang terkoroi dalam air atau larutan

ener dalam +aktu t detik

I L Aru yang mengalir dalam am!ere :A;

L aa atom logam :gmol;

n L Jumlah elektron yang dile!akan atau diterima !ada !roe tb*

7 L (ilangan 7araday :@8600 ?mol atau @8600 A**mol;

%eringkali koroi logam dalam larutan ditun"ukkan dengan kera!atan aru

:urrent denity; i yang terda!at dalam luaan A:m2;* Dengan mengganti I

dengan i A,!eramaan diata men"adi

iA*t*

& L

n*7

Dimana, i L kera!atan aru :Am!erem2;

A L lua :m2;

?ontoh

1* Tangki ba"a yang berbentuk ilinder,tinggi 1 m dan diameter 60 m berii ]

aerated +aterY dengan ketinggian 80 m dan menun"ukkan kehilangan berat

akibat koroi 305 gram etelah 8 minggu* $itunglah

:a;* Aru koroi

:b;* -era!atan aru :urrent denity; dalam tangki yang terkoroi* :Ter"adi

koroi !ermukaan !ada tangki bagian dalam;*

Ja+ab

&n7:a;* I L

t*

& L 305 g B n L 2 untuk 7e 7e2\ \ 2e4

7 L @8*600 A*mol *A* 7e L 66,/6 gmol

t L 8 minggu


98/133

t L 8 minggu :9hr*minggu; :25 "m*hr; :3800 dtk*"m*; L 3,83*108 dtk*

:305 g; :2; :@8600 A**mol;

I L L 0,2/@ A

:3,83G108 ; :66,/6 gmol;

:b;* -era!atan aru adalah i:Am2; L I:am!ere;#ua :m2;

#ua yang terkoroi !ada !ermukaan tangki L #ua dinding tangki \

lua ala tangki L Dh \ r 2 L :60 m;:80m; \ :26m;2 L

@520m2 \ 1@82 m2L 11*3/0 m2*

0,2/@ A

i L L 2,63G1046 Am2

11*3/0 m2

2* The +all o. teel tank ontaining aerated +ater i orroding at a rate o. 65,9

mdd* $o+ long +ill it take .or the +all thikne to dereae by 0,60 mmE

%olution

The orroion rate i 65

diktat teknologi bahan

Documents