Modul 02 Sifat-sifat Bahan fileMK : Pengetahuan Bahan Modul 02 : Sifat-sifat Bahan Hanya untuk lingkungan UMB (2012-1) 2 terlihat atom Hidrogen (H) mempunyai satu elektron yang berputar

MK : Pengetahuan Bahan Modul 02 : Sifat-sifat Bahan

Hanya untuk lingkungan UMB (2012-1) 1

1. SIFAT ALAMIAH BAHAN-BAHAN

1.1. Struktur atom dan unsur

Unit struktural dasar paling kecil dari satu materi adalah atom. Atom terdiri

dari inti (yang bermuatan positif) yang dikelilingi elektron (yang bermuatan negatif)

sedemikian sehingga muatannya seimbang. Jumlah elektron menunjukan nomor

atom dan menjadi identitas suatu unsur. Ada lebih dari 100 unsur (lihat tabel periodik

di bawah), dan unsur-unsur inilah yang membangun materi.

Unsur-unsur logam (metal) ada di sebelah kiri dan tengah dari tabel periodik.

Sedangkan unsur non-logam ada di sebelah kanan. Di antara area metal dan non-

metal ada area transisi yang berisi unsur-unsur yang disebut metaloid atau semi-

metal.

Di antara unsur-unsur itu, ada persamaan sekaligus juga perbedaan.

Persamaan dan perbedaan ini dapat dijelaskan oleh struktur atomnya masing.

Dalam gambar di bawah, diperlihatkan model struktur atomik yang paling sederhana,

dimana elektron-elektron berputar dalam orbit di sekeliling inti. Dalam gambar



terlihat atom Hidrogen (H) mempunyai satu elektron yang berputar dalam satu lapis

orbit. Helium (He) mempunyai dua elektron dan satu lapis orbit. Florid (F)

mempunyai 9 elektron dalam dua orbit. Neon (Ne) mempunyai 10 elektron dalam

dua orbit. Sedangkan Natrium (Na, yang disebut juga Sodium) mempunyai 11

elektron dalam tiga orbit.

Dua unsur dapat bersenyawa menjadi satu molekul. Dalam moleklu natrium-

florid (lihat gambar di bawah), satu elektron dari Natrium ditransfer ke Fluor untuk

“dipakai bersama”.

1.2. Ikatan antar atom serta antar molekul

Atom-atom dalam molekul diikat dalam beberapa jenis ikatan, yaitu ikatan

primer dan ikatan sekunder.



Ikatan primer sendiri dapat dibagi tiga: (1) ikatan ionik, (2) ikatan kovalen ,

dan (3) ikatan metalik.

Ikatan ionik. Contoh molekul yang mempunyai ikatan ionik adalah garam

meja (NaCl). Sifatnya antara lain konduktivitas listriknya rendah dan ductility yang

buruk.

Ikatan kovalen. Contoh molekul dengan ikatan kovalen adalah gas Fluorin

(F2) dan intan. Berkenaan dengan intan, yang dibangun oleh atom karbon (nomor

atom 6), setiap atom mempunyai 4 tetangga dengan mana mereka berbagi elektron.

Ini yang membuat suatu struktur tiga dimensi yang yang yang sangat kaku dan

membuat intan mempunyai kekerasan yang sangat tinggi. Bentuk lain dari karbon

(misalnya grafit) tidak mempunyai struktur atomik yang kaku seperti intan. Bahan

padat dengan ikatan kovalen umumnya mempunyai kekerasan yang tinggi dan

konduktivitas listrik yang rendah.

Ikatan metalik. Ikatan metalik adalah mekanisme ikatan terjadi pada logam

murni dan logam paduan. Atom-atom dari kelompok logam umumnya mempunyai



jumlah elektron yang kurang dari jumlah maksimum, pada orbit terluarnya. Jadi

dalam satu blok logam terjadi pemakaian-bersama elektron-elektron pada orbit

terluar, oleh seluruh atom yang ada pada blok itu. Elektron-elektron tersebut

membentuk semacam awan yang menembus seluruh blok.

Dengan adanya elektron yang dipakai bersama, dan adanya kebebasan

elektron untuk bergerak bebas dalam blok logam itu, maka ikatan metalik membuat

konduktivitas listrik menjadi tinggi. Sifat umum lain karena ikatan metalik ini adalah

tingginya konduktivitas panas dan ductility yang bagus.

