bab-02-material-dan-proses (1)
Transcript of bab-02-material-dan-proses (1)
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
1/36
2-1
BAB II MATERIAL DAN
PROSES
2.1. Pendahuluan
Pemilihan material adalah merupakan salah satu langkah penting dalam perancangan
mesin. Jenis material apa yang sebaiknya digunakan untuk komponen tertentu? Ini
adalah pertanyaan yang sangat dasar yang sering dihadapi perancang. Karakteristik apa
saja yang harus dipertimbangkan : kekuatannya? tahan korosi? density? machine
ability? dan pertanyaan-pertanyaan lain-lainnya. Seandainya perancang telah
mendapatkan jenis material yang cocok, biasanya masih ada kendala-kendala lain yang
harus dihadapi seperti misalnya harganya mahal, material tidak tersedia di pasar.. dan
kendala lainnya.
Kegiatan pemilihan material dan proses manuacturing!abrikasi adalah merupakan
bagian yang terintegrasi dalam perancangan mesin. Jadi kemampuan dalam
mengeksploitasi potensi dan karakteristik serta siat-siat material adalah essensial bagi
insinyur perancangan mesin. "ambar #.$ menjelaskan hubungan yang menunjukkan
integrasi antara desain, pemilihan material dan proses produksi dalam pengembangan
peralatan mesin.
"ambar #.$ %ubungan terintgrasi antara desain, material, dan prosesproduksi
&ashbey'
2.2. Klasifikasi Material
(erdapat banyak sekali jenis material yang tersedia di alam. )i dalam dunia teknik,
material umumnya diklasiikasikan menjadi lima jenis yaitu : material logam, keramik,
glass, elastomer, polymer, dan material komposit. "ambar #.# menunjukkan klasiikasi
material teknik tersebut. Saat ini penggunaan material logam dan berbagai paduannya
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
2/36
masih mendominasi bahan peralatan mesin. *ontoh : engine dan komponen-
komponennya ++ terbuat dari logam. Penggunaan material komposit dan keramik untuk
perlatan mesin pada akhir abad # mulai berkembang cukup pesat. *ontoh : komposit
untuk struktur pesaat terbang, struktur kapal cepat, pipa, tangki dll, sedangkan keramik
digunakan untuk bearing, dan komponen tribologi lainnya. /engingat saat ini komponen
mesin umumnya terbuat dari logam maka dalam bab ini pembahasan lebih okus pada
material logam dan paduannya. 0ntuk memahami lebih jauh tentang material yang lain,
pembaca disarankan membaca reerensi dalam bab ini.
"ambar #.# Klasiikasi material teknik&ashbey'
2.. Sifat Mekanik Material
Pemahaman yang menyeluruh mengenai siat-siat material, perlakuan, dan proses
pembuatannya sangat penting untuk perancangan mesin yang baik. Siat material
umumnya diklasiikasikan menjadi siat mekanik, siat isik, siat kimiai. )i dalam bab ini
kita hanya membahas siat-siat mekanik.
Siat mekanik secara umum ditentukan melalui pengujian destrukti dari sampel material
pada kondisi pembebanan yang terkontrol. Siat mekanik yang paling baik adalah didapat
dengan melakukan pengujian prototipe atau desain sebenarnya dengan aplikasi
pembebanan yang sebenarnya. 1amun data spesiik seperti ini tidak mudah diperoleh
sehingga umumnya digunakan data hasil pengujian standar seperti yang telah
dipublikasikan oleh 2S(/ 3 American Society of Mechanical Engineer 4.
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
3/36
2..1 !"i Tarik dan Tensile Strength
Spesimen uji standar yang biasa dipakai ditunjukkan pada gambar #.5. 6atang yang
dipakai untuk pengujian material biasanya mempunyai diameter standar d o dan panjang
ukur standar l o. Panjang ukur adalah panjang tertentu sepanjang bagian yang berdiameter
kecil dari spesimen yang ditandai dengan dua takikan sehingga pertambahan panjangnya
dapat diukur selama pengujian. Pengujian dilakukan dengan menarik batang uji perlahan-
lahan sampai patah, sementara beban dan jarak panjang ukur dimonitor secara kontinyu.
