fisika bahan tentang sifat mekanik
TRANSCRIPT
MAKALAH FISIKA BAHAN
“SIFAT MEKANIK BAHAN”
Disusun Oleh:
Kelompok 12
1. Lusttyah Ulfa. (2408100064)
2. Sofyan Ade P. (2408100070)
3. Andini Nur Vania S (2408100074)
3. Yanuan Angga (2408100076)
JURUSAN TEKNIK FISIKA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH
SURABAYA
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Energi dan bahan tidak dapat dipisahkan dari kehidupan manusia. Pengetahuan
bahan terus berkembang seiring dengan berkembangnya peradaban manusia. Berbagai
macam bahan telah ditemukan, dikembangkan, dan dimanfaatkan untuk berbagai
aplikasi. Penemuan bahan-bahan tertentu, seperti logam misalnya, telah ikut mewarnai
peradaban manusia di dalam kurun waktu tertentu. Tidak aneh jika nama suatu zaman
atau periode waktu tertentu dikaitkan dengan nama bahan, seperti misalnya zaman batu,
zaman perunggu, zaman besi, dan seterusnya. Pengetahuan dan keterampilan manusia
untuk memanfaatkan bahan tertentu telah membuka peluang berkembangnya desain,
proses-proses atau produk-produk tertentu yang sebelumnya belum pernah ada.
Pengembangan proses-proses dan produk-produk baru telah mendorong
berkembangnya ilmu dan teknologi bahan untuk memenuhi kebutuhan desain. Ilmu dan
teknologi bahan adalah bagian tak terpisahkan dari disain rekayasa. Disain adalah esensi
dari rekayasa atau engineering karena rekayasa pada prinsipnya adalah aplikasi
matematika dan ilmu-ilmu pengetahuan alam untuk memecahkan masalah-masalah
nyata di dalam kehidupan manusia di dalam rangka meningkatkan kesejahteraan
manusia. Oleh karena itu, pengetahuan bahan sangat penting bagi setiap disiplin ilmu
rekayasa.
1.2 Tujuan
Dalam pembuatan makalah ini memiliki tujuan agar dalam pembuatan makalah
dapat terselesaikan dengan jelas tanpa ada masalah yang berati diantaranya :
1 Mengetahui apa yang dimaksud mekanik bahan
2 Mengetahui berbagai jenis sifat bahan
3 Dapat membedakan dari berbagai sifat bahan tersebut
1.3 Permasalahan
Dalam setiap makalah pasti terdapat permasalahan yang nantinya akan dibahas
didalam makalah sehingga dapat dimengerti dengan mudah diantaranya:
1. Apa yang dimaksud dengan mekanika bahan?
2. Bagaimana mengetahui berbagai jenis sifat bahan?
3. Bagaimana dapat membedakan brbagai sifat bahan tersebut?
1.4 Sistematika laporan
Makalah fisika bahan dengan judul “SIFAT MEKANIK BAHAN” ini terdiri
dari empat bab. Makalah secara garis besar berisi tentang komponen penyusun kristal,
macam-macam dan penyebab terbentuknya cacat kristal untuk lebih jelasnya maka
susunan laporan adalah sebagai berikut. Bab I pendahuluan yang di dalamnya berisi
tentang latar belakang, tujuan, permasalahan, sistematika laporan. Bab II dasar teori
merupakan penjelasan dan ulasan singkat tentang teori -teori dasar sifat mekanik bahan
dan pengujian yang bisa dilakukan terhadap bahan. Bab III analisa dan pembahasan,
dalam penyusunan makalah ini tentunya akan memperoleh data-data dari berbagai
referensi yang ada sehingga perlu adanya penganalisaan dan pembahasan lebih lanjut
Bab IV kesimpulan, memberikan kesimpulan dari keseluruhan makalah yang didasarkan
pada tujuan.
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Sifat Mekanik Bahan
Bahan merupakan bagian dari alam semesta, akan tetapi secara lebih rinci bahan
adalah benda dengan sifat-sifatnya yang khas dimanfaatkan dalam bangunan, mesin,
peralatan atau produk. Termasuk di dalamnya, logam, keramik, polimer (plastik), serat,
gelas, kayu, batu, pasir, dan lain - lain. Produksi dan pemrosesan bahan-bahan tersebut
menjadi barang jadi memberikan kesempatan kerja bagi kira-kira 12% dari seluruh
angkatan kerja di Indonesia. Bahan-bahan yang digunakan manusia mengikuti siklus
bahan mulai dari ekstraksi, pembuatan sampai pelapukan. Oleh karena itu, siklus bahan
adalah suatu sistem yang menggiatkan sumber daya alam dengan kebutuhan manusia.
