Modul 02 Sifat-sifat Bahan - WordPress.com

Modul 02 : Sifat-sifat Bahan

MK : Pengetahuan Bahan

1. SIFAT ALAMIAH BAHAN-BAHAN 1.1. Struktur atom dan unsur Unit struktural dasar paling kecil dari satu materi adalah atom. Atom terdiri dari inti (yang bermuatan positif) yang dikelilingi elektron (yang bermuatan negatif) sedemikian sehingga muatannya seimbang. Jumlah elektron menunjukan nomor atom dan menjadi identitas suatu unsur. Ada lebih dari 100 unsur (lihat tabel periodik di bawah), dan unsur-unsur inilah yang membangun materi. Unsur-unsur logam (metal) ada di sebelah kiri dan tengah dari tabel periodik. Sedangkan unsur non-logam ada di sebelah kanan. Di antara area metal dan nonmetal ada area transisi yang berisi unsur-unsur yang disebut metaloid atau semimetal.

Di antara unsur-unsur itu, ada persamaan sekaligus juga perbedaan. Persamaan dan perbedaan ini dapat dijelaskan oleh struktur atomnya masing. Dalam gambar di bawah, diperlihatkan model struktur atomik yang paling sederhana, dimana elektron-elektron berputar dalam orbit di sekeliling inti. Dalam gambar Hanya untuk lingkungan UMB (2012-1)

1



terlihat atom Hidrogen (H) mempunyai satu elektron yang berputar dalam satu lapis orbit. Helium (He) mempunyai dua elektron dan satu lapis orbit. Florid (F) mempunyai 9 elektron dalam dua orbit. Neon (Ne) mempunyai 10 elektron dalam dua orbit. Sedangkan Natrium (Na, yang disebut juga Sodium) mempunyai 11 elektron dalam tiga orbit.

Dua unsur dapat bersenyawa menjadi satu molekul. Dalam moleklu natriumflorid (lihat gambar di bawah), satu elektron dari Natrium ditransfer ke Fluor untuk “dipakai bersama”.

1.2. Ikatan antar atom serta antar molekul Atom-atom dalam molekul diikat dalam beberapa jenis ikatan, yaitu ikatan primer dan ikatan sekunder.

Hanya untuk lingkungan UMB (2012-1)

2



Ikatan primer sendiri dapat dibagi tiga: (1) ikatan ionik, (2) ikatan kovalen , dan (3) ikatan metalik.

Ikatan ionik. Contoh molekul yang mempunyai ikatan ionik adalah garam meja (NaCl). Sifatnya antara lain konduktivitas listriknya rendah dan ductility yang buruk. Ikatan kovalen. Contoh molekul dengan ikatan kovalen adalah gas Fluorin (F2) dan intan. Berkenaan dengan intan, yang dibangun oleh atom karbon (nomor atom 6), setiap atom mempunyai 4 tetangga dengan mana mereka berbagi elektron. Ini yang membuat suatu struktur tiga dimensi yang yang yang sangat kaku dan membuat intan mempunyai kekerasan yang sangat tinggi. Bentuk lain dari karbon (misalnya grafit) tidak mempunyai struktur atomik yang kaku seperti intan. Bahan padat dengan ikatan kovalen umumnya mempunyai kekerasan yang tinggi dan konduktivitas listrik yang rendah.

Ikatan metalik. Ikatan metalik adalah mekanisme ikatan terjadi pada logam murni dan logam paduan. Atom-atom dari kelompok logam umumnya mempunyai Hanya untuk lingkungan UMB (2012-1)

3



jumlah elektron yang kurang dari jumlah maksimum, pada orbit terluarnya. Jadi dalam satu blok logam terjadi pemakaian-bersama elektron-elektron pada orbit terluar, oleh seluruh atom yang ada pada blok itu. Elektron-elektron tersebut membentuk semacam awan yang menembus seluruh blok. Dengan adanya elektron yang dipakai bersama, dan adanya kebebasan elektron untuk bergerak bebas dalam blok logam itu, maka ikatan metalik membuat konduktivitas listrik menjadi tinggi. Sifat umum lain karena ikatan metalik ini adalah tingginya konduktivitas panas dan ductility yang bagus.

