Bab 1 – Sejarah material 1

1 SEJARAH MATERIAL

Sudah menjadi kenyataan bahwa semua yang ada di sekitar dihasilkan dari

material dan kita tergantung pada dan dibatasi oleh material. Revolusi material

dimulai dari abad Batu, tembaga, perunggu, besi dan komposit adalah bukti

pentingnya material. Kemajuan pengembangan material adalah kunci pertumbuhan

teknologi dan kemakmuran ekonomi. Pada dasarnya pengetahuan dan rekayasa

material berkembang selama 25 – 40 tahun terakhir ini. Proses-proses material baru

memungkinkan teknologi baru lainnya dapat dikomersialkan dengan sukses.

1.1 SEJARAH LOGAM

Proses metalurgi dimulai sejak 6000 tahun Sebelum Masehi, saat ini telah

diketahui 86 logam dan hanya 24 jenis ditemukan selama abad 19. Logam awal

ditemukan adalah Emas (6000 SM) dan tembaga (4200 SM). Tujuh logam purbakala

adalah : Emas (6000 SM), Tembaga (4200 SM), Perak (4000 SM), Timbal (3500

SM), Timah (1750 SM), Peleburan Besi (1500 SM) dan Air Raksa (750 SM).

Kecuali besi dan tembaga (dipadu dengan timah) yang bukan logam konstruksi

adalah emas dan perak yang biasanya dipergunakan sebagai alat makan-minum,

perhiasan dan ornamen. Hampir semua logam terkandung di lapisan bumi, manusia

pertamakali belajar memproses biji mengggunakan sulfida atau oksida logam-

melalui proses reduksi dan oksidasi pada temperatur yang bertingkat. Pertama kali

ditemukan tidak sengaja akibat biji logam jatuh kedalam api unggun. Tembaga

ditemukan secara natural di suatu tempat di Siprus, dan ditempa menjadi artefak.

Tetapi selalu rapuh hingga akhirnya ditemukan dengan cara meng-anilnya dalam api

unggun. Antara tahun 5000 SM lembaran tembaga dibuat dengan cara dipukul.

Artefak tembaga lebur dari tahun 3600 SM ditemukan di lembah sungai Nil.

Material Teknik

Bab 1 –Sejarah material 2

Peleburan dilakukan dari malasit (CuCO3 dan Cu(OH)2 ) melalui kalsining dan

pengeringan, dan dari biji cuprit (oksida) dengan karbon sebagai zat pereduksi.

Timbal ditemukan sebagai galena –sulfida timbal – seperti metalik. Galena mudah

direduksi dalam api. Timbal banyak dipergunakan sebagai kotak dan pipa.

Melalui peleburan bijih timah dengan tembaga maka tembaga diproduksi lebih

kuat dan mudah dicetak (perunggu). Besi natural terdapat dalam meteorites, dengan

kandungan nikel 6-8%. Hematite (oxida) dipergunakan bersama-sama untuk melebur

besi, dengan karbon sebagai bahan pereduksi. Peleburan menggunakan biji, arang

dan batu kapur seperti sekarang ini pada dapur tinggi. Bijih besi dihasilkan

mengandung 3-4 % karbon dan 1-2% Si., bercampur dengan terak. Mudah ditempa

saat panas. Besi sangat baik untuk ditempa, besi kasar (wrought iron) dipangggang

dalam udara atau dihembus untuk membuang karbon. Produk menjadi besi ulet dan

sedikit bercampur terak. Melalui tempa (750 M), terak dapat dikurangi. Lapisan-

lapisan materiaal dimana ditempa dan disatukan menghasilkan pedang dari damaskus

dan Toledo. Senjata dari Besi sebagai peralatan perang seperti halnya alat bertani.

1.2 EVOLUSI MATERIAL KETEKNIKAN

Evolusi kemajuan material salah satu ukuran kemajuan adalah kekuatan-ke-

rasio kerapatan- disebut kekuatan spesifik s = Kekuatan/Strength ( lbs./in2 , N/m2 ),

r = Kerapatan/Density ( lbs./in3 , kg/m3 ), s/r = Strength/Density (dalam, N m/Mg)

Material Teknik

Bab 1 –Sejarah material 3

Rasio kekuatan-kerapatan(SDR) diukur terhadap penghematan berat relatif

jika dibandingkan kekuatan yang diperlukan. Mula-mula batu dan kayu merupakan

material konstruksi utama; batu dalam tekanan dan kayu dalam tekanan dan

tegangan.Mula-mula material dipergunakan apa adanya. Dengan berkembangnya

waktu, metode pengolahan material ditemukan. Kayu merupakan material yang

memiliki SDR tinggi –lebih dari 8 x 105 in. (Gambar 1.2) Logam struktur pertama

kali adalah ; tembaga, paduan tembaga (bronze/perunggu), besi tempa dan besi kasar.