*ontoh hasil pengujian ini adalah kur7a tegangan-regangan seperti yang dapat dilihat
pada gambar #.8
%asil uji tarik dapat ditampilkan dalam bentuk kur7a 9(egangan-regangan. )imana
¾ (egangan 3σ 4 dideinisikan sebagai beban per satuan luas dan untuk spesimen uji
tarik dirumuskan sebagai berikut :
σ = P Ao
(2. 1)
)imana P adalah beban yang bekerja sedangkan Ao adalah luas penampang
spesimen. Satuan untuk tegangan adalah Psi atau Pa.
¾ ;egangan adalah perubahan panjang per satuan panjang dan dapat dihitung sebagai
berikut :
ε = l − lol o
(2. 2)
)imana l o adalah panjang aal sedangkan l adalah panjang spesimen setelah
mendapat beban P .
#a$%ar 2. Spesimen uji tarik
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
4/36
#a$%ar 2.& Kur7a tegangan-regangan hasil uji tarik, 3a4 baja karbon rendah, 3b4 baja karbon
tinggi3annealed 4.
Siat-siat material yang dapat ditentukan dari uji tarik adalah :
/odulus elastisitas
(itik pl pada gambar #.8 menunjukkan batas 9proporsional dimana dibaah titik
itu tegangan sebanding dengan regangan. Siat proporsional ini dapat
diormulasikan dengan hukum %ooke :
E =σε
(2. 3)
E adalah kemiringan kur7a tegangan-regangan sampai batas proporsional dan
disebut sebagai M'dulus Elastisitas material atau M'dulus ('un). E adalah
merupakan ukuran kekakuan material pada batas elastisnya.
6atas elastis 3elastic limit 4
(itik el pada gambar #.#a adalah batas elastis, atau titik dimana bila batas ini
terleati, material akan mengalami perubahan permanen atau deormasi plastis.
6atas elastis ini juga merupakan tanda batas daerah *erilaku elastis dengan
daerah *erilaku *lastis.
Kekuatan luluh 3Yield Strength4
Pada titik y, material mulai mengalami luluh dan laju deormasinya meningkat. (itik
ini disebut titik luluh 3yield point 4 dan nilai tegangan pada titik ini dideinisikan
sebagai kekuatan luluh material 3S+4.
0ntuk material yang tidak mempunyai titik luluh yang jelas, kekuatan tariknya
harus dideinisikan dengan menggunakan garis oset. "aris oset ini digambar
paralel dengan kur7a elastis dan di-oset sejauh ,# dari regangan total pada
sumbu regangan.
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
5/36
Kekuatan tarik ultimat 3Ultimate Tensile Strength4
(egangan pada kur7a tegangan-regangan akan terus meningkat sampai
mencapai puncak atau nilai kekuatan tarik ultimat 3Sut4 pada titik u. Pada gambar
#.8 terdapat dua kur7a pada masing-masing gambar. Kedua kur7a ini adalah
kur7a tegangan-regangan teknik 3engineering stress-strain curve4 dan kur7a
tegangan-regangan sebenarnya 3true stress-strain curve4. Pada kur7a tegangan-
regangan teknik, perhitungan tegangan dan regangan dilakukan dengan
menggunakan luas penampang aal , Ao, dan panjang ukur aal,l o, sedangkan
pada kur7a tegangan-regangan sebenarnya perhitungan dilakukan dengan
memperhitungkan perubahan luas penampang dan panjang sebenarnya.
Keuletan dan ke)etasan
¾ Keuletan 3ductility4 adalah siat material yang dideinisikan sebagai kecenderunganmaterial untuk mengalami deormasi secara signiikan sebelum patah. 2dapun ukuran
keuletan suatu material diukur dengan menggunakan persen perpanjangan sebelum
patah atau persen pengurangan luas sebelum patah. /aterial dengan perpanjangan
lebih dari
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
6/36
kekuatan tekan yang berbeda sehingga tergolong dalam jenis uneven material. Jadi
untuk material getas, uji tekan sangat diperlukan untuk mendapatkan kur7a tegangan-
regangan yang lengkap. *ontoh bentuk akhir uji tekan untuk material getas dan ulet
ditunjukkan pada gambar #.=.
