Arsip Kategori: Ilmu Logam

Tegangan Akibat Pembebanan Kejut (impack)

Bahan Teknik Komposit

Kata komposit dalam pengertian bahan komposit berarti dua atau lebih material / bahan yang digabung atau dicampur secara makroskopis untuk mendapatkan kekuatan yang spesifik. Dimana pengertian makroskopis ini yaitu penggabungan material dimana masih dapat dilihat sifat-sifat unsur-unsur pembentuknya.

Perbedaan yang mendasar antara material komposit dengan material alloy yaitu kalau pada material alloy penggabungan materialnya dilakukan secara mikroskopis, sehingga tidak bisa dilihat sifat-sifat dasar dari unsur-unsur pembentuknya.

Struktur dan Unsur Utama Pada Bahan Komposit

Pada umumnya bahan material komposit terdiri dari dua bahan utama, yaitu :

· Serat ( fiber )

o Sebagai unsur utama pada komposit

o Menentukan karakteristik bahan komposit, seperti kekuatan, kekauan, daan sifat mekanik lainnya.

o Menahan sebagian besar gaya yang bekerja pada material komposit.

o Bahan yang dipilih harus kuat dan getas, seperti carbon, glass, boron, dll.

· Matrik ( resin )

o Melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik.

o Bahan yang dipilh bahan yang lunak.

Dari pengertian di atas dan unsur-unsur utamanya, maka dapat diamati bahwa sebagian besar struktur alami yang terdapat di alam adalah dalam bentuk komposit, contohnya :

· Daun padi

Terdiri dari serat daun yang dibungkus oleh matrik yaitu lychin

· Batang bambu

Batangnya terdiri dari bahan serat yang diikat dengan matrik dengan kuat sehingga kaku dan ringan.

Klasifikasi Bahan Komposit

Secara umum bahan komposit yang digunakan dapat diklasifikasikan berdasarkan geometri dan jenis seratnya. Sebab sifat-sifat mekanik bahan komposit tergantung pada geometri dan jenis seratnya. Dimana klasifikasi dari bahan komposit dapat dilihat pada gambar dibawah.

Klasifikasi bahan komposit

Secara garis besar bahan komposit dapat dibagi atas dua, yaitu

· Bahan komposit partikel

· Bahan komposit serat

Bahan Komposit Partikel

Bahan komposit partikel merupakan jenis dari bahan komposit dimana bahan penguatnya adalah terdiri dari partikel-partikel. Secara definisi partikel itu sendiri adalah bukan serat, sebab partikel itu tidak mempunyai ukuran panjang. Sedangkan pada bahan komposit ukuran dari bahan penguat menentukan kemampuan bahan komposit menahan gaya dari luar. Dimana semakin panjang ukuran serat maka semakin kuat bahan menahan beban dari luar, begitu juga dengan sebaliknya. Bahan komposit partikel pada umumnya lemah dan fracture-toughness-nya lebih rendah dibandingkan dengan serat panjang, namun disisi lain bahan ini mempunyai keunggulan dalam ketahanan terhadap aus.

Pada bahan komposit keramik ( Ceramix Matrix Composite ), partikel ini umumnya digunakan sebagai pengisi dan penguat, sedangkan keramik digunakan sebagai matrik. Dengan menggunakan mekanisme penguatan tertentu partikel ini berguna untuk mencegah perambatan retak, sehingga fracture-toughness-nya baik. Partikel-partikel dari bahan logam yang keras seperti tungsten, chorium dan molybdenum juga biasa dicampur dengan logam lunak seperti aluminium, tembaga atau perak yang berfungsi sebagai matrik.

TEKNIK PEMBENTUKAN MATERIAL

Proses pembentukan merupakan salah satu proses manufaktur untuk dihasilkannya produk dengan cara memberikan deformasi plastis pada material kerja tanpa dihasilkannya geram.

Klasifikasi Proses Pembentukan

Terdapat bermacam-macam jenis proses pembentukan. Untuk mudah dipahami, proses pembentukan diklasifikasikan sebagai berikut :

1. Pembentukan berdasarkan temperatur pengerjaan

· Pengerjaan panas ( Hot Working )

Proses pembentukan dilakukan pada daerah temperatur rekristalisasi. Pada daerah rekristalisasi terjadi peristiwa pelunakan secara terus menerus hingga menyebabkan material mudah untuk dideformasi. Karena sifat material tersebut ulet dan relatif lebih lunak maka tidak dibutuhkan gaya yang terlalu besar untuk mendeformasi material sekaligus dapat dihindari terjadinya retak pada produk.