Secara keseluruhan, bahan-bahan merupakan jaringan yang mengikat bangsa-bangsa
dan tata ekonomi di dunia satu sama lainnya, demikian pula mengikat manusia dengan
alam semesta.
Secara singkat, Ilmu dan teknologi bahan meliputi pengembangan dan penerapan
pengetahuan mengenai hubungan antara komposisi, struktur dan pemerosesan bahan
dengan sifat-sifat dan pemakaiannya. Ilmu dan teknologi bahan adalah suatu pita ilmu
pengetahuan yang melintang dari ilmu dan penelitian dasar (sebelah kiri) sampai pada
kebutuhan dan pengalaman masyarakat (disebelah kanan). Aliran pengetahuan ilmiah
dalam satu arah dan informasi empiris dalam arah yang berlawanan berbaur dan
mendukung perkembangan ilmu dan teknologi bahan.
2.2 Sifat Kekerasan (Hardness)
Kekerasan adalah ketahanan suatu bahan terhadap deformasi (perubahan bentuk)
yang permanen. Kekerasan linier dengan kekuatan artinya semakin tinggi kekuatan
maka semakin keras benda tersebut dan semakin kecil kekuatan maka semakin lunak
benda tersebut. Kekerasan adalah kemampuan bahan menahan kehausan atau cakaran
atau keupayaan menahan diri dari dilekuk atau ditembusi bahan lain. Arti lain dari
kekerasan adalah mengukur ketahanan material terhadap deformasi plastis yang
terlokalisasi (lengkungan kecil atau goresan). Kekerasan adalah criteria untuk menyatakan
intensitas tahanan suatu bahan terhadap deformasi yang disebabkan objek lain. Ada tiga
macam objek lain cara pengujian yaitu penekanan, goresan dan resilience. Bahan
polimer menunjukkan sifat kekerasan yang berbeda dibandingkan dengan logam karena
sifat viskoelastiknya. Karena besarnya deformasi elastic dan pemulihan yang cepat,
pada pengujian penekanan hasil kekerasan yang didapat lebih besar dari yang
seharusnya.
Macam- macam uji kekerasan :
• Uji kekerasan rockwell
• Uji kekerasan brinell
• Uji kekerasan vicker
• Uji kekerasan kwoop
2.2.1 Uji kekerasan rockwell
Metode yang paling umum digunakan karena sederhana dan tidak menghendaki
keahlian khusus. Digunakan kombinasi variasi indenter dan beban untuk bahan metal
dan campuran mulai dari bahan lunak sampai keras.
Indenter : - bola baja keras
ukuran 1/16 , 1/8 , 1/4 , 1/2 inci (1,588; 3,175; 6,350;
12,70 mm)
- intan kerucut
Hardness number (nomor kekerasan) ditentukan oleh perbedaan kedalaman penetrsi
indenter, dengan cara memberi beban minor diikuti beban major yang lebih besar.
Berdasarkan besar beban minor dan major, uji kekerasan rockwell dibedakan atas 2 :
- rockwell
- rockwell superficial bahan tipis
Uji kekerasan rockwell :
- beban minor : 10 kg
- beban major : 60, 100, 150 kg
Uji kekerasan rockwell superficial :
- beban minor : 3 kg
- beban major : 15, 30, 45, kg
Tabel 2.1 Skala Uji Kekerasan Rockwell Superficial
Tabel 2.2 Skala Uji Kekerasan Rockwell
- rockwell Superficial SIMBOL
INDENTER BEBAN MAJOR (KG)
15 N 30 N 45 N 15 T 30 T 45 T 15 W 30 W 45 W
INTAN INTAN INTAN BOLA 1/16 INCHI BOLA 1/16 INCHI BOLA 1/16 INCHI BOLA 1/8 INCHI BOLA 1/8 INCHI BOLA 1/8 INCHI
15 30 45 15 30 45 15 30 45
Contoh :
- skala 80 hrb : kekerasan rockwell 80 skala B.
- skala 60 hr 30 w : kekerasan superficial 60
pada skala 30 W.
maksimum skala : 130
jika skala kekerasan < 20 atau > 100 hasil kurang teliti gunakan skala dibawahnya atau
diatasnya.