Berbeda dengan ikatan primer yang dijelaskan di atas, ikatan sekunder adalah ikatan yang terjadi karena tarik menarik antar molekul. Jadi tidak ada transfer elektron ataupun pemakaian elektron secara bersama, sehingga ikatannya pun tidak sekuat ikatan primer. Ada tiga jenis ikatan yang termasuk dalam ikatan sekunder: (1) dipole forces, (2) London forces, dan (3) ikatan Hidrogen. Jenis ikatan 1 dan 2 disebut juga ikatan van der Waals. Walaupun molekul itu seharusnya netral muatannya, tetapi terdapat kutub positif dan kutub negatif pada setiap molekul, sehingga terjadi tarik menarik antar molekul. Itu yang menjelaskan dipole forces. London forces terjadi karena pergerakan elektron sesekali membuatnya ada di satu sisi dari atom sehingga terjadi kutub bermuatan negatif. Ikatan Hidrogen terjadi karena dua atom Hidrogen yang ada dalam satu molekul (misalnya molekul H2O), posisinya ada pada satu sisi dari molekul. Sisi molekul yang ada dua Hirogen itu tarik menarik dengan sisi lain dari molekul tetangganya. Ikatan Hidrogen merupakan jenis ikatan yang penting dalam terbentuknya polimer.


4



1.3. Struktur kristalin Atom dan molekul merupakan “batu-bata” pembangun suatu struktur bangunan makroskopik dari suatu materi. Ketika suatu bahan berubah dari cair menjadi padat, atom atau molekul ini akan menyusun dirinya sendiri, ke atas dan bawah, serta ke kiri dan kanan. Ada yang membuat susunannya teratur, ada juga yang tidak. Jika strukturnya beraturan dan berulang, maka disebut struktur kristalin. Unit terkecil dari perulangan ini disebut sel, sebagaimana diperlihatkan dalam gambar di bawah ini. Salah satu bentuk konfigurasi atom-atom dalam sel adalah BCC (bodycentered-cubic), dimana atom-atom menempati ke 8 sudut dan di tengah-tengah sel (Figure 2.7(a)). Pada kenyataannya, proporsi ukuran atom terhadap ukuran sel adalah lebih besar, seperti yang diperlihatkan dalam gambar (c). Di atas dan bawah, kanan dan kiri setiap sel, akan ada sel-sel serupa dalam posisi yang teratur, sehingga terlihat seperti gambar (c). Hal ini terjadi pada logam, keramik dan polimer.

Jenis-jenis struktur kristal. Selain bentuk BCC, ada juga bentuk dua lain yaitu FCC (face-centered cubic) dan HCP (hexagonal close-packed), sebagaimana diperlihatkan dalam gambar berikut. Hanya untuk lingkungan UMB (2012-1)

5



Tabel 2.1 memperlihatkan bentuk struktur kristal untuk beberapa logam, pada temperatur kamar. Ada kasus-kasus dimana satu logam bisa berubah struktur kristalnya, tergantung pada temperaturnya. Misalnya, struktur kristal besi, pada suhu kamar berbentuk BCC, di atas 9120C bentuknya berubah menjadi FCC, tapi di atas 14000C kembali menjadi BCC. Gejala ini disebut alotropik.

Ketidak-sempurnaan dalam kristal. Sejauh ini struktur kristal yang dibicarakan adalah bentuk kristal yang sempurna, dalam arti unit-unit sel tersusun rapi. Dalam beberapa hal, kristal yang sempurna lebih disukai karena alasan estetis (misalnya intan), atau alasan teknik (misalnya kristal silikon pada integrated circuit). Pada kenyataannya secara alamiah cacat atau ketidak-sempurnaan terjadi karena pemadatan logam cair tidak bisa terjadi tanpa ketika bahan menjadi padat,


6



terjadi interupsi. Padahal pada saat pemadatan inilah terjadi replikasi unit sel secara terus menerus. Batas-batas butir merupakan contoh cacat. Dalam kasus yang lain, ketidak-sempurnaan sengaja dibuat ketika proses manufaktur. Misalnya, penambahan unsur-unsur lain dalam pembuatan paduan (alloy), dengan maksud untuk menambah kekuatan. Ada tiga macam cacat : (1) cacat titik, (2) cacat garis dan (3) cacat permukaan. Cacat titik. Berikut ini adalah jenis-jenis cacat titik.

