SIFAT SIFAT MATERIAL1. SIFAT LISTRIKSifat sifat listrik dari
bahan yang terpenting adalah : ketahanan dari suatu bahan terhadap
aliran listrik dan daya hantarnya , dan tidak semua bahan mempunyai
daya hantar listrik yang sama. Sifat - sifat listrik tersebut yaitu
:a) Konduktivitas. Menyatakan seberapa mudahnya suatu material
dapat menghantarkan arus listrik. Semakin banyak elektron bebas di
dalam suatu konduktor, konduktivitasnya semakin tinggi. Selain itu,
sifat ini juga menggambarkan interaksi antara medan listrik dan
elektron. Kalau elektron terpapar medan listrik, akan timbul gaya,
sehingga elektronnya akan bergerak atau mengalir, sehingga
terbentuklah arus listrik.b) Permitifitas. Menyatakan seberapa
mudahnya material untuk terpolarisasi dan ini juga terkait kepada
kemampuan penyimpanan energy.c) Permeabilitas. Mirip dengan
permitivitas, permeabilitas berarti kemampuan untuk ditembus. Hanya
saja, yang menembus di sini adalah medan magnet. Dengan kata lain,
permeabilitas ini menyatakan apakah suatu material mudah
dipengaruhi oleh medan magnet atau tidak. Seperti yang kita tahu,
dalam suatu atom, elektron mengelilingi inti atom. Ada elektron
yang bergerak, berarti ada arus (ingat definisi arus listrik?).
Dari persamaan Maxwell, kita tahu bahwa arus akan menghasilkan
medan magnet. Pada umumnya, arus ini bergerak secara acak sehingga
material tidak bersifat sebagai magnet. Kalau ada medan magnet dari
luar, maka arus-arus ini arahnya akan teratur sehingga material
tersebut dapat menjadi magnet. Nah, seberapa mudah suatu material
menjadi magnet? Sifat inilah yang diukur oleh besaran
permeabilitas. 2. SIFAT KIMIASifat Kimia Sifat kimia adalah sifat
yang dimiliki oleh bahan yang berhubungan dengan tingkat
reaktifitas terhadap zat lain. yang termasuk dalam katogori sifat
kimia bahan adalah: ketahanan terhadap korosi, aktifitas. daya
larut, potensial elektrokimia dan sebagainya.Bahan yang menunjukkan
ketahanan terhadap serangan korosi disebut sebagai bahan tahap
korosi . Dan bahan yang dapat melarutkan bahan lain disebut sebagai
bahan pelarut.3. SIFAT MEKANIKSifat mekanik material, merupakan
salah satu faktor terpenting yang mendasari pemilihan bahan dalam
suatu perancangan. Sifat mekanik dapat diartikan sebagai respon
atau perilaku material terhadap pembebanan yang diberikan, dapat
berupa gaya, torsi atau gabungan keduanya. Dalam prakteknya
pembebanan pada material terbagi dua yaitu beban statik dan beban
dinamik. Perbedaan antara keduanya hanya pada fungsi waktu dimana
beban statik tidak dipengaruhi oleh fungsi waktu sedangkan beban
dinamik dipengaruhi oleh fungsi waktu.Untuk mendapatkan sifat
mekanik material, biasanya dilakukan pengujian mekanik. Pengujian
mekanik pada dasarnya bersifat merusak (destructive test), dari
pengujian tersebut akan dihasilkan kurva atau data yang mencirikan
keadaan dari material tersebut.Setiap material yang diuji dibuat
dalam bentuk sampel kecil atau spesimen. Spesimen pengujian dapat
mewakili seluruh material apabila berasal dari jenis, komposisi dan
perlakuan yang sama. Pengujian yang tepat hanya didapatkan pada
material uji yang memenuhi aspek ketepatan pengukuran, kemampuan
mesin, kualitas atau jumlah cacat pada material dan ketelitian
dalam membuat spesimen. Sifat mekanik tersebut meliputi antara
lain: kekuatan tarik, ketangguhan, kelenturan, keuletan, kekerasan,
ketahanan aus, kekuatan impak, kekuatan mulur, kekeuatan leleh dan
sebagainya.Sifar-sifat mekanik material yang perlu diperhatikan:
Tegangan yaitu gaya diserap oleh material selama berdeformasi
persatuan luas. Regangan yaitu besar deformasi persatuan luas.
