8. teori dasar material

Teori Dasar

MODUL 0

TEORI DASAR MATERIAL

Material adalah segala sesuatu yang mempunyai

massa dan menempati ruang. Berdasarkan pengertian

tersebut maka material teknik adalah material yang

digunakan untuk menyusun sebuah benda dan digunakan

untuk perekayasaan dan perancangan di bidang teknik.

A.1 Klasifikasi Material

Berdasarkan sumbernya material dibagi atas dua

macam :

1. Material Organik

Material organik adalah material yang bersumber

dari alam berupa makhluk hidup dan dapat

dimanfaatkan langsung tanpa melalui proses

tertentu. Contoh : kayu, karet alam, dan batu

bara.

2. Material Anorganik

Material anorganik adalah material yang bersumber

dari alam selain makhluk hidup dan untuk

mendapatkannya harus diproses terlebih dahulu.

Material anorganik dibedakan atas 2 macam yaitu :

A. Logam

Logam adalah material yang mempunyai daya

hantar listrik yang tinggi dengan sifat

Kelompok 16 1

Teori Dasar

konduktor yang baik dan tahan terhadap

temperatur tinggi, mempunyai titik didih

tinggi, keras, mengkilap, tidak tembus cahaya,

dan dapat dideformasi.

Logam terdiri dari :

1. Ferro

Logam ferro adalah logam dengan unsur penyusun

utamanya adalah Fe (besi). Logam ferro terbagi

menjadi :

1) Baja

Baja merupakan logam dengan unsur penyusun

utamanya adalah Fe (besi) dan C (karbon)

dengan kadar karbon antara 0,02 % sampai 2,1

%. Baja ini terdiri atas :

a) Baja Karbon (Carbon Steel), terdiri dari :

Baja Karbon Rendah (Low Carbon Steel),

dengan kadar karbon 0,02 % ≤ C ≤ 0,2 %.

Contoh : plat dan paku.

Baja Karbon Menengah (Medium Carbon Steel),

dengan kadar karbon 0,2 % < C ≤ 0,5 %.

Contoh : roda gigi dan poros.

Baja Karbon Tinggi (High Carbon Steel),

dengan kadar karbon 0,5 % < C ≤ 2,1 %.

Contoh : spiral, dawai, dan cetakan

tempa.

Kelompok 16 2

Teori Dasar

b) Baja Paduan (Alloy Steel)

Baja paduan adalah baja yang diperoleh

dari pemaduan dua unsur atau lebih untuk

mendapatkan sifat mekanik tertentu yang

diinginkan, baja paduan dibagi atas :

1. Berdasarkan paduan

Baja Paduan Rendah (Low Alloy Steel),

kadar paduan ≤ 8%.

Baja Paduan Tinggi (High Alloy Steel),

kadar paduan > 8%.

Contoh : baja tahan karat (Stain Less Steel),

baja perkakas dan baja tahan gesek,

2. Berdasarkan kegunaan :

Baja tahan karat

Dengan penambahan Cr

Contoh : Stainless steel

Baja tahan aus

Dengan penambahan Mn

Contoh : Kuku eskavator

Baja tahan temperatur tinggi

Dengan penambahan Mo dan W

Contoh : Sudu turbin

Tool steel

Dengan penambahan Mo dan V

Contoh : Pahat karbida

Kelompok 16 3

Teori Dasar

2) Besi Cor (Cast Iron)

Besi cor merupakan logam dengan unsur

penyusunnya adalah Fe dan grafit yang kadar

karbonnya antara 2,1% sampai 6,67%.