#a$%ar 2.0 Spesimen uji tekan setelah patah, 3a4 baja ulet, 3b4 besi cor getas
2.. !"i Tekuk dan leural Stren)th
0ji bending biasanya dilakukan untuk menentukan le>ural strength komponen. Pengujian
ini dilakukan dengan menumpu batang dengan tumpuan sederhana dan kemudian
membebani batang tersebut secara trans7ersal pada bagian tengahnya. 6ila materialnya
ulet, kegagalan yang terjadi berupa luluh sedangkan bila materialnya getas kegagalannya
adalah berupa patahan. "ambar #. menunjukkan contoh hasil akhir uji bending.
#a$%ar 2.3 Spesimen uji tekuk setelah gagal, 3a4 baja ulet, 3b4 baja karbongetas
2..& !"i Puntir Shear Stren)th
0ji puntir dilakukan untuk mengetahui siat geseran pada material. 0ji puntir biasanyadiperlukan untuk komponen yang beban utamanya adalah beban puntir. 6entuk spesimen
uji puntir ini tidak jauh berbeda dengan bentuk spesimen uji tarik. "ambar #.@
menunjukkan contoh hasil akhir uji puntir.
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
7/36
#a$%ar 2.4 Spesimen uji puntir setelah gagal, 3a4 baja ulet, 3b4 besi cor getas.
Siat-siat mekanik dapat ditentukan dengan uji tarik adalah sebagai berikut :
/odulus kekakuan geser 3Modulus of igidity 4
Persamaan tegangan-regangan untuk puntiran murni dideinisikan sebagai berikut:
τ =!rθ
l o
(2. 4)
)imana τ adalah tegangan geser, r adalah radius spesimen, l o adalah panjang
ukur, θ adalah puntiran sudut dalam radian, dan ! adalah modulus kekakuan
geser. %ubungan ! dengan modulus Aoung dan rasio P'iss'n5s dinyatakan
sebagai berikut :
! = E
# ($+ν )(2. 5)
Rasi' P'iss'n5s ,υ- adalah perbandingan antara regangan arah lateral dengan
regangan longitudinal.
Ta%el 2.1 ;asio Poisson, B untuk beberapa material logam
Material υ
2luminium ,58
(embaga ,5<
6esi ,#@
6aja ,#@
/agnesium ,55
(itanium ,58
Kekuatan geser ultimat 3Ultimate shear strength4
(egangan ketika spesimen uji putus disebut kekuatan geser ultimat atau modulus
of rupture 3Sus4.
Sus
=Tr
"
(2. 6)
)imana T adalah torsi yang diperlukan untuk memutuskan spesimen, r adalah
radius spesimen, dan " adalah inersia polar penampang spesimen. 6ila data
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
8/36
kekuatan geser ultimat tidak ada, dapat digunakan pendekatan sebagai berikut
&norton':
6aja
Cogam ulet lainnya
Sus
≅ ,@Sut
Sus
≅ ,
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
9/36
2..0 !"i Lelah dan Enduran8e Li$it
)alam aplikasi nyata, banyak sekali komponen mesin yang mengalami pembebanan yang
ber7ariasi terhadap aktu baik besar maupun arahnya. 6eban seperti ini disebut beban
dinamik. 6eban dinamik yang bekerja bolak-balik atau berluktuasi dapat menimbulkan
kegagalan lelah 3atigue4. Siat mekanik material sehubungan dengan enomena ini
adalah kekuatan lelah 3fatigue strength4. Kekuatan lelah dapat ditentukan dengan
melakukan u"i lelah, menggunakan mesin ;.;. /oore. "ambar #.+ menunjukkan set-up
uji lelah dan beban bolak-balik yang dialami spesimen uji.
"ambar #.+ 3a4 mesin uji lelah ;.;. /oore, 3b4 6eban dinamik bolak-balik yang dialamispesimen
%asil uji lelah material dapat ditampilkan dalam bentuk diagram S-1 yang menyatakan
hubungan tegangan dengan jumlah siklus.
"ambar #.$ )iagram S-1 hasil uji lelah untuk material baja
2..3 !"i i$*ak dan I$*a8t Resistan8e
Salah satu kondisi pembebanan yang terjadi pada komponen mesin adalah beban impak
dan pada kondisi ini kapasitas penyerapan energi sangatlah penting. Fnergi yang
dimaksud adalah strain energy , atau daerah di baah kur7a tegangan-regangan
sedangkan resilience dan toughness adalah ungsi dari luas daerah ini.