· Pegerjaan dingin ( Cold Working )

Proses pembentukan dilakukan dibawah temperatur rekristalisasi. Terjadi peristiwa strain hardening (pegerasan regangan) dimana logam hasil akan bersifat makin kuat dan makin keras, tetapi seiring dengan hal tersebut akan menyebabkan produk bersifat relatif lebih getas sehingga apabila dideformasi akan mudah meyebabkan terjadinya retak.

2. Pembentukan berdasarkan gaya pembebanan

· Pembentukan dengan tekanan

Bekerja tegangan tekan contohnya penempaan (forging) dan pengerolan

· Pembentukan dengan tekanan dan tarikan

Pada daerah deformasi bekerja tegangan tekan dan tarik. Gaya yang diberikan merupakan gaya tarik, meyebabkan terjadinya gaya tekan dari perkakas terhadap daerah deformasi. Contoh : wire drawing, deep drawing

· Pembentukan dengan tekukan

Contoh : proses bending

· Pembentukan dengan tarikan

Contoh : tarik regang ( stretching )

· Pembentukan dengan geseran

Terjadi proses pengguntingan yang melibatkan gaya geser yang cukup besar untuk memotong pada bidang geser.

3. Pembentukan berdasarkan bentuk benda kerja

· Pembentukan benda kerja masif atau pejal

Terjadi perubahan tebal benda kerja selama dilakukan proses. Contoh : pengerolan, tempa dan penarikan kawat.

· Pembentukan benda kerja plat

Benda kerja yang akan dibentuk adalah plat yang dideformasi menjadi bentuk tertentu dan tebalnya dianggap tetap.

4. Pembentukan berdasarkan tahapan dalam menghasilkan produk

· Proses pembentukan primer

Dihasilkannya produk setengah jadi. Contoh : pengerolan yang menghasilkan pelat, ekstrusi yang menghasilkan batang.

· Proses pembentukan sekunder

Proses lanjutan dari proses pembentukan primer dimana bentuk setengah jadi diubah menjadi bentuk akhir sebagaimana yang diinginkan. Contoh : penarikan kawat yang diproses menjadi diameter yang lebih kecil, penarikan plat menjadi tabung.

Sifat – Sifat Material

Secara garis besar material mempunyai sifat-sifat yang mencirikannya, pada bidang teknik mesin umumnya sifat tersebut dibagi menjadi tiga sifat. Sifat –sifat itu akan mendasari dalam pemilihan material, sifat tersebut adalah:

· Sifat mekanik

· Sifat fisik

· Sifat teknologi

Dibawah ini akan dijelaskan secara terperinci tentang sifat-sifat material tersebut

1. Sifat Mekanik

Sifat 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.

2. Sifat Fisik

Sifat penting yang kedua dalam pemilihan material adalah sifat fisik. Sifat 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 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.

3. Sifat Teknologi

Selanjutnya sifat yang sangat berperan dalam pemilihan material adalah sifat teknologi yaitu kemampuan material untuk dibentuk atau diproses. Produk dengan kekuatan tinggi dapat dibuat 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. Bahan lebih lengkap mengenai sifat material dapat download disini : Sifat Material1

Hubungan Tegangan Tarik dengan Kekerasan

Pada kekerasan ini diberikan adalah sekedar informasi                 hubungan antara tegangan tarik dengan kekerasan.

Kekerasan Brinnel : (HB)

HB = F / A ( N/mm2)

Misalnya untuk suatu material diperoleh hasil percobaan kekerasan sbb:

HB5/2500/30 = 4420 (N/mm2)

Sedangkan arti dari angka tersebut adalah : angka kekerasan Brinnel adalah 4420 (N/mm2) dengan diameter bola penekan 5 (mm), beban percobaan 2500 (N) dengan waktu penekanan 30 detik.

Demikian juga dengan kekerasan yang lainnya hanya bentuk dan materi penekanannya berbeda-beda.

Untuk Vickers menggunakan pyramid intan yang bersudut puncak 1360, yang diukur adalah beda kedalaman antara beban awal 100 (N) dengan beban percobaan 1500 (N)

Pembuatan Besi & Baja

PEMBUATAN BESI DAN PADUANNYA

Diperkirakan bahwa besi telah dikenal manusia sekitar tahuan 1200 SM. Proses pembuatan baja diperkenalkan oleh Sir Henry Bessemer dari Inggris sekitar tahun 1800, sedang William Kelly dari Amerika pada waktu yang hampir bersamaan berhasil membuat besi mampu tempa (Malleable iron). Hal ini menyebabkan timbulnya persengketaan mengenai masalah paten. Dalam siding pengadilan terbukti bahwa William Kelly lebih dulu mendapatkan hak paten.

