Sifat – Sifat Mekanik BahanFiled under: Uncategorized — mustazamaa @ 12:21 pm 

Sifat – sifat dari bahan tersebut harus dikenali dengan baik agar dapat menggunakan

dan memilih bahan untuk digunakan secara keteknikan dengan tepat. Sifat – sifat ini

tentunya sangat banyak macamnya, karena sifat ini dapat ditinjau dari berbagai bidang

keilmuan, misalnya ditinjau dari ilmu kimia, akan diperoleh sifat – sifat kimia, demikian

juga bila ditinjau dari segi fisika, maka akan diperoleh pula sifat – sifat fisika dari suatu

bahan tersebut, dan lain sebagainya.

Class Property Class Property

Physical Dimension, shape

Density or specific gravity

Porosity

Moisture content

Macrostructure

Microstructure

Mechanica

l

Strength, tension,

compression, shear and

flezure (under static, impact

or fatigue condition)

Stiffness, Thoughness,

Elasticity, Plasticity,

Ductility, Brittleness,

Hardness, Wear resistance

Chemical Oxide or compound

composition

Acidity or alkalinity

Resistance to corrosion or

weathering

Thermal Specific heat

Expansion

Conductivity

Physico-

chemical

Water-absorptive or water-

repellant action, Shrinkage and

swell due to moisture changes

Electrical

and

magnetic

optical

Conductivity

Magnetic parmeability

Galvanic action

Colour

Light transmission

Light reflection

Acoustica

l

Sound transmission

Sound reflection

Tabel Berbagai macam sifat bahan

Dapat dilihat pada tabel diatas yaitu berbagai macam sifat bahan secara teknik yang

nantinya dapat dipertimbangkan dalam proses pemilihan bahan. Sifat – sifat tersebut

dikelompokkan berdasarkan beberapa kelas peninjauan, seperti secara fisik, mekanik,

kimua dan lain sebagainya. Tentunya tidak semua sifat tersebut diatas perlu

dipertimbangkan dalam dasar pemilihan bahan untuk suatu keperluan tertentu. Bisa saja

yang diperlukan dalam mempertimbangkan pemilihan suatu bahan dilihat dari sifat fisik

dan mekaniknya saja, atau sifat kimia dan mekaniknya saja.

Dalam dunia keteknikan kita biasanya sifat yang mendominasi dan berperan penting

dalam dasar pemilihan bahan yang akan digunakan adalah sifat mekanik. Sifat lain

seperti sifat kimia, sifat thermal dan sifat fisik menjadi pendamping dari sifat

mekaniknya. Seperti sifat kimia, misalnya dalam hal ini adalah korosi. Korosi merupakan

masalah yang sangat serius dalam dunia teknik dan memerlukan suatu pembahasan

tersendiri. Sifat fisik seperti density (berat jenis) misalnya, kadang – kadang juga perlu

dipertimbangkan.

Sifat fisik lain seperti strukturmikro biasanya perlu dipelajari secara khusus, karena

strukturmikro ini berkaitan erat dengan sifat – sifat lainnya. Seperti sifat mekanik, yaitu

kekuatan dan keuletan, dan juga sifat kimia, seperti tahan korosi, dan lain sebagainya.

Sifat lainnya seperti sifat thermal juga turut diperhitungkan. Misalkan saja untuk

komponen yang nantinya akan terkena panas tertentu, tentu saja sifat thermal seperti

panas jenis (specific heat), thermal conductivity, dan thermal expansion seringkali harus

tetap diperhitungkan.

1.1 Sifat mekanik

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya bahwa sifat mekanik adalah salah satu sifat

yang terpenting, karena sifat mekanik menyatakan kemampuan suatu bahan (seperti

komponen yang terbuat dari bahan tersebut) untuk menerima beban/gaya/energi tanpa

menimbulkan kerusakan pada bahan/komponen tersebut. Seringkali bila suatu bahan

mempunya sifat mekanik yang baik tetapi kurang baik pada sifat yang lain, maka diambil

langkah untuk mengatasi kekurangan tersebut dengan berbagai cara yang diperlukan.

