bab-02-material-dan-proses (1)

8/17/2019 bab-02-material-dan-proses (1)

1/36

2-1

BAB II MATERIAL DAN

PROSES

2.1. Pendahuluan

Pemilihan material adalah merupakan salah satu langkah penting dalam perancangan

mesin. Jenis material apa yang sebaiknya digunakan untuk komponen tertentu? Ini

adalah pertanyaan yang sangat dasar yang sering dihadapi perancang. Karakteristik apa

saja yang harus dipertimbangkan : kekuatannya? tahan korosi? density? machine

ability? dan pertanyaan-pertanyaan lain-lainnya. Seandainya perancang telah

mendapatkan jenis material yang cocok, biasanya masih ada kendala-kendala lain yang

harus dihadapi seperti misalnya harganya mahal, material tidak tersedia di pasar.. dan

kendala lainnya.

Kegiatan pemilihan material dan proses manuacturing!abrikasi adalah merupakan

bagian yang terintegrasi dalam perancangan mesin. Jadi kemampuan dalam

mengeksploitasi potensi dan karakteristik serta siat-siat material adalah essensial bagi

insinyur perancangan mesin. "ambar #.$ menjelaskan hubungan yang menunjukkan

integrasi antara desain, pemilihan material dan proses produksi dalam pengembangan

peralatan mesin.

"ambar #.$ %ubungan terintgrasi antara desain, material, dan prosesproduksi

&ashbey'

2.2. Klasifikasi Material

(erdapat banyak sekali jenis material yang tersedia di alam. )i dalam dunia teknik,

material umumnya diklasiikasikan menjadi lima jenis yaitu : material logam, keramik,

glass, elastomer, polymer, dan material komposit. "ambar #.# menunjukkan klasiikasi

material teknik tersebut. Saat ini penggunaan material logam dan berbagai paduannya


2/36

masih mendominasi bahan peralatan mesin. *ontoh : engine dan komponen-

komponennya ++ terbuat dari logam. Penggunaan material komposit dan keramik untuk

perlatan mesin pada akhir abad # mulai berkembang cukup pesat. *ontoh : komposit

untuk struktur pesaat terbang, struktur kapal cepat, pipa, tangki dll, sedangkan keramik

digunakan untuk bearing, dan komponen tribologi lainnya. /engingat saat ini komponen

mesin umumnya terbuat dari logam maka dalam bab ini pembahasan lebih okus pada

material logam dan paduannya. 0ntuk memahami lebih jauh tentang material yang lain,

pembaca disarankan membaca reerensi dalam bab ini.

"ambar #.# Klasiikasi material teknik&ashbey'

2.. Sifat Mekanik Material

Pemahaman yang menyeluruh mengenai siat-siat material, perlakuan, dan proses

pembuatannya sangat penting untuk perancangan mesin yang baik. Siat material

umumnya diklasiikasikan menjadi siat mekanik, siat isik, siat kimiai. )i dalam bab ini

kita hanya membahas siat-siat mekanik.

Siat mekanik secara umum ditentukan melalui pengujian destrukti dari sampel material

pada kondisi pembebanan yang terkontrol. Siat mekanik yang paling baik adalah didapat

dengan melakukan pengujian prototipe atau desain sebenarnya dengan aplikasi

pembebanan yang sebenarnya. 1amun data spesiik seperti ini tidak mudah diperoleh

sehingga umumnya digunakan data hasil pengujian standar seperti yang telah

dipublikasikan oleh 2S(/ 3 American Society of Mechanical Engineer 4.


3/36

2..1 !"i Tarik dan Tensile Strength

Spesimen uji standar yang biasa dipakai ditunjukkan pada gambar #.5. 6atang yang

dipakai untuk pengujian material biasanya mempunyai diameter standar d o dan panjang

ukur standar l o. Panjang ukur adalah panjang tertentu sepanjang bagian yang berdiameter

kecil dari spesimen yang ditandai dengan dua takikan sehingga pertambahan panjangnya

dapat diukur selama pengujian. Pengujian dilakukan dengan menarik batang uji perlahan-

lahan sampai patah, sementara beban dan jarak panjang ukur dimonitor secara kontinyu.

