1 Metalurgi Fisika TMT 614207
1
Metalurgi Fisika
TMT 614207
2
Tujuan Perkuliahan
Membekali mahasiswa agar menguasai
pengetahuan mengenai hubungan antara
karakteristik fisik paduan logam dengan sifat-sifat
mekanis yang aplikatif.
Mahasiswa mendapatkan keterampilan dalam
melakukan analisis dan karakterisasi paduan
logam.
3
Materi Kuliah
Struktur kristal logam
Cacat Kristal
Diagram Fasa
Uji sifat mekanis
4
Pustaka
Reed-Hill, R.E., Abbaschian, R., Physical Metallurgy Principles, PWS-Kent Publishing Company, Boston, 1992.
Verhoeven, J.D., Fundamentals of Physical Metallurgy, John Wiley&Sons, 1975.
Avner, S.H., Introduction to Physical Metallurgy, McGraw-Hill, 1974.
Smallman, R.E., Modern Physical Metallurgy, Butterworth, 1985.
Sinha, K., Ferrous Physical Metallurgy, Elsevier, 1990.
5
Penilaian
Ujian Tengah Semester (UTS) = 40%
Ujian Akhir Semester (UAS) = 40%
Tugas = 20%
Kehadiran (*) = 80%
6
Penilaian
Tugas Presentasi
Topik:
Struktur kristal logam
Cacat Kristal
Diagram Fasa
Uji sifat mekanis
7
Pendahuluan
8
Aplikasi dari the tetrahedron of materials science and engineering untuk baja lembaran automotif.
Rasio kekuatan dan berat Kemampubentukan Biaya produksi
Komposisi Iron-based? Al-based? Unsur pemadu? Berapa banyak?
Proses Kontrol proses pembuatan agar
baja punya ketangguhan dan kemampubentukan yang baik
Mikrostruktur Struktur yang menghasilkan
kombinasi kekuatan dan ketangguhan yang baik.
Apa yang mengontrol kekuatan?
9
Klasifikasi material
Material Teknik
Logam
Polimer
Komposit
Keramik
10
Logam (dan Paduannya)
Baja, kuningan, perunggu, paduan alumunium,
paduan titanium dan paduan nikel
Memiliki sifat umum yaitu nilai yang tinggi
dalam hal konduktivitas listrik dan panas,
kekuatan, kekakuan, kelunakan, mampu
bentuk dan ketahanan impak
Karena karakteristiknya, dimanfaatkan untuk
konstruksi (paduan) kecuali logam murni yang
dimanfaatkan untuk sifat listrik dan panasnya
11
Keramik
Bata, gelas, insulator, porselen
Memiliki kekuatan dan kekerasan yang tinggi
serta ketahanan temperatur tinggi dan korosi
lebih baik dari logam, namun rendah dalam
keuletan, mampu bentuk, ketahanan impak
konduktivitas listrik dan panas
Karena karakteristiknya, keramik tidak digunakan
sebagai material konstruksi yang mendapatkan
beban tarik dan impak kecuali beban tekan
12
Polimer
Karet, plastik, perekat adhesive dari produk
minyak bumi hasil polimerisasi
Memiliki konduktivitas listrik dan panas
serta kekuatan rendah. Beberapa polimer
memiliki kemuluran, pembentukan dan
ketahanan impak serta korosi yang baik
13
Komposit
Dibentuk dari gabungan dua atau lebih material
logam (atau paduan logam), keramik, polimer
yang menghasilkan sifat-sifat yang tidak dimiliki
oleh masing-masing material penyusunnya
Beton bertulang (concrete), plywood, fiberglass,
metal matrix composite
Komposit memiliki sifat ringan, kuat, ductile dan
tahan temperatur tinggi
14
Logam paling banyak digunakan untuk
kebutuhan rekayasa mengingat sifatnya
mendekati sifat mekanis dan fisika yang
diinginkan dalam kerekayasaan serta punya
kemampuan (formability, machinability,
castability, weldability) yang baik.
