Harini Sosiati

29 Agustus 2017

•Merancang dan membuat produk

- Produk harus berfungsi dengan baik

sepanjang masa pakainya

- Produk layak secara estetika dan ekonomi

•Dibutuhkan pengetahuan dalam memilihmaterial yang sesuai dengan kriteriaperancangan

Engineer

Pengantar Rekayasa Material

• Material Science: mempelajari hubungan antara struktur material (padaskala atomik atau molekul ) dengan sifat-sifatnya (pada level makroskopik)

• Material Engineering: mendisain struktur material berdasarkan korelasistruktur dan sifat material untuk menghasilkan material dengan sifat-sifatseperti yang telah ditentukan atau material dengan sifat (fisik danmekanik) yang lebih unggul.

Materials Science and Engineering

Rekayasa material (material engineering) mempelajari proses rekayasamaterial teknik dan karakterisasi material rekayasa untuk mendapatkanmaterial yang memiliki sifat fisik dan mekanik yang lebih unggul, baikmenggunakan material baru seperti komposit, keramik maupunrekayasa dengan panduan maupun perlakuana permukaan

• Agar dapat memilih material yang sesuai berdasarkan pertimbangan performansidan nilai ekonomisnya.

• Agar dapat mengetahui batasan serta sifat-sifat yang dimiliki material dan dapatmelakukan perubahan terhadap sifat-sifat tersebut

- Bagaimana merubah suatu material menjadi lebih keras, lebih kuat, lebih tahan

karat?

-Bagaimana mempertimbangkan perubahan sifat mekanik material selama

beroperasi yang mungkin disebabkan oleh kondisi lingkungan (suhu, tekanan,

humidity).

• Agar dapat menciptakan material baru yang sifatnya sesuai dengan yang dihendaki.

• Agar dapat mengembangkan material baru dengan sifat yang lebih unggul.

Why study materials science and engineering?

Examples of Material Failures

Penggolongan Material

Metals

Polymers

Ceramics

Composites

General characteristics of the major classes of engineering materials

• Tersusun dari satu atau lebih unsur metalik, misalnya: besi, tembaga, alumunium, baja, besi cor

• Bersifat konduktor listrik dan termal yang baik

• Mempunyai sifat magnetik (mis Fe, Co, Ni)

Logam

Ceramics

- Keramik adalah bahan anorganik bukan/non-logam yang terdiri dari dua komponenbahan logam dan sebagian besar non-logam atau dua jenis bahan non-logam.

- Keramik dapat terbentuk dengan adanya panas dan, panas dan tekanan.

- Sifat: keras, getas, isolator listrik dan panas yang baik, tahan temperatur tinggi

Metal Non-metal Non-metal Non-metal

Ceramic Ceramic

Examples

Traditional ceramic

Advanced ceramics

Products of Oxide Ceramics

Abrasives (grinding wheel grit)Bioceramics (artificial bones and teeth)

Electrical insulators and electronic components

Refractory brick

Cutting tool inserts Spark plug barrels

Engineering components

• Kebanyakan merupakan senyawa organik yang secara kimiawi berbasiskarbon, hidrogen, dan non metalik (mis: O, Si, N)

• Mempunyai struktur molekul yang besar dan berbentuk rantaiContoh: polyethylene (PE), polyvinyl chloride (PVC),polystyrene (PS), dll

• Sifat: berat jenis rendah, duktil (ulet), mudah dibentuk menjadi bentuk yang kompleks, tahan bahan kimia, cenderung melunak pada temperatur tinggi, konduktivitas listrik rendah, non magnetik

Polimer (Plastik)

COMPOSITE

REINFORCEMENT (generally fibers which has high tensile strength and is susceptible to breakage)

MATRIX which surrounds and supports reinforcement has relativelylow tensile strength

Stronger, stiffer and high damage resistant material

KOMPOSIT HIBRID (HYBRID COMPOSITE)

Reinforcements: two (2) or more kindsMatrix: one

Reinforcements: oneMatrix: two (2) or more kinds

COMPOSITES

• Tersusun dari kombinasi dua atau lebih jenis material• Sifatnya merupakan gabungan dari sifat sifat material yang

membentuknya.

