teknik material

43
Sifat – sifat material A. Physical Properties Sifat – sifat fisik suatu material meliputi: struktur material, ukuran, massa jenis B. Mechanical Properties 1. Strength (Kekuatan) Kekuatan merupakan kemampuan dari suatu material untuk menahan beban tanpa mengalami kepatahan. Pada grafik ditunjukkan batas kekuatan suatu material sembelum mengalami kepatahan. 2.Stiffness Stiffness merupakan sifat kaku dari suatu material. Sifat kekakuan merupakan sesuatu yang tidak dapat dipisahkan dari suatu materi dan memiliki efek yang penting dalam penyesuaian penyelesaian dan pemasangan dari kaca. Banyak material yang kaku memiliki kepadatan yang rendah untuk menahan deformasi dari penyemiran, pemasangan, gravitasi dan vibrasi pada saat pengoperasiannya. Apapun bentuk dan struktur internalnya, stiffness mendukung lingkungan material dapat dituliskan sebagai

Upload: rijalul-faza-zhilal-hakim

Post on 05-Dec-2014

187 views

Category:

Documents


16 download

DESCRIPTION

kekuatan bahan material teknik

TRANSCRIPT

Page 1: Teknik Material

Sifat – sifat material

A. Physical PropertiesSifat – sifat fisik suatu material meliputi: struktur material, ukuran, massa jenis

B. Mechanical Properties1. Strength (Kekuatan)

Kekuatan merupakan kemampuan dari suatu material untuk menahan beban tanpa mengalami kepatahan.

Pada grafik ditunjukkan batas kekuatan suatu material sembelum mengalami kepatahan.

2. StiffnessStiffness merupakan sifat kaku dari suatu material. Sifat kekakuan

merupakan sesuatu yang tidak dapat dipisahkan dari suatu materi dan memiliki efek yang penting dalam penyesuaian penyelesaian dan pemasangan dari kaca. Banyak material yang kaku memiliki kepadatan yang rendah untuk menahan deformasi dari penyemiran, pemasangan, gravitasi dan vibrasi pada saat pengoperasiannya.

Apapun bentuk dan struktur internalnya, stiffness mendukung lingkungan material dapat dituliskan sebagai

3. ElasticityElastisitas adalah kemampuan material untuk menyerap tekanan dan

memantulkannya ke arah lain serta mampu kembali ke bentuk semula sebelum menerima tekanan tersebut.

4. PlasticityPlastis merupakan suatu keadaan dimana benda mengalami pertambahan

panjang tetapi benda tersebut tidak bisa kembali ke bentuk semula.

Page 2: Teknik Material

5. DuctilityMerupakan kemampuan benda untuk dibentuk tanpa mengalami kepatahan

atau deformasi lainnya.

6. ToughnessMerupakan sifat benda yang tidak akan patah atau retak ketika mengalami hentakan secara tiba – tiba. Ketahanan (toughness) dari sebuah material berada di bawah kurva tegangan dan regangan. Pada bagian tegangan, menunjukkan keseimbangan dengan kekuatan tekan sedangkan pada bagian regangan menunjukkan keseimbangan dengan perpanjangannya. Wilayah di bawah kurva tegangan dan regangan sangat seimbang dengan integral dari gaya melebihi dari panjang rentang polimer sebelum mengalami kepatahan.Atau dapat dituliskan

Integral ini adalah merupakan energi yang diperlukan untuk mematahankan suatu benda. Ketahanan merupakan ukuran dari energi yang dapat diterima oleh suatu benda sebelum mengalami kepatahan.Berikut ini adalah kurva Toughness

Perbedaan antara Ketahanan dan KekuatanMaterial yang kuat belum tentu tahan untuk direntangkan. Sedangkan substansi dari perengangan adalah kekutan, tetapi tidak mengalami deformasi yang besar. Secara lebih jelas perbedaan antara kekuatan dan ketahanan ditunjukkan dengan kurva berikut ini:

Page 3: Teknik Material

7. Creep (melar)Beberapa bagian dari mesin dan struktur dapat berdeformasi secara

kontinu dan perlahan-lahan dalam kurun waktu yang lama apabila dibebani secara tetap. Deformasi macam ini yang tergantung pada waktu dinamakan melar (creep). Melar terjadi pada temperatur rendah juga, tetapi yang sangat menyolok terjadi pada temperature dekat pada titik cair. Kalau kekuatan lelah yang akan dikemukakan kemudian dibandingkan dengan kekuatan melar, kekuatan elah rendah pada temperatur rendah sedangkan pada temperatur lebih tinggi ( sekitar 650°K untuk baja ) kekuatan melar lebih rendah. Oleh karena itu pada perencanaan suatu komponen untuk temperatur rendah perlu didasarkan atas kekuatan lelah sedangkan pada temperatur lebih tinggi perlu didasarkan atas kekuatan melar, karena pengaruh waktu pembenanan adalah besar.Kekuatan MelarSecara spesifik tingkatan tekanan dinamakan sebagai batas mulur, mulur akan menjadi mudah dan dapat diabaikan dalam jangka panjang pada saat memuat aplikasinya.Perancang yang biasa bekerja dengan bahan – bahan metal harus memberikan perhatian yang besar pada kekuatan mulur dan modulus ketika mereka merancang sebuah termoplastic.Modulus Creep Modulus pemelaran (Creep Modulus / Et), menunjukkan modulus dari material yang diberikan tingkat tekanan dan temperatur melebih spesifiknya dalam suatu periode waktu (t).

Langkah penyesuaian dalam menggunakan data pemuluran untuk perancangan pemuatan yang lebih lanjut adalah untuk mencocokan waktu dan temperatur yang bergantung pada modulus creep, yang sering juga disebut modulus nyata.

8. HardnessKekerasan ( hardness ) merupakan kemampuan dari suatu bahan/ material

terhadap gaya tekan/ goresan/ pengikisan. Pengujian kekerasan adalah satu dari sekian banyak pengujian yang dipakai, karena dapat dilaksanakan pada benda uji yang kecil tanpa kesukaran mengenai spesifikasi. Pengujian paling banyak dipakai ialah dengan menekankan penekan tertentu kepada benda uji dengan beban tertentu dan dengan mengukur ukuran bekas penekanan yang terbentuk di atasnya, cara ini dinamakan cara kekerasan penekanan.

Page 4: Teknik Material

Modulus YoungModulus Young adalah perbandingan antara Tegangan dan regangan. Modulus

Young sering juga disebut sebagai modulus elastisitas atau modulus perenggangan. Modulus Young adalah penyerongan dari curva tegangan dan regangan. Kurva tegangan dan regangan sering kali tidak berbentuk garis lurus, yang menandakan bahwa terjadinya perubahan pada besar regangan dari suatu benda.

Berikut ini adalah contoh kurva yang menunjukkan modulus Young

Material yang kaku, seperti besi, memiliki modulus young yang besar. Umumnya Fiber juga memiliki modulus Young yang besar dan memiliki nilai elastomer yang kecil.

Modulus Young dapat juga di tuliskan sebagai berikut:

Stress (Tegangan)Tegangan merupakan gaya per unit luas dari material yang menerima gaya tersebut.