Berbeda dengan ikatan primer yang dijelaskan di atas, ikatan sekunder

adalah ikatan yang terjadi karena tarik menarik antar molekul. Jadi tidak ada transfer

elektron ataupun pemakaian elektron secara bersama, sehingga ikatannya pun tidak

sekuat ikatan primer. Ada tiga jenis ikatan yang termasuk dalam ikatan sekunder: (1)

dipole forces, (2) London forces, dan (3) ikatan Hidrogen. Jenis ikatan 1 dan 2

disebut juga ikatan van der Waals.

Walaupun molekul itu seharusnya netral muatannya, tetapi terdapat kutub

positif dan kutub negatif pada setiap molekul, sehingga terjadi tarik menarik antar

molekul. Itu yang menjelaskan dipole forces.

London forces terjadi karena pergerakan elektron sesekali membuatnya ada

di satu sisi dari atom sehingga terjadi kutub bermuatan negatif.

Ikatan Hidrogen terjadi karena dua atom Hidrogen yang ada dalam satu

molekul (misalnya molekul H2O), posisinya ada pada satu sisi dari molekul. Sisi

molekul yang ada dua Hirogen itu tarik menarik dengan sisi lain dari molekul

tetangganya. Ikatan Hidrogen merupakan jenis ikatan yang penting dalam

terbentuknya polimer.



1.3. Struktur kristalin

Atom dan molekul merupakan “batu-bata” pembangun suatu struktur

bangunan makroskopik dari suatu materi. Ketika suatu bahan berubah dari cair

menjadi padat, atom atau molekul ini akan menyusun dirinya sendiri, ke atas dan

bawah, serta ke kiri dan kanan. Ada yang membuat susunannya teratur, ada juga

yang tidak.

Jika strukturnya beraturan dan berulang, maka disebut struktur kristalin. Unit

terkecil dari perulangan ini disebut sel, sebagaimana diperlihatkan dalam gambar di

bawah ini. Salah satu bentuk konfigurasi atom-atom dalam sel adalah BCC (body-

centered-cubic), dimana atom-atom menempati ke 8 sudut dan di tengah-tengah sel

(Figure 2.7(a)). Pada kenyataannya, proporsi ukuran atom terhadap ukuran sel

adalah lebih besar, seperti yang diperlihatkan dalam gambar (c). Di atas dan bawah,

kanan dan kiri setiap sel, akan ada sel-sel serupa dalam posisi yang teratur,

sehingga terlihat seperti gambar (c). Hal ini terjadi pada logam, keramik dan polimer.

Jenis-jenis struktur kristal. Selain bentuk BCC, ada juga bentuk dua lain

yaitu FCC (face-centered cubic) dan HCP (hexagonal close-packed), sebagaimana

diperlihatkan dalam gambar berikut.



Tabel 2.1 memperlihatkan bentuk struktur kristal untuk beberapa logam, pada

temperatur kamar. Ada kasus-kasus dimana satu logam bisa berubah struktur

kristalnya, tergantung pada temperaturnya. Misalnya, struktur kristal besi, pada suhu

kamar berbentuk BCC, di atas 9120C bentuknya berubah menjadi FCC, tapi di atas

14000C kembali menjadi BCC. Gejala ini disebut alotropik.

Ketidak-sempurnaan dalam kristal. Sejauh ini struktur kristal yang

dibicarakan adalah bentuk kristal yang sempurna, dalam arti unit-unit sel tersusun

rapi. Dalam beberapa hal, kristal yang sempurna lebih disukai karena alasan estetis

(misalnya intan), atau alasan teknik (misalnya kristal silikon pada integrated circuit).

Pada kenyataannya secara alamiah cacat atau ketidak-sempurnaan terjadi

karena pemadatan logam cair tidak bisa terjadi tanpa ketika bahan menjadi padat,



terjadi interupsi. Padahal pada saat pemadatan inilah terjadi replikasi unit sel secara

terus menerus. Batas-batas butir merupakan contoh cacat.

Dalam kasus yang lain, ketidak-sempurnaan sengaja dibuat ketika proses

manufaktur. Misalnya, penambahan unsur-unsur lain dalam pembuatan paduan

(alloy), dengan maksud untuk menambah kekuatan.