Gambar A.1.1 Skema Pembentukan Besi Cor

Berdasarkan proses pembuatannya besi cor

terbagi atas :

a) Besi Cor Putih (White Cast Iron)

Besi cor putih merupakan besi cor yang

tidak mempunyai grafit dengan fasa α +

Fe3C. Didapat dengan pendinginan cepat,

sehingga banyak mengandung Fe3C. Hal ini

yang menyebabkan besi cor putih bersifat

keras dan getas dengan % Si < 1. Contoh:

roda kereta api, dan rolling mils

Kelompok 16 4

Teori Dasar

Gambar A.1.2 Besi Cor Putih

b) Besi Cor Kelabu (Gray Cast Iron)

Besi cor kelabu merupakan besi cor dengan

bentuk grafit berbentuk serpihan yang

terbentuk dari Fe3C yang terurai, bersifat

mampu meredam getaran, dan mempunyai

kekuatan tekan yang tinggi. Pembentukannya

sama dengan besi cor putih, perbedaannya

terletak pada laju pendinginan.

Contoh : konstruksi mesin jahit, blok

mesin, lampu hias, dan mesin bubut.

Berdasarkan fasa terbagi dua, yaitu :

Besi Cor Kelabu Perapian Putih (Ferritic)

berfasa α.

Terbentuk dengan pendinginan lambat.

Gambar A.1.3 Besi Cor Kelabu Perapian Putih

Besi Cor Kelabu Perapian Hitam

(Pearlitic)Berfasa α + Fe3C. Terbentuk

dengan pendinginan normal

Kelompok 16 5

Teori Dasar

Gambar A.1.4 Besi Cor Kelabu Perapian Hitam

c) Besi Cor Nodular (Nodular Cast Iron)

Gambar A.1.5 Skema Pembentukan Besi Cor Nodular

Bentuk grafit bulat, pembuatan dengan cara

besi cor dipanaskan kemudian ditambah Mg

(Nokulen) dan akan terbentuk gelembung-

gelembung udara yang nantinya akan diisi

oleh karbon dan memiliki keuletan yang

tinggi. Bersifat tahan beban tarik.

Contoh: roda gigi dan katup.

Berdasarkan fasanya terbagi dua, yaitu :

Besi Cor Nodular Putih fasa α. (Ferritic)

Terbentuk dengan pendinginan secara

lambat.

Kelompok 16 6

Teori Dasar

Gambar A.1.6 Besi Cor Nodular Ferritic

Besi Cor Nodular Hitam Berfasa α +Fe3C.

(Pearlitic)


cepat.

Gambar A.1.7 Besi Cor Nodular Pearritic

d) Besi Cor Maliabel (Melleable Cast Iron)

Besi cor yang diperoleh melalui proses

tempering yang mempunyai sifat keras dan

getas serta bentuk grafit seperti

bongkahan.

Contoh : spare part yang berukuran kecil.

Berdasarkan fasanya terbagi dua, yaitu :

Besi Cor Maliabel Putih berfasa α.

(Ferritic)


lambat.

Kelompok 16 7

Teori Dasar

Gambar A.1.8 Besi Cor Maliabel Putih

Besi Cor Maliabel Hitam Berfasa α +Fe3C.

(Pearlitic)


cepat.

Gambar A.1.9 Besi Cor Maliabel Hitam

2. Non Ferro

Logam non ferro adalah logam dengan unsur

penyusun utamanya selain Fe (besi) yang

dicampur dengan unsur lain.

Contoh : kuningan (Cu + Zn), alumunium, dan

brass.

B. Non Logam

Non logam adalah material dengan titik didih

rendah dan bersifat isolator, tidak tahan

temperatur yang tinggi, dan hanya sebagian tembus

cahaya. Material non logam terdiri dari :

a. Polimer

Polimer merupakan gabungan monomer-monomer yang

membentuk rantai hidrokarbon (C-H) yang panjang

yang terdiri dari :

1) Termoplastik

Kelompok 16 8

Teori Dasar

Termoplastik merupakan polimer dengan rantai

karbon lurus, tidak tahan temperatur tinggi,

dan berkekuatan rendah.

Contoh : plastik.

2) Termosetting

Termosetting merupakan polimer dengan rantai

hidrokarbon bercabang, tahan terhadap

temperatur tinggi, dan mempunyai stabilitas

yang tinggi.