Pembuatan Besi Kasar

Bahan utama besi dan paduannya adalah besi kasar, komposisi kimia besi yang dihasilkan tergantung pada jenis bijih yang digunakan. Jenis bijih besi yang lazim digunakan adalah ; hematite, magnetit, siderite dan himosit.

Hematit (Fe2O3) adalah bijih besi yang paling banyak dimanfaatkan karena kadar besinya tinggi, sedangkan kadar kotorannya relative rendah.

  • Tanur Tinggi

-         Diameter tanur sekitar 8 m dan tingginya mencapai 60 m

-         Kapasitas perhari dari tanur tinggi berkisar antara 700 – 1600 Mg besi   kasar.

-         Bahan baku terdiri dari campuran bijih besi, kokas, batu kapur.

-         Untuk menghasilkan 1000 Mg besi kasar diperlukan sekitar 2000 Mg bijih besi, 800 Mg Kokas dan 500 Mg batu kapur.

Proses ;

  • Bahan baku yang terdiri dari campuran bijih besi, kokas dan batu kapur, dinaikkan kepuncak tanur dengan pemuat otomatis, kemudian dimasukkan kedalam hopper.
  • Udara panas dihembuskan melalui tuyer sehingga memungkinkan kokas terbakar secara efektif dan untuk mendorong terbentuknya karbon monoksida (Co). Karbon monoksida bereaksi dengan bijih besi dan kemudian menghasilkan besi dan gas karbon dioksida (Co2).
  • Dengan digunakan udara panas dapat dihemat penggunaan kokas sebesar 30 %, udara dipanaskan dalam pemanas mula yang berbentuk menara silindris sampai sekitar 500 oC.
  • Batu kapur digunakan sebagai fluks yang mengikat kotoran-kotoran yang terdapat dalam bijih-bijih, dan membentuk terak cair., Terak cair ini lebih ringan dari besi cair yang menyebabkan terak terapung diatasnya dan secara berkala disadap.
  • Disamping setiap Mg besi dihasilkan pula 0,5 Mg terak dan 0,6 Mg gas panas.
  • Besi cair yang telah bebas dari kotoran-kotoran dialirkan ke dalam cetakan setiap 5 atau 6 jam.
  • Reduksi Langsung

Pada proses reduksi langsung bijih besi bereaksi dengan gas alam atau bahan padat reduksi membentuk besi spon, Besi spon yang dihasilkan mempunyai komposisi kimia sebagai berikut :

Fe (88-91%), C (1.50-2.50%), SiO2 (1.25-3.43%), Al2O3 (0.61-1.63%), CaO (0.20-2.10%), MgO (0.31-1.62%), P (0.014-0.027%), Cu (0.001-0.004%) dan kotoran (0ksida-oksida lainnya) (0.10-0.50%). Tingkat metalisasinya 86 – 90 %.

Proses ini diterapkan di PT Krakatau Steel Cilegon. Untuk menghasilkan 63 Mg besi spon diperlukan sekitar 100 Mg besi pellet, proses ini sangat efektif untuk mereduksi oksida-oksida dan belerang sehingga dapat dimanfaatkan bijih besi berkadar rendah.

Logam Makin Keras Dan Lentur

rangka baja

Jangan menyepelekan hal yang tampaknya kecil. Ujaran itu berlaku pada teknologi nano. Rekayasa pada unsur seukuran 10 pangkat (-9) meter ini telah banyak mengubah tatanan terkait materi. Kiprahnya pun telah merambah berbagai sudut segi kehidupan.

Jurnal ilmiah Nature baru-baru ini memuat hasil penelitian para ahli materi tentang bagaimana suatu materi logam bisa menjadi lebih kuat dan sekaligus lentur.

Para ahli ilmu materi sudah mengetahui bahwa kekuatan logam atau kerapuhan logam ditentukan oleh interaksi dislokasi. Proses interaksi dislokasi ini merupakan sebuah pertukaran tak beraturan dari garis-garis bersilangan yang bergerak, berlipat di dalam kristal-kristal metalik. Apa yang terjadi pada logam ketika dilakukan rekayasa pada skala nano? Adakah cara tertentu, dengan memanipulasi struktur nano, bisa menghasilkan logam yang lebih kuat dan lebih lentur?

Seperti dirilis oleh situs ScienceDaily.com pada Jumat (9/4) lalu, para ilmuwan dari Brown University ternyata telah menemukan caranya. Dalam paper dalam majalah ilmiah Nature, Huajian Gao dan sejumlah peneliti dari University of Alabama dan China menuliskan laporan mereka tentang mekanisme yang mengatur tercapainya puncak kekuatan (tertinggi) dari logam dalam struktur nano.