*ontoh hasil pengujian ini adalah kur7a tegangan-regangan seperti yang dapat dilihat

pada gambar #.8

%asil uji tarik dapat ditampilkan dalam bentuk kur7a 9(egangan-regangan. )imana

¾ (egangan 3σ 4 dideinisikan sebagai beban per satuan luas dan untuk spesimen uji

tarik dirumuskan sebagai berikut :

σ = P Ao

(2. 1)

)imana P adalah beban yang bekerja sedangkan Ao adalah luas penampang

spesimen. Satuan untuk tegangan adalah Psi atau Pa.

¾ ;egangan adalah perubahan panjang per satuan panjang dan dapat dihitung sebagai

berikut :

ε = l − lol o

(2. 2)

)imana l o adalah panjang aal sedangkan l adalah panjang spesimen setelah

mendapat beban P .

#a$%ar 2. Spesimen uji tarik


4/36

#a$%ar 2.& Kur7a tegangan-regangan hasil uji tarik, 3a4 baja karbon rendah, 3b4 baja karbon

tinggi3annealed 4.

Siat-siat material yang dapat ditentukan dari uji tarik adalah :

/odulus elastisitas

(itik pl pada gambar #.8 menunjukkan batas 9proporsional dimana dibaah titik

itu tegangan sebanding dengan regangan. Siat proporsional ini dapat

diormulasikan dengan hukum %ooke :

E =σε

(2. 3)

E adalah kemiringan kur7a tegangan-regangan sampai batas proporsional dan

disebut sebagai M'dulus Elastisitas material atau M'dulus ('un). E adalah

merupakan ukuran kekakuan material pada batas elastisnya.

6atas elastis 3elastic limit 4

(itik el pada gambar #.#a adalah batas elastis, atau titik dimana bila batas ini

terleati, material akan mengalami perubahan permanen atau deormasi plastis.

6atas elastis ini juga merupakan tanda batas daerah *erilaku elastis dengan

daerah *erilaku *lastis.

Kekuatan luluh 3Yield Strength4

Pada titik y, material mulai mengalami luluh dan laju deormasinya meningkat. (itik

ini disebut titik luluh 3yield point 4 dan nilai tegangan pada titik ini dideinisikan

sebagai kekuatan luluh material 3S+4.

0ntuk material yang tidak mempunyai titik luluh yang jelas, kekuatan tariknya

harus dideinisikan dengan menggunakan garis oset. "aris oset ini digambar

paralel dengan kur7a elastis dan di-oset sejauh ,# dari regangan total pada

sumbu regangan.


5/36

Kekuatan tarik ultimat 3Ultimate Tensile Strength4

(egangan pada kur7a tegangan-regangan akan terus meningkat sampai

mencapai puncak atau nilai kekuatan tarik ultimat 3Sut4 pada titik u. Pada gambar

#.8 terdapat dua kur7a pada masing-masing gambar. Kedua kur7a ini adalah

kur7a tegangan-regangan teknik 3engineering stress-strain curve4 dan kur7a

tegangan-regangan sebenarnya 3true stress-strain curve4. Pada kur7a tegangan-

regangan teknik, perhitungan tegangan dan regangan dilakukan dengan

menggunakan luas penampang aal , Ao, dan panjang ukur aal,l o, sedangkan

pada kur7a tegangan-regangan sebenarnya perhitungan dilakukan dengan

memperhitungkan perubahan luas penampang dan panjang sebenarnya.

Keuletan dan ke)etasan

¾ Keuletan 3ductility4 adalah siat material yang dideinisikan sebagai kecenderunganmaterial untuk mengalami deormasi secara signiikan sebelum patah. 2dapun ukuran

keuletan suatu material diukur dengan menggunakan persen perpanjangan sebelum

patah atau persen pengurangan luas sebelum patah. /aterial dengan perpanjangan

lebih dari


6/36

kekuatan tekan yang berbeda sehingga tergolong dalam jenis uneven material. Jadi

untuk material getas, uji tekan sangat diperlukan untuk mendapatkan kur7a tegangan-

regangan yang lengkap. *ontoh bentuk akhir uji tekan untuk material getas dan ulet

ditunjukkan pada gambar #.=.