Logam ini lebih kuat dibandingkan kayu dalam kekuatan absoludnya, tetapi lebih

berat dan memiliki SDR’ sekitar 0.4 x 105 in. to 1.2 x 105 in. Besi kasar sebagai

senjata dan alat pertanian menghasilkan revolusi alat perang dan pertanian. Baja

menjadi pada revolusi sipil. 15 tahun terakhir SDR meningkat secara dramatis hingga

50 kali. Contoh, penyangga dengan beban 25 ton dari silinder besi cor ( sf = 50,000

lbs./in2 ) memerlukan luas penampang sekurang-kurangnya 1.0 in.2 ( radius = 0.56

in.), pemberatan 4 lb/ft. Tetapi pada beban yang sama disangga dengan polimer

kekuatan tinggi memerlukan luas penampang 0.1 in2 ( radius = 0.18 in.), pemberatan

sekitar 1 oz/ft. Keuntungan dalam menggunakan yang ringan adalah frame kacamata,

stik golf, raket dan mobil ringan dan pesawat terbang dapat menghemat bahan bakar.

0.00E+00

2.00E+06

4.00E+06

6.00E+06

8.00E+06

1.00E+07

1.20E+07

1800 1975 1980 1985 1985 2000

SP

EC

IFIC

ST

RE

NG

TH (

in.

)

YEAR

STRUCTURAL MATERIALS PROGRESS

Stone

Wood

BronzeCast Iron

Steel

Aluminum

Composites

Fibers

Ceramics

Copper

CFRP, GFRP

Material Teknik

Bab 1 –Sejarah material 4

Kemajuan suatu material diukur dengan kempuan dalam operasi temperatur

dan kontruksi

GAMBAR 1.3 Kurva naik ke atas yang menunjukkan suhu ketika mesin beroperasi, selama abad

ini hanya bisa dilakukan oleh material modern.

Mesin kalor yang beroperasi pada temperatur tinggi berarti menghasilkan

efisiensi yang tinggi. Dengan demikian diperlukan material yang memiliki kekuatan

baik dan tahan korosi akibat oksidasi pada temperatur tinggi. Gambar 1.3

menunjukkan kenaikan temperatur 100 C untuk mesin uap dan 1200 C untuk

turbojet memerlukan sudu-sudu dari logam paduan super. (metal superalloy). Sudu

keramik dan rotor sedang diteliti untuk turbin guna mobil penumpang umum kira

kira mencapai 1370C. Dapat mengurangi konsumsi energi dan mengurangi gas

rumah kaca (CO2 ).

Material Teknik

Bab 1 –Sejarah material 5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990

BH

max

(MG

Oe)

YEAR

PROGRESS IN MAGNETIC MATERIALS

Ferromagnetic

AlNiCoAlloys

Rare EarthCobalt Alloys

Samarium Cobalt

Nd Fe B

Sebelum pertengahan 1930-an, hanya material magnet permanen diperoleh

dari material ferro-magnetik [baja spesial dan ferritik] Pengembangan paduan Al Ni

Co dalam kurun 1940’an dan 1950’an menghasilkan kenaikan yang signifikan dalam

penyimpanan energi magnetik atau kekuatan ( BH max) Dalam tahun 1960’an

loncatan besar dalam BH max menjadikan pengembangan seperti paduan cobalt,

khususnya samarium- paduan cobalt 30 kali lebih baik dibanding paduan ferro-

magnetik. Dalam tahun 1980an, terjadi kulminasi pengembangan magnet NdFeB

yang memiliki kekuatan 100 kali ferro-magnet. Magnet kekuatan tinggi mereduksi

berat motor listrik seperti mototr listrik untuk kendaraan, tape, sound-system, CD

dan hard Disk. Walkman dibuat akibat adanya magnet yang memiliki performa

tinggi.

Superkonduktor pada dasarnya adalah suatu bahan yang mempunyai

hambatan sama dengan nol ditemukan pada tahun 1911. Terjadinya hanya dibawah

temperatur kritis (Tc). Pada tahun 1970an, Tc mencapai 23 oK dibawah temperatur

nol absolud (273 oK) atau -250 oC , ini tidak praktis dipergunakan pada berbagai

terapan. Keadaan ini temperaturnya tidak praktis dipergunakan.Kemudian awal

1986, ilmuwan bekerja dengan menggunakan material baru –seperti oksida keramik-

Material Teknik

Bab 1 –Sejarah material 6

ditemukan pada temperatur tinggi Tc sekitar 39 oK and akhirnya mencapai rekor

125oK Dengan penemuan ini, material dapat dipergunakan pada temperatur kamar.

Soal-Soal

1. Uraikan sejarah material dari jaman purbakala sampai material superkonsuktor!

2. Apa manfaatnya saudara mengetahui sejarah material?

3. Perkembangan peradaban selalu diikuiti oleh perkembangan material, jelaskan!

4. Jelasakan Sejarah perkembangan material Logam dan non logam!

5. Awal ditemukan jenis material tidak bisa langsung diterapkan, jelaskan apa

maksudnya?

Daftar Pustaka 1. ---------“ A Short History of Metals” by Professor Alan Cramb, Carnegie-Mellon

University 2. Mangonon. P.L, 1999 .’ The Principles of materials Selection for Engineering

Design’, Printice-Hall International,Inc. 3. Samuel J. S. , 1991,” Ceramics and Glasses “; Volume 4; ASM International

Handbook Committtee.