week10 materials

14
KU1101 Pengantar Rekayasa dan Desain I Materials Engineering ` Luaran pertemuan pekan kesepuluh ` Mahasiswa mengetahui klasifikasi material teknik dan contoh pemakaiannya ` Mahasiswa mengenal aspek pemilihan material sebagai bagian dari perancangan ` Mahasiswa mengenal sifat mekanik material

Upload: anton-io

Post on 28-Jan-2016

244 views

Category:

Documents


4 download

DESCRIPTION

weerk

TRANSCRIPT

Page 1: Week10 Materials

KU1101 Pengantar Rekayasa dan Desain I

Materials Engineering

Luaran pertemuan pekan kesepuluhMahasiswa mengetahui klasifikasi material teknik dan contohpemakaiannya

Mahasiswa mengenal aspek pemilihan material sebagai bagian dari perancangan

Mahasiswa mengenal sifat mekanik material

Page 2: Week10 Materials

Bagaimana Anda memilih material ?Apa persyaratan material komponen ?

Material dan Peradaban ManusiaPeradaban dibagi berdasarkan jenis material yang digunakan : stone age, bronze age, iron age, ..........nano-age

Page 3: Week10 Materials

Material dan Perancangan

Page 4: Week10 Materials

Material untuk vacuum cleaner

Dominant Material Power Weight Cost, USD

Hand Powered, 1900 Wood, Canvas, Leather 50 W 10 kg 270

Cylinder, 1950 Mild steel 300 W 6 kg 110

Sphere, 1965 Mild steel 450 W 5.5 kg 100

Cylinder, 1987 Moulded ABS and Polypropylene

800 W 4 kg 60

Klasifikasi MaterialBerdasarkan bahan baku

LogamKeramikPolimerKompositNano-material

Berdasarkan fungsi (Functional Material) :Structural MaterialBiomaterialElectronic material (semi conductor, superconductor, magnetic)Smart Material

Rata-rata pemakaian material dalam mobil buatan tahun 1985 (USA)

Page 5: Week10 Materials

Klasifikasi MaterialLogam :

Material yang paling banyak dipakai di industriTidak pernah dipakai dalam keadaan murni karena kekuatannya rendah. Digunakan dalam bentuk logam paduan (alloy)Kekuatan tinggi, menghantar listrik/panas, mengkilap, dan dapat dibentuk (ulet, ductile)Baja (steel) : paduan besi (Fe) dengan karbon ( C, <2.1% berat )Perunggu (bronze) : paduan Cu dengan Sn (< 40%)Kuningan (brass) : paduan Cu dengan Zn (< 35%)Baja tahan karat (stainless steel) : paduan Fe dengan Cr (min. 11%)

Tahan karat karena terbentuknya lapisan tipis (atomic layer) oksida Cr2O3 yang rigid (non-porous) di permukaan material

Klasifikasi MaterialKeramik : material an-organik, non-logam

Bersifat isolator listrik/panas, tahan temperatur tinggi, getas, sukar dideformasiTerdiri atas dua kelompok : traditional ceramics dan engineering ceramicsTraditional ceramics : kaca, batu bata, keramik lantai (tile), produk seni

Bahan dasarnya : Al2O3, SiO2, SiC, atau Si3N4

Engineering Ceramics : Digunakan dalam komponen mesin atau komponen elektronik

silicon carbide untuk mesin turboAl2O3 untuk isolator busi (spark plug)

Page 6: Week10 Materials

Klasifikasi MaterialPolimer :

Material organik yang terdiri dari C, H, dan O yang membentuk rantai molekul panjang (kumpulan dari “monomer”)

Ringan, fleksibel, insulator, tahan korosi

Terbagi atas dua kelompok besar : plastik dan elastomer (karet)

Plastik terbagi lagi atas dua kelompok :

Thermoplastic : dapat direcycle melalui pemanasan

Contohnya : polyvinyl chloride (PVC), polymethyl metacrylate (PMMA, flexyglass), polytetrafluoroethylene (PTFE, Teflon), polyamides (nylon)

Thermosetting Plastic (Thermosets) : permanen, tidak dapat direcycle melalui pemanasan

Contohnya : Epoxy resin, phenolic resin, melamine-formaldehyde (melamin), polyester

Klasifikasi MaterialMaterial Komposit (Composite Materials)

Gabungan dari dua atau lebih material. Matrix adalah “pengikat”, serat (fiber) adalah “penguat”Memanfaatkan sifat unggul dari masing-masing material penyusun

Polymer matric composite (PMC) : fiber glass (glass fiber reinforced polymer, GFRP)Metal matrix Composite (MMC)Ceramic matrix composite (CMC) : beton (concrete)

