Document Elly Tahalele2

Material teknik

Definisinya adalah ilmu yang mempelajari material dalam penggunaan dibidang teknik, jadi dengan ilmu ini maka dapat diketahui karakteristik material. Maka material dipergunakan untuk kebutuhan yang sesuai dengan karakteristiknya, misalnya penggunaan Aluminium sebagai mesin-mesin, alat-alat rumah tangga dan badan pesawat terbangKarakteristik Material Karakteristik material adalah sifat-sifat material yang berdasar pada sifat fisik, sifat kimia dan sifat mekanik.Sifat fisik adalah sifat yang berdasarkan fisik material misalnya temperatur dan penampakan Contohnya baja karbon , temperatur kamar berbentuk padat, tetapi ketika temperatur dinaikan sampai 1100 derajat celcius akan mulai meleleh menjadi besi cair dan benar-benar mencair pada suhu 1450 derajat celcius. Penampakannya buram dan mudah teroksidasi dengan oksigen .Sifat Kimia adalah sifat yang berhubungan dengan sifat kimiawi misalnya bereaksi dengan garam dan oksigen atau bereaksi dengan zat-zat kimia tertentu maka ketika penggunaan sehari-hari hal ini sangat diperhatikan.Contohnya penggunaan pipa dari pelapis timbal tidak diperkenankan karena bereaksi dengan air dan membuat racun pada orang yang meminum air dari pipa tersebut, juga penggunaan kuningan sebagai sendok dan peralatan dapur panci dan sebagainya mengakibatkan terikatnya Timah dengan makanan dan masuk ke tubuh orang yang makan.Sifat mekanik adalah sifat yang berhubungan dengan mekanik, yaitu kekuatan tarik, elongation (pertambahan panjang) , kekuatan tekan, kekerasan, kekuatan yield dan kekuatan geser, serta kekuatan geser.Sifat mekanik material sangat mempengaruhi penggunaannya, dalam penggunaan material seorang ahli teknik akan menghitung kekuatan material dengan desain yang dibuat, akan terjadi pertimbangan-pertimbangan yang harus di perhatikan agar sesuai.Contoh 1 akan membuat sebuah konstruksi jembatan maka desain sudah dibuat yang rangka jembatan akan dibuat dari baja, maka ahli konstruksi tadi harus mengetahui kekuatan yield baja rangka agar desainnya kuat menahan beban, persyaratan yang harus dipenuhi adalah beban yang diterima jembatan harus dibawah kekuatan yield rangka jembatan agar tidak terjadi deformasi. Kesalahan sekecil apapun harus diperhatikan karena akan menyebabkan pengurangan pada umur jembatan.Contoh 2 akan membuat sebuah konstruksi kursi roda, maka yang diperhatikan adalah desain dan kekuatannya dengan berat yang ringan. Misalnya dibuat dari Aluminium karena ringan tapi harus dipilih alloy Al yang kuat misal AL-mg sehingga desainnya ringan tidak berkarat dan warnanya bagus serta kuat.Contoh 3 akan membuat gear-rasio maka dipilih material baja yang ulet misalnya baja mangan atau disebut baja dengan paduan mangan, material mudah dibentuk ( machining) dan mudah dikeraskan dengan karburising pada bagian lapisan luarnya.

Klasifikasi material teknik Secara umum material teknik dibagi menjadi dua kelompok yaitu dari logam dan non logam. Penggunaan material non logam semakin banyak untuk menggantikan material logam karena alasan lebih mudah dibentuk, tidak bereaksi, konduktifitas panas yang lebih rendah dan lain-lainnya. Material logam yang banyak digunakan : baja, aluminium, magnesium, tungsten, titanium, tembaga, timah, stainless steel, emas, perak, platina, perunggu dan lain-lainnyaMaterial non logam yang sering digunakan : ceramic, komposit, karet, plastik dan lain-lainnya