Contoh : PVC (Poly Vinyl Chloride) dan melamin.

3) Elastomer

Elastomer merupakan polimer yang mempunyai

tingkat elastisitas yang tinggi dan rantai

karbon berbentuk jala.

Contoh : Karet alam.

b. Komposit

Komposit merupakan perpaduan dua unsur yang

terdiri dari matriks dan reinforcement, yang

masih memiliki sifat aslinya. Fiber sebagai

penguat dan matriks sebagai pengikat.

Kelompok 16 9

Teori Dasar

Gambar A.1.10 Kurva Tegangan Regangan Komposit

Berdasarkan matriksnya, komposit terbagi

menjadi :

1) Metal Matrics Composite (MMC) dengan logam

sebagai matriks.

Contoh : Body pesawat terbang

2) Ceramic Matrics Composite (CMC) dengan keramik

sebagai matriks.

Contoh : Tiang bangunan beton

3) Polymer Matrics Composite (PMC) dengan polimer

sebagai matriks.

Contoh : Ban

c. Keramik

Keramik adalah suatu material yang merupakan

perpaduan dua unsur atau lebih yang membentuk

sifat baru melalui proses pemanasan. Keramik

terbagi atas dua, yaitu :

Kelompok 16 10

Teori Dasar

1) Keramik Tradisional

Keramik tradisional adalah keramik yang

pembuatannya mengalami proses pemisahan

secara tradisional.

Contoh : gerabah, tembikar, dan ubin.

2) Keramik Modern

Keramik modern adalah keramik yang mengalami

proses kimia secara modern untuk mendapatkan

properties / sifat yang diinginkan.

Contoh : busi.

A.2 Struktur Mikro Material

Struktur mikro material terdiri atas :

1. Atom

Atom merupakan bagian terkecil dari material yang

tidak dapat dibagi lagi dengan reaksi kimia biasa.

2. Sel Satuan

Sel satuan merupakan gabungan dari beberapa atom

yang tersusun secara teratur dan berulang.

Jenis-jenis sel satuan antara lain :

a. Cubic

Sel satuan Cubic terdiri dari :

1) Body Centered Cubic (BCC)

Perhitungan APF dari BCC adalah

Kelompok 16 11

Teori Dasar

Gambar A.2.1 Body Centered Cubic

APF = =

n atom =

, maka :

APF = = = 0,68 = 68 %

2) Face Centered Cubic (FCC)

Gambar A.2.2 Face Centered Cubic

Perhitungan APF dari FCC adalah

APF = =

n atom =

Kelompok 16 12

Teori Dasar

, maka :

APF = = = 0,74 = 74 %

b. Hexagonal Closed Package (HCP)

Gambar A.2.3 Hexagonal Closed Package

Cara perhitungan APF dari HCP :

n atom =

volume sel satuan = luas alas x tinggi

tinggi = 1,633a

luas alas = 6 x luas segitiga

= 6 x (1/2 a x a sin 60)

= 6 x (1/2 a2 sin 60)

= 3a2 sin 60

Volume sel satuan = 3a2 sin 60 x 1,633a

= 4,899a3 sin 60

= 4,24a3

Kelompok 16 13

Teori Dasar

a = 2R, maka :

Volume sel satuan = 4,24(2R)3

= 4,24 x 8R3

= 33,94 R3

APF = =

= = = 74%

c. Tetragonal

Gambar A.2.4 Tetragonal

Syarat dari tetragonal ini adalah a = b ≠ c dan

α = β = γ = 90.

d. Triklin

Gambar A.2.5 Triklin

Syarat dari Triklin adalah a ≠ b ≠ c dan α ≠ β

≠ γ ≠ 90.

e. Monoklin

Kelompok 16 14

Teori Dasar

Gambar A.2.6 Monoklin

Syarat dari Monoklin adalah a ≠ b ≠ c dan α =

γ = 90 ≠ β.