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
10/36
2-
2da dua metode uji impak yang umum digunakan yaitu metode I;'d dan metode /har*+.
Kedua metode ini menggunakan spesimen yang ditakik dan pendulum sebagai
pemukulnya. Perbedaan terletak pada posisi spesimen dan titik kontak pendulum dengan
spesimen.
esilience
Kemampuan material untuk menyerap energi tanpa deormasi permanen disebut
resilience, U atau disebut juga modulus of resilience dan besarnya proporsional
dengan luas dibaah kur7a tegangan-regangan sampai batas elastisnya.
U
= ,
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
11/36
2-
6esi cor putih ini bersiat sangat keras dan juga getas. 6esi cor ini sulit di-mesin dan
penggunaannnya sangat terbatas seperti untuk lining pada mi)er semen dimana
kekerasannya sangat diperlukan.
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
12/36
6esi cor kelabu 3grey cast iron4
6esi cor jenis ini paling banyak digunakan. Jenisnya ber7ariasi dan diklasiikasikan
berdasarkan kekuatannya. Penggunaannya diantaranya adalah untuk rangka meisn,
blok mesin, teromol rem dan sebagainya.
Mallea*le cast iron
6esi cor ini mempunyai kekuatan tarik yang lebih tinggi dibanding besi cor kelabu dan
banyak digunakan untuk komponen mesin yang menerima tegangan lentur.
+odular cast iron
Kekuatannya paling tinggi diantara besi cor. 6esi cor ini lebih tangguh, lebih kuat,
lebih ulet, dan lebih tidak berpori dibanding besi cor kelabu. /aterial ini biasa
digunakan untuk komponen yang menerima beban fatigue seperti piston, poros
engkol, dan cam.
Ba"a /'r ,/ast Stee l-
Komposisi kimia baja cor ini sama dengan (rought steel tetapi siat-siat mekaniknya lebih
rendah daripada (rought steel. Kelebihan baja ini adalah mudah diproses dengan sand
casting dan investment casting.
=r' u )ht S t eel
Kata 9(rought berarti manipulasi bentuk material dilakukan tanpa melelehkannya. 2da
dua macam proses yang biasa dilakukan yaitu hot rolling dan cold rolling .
#ot-rolled steel
/aterial ini dibuat dengan meleatkan *illet baja panas pada beberapa roller yang
akan mengubah bentuknya menjadi -*eam, channel section, pelat, lembaran,
kotak, tu*e, dan sebagainya. 6aja jenis ini banyak digunakan untuk rangka
struktur, dan komponen-komponen mesin yang memerlukan proses pemesinan
lainnya.
old rolled steel
6aja ini dibuat dari *illet atau bentuk hasil hot rolling, dengan meleatkannya
meleati roller pada temperatur kamar. %asil proses ini biasanya adalah berupa
pelat, lembaran, tu*e, serta batang berpenampang lingkaran atau persegi.
Alu$iniu$
rought Aluminum Alloys
Paduan aluminium jenis ini tersedia dalam bentuk -*eam, channel, batang, lembaran,
tu*e, dan batang berpenampang lingkaran, dan bersudut.
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
13/36
2dapun kur7a tegangan-regangan paduan aluminium yang umum digunakan dan
kekuatan tariknya dapat ditunjukkan sebagai berikut :
ast Aluminum Alloys
Paduan aluminium jenis ini berbeda ormulasinya dengan (rought alloy .
Penggunaanya lebih dikhususkan untuk diproses dengan pengecoran.
Ti tani u$
(itanium mempunyai beberapa kelebihan dibanding material lain yaitu ringan, sangat
kuat, nonmagnetik, tahan korosi, dan dapat digunakan pada temperatur tinggi 3sampai
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
14/36
Ta%el 2. Penomoran baja paduan menurut 2ISI!S2F
#a$%ar 2.11 Kur7a tegangan-regangan tarik tiga jenis baja paduan
2.0 Sifat
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
15/36
P'li$er
Polimer adalah molekul rantai panjang dari bahan organik atau campuran berbasis
karbon. Polimer ini terdiri atas dua macam yaitu thermoplastic dan thermosets. 6ahan
thermoplastic mudah dicetak dan akan mencair kembali jika dipanaskan. 2dapun
material thermoset akan mengalami ikatan silang pada saat pertama kali dipanaskan dan
akan terbakar bila dipanaskan ulang.
