Properti MaterialPendahuluanMaterial merupakan pendorong dibalik kemajuan revolusi teknologi dan merupakan kunci dari pemakaian bahan dalam manufaktur. Properti material pada sifat mekanik (diantaranya kekuatan, kekerasan, ketangguhan, kelelahan) merupakan hal yang penting untuk diketahui, hal ini dimaksudkan untuk mengerti pola dari material apabila diberikan suatu gaya yang mengakibatkan perubahan bentuk. Perubahan pola tersebut bisa dilihat dalam kurva tegangan regangan.A. Sifat Material Lunak dan DuctileSifat material yang lunak dapat diartikan kemampuan mendeformasi plastis saat diberi beban, sedangkan ductile lebih mengarah ke deformasi plastis saat diberi disaat diberi beban tegang. Satuan ukuran dari ductile adalah persentase perbedaan panjang (elongasi) dan alat pengujiannya dengan dilakukan penarikan dari tiap ujung batang specimen. Panjang awal mula mula specimen dinamai sebagai panjang mula mula (lo). Setelah specimen terpecah menjadi dua bagian, lalu kedua batang di satukan kembali sedekat mungkin, dan panjang spesimen yang baru inilah bisa dinamai sebagai (l1). Maka persentase(%) perbedaan panjang(elongasi) dari specimen dapat hitung sebagai

Nilai yang tinggi dari persentase elongasi menandakan material tersebut sangat ductile dan sebaliknya, jika persentase elongasi yang kecil menandakan material tersebut getas.

Gambar 1.1 kurva tegangan- regangan untuk material ductileKeterangan pada gambar 1.1 :Jika material diberi tegangan sampai ke point A maka material tersebut akan kembali ke bentuk asalnya, jika terus diberikan tegangan sampai ke titik C, maka material akan mengalami pemanjangan dari bentuk asal ketika tegangan dilepaskan, hal ini dinamakan titik luluh material (yield point), menurut gambar titik C dan D dinamakan titik luluh (upper yield point) atas dan titik luluh bawah (lower yield point). Titik E menandakan ukuran kekuatan dari material (ultimate tensile strength) dan titik F adalah (break point) titik dimana material akan putus saat diberi tegangan.Kurva tegangan regangan untuk material getas (brittle) dapat dilihat pada gambar 1.2 dibawah ini. Pada kurva ini tidak terlihat adanya titik luluh (yield point) material ini tidak akan memanjang terlalu banyak,contoh dalam hal ini seperti gelas atau hal lain yang mudah pecah.B. Ketangguhan materialSifat tangguh material adalah kemampuan material dalam meneima energi sebelum terjadi patahan atau retakan. Ketangguhan material merupakan kombinasi terhadap kekuatan dan persentase elongasi material. Standar dalam pengujian kekerasan material biasa dengan menggunakan (i)IZOD test dan (i) Charpy testC. Kekerasan materialMaterial yang keras menandakan kuat material tersebut tahan akan hambatan akan abrasive atau goresan.pengujian kekerasan material diantaranya adalah (i) Brinell test (i) Rockwell test dan (iii) Vickers test. Semua pengujian tersebut dilakukan untuk mengetahui daya tahan material dari penetrasi sebuah indentor di permukaan material pada tiap percobaan dengan beban yang diberikanTabel 1.1Brinell TestRockwell TestVickers test

IndentorBentuk Diameter bola baja 10 mmBentuk kerucutBentuk pyramid dengan sudut 1360

Beban yang diterima indentor 3000 kg selama 10 15 detikBeban minor 10 kg dlanjutkan dengan beban mayor 150 kg5 kg 120 kg