Misalkan saja baja yang sering digunakan sebagai bahan dasar pemilihan bahan. Baja

mempunyai sifat mekanik yang cukup baik, dimana baja memenuhi syarat untuk suatu

pemakaian tetapi mempunyai sifat tahan terhadap korosi yang kurang baik. Untuk

mengatasi hal itu seringkali dilakukan sifat yang kurang tahan terhadap korosi tersebut

diperbaiki dengan cara pengecatan atau galvanising, dan cara lainnya. Jadi tidak harus

mencari bahan lain seperti selain kuat juga harus tahan korosi, tetapi cukup mencari

bahan yang syarat pada sifat mekaniknya sudah terpenuhi namun sifat kimianya kurang

terpenuhi.

Berikut adalah beberapa sifat mekanik yang penting untuk diketahui :

Kekuatan (strength), menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan

tanpa menyebabkan bahan menjadi patah. Kekuatan ini ada beberapa macam,

tergantung pada jenis beban yang bekerja atau mengenainya. Contoh kekuatan

tarik, kekuatan geser, kekuatan tekan, kekuatan torsi, dan kekuatan lengkung.

Kekerasan (hardness), dapat didefenisikan sebagai kemampuan suatu bahan

untuk tahan terhadap penggoresan, pengikisan (abrasi), identasi atau penetrasi.

Sifat ini berkaitan dengan sifat tahan aus (wear resistance). Kekerasan juga

mempunya korelasi dengan kekuatan.

Kekenyalan (elasticity), menyatakan kemampuan bahan untuk menerima

tegangan tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk yang permanen

setelah tegangan dihilangkan. Bila suatu benda mengalami tegangan maka akan

terjadi perubahan bentuk. Apabila tegangan yang bekerja besarnya tidak

melewati batas tertentu maka perubahan bentuk yang terjadi hanya bersifat

sementara, perubahan bentuk tersebut akan hilang bersama dengan hilangnya

tegangan yang diberikan. Akan tetapi apabila tegangan yang bekerja telah

melewati batas kemampuannya, maka sebagian dari perubahan bentuk tersebut

akan tetap ada walaupun tegangan yang diberikan telah dihilangkan. Kekenyalan

juga menyatakan seberapa banyak perubahan bentuk elastis yang dapat terjadi

sebelum perubahan bentuk yang permanen mulai terjadi, atau dapat dikatakan

dengan kata lain adalah kekenyalan menyatakan kemampuan bahan untuk

kembali ke bentuk dan ukuran semula setelah menerima bebang yang

menimbulkan deformasi.

Kekakuan (stiffness), menyatakan kemampuan bahan untuk menerima

tegangan/beban tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk (deformasi)

atau defleksi. Dalam beberapa hal kekakuan ini lebih penting daripada kekuatan.

Plastisitas (plasticity) menyatakan kemampuan bahan untuk mengalami sejumlah

deformasi plastik (permanen) tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan. Sifat ini

sangat diperlukan bagi bahan yang akan diproses dengan berbagai macam

pembentukan seperti forging, rolling, extruding dan lain sebagainya. Sifat ini juga

sering disebut sebagai keuletan (ductility). Bahan yang mampu mengalami

deformasi plastik cukup besar dikatakan sebagai bahan yang memiliki keuletan

tinggi, bahan yang ulet (ductile). Sebaliknya bahan yang tidak menunjukkan

terjadinya deformasi plastik dikatakan sebagai bahan yang mempunyai keuletan

rendah atau getas (brittle).

Ketangguhan (toughness), menyatakan kemampuan bahan untuk menyerap

sejumlah energi tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan. Juga dapat dikatakan

sebagai ukuran banyaknya energi yang diperlukan untuk mematahkan suatu

benda kerja, pada suatu kondisi tertentu. Sifat ini dipengaruhi oleh banyak faktor,

sehingga sifat ini sulit diukur.