Cacat garis. Kalau beberapa cacat titik dapat terhubungkan maka akan terbentuk suatu cacat garis atau dislokasi. Ada dua bentuk cacat garis, yaitu (1) dislokasi ujung, dan (2) dislokasi putar.


7



Cacat permukaan. Jika beberapa cacat dapat terhubungkan sehingga membuat bidang, maka disebut cacat permukaan. Deformasi pada kristal metalik. Ketika kristal ada dalam tekanan yang makin lama makin besar, respon pertama yang akan terjadi adalah deformasi elastik. Lihat ilustrasinya pada Figure 2.11(a) dan (b). Kristal akan miring, lalu kembali ke bentuk asal ketika tekanan ditiadakan kembali. Jika tekanannya diperbesar sehingga melewati batas tertentu, maka akan terjadi deformasi plastis. Disini, ada sejumlah atom yang berpindah lokasinya. Lihat Figure 2.11(c). Deformasi yang digambarkan disini disebut slip, yaitu pergerakan relatif dua kelompok atom yang berada di dua sisi berbeda dari satu bidang. Bidang ini disebut bidang slip (slip plane).

Deformasi plastis relatif lebih sulit terjadi pada logam yang mempunyai struktur kristal HCP ketimbang pada yang berstruktur BCC dan FCC. Ini ada hubungannya dengan rendahnya ductility pada logam berstruktur HCP, khususnya pada temperatur kamar. Bahan logam yang mempunyai banyak dislokasi ujung, relatif lebih mudah mengalami deformasi. Yang terjadi disini adalah memindahkan

posisi cacat

dislokasi ujung (lihat Figure 2.12), dimana energi yang diperlukan lebih rendah. Dengan demikian, di satu pihak, cacat dislokasi ujung merupakan hal yang baik, karena membuat bahan logam menjadi lebih ductile, sehingga memudahkan


8



pekerjaan deformasi yang terjadi pada proses manufaktur. Tapi di pihak lain, logam yang mempunyai banyak cacat artinya tidak sekuat logam yang tanpa cacat, dan ini merupakan hal yang buruk dari aspek perancangan produk.

Di samping deformasi berdasarkan slip plane, ada juga bentuk deformasi yang lain, yaitu twinning. Hasil dari deformasi ini adalah bahwa atom-atom di satu sisi dari bidang twinning (twinning plane), menjadi bayangan cermin dari atom-atom di sisi yang lain. Deformasi ini penting pada struktur kristal HCP (seperti Mg dan Zn) karena disini deformasi slip sulit terjadi.

Butir dan batas-butir pada logam. Satu blok logam bisa dibangun dari jutaan individu kristal, yang disebut butir (grain). Setiap butir mempunyai orientasi Hanya untuk lingkungan UMB (2012-1)

9



latis uniknya sendiri. Secara kolektif, arah latis dari butir-butir tersebut bersifat random. Struktur seperti ini disebut polikristalin. Ini terjadi karena ketika logam cair menjadi

dingin

dan

mulai

menjadi padat, pembentukan inti dari setiap individu kristal terjadi

pada

orientasi

yang

posisi

dan

random,

di

seluruh cairan tersebut. Ketika inti-inti kristal ini tumbuh, sehingga kristal-kristal ini bertemu satu sama lain, akan

terbentuk

batas-butir

(grain boundary). Batas ini tebalnya hanya beberapa atom, dan arah orientasinya tidak sama dengan orientasi butir-butir yang dibatasinya. Ukuran butir dalam satu blok logam ditentukan antara lain oleh jumlah inti yang terjadi dan kecepatan pendinginan dari logam cair tersebut. Dalam proses pembuatan logam cor, inti butir sering terjadi karena dinding cetakan yang relatif dingin. Ini juga mempengaruhi arah orientasi butir. Ukuran butir dipengaruhi secara terbalik oleh laju pendinginan: pendinginan yang cepat akan membuat butir menjadi lebih kecil, sedangan pendinginan lambat akan berpengaruh sebaliknya. Ukuran butir merupakan hal yang penting dalam logam karena berpengaruh pada sifat mekanikal. Logam yang mempunyai butir-butir yang kecil mempunyai kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi. Faktor lain yang berpengaruh dalam sifat-sifat mekanikal adalah adanya batas butir pada logam. Batas butir ini perwujudan dari cacat pada struktur kristal,