2.2.2 Uji Kekerasan Brinell
Pengujian kekerasan brinell digunakan untuk mengetahui besarnya kekerasan
permukaan suatu material. Pengujian ini yaitu menggunakan bola indentor yang terbuat
dari baja, dimana metode pengujiannya adalah memberikan indentasi pada permukaan
suatu material sehingga timbul tapak tekan. Angka kekerasan diperoleh dari besarnya
beban yang digunakan, diameter hasil tapak tekan dan diameter dari indentor. Angka
kekerasan brinell adalah fungsi beban dan diameter lobang hasil.
Gambar 2.1 Bentuk Indentasi Uji Brinell
Dimana:
P = BEBAN
D = diameter inderter
d = diameter lubang
Gambar 2.2 Mesin Uji Brinell
Gambar 2.3 Brinell Measurement Convertion Chart
2.2.3 Uji Kekerasan Vickers dan Mikro Knoop
Indeter : intan piramid
Beban : 1 - 1000 gr
Hasil test berupa lekukan diperiksa dengan mikroskop
HK = hardness numberknoop (KHN)
HV = hardness number vickers (VHN)
Knoop dan Vickers digunakan untuk uji kekerasan
Kekerasan ini penting bagi ketelitian kekerasan logam. Untuk bahan polimer
diperlukan juga cara serupa memakai beban penekanan 100 sampai 200 gram.
Kekerasan Vickers dapat dibandingkan dapat dibandingkan dengan kekerasan logam,
akan tetapi dalam hal ini bahwa kelakuan viskoelastik bahan polimer adalah aneh
dengan persamaan Hv = 1,854 P/dm2
2.3 Sifat Kekuatan Impak
Nilai impak (impact value) adalah ketahanan suatu bahan terhadap pembebanan
yang tiba-tiba. Kekuatan impak adalah suatu criteria penting untuk mengetahui
kegetasan bahan polimer, melihat pengaruh takikan yaitu dengan pengujian pada batang
uji umumnya kekuatan impak bahan polimer lebih kecil daripada kekuatan impak logam
apabila ikatan antar molekul kuat atau berat molekul besar kekuatan impak biasanya
lebih besar. Sebagai contoh polietilena yang berkristal mempunyai tarik menarik lemah
antar molekulnya tidak patah namun bengkok. Polisteren bersifat getas mudah patah
karena berbentuk amorf dan tarik menarik antr molekulnya lemah. Bahan yang kaku
dan ketahana impaknya rendah banyak terdapat pada termoplastik yang mempunyai titik
transisi gelas tiinggi. Contohnya polivinil klorida sendiri tidak kuat, tetapi apabila
dipolimerkan atau dicampur dengan bahan karet kekuatan impaknya leebih baik.
Bahan polimer kadang-kadang menunjukkan penurunan besar pada kekuatan
impak apabila diberi regangan pada pencetakannya. Pada umumnya sifta-sifat yang
diperlukan dapat diperbaiki bila ditambah pengisi atau filler kedalam resin. Sedangkan
pengaruh temperature lebih rumit yang menunjukkan beda maksimum pada temperature
tertentu atau peningkatan harga kalau temperature naik. Harga impak itu menjaadi besar
dengan meningkatkan adsorbs kadar air dan menjadi karena pengeringan. Bahan juga
dapat diperiksa dengan pengujian impak bola jatuh setiap hasil pengujian selalu
menunjukkan hasil yang sama dengan kemampuan impak praktis. Hal ini menyebabkan
kerumitan cara-cara pengujian tersebut.