Unit dari tegangan adalah sama dengan tekanan yang dialami oleh suatu material. Kita dapat menggunakan Pascal (Pa) untuk menguraikannya sebagai unit dari tegangan. Dalam literatur polimer, tegangan sering kali ditampilkan dalam satuan Psi (pounds per square inch)

1 Mpa = 145 PSi

Page 5: Teknik Material

Strain (Regangan)Regangan adalah merupakan ukuran perubahan dari panjang dari suatu material. Ketegangan biasanya ditampilkan dengan dua cara

Elongation

extension ratio

Kurva strain and Stress

Pada kurva dapat kita lihat bahwa, tegangan yang ditampilkan dengan elongation. Strain and stress kurva merupakan ukuran dengan instrument yang digunakan dalam percobaan tegangan benda.Dapat kita lihat bahwa pada saat terjadi perpanjang regangan pada material, maka akan terjadi kepatahan pada material.

Page 6: Teknik Material

Tekanan

F F F F F F

F FF F

F

F F

F

Gambar di atas melukiskan suatu batang yang mempunyai penampang serbasama ditarik dengan gaya F pada kedua sisinya. Batang dalam keadaan tertarik. Bila dibuat irisan di batang (gambar b) yang tidak dekat ujung batang, maka pada irisan tadi terdapat tarikan dengan gaya F yang merata di penampang batang (sistem dalam keadaan seimbang). Dari sini dapat didefinisikan tegangan di irirsan tersebut sebagai perbandingan antara gaya F dengan luas penampang A.

Tegangan : S = F/A ( N/m2 = Pascal)

Tegangan tersebut disebut tegangan tarik.Bila irisan tadi dibuat sembarang (membentuk sudut), maka luasannya menjadi A’ dan dan gaya F tadi bisa diurakan menjadi dua komponen, yaitu F (tegak lurus/normal terhadap A’ dan F (sejajar/tangensial terhadap A’). Maka tegangan dapat diurakan menjadi :

Tegangan normal = F / A’

Tegangan tangensial (geser) = F /A’

Demikian juga sebaliknya, bila gaya pada balok mengarah ke balok. Tegangannya disebut tegangan tekan.

Page 7: Teknik Material

ReganganBila gaya diberikan pada balok tersebut memberikan tegangan tarik, maka balok tersebut juga mengalami perubahan bentuk yang disebut regangan.

Lo

LF F

L

Regangan tarik = L - Lo = L Lo Lo

Regangan tekan dapat didefinisikan dengan cara sama, dengan L sebagai pengurangan panjang.

Bila gaya yang diberikan memberikan tegangan geser maka perubahan bentuk pada balok menjadi :

x b b’ c c’

h

a,a’ d,d’

Regangan geser = x/h = tg ( karena x << h)

Regangan dikarenakan tekanan hidrostatis disebit regangan volume :

Regangan volume = V V

Page 8: Teknik Material

Elastisitas dan PlastisitasHubungan antara tegangan dan regangan menyatakan elstisitas bahan tersebut. Grafik tegangan sebagai fungsi regangan suatu logam dapat digambarkan sebagi berikut :

Te cg b da ang a : batas proporsional

a b : batas elastik n o - b : sifat elastik

b - d : sifat plastikd : titik patah

O Regangan

Bagian pertama (O - a) tegangan sebanding dengan regangan, a adalah batas proporsional tersebut. Dari a sampai b tidak sebanding lagi, tetapi bila beban diambil, kurva akan kembali ke titik a lagi. Titik a sampai b masih bersifat elastik dan b adalah batas elastik. Bila beban di ambil setelah melewati b, misal di c, kurva tidak kembali ke b tetepi kembali melellui garis tipis. Sehingga panjang tanpa tegangan menjadi lebih besar dari semula. Bila beban ditambah terus sampai patah di d, d disebut titik patah. Bila b sampai d cukup besar, bahan tersebut bersifat ulet, tetapi kalau sangat pendek disebut rapuh.

Modulus ElastikPerbandingan antara tegangan dan regangan disebut modulus elastik bahan.

Modulus YoungBila kita perhatikan tegangan dan regangan tarik/tekan, sampai batas proporsional, perbandingan tegangan dan regangan disebut : modulus Young, Y :

Tegangan tarik Tegangan tekanY = =

Regangan tarik Regangan tekan

F / A’Y =

L / Lo

Page 9: Teknik Material

SIFAT TERMAL BAHAN

Sejumlah energi bisa ditambahkan ke dalam material melalui pemanasan,

medan listrik, medan magnit, bahkan gelombang cahaya seperti pada peristwa photo

listrik yang telah kita kenal. Tanggapan padatan terhadap macam-macam tambahan

energi tersebut tentulah berbeda. Pada penambahan energi melalui pemanasan

misalnya, tanggapan padatan termanifestasikan mulai dari kenaikan temperatur

sampai pada emisi thermal tergantung dari besar energi yang masuk.

Pada peristiwa photolistrik tanggapan tersebut termanifestasikan sebagai emisi

elektron dari permukaan metal tergantung dari frekuensi cahaya yang kita berikan,

yang tidak lain adalah besar energi yang sampai ke permukaan metal. Dalam

mempelajari sifat non-listrik material, kita akan mulai dengan sifat thermal, yaitu

tanggapan material terhadap penambahan energi secara thermal (pemanasan). Dalam

padatan, terdapat dua kemungkinan penyimpanan energi thermal; yang pertama

adalah penyimpanan dalam bentuk vibrasi atom / ion di sekitar posisi

keseimbangannya, dan yang kedua berupa energi kinetik yang dikandung oleh

electron bebas. Ditinjau secara makroskopis, jika suatu padatan menyerap panas maka

energi internal yang ada dalam padatan meningkat yang diindikasikan oleh kenaikan

temperaturnya. Koefisien daya hantar berlainan dengan koefisien muai panas,

walaupun keduanya dipengaruhi oleh suhu. Naiknya suhu suatu bahan/material, maka

akan mengakibatkan perubahan susunan atom yang mengiringi pencairan dan

pengaturan kembali susunan atom=atom yang diakibatkan perubahan suhu, yang

pada akhirnya akan mengganggu daya hantar panas bahan tersebut. Sifat termal

merupakan sifat yang menunjukkan respon material terhadap panas yang diterima

suatu bahan/material. Untuk mengetahui sifat termal suatu bahan, maka perlu

dibefakan antar temperatur/suhu dengan kandungan kalor.

Temperatur / suhu adalah tinggi rendahnya (level ) thermal dari suatu

aktivitas, sedangkan kandungan kalor adalah besarnya energi thermal.

Suatu benda dapat mengalami muai panas (Thermal Expansion), yaitu pemuaian yang

dialami bahan ketika mengalami perlakuan termal. Besarnya pemuaian bahan /

material ditentukan oleh jenis benda, ukuran  benda mula-mula, dan besarnya

kalor yang diberikan. Pemuaian ini dapat mengakibatkan pertambahan panjang (∆l)

dan juga pertambahan volume..

Page 10: Teknik Material

merupakan koefisien muai panjangdan koefisien muai volume suatu zat. Daya hantar

panas( Thermal Conductivity) merupakan kemampuansuatu material atau bahan

dalam meneruskan panas, yang biasanya terjadi pada benda padat, dan biasanya

terjadi secara konduksi.

Jadi perubahan energi pada atom-atom dan electron bebas menentukan sifat-sifat

thermal padatan. Sifat-sifat thermal yang akan kita bahas adalah kapasitas panas,

panas spesifik, pemuaian, dan konduktivitas panas.

Kapasitas Panas  

Kapasitas Termal adalah sifat yang mengindikasikan kemampuan materi

untuk menyerap panas.