Modulus elastisitas yang menunjukkan ukuran kekuatan material.
Kekuatan yaitu besarnya tegangan untuk mendeformasi material atau
kemampuan material untuk menahan deformasi. Kekuatan luluh yaitu
besarnya tegangan yang dibutuhkan untuk mendeformasi plastis.
Kekuatan tarik adalah kekuatan maksimum yang berdasarkan pada
ukuran mula. Keuletan yaitu besar deformasi plastis sampai terjadi
patah. Ketangguhan yaitu besar energi yang diperlukan sampai
terjadi perpatahan. Kekerasan yaitu kemampuan material menahan
deformasi plastis lokal akibat penetrasi pada permukaan.
4. SIFAT FISIKSifat fisik adalah kelakuan atau sifat-sifat
material yang bukan disebabkan oleh pembebanan seperti pengaruh
pemanasan, pendinginan dan pengaruh arus listrik yang lebih
mengarah pada struktur material. Sifat fisik material dapat dilihat
secara langsung tanpa melakukan pembebanan dan telah ada pada
material tersebut.Sifat fisik material antara lain : temperatur
cair, konduktivitas panas dan panas spesifik.Struktur material
sangat erat hubungannya dengan sifat mekanik. Sifat mekanik dapat
diatur dengan serangkaian proses perlakukan fisik. Dengan adanya
perlakuan fisik akan membawa penyempurnaan dan pengembangan
material bahkan penemuan material baru.5. SIFAT TEKNOLOGISifat
teknologi adalah sifat suatu bahan yang timbul dalam proses
pengolahannya. Sifat ini harus diketahui terlebih dahulu sebelum
mengolah atau mengerjakan bahan tersebut. Produk dengan kekuatan
tinggi dapat dibuat dengan proses pembentukan, misalnya dengan
pengerolan atau penempaan. Produk dengan bentuk yang rumit dapat
dibuat dengan proses pengecoran. Sifat-sifat teknologi diantaranya
sifat mampu las, sifat mampu cor, sifat mampu mesin dan sifat mampu
bentuk. Sifat material terdiri dari sifat mekanik yang merupakan
sifat material terhadap pengaruh yang berasal dari luar serta
sifat-sifat fisik yang ditentukan oleh komposisi yang dikandung
oleh material itu sendiri.
6. SIFAT MAGNETIKSifat magnetik adalah sifat material untuk
merespon medan magnet. apakah suatu material mudah dipengaruhi oleh
medan magnet atau tidak. Dari persamaan Maxwell, kita tahu bahwa
arus akan menghasilkan medan magnet. Pada umumnya, arus ini
bergerak secara acak sehingga material tidak bersifat sebagai
magnet. Kalau ada medan magnet dari luar, maka arus-arus ini
arahnya akan teratur sehingga material tersebut dapat menjadi
magnet. 7. SIFAT THERMAL
Sifat termal adalah sifat material yang dipengaruhi oleh
temperatur. Benda padat menyerap energi dalam bentuk panas ,
sehingga temperatur dan dimensinya naik. Kapasitas Termaldan
konduktifitas termal adalah sifat yangsering dibahaspada
pemanfaatanpraktis dari padatan.
Jenis-Jenis PengujianPengujian terhadap bahan/material adalah
pengujian untuk melihat pengaruh atau respon material terhadap
pembebanan. Berikut beberapa jenis pengujian diantaranya :1.
KEKUATAN TARIKKekuatan tarik adalah tegangan maksimum yang bisa
ditahan oleh sebuah bahan ketika diregangkan atau ditarik, sebelum
bahan tersebut patah. Kekuatan tarik adalah kebalikan dari kekuatan
tekan, dan nilainya bisa berbeda.Beberapa bahan dapat patah begitu
saja tanpa mengalami deformasi, yang berarti benda tersebut
bersifat rapuh atau getas (brittle). Bahan lainnya akan meregang
dan mengalami deformasi sebelum patah, yang disebut dengan benda
elastis (ductile).Kekuatan tarik umumnya dapat dicari dengan
melakukan uji tarik dan mencatat perubahan regangan dan tegangan.
