0

TUGAS I

LOGAM DAN ALAT UJI MEKANIS METAL

OLEH

RAHMAN SONOWIJOYO

130421036

PROGRAM STUDI EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATRA UTARA MEDAN 2013/2014

1

LOGAM

Dalam kimia, sebuah logam atau metal (bahasa Yunani: Metallon) adalah sebuah unsur kimia

yang siap membentuk ion (kation) dan memiliki ikatan logam, dan kadangkala dikatakan

bahwa ia mirip dengan kation di awan elektron. Metal/logam adalah salah satu dari tiga

kelompok unsur yang dibedakan oleh sifat ionisasi dan ikatan, bersama dengan metaloid dan

nonlogam

A. Logam Ferro

Logam ferro adalah suatu logam paduan yang terdiri dari campuran unsur karbon dengan besi.

Untuk menghasilkan suatu logam paduan yang mempunyai 2 sifat yang berbeda dengan

besi dan karbon maka dicampur dengan bermacam logam lainnya. Logam cor diklasifikasikan

menurut kandungan karbon yang terkandung di dalamnya yaitu kelompok baja dan besi cor.

Logam cor yang memiliki persentasi karbon maksimum 2,11 % disebut baja dan jika kadar

karbon lebih besar dari 2,11 % karbon disebut dengan besi cor.

Logam ferro dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu baja dan besi cor.

1. Besi Cor

a) Baja karbon rendah (low carbon steel, C < 0,2%).

Baja karbon rendah adalah suatu logam paduan yang terdiri dari campuran unsur kabon

dan besi, dimana nilai karbonnya dibawah dari 0,2%..

Gambar Contoh Baja karbon rendah ,C < 0,2%

Sufat fisis

- mudah dibentuk

- dapat dikeraskan dengan perlakuan panas.

2

- kekerasan permukaan dapat ditingkatkan melalui karburasi.

- dapat dimesin (dibubut) dan dilas, tetapi tidak responsif terhadap perlakuan panas

- kepadatan baja ringan adalah sekitar 7,85 g/cm3 (7850 kg/m3 atau 0.284 lb/in3)

- modulus Young adalah 210 GPa (30.000.000 psi).

Sifat mekanik

- memiliki keuletan dan ketangguhan yang sangat baik

- lunak

- kekuatan tarik relatif rendah

b) Baja karbon medium (medium carbon steel, 0,2<C<0,5% ).

Baja karbon medium adalah suatu logam paduan yang terdiri dari campuran unsur

kabon dan besi, dimana nilai karbonnya antara dari 0,2% sampai 0,5%

Gambar contoh Baja karbon medium, 0,2<C<0,5%

Sifat fisis

- dibentuk/dibuat dengan proses permesinan

- digunakan untuk sebagian besar permesinan, dan komponen otomotif.

- digunakan untuk sebagian penempaan

- memiliki keuletan dan ketangguhan yang lebih rendah,

- dapat diberi perlakuan panas untuk meningkatkan kekuatannya

Sifat mekanik

- lebih kuat dari baja karbon rendah

- tangguh/kokoh

- memiliki ketahanan aus yang baik

3

c) Baja karbon tinggi (high carbon steel,C > 0,5%)

Baja karbon tinggi adalah suatu logam paduan yang terdiri dari campuran unsur kabon

dan besi, dimana nilai karbonnya diatas dari 0,5%.

Gambar contoh baja karbon tinggi, C > 0,5%

Sifat fisis :

-Baja karbon tinggi mengandung karbon sebesar 0,60-1,40 wt.%,

- Struktur mikro baja ini terdiri atas perlit dan sementit (Fe3C) yang sangat keras.

- Baja ini umumnya dipakai dalam kondisi dikeraskan dan ditempa, sehingga memiliki

ketahanan aus yang tinggi.

- Baja karbon tinggi yang memiliki paduan yang tinggi

Sifat mekanis

- baja karbon yang paling kuat

- ulet / kokoh

- keras

- getas apabila nilai C > 2%

- tahan aus yang tinggi

2. Besi baja Cor (Besi Tuang)

Secara umum Besi Tuang (Cast Iron) adalah Besi yang mempunyai Carbon content 2.5% –

4%, akan mempunyai sifat MAMPU LASNYA (WELDABILITY) rendah. Karbon dalam

Besi Tuang yang berupa sementit (Fe3C) ini atau biasa disebut dengan Karbon Bebas

(grafit), kandungan FOSFOR dan SULPHUR dari material ini sangat tinggi dibandingkan

Baja.