Ada tiga macam cacat : (1) cacat titik, (2) cacat garis dan (3) cacat

permukaan.

Cacat titik. Berikut ini adalah jenis-jenis cacat titik.

Cacat garis. Kalau beberapa cacat titik dapat terhubungkan maka akan

terbentuk suatu cacat garis atau dislokasi. Ada dua bentuk cacat garis, yaitu (1)

dislokasi ujung, dan (2) dislokasi putar.



Cacat permukaan. Jika beberapa cacat dapat terhubungkan sehingga

membuat bidang, maka disebut cacat permukaan.

Deformasi pada kristal metalik. Ketika kristal ada dalam tekanan yang

makin lama makin besar, respon pertama yang akan terjadi adalah deformasi

elastik. Lihat ilustrasinya pada Figure 2.11(a) dan (b). Kristal akan miring, lalu

kembali ke bentuk asal ketika tekanan ditiadakan kembali.

Jika tekanannya diperbesar sehingga melewati batas tertentu, maka akan

terjadi deformasi plastis. Disini, ada sejumlah atom yang berpindah lokasinya. Lihat

Figure 2.11(c). Deformasi yang digambarkan disini disebut slip, yaitu pergerakan

relatif dua kelompok atom yang berada di dua sisi berbeda dari satu bidang. Bidang

ini disebut bidang slip (slip plane).

Deformasi plastis relatif lebih sulit terjadi pada logam yang mempunyai

struktur kristal HCP ketimbang pada yang berstruktur BCC dan FCC. Ini ada

hubungannya dengan rendahnya ductility pada logam berstruktur HCP, khususnya

pada temperatur kamar.

Bahan logam yang mempunyai banyak dislokasi ujung, relatif lebih mudah

mengalami deformasi. Yang terjadi disini adalah memindahkan posisi cacat

dislokasi ujung (lihat Figure 2.12), dimana energi yang diperlukan lebih rendah.

Dengan demikian, di satu pihak, cacat dislokasi ujung merupakan hal yang

baik, karena membuat bahan logam menjadi lebih ductile, sehingga memudahkan



pekerjaan deformasi yang terjadi pada proses manufaktur. Tapi di pihak lain, logam

yang mempunyai banyak cacat artinya tidak sekuat logam yang tanpa cacat, dan ini

merupakan hal yang buruk dari aspek perancangan produk.

Di samping deformasi berdasarkan slip plane, ada juga bentuk deformasi

yang lain, yaitu twinning. Hasil dari deformasi ini adalah bahwa atom-atom di satu

sisi dari bidang twinning (twinning plane), menjadi bayangan cermin dari atom-atom

di sisi yang lain. Deformasi ini penting pada struktur kristal HCP (seperti Mg dan Zn)

karena disini deformasi slip sulit terjadi.

Butir dan batas-butir pada logam. Satu blok logam bisa dibangun dari

jutaan individu kristal, yang disebut butir (grain). Setiap butir mempunyai orientasi



latis uniknya sendiri. Secara kolektif, arah latis dari butir-butir tersebut bersifat

random. Struktur seperti ini disebut polikristalin. Ini terjadi karena ketika logam cair

menjadi dingin dan mulai

menjadi padat, pembentukan

inti dari setiap individu kristal

terjadi pada posisi dan

orientasi yang random, di

seluruh cairan tersebut.

Ketika inti-inti kristal ini

tumbuh, sehingga kristal-kristal

ini bertemu satu sama lain,

akan terbentuk batas-butir

(grain boundary). Batas ini tebalnya hanya beberapa atom, dan arah orientasinya

tidak sama dengan orientasi butir-butir yang dibatasinya.

Ukuran butir dalam satu blok logam ditentukan antara lain oleh jumlah inti

yang terjadi dan kecepatan pendinginan dari logam cair tersebut. Dalam proses

pembuatan logam cor, inti butir sering terjadi karena dinding cetakan yang relatif

dingin. Ini juga mempengaruhi arah orientasi butir.

Ukuran butir dipengaruhi secara terbalik oleh laju pendinginan: pendinginan

yang cepat akan membuat butir menjadi lebih kecil, sedangan pendinginan lambat

akan berpengaruh sebaliknya. Ukuran butir merupakan hal yang penting dalam

logam karena berpengaruh pada sifat mekanikal. Logam yang mempunyai butir-butir

yang kecil mempunyai kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi.