Baja Baja adalah logam paduan, logam besi sebagai unsur dasar dengan beberapa elemen lainnya, termasuk karbon. Kandungan unsur karbon dalam baja berkisar antara 0.2% hingga 2.1% berat sesuai grade-nya. Elemen berikut ini selalu ada dalam baja: karbon, mangan, fosfor, sulfur, silikon, dan sebagian kecil oksigen, nitrogen dan aluminium. Selain itu, ada elemen lain yang ditambahkan untuk membedakan karakteristik antara beberapa jenis baja diantaranya: mangan, nikel, krom, molybdenum, boron, titanium, vanadium dan niobium.[1] Dengan memvariasikan kandungan karbon dan unsur paduan lainnya, berbagai jenis kualitas baja bisa didapatkan. Fungsi karbon dalam baja adalah sebagai unsur pengeras dengan mencegah dislokasi bergeser pada kisi kristal (crystal lattice) atom besi. Baja karbon ini dikenal sebagai baja hitam karena berwarna hitam, banyak digunakan untuk peralatan pertanian misalnya sabit dan cangkul.Penambahan kandungan karbon pada baja dapat meningkatkan kekerasan (hardness) dan kekuatan tariknya (tensile strength), namun di sisi lain membuatnya menjadi getas (brittle) serta menurunkan keuletannya (ductility).Meskipun baja sebelumnya telah diproduksi oleh pandai besi selama ribuan tahun, penggunaannya menjadi semakin bertambah ketika metode produksi yang lebih efisien ditemukan pada abad ke-17. Dengan penemuan proses Bessemer di pertengahan abad ke-19, baja menjadi material produksi massal yang membuat harga produksinya menjadi lebih murah. Saat ini, baja merupakan salah satu material paling umum di dunia, dengan produksi lebih dari 1,3 miliar ton tiap tahunnya. Baja merupakan komponen utama pada bangunan, infrastruktur, kapal, mobil, mesin, perkakas, dan senjata. Baja modern secara umum diklasifikasikan berdasarkan kualitasnya oleh beberapa lembaga-lembaga standar Internasional.Bijih BesiBesi dapat ditemukan pada bagian kerak bumi hanya dalam bentuk bijih, biasanya dalam bentuk besi oksida seperti magnetit dan hematit. besi diekstraksi dari bijih besi dengan menghilangkan atom oksigen dan kemudian menggabungkannya kembali dengan atom lain seperti karbon. Proses ini disebut smelting. [2] Ada sejumlah kecil besi yang sudah melalui proses ini pada masa lampau dengan cara memanaskan bijih yang ditanam pada bara api dan kemudian menggabungkan kedua logam dengan menempanya palu. Kandungan karbon yang terkandung juga dapat dikontrol.Temperatur tinggi pada proses smelting dapat dicapai dengan metode kuno yang sudah dipakai sejak zaman Tembaga. Karena tingkat oksidasi besi meningkat sangat cepat diatas suhu 800C (1,470F), maka harus diperhatikan bahwa proses smelting harus dilaksanakan pada lingkungan dengan tingkat oksigen rendah. Proses peleburan akan menghasilkan paduan yang dinamakan baja. [2]Kelebihan karbon dan pengotor lainnya dapat dihilangkan dengan beberapa proses bertahap.Beberapa material juga ditambahkan ke campuran besi/karbon untuk mendapatkan baja dengan karakteristik yang diinginkan. Nikel dan mangan ditambahkan untuk menambah kekuatan, krom ditambahkan untuk meningkatkan kekerasan dan titik didih, serta penambahan vanadium juga menambah kekerasan serta mengurangi dampak kelelahan logam.