Kelelahan (fatigue), merupakan kecendrungan dari logam untuk patah bila

menerima tegangan berulang – ulang (cyclic stress) yang besarnya masih jauh

dibawah batas kekuatan elastiknya. Sebagian besar dari kerusakan yang terjadi

pada komponen mesin disebabkan oleh kelelahan ini. Karenanya kelelahan

merupakan sifat yang sangat penting, tetapi sifat ini juga sulit diukur karena

sangat banyak faktor yang mempengaruhinya.

Creep, atau bahasa lainnya merambat atau merangkak, merupakan

kecenderungan suatu logam untuk mengalami deformasi plastik yang besarnya

berubah sesuai dengan fungsi waktu, pada saat bahan atau komponen tersebut

tadi menerima beban yang besarnya relatif tetap.

Beberapa sifat mekanik diatas juga dapat dibedakan menurut cara pembebanannya,

yaitu

Sifat mekanik statis, yaitu sifat mekanik bahan terhadap beban statis yang

besarnya tetap atau bebannya mengalami perubahan yang lambat.

Sifat mekanik dinamis, yaitu sifat mekanik bahan terhadap beban dinamis yang

besar berubah – ubah, atau dapat juga dikatakan mengejut.

Sifat-sifat Mekanik Material

            Sifat material secara umum dapat diklasifikasikan seperti di bawah ini :1.    Sifat FisikSifat yang telah ada pada material.contoh : warna, massa jenis, dimensi, bau, dan lain-lain.2.    Sifat KimiaSifat material yang berhubungan dengan komposisi kimia.contoh : kemolaran, kemolalan, dan konsentrasi.3.    Sifat TeknologiSifat material yang muncul akibat mengalami proses pemesinan, contoh : mampu tempa.4.         Sifat TermalSifat material yang dipengaruhi oleh temperature.contoh : konduktifitas termal, titik beku dan titik didih.5.        Sifat OptikSifat material yang berhubungan dengan pencahayaan.

contoh : rasioaktifitas, dan mampu dibiaskan.6.         Sifat AkustikSifat material yang berhubungan dengan bunyi.contoh : mampu meredam bunyi.7.       Sifat MagnetikSifat material untuk merespon medan magnet.contoh : mampu menyimpan magnet.8.          Sifat MekanikSifat material yang muncul akibat pembebanan mekanik.Adapun sifat mekanik pada material antara lain :a.        KekerasanKemapuan material untuk menahan deformasi plastis lokal akibat penetrasi di permukaan.b.       KekuatanKemapuan material untuk menahan deformasi plastis secara menyeluruh.c.        KeuletanKemampuan material untuk menahan deformasi plastis maksimum sampai material itu patah.d.       KelentinganBesarnya energi yang diserap material selama deformasi elastis berlangsunge.        KetangguhanBesarnya energi yang diserap material sampai material tersebut patah.f.        Modulus ElastisitasMerupakan ukuran kekakuan materialA.3      Cacat-cacat  pada Material Cacat pada material merupakan ketidaksempurnaan pada material. Cacat pada material terbagi atas :1.  Cacat titikCacat titik adalah cacat berupa titik pada material. Cacat titik terbagi atas :

a.       Vacancy (kekosongan), yaitu cacat yang terjadi akibat adanya kekosongan atom dalam susunan atom.

b.      Subtitusi/pergantian, yaitu cacat yang terjadi akibat adanya pergantian atom pada susunan atom.

c.       Intertisi adalah cacat yang terjadi akibat adanya atom lain yang menyusup dalam susunan atom. Intertisi terbagi atas:

       Self Intertisi, yaitu cacat akibat adanya atom yang menyisip pada susunan atom yang berasal dari atom itu sendiri.

