S H C E Y, J O H N . I N T R O D U C T I O N I N T O M A N U F A C T U R I N G P R O C E S S ( 2 0 0 0 ) , M C - G R AW H I L L

ATRIBUT LAYANAN MANUFAKTUR

PENJELASAN SINGKAT

Mempelajari sifat-sifat teknis bahan dan memberikan pengetahuan tentang ilmu bahan

•  Sifat bahan mekanis •  Kekuatan bahan •  Deformasi •  Sifat-sifat tribologi, fisis, dan kimia

ATRIBUT LAYANAN

•  Merupakan sifat-sifat yang membuat produk manufaktur bernilai. •  Didasarkan dari sifat fisik benda dan ketahanan

terhadap berbagai kondisi. •  Menentukan kapasitas maksimum yang dapat

dikenakan sebagai benda atau produk ekonomis.

TERMINOLOGI

Pengujian Benda

Pengujian Merusak

Uji Tarik

Uji Tekan

Uji Kekerasan

Pengujian Tidak Merusak

Pemeriksaan Fluide

Pemeriksaan Magnetis

Pemeriksaan Ultrasonik

Pemeriksaan Radiografi

PENGUJIAN FISIK BENDA (MERUSAK)

•  Pengujian pada ketahanan fisik benda dengan memberika tekanan berupa gaya pada permukaan benda sehingga benda mencapai titik ketahanan maksimum •  Pengujian fisik benda : •  Uji Tarik (Tension Test / Tensile Test) •  Uji Tekan (Compression Test) •  Uji Impak (Impact Test) •  Uji Lengkung (Bending Test)

UJI TARIK

•  Sifat produk manufaktur adalah mampu mendukung beban (Force satuan N).

•  Mekanisme : •  Spesimen Pengujian (sampel) ditarik menggunakan

menggunakan peralatan khusus. •  Penarikan merupakan pemberian gaya atau tegangan

sehingga terlihat bagian terlemah dari spesimen. •  Deformasi akan terjadi pada bagian-bagian krusial dari

spesimen uji. •  Fokus utama adalah kemampuan maksimum benda dalam

menahan beban Ultimate Tensile Strength (UTS)

MESIN PENGUJIAN TARIK

UJI TARIK

•  Untuk sebagian besar logam, pada tahap awal uji tarik, hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut.

Hukum Hooke : “Rasio tegangan dan regangan adalah konstan”.

σ= P/A

UJI TARIK

Kurva Tegangan Regangan

UJI TARIK

KEKUATAN TARIK

Modulus Elastisitas

Kekuatan Luluh

Kekuatan Tarik

UJI TARIK

Kurva Tegangan Regangan

KEKUATAN TARIK

•  Modulus Elastisitas Pada tahap ini, penarikan akan menghasilkan regangan. Namun, regangan akan kembali seperti semula (elastis).

•  Beberapa bahan tidak mengalami tahap ini, bahan akan luluh atau mengalami deformasi permanen sejak awal.

Contoh : besi cor, beberapa plastik •  Pengukuran elastisitas pada modulus elastisitas.

! = !!! !

KEKUATAN TARIK

•  Kekuatan Luluh Pada tahap ini, penarikan akan menghasilkan regangan yang akan bersifat permanen (deformasi permanen) sebelum putus.

•  Penentuannya adalah 0.2% dari ambang batas •  Disebut Yield Strengh (YS). •  Tegangan Rancangan dibuat lebih rendah dari YS

pada faktor aman sebagai batas keamanan penggunaan bahan

!!.! = !!!.!!"!!

!

KEKUATAN TARIK

•  Kekuatan Tarik Kontraksi tarik terjadi pada titik terlemah dari spesimen dengan ciri bahan memanjang dan penampangnya berkurang.

•  Keretakan mulai terjadi diawali dengan gaya P turun •  Disebut UTS (ultimate tensile strength) /TS (Tensile

Strength).

!" = !!!"#!!!

CONTOH

•  Sebuah komponen pesawat terbuat dari paduan alumunium 7075-T6, yang dapat diilustrasikan sebuah batang dengan diameter 20 mm dan panjang 40 mm. Bahan akan dikenai gaya tertentu. Hitunglah : •  Deformasi batang akibat beban 80 kN. •  Beban minimum agar terjadi deformasi permanen. •  Beban maksimum bahan yang dapat ditahan tanpa

mengalami perpatahan.

ALUMUNIUM 7075

7075 aluminum alloy's composition roughly includes 5.6–6.1% zinc, 2.1–2.5% magnesium, 1.2–1.6% copper, and less than half a percent of silicon, iron, manganese, titanium, chromium, and other metals.

Karateristik Nilai

E 70 GPa

YS 500 MPa

TS 570 MPa

PEMBAHASAN

•  Luas Penampang Lintang Bahan :

= 20*20 * 3.14 / 4 = 314 mm2

= 80.000/314 = 255 N/mm2 = 255 Mpa

tegangan kurang dari YS < 500 Mpa sehingga tidak

terjadi deformasi

! = !!!!

