KU1101 Pengantar Rekayasa dan Desain I
Materials Engineering
Luaran pertemuan pekan kesepuluhMahasiswa mengetahui klasifikasi material teknik dan contohpemakaiannya
Mahasiswa mengenal aspek pemilihan material sebagai bagian dari perancangan
Mahasiswa mengenal sifat mekanik material
Bagaimana Anda memilih material ?Apa persyaratan material komponen ?
Material dan Peradaban ManusiaPeradaban dibagi berdasarkan jenis material yang digunakan : stone age, bronze age, iron age, ..........nano-age
Material dan Perancangan
Material untuk vacuum cleaner
Dominant Material Power Weight Cost, USD
Hand Powered, 1900 Wood, Canvas, Leather 50 W 10 kg 270
Cylinder, 1950 Mild steel 300 W 6 kg 110
Sphere, 1965 Mild steel 450 W 5.5 kg 100
Cylinder, 1987 Moulded ABS and Polypropylene
800 W 4 kg 60
Klasifikasi MaterialBerdasarkan bahan baku
LogamKeramikPolimerKompositNano-material
Berdasarkan fungsi (Functional Material) :Structural MaterialBiomaterialElectronic material (semi conductor, superconductor, magnetic)Smart Material
Rata-rata pemakaian material dalam mobil buatan tahun 1985 (USA)
Klasifikasi MaterialLogam :
Material yang paling banyak dipakai di industriTidak pernah dipakai dalam keadaan murni karena kekuatannya rendah. Digunakan dalam bentuk logam paduan (alloy)Kekuatan tinggi, menghantar listrik/panas, mengkilap, dan dapat dibentuk (ulet, ductile)Baja (steel) : paduan besi (Fe) dengan karbon ( C, <2.1% berat )Perunggu (bronze) : paduan Cu dengan Sn (< 40%)Kuningan (brass) : paduan Cu dengan Zn (< 35%)Baja tahan karat (stainless steel) : paduan Fe dengan Cr (min. 11%)
Tahan karat karena terbentuknya lapisan tipis (atomic layer) oksida Cr2O3 yang rigid (non-porous) di permukaan material
Klasifikasi MaterialKeramik : material an-organik, non-logam
Bersifat isolator listrik/panas, tahan temperatur tinggi, getas, sukar dideformasiTerdiri atas dua kelompok : traditional ceramics dan engineering ceramicsTraditional ceramics : kaca, batu bata, keramik lantai (tile), produk seni
Bahan dasarnya : Al2O3, SiO2, SiC, atau Si3N4
Engineering Ceramics : Digunakan dalam komponen mesin atau komponen elektronik
silicon carbide untuk mesin turboAl2O3 untuk isolator busi (spark plug)
Klasifikasi MaterialPolimer :
Material organik yang terdiri dari C, H, dan O yang membentuk rantai molekul panjang (kumpulan dari “monomer”)
Ringan, fleksibel, insulator, tahan korosi
Terbagi atas dua kelompok besar : plastik dan elastomer (karet)
Plastik terbagi lagi atas dua kelompok :
Thermoplastic : dapat direcycle melalui pemanasan
Contohnya : polyvinyl chloride (PVC), polymethyl metacrylate (PMMA, flexyglass), polytetrafluoroethylene (PTFE, Teflon), polyamides (nylon)
Thermosetting Plastic (Thermosets) : permanen, tidak dapat direcycle melalui pemanasan
Contohnya : Epoxy resin, phenolic resin, melamine-formaldehyde (melamin), polyester
Klasifikasi MaterialMaterial Komposit (Composite Materials)
Gabungan dari dua atau lebih material. Matrix adalah “pengikat”, serat (fiber) adalah “penguat”Memanfaatkan sifat unggul dari masing-masing material penyusun
Polymer matric composite (PMC) : fiber glass (glass fiber reinforced polymer, GFRP)Metal matrix Composite (MMC)Ceramic matrix composite (CMC) : beton (concrete)
PMC paling berkembang dibanding MMC dan CMCPaling banyak digunakan dalam industri pesawat terbang
Ringan, tahan korosiSerat : gelas, karbon, aramid (kevlar) : kontinyu atau diskontinyu (short fiber)Matrix : polyester resin, epoxy resin