Kapasitas panas (heat capacity) adalah jumlah panas yang diperlukan untuk meningkatkan temperatur padatan sebesar satu derajat K. Konsep mengenai kapasitas panas dinyatakan dengan dua cara, yaitu

a.       Kapasitas panas pada volume konstan, Cv.

dengan E adalah energi internal padatan yaitu total energi yang ada dalam padatan

baik dalam bentuk vibrasi atom maupun energi kinetik elektron bebas.

b.      Kapasitas panas pada tekanan konstan, Cp

  dengan H adalah enthalpi. Pengertian enthalpi dimunculkan dalam thermodinamika

karena sesungguhnya adalah amat sulit meningkatkan kandungan energi internal pada

tekanan konstan. Jika kita masukkan energi panas ke sepotong logam, sesungguhnya

energi yang kita masukkan tidak hanya meningkatkan energi internal melainkan juga

untuk melakukan kerja pada waktu pemuaian terjadi. Pemuaian adalah perubahan

volume, dan pada waktu volume berubah dibutuhkan energi sebesar perubahan

volume kali tekanan udara luar dan energi yang diperlukan ini diambil dari energi

yang kita masukkan. Oleh karena itu didefinisikan enthalpi guna mempermudah

analisis, yaitu

H=E+PV

dengan P adalah tekanan dan V adalah volume.

  Karena pada tekanan konstan

Jika perubahan volume juga bisa diabaikan maka kapasitas panas pada

tekanan konstan dapat dianggap sama dengan kapasitas panas pada volume konstan.

Panas Spesifik

Page 11: Teknik Material

Panas spesifik (specific heat) adalah kapasitas panas per satuan massa per

derajat K, yang juga sering dinyatakan sebagai kapasitas panas per mole per derajat K.

Untuk membedakan dengan kapasitas panas yang ditulis dengan huruf besar (Cv dan

Cp), maka panas spesifik dituliskan dengan huruf kecil (cv dan cp).

Perhitungan Klasik.

Menurut hukum Dulong-Petit (1820), panas spesifik padatan unsur adalah

hampir sama untuk semua unsur, yaitu sekitar 6 cal/mole K. Boltzmann kemudian

menunjukkan bahwa angka yang dihasilkan oleh Dulong Petit dapat ditelusuri melalui

pandangan bahwa energi dalam padatan tersimpan dalam atom-atomnya yang

bervibrasi. Energi atom-atom ini diturunkan dari teori kinetik gas. Dalam teori

kinetik gas, molekul gas ideal memiliki tiga derajat kebebasan dengan energi kinetik

rata-rata per derajat kebebasan adalah sehingga energi kinetik rata-rata dalam tiga

dimensi adalah . Energi per mol adalah , ( N, bilangan Avogadro)

Yang merupakan energi internal gas ideal.

Dalam padatan, atom-atom saling terikat sehingga selain energi kinetik terdapat pula

energi potensial sehingga energi rata-rata per derajat kebebasan bukan melainkan .

Energi per mole padatan menjadi

Panas spesifik pada volume konstan

Angka inilah yang diperoleh oleh Dulong-Petit. Pada umumnya hukum

Dulong-Petit cukup teliti untuk temperatur di atas temperatur kamar. Namun

beberapa unsur memiliki panas spesifik pada temperatur kamar yang lebih

rendah dari angka Dulong-Petit, misalnya B, Be, C, Si. Pada temperatur yang

sangat rendah panas spesifik semua unsur menuju nol.

Perhitungan Einstein. Einstein memecahkan masalah panas spesifik

dengan menerapkan teori kuantum. Ia menganggap padatan terdiri dari N atom,

yang masing-masing bervibrasi (osilator) secara bebas pada arah tiga dimensi,

dengan frekuensi fE. Mengikuti hipotesa Planck tentang terkuantisasinya energi,

energi tiap osilator adalah

dengan n adalah bilangan kuantum, n = 0, 1, 2,....Jika jumlah osilator tiap

status energi adalah En dan E0 adalah jumlah asilator pada status 0, maka sesuai

dengan fungsi Boltzmann

Dengan N atom yang masing-masing merupakan osilator bebas yang berosilasi

tiga dimensi, kita dapatkan total energi internal.

Page 12: Teknik Material

Frekuensi fE , yang kemudian disebut frekuensi Einstein, ditentukan dengan

cara mencocokkan kurva dengan data-data eksperimental. Hasil yang diperoleh

adalah bahwa pada temperatur rendah kurva Einstein menuju nol jauh lebih cepat dari

data eksperimen.

Perhitungan Debye. Penyimpangan ini, menurut Debye, disebabkan oleh

asumsi yang diambil Einstein bahwa atom-atom bervibrasi secara bebas dengan

frekuensi sama, fE. Analisis yang perlu dilakukan adalah menentukan spektrum

frekuensi g(f) dimana g(f)df didefinisikan sebagai jumlah frekuensi yang diizinkan

yang terletak antara f dan (f + df) (yang berarti jumlah osilator yang memiliki

frekuensi antara f dan f + df ). Debye melakukan penyederhanaan perhitungan

dengan menganggap padatan sebagai medium merata yang bervibrasi dan

mengambil hipotesa spektrum gelombang berdiri sepanjang kristal sebagai

pendekatan pada vibrasi atom.

Dengan cs kecepatan rambat suara dalam padatan.

Debye juga memberi postulat frekuensi osilasi maksimum, fD, karena

jumlah keseluruhan frekuensi yang diizinkan tidak akan melebihi 3N (N adalah

jumlah atom yang bervibrasi tiga dimensi). Panjang gelombang minimum adalah

tidak lebih kecil dari jarak antar atom dalam kristal. Dengan mengintegrasi

g(f)df kali energi rata-rata ia memperoleh energi internal untuk satu mole volume

kristal.

Phonon. Dalam analisisnya, Debye memandang padatan sebagai kumpulan phonon

karena perambatan suara dalam padatan merupakan gejala gelombang elastis.

Spektrum frekuensi Debye yang dinyatakan pada persamaan sering disebut

spektrum phonon. Phonon adalah kuantum energi elastik analog dengan photon

yang merupakan kuantum energi elektromagnetik.

Kontribusi Elektron. Hanya elektron di sekitar energi Fermi yang terpengaruh oleh

kenaikan temperatur dan elektron-elektron inilah yang bisa berkontribusi pada panas

spesifik. Pada temperatur tinggi, elektron menerima energi thermal sekitar kBT

dan berpindah pada tingkat energi yang lebih tinggi jika tingkat energi yang lebih

tinggi kosong. Energi elektron pada tingkat Fermi, EF, rata-rata mengalami

kenaikan energi menjadi Ef + kBT yang kemungkinan besar akan berhenti pada

posisi tingkat energi yang lebih rendah dari itu.

KONDUKTIVITAS TERMAL

Page 13: Teknik Material

Konduktivitas atau keterhantaran termal, k, adalah suatu besaran intensif

bahan yang menunjukkan kemampuannya untuk menghantarkan panas.

Benda yang memiliki konduktivitas termal (k) besar merupakan penghantar

kalor yang baik (konduktor termal yang baik). Sebaliknya, benda yang memiliki

konduktivitas termal yang kecil merupakan merupakan penghantar kalor yang buruk

(konduktor termal yang buruk).