10



yang menahan bergeraknya dislokasi. Ini menjelaskan mengapa kecilnya ukuran butir (yang berarti lebih banyak butir dan lebih banyak batas butir), meningkatkan kekuatan logam. Dengan menahan

pergerakan dislokasi, maka batas butir juga memberi

kontribusi pada sifat mekanikal dari satu logam, sehingga logam menjadi bertambah kuat setelah mengalami deformasi. Sifat ini disebut strain-hardening, yang akan dijelaskan lebih detil di bagian lain.

1.4. Struktur nonkristalin (amorf) Bahan logam akan kehilangan struktur kristalinnya ketika bahan ini menjadi cair. Walaupun begitu ada beberapa bahan teknik yang mempunyai struktur nonkristalin dalam fase padatnya. Sifat bahan seperti ini disebut amorf. Yang mempunyai sifat ini antara lain adalah kaca, beberapa jenis plastik, dan karet. Gambar di bawah ini memperlihatkan ilustrasi perbedaan antara struktur kristalin dan nonkristalin..

Ketika satu bahan logam murni memadat dari fase cairnya, atom-atomnya akan mengatur dirinya sehingga terjadi struktur yang teratur dan berulang (lihat Figure 2.14 (a)), sehingga volumenya menjadi lebih kecil, untuk satu jumlah masa yang sama. Hal ini dijelaskan pula oleh diagram berikut.


11



1.5. Sifat-sifat umum sistem bahan Berikut ini adalah sifat umum masing-masing sistem bahan ditinjau dari aspek struktur atomik, ikatan, dan struktur kristalnya. Logam. Bisa dikatakan, seluruh logam mempunyai struktur kristalin ketika dalam keadaan padat. Unit sel dari kristal ini hampir selalu BCC, FCC atau HCP. Atom-atom logam terikat dengan ikatan metalik, dimana elektron valen dapat bergerak kemana-mana dengan relatif bebas. Struktur dan ikatan ini pada umumnya membuat logam menjadi kuat dan keras. Banyak dari logam bersifat cukup liat (ductile) sehingga mudah dibentuk, sifat mana berguna dalam proses manufaktur. Ini terjadi khususnya pada logam dengan struktur FCC. Sifat-sifat umum yang lain dari logam, yang berhubungan dengan struktur dan ikatan, mencakup tingginya konduktivitas listrik dan panas, tidak tembus sinar dan reflektivitas (sifat memantulkan cahaya). Keramik. Molekul keramik dicirikan oleh ikatan ionik atau ikatan kovalen, atau keduanya. Atom-atom metalik melepaskan atau “meminjamkan” elektron-elektron


12



terluarnya ke atom-atom non-metalik. Dan, ada daya tarik-menarik yang kuat terjadi di dalam molekul. Sifat-sifat umum yang dihasilkan dari mekanisme ikatan seperti itu, mencakup tingginya kekerasan (hardness) dan kekakuan (stiffness, bahkan pada temperatur yang

tinggi),

keregasan

(brittlenes,

tidak

ada

ductility),

insulasi

listrik

(nonconducting), refractoris (insulator panas), dan ketahanan terhadap proses kimiawi. Keramik mempunyai struktur kristalin atau nonkristaline. Kebanyakan keramik mempunyai struktur kristal, sementara kaca yang berbasis silika (SiO2) bersifat amorf. Dalam kasus tertentu, kedua struktur dapat muncul pada satu bahan keramik yang sama. Misalnya, silika ada di alam sebagai kuarsa kristalin. Ketika mineral ini dilelehkan dan lalu didinginkan, maka akan terjadi solidifikasi dan membentuk leburan silika yang mempunyai struktur nonkristalin. Polimer. Sebuah molekul polimer terdiri dari banyak mer yang berulang sehingga membentuk molekul yang sangat besar yang terikat dengan ikatan kovalen. Elemen-elemen dalam polimer biasanya karbon ditambah satu atau beberapa elemen lain seperti hidrogen, nitrogen, oksigen dan klor. Ikatan kedua (van der Waals) mengikat molekul-molekul dalam agregat bahan (ikatan antarmolekul). Polimer mempunyai apakah satu struktur glassy (mirip gelas) atau campuran antara glassy dan kristalin. Ada perbedaan di antara tiga jenis polimer. Dalam polimer jenis thermoplastic, molekul-molekul terdiri dari rantai panjang mer dalam satu struktur linier. Bahanbahan dari kelompok ini dapat dipanaskan dan lalu didinginkan lagi tanpa terjadi perubahan substansial pada struktur linier. Dalam polimer jenis thermosetting, dalam proses pendinginan dari kondisi plastik yang panas, molekul-molekul