4

Sifat Besi Tuang

o Keras dan mudah melebur/mencair

o Getas, sehingga tidak dapat menahan benturan

o Temperatur leleh 1250 derajat .

o Tidak berkarat

o Tidak dapat diberi muatan magnit

o Dapat dikeraskan dgn cara dipanasi kemudian didinginkan secara mendadak

o Menyusut waktu pendinginan/waktu dituang

o Kuat dalam menahan gaya tekan, lemah dalam menahan tarik kuat tekan

sekitar 600 Mpa, kuat tarik 50 Mpa

o Tidak dapat disambung dengan las dan paku keling, disambung dengan baut dan

sekrup.

Kelebihan Besi Tuang

Dibandingkan dengan baja tuang, ada beberapa keunggulan besi tuang ini, misalnya:

o Hasilnya akan lebih murah dibandingkan dengan baja tuang

o Temperatur peleburan lebih rendah, oleh karena itu “Dapur Kupola” dapat dipakai.

o Besi tuang cair akan lebih baik mengalirnya, sehingga dapat mengisi rongga-rongga

cetakan (mould) dengan lebih sempurna.

o Hasilnya siap untuk dikerjakan lebih lanjut.

o Menghasilkan kombinasi kekuatan tarik dan tekan yang baik

o Tahan terhadap keausan, gerusan, dll.

o Tidak berkarat.

Kekurangan Besi Tuang

Dibandingkan dengan baja tuang, ada beberapa kekurangan besi tuang ini, misalnya:

o Tidak dapat di tempa.

o Tidak dapat disambung dengan paku keling atau dilas, dua buah besi tuang hanya

dapat disambung dengan baut dan sekrup.

o Tidak dapat diberi muatan magnet

o Getas sehingga tidak dapat menahan lenturan

5

Ada beberapa jenis Besi Tuang (Cast Iron) yaitu :

a) Besi tuang putih (white cast iron).

Dimana besi tuang ini seluruh karbonnya berupa sementit sehingga mempunyai sifat

sangat keras dan getas. Mikrostrukturnya terdiri dari karbida yang menyebabkan

berwarna putih.

Gambar contoh besi tuang putih dan strukturnya

b) Besi tuang kelabu (grey cast iron).

Jenis besi tuang ini sering dijumpai (sekitar 70% besi tuang berwarna abu-abu).

Mempunyai graphite yang berbentuk flake. Sifat dari besi tuang ini kekuatan tariknya

tidak begitu tinggi dan keuletannya rendah sekali (nil ductility), kemudian sifat

mampu mesinnya baik dan nilai karbon dalam keadaan bebas.

\

Gambar contoh besi tuang kelabu dan strukturnya

c) Besi tuang mampu tempa (malleable cast iron).

Besi tuang jenis ini dibuat dari besi tuang putih dengan melakukan heat treatment

kembali yang tujuannya menguraikan seluruh gumpalan graphit (Fe3C) akan terurai

6

menjadi matriks ferrite, pearlite dan martensite. Mempunyai sifat yang mirip dengab

baja.

d) Besi tuang nodular/grafit bulat (nodular cast iron)

Nodular cast iron adalah perpaduan besi tuang kelabu. Ciri besi tuang ini bentuk

graphite flake dimana ujung – ujung flake berbentuk takik-an yang mempunyai

pengaruh terhadap ketangguhan, keuletan & kekuatan oleh karena untuk menjadi lebih

baik, maka graphite tersebut berbentuk bola (spheroid) dengan menambahkan sedikit

inoculating agent, seperti magnesium atau calcium silicide. Karena besi tuang

mempunyai keuletan yang tinggi maka besi tuang ini di kategorikan ductile cast iron.

e) Besi tuang kelas tinggi

Jenis ini mengandung sedikit karbon silika dan grafit bebas nya lebih kecil

dibandingkan besi tuang kelabu

B. Logam Nonferro

Logam non ferro atau logam bukan besi adalah logam yang tidak mengandung unsur besi

(Fe). Logam non ferro murni kebanyakan tidak digunakan begitu saja tanpa dipadukan dengan

logam lain, karena biasanya sifat-sifatnya belum memenuhi syarat yang diinginkan.

