Material Teknik 2nd session hadisaputra@live.com Page 1

Sifat-sifat Material dan Pengujiannya

Klasifikasi sifat material teknik

Klasifikasi sifat-sifat material perlu diketahui dalam pemilihan material dalam proses design, klasifikasi tersebut adalah :

1. Mechanical class

Strength, tension, compression, shear and flexure (under statics, impact, or fatique conditions), stiffness, Tougness,

elasticity, plasticity, ductileness, brittleness, hardness, wear resistance.

2. Physical class

Dimension, shape, Berat jenis, specific gravity, porosity, moisture content, macrostructure, microstructure, Elektrikal

properties

3. Chemical class

Oxide and compound composition, acidity atau alkalinity, resistance to corrosion or wethering.

4. Thermal class

Specific heat, expansion, conductivity

5. Physical chemical class

Water absorbtive, shrinkage and swell due to moisture changes

6. Electrical and magnetic optical class

Magnetic permeability, galvanic action, colour, light transmission, light reflection

7. Acoustical class

Sound transmission, sound reflection

Material Teknik 2nd session hadisaputra@live.com Page 2

Sifat Mekanik

Beberapa sifat mekanik yang penting :

1. Kekuatan (Strength)

Kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa menyebabkan bahan menjadi patah.

Kekuatan ini tergantung pada jenis pembebannya, yaitu :

Kekuatan tarik akibat beban tarik

Kekuatan geser akibat beban geser

Kekuatan tekan akibat beban tekan

Kekuatan torsi akibat beban torsi

Kekuatan lengkung akibat beban bending

2. Kekerasan (hardness)

Kemampuan bahan untuk tahan terhadap penggoresan, pengikisan (abrasi), indentasi atau penetrasi.

Sifat ini berkaitan dengan sifat tahan aus (wear resistance).

Kekerasan juga berkorelasi dengan kekuatan.

3. Kekenyalan (elastisitas)

Kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa menyebabkan terjadinya perubahan bentuk yang permanen setelah tegangan dihilangkan.

4. Kekakuan (stiffness)

Kemampuan bahan untuk menerima tegangan / beban tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk(deformasi/defleksi).

Material Teknik 2nd session hadisaputra@live.com Page 3

5. Plastisitas (plasticity)

Kemampuan bahan untuk mengalami sejumlah deformasi plastis tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan

6. Ketangguhan (toughness)

Kemampuan bahan untuk menyerap sejumlah energy tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan.

7. Kelelahan (fatique)

Kecenderungan dari logam untuk patah bila menerima beban yang berulang/dynamic yang besarnya masih jauh dibawah batas kekuatan

elastiknya.

8. Creep (merangkak)

Kecenderuangan suatu logam untuk mengalami deformasi plastic yang besarnya merupakan fungsi waktu.

Perilaku material seperti yang disebutkan diatas dapat terjadi sebagai akibat dari pembebanan static dan akibat pembebanan dinamik. Pembebanan static

merupakan pembebanan yang tetap atau relative konstan, sedangkan pembebanan dinamik merupakan pembebanan yang sifatinya bervariasi atau

merupakan beban impak/kejut.

Pembebanan static akan menghasilkan sifat dinamakan statics properties

Pembebanan dynamic akan menghasilkan sifat dinamakan dynamics properties

Material Teknik 2nd session hadisaputra@live.com Page 4

STATIC PROPERTIES

Bila gaya yang bekerja pada material adalah konstan atau mendekati konstan maka hal ini dikatakan static. Pembebanan static banyak diamati pada

fenomena aplikasi engineering.

Sifat static suatu material dapat di tentukan dengan menggunakan pengujian2 :

a. Tensile Test

b. Compression test

c. Hardness test

Tensile Test

Uniaxial tensile test

Hasil dari tensile tests biasanya digunakan untuk pemilihan material untuk aplikasi engineering.