13



bertransformasi menjadi satu struktur tiga dimensi yang kaku. Jika plastik thermosetting dipanaskan kembali, plastik ini bukannya menjadi lunak, tapi menjadi tergradasi secara kimiawi. Elastomer mempunyai molekul besar dengan struktur menggulung, Melepas gulungan dan menggulung kembali molekul ketika ada dalam siklus tegangan, membuat material aggregat ini memperlihatkan sifat-sifat elastiknya, Struktur dan ikatan molekular dari polimer memberi mereka sifat-sifat khas berikut: masa jenis yang rendah, resistivitas listrik yang rendah (beberapa polimer digunakan sebagai bahan insulasi), dan konduktivitas panas yang rendah. Kekuatan (strength) dan kekakuan (stiffness) polimer mempunya variasi yang lebar. Beberapa mempunyai kekuatan yang tinggi dan kaku (walaupun tidak bisa bandingkan dengan kekuatan dan kekakuan logam dan keramik), sementara yang lain memperlihatkan sifat-sifat elastik.

2. SIFAT-SIFAT MEKANIKAL Pada tahap disain, fungsi dan kinerja suatu produk/komponen dinilai dari kemampuannya bertahan sehingga tidak terjadi deformasi (perubahan geometris), walaupun terjadi tegangan. Kemampuan ini tergantung dari sifat-sifat mekanikal seperti modulus elastis dan kekuatan tarik (yield strength). Dalam proses manufaktur, yang terjadi adalah sebaliknya. Disini diperlukan tegangan yang melebihi kekuatan tarik, agar bahan dapat diubah bentuknya. Jadi ada dilema antara keperluan disain dan keperluan manufaktur.

2.1. Hubungan stress-strain Suatu bahan dapat mengalami hal-hal berikut:


14



•

tegangan tarik (tensile stress), cenderung memperpanjang bahan

•

tegangan tekan (compressive stress), cenderung memperpendek bahan

•

tegangan geser (shear stress), cenderung membuat sebagian dari bahan bergeser dari bagian lain Kurva tegangan-regangan mendeskripsikan sifat-sifat mekanikal bahan. Sifat bahan dalam tarikan. Uji tarik adalah prosedur paling umum dalam

mempelajari hubungan tegangan-regangan, khususnya dalam logam. Ketika ditarik, benda uji akan bertambah panjang, sementara diameternya mengecil.

A0 = luas penampang awal L0 = panjang awal A = luas penampang setelah ditarik L = panjang setelah ditarik


15



Ketika diuji, • spesimen memanjang [stretches], • timbul takikan [neck]

(4)

• lalu putus (fractures)

(5)

(2) (3)

Rumus-rumus : (1) tegangan (stress): s = F / A0 (2) regangan (strain) : e = (L - L0) / L0 Hukum Hooke: s = Ee Dimana E = modulus elastisitas, ukuran kekakuan dari satu bahan. Istilah-istilah yang berkaitan : •

s = tegangan atau stress (N/mm2 atau MPa),

•

F = beban atau load (Newton, N),


16



•

A0 = luas penampang (mm2)

•

e = regangan atau strain (mm/mm atau persentase)

•

L0 = panjang awal (mm)

•

l = panjang setelah ditarik (mm)

Modulus elastisitas adalah konstanta yang nilainya berbeda untuk setiap bahan. Makin kuat suatu bahan, makin tinggi nilai E-nya, karena untuk membuatnya bertambah panjang, diperlukan beban yang lebih besar.