Kecuali logam non ferro murni, platina, emas dan perak tidak dipadukan karena sudah

memiliki sifat yang baik, misalnya ketahanan kimia dan daya hantar listrik yang baik serta

cukup kuat, sehingga dapat digunakan dalam keadaan murni. Tetapi karena harganya mahal,

ketiga jenis logam ini hanya digunakan untuk keperluan khusus. Misalnya dalam teknik

proses dan laboratorium di samping keperluan tertentu seperti perhiasan dan sejenisnya.

Logam non fero juga digunakan untuk campuran besi atau baja dengan tujuan memperbaiki

sifat-sifat baja. Dari jenis logam non ferro berat yang sering digunakan uintuk paduan baja

antara lain, nekel, kromium, molebdenum, wllfram dan sebagainya. Sedangkan dari logam

non ferro ringan antara lain: magnesium, titanium, kalsium dan sebagainya. Logam-logam

nonferro dan paduannya tidak diproduksi secara besar-besaran seperti logam besi, tetapi

cukup vital untuk kebutuhan industri karena memiliki sifat-sifat yang tidak ditemukan pada

logam besi dan baja.

Material non logam dapat dibedakan menjadi beberapa golongan, yaitu:

7

1. Keramik

Material keramik merupakan material yang terbentuk dari hasil senyawa (compound) antara

satu atau lebih unsur-unsur logam (termasuk Si dan Ge) dengan satu atau lebih unsur-unsur

non logam. material jenis keramik semakin banyak digunakan, mulai berbagai abrasive, pahat

potong, batu tahan api, kaca, dan lain-lain, bahkan teknologi roket dan penerbangan luar

angkasa sangat memerlukan keramik.

2. Plastik (polimer)

Plastik (polimer) adalah material hasil rekayasa manusia, merupakan rantai molekul yang

sangat panjang dan banyak molekul MER yang saling mengikat. Pemakaian plastik juga

sangat luas, mulai peralatan rumah tangga, interior mobil, kabinet radio/televisi, sampai

konstruksi mesin.

3. Komposit

Komposit merupakan material hasil kombinasi dari dua material atau lebih, yang sifatnya

sangat berbeda dengan sifat masing-masing material asalnya. Komposit selain dibuat dari

hasil rekayasa manusia, juga dapat terjadi secara alamiah, misalnya kayu, yang terdiri dari

serat selulose yang berada dalam matriks lignin. Komposit saat ini banyak dipakai dalam

konstruksi pesawat terbang, karena mempunyai sifat ringan, kuat dan non magnetik.

contoh contoh logam yang bukan besi :

1. Tembaga

Tembaga adalah suatu logam bukan besi dengan unsur kimia pada tabel periodik yang

memiliki lambang Cu dan nomor atom 29. Lambangnya berasal dari bahasa Latin Cuprum.

Gambar contoh tembaga

Sifat fisis :

- korosi yang cepat

- tembaga murni sifatnya halus

8

- berwarna jingga kemerahan

Sifat mekanis :

- lunak

- menghantar listrik dengan baik

- tidak tahan gesekan

2. Aluminium

Gambar contoh Aluminium

Sifat fisis :

- warna silver

- tahan karat

- konduktor yang baik

- ringan dengan berat jenis 2,7 g/cm3

- regangannya 3 -25 %

- kekuatan tarik sebesar 18-28kg/mm

Sifat mekanis :

- mudah tempa

- tidak tahan geseka/mudah aus

- tidak tahan tekana/impact

- kekuatan rendah, tetapi strength to weight ratio nya lebih tinggi daripada baja.

9

3. Nikel

Gambar contoh Nikel

Sifat fisis :

- tahan karat

- warnasilver

- ringan engan berat jenis 0,078 g/cm3

Sifat mekanis :

- lembek.

- tidak kuat

- tidak tahan gaya tekan/impact

- tidak tahan gesekan/mudah aus

4. Magnesium

Gambar contoh Magnesium

Sifat fisis :

- berwarna putih perak dan sangat mengkilap

- tahan korosi

- dapat digunakan sebagai bahan paduan ringan,

- konduktor yang baik

10

- ringan dengan berat jenis 1,7 g/cm3

- regangannya 3 -25 %

- kekuatan tarik sebesar 110 N/mm2

- titik cair rendah 800°C

Sifat mekanis :

- mudah tempa

- tidak tahan geseka/mudah aus

- tidak tahan tekana/impact

- kekuatan rendah, tetapi strength to weight ratio nya lebih tinggi daripada baja.

