MAKALAH FISIKA BAHAN

“SIFAT MEKANIK BAHAN”

Disusun Oleh:

Kelompok 12

1. Lusttyah Ulfa. (2408100064)

2. Sofyan Ade P. (2408100070)

3. Andini Nur Vania S (2408100074)

3. Yanuan Angga (2408100076)

JURUSAN TEKNIK FISIKA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH

SURABAYA

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi dan bahan tidak dapat dipisahkan dari kehidupan manusia. Pengetahuan

bahan terus berkembang seiring dengan berkembangnya peradaban manusia. Berbagai

macam bahan telah ditemukan, dikembangkan, dan dimanfaatkan untuk berbagai

aplikasi. Penemuan bahan-bahan tertentu, seperti logam misalnya, telah ikut mewarnai

peradaban manusia di dalam kurun waktu tertentu. Tidak aneh jika nama suatu zaman

atau periode waktu tertentu dikaitkan dengan nama bahan, seperti misalnya zaman batu,

zaman perunggu, zaman besi, dan seterusnya. Pengetahuan dan keterampilan manusia

untuk memanfaatkan bahan tertentu telah membuka peluang berkembangnya desain,

proses-proses atau produk-produk tertentu yang sebelumnya belum pernah ada.

Pengembangan proses-proses dan produk-produk baru telah mendorong

berkembangnya ilmu dan teknologi bahan untuk memenuhi kebutuhan desain. Ilmu dan

teknologi bahan adalah bagian tak terpisahkan dari disain rekayasa. Disain adalah esensi

dari rekayasa atau engineering karena rekayasa pada prinsipnya adalah aplikasi

matematika dan ilmu-ilmu pengetahuan alam untuk memecahkan masalah-masalah

nyata di dalam kehidupan manusia di dalam rangka meningkatkan kesejahteraan

manusia. Oleh karena itu, pengetahuan bahan sangat penting bagi setiap disiplin ilmu

rekayasa.

1.2 Tujuan

Dalam pembuatan makalah ini memiliki tujuan agar dalam pembuatan makalah

dapat terselesaikan dengan jelas tanpa ada masalah yang berati diantaranya :

1 Mengetahui apa yang dimaksud mekanik bahan

2 Mengetahui berbagai jenis sifat bahan

3 Dapat membedakan dari berbagai sifat bahan tersebut

1.3 Permasalahan

Dalam setiap makalah pasti terdapat permasalahan yang nantinya akan dibahas

didalam makalah sehingga dapat dimengerti dengan mudah diantaranya:

1. Apa yang dimaksud dengan mekanika bahan?

2. Bagaimana mengetahui berbagai jenis sifat bahan?

3. Bagaimana dapat membedakan brbagai sifat bahan tersebut?

1.4 Sistematika laporan

Makalah fisika bahan dengan judul “SIFAT MEKANIK BAHAN” ini terdiri

dari empat bab. Makalah secara garis besar berisi tentang komponen penyusun kristal,

macam-macam dan penyebab terbentuknya cacat kristal untuk lebih jelasnya maka

susunan laporan adalah sebagai berikut. Bab I pendahuluan yang di dalamnya berisi

tentang latar belakang, tujuan, permasalahan, sistematika laporan. Bab II dasar teori

merupakan penjelasan dan ulasan singkat tentang teori -teori dasar sifat mekanik bahan

dan pengujian yang bisa dilakukan terhadap bahan. Bab III analisa dan pembahasan,

dalam penyusunan makalah ini tentunya akan memperoleh data-data dari berbagai

referensi yang ada sehingga perlu adanya penganalisaan dan pembahasan lebih lanjut

Bab IV kesimpulan, memberikan kesimpulan dari keseluruhan makalah yang didasarkan

pada tujuan.

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Sifat Mekanik Bahan

Bahan merupakan bagian dari alam semesta, akan tetapi secara lebih rinci bahan

adalah benda dengan sifat-sifatnya yang khas dimanfaatkan dalam bangunan, mesin,

peralatan atau produk. Termasuk di dalamnya, logam, keramik, polimer (plastik), serat,

gelas, kayu, batu, pasir, dan lain - lain. Produksi dan pemrosesan bahan-bahan tersebut

menjadi barang jadi memberikan kesempatan kerja bagi kira-kira 12% dari seluruh

angkatan kerja di Indonesia. Bahan-bahan yang digunakan manusia mengikuti siklus

bahan mulai dari ekstraksi, pembuatan sampai pelapukan. Oleh karena itu, siklus bahan

adalah suatu sistem yang menggiatkan sumber daya alam dengan kebutuhan manusia.