Pada elastic region, hubungan s dan e, • bersifat linier • Ketika beban dilepaskan, panjang bahan akan kembali ke panjang asal Pada plastic region: •

ketika beban dilepaskan, panjang bahan tidak kembali ke asal, jadi tetap sama posisinya seperti ketika ditarik terakhir.


17



Batas antara elastic region dan plastic region adalah titik y (yield point, yield stress, yield strength). Ketika beban mencapai maksimum, tegangan mencapai yang disebut tensile strength (TS). Setelah itu, akan terjadi necking, lalu fracture Berikut ini adalah besaran y dan TS untuk beberapa macam logam. Pada keramik sulit dilakukan uji tarik (tensil test). Pada polimer juga tidak lazim dilakukan tensil test.

Ductility adalah kemampuan bahan untuk menahan regangan, tanpa mengalami fracture. Sifat ini perlu diperhatikan sebelum melakukan proses manufaktur.


18




19




20



Sifat-sifat bahan dalam tekanan


21



Pembengkokan dan uji bahan getas Dilakukan pada bahan yang penampangnya berbentuk pesegi. - Di bagian bawah terjadi tegangan tarik - Di bagian atas terjadi tegangan tekan - Jika bahan tidak mengalami fracture, maka bentuk akhirnya akan bengkok


22



Sifat-sifat geser

Gambar di bawah ini memperlihat bentuk kurva yang berbeda untuk berbagai macam bahan.


23




24



2.2. Kekerasan Bahan yang keras artinya tidak mudah mengalami lekukan (indentation), tergores atau aus. Metoda yang umum dipakai untuk menguji kekerasan adalah (1) Brinell, (2) Rockwell, (3) Vickers, dan (4) Knoop

Uji kekerasan Brinell. Lihat Figure 3.14(a). Sebuah bola berbahan baja atau cemented carbide ditekankan kepada spesimen uji, dengan mengunakan beban (sebesar 500, 1500 atau 3000 kg). Lekukan yang terjadi pada permukaan spesimen uji, diukur diameternya. Lalu Brinell Hardness Number (BHN) dihitung dengan rumus berikut. 2F HB = ------------------------------------------________ π Db (Db - √ Db2 – Di2 ) Dimana

HB

= Brinell Hardness Number (BHN)

F

= beban, dalam kg

Dd

= diameter bola, dalam mm

Di

= diameter lekukan pada permukaan spesimen uji


25



Angka BHN mempunyai unit kg/mm2, tapi biasanya tidak ditulis. Untuk bahan yang kekerasannya lebih dari 500 BHN, dipakai bola cemented carbide. Beban 1500 kg dan 3000 kg biasa dipakai untuk menguji permukaan yang lebih keras. Karena beda beban akan menghasilkan beda angka BHN, maka biasanya angka BHN dikemukakan bersama berat beban yang dipakainya. Uji Kekerasan Rockwell. Pada metoda Rockwell, bola yang dipakai lebih kecil ketimbang yang dipakai pada metoda Brinell. Atau, lebih sering lagi dipakai penekan (indenter) yang berbentuk konik (lihat Figure 3.14(b)). Penekan ini dibebani dua kali, pertama dengan beban 10 kg (beban minor), lalu dengan beban 60 kg atau 100 kg atau 150 kg (beban mayor). Perbedaan kedalaman lekukannya, yaitu d, diukur.

Uji kekerasan Vickers. Vicker memakai penekan berbentuk piramid yang dibuat dari intan (lihat Figure 3.14(c)). Angka Vickers Hardness dihitung sebagai berikut. 1,854 F HV = ---------D2 Dimana

F = beban yang dipakai, dalam kg D = panjang diagonal lekukan, dalam mm


26



Uji kekerasan Knoop. Knoop juga memakai penekan piramid berbahan intan, tapi perbandingan panjang dan lebarnya adalah 7 : 1, seperti diperlihatkan dalam Figure 3.14(d). Memakai beban yang lebih ringan ketimbang yang dipakai dalam metoda Vickers. Biasanya dipakai untuk spesimen uji yang kecil, atau keras yang mungkin akan patah jika dipakai beban yang besar. Angka kekerasan Knoop dihitung sebagai berikut. F HK = 14,2 x ---------D2

Dimana

F=

beban, dalam kg

D=

panjang diagonal lekukan, dalam mm

Kekerasan berbagai bahan. Berikut ini adalah perbandingan kekerasan dari berbagai bahan, menurut metoda Brinell dan Rockwell.