FAKTOR KONDUKTIVITAS TERMAL

a. Suhu

Konduksi termal akan meningkat seiring dengan kenaikan suhu

b. Kandungan uap air

Konduksi Termal akan meningkat seiring meningkanta kandungan kelembaman.Bila

nilai (k) besar maka merupakan pengalir yg baik,tetapi bila nilai (k) kecil maka bukan

pengalir yg baik.

Berat jenis

Nilai konduktifitas termal akan berubah bila berat jenisnya berubah. Semakin tinggi

berat jenis makan semakin baik pengalir konduktifitas tersebut.

d. Keadaan pori-pori bahan

Bila semakin besar rongga maka akan semakin buruk konuktifitas termalnya.

MEKANISME KONDUKTIVITAS TERMAL

Panas diangkut dalam bahan padat oleh kedua gelombang getaran kisi (fonon)

dan elektron bebas. Konduktivitas termal berhubungan dengan masing-masing

mekanisme ini dan konduktivitas total jumlah kontribusi keduanya.Dimana k1

mewakili getaran kisi dan konduktivitas termal elektron.energi termal yang terkait

dengan fonon atau gelombang kisi diangkut dalam arah gerak mereka. Hasil

kontribusi k1 dari gerakan bersih fonon dari tinggi ke suhu rendah dari tubuh dalam

gradiens suhu.

Elektron bebas dapat berpartisipasi dalam konduksi termal elektronik, dengan

elektron bebas di daerah spesimen panas smapai mendapatkan keuntungan energi

kinetik.kemudian bermigrasi ke daerah dingin, di mana beberapa energi kinetika akan

dipindahkan ke atom sendiri (sebagai energi getaran) sebagai akibat tumbukan dengan

fonon atau ketidaksempurnaan lain dalam kristal. Kontribusi relatif ke, untuk

meningkatkan total konduktivitas termal dengan meningkatnya konsentrasi elektron

bebas, karena lebih banyak elektron yang tersedia untuk berpartisipasi dalam proses

transferrence panas.

Page 14: Teknik Material

KOEFISIEN MUAI LINIER

Peristiwa yang mengikuti penambahan temperatur pada bahan adalah

perubahan ukuran dan keadaannya. Gaya antar atom dipandang sebagai kumpulan

pegas yang menjadi penghubung antar atom bahan. Pada setiap temperatur atom

padatan tersebut akan bergetar. Kenaikan temperatur akan mengakibatkan

penambahan jarak rata-rata atar atom bahan. Hal ini mengakibatkan terjadinya

pemuaian (ekspansi) pada seluruh komponen padatan tersebut. Perubahan ukuran

pada dimensi linier disebut sebagai muai linier.

Jika panjang dimensi linier bahan adalah l, maka perubahan panjang akibat

perubahan temperatur ∆T adalah sebesar ∆l. Untuk perubahan temperatur yang kecil,

maka pertambahan panjang pada temperatur tertentu (lt) akan sebanding dengan

perubahan temperatur dan panjang mula-mula (l0 ).

α adalah koefisien muai linier yang memiliki nilai berbeda untuk masing-masing

bahan.

 PANAS JENIS  

Jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu dari suatu bahan bermas

sa m sebesar satu derajat dinamakan panas jenis dari bahan tersebut. Sehingga, jika pa

nas sejumlah Q ditambahkan ke suatu bahan bermassa m yang mempunyai

panas jenis c, perubahan suhu ΔT = Taw – Tak.

Di dalam sistem MKS, satuan untuk panas adalah kilokalori dan didefinisikan sedemi

kian hingga panas jenis air adalah satu yang bermakna bahwa apabila satu kilokalori p

anas diberikan kepada satu kilogram air, maka suhu air akan naik sebesar satu derajat 

Celsius. 

Apabila dua atau lebih zat dengan suhu yang berbeda‐beda dicampurkan, mere

ka akan setimbang termal setelah beberapa saat karena panas akan mengalir

dari zat bersuhu lebih tinggi ke zat yang bersuhu lebih rendah sampai semua zat mem

punyai suhu yang sama. Jika bahan‐bahan penyusun sistem diisolasi sedemikian hing

ga tidak ada pertukaran panas dengan lingkungannya, proses tersebut dinamakan adia

batik. Karena panas merupakan satu bentuk dari energi, hokum kekekalan energi men

syaratkan bahwa untuk suatu proses adiabatik jumlah seluruh perpindahan panas antar 

penyusun sistem harus sama dengan nol. Catatan: jika panas ditambahkan kepada suat

Page 15: Teknik Material

u sistem, maka Tak > Taw dan Q bernilai positif; jika panas diambil dari sistem maka 

Tak < Taw dan Q bernilai negatif. 

Dua bentuk utama energi panas dalam padatan adalah vibrasi atom sekitar

posisi kesembiangannya dan energi kinetik elektron bebas. Oleh karena itu sifat-sifat

thermal padatan yang penting seperti kapasitas panas, pemuaian, dan konduktivitas

thermal, tergantung dari perubahan-perubahan energi atom dan elektron bebas.

Kenaikan kapasitas panas terkait dengan kemampuan phonon dan elektron untuk

meningkatkan energinya. Prinsip eksklusi membatasi kebebasan elektron untuk

menaikkan energinya karena kenaikan energi tergantung ketersediaan tingkat energi

yang masih kosong. Hanya elektron di sekitar tingkat energi Fermi yang memiliki

akses ke tingkat energi yang lebih tinggi, sehingga kontribusi elektron pada kapasitas

panas secara relatif tidaklah besar.

Pemuaian terjadi karena ketidak-simetrisan gaya ikat antar atom. Gaya yang

diperlukan untuk memperpanjang jarak atom adalah lebih kecil dari gaya untuk

memperpendek jarak. Oleh karena itu penyerapan energi thermal akan cenderung

memperpanjang jarak atom.

Konduksi panas dalam metal lebih diperankan oleh elektron dari pada phonon,

walaupun dalam hal kapasitas panas phonon lebih berperan.

Faktor-Faktor Lain Yang Turut Berperan.

Memasukkan energi panas ke padatan tidak hanya menaikkan energi vibrasi

atom maupun elektron. Pada padatan tertentu terjadi proses-proses lain yang juga

memerlukan energi dan proses-proses ini akan berkontribusi pada kapasitas panas.

Proses-proses seperti perubahan susunan molekul dalam alloy, pengacakan spin

elektron dalam material magnetik, perubahan distribusi elektron dalam material

superkonduktor, akan meningkatkan panas spesifik material yang bersangkutan.

Proses-proses ini akan membuat kurva panas spesifik terhadap temperatur tidak

monoton; di atas temperatur di mana proses-proses ini telah tuntas, panas

spesifik kembali pada nilai normalnya.

KESIMPULAN

Dua bentuk utama energi panas dalam padatan adalah vibrasi atom sekitar posisi

kesembiangannya dan energi kinetik elektron bebas. Oleh karena itu sifat-sifat

thermal padatan yang penting seperti kapasitas panas, pemuaian, dan

Page 16: Teknik Material

konduktivitas thermal, tergantung dari perubahan-perubahan energi atom dan

elektron bebas. Kenaikan kapasitas panas terkait dengan kemampuan phonon dan

elektron untuk meningkatkan energinya. Prinsip eksklusi membatasi kebebasan

elektron untuk menaikkan energinya karena kenaikan energi tergantung

ketersediaan tingkat energi yang masih kosong.