Kera$ik
Keramik yang digunakan dalam dunia teknik adalah merupakan campuran unsur logam
dan non-logam. Keramik ini dapat berupa oksida logam tunggal, campuran oksida logam,
karbida, nitrida, borida, dan bahan lain seperti 2l#H5, /gH, Si*, dan Si518. Siat-siat
utama keramik adalah kekerasan yang tinggi, sangat getas, tahan temperatur tinggi,
punya ketahanan kimia yang tinggi, kekuatan tekan yang tinggi, kekuatan dielektrik yang
tinggi, serta harga dan bobot yang rendah.
#a$%ar 2.12 Kur7a tegangan-regangan tarik tiga jenis polimer termoplastik
Ta%el 2.1 Jenis-jenis polimer
Ter$'*lastik Ter$'set
Cellulosics AminosEthylenics Elastomers
Polyamides Epoxies
Polyacetals Phenolics
Polycabonates Polyesters
Polyphenyline oxides Silicones
Polysulfanes rethanes
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
16/36
K ' $* ' sit
Komposit pada dasarnya adalah gabungan bahan-bahan yang berbeda dalam skala
makro. 2dapun contoh komposit alami yang ada di alam adalah kayu yang merupakan
gabungan serat selulosa didalam matriks lignin. Komposit buatan manusia biasanya
merupakan gabungan antara material serat yang kuat seperti serat kaca, karbon atau
boron yang digabungkan dalam matriks resin seperti epo>y atau polimer. Kelebihan
komposit adalah siatnya yang dapat diatur. Salah satu cara pengaturan siat pada
material komposit adalah dengan mengubah arah orientasi, susunan, dan sudut material
penyusunnya.
2.3 Pr'ses Pe$%entukan Mekanik
Pengerjaan dingin 3old (or0ing 4
Proses ini dilakukan dengan memproses logam dengan proses mekanis seperti
rolling, pada temperatur ruangan. Pemrosesan seperti ini akan meningkatkan
kekuatan dan kekerasan material karena terjadi proses strain hardening .
#a$%ar 2.1 Strain hardening pada logam ulet akibat pengerjaan dingin
Pengerjaan panas 3#ot (or0ing 4
Proses ini dilakukan dengan melakukan pengerjaan mekanis pada temperatur
diatas temperatur kristalisasinya. %asil dari proses ini adalah logam dengan
keuletan yang tinggi dan kekuatan yang lebih rendah daripada hasil pengerjaan
dingin.
Penempaan 3%orging 4
Proses ini dilakukan dengan melakukan serangkaian penempaan pada logam
yang panas sampai terjadi bentuk akhir komponen yang diinginkan. Proses ini
hanya bisa dilakukan pada logam yang ulet. Kelebihan proses ini adalah kekuatan
komponen hasil tempaan lebih kuat dari hasil pengecoran ataupun pemesinan
karena orientasi butir mendekati bentuk komponen yang bersangkutan.
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
17/36
#a$%ar 2.1& Poros engkol hasil penempaan untuk mesin truk diesel.
Fkstrusi
Proses ini biasanya dilakukan pada logam nonferrous khususnya aluminium.
Proses ini dilakukan dengan memanaskan billet dari komponen yang akan di-
ekstrusi dan kemudian meleatkannya melalui cetakan pada mesin ekstrusi.
#a$%ar 2.1 %asil proses ekstrusi
2.4 Pr'ses Perlakuan *anas ,6eat treat$ent-
Kekerasan dan karateristik lain dari kebanyakan baja dan beberapa logam nonferrous
dapat diubah dengan perlakuan panas. 2da beberapa macam pelakuan panas yang biasa
dilakukan:
1uenching
Proses 2uenching pada dasarnya adalah proses pendinginan cepat yang
dilakukan pada logam yang telah dipanaskan diatas temperatur kritisnya. Pada
baja karbon sedang atau tinggi proses ini akan menghasilkan asa yang disebut
martensit yang sangat kuat dan getas.