Secara keseluruhan, bahan-bahan merupakan jaringan yang mengikat bangsa-bangsa

dan tata ekonomi di dunia satu sama lainnya, demikian pula mengikat manusia dengan

alam semesta.

Secara singkat, Ilmu dan teknologi bahan meliputi pengembangan dan penerapan

pengetahuan mengenai hubungan antara komposisi, struktur dan pemerosesan bahan

dengan sifat-sifat dan pemakaiannya. Ilmu dan teknologi bahan adalah suatu pita ilmu

pengetahuan yang melintang dari ilmu dan penelitian dasar (sebelah kiri) sampai pada

kebutuhan dan pengalaman masyarakat (disebelah kanan). Aliran pengetahuan ilmiah

dalam satu arah dan informasi empiris dalam arah yang berlawanan berbaur dan

mendukung perkembangan ilmu dan teknologi bahan.

2.2 Sifat Kekerasan (Hardness)

Kekerasan adalah ketahanan suatu bahan terhadap deformasi (perubahan bentuk)

yang permanen. Kekerasan linier dengan kekuatan artinya semakin tinggi kekuatan

maka semakin keras benda tersebut dan semakin kecil kekuatan maka semakin lunak

benda tersebut. Kekerasan adalah kemampuan bahan menahan kehausan atau cakaran

atau keupayaan menahan diri dari dilekuk atau ditembusi bahan lain. Arti lain dari

kekerasan adalah mengukur ketahanan material terhadap deformasi plastis yang

terlokalisasi (lengkungan kecil atau goresan). Kekerasan adalah criteria untuk menyatakan

intensitas tahanan suatu bahan terhadap deformasi yang disebabkan objek lain. Ada tiga

macam objek lain cara pengujian yaitu penekanan, goresan dan resilience. Bahan

polimer menunjukkan sifat kekerasan yang berbeda dibandingkan dengan logam karena

sifat viskoelastiknya. Karena besarnya deformasi elastic dan pemulihan yang cepat,

pada pengujian penekanan hasil kekerasan yang didapat lebih besar dari yang

seharusnya.

Macam- macam uji kekerasan :

• Uji kekerasan rockwell

• Uji kekerasan brinell

• Uji kekerasan vicker

• Uji kekerasan kwoop

2.2.1 Uji kekerasan rockwell

Metode yang paling umum digunakan karena sederhana dan tidak menghendaki

keahlian khusus. Digunakan kombinasi variasi indenter dan beban untuk bahan metal

dan campuran mulai dari bahan lunak sampai keras.

Indenter : - bola baja keras

ukuran 1/16 , 1/8 , 1/4 , 1/2 inci (1,588; 3,175; 6,350;

12,70 mm)

- intan kerucut

Hardness number (nomor kekerasan) ditentukan oleh perbedaan kedalaman penetrsi

indenter, dengan cara memberi beban minor diikuti beban major yang lebih besar.

Berdasarkan besar beban minor dan major, uji kekerasan rockwell dibedakan atas 2 :

- rockwell

- rockwell superficial bahan tipis

Uji kekerasan rockwell :

- beban minor : 10 kg

- beban major : 60, 100, 150 kg

Uji kekerasan rockwell superficial :

- beban minor : 3 kg

- beban major : 15, 30, 45, kg

Tabel 2.1 Skala Uji Kekerasan Rockwell Superficial

Tabel 2.2 Skala Uji Kekerasan Rockwell

- rockwell Superficial SIMBOL

INDENTER BEBAN MAJOR (KG)

15 N 30 N 45 N 15 T 30 T 45 T 15 W 30 W 45 W

INTAN INTAN INTAN BOLA 1/16 INCHI BOLA 1/16 INCHI BOLA 1/16 INCHI BOLA 1/8 INCHI BOLA 1/8 INCHI BOLA 1/8 INCHI

15 30 45 15 30 45 15 30 45

Contoh :

- skala 80 hrb : kekerasan rockwell 80 skala B.

- skala 60 hr 30 w : kekerasan superficial 60

pada skala 30 W.

maksimum skala : 130

jika skala kekerasan < 20 atau > 100 hasil kurang teliti gunakan skala dibawahnya atau

diatasnya.