Juga relatif murah, keberadaannya banyak
dan mudah diekstraksi serta memungkinkan
untuk proses daur ulang.
15
Metalurgi merupakan bidang kajian yang
meliputi sains dan teknologi yang
berhubungan dengan logam dan paduannya
Metalurgi :
- Metalurgi proses (Process metallurgy)
- Metalurgi fisika (Physical metallurgy)
- Metalurgy mekanik (Mechanical metallurgy)
16
Metalurgi fisik berhubungan dengan produk
dari metalurgi ekstraksi yang meliputi kajian
sifat fisik, mekanik dan sifat kimia logam murni
dan paduannya.
Gabungan sifat-sifat ini diperoleh dengan
alloying, mechanical working dan heat
treatment untuk mendapatkan struktur mikro
tertentu, meliputi ukuran butir matriks serta
jenis, ukuran dan distribusi partikel fasa lain.
17
Contoh aplikasi dan sifat material
Example of Applications Properties
Metals and Alloys Gray cast iron Automobile engine blocks Castable, machinable, vibration damping Ceramics and Glasses SiO2-Na2O-CaO Window glass Optically transparent, thermally insulating Polymers Polyethylene Food packaging Easily formed into thin, flexible, airtight film
Composites Carbide cutting tools for High hardness, yet Tungsten carbide machining good shock resistance -cobalt (WC-Co)
18
Kekuatan berbagai material
19
Mesin jet.
Bagian depan beroperasi pada temperatur rendah medium, digunakan Titanium.
Bagian pembakaran beroprasi pada temperatur tinggi, digunakan Nikel-based superalloys .
Bagian pembungkus (shell) bekerja pada temperatur rendah, digunakan paduan aluminum dan komposit.
Aplikasi keramik untuk komponen turbin engines, yang dapat beroperasi secara efisien pada temperatur tinggi.
20
Polimer digunakan untuk aplikasi device elektronik, yang memiliki sifat tahan kelembaban dan konduktivitas listrik rendah.
Baling-baling helikopter yang terbuat dari material komposit, fiber karbon dan polimer.
21
Klasifikasi material berdasarkan fungsinya
Aerospace Biomedical Electronic Materials Energy Technology and Environmental Technology Magnetic Materials Photonic or Optical Materials Smart Materials Structural Materials
22
Klasifikasi material berdasarkan fungsinya. Logam, plastik, dan keramik terdapat di dalam kategori yang berbeda.
23
Klasifikasi material berdasarkan strukturnya
Material Kristalin adalah material yang terdiri dari satu/single atau banyak kristal. Pada setiap kristal, tersusun atom-atom /ion-ion secara periodik.
Single crystal adalah material yang terdiri dari satu kristal (tidak ada batas butir).
Grains are the crystals in a polycrystalline material.
Polycrystalline material material yang terdiri dari banyak kristal.
Batas Butir adalah daerah di antara susunan kristal yang punya orientasi berbeda.
24
Pengaruh Lingkungan dan lainnya
Faktor-faktor yang harus diperhatikan agar komponen tidak gagal:
Temperatur
Korosi
Fatik
Laju regangan
25
Peningkatan temperatur, menurunkan kekuatan material. Polimer hanya cocok pada pemakaian temperatur rendah. Beberapa komposit, special alloys, dan keramik, punya sifat yang baik pada temperatur tinggi
26
Temperatur operasi pesawat meningkat dengan meningkatnya pengembangan ilmu material.
27
Skematik prototipe pesawat X-33 menggunakan berbagai jenis material di bagian yang berbeda.
28
Disain dan pemilihan material
Densitas adalah massa per unit volume material mass per unit volume of a material, g/cm3 atau lb/in3
Rasio kekuatan berat (Rs/w)adalah kekuatan material dibagi dengan densitasnya; material dengan Rs/w yang tinggi adalah kuat dan ringan.
29
Rasio Rs/w untuk berbagai material