Logam. Angka kekerasan logam (terutama yang diukur dengan Brinell atau Vicker), akan berkorelasi dengan kekuatan (tensile strength).


27



Keramik. Metoda Brinell tidak cocok jika dipakai untuk menguji kekerasan keramik, karena banyak bahan keramik malah lebih keras ketimbah bola penekan yang dipakai Brinell. Lihat Tabel 3.7.

Polimer. Polimer memiliki kekerasan yang terendah dibanding logam dan keramik. Tabel 3.8 memperlihatkan hasil uji dengan menggunakan metoda Brinell. Walaupun metoda ini tidak lazim dipakai untuk polimer, tapi disini dipakai agar hasilnya mudah dibandingkan dengan hasil dari pengujian pada logam.

2.3. Efek temperatur pada sifat bahan Temperatur mempunyai efek signifikan hampir pada semua sifat bahan, baik itu ketika dalam pengerjaan, maupun ketika dalam pemakaian. Pada umumnya kekuatan akan menurun ketika temperatur naik. Pada saat yang sama ductility akan menurun. Figure 3.15 memperlihatkan perubahan sifat-sifat tersebut pada logam.


28



Jadi, logam lebih mudah dibentuk ketika temperaturnya panas, ketimbang ketika temperaturnya tinggi.

Hot hardness. Istilah ini maksudnya adalah kemampuan bahan untuk mempertahankan kekerasannya walaupun dalam temeperatur tinggi. Figure 3.16 memperlihatkan bahwa keramik

mempunyai

sifat-sifat

yang

unggul

dalam

temperatur tinggi. Dengan demikian keramik sering dipilih untuk aplikasi di lingkungan bertemperatur tinggi seperti komponen turbin, alat potong, dan refraktori. Kulit luar pesawat luar angkasa dilapisi lempengan keramik untuk menahan panas akibat friksi badan pesawat dengan atmosfir ketika pesawat kembali ke bumi.


29



3. SIFAT-SIFAT FISIKAL 3.1. Volumetrik dan titik leleh Sifat-sifat yang dibahas disini berhubungan dengan volume dari satu benda padat, dan tentang pengaruh panas terhadapnya. Masa jenis (density). Masa jenis merupakan pertimbangan penting dalam pemilihan bahan. Tapi umumnya dipakai dalam gabungan dengan sifat lain. Misalnya sebagai berikut. strength-to-weight ratio = tensile strength / masa jenis Sifat bahan yang dikemukakan dalam bentuk rasio di atas, dipertimbangkan ketika memilih bahan untuk aplikasi struktur pesawat dan mobil, dimana pertimbangan berat dan energi merupakan hal utama. Pemuaian karena panas. Volume bahan akan bertambah dengan naiknya temperatur. Dengan demikian, masa jenisnya akan turun. Beberapa aplikasi dimana dua jenis bahan dipasang (misalnya, kaca mobil dengan framenya) koefisien kedua bahan harus diperhitungkan. Dalam prose manufaktur, sifat pemuaian dipakai dalam proses penyambungan. Sifat pemuaian harus diperhitungan ketika proses welding.


30



Karakteristik pelelehan.


31



3.2. Sifat berhubungan dengan panas Disini dibahas mengenai kecenderungan bahan dalam penyimpanan atau penerusan panas. Berikut ini adalah perbandingan panas jenis dan konduktivitas panas. Panas jenis dan konduktivitas panas. Panas jenis adalah jumlah energi yang diperlukan untuk menaikan temperatur dari satu unit masa sebuah bahan, sebesar satu derajat. Panas jenis volumetrik

adalah energi panas yang diperlukan untuk

menaikkan temperatur dari satu unit volume sebuah bahan, sebesar satu derajat. Konduktivitas panas sebuah bahan adalah kemampuan untuk men-transfer panas dengan sendirinya.