#a$%ar 2.0 Spesimen uji tekan setelah patah, 3a4 baja ulet, 3b4 besi cor getas

2.. !"i Tekuk dan leural Stren)th

0ji bending biasanya dilakukan untuk menentukan le>ural strength komponen. Pengujian

ini dilakukan dengan menumpu batang dengan tumpuan sederhana dan kemudian

membebani batang tersebut secara trans7ersal pada bagian tengahnya. 6ila materialnya

ulet, kegagalan yang terjadi berupa luluh sedangkan bila materialnya getas kegagalannya

adalah berupa patahan. "ambar #. menunjukkan contoh hasil akhir uji bending.

#a$%ar 2.3 Spesimen uji tekuk setelah gagal, 3a4 baja ulet, 3b4 baja karbongetas

2..& !"i Puntir Shear Stren)th

0ji puntir dilakukan untuk mengetahui siat geseran pada material. 0ji puntir biasanyadiperlukan untuk komponen yang beban utamanya adalah beban puntir. 6entuk spesimen

uji puntir ini tidak jauh berbeda dengan bentuk spesimen uji tarik. "ambar #.@

menunjukkan contoh hasil akhir uji puntir.


7/36

#a$%ar 2.4 Spesimen uji puntir setelah gagal, 3a4 baja ulet, 3b4 besi cor getas.

Siat-siat mekanik dapat ditentukan dengan uji tarik adalah sebagai berikut :

/odulus kekakuan geser 3Modulus of igidity 4

Persamaan tegangan-regangan untuk puntiran murni dideinisikan sebagai berikut:

τ =!rθ

l o

(2. 4)

)imana τ adalah tegangan geser, r adalah radius spesimen, l o adalah panjang

ukur, θ adalah puntiran sudut dalam radian, dan ! adalah modulus kekakuan

geser. %ubungan ! dengan modulus Aoung dan rasio P'iss'n5s dinyatakan

sebagai berikut :

! = E

# ($+ν )(2. 5)

Rasi' P'iss'n5s ,υ- adalah perbandingan antara regangan arah lateral dengan

regangan longitudinal.

Ta%el 2.1 ;asio Poisson, B untuk beberapa material logam

Material υ

2luminium ,58

(embaga ,5<

6esi ,#@

6aja ,#@

/agnesium ,55

(itanium ,58

Kekuatan geser ultimat 3Ultimate shear strength4

(egangan ketika spesimen uji putus disebut kekuatan geser ultimat atau modulus

of rupture 3Sus4.

Sus

=Tr

"

(2. 6)

)imana T adalah torsi yang diperlukan untuk memutuskan spesimen, r adalah

radius spesimen, dan " adalah inersia polar penampang spesimen. 6ila data


8/36

kekuatan geser ultimat tidak ada, dapat digunakan pendekatan sebagai berikut

&norton':

6aja

Cogam ulet lainnya

Sus

≅ ,@Sut

Sus

≅ ,


9/36

2..0 !"i Lelah dan Enduran8e Li$it

)alam aplikasi nyata, banyak sekali komponen mesin yang mengalami pembebanan yang

ber7ariasi terhadap aktu baik besar maupun arahnya. 6eban seperti ini disebut beban

dinamik. 6eban dinamik yang bekerja bolak-balik atau berluktuasi dapat menimbulkan

kegagalan lelah 3atigue4. Siat mekanik material sehubungan dengan enomena ini

adalah kekuatan lelah 3fatigue strength4. Kekuatan lelah dapat ditentukan dengan

melakukan u"i lelah, menggunakan mesin ;.;. /oore. "ambar #.+ menunjukkan set-up

uji lelah dan beban bolak-balik yang dialami spesimen uji.