Material Teknik 2nd session hadisaputra@live.com Page 5

Spesimen yang dipergunakan untuk pengujian ini harus standar dan mesti mengikuti pengujian yang standar pula hal ini perlu dilakukan agar diperoleh hasil pengujian yang standar dan bisa dipertanggungjawabkan. Standar yang bisa dipergunakan contohnya adalah ASTM. JIS, NIST, dll.

Material Teknik 2nd session hadisaputra@live.com Page 6

Hasil Uji Tarik

Kurva tegangan regangan tensile testing machine

Material Teknik 2nd session hadisaputra@live.com Page 7

Data yang diperoleh dari mesin tarik biasanya dinyatakan dengan grafik beban-pertambahan panjang (grapik P – ΔL). Grafik ini masih belum

banyak gunanya karena hanya menggambarkan kemampuan batang uji untuk menerima beban gaya. Untuk dapat digunakan menggambarkan

sifat bahan secara umum maka grafik (P- ΔL) harus dijadikan grafik lain yaitu suatu diagram tegangan – regangan (Stress-Strain diagram), di

sebut juga diagram tarik atau σ – ε.

Pada saat batang uji menerima beban sebesar P kg maka batang uji akan bertambah panjang sebesar ΔLmm. Pada saat itu pada batang uji

bekerja tegangan yang besarnya :

.σ = P/Ao

Dimana Ao adalah luas penampang batang uji mula-mula

Juga pada saat itu pada batang uji terjada regangan yang besarnya :

.ε = ΔL/Lo = (L – Lo)/Lo

Dimana Lo = panjang uji mula-mula

L = panjang saat menerima beban

Material Teknik 2nd session hadisaputra@live.com Page 8

Ductile materials

Low carbon steel umumnya memiliki hubungan yang linier hingga mencapai yield point (Gambar.2). Bagian linear dari kurva ini merupakan

elastic region dan gradiennya merupakan modulus of elasticity atau Young's Modulus. Setelah yield point, bentuk curve menurun mendadak

karena dislocations dari Cottrell atmospheres. Deformation kemudian meningkat kembali, peristiwa ini terjadi karena strain hardening hingga

mencapai ultimate strength. Sampai titik ini, luasan cross-sectional spesimen berkurang karena kontraksi poisson (akibat dari poisson ratio).

(Noted :The actual rupture point is in the same vertical line as the visual rupture point.).

Neck terbentuk ketika pengurangan luas penampang terjadi secara cepat. Seperti ditunjukkan dalam gambar.2, Pada engineering stress–strain

curve kondisi ini ditunjukkan dengan pengurangan apparent stress. Tetapi pada kurva true stress dan true strain, stress akan terus berlanjut naik

hingga failure. Ductile materials seperti aluminum dan medium hingga high carbon steels tidak memiliki yield point. Pada material ini, yield

strength ditentukan dengan "offset yield method", Dimana penentuan yield point dilakukan dengan menggambar garis pararel dengan bagian

linier elastic dari kurca, dan berpotongan dengan absis pada 0.2% (0.1%) Elastic region merupakan bagian dari kurva dimana material akan

kembali ke bentuk asalnya jika beban di hilangkan. Plastic region adalah bagian dimana deformasi permanen akan terjadi jika beban

dihilangkan.

Gambar 2. A stress–strain curve typical of structural steel

Material Teknik 2nd session hadisaputra@live.com Page 9

Brittle materials

Gambar.3 Stress–strain curve untuk brittle materials.