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
18/36
Tempering
Proses ini biasanya merupakan lanjutan dari proses 2uenching dan bertujuan
untuk mengurangi kegetasan material hasil 2uenching . Proses ini dilakukan
dengan memanaskan material yang sudah di-2uench pada temperatur di baah
temperatur kritisnya selama rentang aktu tertentu dan kemudian didinginkan
secara perlahan.
Annealing
Proses ini merupakan kebalikan proses 2uenching dan tempering. Proses ini
dilakukan dengan memanaskan baja diatas tempertur kritisnya dan kemudian
didinginkan perlahan-lahan. %asil proses ini adalah baja dengan siat yang sama
dengan sebelum dilakukan pengerasan.
+ormali/ing
Pada dasarnya normali/ing ini sama dengan annealing . Perbedaannya terletakpada aktu pemanasan yang lebih pendek dan laju pendinginan yang lebih cepat.
%asilnya adalah baja yang lebih kuat dan lebih keras dari baja yang di-anneal
secara penuh tetapi lebih mendekati siat kondisi yang di-anneal daripada dengan
yang di-temper .
#a$%ar 2.10 Kur7a tegangan-regangan untuk baja yang di-2uench, di-anneal , dan di-temper
2.> Pr'ses Perlakuan *er$ukaan ,Surfa8e treat$ent-
)alam beberapa penggunaan material, sering diperlukan material yang tidak seragam
siatnya. /isalnya pada roda gigi dimana permukaannya diharapkan keras untuk
mengurangi gesekan dan aus, sedangkan bagian dalamnya diharapkan ulet agar lebih
tahan terhadap beban dinamik dan impak. 6eberapa jenis perlakuan permukaan yang
umum dilakukan adalah sebagai berikut :
-ar*uri/ing
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
19/36
Proses ini dilakukan dengan memanaskan baja karbon rendah di dalam
lingkungan gas monoksida, sehingga baja akan menyerap karbon dari gas *H.
+itriding
Proses ini dilakukan dengan memanaskan baja karon rendah di dalam lingkungan
gas 1itrogen sehingga terbentuk lapisan besi nitrida yang keras pada
permukaannya.
-yaniding
Proses ini dilakukan dengan memanaskan komponen yang akan diproses, ke
dalam larutan garam sianida dengan temperatur sekitar @* sehingga baja
karbon rendah akan membentuk lapisan karbida dan nitrida.
%lame hardening
Proses flame hardening dan induction hardening biasa dilakukan pada baja
karbon sedang atau tinggi. %lame hardening dilakukan dengan memanaskanpermukaan yang akan dikeraskan dengan nyala api o)yacetylene yang dilanjutkan
dengan semprotan air untuk 2uenching .
nduction hardening
Proses ini prinsipnya sama dengan flame hardening tetapi pemanasannya tidak
dilakukan dengan menggunakan nyala api tetapi dengan menggunakan kumparan
listrik.
2.1? Pr'ses Pela*isan
!alvanic action
Proses ini dilakukan dengan menghubungkan dua logam yang
berbeda potensial elektrolisisnya sehingga logam yang satu
akan terurai sedangkan logam yang lain akan terlindungi.
Proses ini biasanya dilakukan untuk melindungi logam dari
korosi.
Electroplatting
Pada dasarnya proses ini dilakukan dengan membuat sel
gal7anis dimana komponen yang akan dilapisi menjadi katoda
sedangkan material pelapis menjadi anoda. Kedua logam ini
dicelupkan dalam larutan elektrolit dan arus )* diberikan dari
anoda ke katoda.
Electroless platting
Pelapisan jenis ini dilakukan tanpa arus listrik dan juga tanpa
anoda. Prosesnya dilakukan dengan mencelupkan substrat
Ta%el 2.0rutan gal7anis
logam did a la m
air laut
2-1!
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
20/36
2-
yang akan dilapisi pada larutan elektrolit. Substrat ini bertindak sebagai katalis yang
akan memulai reaksi sehingga ion pelapis 3biasanya nikel4 akan melapisi substrat.