Hardness number

D. Retakan / patahan materialJika material diberikan beban tegangan tinggi di atas kekuatan yang sanggup diterima,maka material akan terjadi terpecah menjadi dua atau lebih patahan dari tiap bagian. Patahan pada ductile material terjadi setelah melewati fasa plastis deformasi, sedangkan pada material getas patahan terjadi ketika retakan kecil pada material yang membesar, sampai dengan patah. Disamping dari sifat material ductile atau getas,ada sifat lain yang menyebabkan patahan terjadi, yaitu fatigue (lelah) dan creep (luluh).E. Fatigue Jika material telah dipakai beberapa ribu kali siklus atau sudah menerima berbagai macam tegangan, maka material tersebut akan mengalami kelelahan dan kemungkinan performanya akan menurun, meskipun diberi beban dibawah kekuatan yang masih sanggup diterima material tersebut. Sebenarnya ada masa pada material dimana material itu sanggup menerima tegangan yang dibebankan bahkan sudah melewati banyak siklus. Hal ini dinamakan Batas Ketahanan. Jadi material di desain sedemikian rupa agar beban yang diterima selalu dibawah batas ketahanan material tersebut.F. Creep (mulur)Kecacatan material bisa terjadi bahkan ketika diberi beban yang statis, hal ini terjadi jika komponen diberi beban dalam waktu yang lama dan bahkan terjadi pada temperature tinggi. Contohnya ada di bolier, sudu turbin uap, furnace (tungku) dst. Cacat creep terjadi karena material mengalami deformasi plastis secara terus menerus dalam suatu kondisi tertentu.

Ferrous MaterialPendahuluanFerrous material mengarah ke pada material dengan kandungan utamanya adalah besi, dan sebaliknya non ferrous material mengarah ke material yang tidak mengandung besi. Ferrous material umumnya lebih kuat dan keras dan biasa digunakan sehari hari.A. Besi dan BajaBesi dan baja memiliki perbedaan, dimana besi merupakan benda metal, dengan unsure kimia Fe. Besi murni umumnya ringan dan tak kuat, dengan titik leleh + 15400C. Baja merupakan campuran dari besi dan karbon, persentase karbon bervariasi dari 0 2%, namun pada praktiknya karbon tercapai sekitar 1,25% - 1,3 %. Kandungan karbon sangat keras, getas dan kuat dan jika dicampur dengan Fe membentuk Fe3C, kandungan C pada baja membuat baja lebih kuat dan keras dibanding dengan besi.B. Baja karbonSifat sifat baja karbon bergantung dari persentase karbon yang diberikan, berikut kategori yang ada :(i) Baja karbon rendah ; persentase karbon 0.7 % (praktiknya unsur karbon tertinggi adalah 1.3 %)Semakin tinggi persentase karbon, maka kekuatan dan kekerasan material meningkat, namun keuletannya menurun. Efek dari pertambahan karbon dapat dilihat pada gambar 2.1 berikut .