Klasifikasi Fungsional MaterialStruktural Material :
Material untuk konstruksi dan komponen mesinBaja profil : baja karbon rendah, baja paduan rendah (lowalloy steel)Temperatur rendah : Baja tahan karat austenitTemperatur tinggi (ruang bakar, sudu turbin) : superalloyKonstruksi ringan (pesawat terbang) : paduan aluminium
Klasifikasi Fungsional Material
BiomaterialLogam (Biometals) :
Masalah utama : biocompatibility (tidak beracun, stabil secara kimia, tahan korosi, tidak bersifat carcinogenics)Material yang sesuai : paduan titanium, paduan cobalt, stainless steel
BiomaterialPolymer (Biopolymer)
Paling banyak dipakai dalam dunia kedokteranKeunggulannya : ringan, mudah diproses, dapat dimodifikasi untuk meningkatkan biocompatibility-nya, tahan korosiKelemahan : kekuatan rendahContoh aplikasi :
Opthalmology : kacamata, contact lenses, kornea mata
Drug delivery system : obat dimasukkan kedalam kantong bio-degradable polimer dan ditempatkan/diimplant pada lokasi yang diinginkan. Obat akan keluar bersamaan dengan larutnya kantong polimer tersebut. Biodegradable polymer : polylactic acid (PLA) dan polyglycolic acis (PGA)
Orthopedy : sebagai bone cement. Contohnya PMMA
BiomaterialKeramik (Bioceramics)
Paling banyak dipakai dalam dunia kedokteran gigiKeunggulannya : biocompatibility, tahan korosi, kekakuan tinggi, tahan aus, koefisien gesek rendahKelemahan : tidak tahan beban tarikContoh aplikasi :
Al2O3 (alumina) untuk implant tulang dan implant gigi
Kekuatan MaterialKekuatan material (Gaya/Luas Penampang) : kemampuan material menahan bebanKekuatan Tarik (Tensile Strength, σu) [N/mm2]:
Beban maksimum yang dapat ditanggung agar tidak patah
Batas Luluh (Yield Strength, σy) [N/mm2]:Beban maksimum yang dapat ditanggung agar tidak terjadi deformasi plastis
Perpanjangan (Elongation, e) [%] :Kemampuan material mengalami deformasi plastis sampai patah
Dalam daerah elastis : Hukum Hooke : σ = eEE : modulus elastisitas [N/mm2]
Video Uji Tarik
Sifat Mekanik Material
Material (typical)
Yield Strength (MPa)
Ultimate Stregth, (MPa)
density (g/cm3)
Human skin 15 20 2.2
Stainless steel 520 860 8.19Aluminium alloy2014-T6 414 483 2.8Titanium 11 (Ti-6Al-2Sn-1.5Zr-1Mo-0.35Bi-0.1Si) 940 1040 4.5Carbon fiber N/A 1600 - 4137 1.75Diamond 1600 2800 3.5Carbon nanotube (see note below) N/A 11000-63000 0.037-1.34
Membandingkan sifat mekanik materialwww-materials.eng.cam.ac.uk
Struktur MaterialSifat material bergantung kepada strukturnya :
Struktur Mikro (skala ukuran mikro-meter)Struktur Nano (skala ukuran nano-meter)
Material dengan komposisi kimia yang sama akan mempunyai sifat berbeda jika strukturnya berbeda
Struktur mikro pipa stainless steel, diameter 12,7 mm
20 µm
NanomaterialMaterialnya: logam, keramik, polimer, atau komposit
Ukuran butir dalam strukturnya < 0.1 µm (100 nm)
Perubahan yang mungkin terjadi dengan mengecilkan ukuran butir dari skala mikro ke nano :
Kekuatan dan keuletan meningkat sampai 6xMengubah material yang tidak tembus cahaya menjadi tembus cahayaMaterial isolator menjadi konduktorMaterial menjadi mudah terbakarBiocompatibility menjadi lebih baik karena ukuran porositas sangat kecil
Material Nano :
Pemakaian karbon nano partikel sebagai serat penguat ban mobil, substitusi kawat
Material catalytic converter pada knalpot. Material single crystal (Ce0.5Zr0.5)O2
Top Related