"ambar #.+ 3a4 mesin uji lelah ;.;. /oore, 3b4 6eban dinamik bolak-balik yang dialamispesimen

%asil uji lelah material dapat ditampilkan dalam bentuk diagram S-1 yang menyatakan

hubungan tegangan dengan jumlah siklus.

"ambar #.$ )iagram S-1 hasil uji lelah untuk material baja

2..3 !"i i$*ak dan I$*a8t Resistan8e

Salah satu kondisi pembebanan yang terjadi pada komponen mesin adalah beban impak

dan pada kondisi ini kapasitas penyerapan energi sangatlah penting. Fnergi yang

dimaksud adalah strain energy , atau daerah di baah kur7a tegangan-regangan

sedangkan resilience dan toughness adalah ungsi dari luas daerah ini.


10/36

2-

2da dua metode uji impak yang umum digunakan yaitu metode I;'d dan metode /har*+.

Kedua metode ini menggunakan spesimen yang ditakik dan pendulum sebagai

pemukulnya. Perbedaan terletak pada posisi spesimen dan titik kontak pendulum dengan

spesimen.

esilience

Kemampuan material untuk menyerap energi tanpa deormasi permanen disebut

resilience, U atau disebut juga modulus of resilience dan besarnya proporsional

dengan luas dibaah kur7a tegangan-regangan sampai batas elastisnya.

U

= ,


11/36

2-

6esi cor putih ini bersiat sangat keras dan juga getas. 6esi cor ini sulit di-mesin dan

penggunaannnya sangat terbatas seperti untuk lining pada mi)er semen dimana

kekerasannya sangat diperlukan.


12/36

6esi cor kelabu 3grey cast iron4

6esi cor jenis ini paling banyak digunakan. Jenisnya ber7ariasi dan diklasiikasikan

berdasarkan kekuatannya. Penggunaannya diantaranya adalah untuk rangka meisn,

blok mesin, teromol rem dan sebagainya.

Mallea*le cast iron

6esi cor ini mempunyai kekuatan tarik yang lebih tinggi dibanding besi cor kelabu dan

banyak digunakan untuk komponen mesin yang menerima tegangan lentur.

+odular cast iron

Kekuatannya paling tinggi diantara besi cor. 6esi cor ini lebih tangguh, lebih kuat,

lebih ulet, dan lebih tidak berpori dibanding besi cor kelabu. /aterial ini biasa

digunakan untuk komponen yang menerima beban fatigue seperti piston, poros

engkol, dan cam.

Ba"a /'r ,/ast Stee l-

Komposisi kimia baja cor ini sama dengan (rought steel tetapi siat-siat mekaniknya lebih

rendah daripada (rought steel. Kelebihan baja ini adalah mudah diproses dengan sand

casting dan investment casting.

=r' u )ht S t eel

Kata 9(rought berarti manipulasi bentuk material dilakukan tanpa melelehkannya. 2da

dua macam proses yang biasa dilakukan yaitu hot rolling dan cold rolling .

#ot-rolled steel

/aterial ini dibuat dengan meleatkan *illet baja panas pada beberapa roller yang

akan mengubah bentuknya menjadi -*eam, channel section, pelat, lembaran,

kotak, tu*e, dan sebagainya. 6aja jenis ini banyak digunakan untuk rangka

struktur, dan komponen-komponen mesin yang memerlukan proses pemesinan

lainnya.

old rolled steel

6aja ini dibuat dari *illet atau bentuk hasil hot rolling, dengan meleatkannya

meleati roller pada temperatur kamar. %asil proses ini biasanya adalah berupa

pelat, lembaran, tu*e, serta batang berpenampang lingkaran atau persegi.

Alu$iniu$

rought Aluminum Alloys

Paduan aluminium jenis ini tersedia dalam bentuk -*eam, channel, batang, lembaran,

tu*e, dan batang berpenampang lingkaran, dan bersudut.


13/36

2dapun kur7a tegangan-regangan paduan aluminium yang umum digunakan dan

kekuatan tariknya dapat ditunjukkan sebagai berikut :

ast Aluminum Alloys

Paduan aluminium jenis ini berbeda ormulasinya dengan (rought alloy .