32



Sifat-sifat panas dalam manufakturing. Informasi panas jenis diperlukan dalam proses manufatur seperti pengecoran, perlakuan panas, atau hot metal forming. Informasi ini berguna untuk menghitung energi yang diperlukan untuk proses.

3.3. Difusi masa Difusi masa adalah perpindahan masa, di dalam satu bahan, atau antar dua bahan yang mempunyai kontak. Figure 4.2 memperlihatkan fenomena ini.


33



3.4. Sifat-sifat elektrikal Ketahanan dan daya hantar listrik. Kelas-kelas bahan berdasarkan sifat-sifat kelistrikan. Logam merupakan konduktor listrik paling baik, karena mempunyai metalic bonding. Resistivitas logam pada listrik, paling rendah Sedangkan umumnya keramik dan polimer, yang mempunyai ionic bonding, merupakan insulator listrik. Keramik dan polimer mempunyai resistivitas listrik yang tinggi


34



3.5. Proses elektro kimia Proses elektrokimia berkenaan dengan perubahan kelistrikan dan kimiawi, dan konversi antara energi listrik dan kimiawi.

4. SIFAT-SIFAT KIMIAWI


35



Komposisi. Seperti juga para konsumen produk makanan yang peduli dan akan memeriksa pada kemasan, bahan-bahan apa yang dipakai untuk membuat produk dalam kemasan tersebut, para perancang produk teknik juga akan memperhatikan

daftar

komposisi

kimiawi dari satu bahan yang akan dipakainya. Contoh

dari

cara

menyampaikan informasi mengenai komposisi

adalah

sebagaimana

diperlihatkan dalam Gambar 3-2 berikut. Microstruktur. Banyak informasi yang bisa diperoleh jika bisa dilakukan analisa mikrostruktur. Gambar di bawah ini memperlihatkan adanya keropos pada hasil pengelasan. Struktur

kristal.

Informasi

mengenai struktur kristal akan berguna bagi perancang. Logam dengan struktur kristal

body-centered-cubic

seringkali

menjadi lebih getas pada temperatur di bawah nol. Sedangkan logam dengan bentuk face-centered-cubic tidak bersifat seperti itu. Ketahanan terhadap korosi. Korosi adalah degradasi suatu bahan yang disebabkan oleh reaksi yang diakibatkan oleh lingkungannya. Beberapa polimer akan menjadi getas karena terpapar pada sinar matahari.


36



Reaktivitas kimia. Beberapa elemen sangat berguna bagi perancang, karena sifatnya yang tidak mudah bereaksi secara kimia. Lithium bereaksi secara eksotermal, jika udara lembab. Kebanyakan plastik bereaksi , dalam arti yang buruk, terhadap larutan organik. Di pihak lain ada gas-gas yang berguna karena dalam bidang teknik karena tidak mudah bereaksi. Misalnya gas Argon dipakai untuk pengisi ban mobil.Gas Helium, Neon dan Argon, yanmg digolongkan sebagai inert gas, dipakai untuk sebagai tirai untuk pekerjaan pengelasan.

KONSEP YANG HARUS DIKUASAI Ikatan primer ikatan sekunder ikatan ionik ikatan kovalen ikatan metalik struktur kristalin body centered cubic (BCC) face centered cubic (FCC ) hexagonal close-packed (HCP) struktur non-kristalin (amorf) keregasan (brittlenes) kekuatan (strength) kekerasan (hardness) keliatan (ductility) kekakuan (stiffness) kekakuan (rigidness) masa jenis resistivitas listrik konduktivitas listrik insulator listrik insulator panas (refraktori) thermoplastic thermosetting elastomer

(alloy) polimer komposit

TANTANGAN 1. Sebutkan BAHAN BACAAN


37



1. Budinski, K.G. dan Budinski M.K., 2010, Engineering Materials, Properties and Selection, Pearson Prentice Hall 2. Groover, Mikell P. 2011. Principles of Modern Manufacturing, 4th Edition. John Willey & Sons. Inc. 3. Surdia, Tata dan Saito, Shinroku, 1992, Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya Paramita, Jakarta 4. Wargadinata, Arijanto S., 2002, Pengetahuan Bahan, Penerbit Universitas Trisakti


38