PMC paling berkembang dibanding MMC dan CMCPaling banyak digunakan dalam industri pesawat terbang

Ringan, tahan korosiSerat : gelas, karbon, aramid (kevlar) : kontinyu atau diskontinyu (short fiber)Matrix : polyester resin, epoxy resin

Page 7: Week10 Materials

Klasifikasi Fungsional MaterialStruktural Material :

Material untuk konstruksi dan komponen mesinBaja profil : baja karbon rendah, baja paduan rendah (lowalloy steel)Temperatur rendah : Baja tahan karat austenitTemperatur tinggi (ruang bakar, sudu turbin) : superalloyKonstruksi ringan (pesawat terbang) : paduan aluminium

Page 8: Week10 Materials

Klasifikasi Fungsional Material

BiomaterialLogam (Biometals) :

Masalah utama : biocompatibility (tidak beracun, stabil secara kimia, tahan korosi, tidak bersifat carcinogenics)Material yang sesuai : paduan titanium, paduan cobalt, stainless steel

Page 9: Week10 Materials

BiomaterialPolymer (Biopolymer)

Paling banyak dipakai dalam dunia kedokteranKeunggulannya : ringan, mudah diproses, dapat dimodifikasi untuk meningkatkan biocompatibility-nya, tahan korosiKelemahan : kekuatan rendahContoh aplikasi :

Opthalmology : kacamata, contact lenses, kornea mata

Drug delivery system : obat dimasukkan kedalam kantong bio-degradable polimer dan ditempatkan/diimplant pada lokasi yang diinginkan. Obat akan keluar bersamaan dengan larutnya kantong polimer tersebut. Biodegradable polymer : polylactic acid (PLA) dan polyglycolic acis (PGA)

Orthopedy : sebagai bone cement. Contohnya PMMA

BiomaterialKeramik (Bioceramics)

Paling banyak dipakai dalam dunia kedokteran gigiKeunggulannya : biocompatibility, tahan korosi, kekakuan tinggi, tahan aus, koefisien gesek rendahKelemahan : tidak tahan beban tarikContoh aplikasi :

Al2O3 (alumina) untuk implant tulang dan implant gigi

Page 10: Week10 Materials

Kekuatan MaterialKekuatan material (Gaya/Luas Penampang) : kemampuan material menahan bebanKekuatan Tarik (Tensile Strength, σu) [N/mm2]:

Beban maksimum yang dapat ditanggung agar tidak patah

Batas Luluh (Yield Strength, σy) [N/mm2]:Beban maksimum yang dapat ditanggung agar tidak terjadi deformasi plastis

Perpanjangan (Elongation, e) [%] :Kemampuan material mengalami deformasi plastis sampai patah

Dalam daerah elastis : Hukum Hooke : σ = eEE : modulus elastisitas [N/mm2]

Video Uji Tarik

Sifat Mekanik Material

Page 11: Week10 Materials

Material (typical)

Yield Strength (MPa)

Ultimate Stregth, (MPa)

density (g/cm3)

Human skin 15 20 2.2

Stainless steel 520 860 8.19Aluminium alloy2014-T6 414 483 2.8Titanium 11 (Ti-6Al-2Sn-1.5Zr-1Mo-0.35Bi-0.1Si) 940 1040 4.5Carbon fiber N/A 1600 - 4137 1.75Diamond 1600 2800 3.5Carbon nanotube (see note below) N/A 11000-63000 0.037-1.34

Membandingkan sifat mekanik materialwww-materials.eng.cam.ac.uk

Page 12: Week10 Materials

Struktur MaterialSifat material bergantung kepada strukturnya :

Struktur Mikro (skala ukuran mikro-meter)Struktur Nano (skala ukuran nano-meter)

Material dengan komposisi kimia yang sama akan mempunyai sifat berbeda jika strukturnya berbeda

Struktur mikro pipa stainless steel, diameter 12,7 mm

Page 13: Week10 Materials

20 µm

NanomaterialMaterialnya: logam, keramik, polimer, atau komposit

Ukuran butir dalam strukturnya < 0.1 µm (100 nm)

Perubahan yang mungkin terjadi dengan mengecilkan ukuran butir dari skala mikro ke nano :

Kekuatan dan keuletan meningkat sampai 6xMengubah material yang tidak tembus cahaya menjadi tembus cahayaMaterial isolator menjadi konduktorMaterial menjadi mudah terbakarBiocompatibility menjadi lebih baik karena ukuran porositas sangat kecil

Page 14: Week10 Materials

Material Nano :

Pemakaian karbon nano partikel sebagai serat penguat ban mobil, substitusi kawat

Material catalytic converter pada knalpot. Material single crystal (Ce0.5Zr0.5)O2