Penggunaanya lebih dikhususkan untuk diproses dengan pengecoran.

Ti tani u$

(itanium mempunyai beberapa kelebihan dibanding material lain yaitu ringan, sangat

kuat, nonmagnetik, tahan korosi, dan dapat digunakan pada temperatur tinggi 3sampai


14/36

Ta%el 2. Penomoran baja paduan menurut 2ISI!S2F

#a$%ar 2.11 Kur7a tegangan-regangan tarik tiga jenis baja paduan

2.0 Sifat


15/36

P'li$er

Polimer adalah molekul rantai panjang dari bahan organik atau campuran berbasis

karbon. Polimer ini terdiri atas dua macam yaitu thermoplastic dan thermosets. 6ahan

thermoplastic mudah dicetak dan akan mencair kembali jika dipanaskan. 2dapun

material thermoset akan mengalami ikatan silang pada saat pertama kali dipanaskan dan

akan terbakar bila dipanaskan ulang.

Kera$ik

Keramik yang digunakan dalam dunia teknik adalah merupakan campuran unsur logam

dan non-logam. Keramik ini dapat berupa oksida logam tunggal, campuran oksida logam,

karbida, nitrida, borida, dan bahan lain seperti 2l#H5, /gH, Si*, dan Si518. Siat-siat

utama keramik adalah kekerasan yang tinggi, sangat getas, tahan temperatur tinggi,

punya ketahanan kimia yang tinggi, kekuatan tekan yang tinggi, kekuatan dielektrik yang

tinggi, serta harga dan bobot yang rendah.

#a$%ar 2.12 Kur7a tegangan-regangan tarik tiga jenis polimer termoplastik

Ta%el 2.1 Jenis-jenis polimer

Ter$'*lastik Ter$'set

Cellulosics AminosEthylenics Elastomers

Polyamides Epoxies

Polyacetals Phenolics

Polycabonates Polyesters

Polyphenyline oxides Silicones

Polysulfanes rethanes


16/36

K ' $* ' sit

Komposit pada dasarnya adalah gabungan bahan-bahan yang berbeda dalam skala

makro. 2dapun contoh komposit alami yang ada di alam adalah kayu yang merupakan

gabungan serat selulosa didalam matriks lignin. Komposit buatan manusia biasanya

merupakan gabungan antara material serat yang kuat seperti serat kaca, karbon atau

boron yang digabungkan dalam matriks resin seperti epo>y atau polimer. Kelebihan

komposit adalah siatnya yang dapat diatur. Salah satu cara pengaturan siat pada

material komposit adalah dengan mengubah arah orientasi, susunan, dan sudut material

penyusunnya.

2.3 Pr'ses Pe$%entukan Mekanik

Pengerjaan dingin 3old (or0ing 4

Proses ini dilakukan dengan memproses logam dengan proses mekanis seperti

rolling, pada temperatur ruangan. Pemrosesan seperti ini akan meningkatkan

kekuatan dan kekerasan material karena terjadi proses strain hardening .

#a$%ar 2.1 Strain hardening pada logam ulet akibat pengerjaan dingin

Pengerjaan panas 3#ot (or0ing 4

Proses ini dilakukan dengan melakukan pengerjaan mekanis pada temperatur

diatas temperatur kristalisasinya. %asil dari proses ini adalah logam dengan

keuletan yang tinggi dan kekuatan yang lebih rendah daripada hasil pengerjaan

dingin.

Penempaan 3%orging 4

Proses ini dilakukan dengan melakukan serangkaian penempaan pada logam

yang panas sampai terjadi bentuk akhir komponen yang diinginkan. Proses ini

hanya bisa dilakukan pada logam yang ulet. Kelebihan proses ini adalah kekuatan

komponen hasil tempaan lebih kuat dari hasil pengecoran ataupun pemesinan

karena orientasi butir mendekati bentuk komponen yang bersangkutan.