Titik tertinggi dari kurva tegangan-regangan disebut dengan
kekuatan tarik penghabisan (ultimate tensile strength). Nilainya
tidak bergantung pada ukuran bahan, melainkan karena faktor jenis
bahan. Faktor lainnya yang dapat mempengaruhi seperti keberadaan
zat pengotor dalam bahan, temperatur dan kelembaban lingkungan
pengujian, dan penyiapan spesimen.Dimensi dari kekuatan tarik
adalah gaya per satuan luas. Dalam satuan SI, digunakan pascal (Pa)
dan kelipatannya (seperti MPa, megapascal). Pascal ekuivalen dengan
Newton per meter persegi (N/m). Satuan imperial diantaranya
pound-gaya per inci persegi (lbf/in atau psi), atau kilo-pound per
inci persegi (ksi, kpsi).Kekuatan tarik umumnya digunakan dalam
mendesain bagian dari suatu struktur yang bersifat ductile dan
brittle yang bersifat tidak statis, dalam arti selalu menerima gaya
dalam jumlah besar, meski benda tersebut tidak bergerak. Kekuatan
tarik juga digunakan dalam mengetahui jenis bahan yang belum
diketahui, misal dalam forensik dan paleontologi. Kekerasan bahan
memiliki hubungan dengan kekuatan tarik. Pengujian kekerasan bahan
salah satunya adalah metode Rockwell yang bersifat non-destruktif,
yang dapat digunakan ketika uji kekuatan tarik tidak dapat
dilakukan karena bersifat destruktif.2. KEKERASANKekerasan yaitu
kemampuan material logam dalam menerima gaya berupa penetrasi,
pengikisan dan pergeseran. Sifat ini berhubungan dengan sifat
ketahanan arus.3. KETAHANAN IMPAKKekuatan impak adalah suatu
kriteria penting untuk mengetahui kegetasan bahan polimer.Pengujian
impak Charp, Izod dst, dalam hal ini umum dipakai. Untuk melihat
pengaruh takikan adacara pengujian dengan takikan pada batang
uji.Karena dalam beberapa kasus laju pembebanan tidak dapat
ditetapkan dengan baik, maka perluhati-hati dalam membandingkan
hasil satu sama lain.
Umumnya kekuatan impak bahan polimer lebih kecil dari pada
kekuatan impak logam. Kalau ikatan antar molekul kuat, atau berat
molekul besar, kekuatan impak biasanya besar. Tetapi tidaklah
sesederhana itu terjadi pada bahan sesungguhnya. Sebagai contoh,
polietilen, yang berkristal dan mempunyai tarik menarik lemah antar
molekulnya tidak patah pada pengujian impak, hanya sekedar
bengkok.
Polisteren bersifat getas dan mudah patah karena berbentuk amorf
dan tarik menarikyang lemah antara molekulnya. Bahan yang kaku dan
ketahan impaknnya rendah banyak terdapatpada bahan termoplastik
yang mempunyai titik transisi gelas tinggi. Sebagai contoh,
polivinil khloridsendiri tidak kuat, tetapi apabila dikopolimerkan
dengan vinilasetat, dikopolimerkan atau dicampurdengan bahan serupa
karet mempunyai titik transisi gelas rendah, kekuatan impaknya
lebih baik.Pada poliamid, poliasetal dan lainnya yang disebut
plastik industri, kekuatan impak berada padadaerah 5-33(kekuatan
impak izod, kgf.cm/cm2; ditakik), sedangkan polikarbonat
mempunyaikekuatan impak 65-95, kuat dan sangat kental.
Keramik umumnya mempunyai kekuatan impakrendah kira-kira 0,2-0,7
sangat mudah patah, terkenal karena pengalaman sehari-hari. Bahan
polimer kadang-kadang menunjukan juga penurunan besar pada kekuatan
impak kalau diberi regangan dan pencetakannya. Selanjutnya pada
umumna sifat-sifat yang diperlukan dapat diperbaik ikalau
ditambahkan pengisi (filler) yang cocok kedalam resin.