Mereka menunjukkan dengan membuat simulasi tiga dimensi (3-D) yang memperlihatkan butir-butir yang terbelah dari logam dalam struktur nano. Dengan cara itu, Gao serta timnya mengetahui bahwa proses dislokasi tersebut ternyata mampu mengatur dirinya sendiri dengan tingkat keteraturan yang tinggi (highly ordered).

Bak untaian kalung

Bentuk keteraturan itu tampak seperti pola untaian kalung (mutiara) di sepanjang materi (logam). Proses nukleasi (menjadi seperti nukleus-inti atom) pola dislokasi tersebut menurut para ilmuwan adalah merupakan bagian paling dominan dalam menentukan puncak kekuatan (the peak strength).

Menurut Gao, profesor dari Brown University, penemuan tersebut akan membuka pintu ke arah terciptanya suatu jenis logam yang lebih lentur. ”Ini adalah sebuah teori baru mengenai cara mengatur kekuatan materi dalam ilmu materi. Penemuan ini penting karena dia berhasil menyingkap suatu mekanisme dari kekuatan materi yang sifatnya amat unik dalam bentuk struktur nano,” katanya.

Dengan membelah butiran logam menggunakan teknik khusus, potongan-potongannya kemungkinan menunjukkan batas-batas dalam butiran yang dirujuk oleh para ilmuwan sebagai batas-batas kembar (twin boundaries).

Penyusun laporan dari China menciptakan batas kembar dalam tembaga (copper) dan menganalisis ruang yang tercipta di antara batas-batas tersebut saat mereka melakukan penelitian.

Hasilnya ternyata amat menarik: tembaga menjadi lebih kuat ketika ruang antarbatas-batas tersebut ukurannya kurang dari 100 nanometer dan akhirnya mencapai puncak kekuatan pada ukuran 15 nanometer. Meski demikian, ketika ruang tersebut mengecil sampai lebih kecil dari 15 nanometer, kekuatan logam tersebut justru berkurang. ”Ini sungguh membingungkan,” tutur Gao.

Komputer super

Karena menjumpai teka-teki baru, Gao dan seorang mahasiswa dari Brown University, Xiaoyan Li, merasa penasaran. Mereka mencoba menggali informasi lebih dalam lagi. Para ilmuwan di Brown University mengulang lagi penelitiannya dengan menggunakan 140 juta atom.

Untuk penelitian yang berskala lebih besar ini, mereka membutuhkan komputer super dari the National Institute for Computational Sciences di Tennessee, yang memungkinkan mereka melakukan penelitian pada batas-batas kembar itu dalam level atom (lebih besar dari skala nano). Mereka terkejut dengan temuan berikutnya.

Dari penelitian tersebut, mereka mendapati suatu fenomena yang sama sekali baru, yaitu suatu dislokasi dengan tingkat keteraturan amat tinggi yang dikendalikan oleh nukleasi telah ”mendikte” (perannya amat menentukan) kekuatan tembaga.

Ciri pola tersebut, yaitu nukleasi, berupa sebuah kelompok atom-atom di dekat pusat dislokasi dan tertata dengan tingkat keteraturan tinggi, dengan pola seperti untaian kalung. ”Mereka tidak berubah, tidak saling mengikuti bentuk yang lain. Mereka amat tertata,” ujar Gao.

Dari percobaan-percobaan mereka dan pemodelan komputer, mereka menyusun teori bahwa pada tingkat skala nano, nukleasi dislokasi bisa menjadi sebuah prinsip pengaturan untuk menetapkan kekuatan atau kelemahan logam. Mereka telah menetapkan sebuah persamaan matematis baru untuk menjelaskan prinsip tersebut.

”Penelitian kami ini untuk pertama kalinya berhasil menyuguhkan sebuah contoh konkret suatu mekanisme deformasi (perubahan bentuk) dalam materi yang berstruktur nano. Hasil penelitian ini bisa diharapkan berdampak secara signifikan dalam bidang ilmu materi,” ungkap Gao.

Peneliti lain yang berkontribusi pada makalah yang dimuat di Nature tersebut adalah Yujie Wei dari University of Alabama dan Ke Lu serta Lei Lu dari Chinese Academy of Sciences. Apa yang dikatakan Gao telah melahirkan sebuah harapan di mana suatu kali nanti di masa depan, kita bisa lebih banyak lagi menciptakan jenis logam berkualitas dengan pilihan yang lebih luas lagi. Itulah manfaat penelitian dan pengembangan ilmu dasar.

Sumbangan teknologi nano sejauh ini telah demikian banyak dan merambah segala bidang, mulai dari ilmu materi hingga ilmu medis. Sementara itu, masih banyak lorong ilmu yang masih gelap yang membutuhkan penelusuran dan perjalanan pencarian yang panjang.

Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.

Bergabunglah dengan 209 pengikut lainnya.