5. Kobalt (Co)

Gambar contoh Cobalt

Sifat fisis :

- berwarna putih silver

- memilki titik cair 1490ºC

- magnetic tinggi.

Sifat mekanis :

- bila dipadu dengan baja maka akan menjadi keras, tahan panas dan tahan aus.

.

11

6. Timah Putih, Tin, Stannum (Sn)

Gambar contoh timah putih

Sifat fisis :

- logam yang berwarna putih mengkilap,

- sangat lembek

- titik cair yang rendah yakni 232ºC.

- ringan dengan berat jenis 7,3 g/cm3

- tahan terhadap udara lembab,

- daya tahan korosi cukup tinggi

Sifat mekanis :

- kekerasan dan kekuatan sangat rendah

- tergolong logam lunak serta.

7. Timah Hitam, Lead, Timbal, Plumbum (Pb)

Gambar contoh Timah hitam

Sifat fisis :

- memiliki berat jenis (ρ) =11,3 kg/dm³

- titik cair 327ºC,

- digunakan sebagai isolator anti radiasi Nuclear.

12

- berwarna kebiru-biruan

- terdapat senyawa Plumbum-Sulphur (PbS) dengan kadar yang sangat kecil

- kekuatan tarik sebesar 11,4 N/mm2

Sifat mekanis :

- agak lunak,

- mudah dituang,

- disolder, dan dilas (dengan api zat asam) sanagt

- mudah diberi bentuk dalam keadaan dingin dan panas,

- tidak tahan terhadap gaya impact, gesek dll.

8. Seng, Zincum (Zn)

Gambar contoh Seng

Sifat fisis :

- berwarna kelabu muda

- tahan korosi

- memiliki titik cair 419ºC,

- rapuh ketika pembentukan pada temperature pengerjaan antara 100ºC sampai 150ºC

- ringan dengan berat jenis 7,1 g/cm3

Sifat mekanis :

- ulet

- kuat

- tidak tahan gesekan

- tahan tekan

13

ALAT UJI MEKANIS METAL

A. Uji lentur (Bending Test)

Bending test adalah suatu alat uji mekanis pada benda metal yang digunakan untuk

mengetahui kekuatan pada gaya bengkokan yang dibebankan pada sisi benda uji. Uji

lentur adalah pemberian gaya yang mempunyai gaya Newton yang berada pada daerah

samping sumbu benda atau material. Pengujian lentur merupakan salah satu cara

pengujian yang telah dipakai sejak lama untuk menentukan kecocokan bahan. Karena

pengujian ini dilakukan terhadap batang uji bebbentuk sederhana dan tidak memerlukan

mesin uji biasa.

Gambar Bending Test

Prinsip kerja :

Pembebanan pada benda uji dengan besar gaya tertentu dititik tengah/rata rata pada benda

uji, sehingga penunjuk alat pada analog memberikan besaran ukur yang terjadi pada benda

uji. Kemudian kita mengetahui bahwa besarnya beban maksimal yang mampu diterima

oleh benda tersebut.

B. Fatigue Test

Fatigue test adalah alat uji mekanis pada benda metal untuk mengetahui besarnya beban

siklik atau beban yang diterima secara berulang-ulang. Dengan alat ini aplikasi beban

dapat diulang jutaan kali dan sampai beberapa ratus kali per detik. Sehingga dengan cepat

kita dapat mengetahui nilai beban maksimal kefatikan benda tersebut.

14

Gambar Fatigue test

Prinsip kerja :

Untuk mengetahui besarnya beban siklik/ beban fatik, kedua ujung sisi benda uji

diikat/dipegang pada alat penguji dimana sisi pengikat yang satu di berikan beban atau

gaya dengan besaran tertentu dan sisi pengikat yang lain diberikan putaran pada motor

dengan putaran tertentu, sehingga pada waktu tertentu benda uji akan mengalami rusak

akibat beban siklik/fatigue tang terjadi. Kemudan oprator/pengamat dapat mengetahui nilai

kelelahan/fatigue yang terjadi pada benda uji tersebut dengan rumus dan perbandingan

perbandingan fenomena yang terjadi tersebut.