2.2.2 Uji Kekerasan Brinell

Pengujian kekerasan brinell digunakan untuk mengetahui besarnya kekerasan

permukaan suatu material. Pengujian ini yaitu menggunakan bola indentor yang terbuat

dari baja, dimana metode pengujiannya adalah memberikan indentasi pada permukaan

suatu material sehingga timbul tapak tekan. Angka kekerasan diperoleh dari besarnya

beban yang digunakan, diameter hasil tapak tekan dan diameter dari indentor. Angka

kekerasan brinell adalah fungsi beban dan diameter lobang hasil.

Gambar 2.1 Bentuk Indentasi Uji Brinell

Dimana:

P = BEBAN

D = diameter inderter

d = diameter lubang

Gambar 2.2 Mesin Uji Brinell

Gambar 2.3 Brinell Measurement Convertion Chart

2.2.3 Uji Kekerasan Vickers dan Mikro Knoop

Indeter : intan piramid

Beban : 1 - 1000 gr

Hasil test berupa lekukan diperiksa dengan mikroskop

HK = hardness numberknoop (KHN)

HV = hardness number vickers (VHN)

Knoop dan Vickers digunakan untuk uji kekerasan

Kekerasan ini penting bagi ketelitian kekerasan logam. Untuk bahan polimer

diperlukan juga cara serupa memakai beban penekanan 100 sampai 200 gram.

Kekerasan Vickers dapat dibandingkan dapat dibandingkan dengan kekerasan logam,

akan tetapi dalam hal ini bahwa kelakuan viskoelastik bahan polimer adalah aneh

dengan persamaan Hv = 1,854 P/dm2

2.3 Sifat Kekuatan Impak

Nilai impak (impact value) adalah ketahanan suatu bahan terhadap pembebanan

yang tiba-tiba. Kekuatan impak adalah suatu criteria penting untuk mengetahui

kegetasan bahan polimer, melihat pengaruh takikan yaitu dengan pengujian pada batang

uji umumnya kekuatan impak bahan polimer lebih kecil daripada kekuatan impak logam

apabila ikatan antar molekul kuat atau berat molekul besar kekuatan impak biasanya

lebih besar. Sebagai contoh polietilena yang berkristal mempunyai tarik menarik lemah

antar molekulnya tidak patah namun bengkok. Polisteren bersifat getas mudah patah

karena berbentuk amorf dan tarik menarik antr molekulnya lemah. Bahan yang kaku

dan ketahana impaknya rendah banyak terdapat pada termoplastik yang mempunyai titik

transisi gelas tiinggi. Contohnya polivinil klorida sendiri tidak kuat, tetapi apabila

dipolimerkan atau dicampur dengan bahan karet kekuatan impaknya leebih baik.

Bahan polimer kadang-kadang menunjukkan penurunan besar pada kekuatan

impak apabila diberi regangan pada pencetakannya. Pada umumnya sifta-sifat yang

diperlukan dapat diperbaiki bila ditambah pengisi atau filler kedalam resin. Sedangkan

pengaruh temperature lebih rumit yang menunjukkan beda maksimum pada temperature

tertentu atau peningkatan harga kalau temperature naik. Harga impak itu menjaadi besar

dengan meningkatkan adsorbs kadar air dan menjadi karena pengeringan. Bahan juga

dapat diperiksa dengan pengujian impak bola jatuh setiap hasil pengujian selalu

menunjukkan hasil yang sama dengan kemampuan impak praktis. Hal ini menyebabkan

kerumitan cara-cara pengujian tersebut.

Seperti halnya uji kekerasan, pada sifat bahan impak juga terdapat pengujian

impak. Pengujian impak yaitu mengetahui ketahanan terhadap pembebanan tiba-tiba

pada berbagai temperature sehingga dapat ditentukan temperature transisi dari sifat ulet

dan sifat getas. Alat uji impak merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengukur

keuletan bahan atau kegetasan bahan terhadap beban tiba-tiba. Alat uji ini termasuk

jenis charpy. Prinsip kerja alat uji impak ini adalah dengan cara memberikan

pembebanan secara tiba-tiba pada benda uji yang akan diuji secara static. Pada alat uji

impak ini terdapat beberapa bagian yang penting yaitu pendulum (godam), lengan

pengayun, poros pengayun, bearing, pisau pemukul, badan alat uji impak dan tempat

benda uji, dimana kesemua bagian tersebut disusun dan dirangkai menjadi satu kesatuan

sehingga membentuk suatu alat uji impak. Kapasitas alat uji impak tergantung dari

dimensi dan spesifikasi dari alat uji impak itu sendiri. Ada dua metode dalam pengujian

impak yaitu:

1. Uji Impak Charpy

2. Uji Impak Izod

Gambar 2.5 Mesin Uji Impak

Grafik 2.1 Pengujian Impak

2.4 Sifat Mulur

Beberapa bagian dari mesin dan struktur dapat berdeformasi secara continue dan

perlahan dalam kurun waktu yang lama bila dibebani secara tetap. Fenomena ini

dinamakan creep (mulur/melar). Melar terjadi pada temperature rendah juga, akan tetapi

paling menyolok pada terjadi pada temperature dekat titik cair. Kemuluran ialah

kebolehan bahan dipanjangkan dalam keadaan tetap dengan menggunakan daya

tegangan. Kemuluran ialah ukuran canggaan plastik sebelum sesuatu bahan gagal. Ia

penting dalam penarikan dawai atau membuat kepingan.

Grafik 2.2 Hubungan Regangan dan Waktu pada Sifat Mulur

2.4 Sifat Ketahanan Lelah

Patah Lelah (fatigue fracture) disebabkan oleh tegangan berulang dan juga

dijumpai pada tegangan kurang dari 1/3 kekuatan statik pada bahan struktur tanpa

konsentrasi tegangan. Dalam keadaan dimana terjadi konsentrasi tegangan

(notch/takikan) maka kemungkinan bahan akan putus pada tegangan yang lebih rendah.

Pembebanan luar yang diberikan berulang-ulang kepada bahan lebih tepat

mengalami patah. Gejala ini disebut kelelahan yang merupakan sifat penting dalam

penggunaan bahan. Kelelahan biasanya dinyatakan dengan tegangan maksimum bolak-

balik untuk sejumlah balikan tegangan. Patahan lelah disebabkan Bentuk tegangan

dalam kelelahan adalah tarik, tekan-tekuk(lentur), punter dan kombinmasinya. Terutama

kombinasi tarik dan tekan memberikan pandanganlebih jauh. Keelelahan dipengaruhi

oleh beberapa factor. Kalauu temperature naik ketahanan lelah turun. Pengruh laju

balikan /frekuensi terbatas sampai harga tertentu, tetapi apabila dibandingkan pada

banyak balikan serupa, kelelahan lebih cepat terjadi pada laju balikan rendah. Bentuk

batang uji juga memberikan pengaruh. Perlu pertimbangan bila dipakai untuk keperluan

praktis. Berbagai alat uji kelelahan untuk karet telah ada. Kelelahan merupakan sifata

penting dari berbagai macam bahan dalam pemakaian praktis. Karena memerlukan

waktu pada pengukuran dan hasil yang di dapat biasanya berfluktuasi, maka diperlukan

usaha keras untuk mendapatkan hasil pengujian yang didapatkan.

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Sifat Mekanik Bahan

Kekerasan adalah kemampuan bahan menahan kehausan atau cakaran atau

keupayaan menahan diri dari dilekuk atau ditembusi bahan lain. Arti lain dari kekerasan

adalah mengukur ketahanan material terhadap deformasi plastis yang terlokalisasi

(lengkungan kecil atau goresan). Macam- macam uji kekerasan yaitu Uji kekerasan

rockwell , Uji kekerasan brinell , Uji kekerasan vicker , Uji kekerasan kwoop. Metode

yang paling umum digunakan karena sederhana dan tidak menghendaki keahlian

khusus. Digunakan kombinasi variasi indenter dan beban untuk bahan metal dan

campuran mulai dari bahan lunak sampai keras. Pengujian kekerasan brinell digunakan

untuk mengetahui besarnya kekerasan permukaan suatu material. Pengujian ini yaitu

menggunakan bola indentor yang terbuat dari baja, dimana metode pengujiannya adalah

memberikan indentasi pada permukaan suatu material sehingga timbul tapak tekan.