Hanya elektron di sekitar tingkat energi Fermi yang memiliki akses ke tingkat energi

yang lebih tinggi, sehingga kontribusi elektron pada kapasitas panas secara relatif

tidaklah besar.

Pemuaian terjadi karena ketidak-simetrisan gaya ikat antar atom. Gaya yang

diperlukan untuk memperpanjang jarak atom adalah lebih kecil dari gaya untuk

memperpendek jarak. Oleh karena itu penyerapan energi thermal akan cenderung

memperpanjang jarak atom.

Konduksi panas dalam metal lebih diperankan oleh elektron dari pada phonon, walaupun dalam hal kapasitas panas phonon lebih berperan.

Page 17: Teknik Material

Struktur Mikro Material

Material adalah segala sesuatu yang mempunyai massa dan menempati ruangan. Material Teknik adalah segala bahan yang digunakan dalam bidang keteknikan (kerekayasaan).

Struktur mikro material terbagi atas :

a. Atom

Merupakan suatu unsur terkecil dari material yang tidak dapat dibagi lagi dengan reaksi kimia biasa.

b. Sel Satuan

Merupakan susunan dari beberapa atom yang teratur dan mempunyai pola yang berulang. Sel satuan terdiri dari kubus (BCC, FCC, dan HCP), hexagonal, tetragonal, triklin, monoklin, dan sebagainya. Adapun sel satuan yang berbentuk kubus antara lain :

1.      BCC (Body Centered Cubic)

Adanya pemusatan satu atom di tengah-tengah kubus.

Jumlah atom (n) = (1/8) x 8 + 1 = 2

4R = a√3

a = (4/√3) R

2.      FCC (Face Centered Cubic)

Adanya pemusatan satu atom di setiap sisi kubus.

Jumlah atom (n) = 1/8 x (8) + ½ x (6) = 4

4R = a√2

a = 4/√2 x R

3.      HCP (Hexagonal Closed Package)

Jumlah atom (n) = (3×1) + (12 x 1/6) + (2 x ½) = 6

Tinggi = 1,633 a

Luas alas = 6 x luas segitiga

= 6 x (1/2 a x a sin 60)

Page 18: Teknik Material

= 3a2 sin 60

Volume sel satuan = a x t

= 3a2 sin 60 x 1,633 a

= 4,24 a3                         ; a = 2 R

= 4,24 (2R)3

= 33,94 R3

c.  Butir

Merupakan kumpulan dari sel satuan yang memiliki arah dan orientasi sama dalam 2 dimensi.

d.  Kristal

Merupakan kumpulan dari sel satuan yang memiliki arah dan orientasi sama dalam 3 dimensi.

A.2       Sifat-sifat Mekanik Material

            Sifat material secara umum dapat diklasifikasikan seperti di bawah ini :

1. Sifat Fisik

Sifat yang telah ada pada material.

contoh : warna, massa jenis, dimensi, bau, dan lain-lain.

2. Sifat Kimia

Sifat material yang berhubungan dengan komposisi kimia.

contoh : kemolaran, kemolalan, dan konsentrasi.

3. Sifat Teknologi

Sifat material yang muncul akibat mengalami proses pemesinan, contoh : mampu tempa.

4. Sifat Termal

Sifat material yang dipengaruhi oleh temperature.

contoh : konduktifitas termal, titik beku dan titik didih.

Page 19: Teknik Material

5.  Sifat Optik

Sifat material yang berhubungan dengan pencahayaan.

contoh : rasioaktifitas, dan mampu dibiaskan.

6. Sifat Akustik

Sifat material yang berhubungan dengan bunyi.

contoh : mampu meredam bunyi.

7. Sifat Magnetik

Sifat material untuk merespon medan magnet.

contoh : mampu menyimpan magnet.

8. Sifat Mekanik

Sifat material yang muncul akibat pembebanan mekanik.

Adapun sifat mekanik pada material antara lain :

a. Kekerasan

Kemapuan material untuk menahan deformasi plastis lokal akibat penetrasi di permukaan.

b. Kekuatan

Kemapuan material untuk menahan deformasi plastis secara menyeluruh.

c. Keuletan

Kemampuan material untuk menahan deformasi plastis maksimum sampai material itu patah.

d. Kelentingan

Besarnya energi yang diserap material selama deformasi elastis berlangsung

e. Ketangguhan

Besarnya energi yang diserap material sampai material tersebut patah.

f.  Modulus Elastisitas

Merupakan ukuran kekakuan material

Page 20: Teknik Material

A.3      Cacat-cacat  pada Material

            Cacat pada material merupakan ketidaksempurnaan pada material. Cacat pada material terbagi atas :

1. Cacat titik

Cacat titik adalah cacat berupa titik pada material. Cacat titik terbagi atas :

a. Vacancy (kekosongan), yaitu cacat yang terjadi akibat adanya kekosongan atom dalam susunan atom.

b. Subtitusi/pergantian, yaitu cacat yang terjadi akibat adanya pergantian atom pada susunan atom.

c. Intertisi adalah cacat yang terjadi akibat adanya atom lain yang menyusup dalam susunan atom. Intertisi terbagi atas:

Self Intertisi, yaitu cacat akibat adanya atom yang menyisip pada susunan atom yang berasal dari atom itu sendiri.

Impurity, yaitu adanya atom asing yang menyusup pada susunan atom yang bersifat mengganggu.

2. Cacat Garis/Dislokasi

Cacat garis adalah ketidaksempurnaan pada material akibat kekosongan pada sebaris atom. Dislokasi terbagi atas dislokasi sisi dan dislokasi ulir.

a. Dislokasi sisi, adalah cacat garis yang arah pergerakan atomnya tegak lurus terhadap garis dislokasi. (Dislocation line)

b. Dislokasi Ulir, yaitu cacat gais yang arah pergerakan atomnya sejajar terhadap arah garis dislokasi (Dislocation line).

3. Cacat Bidang

Cacat bidang yaitu ketidak sempurnaan material pada sebidang struktur atom.

Contohnya;

Twinning Batas butir

4. Cacat Ruang

Cacat ruang adalah ketidaksempurnaan kristal pada seruang atom yaitu timbulnya rongga antara batas butir karena orientasi butir dan dapat dilihat secara langsung.

Contohnya :

Page 21: Teknik Material

Porositas Retak Ronngga

A.4    Diagram Fasa

diagram fasa Fe-Fe3C menampilkan hubungan antara temperature dan kandungan karbon (%C) selama pemanasan lambat.dari digram Fasa tersebut dapat diperoleh informasi informasi penting antara lain :

1. Fasa yang terjadi pada komposisi dan temperature yang berbeda dengan kondisi pendinginan lambat

2. Temperature pembekuan dan daerah derah pembekuan paduan Fe-C bila dilakukan pendinginan lambat

3. Temperature cair dari masing masing paduan4. Batas batas kelarutan atau batas kesetimbangan dari unsur karbon pada fasa

tertentu5. Reaksi reaksi metalurgis yang terjadi yaitu reaksi eutektik ,peritektik dan

eutektoid

Beberapa istilah dalama diagram kesetimbangan Fe-Fe3C dan fasa fasa yang terdapat didaamnya akan dijelaskan dibawah ini.berikut ini adalah batas batas temperature kritis pada diagram Fe-Fe3C :

Temperature reaksi eutektoid = perubahan fasa  g menjadi a + Fe3C (perlit) untuk baja hypoeutectoid

Titik curri = dimana sifat magnetik besi berubah dari feromagnetik menjadi para magnetik