C. Hardnes Test

Kekerasan juga didefinisikan sebagai kemampuan suatu material untuk menahan beban

identasi atau penetrasi (penekanan). Didunia teknik, umumnya pengujian kekerasan

menggunakan 4 macam metode pengujian kekerasan, yakni :

1. Brinnel (HB / BHN)

2. Rockwell (HR / RHN)

3. Vikers (HV / VHN)

4. Micro Hardness (Namun jarang sekali dipakai-red)

15

Gambar alat ji kekerasan (Vichkers)

Prinsip kerja :

Harndnes test adalah alat uji mekanis pada benda logam/metal untuk mengetahui nilai

kekerasan yang mampu diteriman pada benda uji tersebut, baik itu dengan methode

brinnel, rokhwell, ataupun vickkers. Kekerasan (Hardness) adalah salah satu sifat mekanik

(Mechanical properties) dari suatu material yang harus diketahui khususnya untuk material

yang dalam penggunaanya akan mangalami pergesekan (frictional force) dan deformasi

plastis. Deformasi plastis sendiri suatu keadaan dari suatu material ketika material tersebut

diberikan gaya maka struktur mikro dari material tersebut sudah tidak bisa kembali ke

bentuk asal artinya material tersebut tidak dapat kembali ke bentuknya semula. Lebih

ringkasnya kekerasan didefinisikan sebagai kemampuan suatu material untuk menahan

beban identasi atau penetrasi (penekanan).

D. Impact Test

Uji impaka adalah merupakan salah satu metode yang digunakkan untuk mengetahui

kekuatan, kekerasan, serta keuletan material.

Gambar alat uji impact tipe charpy

16

Prinsip kerja :

Prinsip kerja alat uji impact ini adalah dengan cara memberikan pembebanan secara tiba-

tiba pada benda uji yang akan diuji secara statik. Pada alat uji impact ini terdapat beberapa

bagian yang penting yaitu ; pendulum (godam), lengan pengayun, poros pengayun,

bearing, pisau pemukul, badan alat uji impact dan tempat benda uji, dimana kesemua

bagian tersebut disusun dan dirangkai menjadi satu kesatuan sehingga membentuk suatu

alat uji impact. Kapasitas alat uji impact tergantung dari dimensi dan spesifikasi dari alat

uji impact itu sendiri.

E. Tensil Test

Tensile test/Uji Tarik adalah merupakan salah satu pengujian untuk mengetahui sifat-sifat

suatu bahan. Dengan menarik suatu bahan kita akan segera mengetahui bagaimana bahan

tersebut bereaksi terhadap tenaga tarikan dan mengetahui sejauh mana material itu

bertambah panjang.

Gambar alat uji tarik(Tensile Test)

Prinsip kerja :

Uji tarik dilakuan dengan cara penarikan batang uji dengan gaya tarik secara terus –

menerus, sehingga bahan (perpajangannya) terus –menerus meningkat dan teratur sampai

putus, dengan tujuan menetukan nilai tarik.untuk mengetaui kekuatan tarik suatu bahan

dalam pembebanan tarik, garis gaya harus berhimpit dengan garis sumbu bahan sehingga

pembenana terjadi beban arik lurus. Tetapi jiga gaya tarik sudut berhimpit maka yang

terjadi adalah gaya lentur.

17

18

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ....................................................................................................................... i

LOGAM .............................................................................................................................. 1

A. Logam Ferro ................................................................................................................... 1

1. Besi Cor ...................................................................................................................... 1

2. Besi baja Cor (Besi Tuang) ........................................................................................ 3

B. Logam Nonferro ............................................................................................................. 6

1. Tembaga ..................................................................................................................... 7

2. Aluminium ................................................................................................................. 8

3. Nikel ........................................................................................................................... 9

4. Magnesium ................................................................................................................. 9

5. Kobalt (Co) ................................................................................................................ 10

6. Timah Putih, Tin, Stannum (Sn) ................................................................................ 11

7. Timah Hitam, Lead, Timbal, Plumbum (Pb) ............................................................. 11

8. Seng, Zincum (Zn) ..................................................................................................... 12

ALAT UJI MEKANIS METAL .......................................................................................... 13

A. Uji lentur (Bending Test) ................................................................................................ 13

B. Fatigue Test ..................................................................................................................... 13

C. Hardnes Test ................................................................................................................... 14

D. Impact Test ..................................................................................................................... 15

E. Tensil Test ....................................................................................................................... 16

i