PEMBAHASAN

•  Beban atau gaya minimum yang menyebabkan deformasi permanen:

P = σ0.2 * A0

= 500 N/mm2 * 314 mm2 = 157 kN

!!.! = !!!.!!"!!

!

PEMBAHASAN

•  Beban atau gaya maksimum agat bahan tidak mengalami perpatahan:

Pmax = TS * A0

= 570 N/mm2 * 314 mm2 = 179 kN

!" = !!!"#!!!

PENINGKATAN KETAHANAN BAHAN

•  Bebas cacat internal •  Rongga-rongga akan menyebabkan titik lemah cepat

terjadi pada bahan yang akan menghasilkan retakan.

•  Pemberian tegangan yang merata •  Pemberian tegangan merata (tekanan hidrostatis) pada

pemakaian benda akan membuat gaya akan terdistribusi merata sehingga perpatahan pada bahan dapat ditunda

UJI LENGKUNG

•  Beberapa bentuk bahan tidak memungkinkan untuk dilakukan uji tarik.

•  Mekanisme : •  Spesimen ditumpu pada dua titik (ASTM F417). •  Gaya atau beban diberikan pada titik tengah dalam

kondisi dua titik penumpu menarik ke arah berlawanan (uji 3 titik)

•  Perpatahan terjadi bila kekuatan tarik maksimum mencapai sebuah nilai kritis (titik ruptur).

UJI LENGKUNG

ENERGI IMPAK

•  Beberapa bahan tangguh atau tahan terhadap beban sampai nilai tertentu. Namun, mengalami patah ketika dikenakan beban secara tiba-tiba.

Contoh : dalam layanan bersuhi tinggi pada struktur las seperti pada kapal mungkin terdapat cacat pengelasan bidang dan tekanan sisa

PENGUJIAN ENERGI IMPAK

•  Pengujian dilakukan dengan bandul berayun sehingga beban diberikan dengan tiba-tiba. Energi impak akan diserap oleh spesimen kemudian diukur.

UJI TEKAN

•  Beberapa bahan lemah terhadap kondisi tarik tapi kuat dalam kondisi tekan. (dan sebaliknya) •  Pengujian dilakukan oleh mesin pres dengan susun

sederhana sehingga spesimen ditekan diantara dua pelat datar, sejajar. •  Uji tekan memenuhi Prinsip Kekonstanan Volume :

!" = ! 2!!2!!(!! − ! !! − !!

!

UJI TEKAN

•  Komponen atau struktur teknik jarang dibiarkan berubah bentuk secara substansial, karena itu tegangan tekan yang berhubungan dengan beberapa regangan kecil.

UJI TEKAN

UJI KEKERASAN

•  Ketahanan sebuah bahan dalam mengalami deformasi paling baik diuji dengan indentasi (pelekukan). •  Spesimen harus cukup besar untuk

mempertahankan deformasi lokal, sehingga indentor mendorong bahan yang dipindahkan, tapi mengubah bentuk ketebalan spesimen secara keseluruhan.

UJI KEKERASAN

•  Uji Kekerasan Brinell •  Mempunyai identor bola baja

dengan menabrakkan bola baja. Diameter hasil tempaan akan diukur rata-rata.

•  Gaya dibagi dengan luas permukaan indentasi menghasilkan nilai angka brinell

!" = ! 2!!2!!(!! − ! !! − !!

!

UJI KEKERASAN

•  Uji Kekerasan Rockwell (ASTM E18) •  Identor adalah sebuah bola atau

kerucut intan. •  Permukaan secara otomatis akan

terukur kedalaman identasi dan memberikan output terbaca.

UJI KEKERASAN

•  Uji Kekerasan Vickers (ASTM E92) •  Indentor intan yang cukup kecil yang membuat bekas

injakan bentuk geometris yang tidak bergantung kepada beban

Angka kekerasan Vickers (HV) didefinisikan sebagai hasil bagi (koefisien) dari beban uji (F) dengan luas permukaan bekas luka tekan (injakan) dari indentor(diagonalnya) (A) yang dikalikan dengan sin (136°/2).

KELELAHAN

•  Pemberian beban secara terus-menerus akan menyebabkan kelelahan (fatigue failure). •  Kelelahan adalah hasil akumulasi dari kerusakan

yang disebabkan oleh tegangan yang jauh lebih kecil dari kekuatan tarik. •  Terdapat tingat batas lelah (fatigue limit) yang

dapat menahan tingkat tegangan minimum tertentu. Biasanya dilakukan dengan menentukan tegangan yang dapat ditahan dalam jumlah siklus tertentu.

KELELAHAN

•  Kelelahan dapat dikarenakan oleh keadaan lingkungan yang ekstrim. •  Thermal Fatigue •  Korosi

PENGUJIAN TAK MERUSAK

•  Pengujian pada komponen atau bahan tertentu terkadang tidak memungkinkan untuk dilakukan pengujian fisik merusak. •  Bantuan sifatk kimia dan fisika, teknologi dapat

digunakan untuk mempercepat pemrosesan dan perhitungan data sehingga dapat memudahkan pemeriksaan komponen selama proses.