[3]Perlakuan panasAda berbagai perlakuan panas yang biasa digunakan pada proses pengolahan baja. Perlakuan panas yang paling sering digunakan adalah annealing, quenching, dan tempering. Annealing adalah perlakuan panas terhadap baja yang dilakukan dengan memanaskan baja hingga temperatur cukup tinggi untuk membuat baja lunak. Proses ini terjadi dalam tiga tahapan, pemulihan, rekristalisasi, dan penumbuhan butir. Temperatur yang dibutuhkan untuk annealing bergantung pada jenis annealing dan kandungan elemen campuran dalam baja.Quenching dan tempering awalnya melibatkan pemanasan baja hingga fasanya berubah menjadi austenit lalu dilakukan pendinginan menggunakan media pendingin oli atau air. Penurunan temperatur yang tiba-tiba menghasilkan struktur martensit yang keras dan getas. Baja lalu diproses melalui proses tempering yang merupakan salah satu jenis dari annealing. Pada proses ini sebagian dari struktur martensit akan berubah menjadi sementit, atau spheroidite untuk mengurangi tegangan internal dan cacat dalam baja, sehingga baja lebih ulet dan lebih tahan terhadap keretakan.Produksi bajaBesi setelah melalui proses peleburan dari bijih, mengandung karbon berlebih. Untuk menjadikannya baja, perlu dilelehkan dan diproses ulang untuk mengurangi kandungan karbonnya hingga mencapai jumlah yang diinginkan, maka setelah itu elemen-elemen lain dapat ditambahkan. Cairan ini lalu dituang secara kontinu membentuk lempeng besi panjang atau dituang menjadi batangan baja. Sekitar 96% baja dituang secara kontinu dan 4%nya diproduksi dalam wujud batangan.Industri bajaSudah biasa kita menyebutkan "Industri baja dan besi" sebagai suatu kesatuan, tetapi dari perspektif sejarah mereka adalah produk yang berbeda. Industri baja sering digunakan sebagai indikator perkembangan ekonomi, dikarenakan peran baja untuk memenuhi kebutuhan infrastruktur dan perkembangan ekonomi secara menyeluruh.Tahun 1980, lebih dari 500.000 pekerja di industri baja. Pada tahun 2000, pekerja di industri baja menurun hingga 224.000.Perkembangan ekonomi di India dan Cina yang pesat mengakibatkan peningkatan permintaan baja pada tahun belakangan ini. Antara tahun 2000 hingga 2005, permintaan dunia terhadap baja meningkat sekitar 6%. Sejak tahun 2000, beberapa perusahaan baja Cina dan India telah menjadi perusahaan besar di industri ini, seperti Tata Steel, Shanghai Baosteel Corporation dan Shagang Group. Produsen baja terbesar di dunia adalah ArcelorMittal.Pada tahun 2005, British Geological Survey menyatakan bahwa Cina adalah produsen baja terbesar di dunia, sekitar sepertiga produksi baja dunia berasal dari Cina, disusul oleh Jepang, Russia dan Amerika Serikat.Tahun 2008, baja menjadi komoditas perdagangan di London Metal Exchange. Pada akhir 2008, industri baja sempat terjatuh.SejarahSebelum diperkenalkannya metode produksi Bessmer dan berbagai teknik produksi modern lainnya, baja termasuk material yang mahal dan hanya digunakan ketika tidak ada material alternatif yang lebih murah, khususnya untuk bagian tajam dari pisau, alat pencukur, dan pedang, dan berbagai alat perkakas yang membutuhkan bagian yang keras dan tajam. Baja pada saat itu juga digunakan untuk pegas, termasuk pegas yang digunakan pada jam.Dengan berkembangnya metode produksi yang lebih cepat dan ekonomis, baja menjadi lebih mudah didapat dan menjadi jauh lebih murah. Baja telah menggantikan penggunaan bongkah besi dalam berbagai hal. Pada abad 20 dengan ditemukannya plastik, penggunaan baja untuk beberapa aplikasi dapat tergantikan, dikarenakan plastik lebih murah dan lebih ringan. Fiber karbon juga menggantikan baja untuk berbagai aplikasi yang lebih memprioritaskan berat yang ringan daripada harga ekonomis, seperti pada pesawat terbang, peralatan olah raga dan kendaraan mewah.

