JURUSAN TEKNIK KELAUTANFTK ITSFTK-ITS

Il M t i lIlmu MaterialM t i l S iMaterials Science

Dr WahyudiDr. Wahyudiwahyudictr@oe.its.ac.id

JURUSAN TEKNIK KELAUTANJURUSAN TEKNIK KELAUTANFTK-ITS

Materi Perkuliahan

TUJUAN :TUJUAN : Mahasiswa mampu memahami konsep dasar dari sejumlah material teknik yang digunakan dalam industri, yaitu meliputi pengenalan struktur mikro, sifat‐sifat teknis, pengolahan dan pengujian bahan. Selanjutnya, mahasiswa mampu menjelaskan jenis p g p g j j y , p j jdan prinsip kerja, serta mengoperasikan mesin‐mesin perkakas dan alat ukur untuk pembuatan benda‐benda teknik sederhana. 

MATERI POKOK :MATERI POKOK : Pengenalan tentang bahan‐bahan industri, pengujian dan evaluasi bahan, faktor penguat bahan, mekanisme slip dan dislokasi, diagram fasa sebagai dasar metalurgi logam ferrous logam non ferrous fibreglass dandasar metalurgi, logam ferrous, logam non‐ferrous, fibreglass dan sejenisnya, bahan‐bahan listrik dan magnit, bahan‐bahan lain. 

Klasifikasi bengkel mesin, jenis‐jenis mesin perkakas, alat‐alat ukur, pembuatan poros lurus spesimen bertingkat benda uji tes tarikpembuatan poros lurus, spesimen bertingkat, benda uji tes tarik, penyekrapan rata, penyekrapan serong, penyekrapan alur, pengerjaan frais potong siku, frais permukaan rata, frais alur. 

Aturan dan Evaluasi PerkuliahanPeraturan ITS:

T t M k < 90 % tid k di k k di d k UAS

3

Dr. Wahyudi Citrosiswoyo JTK-ITS

Aturan dan Evaluasi Perkuliahan

Tatap Muka < 90 % tidak diperkenankan diadakan UASKehadiran Mahasiswa < 80 % tidak berhak mengikuti UAS

P t D Peraturan D o s e n:

Y E ST W k /Di i li

N Oh i

Evaluasi:

Tepat Waktu/DisiplinSelalu Hadir KuliahMengerjakan Tugas

cheatingBerisik

Telpun Genggam

Evaluasi %Tugas 35-45

Mengikuti Quiz/UjianMembuat Catatan Kuliah

Mempelajari Pustaka

SandalT-shirts

TopiQuiz/Mid-exam 20-25Evaluasi Akhir 35Terlambat 15 menit

tidak diperkenankan masuk kelas

Apa material itu?p

Coba Anda lihat di sekeliling...Coba Anda lihat di sekeliling...Pakaian kita terbuat dari material. Rumah Anda terbuat dari material, yang sebagian besar produk terbuat dari material, yang sebagian besar produk pabrik. Kaca cendela, pintu vinyl, peralatan logam perak, besi, tembaga, keramik…p gSebagian besar benda terbuat dari material yang berbeda jenisnya...

Apa material itu?p

Material didefinisikan sebagai substan yangMaterial didefinisikan sebagai substan yang membentuk/menyusun atau digunakan untuk membuat sesuatu.

Kita mendapatkan material dari kulit bumi dan dari atmosfer.

Contoh:Silikon dan besi menyusun 27.72 % dan 5.00 %Silikon dan besi menyusun 27.72 % dan 5.00 % berat kulit bumi. Nitrogen and Oksigen menyusun 78.08 % dan 20.95g g y% volume udara.

Sejarah Materialj

Bahkan.. sejarah kita ditentukan oleh material yang j y gkita gunakan...Jaman batu (stone age)Jaman tembaga (copper age)Jaman (bronze age)Jaman besi (iron age)Nama material yang bagus untuk jaman sekarang? 

Sejarah Material

Manusia telah mempelajari material sejak sebelum

j

Manusia telah mempelajari material sejak sebelum meninggalkan gua. Karena sedikitnya komunikasi, manusia pendahulu Karena sedikitnya komunikasi, manusia pendahulu menghabiskan ratusan ribu tahun untuk eksperimen dengan peralatan dari batu. g pPeralatan dari logam pertama muncul mungkin hanya 6000 tahun yang lalu.

Sejarah Material

Ditemukannya manusia es yang membawa kapak

j

Ditemukannya manusia es yang membawa kapak tembaga di pegunungan Alpin tahun 1991 memberikan informasi yang penting mengenai “Jaman Tembaga”. 