3. Butir

Butir merupakan kumpulan sel satuan yang

mempunyai arah dan orientasi gerak yang sama yang

dilihat dari arah dua dimensi.

Gambar A.2.7 Butir

4. Kristal

Kristal merupakan susunan dari sel satuan yang

memiliki arah dan orientasi gerak yang sama

dilihat dari arah tiga dimensi.

Gambar A.2.8 Kristal

A.3 Sifat-Sifat Material

Sifat-sifat yang terdapat pada material adalah :

1. Sifat fisik

Kelompok 16 15

Teori Dasar

Sifat fisik adalah sifat material yang dapat

dilihat secara langsung tanpa melakukan pembebanan

dan telah ada pada material tersebut.

Contoh : warna dan dimensi.

2. Sifat termal

Sifat termal adalah sifat material yang

dipengaruhi oleh temperatur. Contoh : titik didih

dan titik cair.

3. Sifat akustik

Sifat akustik adalah sifat material yang

berhubungan dengan bunyi. Contoh : fibrasi.

4. Sifat kimia

Sifat kimia adalah sifat kimia dari material untuk

mampu berinteraksi dengan lingkungannya.

Contoh : korosi.

5. Sifat teknologi

Sifat teknologi adalah sifat material untuk mampu

diproses.

Contoh : mampu cor.

6. Sifat magnetik

Sifat magnetik adalah sifat material untuk

merespon medan magnet.

7. Sifat optik

Sifat optik adalah sifat material yang berhubungan

dengan pencahayaan. Contoh : pembiasan.

8. Sifat mekanik

Kelompok 16 16

Teori Dasar

Sifat mekanik adalah sifat material yang

dipengaruhi oleh pembebanan. Sifat mekanik terdiri

dari :

a. Kekerasan

Kekerasan adalah kemampuan material untuk

menahan deformasi plastis lokal akibat adanya

penetrasi dipermukaan. Kekerasan ini tidak

mempunyai kurva karena hanya berbentuk titik.

b. Kekuatan

Kekuatan adalah kemampuan material untuk

menahan deformasi plastis secara menyeluruh

sampai material itu patah.

Gambar A.3.1 Kurva Kekuatan

c. Kelentingan

Kelentingan adalah besarnya energi yang diserap

oleh material sampai pembebanan elastis dan

bila gaya dihilangkan akan kembali ke bentuk

semula.

Kelompok 16 17

Teori Dasar

Gambar A.3.2 Kurva Kelentingan

d. Keuletan

Keuletan adalah regangan plastis maksimum yang

mampu ditahan oleh material sampai material

tersebut patah.

Gambar A.3.3 Kurva Keuletan

e. Ketangguhan

Ketangguhan adalah besarnya energi yang dapat

diserap oleh material sampai material tersebut

patah.

Kelompok 16 18

Teori Dasar

Gambar A.3.4 Kurva Ketangguhan

f. Modulus Elastisitas

Modulus elastisitas adalah perbandingan antara

tegangan dan regangan pada daerah elastis yang

menunjukkan derajat kekakuan material.

Gambar A.3.5 Kurva Modulus elastisitas

A.4 Jenis-Jenis Pengujian

Pengujian mekanik adalah pengujian untuk melihat

pengaruh atau respon material terhadap pembebanan.

Jenis-jenis pengujian terbagi menjadi dua bagian :

Kelompok 16 19

Teori Dasar

A.4.1 Akibat yang Ditimbulkan pada Material

Terbagi atas :

a. Pengujian yang merusak (DT/ Destructive Test)

Pengujian yang merusak (DT) adalah pengujian

yang dilakukan dengan memberikan beban /

deformasi sampai material (spesimen) gagal atau

rusak.

Contoh : uji tarik, uji impak, uji tekan, dan

uji keras.

b. Pengujian yang tidak merusak (NDT/ Nondestructive

Test)

Pengujian yang tidak merusak (NDT) adalah

pengujian yang dilakukan tanpa merusak sampel.