Seperti halnya uji kekerasan, pada sifat bahan impak juga terdapat pengujian
impak. Pengujian impak yaitu mengetahui ketahanan terhadap pembebanan tiba-tiba
pada berbagai temperature sehingga dapat ditentukan temperature transisi dari sifat ulet
dan sifat getas. Alat uji impak merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengukur
keuletan bahan atau kegetasan bahan terhadap beban tiba-tiba. Alat uji ini termasuk
jenis charpy. Prinsip kerja alat uji impak ini adalah dengan cara memberikan
pembebanan secara tiba-tiba pada benda uji yang akan diuji secara static. Pada alat uji
impak ini terdapat beberapa bagian yang penting yaitu pendulum (godam), lengan
pengayun, poros pengayun, bearing, pisau pemukul, badan alat uji impak dan tempat
benda uji, dimana kesemua bagian tersebut disusun dan dirangkai menjadi satu kesatuan
sehingga membentuk suatu alat uji impak. Kapasitas alat uji impak tergantung dari
dimensi dan spesifikasi dari alat uji impak itu sendiri. Ada dua metode dalam pengujian
impak yaitu:
1. Uji Impak Charpy
2. Uji Impak Izod
Gambar 2.5 Mesin Uji Impak
Grafik 2.1 Pengujian Impak
2.4 Sifat Mulur
Beberapa bagian dari mesin dan struktur dapat berdeformasi secara continue dan
perlahan dalam kurun waktu yang lama bila dibebani secara tetap. Fenomena ini
dinamakan creep (mulur/melar). Melar terjadi pada temperature rendah juga, akan tetapi
paling menyolok pada terjadi pada temperature dekat titik cair. Kemuluran ialah
kebolehan bahan dipanjangkan dalam keadaan tetap dengan menggunakan daya
tegangan. Kemuluran ialah ukuran canggaan plastik sebelum sesuatu bahan gagal. Ia
penting dalam penarikan dawai atau membuat kepingan.
Grafik 2.2 Hubungan Regangan dan Waktu pada Sifat Mulur
2.4 Sifat Ketahanan Lelah
Patah Lelah (fatigue fracture) disebabkan oleh tegangan berulang dan juga
dijumpai pada tegangan kurang dari 1/3 kekuatan statik pada bahan struktur tanpa
konsentrasi tegangan. Dalam keadaan dimana terjadi konsentrasi tegangan
(notch/takikan) maka kemungkinan bahan akan putus pada tegangan yang lebih rendah.
Pembebanan luar yang diberikan berulang-ulang kepada bahan lebih tepat
mengalami patah. Gejala ini disebut kelelahan yang merupakan sifat penting dalam
penggunaan bahan. Kelelahan biasanya dinyatakan dengan tegangan maksimum bolak-
balik untuk sejumlah balikan tegangan. Patahan lelah disebabkan Bentuk tegangan
dalam kelelahan adalah tarik, tekan-tekuk(lentur), punter dan kombinmasinya. Terutama
kombinasi tarik dan tekan memberikan pandanganlebih jauh. Keelelahan dipengaruhi
oleh beberapa factor. Kalauu temperature naik ketahanan lelah turun. Pengruh laju
balikan /frekuensi terbatas sampai harga tertentu, tetapi apabila dibandingkan pada
banyak balikan serupa, kelelahan lebih cepat terjadi pada laju balikan rendah. Bentuk
batang uji juga memberikan pengaruh. Perlu pertimbangan bila dipakai untuk keperluan
praktis. Berbagai alat uji kelelahan untuk karet telah ada. Kelelahan merupakan sifata
penting dari berbagai macam bahan dalam pemakaian praktis. Karena memerlukan
waktu pada pengukuran dan hasil yang di dapat biasanya berfluktuasi, maka diperlukan
usaha keras untuk mendapatkan hasil pengujian yang didapatkan.
BAB III
PEMBAHASAN
3.1 Sifat Mekanik Bahan
Kekerasan adalah kemampuan bahan menahan kehausan atau cakaran atau
keupayaan menahan diri dari dilekuk atau ditembusi bahan lain. Arti lain dari kekerasan
adalah mengukur ketahanan material terhadap deformasi plastis yang terlokalisasi
(lengkungan kecil atau goresan). Macam- macam uji kekerasan yaitu Uji kekerasan
rockwell , Uji kekerasan brinell , Uji kekerasan vicker , Uji kekerasan kwoop. Metode
yang paling umum digunakan karena sederhana dan tidak menghendaki keahlian
khusus. Digunakan kombinasi variasi indenter dan beban untuk bahan metal dan
campuran mulai dari bahan lunak sampai keras. Pengujian kekerasan brinell digunakan
untuk mengetahui besarnya kekerasan permukaan suatu material. Pengujian ini yaitu
menggunakan bola indentor yang terbuat dari baja, dimana metode pengujiannya adalah
memberikan indentasi pada permukaan suatu material sehingga timbul tapak tekan.