Kekerasan ini penting bagi ketelitian kekerasan logam. Untuk bahan polimer diperlukan

juga cara serupa memakai beban penekanan 100 sampai 200 gram. Kekerasan Vickers

dapat dibandingkan dapat dibandingkan dengan kekerasan logam, akan tetapi dalam hal

ini bahwa kelakuan viskoelastik bahan polimer adalah aneh dengan persamaan Hv =

1,854 P/dm2

Gambar 3.1 Hardness Testing Techniques

Kekuatan impak adalah suatu criteria penting untuk mengetahui kegetasan bahan

polimer, melihat pengaruh takikan yaitu dengan pengujian pada batang uji umumnya

kekuatan impak bahan polimer lebih kecil daripada kekuatan impak logam apabila

ikatan antar molekul kuat atau berat molekul besar kekuatan impak biasanya lebih

besar. Pengujian impak yaitu mengetahui ketahanan terhadap pembebanan tiba-tiba

pada berbagai temperature sehingga dapat ditentukan temperature transisi dari sifat ulet

dan sifat getas. Kapasitas alat uji impak tergantung dari dimensi dan spesifikasi dari alat

uji impak itu sendiri. Ada dua metode dalam pengujian impak yaitu Uji Impak Charpy

dan Uji Impak Izod.

Melar terjadi pada temperature rendah juga, akan tetapi paling menyolok pada

terjadi pada temperature dekat titik cair. Kemuluran ialah kebolehan bahan

dipanjangkan dalam keadaan tetap dengan menggunakan daya tegangan. Kemuluran

ialah ukuran canggaan plastik sebelum sesuatu bahan gagal. Patah Lelah (fatigue

fracture) disebabkan oleh tegangan berulang dan juga dijumpai pada tegangan kurang

dari 1/3 kekuatan statik pada bahan struktur tanpa konsentrasi tegangan.

BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Ilmu dan teknologi bahan meliputi pengembangan dan penerapan pengetahuan

mengenai hubungan antara komposisi, struktur dan pemerosesan bahan dengan sifat-

sifat dan pemakaiannya. kekerasan adalah mengukur ketahanan material terhadap

deformasi plastis yang terlokalisasi (lengkungan kecil atau goresan). Kekerasan adalah

criteria untuk menyatakan intensitas tahanan suatu bahan terhadap deformasi yang

disebabkan objek lain. Ada tiga macam objek lain cara pengujian yaitu penekanan,

goresan dan resilience. Uji kekerasan rockwell adalah metode yang paling umum

digunakan karena sederhana dan tidak menghendaki keahlian khusus. Pengujian

kekerasan brinell digunakan untuk mengetahui besarnya kekerasan permukaan suatu

material. Angka kekerasan diperoleh dari besarnya beban yang digunakan, diameter

hasil tapak tekan dan diameter dari indentor. Kekerasan Vickers dapat dibandingkan

dapat dibandingkan dengan kekerasan logam, akan tetapi dalam hal ini bahwa kelakuan

viskoelastik bahan polimer adalah aneh dengan persamaan Hv = 1,854 P/dm2

Nilai impak (impact value) adalah ketahanan suatu bahan terhadap pembebanan

yang tiba-tiba. Prinsip kerja alat uji impak ini adalah dengan cara memberikan

pembebanan secara tiba-tiba pada benda uji yang akan diuji secara static. Kapasitas alat

uji impak tergantung dari dimensi dan spesifikasi dari alat uji impak itu sendiri. Ada dua

metode dalam pengujian impak yaitu Uji Impak Charpy dan Uji Impak Izod. Kemuluran

ialah kebolehan bahan dipanjangkan dalam keadaan tetap dengan menggunakan daya

tegangan. Patah Lelah (fatigue fracture) disebabkan oleh tegangan berulang dan juga

dijumpai pada tegangan kurang dari 1/3 kekuatan statik pada bahan struktur tanpa

konsentrasi tegangan.

4.2 Saran

Dalam penulisan makalah ini tentunya terdapat beberapa kekurangan oleh karena

itu diperlukan saran yang dapat membangun penulisan makalah ini selanjutnya sehingga

menjadi lebih baik lagi.

DAFTAR PUSTAKA

Callister, William d & John Willey Sons.2006.Material Science and engineering an

introduction seventh edition. Salt lake city.utah

www.openpdf.com

www.docstoc.com/docs/22177139/sifat mkanikbahan/

www.fkm.utm.my/zulkepli/note3703/intro_aspect/pilih_sifatbahan.pdf

www.staff.ui.ac.id/internal/132128628/material/pengetahuanbhan babpertama.pdf