Pada umumnya pengujian ini bertujuan untuk

menemukan cacat makro dan mikro pada material.

Contoh : Ultrasonik, Dye-Penetrant, Radiography Test, Visual

test, dan Magnetic test.

A.4.2 Berdasarkan Pembebanan

Terbagi atas :

a. Pembebanan Statis

Pengujian dengan pembebanan statis adalah

pengujian yang dilakukan dengan memberikan

beban yang konstan setiap perubahan waktu

kepada suatu material. Jadi, berapapun lamanya

Kelompok 16 20

Teori Dasar

pengujian, jumlah beban yang diberikan pada

material itu adalah sama.

Contoh : uji tarik, uji keras, uji tekan, uji

puntir, dan uji lentur.

b. Pembebanan Dinamis

Pengujian dengan pembebanan dinamis adalah


beban yang berbeda setiap perubahan waktu

kepada suatu material. Jadi, setiap perubahan

waktu yang terjadi, beban yang diberikan kepada

material haruslah berbeda.

Contoh : Uji lelah.

c. Pembebanan Impak

Pengujian dengan pembebanan impak adalah


beban secara tiba–tiba atau beban kejut kepada

suatu material. Jadi waktu yang dibutuhkan

untuk pembebanan ini sangat sedikit sekali.

Contoh : uji impak.

Gambar A.4.2.1 Pengujian Berdasarkan Pembebanan

A.5 Cacat-Cacat pada material

Kelompok 16 21

Teori Dasar

Cacat material adalah ketidaksempurnaan pada

struktur material. Cacat pada material terdiri

dari :

1. Cacat titik

Cacat titik adalah ketidaksempurnaan pada material

dalam skala atomik. Cacat yang terjadi berupa

titik yang terdapat pada susunan atom, terbagi

menjadi :

a. Vacancy

Vacancy adalah adanya kekosongan pada susunan

atom.

b. Substitusi

Substitusi adalah adanya penggantian atom

dengan atom lain.

c. Intertisi

Intertisi adalah adanya penyisipan oleh atom

asing.

d. Self-Intertisi

Self-Intertisi adalah adanya penyisipan oleh

atom sendiri.

Kelompok 16 22

Teori Dasar

Gambar A.5.1 Vacancy dan Self-Intertisi

Gambar A.5.2 Substitusi dan Intertisi

2. Cacat garis

Cacat garis yaitu cacat yang terjadi karena adanya

segaris atom yang hilang atau yang tidak sempurna.

Terdiri dari :

a. Dislokasi Sisi

Dislokasi sisi adalah dislokasi yang arah

geraknya tegak lurus terhadap garis dislokasi.

Kelompok 16 23

Self-Intertisi

Vacancy

Intertisi

Substitusi

Teori Dasar

Gambar A.5.3 Dislokasi Sisi

b. Dislokasi Ulir

Dislokasi ulir adalah dislokasi yang arah

geraknya sejajar dengan garis dislokasi.

Gambar A.5.4 Dislokasi Ulir

3. Cacat bidang

Cacat bidang adalah cacat kompleks pada material

karena ketidaksempurnaan pada sebidang atom yang

terjadi pada batas butir.

a. Batas butir, merupakan garis batas yang terjadi

dari pertemuan orientasi

yang berbeda.

Kelompok 16 24

Teori Dasar

Gambar A.5.5 Cacat Batas Butir

b. Twinning, adalah dua garis sejajar yang terjadi

akibat slip atau bidang

geser, yakni pada sel satuan FCC.

4. Cacat ruang

Cacat volume atau cacat ruang adalah adanya

ketidaksempurnaan kristal pada seruang atom dengan

timbulnya rongga antar batas butir karena

orientasi butir dapat dilihat secara langsung.

Kelompok 16 25

Teori Dasar

Gambar A.5.6 Cacat Ruang

Kelompok 16 26

8. teori dasar material

Documents