Kekerasan ini penting bagi ketelitian kekerasan logam. Untuk bahan polimer diperlukan
juga cara serupa memakai beban penekanan 100 sampai 200 gram. Kekerasan Vickers
dapat dibandingkan dapat dibandingkan dengan kekerasan logam, akan tetapi dalam hal
ini bahwa kelakuan viskoelastik bahan polimer adalah aneh dengan persamaan Hv =
1,854 P/dm2
Gambar 3.1 Hardness Testing Techniques
Kekuatan impak adalah suatu criteria penting untuk mengetahui kegetasan bahan
polimer, melihat pengaruh takikan yaitu dengan pengujian pada batang uji umumnya
kekuatan impak bahan polimer lebih kecil daripada kekuatan impak logam apabila
ikatan antar molekul kuat atau berat molekul besar kekuatan impak biasanya lebih
besar. Pengujian impak yaitu mengetahui ketahanan terhadap pembebanan tiba-tiba
pada berbagai temperature sehingga dapat ditentukan temperature transisi dari sifat ulet
dan sifat getas. Kapasitas alat uji impak tergantung dari dimensi dan spesifikasi dari alat
uji impak itu sendiri. Ada dua metode dalam pengujian impak yaitu Uji Impak Charpy
dan Uji Impak Izod.
Melar terjadi pada temperature rendah juga, akan tetapi paling menyolok pada
terjadi pada temperature dekat titik cair. Kemuluran ialah kebolehan bahan
dipanjangkan dalam keadaan tetap dengan menggunakan daya tegangan. Kemuluran
ialah ukuran canggaan plastik sebelum sesuatu bahan gagal. Patah Lelah (fatigue
fracture) disebabkan oleh tegangan berulang dan juga dijumpai pada tegangan kurang
dari 1/3 kekuatan statik pada bahan struktur tanpa konsentrasi tegangan.
BAB IV
PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Ilmu dan teknologi bahan meliputi pengembangan dan penerapan pengetahuan
mengenai hubungan antara komposisi, struktur dan pemerosesan bahan dengan sifat-
sifat dan pemakaiannya. kekerasan adalah mengukur ketahanan material terhadap
deformasi plastis yang terlokalisasi (lengkungan kecil atau goresan). Kekerasan adalah
criteria untuk menyatakan intensitas tahanan suatu bahan terhadap deformasi yang
disebabkan objek lain. Ada tiga macam objek lain cara pengujian yaitu penekanan,
goresan dan resilience. Uji kekerasan rockwell adalah metode yang paling umum
digunakan karena sederhana dan tidak menghendaki keahlian khusus. Pengujian
kekerasan brinell digunakan untuk mengetahui besarnya kekerasan permukaan suatu
material. Angka kekerasan diperoleh dari besarnya beban yang digunakan, diameter
hasil tapak tekan dan diameter dari indentor. Kekerasan Vickers dapat dibandingkan
dapat dibandingkan dengan kekerasan logam, akan tetapi dalam hal ini bahwa kelakuan
viskoelastik bahan polimer adalah aneh dengan persamaan Hv = 1,854 P/dm2
Nilai impak (impact value) adalah ketahanan suatu bahan terhadap pembebanan
yang tiba-tiba. Prinsip kerja alat uji impak ini adalah dengan cara memberikan
pembebanan secara tiba-tiba pada benda uji yang akan diuji secara static. Kapasitas alat
uji impak tergantung dari dimensi dan spesifikasi dari alat uji impak itu sendiri. Ada dua
metode dalam pengujian impak yaitu Uji Impak Charpy dan Uji Impak Izod. Kemuluran
ialah kebolehan bahan dipanjangkan dalam keadaan tetap dengan menggunakan daya
tegangan. Patah Lelah (fatigue fracture) disebabkan oleh tegangan berulang dan juga
dijumpai pada tegangan kurang dari 1/3 kekuatan statik pada bahan struktur tanpa
konsentrasi tegangan.
4.2 Saran
Dalam penulisan makalah ini tentunya terdapat beberapa kekurangan oleh karena
itu diperlukan saran yang dapat membangun penulisan makalah ini selanjutnya sehingga
menjadi lebih baik lagi.
DAFTAR PUSTAKA
Callister, William d & John Willey Sons.2006.Material Science and engineering an
introduction seventh edition. Salt lake city.utah
www.openpdf.com
www.docstoc.com/docs/22177139/sifat mkanikbahan/
www.fkm.utm.my/zulkepli/note3703/intro_aspect/pilih_sifatbahan.pdf
www.staff.ui.ac.id/internal/132128628/material/pengetahuanbhan babpertama.pdf