• Contoh: 1. Fiberglass (Glass Fiber Reinforced Ploymer, GFRP): gabungan serat

kaca dengan polimerSerat kaca bersifat kuat, kaku, getasPolimer: duktil, lemah, fleksibelFiberglass: kuat, kaku, fleksibel,duktil, low density

2. Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP): gabungan seratkarbon dengan polimerSifat: lebih kuat dan kaku daripada GFRP namun lebih mahalAplikasi: aircraft dan aerospace, sport

3. Natural composite ( mis: Kayu/serat alam)

Jenis Komposit1. Berdasarkan bahan pengisi (fillers/reinforcements)

Continues fibers Discontinues fibers

(a) Fibrous composites

(b) Particular composite

(c) Laminate composite

(d) combination composite

2. Berdasarkan jenis matriks

(a) Komposit dengan matriks polimer (Polymer Matrix Composites)(b) Komposit dengan matriks logam (Metal Matrix Composites)(c) Komposit dengan matriks keramik (Ceramic Matrix Composites)

• Struktur material selalu berkorelasi dengan susunan dari komponeninternalnya

- Level sub atomik: elektron di dalam individual atom dan interaksinya dengan inti atom

- Level atomik: susunan atom atau molekul relatif terhadap sesamanya

- Level mikroskopik: sekumpulan besar atom yang membentuk kelompokdapat diobservasi menggunakan mikroskop

- Level makroskopik: struktur yang dapat dilihat tanpa alat bantu

Struktur Material

Level mikroskopik

Optical microscope (OM)

Scanning electron microscope (SEM)

Batas butir

Patah getas

Patah ulet

Sifat Material

- Sifat kimia: reaksi bahan terhadap lingkungan, mis: ketahanan korosi.

- Sifat listrik dan magnetik: sifat bahan terhadap medan listrik dan magnet, mis:

daya hantar atau konduktivitas.

- Sifat termal: reaksi bahan terhadap konduktivitas panas dan kapasitas panas.

- Sifat optik: absorbs, pembiasan dan penghamburan cahaya

- Sifat mekanik: kekuatan bahan menahan beban, mis: sifat tekan, sifat tarik,

kekerasan, kekakuan, keuletan, elastisitas dsb.

Proses Pemilihan Material

1. Aplikasi, performans

Properti material yang diinginkan.

2. Identifikasi kandidat material

Struktur, komposisi material

3. Identifikasi proses yang dibutuhkan

Proses untuk merubah struktur dan bentuk

Proses Perlakuan dan Rekayasa Material

Heat treatment is the heating and cooling of metal to change its properties(physical and mechanical) and performance without letting it changes itsshape.

Heat treatment (Perlakuan panas)

Tem

pe

ratu

reTime

Holding (soak) Changes in microstructure Changes in chemistry or

composition

Classification of heat treatment technique

AnnealingAnnealing involves treating steel up to a high temperature, and then cooling it very slowly to roomtemperature, so that the resulting microstructure will possess high ductility and toughness, but lowhardness.Annealing is performed by heating a component to the appropriate temperature, soaking it at thattemperature, and then shutting off the furnace while the piece is in it.

NormalizingNormalizing involves heating steel, and then keeping it at that temperature for a period of time, andthen cooling it in air. The resulting microstructure is a mixture of ferrite and cementite which has ahigher strength and hardness, but lower ductility.

TemperingTempering involves heating steel that has been quenched and hardened for an adequate period oftime so that the metal can be equilibrated. The hardness and strength obtained depend upon thetemperature at which tempering is carried out. Higher temperatures will result into high ductility, butlow strength and hardness. Low tempering temperatures will produce low ductility, but highstrength and hardness.

Rolling for metallic sheet

-Reduce thickness

-Change cross-section

Microstructure after rolling

Contoh