Macam dan bentuk pengisi memberikan pengaruh banyak. Sedangkan
pengaruh temperatur lebih rumit, yang menunjukan harga maksimumpada
temperatur tertentu, atau suatu peningkatan harga kalau temperatur
itu naik. Harga impak menjadi besar dengan meningkatkan absorpsi
kadar air dan menjadi kecil karena pengeringan. Kadang-kadang kadar
air dapat memberikan pengaruh pemlastisan.
Selanjutnya dalam bahan yang sangat mungkin menbentuk sperulit
atau bahan dengan butir kristal besar biasanya mempunyai harga
impak kecil. Bahan dapat juga diperiksa dengan pengujian impak bola
jatuh. Setiap hasil pengujian tidak selalu menunjukan hubungan yang
sama dengan kekuatan impakpraktis, hal ini menyebabkan kerumitan
cara-cara pengujian tersebut. Oleh karena itu perlu memilihcara
mana agar memenuhi maksud pengujian masing-masing, baik pengujian
Charphy, Izod atau dengan bola jatuh.4. KEKUATAN TARIKDefinisi
Kelelahan (fatigue), merupakan kecendrungan dari logam untuk patah
bila menerima tegangan berulang ulang (cyclic stress) yang besarnya
masih jauh dibawah batas kekuatan elastiknya. Sebagian besar dari
kerusakan yang terjadi pada komponen mesin disebabkan oleh
kelelahan ini. Karenanya kelelahan merupakan sifat yang sangat
penting, tetapi sifat ini juga sulit diukur karena sangat banyak
faktor yang mempengaruhinya.ASPEK METALURGI PADA
KELELAHANLOGAMMekanisme patah lelah terdiri dari tiga tahap, yaitu
tahap awal terjadinya retakan (crack initiation), tahap penjalaran
retakan (crack propagation) serta patah akhir atau patah statis
akibat dari penampang yang tersisa tidak mampu lagi menerima beban.
Memperkirakan umur lelah suatu komponen adalah sulit. Kesukaran ini
disebabkan oleh banyaknya factor yang mempengaruhi umur lelah.
Faktor-faktor tersebut adalah:1. Beban, yang terdiri dari : -Jenis
beban: uniaksial, lentur, punter -Frekuensi siklus beban -Pola
beban: periodik, random -Besar tegangan2. Kondisi Material3. Proses
Pengerjaan4. Bentuk dan Ukuran Komponen5. Temperatur Operasi6.
Kondisi LingkunganUmur lelah biasanya dinyatakan sebagai jumlah
siklus tegangan yang dicapai sampai spesimen atau komponen patah.
Dengan demikian umur total tersebut telah mencakup pula tahap awal
retakan dan penjalaran retakan yang bila telah cukup jauh
penjalarannya akan menyebabkan patah menjadi dua. Selain itu data
kelelahan lain yang penting adalah laju penjalaran retakan (crack
growth rate). Laju penjalaran retakan inilah yang datanya dapat
dipakai untuk memperkirakan umur lelah.Uji lelah yang sederhana
dilakukan dengan memberikan pembebanan atau tegangan yang relatif
sederhana, yaitu beban uniaksial atau lenturan. Dengan beban
tersebut akan diperoleh tegangan tarik dan tegangan tekan yang
berfluktuasi.Baja memiliki batas kelelahan (fatigue limit) atau
batas ketahanan (endurance limit) yang jelas, sedangkan alumunium
tidak mempunyai batas kelelahan yang jelas.Batas kelelahan adalah
batas tegangan yang akan memberikan umur lelah yang tidak
berhingga.Adanya bagian komponen yang tidak kontinyu, misalnya
akibat adanya takikan atau lubang ataupun goresan yang dalam akan
menyebabkan pemusatan tegangan.Pengaruh adanya takikan terhadap
karakteristik kelelahan dinyatakan dengan faktor takikan terhadap
kelelahan (fatigue notch factor) Kf:Harga kekuatan lelah pada kedua
jenis spesimen tersebut diatas diambil pada jumlah siklus yang
sama.Cara lain untuk menyatakan pengaruh takikan adalah dengan
sensitivitas takikan terhadap kelelahan (fatigue notch sensitivity)
q :Pada tingkat tegangan yang rendah serta jumlah siklus yang
tinggi, banyak logam yang menunjukkan kapekaan terhadap takikan.