17/36

#a$%ar 2.1& Poros engkol hasil penempaan untuk mesin truk diesel.

Fkstrusi

Proses ini biasanya dilakukan pada logam nonferrous khususnya aluminium.

Proses ini dilakukan dengan memanaskan billet dari komponen yang akan di-

ekstrusi dan kemudian meleatkannya melalui cetakan pada mesin ekstrusi.

#a$%ar 2.1 %asil proses ekstrusi

2.4 Pr'ses Perlakuan *anas ,6eat treat$ent-

Kekerasan dan karateristik lain dari kebanyakan baja dan beberapa logam nonferrous

dapat diubah dengan perlakuan panas. 2da beberapa macam pelakuan panas yang biasa

dilakukan:

1uenching

Proses 2uenching pada dasarnya adalah proses pendinginan cepat yang

dilakukan pada logam yang telah dipanaskan diatas temperatur kritisnya. Pada

baja karbon sedang atau tinggi proses ini akan menghasilkan asa yang disebut

martensit yang sangat kuat dan getas.


18/36

Tempering

Proses ini biasanya merupakan lanjutan dari proses 2uenching dan bertujuan

untuk mengurangi kegetasan material hasil 2uenching . Proses ini dilakukan

dengan memanaskan material yang sudah di-2uench pada temperatur di baah

temperatur kritisnya selama rentang aktu tertentu dan kemudian didinginkan

secara perlahan.

Annealing

Proses ini merupakan kebalikan proses 2uenching dan tempering. Proses ini

dilakukan dengan memanaskan baja diatas tempertur kritisnya dan kemudian

didinginkan perlahan-lahan. %asil proses ini adalah baja dengan siat yang sama

dengan sebelum dilakukan pengerasan.

+ormali/ing

Pada dasarnya normali/ing ini sama dengan annealing . Perbedaannya terletakpada aktu pemanasan yang lebih pendek dan laju pendinginan yang lebih cepat.

%asilnya adalah baja yang lebih kuat dan lebih keras dari baja yang di-anneal

secara penuh tetapi lebih mendekati siat kondisi yang di-anneal daripada dengan

yang di-temper .

#a$%ar 2.10 Kur7a tegangan-regangan untuk baja yang di-2uench, di-anneal , dan di-temper

2.> Pr'ses Perlakuan *er$ukaan ,Surfa8e treat$ent-

)alam beberapa penggunaan material, sering diperlukan material yang tidak seragam

siatnya. /isalnya pada roda gigi dimana permukaannya diharapkan keras untuk

mengurangi gesekan dan aus, sedangkan bagian dalamnya diharapkan ulet agar lebih

tahan terhadap beban dinamik dan impak. 6eberapa jenis perlakuan permukaan yang

umum dilakukan adalah sebagai berikut :

-ar*uri/ing


19/36

Proses ini dilakukan dengan memanaskan baja karbon rendah di dalam

lingkungan gas monoksida, sehingga baja akan menyerap karbon dari gas *H.

+itriding

Proses ini dilakukan dengan memanaskan baja karon rendah di dalam lingkungan

gas 1itrogen sehingga terbentuk lapisan besi nitrida yang keras pada

permukaannya.

-yaniding

Proses ini dilakukan dengan memanaskan komponen yang akan diproses, ke

dalam larutan garam sianida dengan temperatur sekitar @* sehingga baja

karbon rendah akan membentuk lapisan karbida dan nitrida.

%lame hardening

Proses flame hardening dan induction hardening biasa dilakukan pada baja

karbon sedang atau tinggi. %lame hardening dilakukan dengan memanaskanpermukaan yang akan dikeraskan dengan nyala api o)yacetylene yang dilanjutkan

dengan semprotan air untuk 2uenching .

nduction hardening

Proses ini prinsipnya sama dengan flame hardening tetapi pemanasannya tidak

dilakukan dengan menggunakan nyala api tetapi dengan menggunakan kumparan

listrik.