Temperature transformasi = fasa g menjadi a (ferit) yang ditandai dengan naiknya batas kelarutan karbon seiring dengan turunya temperature

Temperature transformasi = fasa g menjadi Fe3C  (sementit) yang ditandai dengan penurunan batas larutan karbon seiring dengan turunnya temperature

Temperature transformasi = g menjadi a+Fe3C (perlit) untuk baja hipereutektoid

Fasa fasa tyang terjadi dalam diagram kesetimbangan Fe-C selama pemanasan lambat :

Ferrit (a) yaitu paduan Fe dan C dengan larutan C max 0,025 % pada temperature 723oC, struktur kristalnya BCC

Austenit (g) yaitu paduan Fe dan C dengan kelarutan C max 2% pada temperature 1148oC ,struktur kristalnya FCC

Delta (d) adalah paduan Fe dan C dengan kelarutan C max ),1 % pada temperature 1493oC , struktur kristalnya BCC

Senyawa Fe3C atau biasa disebut sementit dengan kandungan C max 6,67 % bersifat keras dan getas dan memilki struktur kristal orthorombic

Liquid atau fasa cair adalah daerah paling luas deimana kelarutan C sebagai paduan utama dalam Fe tidak terbatas pada temperature yang bervariasi

Adapun reaksi reaksi metalurgis yang bisa terjadi berdasarkan pada diagram Fe-Fe3C :

Page 22: Teknik Material

Reaksi peritektik terjadi pada tenmperature 1495oC dimana logam cair dengan kandungan 0,53 % C bergabung dengan delta (d) kandungan 0,09%C bertransformasi menjadi austenit (g) dengan kandungan 0,17 % C . delta (d) adalah fasa padat pada temperature tinggi dan kurang berarti untuk proses perlakuan panas yang berlangsung pada temperature rendah

Liquid (C=0,53 %) + delta (d) (C=0,09 %) austenite (g) (C=0,17 %) Reaksi eutektik terjadi pada temperature 1148oC dalam hal ini logam cair

dengan kandungan 4,3% C membentuk austenit (g) dengan 2% C dan senyawa sementit yang mengandung 6,67% C

Liquid (C=4,3%) austenite (g) (C=2,11 %) + fe3C (C=6,67 %) Reaksi eutectoid berlangsung pada temperature 723oC austenit (g) padat

mengandung 0,8 % C menghasilkan ferit (a) dengan kandungan 0,025 % C dan sementit (Fe3C) yang mengandung 6,67 % C

Austenit (g) (C=0,8%) ferit (a) ( C=0,025 %) + Fe3C (C=6,67%)

A.5    Mekanisme Penguatan Material

1.   Penguatan Larut Padat

Penguatan dengan cara menambahkan sejumlah atom lain (atom asing) ke dalam sebuah gugusan atom induk. Pemaduan dalam jumlah tertentu dimana semua unsur pemadu terlarut padat dalam logam induk. Atom atom asing tersebut dapat larut padat intertisi atau substitusi tergantung pada ukurannya. Bila atom asing berukuran besar (d > 0.15D), maka larut padat substitusi. Kalau berukuran kecil (d < 0.15D) akan larut padat interstisi (d = diameter atom terlarut, D = diameter atom pelarut (atom induk).

2. Penguatan dengan Fasa Kedua

Penguatan fasa kedua terjadi ketika penambahan unsur paduan menghasilkan fasa kedua (second phase) atau fasa sekunder.

Fasa kedua  bersifat keras (kuat) dan getas. Kekerasan (kekuatan) material meningkat dengan bertambahnya jumlah (fraksi berat) fasa kedua. Contoh paduan yang menghasilkan (memiliki) fasa kedua:

Ø   Baja (Steel)

Besi  (Fe) yang dipadu dengan karbon (C) menghasilkan fasa kedua senyawa Fe3C (sementit) disamping fasa utama ferrit (α) larut padat dalam (Fe) . Fasa ferrit bersifat lebih lunak dan ulet sedangkan sementit sangat keras tapi rapuh.

3.   Penguatan Presipitat

Merupakan penambahan atom asing ke material utama. Keberadaan persipitat akan menghambat pergerakan dari dislokasi

4.         Penguatan Dispersi

Logam paduan bisa ditingkatkan kekerasannya dengan penambahan partikel oksida yang akan menghalangi pergerakan dari dislokasi. Partikel oksida tidak larut dalam

Page 23: Teknik Material

matriknya pada suhu tinggi. Penambahan partikel Al2O3 pada produk SAP (sintered aluminium product) akan memberikan kekuatan yang lebih tinggi dibandingkan padual Al  biasa pada suhu tinggi.

5.         Penguatan dengan Penghalusan Butir/Sub-butir

Batas butir adalah penghalang dislokasi atau disebut juga penghalang terjadinya slip. Kemampuan menghalangi bertambah dengan peningkatan sudut mis-orientasi butir (angle of misorientation). Butir halus mempunyai batas butir lebih banyak sehingga penghalang dislokasi lebih banyak dan lebih susah terjadinya slip akhirnya material menjadi lebih kuat. Makin halus ukuran butir maka bidang slip akan semakin pendek sehingga dislokasi akan cepat sampai ke batas butir. Semakin halus ukuran butir maka material akan semakin kuat.

6.         Pengerasan Regangan

Untuk masing masing kenaikan regangan plastis, dibutuhkan tegangan yang lebih besar untuk menggerakkan dislokasi dibandingkan sebelumya karena dislokasi telah banyak yang sampai kebatas butir. Ini berarti logam bertambah kekerasan dan kekuatan.

7.         Penguatan dengan Tekstur

Proses defornasi akan menyebabkan butir-butir dari logam mengarah pada orientasi tertentu. Logam yang orientasi kristalnya mengarah pada orientasi tertentu dikatakan memiliki tekstur kristalografis. Dengan adanya orientasi yang tertentu tersebut, maka logam tidak lagi bersifat isotrop melainkan justru bersifat anisotrop khususnya dalam hal kekuatannya

8.         Pengerasan Martensit

Martensit memiliki susunan atom BCT sehingga dislokasi menjadi susah untuk bergerak. Baja dipanaskan sampai fasa austenit lalu dilakukan pendinginan cepat sehingga atom-atom karbon pada austenit tidak sempat berdifusi keluar, akibatnya austenit akan bertransformasi menjadi martensit yang memiliki sel satuan BCT. Kekerasan martensit akan semakin tinggi dengan semakin banyaknya atom karbon yang larut didalamnya.

Page 24: Teknik Material

Literatur ( Pengujian material teknik )

PENGUJIAN TARIK 

1.1. Prinsip pengujianSampel atau benda uji dengan ukuran dan bentuk tertentu ditarik dengan beban kontinyusambil diukur pertambahan panjangnya. Data yang didapat berupa perubahan panjang dan perubahan beban yang selanjutnya ditampilkan dalam bentuk grafik tegangan-regangan,sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 1.1. Data-data penting yang diharapkan didapat dari pengujian tarik ini adalah: perilaku mekanik material dan karakteristik perpatahan.