Faktor lain yang berpengaruh dalam sifat-sifat mekanikal adalah adanya

batas butir pada logam. Batas butir ini perwujudan dari cacat pada struktur kristal,



yang menahan bergeraknya dislokasi. Ini menjelaskan mengapa kecilnya ukuran

butir (yang berarti lebih banyak butir dan lebih banyak batas butir), meningkatkan

kekuatan logam.

Dengan menahan pergerakan dislokasi, maka batas butir juga memberi

kontribusi pada sifat mekanikal dari satu logam, sehingga logam menjadi bertambah

kuat setelah mengalami deformasi. Sifat ini disebut strain-hardening, yang akan

dijelaskan lebih detil di bagian lain.

1.4. Struktur nonkristalin (amorf)

Bahan logam akan kehilangan struktur kristalinnya ketika bahan ini menjadi

cair. Walaupun begitu ada beberapa bahan teknik yang mempunyai struktur

nonkristalin dalam fase padatnya. Sifat bahan seperti ini disebut amorf. Yang

mempunyai sifat ini antara lain adalah kaca, beberapa jenis plastik, dan karet.

Gambar di bawah ini memperlihatkan ilustrasi perbedaan antara struktur kristalin

dan nonkristalin..

Ketika satu bahan logam murni memadat dari fase cairnya, atom-atomnya

akan mengatur dirinya sehingga terjadi struktur yang teratur dan berulang (lihat

Figure 2.14 (a)), sehingga volumenya menjadi lebih kecil, untuk satu jumlah masa

yang sama. Hal ini dijelaskan pula oleh diagram berikut.



1.5. Sifat-sifat umum sistem bahan

Berikut ini adalah sifat umum masing-masing sistem bahan ditinjau dari aspek

struktur atomik, ikatan, dan struktur kristalnya.

Logam. Bisa dikatakan, seluruh logam mempunyai struktur kristalin ketika

dalam keadaan padat. Unit sel dari kristal ini hampir selalu BCC, FCC atau HCP.

Atom-atom logam terikat dengan ikatan metalik, dimana elektron valen dapat

bergerak kemana-mana dengan relatif bebas. Struktur dan ikatan ini pada umumnya

membuat logam menjadi kuat dan keras.

Banyak dari logam bersifat cukup liat (ductile) sehingga mudah dibentuk, sifat

mana berguna dalam proses manufaktur. Ini terjadi khususnya pada logam dengan

struktur FCC.

Sifat-sifat umum yang lain dari logam, yang berhubungan dengan struktur dan

ikatan, mencakup tingginya konduktivitas listrik dan panas, tidak tembus sinar dan

reflektivitas (sifat memantulkan cahaya).

Keramik. Molekul keramik dicirikan oleh ikatan ionik atau ikatan kovalen, atau

keduanya. Atom-atom metalik melepaskan atau “meminjamkan” elektron-elektron



terluarnya ke atom-atom non-metalik. Dan, ada daya tarik-menarik yang kuat terjadi

di dalam molekul.

Sifat-sifat umum yang dihasilkan dari mekanisme ikatan seperti itu, mencakup

tingginya kekerasan (hardness) dan kekakuan (stiffness, bahkan pada temperatur

yang tinggi), keregasan (brittlenes, tidak ada ductility), insulasi listrik

(nonconducting), refractoris (insulator panas), dan ketahanan terhadap proses

kimiawi.

Keramik mempunyai struktur kristalin atau nonkristaline. Kebanyakan keramik

mempunyai struktur kristal, sementara kaca yang berbasis silika (SiO2) bersifat

amorf. Dalam kasus tertentu, kedua struktur dapat muncul pada satu bahan keramik

yang sama. Misalnya, silika ada di alam sebagai kuarsa kristalin. Ketika mineral ini

dilelehkan dan lalu didinginkan, maka akan terjadi solidifikasi dan membentuk

leburan silika yang mempunyai struktur nonkristalin.

Polimer. Sebuah molekul polimer terdiri dari banyak mer yang berulang

sehingga membentuk molekul yang sangat besar yang terikat dengan ikatan

kovalen. Elemen-elemen dalam polimer biasanya karbon ditambah satu atau

beberapa elemen lain seperti hidrogen, nitrogen, oksigen dan klor. Ikatan kedua (van

der Waals) mengikat molekul-molekul dalam agregat bahan (ikatan antarmolekul).