Disisi lain hal ini tidak berlaku pada logam yang ulet. Tegangan
lokal yang tinggi akan menyebabkan terjadinya deformasi plastis
setempat, sehingga tegangan yang bekerja menjadi lebih rendah
daripada kalau hanya di daerah elastis.Penyebab Kelelahan Kelelahan
yang dikontrol oleh tegangan Lengkung rotasi (rotating bending)
Getaran (vibration) Penekanan (pressurisation) Kontak Gelinding
(rolling contacts) Kelelahan yang dikontrol oleh regangan Siklus
termal (thermal cycles) Takikan besar (severe notches)
Terbuka/tertutupUmur lelah (fatigue life) biasanya 107
siklusPerkiraan dari jumlah siklus yang dialami oleh suatu piston
mobil lebih dari 100.000 mil (~330.000 km)Pengukuran Kelelahan
Struktur presisi (smooth) dan bertakik (notched) : Kelelahan
meliputi pertumbuhan inti dan penyebaran retakan (propagation of
crack) Karakterisasi dengan umur lelah T-S (Tegangan-Siklus, S-N)
atau R-S (Regangan-Siklus, e N) Takikan mengkonsentrasikan tegangan
dan regangan Struktur retak Kelelahan meliputi penyebaran retakan
Karakterisasi dengan laju pertumbuhan retak lelah (fatigue crack
growth rate)Tujuan memprediksi umur lelah atau siklus pembebanan
maksimum untuk menentukan umur tak terbatas (infinite
life).Pengaruh Kekuatan dan Ketangguhan terhadap Kelelahan
Peningkatan kekuatan Meningkatkan umur lelah siklus tinggi
(penurunan regangan plastis) Menurunkan umur lelah siklus rendah
(penurunan ketangguhan)Ketangguhan dan keuletan menurun dengan
kenaikan kekuatan Mekanisme Kelelahan Pengertian terhadap mekanisme
kelelahan dapat digunakan untuk meningkatkan ketahanan lelah
(fatigue resistance) Logam Slip tetap (irreversible) kumulatif
Keramik Keretakan dipengaruhi lingkungan Polimer Pemanasan
histeresis (hysteresis) Komposit Retakan mikro Penipisan lapisan
(delamination) Kerusakan penekanan
Kelelahan dalam Logam Deformasi plastis terjadi pada butir-butir
orentasi yang sesuai, meskipun dibawah batas elastis Pada logam
murni langkah slip ekstrusi mengawali terjadinya retakan
(memerlukan banyak siklus) Pada logam komesial akumulasi regangan
plastis menumbuhkan inti retakan kecil di tempat inklusi
(memerlukan sedikit siklus) Batas lelah (fatigue limit) adalah
tegangan dibawah dimana sebuah retak dapat menum-buhkan inti tetapi
tidak menyebarkan retakan Keuntungan Peningkatan kekuatan
Karburisasi Nitridisasi Pengerasan induksi Pengerjaan dingin
Tegangan sisa (residual stress) Penembakan mimis (shot-peening)
Penembakan mimis (shot-peening) Peningkatan tingkat kebersihan
Pengerjaan akhir permukaan Elektropolishing Kerugian Menurunkan
kekuatan Nonkarburisasi Pemanasan berlebih Pelunakan (annealling)
Tegangan sisa Pelapisan Cr-Ni Rendah tingkat kebersihan Pengerjaan
akhir permukaan Permesinan penanda (machining marks)Pencegahan
Kelelahan Dengan pengikat (fastenings) Ekspansi dingin menggunakan
madrel (contoh paku keling) Pelubangan mandiri (autofrettage)
Ekspansi dingin oleh penekanan (contoh ketel bertekanan)Ringkasan
Kelelahan adalah pertumbuhan inti dan pertumbuhan dari retakan
dibawah kondisi siklus tegangan dan regangan Umur lelah dapat
ditingkatkan dengan: Mengontrol tegangan Mengontrol struktur mikro
Mengontrol penyelesaian permukaan
TUGAS 1 :ILMU BAHAN
DI SUSUN OLEH : NAMA MAHASISWA : A. MAHESA MSTAMBUK : 342 13
009KELAS : 2A T. KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN P.S TEKNIK
KONVERSI ENERGI POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG MAKASSAR2014