Pertama kali piramid dibangun tertanggal sekitar 5300 tahun yang lalu.

Selama pengetahuan kita tentang material berkembang, begitu juga tingkat kecanggihan peralatan kita. 

Semakin canggih peralatan kita, semakin canggih pula hasil yang kita dapatkan.

Mengapa mempelajari material?g p p j

Hangat, tetapi ringan dan kompatibel dengan tubuh

Ringan, tahan suhu ekstrim dan kompatibel dengan tubuhkompatibel dengan tubuh

Mengapa mempelajari material?g p p j

Kuat dan tahan korosi

Ringan dan kuat

Mengapa mempelajari material?g p p j

Kuat, keras, dan tahan korosi

Kuat, ringan,dan tahan korosi

Mengapa mempelajari material?g p p j

Produksi dan processing material merupakan bagian yang besar dari perekonomian.Engineer butuh material untuk desain yang sesuai.Engineer butuh material untuk desain yang sesuai.Material baru dibutuhkan untuk beberapa aplikasi baru.

Contoh: material yang tahan pada temperatur tinggi.Stasiun dan wahana luar angkasa harus bertahan dalam kondisi luar angkasa.

Kecepatan tinggi, temperatur rendah, kuat tetapi ringan. p gg , p , p gModifikasi dari properti dibutuhkan untuk beberapa aplikasi baru.

C h l k k difik i iContohperlakuan panas untuk memodifikasi properti.

Cabang baru Ilmu Materialg

Teknologinano (nanotechnology): ilmu dan teknologi yang relatif baru, yang berkembang dalam teknik memproduksi sirkuit semikonduktor. Mesin dapat dihasilkan dalam ukuran mikroskopis. Sebagai contoh, robot mini untuk operasi di dalam tubuh manusia, atau miniatur laboratorium kimia dan instrumen yang secara kontinu memonitor dan menganalisis darah dan mengeluarkan obat di dalam tubuh..g

Ilmu Material (Materials Science)Didefinisikan sebagai studi sifat material padat dan bagaimana sifat tersebut ditentukan oleh komposisi

Ilmu Material (Materials Science)

bagaimana sifat tersebut ditentukan oleh komposisi dan struktur dari material. 

Ilmu Material

Contoh – peran besi yang sangat luar biasa dalamContoh  peran besi yang sangat luar biasa dalam peradaban manusia, bukan karena sifat besi yang kuat. Kenyataannya, besi menjadi penting karena besi dapat dirubah sifatnya dengan memanasi dan mendinginkannya. 

Kemampuan untuk merubah sifat dan atau kelakuan material adalah sesuatu yang membuat material sangat berguna dan hal tersebut merupakansangat berguna, dan hal tersebut merupakan “jantung” dari ilmu material.  

Ilmu Material dan Engineering

Interdisiplin ilmu yang mempelajari gabungan

g g

Interdisiplin ilmu yang mempelajari gabungan metalurgi, fisika, kimia, dan rekayasa utuk memecahkan masalah nyata dengan material yang y g y gditerima secara sosio‐ekonomi. 

Ilmu Material dan Engineering

Ilmu Material berkaitan dengan basic knowledge atau

g g

Ilmu Material berkaitan dengan basic knowledge atau pengetahuan dasar tentang struktur internal, properti, dan proses dari material.

Teknik Material berhubungan dengan application of knowledgepenerapan pengetahuan yang dihasilkan dari ilmu material untuk merubah material menjadi produkuntuk merubah material menjadi produk.

Ilmu MaterialIlmu Materials dan

Engineering Teknik Material

Gabungan PengetahuanStructur danP i

PengetahuanTerapantentang Material

g g

Pengetahuan dasartentangMaterial

Properti Material

Ilmu Material dan Engineering

Berikut adalah unsur‐unsur dan interaksinya yang

g g

Berikut adalah unsur unsur dan interaksinya yang menentukan ilmu material dan engineering:Kinerja (performance)j (p f )Sifat dan kelakuan (properties)Komposisi dan struktur (structure and composition)p pSintesis dan proses (synthesis and processing )

Material rekayasa yang fantastik bukan muncul y y gsecara alami (given), tetapi merupakan “konsekuensi” dari riset pengembangan iptek. 