Polimer mempunyai apakah satu struktur glassy (mirip gelas) atau campuran antara

glassy dan kristalin.

Ada perbedaan di antara tiga jenis polimer. Dalam polimer jenis thermoplastic,

molekul-molekul terdiri dari rantai panjang mer dalam satu struktur linier. Bahan-

bahan dari kelompok ini dapat dipanaskan dan lalu didinginkan lagi tanpa terjadi

perubahan substansial pada struktur linier. Dalam polimer jenis thermosetting,

dalam proses pendinginan dari kondisi plastik yang panas, molekul-molekul



bertransformasi menjadi satu struktur tiga dimensi yang kaku. Jika plastik

thermosetting dipanaskan kembali, plastik ini bukannya menjadi lunak, tapi menjadi

tergradasi secara kimiawi. Elastomer mempunyai molekul besar dengan struktur

menggulung, Melepas gulungan dan menggulung kembali molekul ketika ada dalam

siklus tegangan, membuat material aggregat ini memperlihatkan sifat-sifat

elastiknya,

Struktur dan ikatan molekular dari polimer memberi mereka sifat-sifat khas

berikut: masa jenis yang rendah, resistivitas listrik yang rendah (beberapa polimer

digunakan sebagai bahan insulasi), dan konduktivitas panas yang rendah. Kekuatan

(strength) dan kekakuan (stiffness) polimer mempunya variasi yang lebar. Beberapa

mempunyai kekuatan yang tinggi dan kaku (walaupun tidak bisa bandingkan dengan

kekuatan dan kekakuan logam dan keramik), sementara yang lain memperlihatkan

sifat-sifat elastik.

2. SIFAT-SIFAT MEKANIKAL

Pada tahap disain, fungsi dan kinerja suatu produk/komponen dinilai dari

kemampuannya bertahan sehingga tidak terjadi deformasi (perubahan geometris),

walaupun terjadi tegangan. Kemampuan ini tergantung dari sifat-sifat mekanikal

seperti modulus elastis dan kekuatan tarik (yield strength).

Dalam proses manufaktur, yang terjadi adalah sebaliknya. Disini diperlukan

tegangan yang melebihi kekuatan tarik, agar bahan dapat diubah bentuknya.

Jadi ada dilema antara keperluan disain dan keperluan manufaktur.

2.1. Hubungan stress-strain

Suatu bahan dapat mengalami hal-hal berikut:



• tegangan tarik (tensile stress), cenderung memperpanjang bahan

• tegangan tekan (compressive stress), cenderung memperpendek bahan

• tegangan geser (shear stress), cenderung membuat sebagian dari bahan

bergeser dari bagian lain

Kurva tegangan-regangan mendeskripsikan sifat-sifat mekanikal bahan.

Sifat bahan dalam tarikan. Uji tarik adalah prosedur paling umum dalam

mempelajari hubungan tegangan-regangan, khususnya dalam logam. Ketika ditarik,

benda uji akan bertambah panjang, sementara diameternya mengecil.

A0 = luas penampang awal

L0 = panjang awal

A = luas penampang setelah ditarik

L = panjang setelah ditarik



Ketika diuji,

• spesimen memanjang [stretches], �(2) (3)

• timbul takikan [neck] � (4)

• lalu putus (fractures) � (5)

Rumus-rumus :

(1) tegangan (stress): s = F / A0

(2) regangan (strain) : e = (L - L0) / L0

Hukum Hooke:

s = Ee

Dimana E = modulus elastisitas, ukuran kekakuan dari satu bahan.

Istilah-istilah yang berkaitan :

• s = tegangan atau stress (N/mm2 atau MPa),

• F = beban atau load (Newton, N),



• A0 = luas penampang (mm2)

• e = regangan atau strain (mm/mm atau persentase)

• L0 = panjang awal (mm)

• l = panjang setelah ditarik (mm)

Modulus elastisitas adalah konstanta yang nilainya berbeda untuk setiap bahan.

Makin kuat suatu bahan, makin tinggi nilai E-nya, karena untuk membuatnya

bertambah panjang, diperlukan beban yang lebih besar.