       Impurity, yaitu adanya atom asing yang menyusup pada susunan atom yang bersifat mengganggu.2.  Cacat Garis/DislokasiCacat garis adalah ketidaksempurnaan pada material akibat kekosongan pada sebaris atom. Dislokasi terbagi atas dislokasi sisi dan dislokasi ulir.a.  Dislokasi sisi, adalah cacat garis yang arah pergerakan atomnya tegak lurus terhadap garis dislokasi. (Dislocation line)

b.  Dislokasi Ulir, yaitu cacat gais yang arah pergerakan atomnya sejajar terhadap arah garis dislokasi (Dislocation line).3.   Cacat BidangCacat bidang yaitu ketidak sempurnaan material pada sebidang struktur atom.Contohnya;       Twinning       Batas butir4.   Cacat RuangCacat ruang adalah ketidaksempurnaan kristal pada seruang atom yaitu timbulnya rongga antara batas butir karena orientasi butir dan dapat dilihat secara langsung.Contohnya :       Porositas       Retak       RonnggaA.4    Diagram Fasadiagram fasa Fe-Fe3C menampilkan hubungan antara temperature dan kandungan karbon (%C) selama pemanasan lambat.dari digram Fasa tersebut dapat diperoleh informasi informasi penting antara lain :

1.    Fasa yang terjadi pada komposisi dan temperature yang berbeda dengan kondisi pendinginan lambat

2.    Temperature pembekuan dan daerah derah pembekuan paduan Fe-C bila dilakukan pendinginan lambat3.    Temperature cair dari masing masing paduan4.    Batas batas kelarutan atau batas kesetimbangan dari unsur karbon pada fasa tertentu5.    Reaksi reaksi metalurgis yang terjadi yaitu reaksi eutektik ,peritektik dan eutektoidBeberapa istilah dalama diagram kesetimbangan Fe-Fe3C dan fasa fasa yang terdapat didaamnya akan dijelaskan dibawah ini.berikut ini adalah batas batas temperature kritis pada diagram Fe-Fe3C :

       Temperature reaksi eutektoid = perubahan fasa  g menjadi a + Fe3C (perlit) untuk baja hypoeutectoid       Titik curri = dimana sifat magnetik besi berubah dari feromagnetik menjadi para magnetik

       Temperature transformasi = fasa g menjadi a (ferit) yang ditandai dengan naiknya batas kelarutan karbon seiring dengan turunya temperature

       Temperature transformasi = fasa g menjadi Fe3C  (sementit) yang ditandai dengan penurunan batas larutan karbon seiring dengan turunnya temperature

       Temperature transformasi = g menjadi a+Fe3C (perlit) untuk baja hipereutektoidFasa fasa tyang terjadi dalam diagram kesetimbangan Fe-C selama pemanasan lambat :       Ferrit (a) yaitu paduan Fe dan C dengan larutan C max 0,025 % pada temperature 723oC,

struktur kristalnya BCC       Austenit (g) yaitu paduan Fe dan C dengan kelarutan C max 2% pada temperature

1148oC ,struktur kristalnya FCC

       Delta (d) adalah paduan Fe dan C dengan kelarutan C max ),1 % pada temperature 1493oC , struktur kristalnya BCC

       Senyawa Fe3C atau biasa disebut sementit dengan kandungan C max 6,67 % bersifat keras dan getas dan memilki struktur kristalorthorombic

       Liquid atau fasa cair adalah daerah paling luas deimana kelarutan C sebagai paduan utama dalam Fe tidak terbatas pada temperature yang bervariasiAdapun reaksi reaksi metalurgis yang bisa terjadi berdasarkan pada diagram Fe-Fe3C :

       Reaksi peritektik terjadi pada tenmperature 1495oC dimana logam cair dengan kandungan 0,53 % C bergabung dengan delta (d) kandungan 0,09%C bertransformasi menjadi austenit (g) dengan kandungan 0,17 % C . delta (d) adalah fasa padat pada temperature tinggi dan kurang berarti untuk proses perlakuan panas yang berlangsung pada temperature rendah

       Liquid (C=0,53 %) + delta (d) (C=0,09 %) austenite (g) (C=0,17 %)       Reaksi eutektik terjadi pada temperature 1148oC dalam hal ini logam cair dengan kandungan

4,3% C membentuk austenit (g) dengan 2% C dan senyawa sementit yang mengandung 6,67% C

       Liquid (C=4,3%) austenite (g) (C=2,11 %) + fe3C (C=6,67 %)       Reaksi eutectoid berlangsung pada temperature 723oC austenit (g) padat mengandung 0,8 %