Tipe Materialp

Material Polimerik (Plastik)( )Plastik atau polimer umumnya berupa senyawa organik yang berbasis karbon dan hidrogen.M i t kt l k l t bMempunyai struktur molekuler sangat besar. Sebagian besar nonkristalin.Beberapa adalah campuran area kristalin dan nonkristalin. p pKonduktor listrik yang jelek, sehingga digunakan sebagai insulator.Kek atan dan d ktilitasn a sangat ber ariasiKekuatan dan duktilitasnya sangat bervariasi.Densitas rendah dan tidak stabil pada temperatur tinggi. Contoh: Poly vinyl Chloride (PVC), Polyester.y y ( ) yKegunaan: peralatan rumah tangga, DVDs, tekstil, etc. 

Tipe Materialp

Material KeramikTersusun oleh unsur logam dan nonlogam yang terikat bersama secara kimia.

A ik d t b k i t li k i t li t d i Anorganik, dapat berupa kristalin maupun nonkristalin atau campuran dari keduanya.

Kekerasan tinggi, kekuatan dan tahan dalam pemakaian.

Insulator yang sangat bagus, tahan terhadap panas tinggi dan lingkungan ekstrim. Sehingga digunakan untuk tungku pengecoran dan pembentukan logam.Digunakan juga untuk melapisi wahana luar angkasa saat keluar dan masuk kembali kedalam atmodfer.

Aplikasi lain: sebagai material abrasif, aterial konstruksi, peralatan rumah p g , , ptangga, dll.

contoh: porselin, gelas, silikon nitrit

Tipe Materialp

Material KompositMaterial KompositCampuran dari dua atau lebih material.Tersusun oleh material pengisi dan material yang p g y gterikat.Material hanya terikat, tidak akan larut satu dengan yang lain.Terutama ada dua tipe:

Berserat serat dalam matriks (masa dasar)Berserat: serat dalam matriks (masa dasar)Partikulit: partikel dalam matriksMatriks dapat berupa logam, keramik, atau polimer

Tipe Material

K it ( it ) t d i l bih d i t j i

p

Komposit (composites): tersusun dari lebih dari satu jenis material. Fiberglass, merupakan kombinasi dari kaca dan polimer. Konkret dan plywood merupakan komposit yang kita familier. Kombinasi baru dari komposit, misalnya serat keramik dalam logam atau polymer matrixdalam logam atau polymer matrix. Contoh:

Fiber glass (material penguat dalam poliester atau matriks k i)epoksi)

Konkret (gravel atau besi baja penguat dalam semen dan pasir)Aplikasi:‐ sayap dan mesin pesawat terbang, material konstruksi.

Tipe Materialp

Material ElektronikSecara volume bukan material yang utama/dominan, tetapi sangat penting. Silikon merupakan material elektronik yang umum Silikon merupakan material elektronik yang umum. Sifat elektriknya berubah dengan menambah “kemurniannya” (impurities).

Contoh: chip silikon, transistor Aplikasi: komputer, IC (integrated circuits), satelit, dll.

Semikonduktor (semiconductors):mempunyai sifat ( ) p yelektrik di antara konduktor logam dan insulator keramik. Juga, sifat elektriknya sangat tergantung dari sedikit kandungan kontaminasisedikit kandungan kontaminasi. 

Tipe Materialp

Logam (metals):Logam (metals):Material yang normalnya kombinasi dari unsur‐insur logam. Logam biasanya merupakan konduktor panas dan lintrik yang baik. Juga logam sangat kuat tetapimalleable dan cenderungJuga, logam sangat kuat tetapi malleable dan cenderung mengkilap jika dipolis. 

Kecenderungan masa depan(f t T d )(future Trends)

Material LogamgProduksi tergantung perekonomian dunia.Alloy (logam campuran) dapat ditingkatkan dengan proses kimia dan kontrol yang lebih baik. Riset tentang alloy untuk pesawat terbang dan wahana  luar angkasa secara menerus dilakukanluar angkasa secara menerus dilakukan. 

Tujuan: memperbaiki ketahanan terhadap korosi dan temperatur. Contoh: super alloy berbasis nikel yang tahan temperatur tinggi.

I ti i t h d t k ik i bInvestigasi terhadap teknik prosesing yang baru.Tujuan: memperbaiki waktu pemakaian dan properti kelelahan.Contoh: isothermal forging, powder metallurgy.

Logam untuk aplikasi biomedik. 

Kecenderungan masa depan(future Trends)

Polimer atau plastikPolimer atau plastikFastest growing basic material (9% per year).After 1995 growth rate decreased due to saturation.995 gDifferent polymeric materials can be blend together to

produce new plastic alloys.Search for new plastic continues.