Pada elastic region, hubungan s dan e,

• bersifat linier

• Ketika beban dilepaskan, panjang bahan akan kembali ke panjang asal

Pada plastic region:

• ketika beban dilepaskan, panjang bahan tidak kembali ke asal, jadi tetap

sama posisinya seperti ketika ditarik terakhir.



Batas antara elastic region dan plastic region adalah titik y (yield point, yield

stress, yield strength). Ketika beban mencapai maksimum, tegangan mencapai yang

disebut tensile strength (TS). Setelah itu, akan terjadi necking, lalu fracture

Berikut ini adalah besaran y dan TS untuk beberapa macam logam. Pada

keramik sulit dilakukan uji tarik (tensil test). Pada polimer juga tidak lazim dilakukan

tensil test.

Ductility adalah kemampuan bahan untuk menahan regangan, tanpa

mengalami fracture. Sifat ini perlu diperhatikan sebelum melakukan proses

manufaktur.







Sifat-sifat bahan dalam tekanan



Pembengkokan dan uji bahan getas

Dilakukan pada bahan yang penampangnya berbentuk pesegi.

- Di bagian bawah terjadi tegangan tarik

- Di bagian atas terjadi tegangan tekan

- Jika bahan tidak mengalami fracture, maka bentuk akhirnya akan

bengkok



Sifat-sifat geser

Gambar di bawah ini memperlihat bentuk kurva yang berbeda untuk berbagai

macam bahan.





2.2. Kekerasan

Bahan yang keras artinya tidak mudah mengalami lekukan (indentation),

tergores atau aus. Metoda yang umum dipakai untuk menguji kekerasan adalah (1)

Brinell, (2) Rockwell, (3) Vickers, dan (4) Knoop

Uji kekerasan Brinell. Lihat Figure 3.14(a). Sebuah bola berbahan baja atau

cemented carbide ditekankan kepada spesimen uji, dengan mengunakan beban

(sebesar 500, 1500 atau 3000 kg). Lekukan yang terjadi pada permukaan spesimen

uji, diukur diameternya. Lalu Brinell Hardness Number (BHN) dihitung dengan rumus

berikut.

2F HB = ------------------------------------------- ________ π Db (Db - √ Db

2 – Di2 )

Dimana HB = Brinell Hardness Number (BHN)

F = beban, dalam kg

Dd = diameter bola, dalam mm

Di = diameter lekukan pada permukaan spesimen uji



Angka BHN mempunyai unit kg/mm2, tapi biasanya tidak ditulis. Untuk bahan yang

kekerasannya lebih dari 500 BHN, dipakai bola cemented carbide. Beban 1500 kg

dan 3000 kg biasa dipakai untuk menguji permukaan yang lebih keras. Karena beda

beban akan menghasilkan beda angka BHN, maka biasanya angka BHN

dikemukakan bersama berat beban yang dipakainya.

Uji Kekerasan Rockwell. Pada metoda Rockwell, bola yang dipakai lebih

kecil ketimbang yang dipakai pada metoda Brinell. Atau, lebih sering lagi dipakai

penekan (indenter) yang berbentuk konik (lihat Figure 3.14(b)). Penekan ini dibebani

dua kali, pertama dengan beban 10 kg (beban minor), lalu dengan beban 60 kg atau

100 kg atau 150 kg (beban mayor). Perbedaan kedalaman lekukannya, yaitu d,

diukur.

Uji kekerasan Vickers. Vicker memakai penekan berbentuk piramid yang

dibuat dari intan (lihat Figure 3.14(c)). Angka Vickers Hardness dihitung sebagai

berikut.

1,854 F HV = ----------

D2

Dimana F = beban yang dipakai, dalam kg

D = panjang diagonal lekukan, dalam mm



Uji kekerasan Knoop. Knoop juga memakai penekan piramid berbahan

intan, tapi perbandingan panjang dan lebarnya adalah 7 : 1, seperti diperlihatkan

dalam Figure 3.14(d). Memakai beban yang lebih ringan ketimbang yang dipakai

dalam metoda Vickers. Biasanya dipakai untuk spesimen uji yang kecil, atau keras

yang mungkin akan patah jika dipakai beban yang besar.

Angka kekerasan Knoop dihitung sebagai berikut.

F HK = 14,2 x ---------- D2

Dimana F = beban, dalam kg

D = panjang diagonal lekukan, dalam mm

Kekerasan berbagai bahan. Berikut ini adalah perbandingan kekerasan dari

berbagai bahan, menurut metoda Brinell dan Rockwell.