Anodi/ing
Proses ini dilakukan dengan membantuk senyaa oksida pada permukaan benda
kerja sehingga oksidasi akibat oksigen dari atmoser tidak akan terjadi. Proses ini
biasanya dilakukan pada aluminium, magnesium, Ginc, dan titanium.
Plasma-sprayed coating
Proses ini dilakukan dengan menyemprotkan pelapis dengan temperatur yang sangat
tinggi sehingga terbentuk lapisan keramik yang sangat keras pada permukaan
material.
Pelapisan kimia
Proses ini pada dasarnya adalah proses pengecatan lapisan pelindung pada
komponen yang akan dilapisi. 6ahan pelindung disesuaikan dengan kondisilingkungan dan material yang akan dilapisi.
2.11 Para$eter
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
21/36
2-
boleh melebihi nilai kritisnya, εcr . )engan menggunakan hukum %ooke dan
persamaan tegangan, σ P!2, diperoleh persamaan berikut :
A = P ! E εcr
dan berat elemen batang tersebut adalah :
= Al ρ
dengan mensubstitusikan persamaan #.$# ke persamaan di atas diperoleh :
(2. 12)
=⎛
Pl ⎞ ⎛ $ ⎞
⎝ εcr ⎠ ⎝ E ! ρ ⎠(2. 13)
Pada persamaan #.$5 diketahui baha suku pada kurung kedua merupakan ungsi dari
siat-siat material. )engan memaksimalkan suku pada kurung kedua, maka beratnya
akan diminimalisir.
Pada gambar #.$ garis reerensi menunjukkan desain berat minimum dengan syarat
batas regangan pada kondisi berikut :
F!$ * ;ancangan beban minimum untuk batang tarik kaku
F$!#
!$ % * ;ancangan biaya minimum untuk kolom atau *eam kaku
F$!5
!$ % * ;ancangan biaya minimum untuk pelat kaku
3F!$#$!#
* (ave speed in material
/'nt'h s'al 2.1
)iketahui : Sebuah batang pancing akan dibuat dari material yang akan memberikanbobot yang kecil dan kekakuan yang tinggi.
)icari : )ari gambar #.$, tentukan mana yang lebih baik, batang yang dibuat dari
plastik 3tanpa penguat fi*er 4 atau split-cane rod 3serat bambu yang
direkatkan bersama4
Jaaban : "ambar #.$ menunjukkan baha hanya polimer yang sangat khusus yang
mempunyai modulus elastisitas setinggi serat kayu. Polimer juga biasanya
lebih rapat dua atau tiga kali daripada kayu. Jadi split-cane rod akan
memberikan bobot yang lebih rendah untuk kekakuan yang diberikan untuk
semua plastik.
⎜ ⎟ ⎜ ⎟
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
22/36
#a$%ar 2.13 /odulus elastisitas 7s densitas
2.11.2 Kekuatan @ersus densitas
6erat dapat ditunjukkan oleh densitas. Sedangkan kekuatan memiliki arti yang berbeda
untuk jenis material solid yang berbeda. 0ntuk logam dan polimer, kekuatan yang
dimaksud adalah kekuatan luluhnya yang biasanya nilainya sama baik untuk tarik maupun
tekan. 0ntuk keramik yang getas, kekuatan yang dimaksud adalah crushing strength
akibat tekanan, bukan akibat tarik. 0ntuk elastomer, kekuatan yang dimaksud adalah tear
strength dan untuk komposit kekuatan yang dimaksud adalah tensile failure strength.
"ambar #.#$ sangat berguna untuk memperkirakan material yang optimum berdasarkan
kekuatan dimana deormasi akibat beban yang diterima tidak dipermasalahkan. Pemilihan
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
23/36
dilakukan dengan memilih garis reerensi dan yang paling jauh dari garis ini berarti
material ini superior. 2dapun kondisi yang berhubungan dengan garis reerensi ini adalah:
σ!ρ * elemen tarik
σ#!5
!ρ * *eam dan poros
σ$!#
!ρ * pelat
/'nt'h s'al 2.2
)iketahui : 6atang pancing pada contoh soal #.$ dibuat dalam bentuk tu*e tirus dengan
tebal dinding tertentu yang terdistribusi sepanjang batang.