Kecenderungan masa depan

M i l K ik

(future Trends)

Material KeramikFamily baru keramik teknik (engineering ceramics) diproduksi pada dekade terakhirdiproduksi pada dekade terakhirMaterial baru secara konstan ditemukan.Saat ini digunakan dalam aplikasi Auto dan Biomedical.Saat ini digunakan dalam aplikasi Auto dan Biomedical.Pemrosesan keramik sangat mahal.Sangat mudah rusah/pecah karena sangat brittle.Harus ditemukan teknik pemrosesan keramik yang lebih baik dan high‐impact.

Kecenderungan masa depan(f t T d )

Material Komposit

(future Trends)

Material KompositFiber reinforced plasticsmerupakan produk utama.Pertumbuhan rata‐rata tahunan 3% sejak 1981 sampaiPertumbuhan rata‐rata tahunan 3% sejak 1981 sampai 1987.Diprediksi, pertumbuhan tahunan 5% untuk kompositDiprediksi, pertumbuhan tahunan 5% untuk komposit baru seperti  kombinasi Fiberglass‐Epoxy dan Graphite‐Epoxy.Diharapkan pesawat komersial semakin banyak menggunakan material komposit.

Kecenderungan masa depan(f t T d )

Material Elektronik

(future Trends)

Material ElektronikPenggunaan material elektronik seperti silikon meningkat cepat sejak 1970.material elektronik akan berperan sangat vital dalam “Factories of Future”.Pemakaian komputer dan robot akan meningkat menghasilkan pertumbuhan yang ekstensif dalam penggunaan material elektronikpenggunaan material elektronik. Penggunaan aluminium pada interkoneksi IC akan diganti tembaga yang menghasilkan konduktifitas lebih g g y g gbaik.

Kecenderungan masa depan(f t T d )

Material Pintar (Smart Materials):

(future Trends)

Material Pintar (Smart Materials):perubahan properti dengan memberikan ti l d i lstimulus dari luar. Shape memory alloys: material telah menerima t k ( t i d t i l) k k b li dtekanan (strained material) akan kembali pada bentuk awalnya pada temperatur kritis. Digunakan pada katup jantung untuk meemperlebar arteriDigunakan pada katup jantung untuk meemperlebar arteri. 

Piezoelectric materials: menghasilkan medan listrik jika terekspos terhadap gaya dan sebaliknya.jika terekspos terhadap gaya dan sebaliknya. Digunakan pada actuators dan vibration reducers.

Microelectromechanical systems (MEMS) dan material nanodan material‐nano

MEMS:MEMS:Peralatan miniaturSensor, micro‐pumpsp p

Material‐nano: Panjang < 100 nmPanjang   100 nmContoh: bubuk keramik, ukuran butir < 100 nmMaterial‐nano lebih kuat dan lebih keras dari pada pmaterial bulk.Mempunyai sifat biocompatible (seperti dalam Zirconia)

d d d d k b k d l kTransistor dan dioda dikembangkan dalam kawat‐nano (nanowire). 

Contoh Seleksi Material

Problem: Pilih material yang sesuai untuk kerangka sepeda dan fork

Baja danaloy

KayuCarbon fiber Reinforcedplastic

Aloy‐Aluminum Aloy‐Ti dan Mgy plastic

Biaya rendahBerat.

Kurang tahan korosi

Ringan & kuat.Tak dapat dibentuk

Sangat ringanKuat.

Tak ada korosi

RinganKekuatan sedangTahan korosi

Sedikit lebih baik dari Aloy‐Al,

Tetapi lebih mahalKurang tahan korosiSangat mahal Mahal

Tetapi lebih mahal

Yang paling penting:Yang paling penting: biaya? Pilih baja

Properti/kemampuan bahan? pilih CFRP

Testing Material (uji material)Testing Material (uji material)

Uji material jauh lebih sempit dibanding ilmu Uji material jauh lebih sempit dibanding ilmu material atau engineering.Untuk menentukan kekuatan material.Untuk menentukan kekuatan material.Sebagian besar digunakan untuk menentukan tingkat keselamatan. Contoh: uji sampel beton.tingkat keselamatan. Contoh: uji sampel beton.Tidak digunakan untuk merancang material baru yang digunakan pada aplikasi baru. yang digunakan pada aplikasi baru.

Referensi

The Materials Science & Engineering Career Resource Center. Retrieved from the following b O b 29 2006 h // 4 / h /I d h lweb site on October 29, 2006: http://www.crc4mse.org/what/Index.html

Valley City State University. (2006). Technology education 660 design for engineering unit 8

reading assignment. Retrieved August 15, 2006 from the website: http://www.vcsu.edu