Logam. Angka kekerasan logam (terutama yang diukur dengan Brinell atau

Vicker), akan berkorelasi dengan kekuatan (tensile strength).



Keramik. Metoda Brinell tidak cocok jika dipakai untuk menguji kekerasan

keramik, karena banyak bahan keramik malah lebih keras ketimbah bola penekan

yang dipakai Brinell. Lihat Tabel 3.7.

Polimer. Polimer memiliki kekerasan yang terendah dibanding logam dan

keramik. Tabel 3.8 memperlihatkan hasil uji dengan menggunakan metoda Brinell.

Walaupun metoda ini tidak lazim dipakai untuk polimer, tapi disini dipakai agar

hasilnya mudah dibandingkan dengan hasil dari pengujian pada logam.

2.3. Efek temperatur pada sifat bahan

Temperatur mempunyai efek signifikan hampir pada semua sifat bahan, baik

itu ketika dalam pengerjaan, maupun ketika dalam pemakaian. Pada umumnya

kekuatan akan menurun ketika temperatur naik. Pada saat yang sama ductility akan

menurun. Figure 3.15 memperlihatkan perubahan sifat-sifat tersebut pada logam.



Jadi, logam lebih mudah dibentuk ketika temperaturnya panas, ketimbang ketika

temperaturnya tinggi.

Hot hardness. Istilah ini maksudnya adalah kemampuan bahan untuk

mempertahankan kekerasannya walaupun dalam temeperatur tinggi. Figure 3.16

memperlihatkan bahwa keramik mempunyai sifat-sifat yang unggul dalam

temperatur tinggi. Dengan demikian keramik sering dipilih untuk aplikasi di

lingkungan bertemperatur tinggi seperti komponen turbin, alat potong, dan refraktori.

Kulit luar pesawat luar angkasa dilapisi lempengan keramik untuk menahan panas

akibat friksi badan pesawat dengan atmosfir ketika pesawat kembali ke bumi.



3. SIFAT-SIFAT FISIKAL

3.1. Volumetrik dan titik leleh

Sifat-sifat yang dibahas disini berhubungan dengan volume dari satu benda

padat, dan tentang pengaruh panas terhadapnya.

Masa jenis (density). Masa jenis merupakan pertimbangan penting dalam

pemilihan bahan. Tapi umumnya dipakai dalam gabungan dengan sifat lain.

Misalnya sebagai berikut.

strength-to-weight ratio = tensile strength / masa jenis

Sifat bahan yang dikemukakan dalam bentuk rasio di atas, dipertimbangkan

ketika memilih bahan untuk aplikasi struktur pesawat dan mobil, dimana

pertimbangan berat dan energi merupakan hal utama.

Pemuaian karena panas. Volume bahan akan bertambah dengan naiknya

temperatur. Dengan demikian, masa jenisnya akan turun. Beberapa aplikasi dimana

dua jenis bahan dipasang (misalnya, kaca mobil dengan framenya) koefisien kedua

bahan harus diperhitungkan. Dalam prose manufaktur, sifat pemuaian dipakai dalam

proses penyambungan. Sifat pemuaian harus diperhitungan ketika proses welding.



Karakteristik pelelehan.



3.2. Sifat berhubungan dengan panas

Disini dibahas mengenai kecenderungan bahan dalam penyimpanan atau

penerusan panas. Berikut ini adalah perbandingan panas jenis dan konduktivitas

panas.

Panas jenis dan konduktivitas panas. Panas jenis adalah jumlah energi yang

diperlukan untuk menaikan temperatur dari satu unit masa sebuah bahan, sebesar satu

derajat. Panas jenis volumetrik adalah energi panas yang diperlukan untuk

menaikkan temperatur dari satu unit volume sebuah bahan, sebesar satu derajat.

Konduktivitas panas sebuah bahan adalah kemampuan untuk men-transfer panas

dengan sendirinya.



Sifat-sifat panas dalam manufakturing. Informasi panas jenis diperlukan dalam

proses manufatur seperti pengecoran, perlakuan panas, atau hot metal forming.

Informasi ini berguna untuk menghitung energi yang diperlukan untuk proses.

3.3. Difusi masa

Difusi masa adalah perpindahan masa, di dalam satu bahan, atau antar dua

bahan yang mempunyai kontak. Figure 4.2 memperlihatkan fenomena ini.