)icari : /aterial yang sesuai sehingga diperoleh batang yang paling kuat dengan
berat seperti yang ditentukan.
Jaaban : "ambar #.$@ menunjukkan baha material yang paling kuat adalah intan
dan silikon karbida serta keramik lainnya. /aterial tersebut sangat mahal
untuk digunakan sebagai bahan batang pancing. Sehingga yang palingsesuai adalah car*on fi*er reinforced plastic atau plastik yang diperkuat
serat kaca 3glass fi*er reinforced plastic 4 yang mempunyai kekuatan @
sampai $ /pa untuk densitas sebesar $
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
24/36
#a$%ar 2.14 &e'uatan (s densitas
2.11. Kekakuan @ersus kekuatan
"ambar #.$+ menunjukkan hubungan modulus elastisitas dengan kekuatan. "aris
reerensi pada gambar tersebut sangat berguna untuk keadaan berikut :
S!F * Perancangan seal dan engsel
S5!#
!F * Komponen elastis seperti diaragma
S#!F * Penyimpan energi elastis per 7olume
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
25/36
/'nt'h S'al 2.
#a$%ar 2.1> /odulus elastisitas 7s kekuatan
)iketahui : Pegas pada suspensi mobil dapat dibuat dari karet, baja, dan palstik yang
diperkuat serta karbon. "eometri untuk pegas suspensi yang berbedasangat berbeda satu sama lain tergantung dari deormasi elastis yang
diperbolehkan.
*ari : ;egangan elastis maksimum pada tiga jenis pegas jika karet yang digunakan
adalah jenis polyurethane 3P04, kekuatan baja $ "pa, dan plastik berserat
karbon yang digunakan adalah satu lapis 3uniply 4.
Jaaban : )ari gambar #.$+ diketahui baha karet P0 mempunyai kekuatan 5 /pa,
dan modulus elastisitas ,< "pa. ;egangan elastis maksimumnya adalah :
⎛ S ⎞ =
5 =
, =⎝ E ⎠0aret
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
26/36
2dapun untuk baja dan plastik berserat karbon adalah sebagai berikut :
⎛ S ⎞ =
$= ,<
⎝ E ⎠*a3a #<
⎛ S ⎞ =
$= ,
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
27/36
At h
= rl s
)imana jarak gesernya adalah l s jarak geser, m.
r
=
th
A l s
=-, 5
= $−<
5
(ekanan dapat dituliskan sebagai berikut :
⎛ ⎞ $ $ −<
⎜
A⎟ & # ×$
−$5
⎝
⎠ A
Karena p pl , tekanan batas digunakan untuk menghitung ukuran slider .
∴ p A = ($) ($= )+ = $+
$
$
∴ A = = = $,#
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
28/36
#a$%ar 2.2 Caju keausan 7s tekanan batas
2.11. M'dulus ('un) @ersus har)a relatif
)alam praktek, proses perancangan juga harus melibatkan perkiraan harga dari sebuah
rancangan. "aris reernsi pada gambar #.#8 berguna untuk kondisi berikut :
F!*;$ * ;ancangan biaya minimum untuk batang tarik kaku
F$!#
!*;$ % * ;ancangan biaya minimum untuk kolom atau *eam kaku
F$!5
!*;$ % * ;ancangan biaya minimum untuk pelat kaku
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
29/36
2. /odulus elastisitas 7s harga relati dikalikan densitas
2.12 Ta%el Sifat
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
30/36
Ta%el sifat
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
31/36
2-
Ta%el sifat
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
32/36
Ta%el sifat
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
33/36
Ta%el sifat
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
34/36
2-
Ta%el sifat
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
35/36
strain energy pada batas elastisnya? (entukan jenis material tersebut dari data-data
yang diberikan?
5. Suatu baja mempunyai kekuatan luluh $ kpsi 3=@+ /Pa4 pada garis oset ,=
regangan. 6erapa modulus of resilience-nya?
8. Kekerasan 6rinell suatu spesimen baja adalah sebesar #
-
8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)
36/36
$. Pada blok rem untuk rem cakram mobil, dan dengan menggunakan konstanta
keausan 2rchard, tentukan bagaimana keausan terdistribusi pada blok rem jika
tekanan rem konstan sepanjang blok remL