1.1.1. Perilaku mekanik materialPengujian tarik yang dilakukan pada suatu material padatan (logam dan nonlogam) dapatmemberikan keterangan yang relatif lengkap mengenai perilaku material tersebut terhadap pembebanan mekanis. Informasi penting yang bisa didapat adalah:

a. Batas proporsionalitas (proportionality limit)M e r u p a k a n d a e r a h b a t a s d i m a n a t e g a n g a n d a n r e g a n g a n m e m p u n y a i h u b u n g a n  proporsionalitas satu dengan lainnya. Setiap penambahan tegangan akan diikuti dengan  penambahan regangan secara proporsional dalam hubungan linier σ = Eε (bandingkan denganhubungan y = mx; dimana y mewakili tegangan; x mewakili regangan dan m mewakili slopekemiringan dari modulus kekakuan). Titik P pada Gambar 1.1 di bawah ini menunjukkan batas proporsionalitas dari kurva tegangan-regangan.

  Gambar 1.1.

Kurva tegangan-regangan dari sebuah benda uji terbuat baja ulet

Page 25: Teknik Material

b. Batas elastis (elastic limit)Da e rah e l a s t i s ada l ah dae rah d im ana baha n akan kem ba l i kepada pan ja ng se mu la b i l a tegangan luar dihilangkan. Daerah proporsionalitas merupakan bahagian dari batas elastik ini.Selanjutnya bila bahan terus diberikan tegangan (deformasi dari luar) maka batas elastis akanterlampaui pada akhirnya sehingga bahan tidak akan kembali kepada ukuran semula. Dengankata lain dapat didefinisikan bahwa batas elastis merupakan suatu titik dimana tegangan yangd ibe r i kan akan m enyeba bkan t e r j ad inya de fo rmas i pe rmanen (p l a s t i s ) pe r t am a ka l i nya . Kebanyakan material teknik memiliki batas elastis yang hampir berimpitan dengan batas  proporsionalitasnya.

c. Titik luluh (yield point) dan kekuatan luluh (yield strength)T i t i k i n i merupa kan s ua tu ba t a s d ima na ma t e r i a l akan t e ru s menga lam i de fo rma s i t anpa adanya pe nambaha n beban . Te gangan (  stress) yang mengakibatkan bahan menunjukkanmekanisme luluh ini disebuttegangan luluh (yield stress). Titik luluh ditunjukkan oleh titik Y pada Gambar 1.1 di atas. Gejala luluh umumnya hanya ditunjukkan oleh logam-logam uletdengan struktur Kristal BCC dan FCC yang membentuk interstitial solid solution dari atom-atom carbon, boron, hidrogen dan oksigen. Interaksi antara dislokasi dan atom-atom tersebutmenyebabkan bajaulet eperti mild steel menunjukkan titik luluh bawah (lower yield point ) dan titik luluh atas(upper yield point ) . Ba j a be rkekua tan t i ngg i dan be s i t uang yang ge t a s umum nya t i da k  memperlihatkan batas luluh yang jelas. Untuk menentukan kekuatan luluh material seperti inimaka d igunakan s ua t u me t ode yang d ike na l s ebaga iMetode Offset . De ngan me tode in i kekuatan luluh (yiel strength) ditentukan sebagai tegangan dimana bahan memperlihatkan  batas penyimpangan/deviasi tertentu dari proporsionalitas tegangan dan regangan . PadaGambar 1.2 di bawah ini garis offset OX ditarik paralel dengan OP, sehingga perpotonganXW dan kurva tegangan-regangan memberikan titik Y sebagai kekuatan luluh. Umumnyagaris offset OX diambil 0.1 – 0.2% dari regangan total dimulai dari titik O.

Page 26: Teknik Material

Gambar 1.2. Kurva tegangan-regangan dari sebuah benda uji terbuat dari bahan getasKe kua ta n lu luh a t au t i t i k l u luh me rupakan s ua tu ga mbaran kema mpuan baha n mena han d e f o r m a s i p e r m a n e n b i l a d i g u n a k a n d a l a m p e n g g u n a a n s t r u k t u r a l y a n g m e l i b a t k a n  pembebanan mekanik seperti tarik, tekan bending atau puntiran. Di sisi lain, batas luluh ini harus dicapai ataupun dilewati bila bahan (logam) dipakai dalam proses manufaktur produk- produk logam seperti proses rolling  , drawing  , stretching dan sebagainya. Dapat dikatakan bahwa titik luluh adalah suatu tingkat tegangan yang:• Tidak boleh dilewati dalam penggunaan struktural (in service)• Harus dilewati dalam proses manufaktur logam (forming process)c. Kekuatan tarik maksimum (ultimate tensile strength )Merupakan tegangan maksiumum yang dapat ditanggung oleh material sebelum terjadinya pe rpa t ahan ( fracture) . N i l a i k e k u a t a n t a r i k m a k s i m u mσuts d i t e n tukan da r i beban maksimum Fmaks dibagi luas penampang awal Ao.UTS = F maks   A

P a d a b a h a n u l e t t e g a n g a n m a k s i m u m i n i d i t u n j u k k a n o l e h t i t i k M ( G a m b a r 1 . 1 ) d a n se l an j u tnya baha n akan t e ru s be rde fo rm as i h ingga t i t i k B . Bahan ya ng be r s i f a t ge t a sm e m b e r i k a n p e r i l a k u y a n g b e r b e d a d i m a n a t e g a n g a n m a k s i m u m s e k a l i g u s t e g a n g a n  pe rpa t ahan ( t i t i k B pa da G ambar 1 .2 ) . Da lam ka i t annya denga n penggunaan s t ruc tu r a l maupun dalam proses forming bahan, kekuatan maksimum adalah batas tegangan yang sama sekali tidak boleh dilewati.

d. Kekuatan Putus (breaking strength)Kekuatan putus ditentukan dengan membagi beban pada saat benda uji putus (Fbreaking) dengan luas penampang awal Ao. Untuk bahan yang bersifat ulet pada saat beban maksimumM terlampaui dan bahan terus terdeformasi hingga titik putus B maka terjadi mekanisme penciutan (necking ) sebagai akibat adanya suatu deformasi yang terlokalisasi. Pada bahanulet kekuatan putus

Page 27: Teknik Material

adalah lebih kecil daripada kekuatan maksimum sementara pada bahan getas kekuatan putus adalah sama dengan kekuatan maksimumnya.

e. Keuletan (ductility)

K e u l e t a n m e r u p a k a n s u a t u s i f a t y a n g m e n g g a m b a r k a n k e m a m p u a n l o g a m m e n a h a n deformasi hingga terjadinya perpatahan. Sifat ini , dalam beberapa tingkatan, harus dimilikioleh bahan bila ingin dibentuk ( forming ) melalui proses rolling, bending ,  stretching, drawing , hammering, cutting  dan sebagainya. Pengujian tarik memberikan dua metode pengukurankeuletan bahan yaitu:

• Persentase perpanjangan (elongation)Diukur sebagai penambahan panjang ukur setelah perpatahan terhadap panjang awalnya.  Elongasi, ε (%) = [(Lf-Lo)/Lo] x 100% dimana  Lf  adalah panjang akhir dan Lo panjang awal dari benda uji.