Brittle materials seperti concrete dan carbon fiber tidak mempunyai yield point, dan dan tidak mengalami strain-harden. Sehingga the ultimate

strength dan breaking strength adalah sama. Seperti ditunjukkan pada gambar 3. Beberapa material brittle seperti glass tidak menunjukkan

plastic deformation dan fail ketika deformation masih elastic. Salah satu karakteristik dari kegagalan brittle adalah hasil patahan bisa disambung

lagi untuk menghasilkan bentuk yang sama seperti sebelum patah. Bentuk stress strain curve untuk brittle material akan linear. Glass fibers

memiliki tensile strength lebih kuat dibandingkan steel, tetapi tidak untuk bulk glass. Hal ini karena stress intensity factor berhubungan dengan

defects dalam material. Umumya tensile strength dari a rope biasanya selalu lebih kecil dibandingkan dengan penjumlahan dari tensile strength

tiap-tiap individual fibers penyusunnya.

Material Teknik 2nd session hadisaputra@live.com Page 10

SIFAT MEKANIK PADA DAERAH ELASTIK

1. Kekuatan elastis

Kemampuan untuk meneriama beban/tegangan tanpa berakibat terjadinya deformasi plastik (perubahan bentuk yang permanen).

Kekuatan elastik ini ditunjukkan oleh titik yield (besarnya tegangan yang mengakibatkan terjadinya yield).

2. Kekakuan

Suatu bahan yang memiliki kekakuan tinggi (dalam batas elastisnya) bila mendapat beban akan mengalami deformasi elastik tapi hanya

sedikit saja. Dinyatakan dengan E=σ/ε = elastisitas. Kekakuan adalah 1/E = ρ

3. Resilien (Resilience)

Kemampuan untuk menyerap energi tanpa mengakibatkan terjadinya deformasi plastic.

Material Teknik 2nd session hadisaputra@live.com Page 11

SIFAT MEKANIK PADA DAERAH PLASTIK

1. Kekuatan tarik (tensile strength)

Kemampuan untuk menerima beban / tegangan tanpa terjadi rusak / putus. Ini dinyatakan dengan tegangan maksimum sebelum putus.

Kekuatan tarik adalah Ultimate tensile strength, UTS) = Pmax/Ao

Pada baja kekuatan tarik cenderung naik dengan naiknya kadar carbon, seperti gambar berikut.

2. Keuletan (ductility)

Kemampuan untuk berdeformasi secara plastis tanpa menyebabkan patah.

Dapat diukur dengan besarnya regangan plastis yang terjadi setelah batang uji putus.

Keuletan biasanya dinyatakan dengan persentase perpanjangan (percentage elongation).

εDo = (Lf – Lo)/ 100%

Lf = gage length setelah putus

Contohnya :

25% pada gauge length 50 mm.

Material Teknik 2nd session hadisaputra@live.com Page 12

Secara grafis persentase perpanjangan dapat diukur langsung pada diagram σ – ε, yaitu dengan menarik garis dari titik patah (B) sejajar

dengan garis elastis hingga memotong di absis (D). Panjang DC adalah regangan elastis, panjang OD adalah regangan plastis.

Keuletan merupakan faktor mekanik yang penting karena :

- Keuletan menunjukkan seberapa banyak suatu logam dapat dideformasi tanpa menjadi patah/retak. Hal ini penting untuk menentukan

besar deformasi yg akan dilakukan pada proses rolling, extruding, forming, drawing. Dll.

- Kerusakkan pada bahan yang ulet biasanya didahului oleh adanya deformasi, sehingga bila dijumpai adanya deformasi maka akan

dapat diambil tindakan untuk mencegah kerusakan lebih lanjut.

Material Teknik 2nd session hadisaputra@live.com Page 13

3. Ketangguhan (toughness)

Kemampuan menyerap energi tanpa menyebabkan patah, dapat diukur dengan besarnya energi yang diperlukan untuk mematahkan. Ketangguhan diukur dengan modulus ketangguhan.

Beberapa pendekatan mekanik untuk mengukur ketangguhan adalah sebagai berikut.

Pada bahan ductile

UT = ε.σu = ε. (σu + σy )/2 Pada bahan britle

UT =2/3 ε.σu Besarnya ketangguhan merupakan area luasan dibawah kurva teg. – reg. seperti berikut ini.