C. Klasifikasi bajaPengklasifikasian baja diantaranya adalah (i)baja karbon murni dan (ii)baja karbon campuran. Baja karbon murni umumnya hanya mencampur dengan unsur karbon saja. Namun pada baja campuran, selain unsur karbon, terdapat unsur lain yang biasa ditambahkan, yaitu seperti chrom, nikel, tungsten, molybdenum dan vanadium.Pada baja, selain unsur besi dan karbon ada empat element yang selalu ada,yaitu S, P, Mn dan Si.D. Aplikasi dan penggunaan baja karbonBaja karbon rendah,; memiliki sifat keuletan, biasa digunakan di pengelasan, tabung solid atau di wire rod.Baja mild ;digunakan untuk pengerjaan struktural.Baja karbon sedang ; biasa digunakan pada rotor, tali kawat, atau di peralatan umum dalam pertanian.Baja karbon tinggi ; biasa digunakan pada peralatan tangan seperti palu, peralatan pembuatan boiler,peraltan pengerjaan kayu. Baja karbon tinggi bisa diperkeras dengan cara pencelupan (quenching), material yang sudah dikeraskan bisa dipakai sebagai alat potong, asalkan tidak dipakai pada suhu panas (diatas 1500C), jika terjadi maka material akan berkurang kekerasannya dan menjadi tumpulE. Besi kasarMerupakan material termurni dari besi, biasanya dibuat pada puddling process. Harganya mahal makadari itu lebih banyak digantikan dengan baja.F. Besi tuangBesi ini megandung lebih dari 2% karbon pada teorinya. Namun pada kenyataannya kandungan karbon pada besi tuang berkisar 3- 4 %. Ada beberapa penggunaan dalam besi tuang ini dalam kehidupan sehari hari , yang dikelompokan ke dalam :i. Grey cast ironii. White cast ironiii. Malleable cast ironiv. Nodular cast ironv. Alloy cast ironG. Baja paduanSama seperti sifat besi tuang yang bisa dicampurkan element element pada komposisinya. Maka hal yang sama juga dapat dilakukan pada baja karbon murni. Tujuan dari pecampuran karbon pada baja adalah sebagai berikut :i. Campuran baja bisa dikeraskan dengan proses perlakuan panas.ii. Campuran baja bisa menahan korosi, seperti baja stainlessiii. Campuran baja bisa dibuat untuk alat alat potongiv. Beberapa campuran baja bisa menunjukan tahan akan oksidasi pada temperatur tinggi.Elemen element campuran baja diantaranya adalah chrom, nikel, tungsten, molybdenum, vanadium, kobalt, managan dan silicon. Baja campuran dapat dikategorikan sebagai (i) baja stainless, (ii) tools steels, (iii) special steelsStainless steels. Dikatakan stainless steel (baja tahan karat) karena sifatnya yang mampu tahan akan korosi. Element utama dalam baja ini adalah chrom dan nikel. Stainless steel dapat dikategorikan lagi menjadi 3, yaitu :(i) ferritic stainless steel. Baja ini mengandung maksimum karbon sebanyak 0.15%, 6-12% chrom, 0.5% nikel. Baja ini tergolong relative murah dan juga bersifat magnetik. (ii) martensitic stainless steels. Baja ini mengandung 12-18% chrom dan karbon sebanyak (0.15 1.2%). Baja ini dapat bisa dikeraskan dengan perlakuan panas, namun ketahanan korosinya berkurang. Contohnya ada pada peralatan pisau bedah,(iii) austentic stainless steels. Ini merupakan baja terpenting pada kelasnya, composisinya adalah 18% chrom, 8% nikel, 0.08 0.2% karbon, maksimum mangan 1.25% dan maksimum silicon 0.75%.Tools steels. Kebutuhan dalam tools steel adalah bisa dikeraskan dengan perlakuan panas yang akan digunakan untuk keperluan alat potong atau perlengkapan lain. Tools steel tak boleh getas dan harus kuat.High Speed Steel (HSS) dari namanya baja ini bisa memotong baja pada kecepatan potong yang tinggi. Pada kecepatan tinggi, maka temperatur akan naik, namun HSS ini hanya mampu menahan sampai temperature 600 625oC. Komposisi dari HSS adalah 18% tungsten, 4 % chrom, vanadium 1%, karbon 0.75 1%, dan sisanya iron.Tungsten merupakan metal yang mahal, HSS dengan komposisi tungsten tinggi disebut HSS T series dan HSS dengan komposisi molybdenum tinggi disebut HSS M series.Special alloy steels. Baja ini dapat dikategorikan sebagai berikut :(i) baja mangan. Semua baja mengandung mangan untuk mencegah efek buruk dari sulfur. Contoh aplikasinya ada pada jalur kereta.(ii) baja nikel. Nikel pada baja ini bisa mencapai 50%. Nikel membuat baja tahan akan korosi, tak bersifat magnetic, dan rendah akan efisiensi termal. Contoh aplikasinya ada pada rotor turbin, katup pengapian internal .(iii) baja chrom. Chrom membuat baja tahan akan karat, menambah nilai ultimate tensile strength dan kekuatan IZOD. Biasanya digunakan campuran antara chrom dan nikel(Ni-Cr),baja ini biasa digunakan untuk tungku(furnace).(iv) baja silicon. Baja yang mengandung 0.05% karbon, 0.3% mangan dan 3.4% silikon. Baja silikon- mangan digunakan untuk pembuatan per.PERLAKUAN PANAS BAJA KARBONPerlakuan panas pada baja karbon bisa dilakukan pada 3 langakah berikut :(i) Pemanasan logam / campurannya pada suhu tertentu, suhu ini bergantung pada komposisi baja karbon yang digunakan.(ii) Didiamkan selama beberapa saat pada temperatur tertentu.(iii) pendinginan logam / campurannya pada medium air, oli atau udara.proses dalam perlakuan panas baja karbon dibagi menjadi 4, yaitu :(a) annealing. Tujuan dari proses ini untuk melunakan material, tegangan pada material juga bisa dihilangkan. Temperatur annealing pada baja karbon bisa dilihat pada tabel 2.1MaterialTemperature annealing (oC)

Baja karbon rendah(