PENGUJIAN TAK MERUSAK

•  Pemeriksaan dengan penetrant cair untuk mengungkapkan cacat permukaan. •  Pemeriksaan dengan partikel magnetis (untuk

bahan feromagnetis) •  Pemeriksaan dengan ultrasonik •  Pemeriksaan dengan radiografi •  Penyortiran elektromagnetis •  Hologram membentuk gambar 3D

SIFAT SIFAT FISIK

•  Densitas •  Merupakan massa persatuan volume. Satuan massa

adalah gram. •  Densitas atau kerapatan massa menentukan kekuatan dari

bahan, seperti alumunium akan lebih lemah dari baja yang mempunyai densitas lebih tinggi.

•  Tribologi merupakan ilmu, teknologi, dan praktik yang berhubungan dengan interaksi permukaan dalam gerakan relatif

SIFAT TRIBOLOGI

•  Adhesi •  Bila dua benda secara bersama-sama dibuat

bersinggungan rapat dan atom-atomnya berada dalam jarak antar atom, maka ikatan kuat akan terbentuk.

•  Adhesi antara dua benda padat menghasilkan sambungan yang kuat (las tekanan), dan kontrol manufaktur berfungsi untuk mengontrol kekuatan sambungan.

SIFAT TRIBOLOGI

•  Gesekan •  Pada skala mikro, permukaan tidak halus secara sempurna,

tetapi menunjukkan adanya gundukan dan lembah. •  Gesekan ditimbulkan karena adanya adhesi dan gundukan

yang terjadi. •  Energi akan di rubah ke bantuk energi thermal.

SIFAT TRIBOLOGI

•  Keausan •  Keausan adalah kehilangan substansi secara progresif akibat

pengoprasian permukaan komponen. •  Merupakan konsekuensi dari aksi yang simultan dari beberapa

mekanisme, dengan mekanisme lainnya. •  Beberapa bahan telah dikembangkan untuk ketahanan aus

yang tinggi. •  Ketahanan aus dapat ditingkatkan dengan pelapisan

permukaan.

1.  Keausan adhesif 2.  Keasuan abrasif 3.  Keausan karena lelah 4.  Keausan Kimia

SIFAT TRIBOLOGI

•  Pelumasan •  Tujuan pelumasan adalah untuk menurunkan dan

mengontrol gesekan maupun keausan. •  Pelumas dikelompokkan berdasarkan ragam aksinya :

1.  Fluida kental •  Diberikan pada pertemuan antara permukaan yang bergerak.

Berupa minyak mineral

2.  Pelumas batas •  Pelumas ini meresap pada pada permukaan pada permukaan

bersentuhan dan mencegah adhesi

3.  Pelumas Extreme Pressure •  Dapat bekerja pada suhu tinggi dengan logam

4.  Pelumas padat •  Memisahkan dua permukaan dengan sebuah lapisan yang

kekuatan gesernya rendah.

SIFAT LISTRIK

•  Logam dapat digambarkan sebagai bahan konduktor karena dapat menghantarkan ion-ion negatif. •  Beberapa bahan menjadi superkonduktif pada

suhu-suhu kritis, resitivitasnya mendekati titik nol. •  Insulator adalah bahan dimana semua elektron

diikat dalam ikatan kovalen ionik sehingga diperlukan energi yan gbesar untuk membebaskan elektron. Insulator akan kehilangan sifat insulasinya hanya pada intensitas medan kritis tertentu. •  Semikonduktor merupakan bahan yang konduktor

dan juga memiliki resistensi yang besar pula.

SIFAT MAGNETIS

•  Beberapa bahan adalah ferromagnetis, yaitu ketika bahan dikondisikan dibawah pengaruh medan magnet, maka akan memiliki sifat magnet. •  Beberapa bahan dapat dimagnetisasi berulang

yang membuka kesempatan untuk perekaman magnetis dan penyimpanan data. •  Beberapa bahan mempunyai sifat Piezoelectricity •  Teknologi manufaktur dan komposisi bahan harus

dikontrol sehingga mendapatkan sifat bahan yang diinginkan.

SIFAT THERMAL

•  Pada sifat thermal, titik lebih lebur merupakan hal penting. •  Sifat thermal dapat mempengaruhi struktur

komposit sehingga ketahanan bahan akan berubah pula. •  Sifat thermal akan turun seiring dengan

meningkatnya kekuatan ikatan. Urutan sifat thermal tertinggi :

Polimer à Logam à Keramik

SIFAT KIMIA

•  Kemerosotan struktur karena aksi kimia maupun elektrokimia (korosi) terutama ditentukan oleh pemilihan bahan, dan juga dipengaruhi oleh metode pemrosesan manufaktur

TERIMA KASIH