• Persentase pengurangan/reduksi penampang (Area Reduction)Diukur sebagai pengurangan luas penampang (cross-section) setelah perpatahan terhadapluas penampang awalnya.  Reduksi penampang, R(%) = [(Ao-Af)/Ao] x 100% dimana Af adalah luas penampang akhir dan Aoluas penampang awal.

f. Modulus elastisitas ( E )Modu l us e l a s t i s i t a s a t a u modu lus Y oung merupa kan uku ran kekakua n sua t u ma t e r i a l . Semakin besar harga modulus ini maka semakin kecil regangan elastis yang terjadi padasuatu tingkat pembebanan tertentu, atau dapat dikatakan material tersebut semakin kaku ( stiff ). Pada grafik tegangan-regangan (Gambar 1.1 dan 1.2), modulus kekakuan tersebutdapat dihitung dari slope kemiringan garis elastis yang linier, diberikan oleh: E =σ/ε atau E = tan α (1.4) dimanaαadalah sudut yang dibentuk oleh daerah elastis kurva tegangan-regangan.

Moduluselastisitas suatu material ditentukan oleh energi ikat antar atom-atom, sehingga besarnya nilaimodulus ini tidak dapat dirubah oleh suatu proses tanpa merubah struktur bahan. Sebagai contoh diberikan oleh Gambar 1.3 di bawah ini yang menunjukkan grafik tegangan-regangan beberapa jenis baja:

Page 28: Teknik Material

Gambar 1.3.Grafik tegangan-regangan beberapa baja yang memperlihatkan kesamaanmodulus kekakuan

g. Modulus kelentingan (modulus of resilience)Mewakili kemampuan material untuk menyerap energi dari luar tanpa terjadinya kerusakan. Nilai modulus dapat diperoleh dari luas segitiga yang dibentuk oleharea elastik diagramtegangan-regangan pada Gambar 1.1.

h. Modulus ketangguhan (modulus of toughness)Me rupakan kem ampua n ma t e r i a l da l a m menye rap ene rg i h ingga t e r j ad inya pe rpa t a han . S e c a r a k u a n t i t a t i f d a p a t d i t e n t u k a n d a r i l u a s a r e a k e s e l u r u h a n d i b a w a h k u r v a t ega ngan reganga n has i l pengu j i an t a r ik s epe r t i G amba r 1 .1 . P e r t im bangan d i sa in yang mengikut sertakan modulus ketangguhan menjadi sangat penting untuk komponen-komponenyang mungkin mengalami pembebanan berlebih secara tidak disengaja. Material denganmodulus ketangguhan yang tinggi akan mengalami distorsi yang besar karena pembebanan    berlebih, tetapi hal ini tetap disukai dibandingkan material dengan modulus yang rendahdimana perpatahan akan terjadi tanpa suatu peringatan terlebih dahulu.

i. Kurva tegangan-regangan rekayasa dan sesungguhnyaKurva tegangan-regangan rekayasa didasarkan atas dimensi awal (luas area dan panjang) dari benda uji, sementara untuk mendapatkan kurva tegangan-regangan sesungguhnya diperlukanluas area dan panjang aktual pada saat pembebanan setiap saat terukur. Perbedaan keduakurva tidaklah terlampau besar pada regangan yang kecil, tetapi menjadi signifikan padaren t a ng t e r j ad inya penge ra san r e gangan ( strain hardening ) , y a i t u s e t e l a h t i t i k l u l u h terlampaui. Secara khusus perbedaan menjadi demikian besar di dalam daerah necking. Padakurva tegangan-regangan rekayasa, dapat diketahui bahwa benda uji secara aktual mampumenahan turunnya beban karena luas area awal Ao bernilai konstan pada saat penghitungantegangan σ = P/Ao. Sementara pada

Page 29: Teknik Material

kurva tegangan-regangan sesungguhnya luas area actualadalah selalu turun hingga terjadinya perpatahan dan benda uji mampu menahan peningkatantegangan karenaΣ = P/A. Gambar 1.4 di bawah ini memperlihatkan contoh kedua kurvategangan-regangan tersebut pada baja karbon rendah (mild steel ).

  (c) Penyatuan rongga-rongga membentuk suatu Retakan(d) Perambatan retak (e) Perpatahangeser akhir pada sudut 45°.

b. Perpatahan GetasPerpatahan getas memiliki ciri-ciri sebagai berikut:1. Tidak ada atau sedikit sekali deformasi plastis yang terjadi pada material2. Retak/perpatahan merambat sepanjang bidang-bidang kristalin membelah atom-atommaterial (transgranular).3. Pada material lunak dengan butir kasar (coarse-grain) maka dapat dilihat pola-pola yangdinamakan chevrons or fan-like pattern yang berkembang keluar dari daerah awal kegagalan.4 . Ma te r i a l ke r a s de ngan bu t i r ha lu s ( f i ne -g ra in ) t i da k mem i l i k i po l a -po la yang m udah dibedakan.5 . Ma te r i a l amorphous ( s epe r t i ge l a s ) m emi l ik i pe rmukaa n pa t a han yang be rca haya dan mulus.

PENGUJIAN KEKERASAN

2.1. Prinsip pengujianDa r i u r a i an s ingka t d i a t a s m aka keke ra s an sua tu ma te r i a l dapa t d ide f i n i s ikan s ebaga i ketahanan material tersebut terhadap gaya penekanan dari material lain yang lebih keras.Penekanan tersebut dapat berupa mekanisme penggoresan ( scratching ), pantulan ataupunindentasi dari material keras terhadap suatu permukaan benda uji. Berdasarkan mekanisme penekanan tersebut, dikenal 3 metode uji kekerasan:

Page 30: Teknik Material

2.1.1. Metode gores  Metode ini tidak banyak lagi digunakan dalam dunia metalurgi dan material lanjut, tetapimasih sering dipakai dalam dunia mineralogi. Metode ini dikenalkan oleh Friedrich Mohsyang membagi kekerasan material di dunia ini berdasarkan skala (yang kemudian dikenalsebagai skala Mohs). Skala ini bervariasi dari nilai 1 untuk kekerasan yang paling rendah,sebagaimana dimiliki oleh material talk, hingga skala 10 sebagai nilai kekerasan tertinggi,sebagaimana dimiliki oleh intan. Dalam skala Mohs urutan nilai kekerasan material di duniaini diwakili oleh:1. Talc 6. Orthoclase2. Gipsum 7. Quartz3. Calcite 8. Topaz4. Fluorite 9. Corundum5. Apatite 10. Diamond (intan)Prinsip pengujian: bila suatu mineral mampu digores oleh Orthoclase (no. 6) tetapi tidak mampu digores olehApatite (no. 5), maka kekerasan mineral tersebut berada antara 5 dan 6. Berdasarkan hal ini, jelas terlihat bahwa metode ini memiliki kekurangan utama berupa ketidak akuratan nilaik e k e r a s a n s u a t u m a t e r i a l . B i l a k e k e r a s a n m i n e r a l - m i n e r a l d i u j i d e n g a n m e t o d e l a i n , d i t e mukan ba hwa n i l a i -n i l a inya be rk i sa r an t a r a 1 -9 s a j a , s eda ngkan n i l a i 9 -10 me mi l ik i rentang yang besar.

2.1.2 Metode elastik/pantul (rebound)D e n g a n m e t o d e i n i , k e k e r a s a n s u a t u m a t e r i a l d i t e n t u k a n o l e h a l a t S c l e r o s c o p e y a n g mengukur tinggi pantulan suatu pemukul (hammer) dengan berat tertentu yang dijatuhkanda r i s ua t u ke t i ngg ian t e rha dap pe rmuka an benda u j i . T i ngg i pan t u l an ( r e bound) yang dihasilkan mewakili kekerasan benda uji. Semakin tinggi pantulan tersebut, yang ditunjukkanoleh dial pada alat pengukur, maka kekerasan benda uji dinilai semakin tinggi