3.4. Sifat-sifat elektrikal

Ketahanan dan daya hantar listrik.

Kelas-kelas bahan berdasarkan sifat-sifat kelistrikan. Logam merupakan

konduktor listrik paling baik, karena mempunyai metalic bonding. Resistivitas logam

pada listrik, paling rendah

Sedangkan umumnya keramik dan polimer, yang mempunyai ionic bonding,

merupakan insulator listrik. Keramik dan polimer mempunyai resistivitas listrik yang

tinggi



3.5. Proses elektro kimia

Proses elektrokimia berkenaan dengan perubahan kelistrikan dan kimiawi,

dan konversi antara energi listrik dan kimiawi.

4. SIFAT-SIFAT KIMIAWI



Komposisi. Seperti juga para konsumen produk makanan yang peduli dan

akan memeriksa pada kemasan, bahan-bahan apa yang dipakai untuk membuat

produk dalam kemasan tersebut, para perancang produk teknik juga akan

memperhatikan daftar komposisi

kimiawi dari satu bahan yang akan

dipakainya.

Contoh dari cara

menyampaikan informasi mengenai

komposisi adalah sebagaimana

diperlihatkan dalam Gambar 3-2

berikut.

Microstruktur. Banyak informasi yang bisa diperoleh jika bisa dilakukan

analisa mikrostruktur. Gambar di bawah ini memperlihatkan adanya keropos pada

hasil pengelasan.

Struktur kristal. Informasi

mengenai struktur kristal akan berguna

bagi perancang. Logam dengan struktur

kristal body-centered-cubic seringkali

menjadi lebih getas pada temperatur di

bawah nol. Sedangkan logam dengan

bentuk face-centered-cubic tidak bersifat

seperti itu.

Ketahanan terhadap korosi. Korosi adalah degradasi suatu bahan yang

disebabkan oleh reaksi yang diakibatkan oleh lingkungannya. Beberapa polimer

akan menjadi getas karena terpapar pada sinar matahari.



Reaktivitas kimia. Beberapa elemen sangat berguna bagi perancang, karena

sifatnya yang tidak mudah bereaksi secara kimia. Lithium bereaksi secara

eksotermal, jika udara lembab. Kebanyakan plastik bereaksi , dalam arti yang buruk,

terhadap larutan organik.

Di pihak lain ada gas-gas yang berguna karena dalam bidang teknik karena

tidak mudah bereaksi. Misalnya gas Argon dipakai untuk pengisi ban mobil.Gas

Helium, Neon dan Argon, yanmg digolongkan sebagai inert gas, dipakai untuk

sebagai tirai untuk pekerjaan pengelasan.

KONSEP YANG HARUS DIKUASAI

Ikatan primer <> ikatan sekunder <> ikatan ionik <> ikatan kovalen <> ikatan

metalik <> struktur kristalin <>body centered cubic (BCC) <> face centered cubic

(FCC ) <> hexagonal close-packed (HCP) <> struktur non-kristalin (amorf) <>

keregasan (brittlenes) <> kekuatan (strength) <> kekerasan (hardness) <>

keliatan (ductility) <> kekakuan (stiffness) <> kekakuan (rigidness) <> masa jenis

<> resistivitas listrik <>konduktivitas listrik <>insulator listrik <> insulator panas

(refraktori) <>

<> thermoplastic <> thermosetting <> elastomer

(alloy) <> polimer <> komposit

TANTANGAN

1. Sebutkan

BAHAN BACAAN



1. Budinski, K.G. dan Budinski M.K., 2010, Engineering Materials, Properties and

Selection, Pearson Prentice Hall

2. Groover, Mikell P. 2011. Principles of Modern Manufacturing, 4th Edition. John

Willey & Sons. Inc.

3. Surdia, Tata dan Saito, Shinroku, 1992, Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya

Paramita, Jakarta

4. Wargadinata, Arijanto S., 2002, Pengetahuan Bahan, Penerbit Universitas

Trisakti

Modul 02 Sifat-sifat Bahan fileMK : Pengetahuan Bahan Modul 02 : Sifat-sifat Bahan Hanya untuk lingkungan UMB (2012-1) 2 terlihat atom Hidrogen (H) mempunyai satu elektron yang berputar

Documents