Aluminium Beberapa sifat dan kelebihan aluminium dibanding logam-logam yang lain:a) Penghantar listrik dan panas yang baik walaupun tidak sebaik tembaga. Karena memiliki daya hantar listrik yang baik ini aluminium digunakan pada kabel listrik menggantikan tembaga yang harganya lebih mahal.b) Mempunyai warna yang stabil seolah-olah tidak berkarat. Hal ini disebabkan aluminium sangat cepat bereaksi dengan dengan oksigen yang terdapat di udara menghasilkan aluminium oksida. Oksida yang terbentuk tidak mudah terkelupas sehingga dapat melindungi permukaan aluminium yang ada dibagian bawah agar tidak terjadi oksidai berlanjut. Selain berupa lapisan tipis, oksida yang terbentuk merupakan lapisan tembus cahaya sehingga aluminium seolah-olah tidak berubah (tetap mengkilat).c) Permukaannya tidak perlu di cat karena sudah cukup bagus dan menarik.d) Serbuk aluminium yang sangat halus tampak mengkilat seperti logam aslinya sehingga sering dicampur pada minyak cat (vernis) menghasilkan cat metalik yang harganya relatif labih mahal dibanding cat biasa. Cat-cat metalik kebanyakan digunakan pada barang-barang mewah, karena dengan penambahan aluminium, cat dapat memantulkan cahaya yang lebih banyak.e) Tidak bereaksi dengan asam atau bahan kimia lain yang terdapat dalam bahan makanan. Oleh karena itu aluminium banyak digunakan sebagai bahan dasar pembuatan alat-alat rumah tangga misanya panci. Dan aluminium dijadikan kertas aluminium yang sangat tipis yang digunakan sebagai pembungkus rokok, gula, bumbu masak dan beberapa keperluan lain.f) Paduan 95% aluminium dengan 5% unsur lain seperti Cu, Mg, dan Mn dapat digunakan menggantikan fungsi besi walaupun tidak sekuat besi. Misalnya dalam pembuatan bingkai pintu dan jendela. Penggunaan aluminium makin lama makin penting sejalan perkembangan teknologi. Hal ini didukung oleh oleh sifatnya yang menarik dengan harga yang relatif murah. Selain itu aluminium termasuk logam yang ringan bersama-sama dengan magnesium dan titanium. Walaupun memiliki berbagai kelebihan namun logam aluminium maupun paduannya memiliki kekurangan, salah satunya yitu tidak bisa di las atau disolder. Hal ini tentu sangat merugikan, sebab jika sebagian kecil dari aluminium yang mengalami kerusakan maka semua bagian harus diganti dengan yang baru. Reaksi antara aluminium dengan Fe2O3 dikenal dengan reaksi termit yang dihasilkan panas untuk pengelasan baja.2Al(s) + Fe2O3(s) Al2O3(s) + Fe(l) H = -852 kJ Beberapa senyawa aluminium yang banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan industri, antara lain: Tawas, KAl(SO4)2.12H2O digunakan untuk mengendapkan kotoran pada penjernihan air. Aluminium sulfat Al2(SO4)3 digunakan dalam industri kertas dan mordan (pengikat dalam pencelupan). Zeolit Na2O Al2O3.2SiO2 digunakan untuk melunakkan air sadah. Aluminium Al2O3 untuk pembuatan aluminium, pasta gigi, industri keramik, dan industri gelas.

Kekuatan TarikPengujian kekuatan tarik bertujuan untuk mengetahui kekuatan ultimate (maksimum sebelum mencapai patah) dan kekuatan tarik yield ( kekuatan tarik sebelum luluh), Besarnya Kekuatan tarik dapat disimulkan dengan ( dibaca sigma) dengan rumus :

F= gaya beban tarik ( Newton)A=luas penampang ( m2)Kekuatan maksimal dirumuskan sebagaiKekuatan tarik yield dirumuskan sebagai Dalam desain yang digunakan adalah karena batas luluh material sehingga material aman digunakan , karena beban yang dapat ditahan material walaupun mengalami deformasi material masih dapat kembali seperti semula ketika beban dihilangkan.Jika desain dihitung dengan kekuatan tarik maksimal maka akan menyebabkan deformasi ketika beban dihilangkan dan lama2 desain menjadi semakin berubah menuju kegagalan atau mengalami kerusakan fatal.Pada Gambar dibawah dapat dilihat grafik uji tarik:

Gambar uji tarik.

Document Elly Tahalele