C menghasilkan ferit (a) dengan kandungan 0,025 % C dan sementit (Fe3C) yang mengandung 6,67 % C       Austenit (g) (C=0,8%) ferit (a) ( C=0,025 %) + Fe3C (C=6,67%)A.5    Mekanisme Penguatan Material1.   Penguatan Larut PadatPenguatan dengan cara menambahkan sejumlah atom lain (atom asing) ke dalam sebuah gugusan atom induk. Pemaduan dalam jumlah tertentu dimana semua unsur pemadu terlarut padat dalam logam induk. Atom atom asing tersebut dapat larut padat intertisi atau substitusi tergantung pada ukurannya. Bila atom asing berukuran besar (d > 0.15D), maka larut padat substitusi. Kalau berukuran kecil (d < 0.15D) akan larut padat interstisi (d = diameter atom terlarut, D = diameter atom pelarut (atom induk).2. Penguatan dengan Fasa KeduaPenguatan fasa kedua terjadi ketika penambahan unsur paduan menghasilkan fasa kedua (second phase) atau fasa sekunder.Fasa kedua  bersifat keras (kuat) dan getas. Kekerasan (kekuatan) material meningkat dengan bertambahnya jumlah (fraksi berat) fasa kedua. Contoh paduan yang menghasilkan (memiliki) fasa kedua:Ø   Baja (Steel)Besi  (Fe) yang dipadu dengan karbon (C) menghasilkan fasa kedua senyawa Fe3C (sementit) disamping fasa utama ferrit (α) larut padat dalam (Fe) . Fasaferrit bersifat lebih lunak dan ulet sedangkan sementit sangat keras tapi rapuh.3.   Penguatan PresipitatMerupakan penambahan atom asing ke material utama. Keberadaan persipitat akan menghambat pergerakan dari dislokasi4.  Penguatan Dispersi

Logam paduan bisa ditingkatkan kekerasannya dengan penambahan partikel oksida yang akan menghalangi pergerakan dari dislokasi. Partikel oksida tidak larut dalam matriknya pada suhu tinggi. Penambahan partikel Al2O3 pada produk SAP (sintered aluminium product) akan memberikan kekuatan yang lebih tinggi dibandingkan padual Al  biasa pada suhu tinggi.5. Penguatan dengan Penghalusan Butir/Sub-butirBatas butir adalah penghalang dislokasi atau disebut juga penghalang terjadinya slip. Kemampuan menghalangi bertambah dengan peningkatan sudut mis-orientasi butir (angle of misorientation). Butir halus mempunyai batas butir lebih banyak sehingga penghalang dislokasi lebih banyak dan lebih susah terjadinya slip akhirnya material menjadi lebih kuat. Makin halus ukuran butir maka bidang slip akan semakin pendek sehingga dislokasi akan cepat sampai ke batas butir. Semakin halus ukuran butir maka material akan semakin kuat.6. Pengerasan ReganganUntuk masing masing kenaikan regangan plastis, dibutuhkan tegangan yang lebih besar untuk menggerakkan dislokasi dibandingkan sebelumya karena dislokasi telah banyak yang sampai kebatas butir. Ini berarti logam bertambah kekerasan dan kekuatan.7. Penguatan dengan TeksturProses defornasi akan menyebabkan butir-butir dari logam mengarah pada orientasi tertentu. Logam yang orientasi kristalnya mengarah pada orientasi tertentu dikatakan memiliki tekstur kristalografis. Dengan adanya orientasi yang tertentu tersebut, maka logam tidak lagi bersifat isotrop melainkan justru bersifat anisotrop khususnya dalam hal kekuatannya8.  Pengerasan MartensitMartensit memiliki susunan atom BCT sehingga dislokasi menjadi susah untuk bergerak. Baja dipanaskan sampai fasa austenit lalu dilakukan pendinginan cepat sehingga atom-atom karbon pada austenit tidak sempat berdifusi keluar, akibatnya austenit akan bertransformasi menjadi martensit yang memiliki sel satuan BCT. Kekerasan martensit akan semakin tinggi dengan semakin banyaknya atom karbon yang larut didalamnya.