2.1? Pr'ses Pela*isan

!alvanic action

Proses ini dilakukan dengan menghubungkan dua logam yang

berbeda potensial elektrolisisnya sehingga logam yang satu

akan terurai sedangkan logam yang lain akan terlindungi.

Proses ini biasanya dilakukan untuk melindungi logam dari

korosi.

Electroplatting

Pada dasarnya proses ini dilakukan dengan membuat sel

gal7anis dimana komponen yang akan dilapisi menjadi katoda

sedangkan material pelapis menjadi anoda. Kedua logam ini

dicelupkan dalam larutan elektrolit dan arus )* diberikan dari

anoda ke katoda.

Electroless platting

Pelapisan jenis ini dilakukan tanpa arus listrik dan juga tanpa

anoda. Prosesnya dilakukan dengan mencelupkan substrat

Ta%el 2.0rutan gal7anis

logam did a la m

air laut

2-1!


20/36

2-

yang akan dilapisi pada larutan elektrolit. Substrat ini bertindak sebagai katalis yang

akan memulai reaksi sehingga ion pelapis 3biasanya nikel4 akan melapisi substrat.

Anodi/ing

Proses ini dilakukan dengan membantuk senyaa oksida pada permukaan benda

kerja sehingga oksidasi akibat oksigen dari atmoser tidak akan terjadi. Proses ini

biasanya dilakukan pada aluminium, magnesium, Ginc, dan titanium.

Plasma-sprayed coating

Proses ini dilakukan dengan menyemprotkan pelapis dengan temperatur yang sangat

tinggi sehingga terbentuk lapisan keramik yang sangat keras pada permukaan

material.

Pelapisan kimia

Proses ini pada dasarnya adalah proses pengecatan lapisan pelindung pada

komponen yang akan dilapisi. 6ahan pelindung disesuaikan dengan kondisilingkungan dan material yang akan dilapisi.

2.11 Para$eter


21/36

2-

boleh melebihi nilai kritisnya, εcr . )engan menggunakan hukum %ooke dan

persamaan tegangan, σ P!2, diperoleh persamaan berikut :

A = P ! E εcr

dan berat elemen batang tersebut adalah :

= Al ρ

dengan mensubstitusikan persamaan #.$# ke persamaan di atas diperoleh :

(2. 12)

=⎛

Pl ⎞ ⎛ $ ⎞

⎝ εcr ⎠ ⎝ E ! ρ ⎠(2. 13)

Pada persamaan #.$5 diketahui baha suku pada kurung kedua merupakan ungsi dari

siat-siat material. )engan memaksimalkan suku pada kurung kedua, maka beratnya

akan diminimalisir.

Pada gambar #.$ garis reerensi menunjukkan desain berat minimum dengan syarat

batas regangan pada kondisi berikut :

F!$ * ;ancangan beban minimum untuk batang tarik kaku

F$!#

!$ % * ;ancangan biaya minimum untuk kolom atau *eam kaku

F$!5

!$ % * ;ancangan biaya minimum untuk pelat kaku

3F!$#$!#

* (ave speed in material

/'nt'h s'al 2.1

)iketahui : Sebuah batang pancing akan dibuat dari material yang akan memberikanbobot yang kecil dan kekakuan yang tinggi.

)icari : )ari gambar #.$, tentukan mana yang lebih baik, batang yang dibuat dari

plastik 3tanpa penguat fi*er 4 atau split-cane rod 3serat bambu yang

direkatkan bersama4

Jaaban : "ambar #.$ menunjukkan baha hanya polimer yang sangat khusus yang

mempunyai modulus elastisitas setinggi serat kayu. Polimer juga biasanya

lebih rapat dua atau tiga kali daripada kayu. Jadi split-cane rod akan

memberikan bobot yang lebih rendah untuk kekakuan yang diberikan untuk

semua plastik.

⎜ ⎟ ⎜ ⎟


22/36

#a$%ar 2.13 /odulus elastisitas 7s densitas

2.11.2 Kekuatan @ersus densitas

6erat dapat ditunjukkan oleh densitas. Sedangkan kekuatan memiliki arti yang berbeda

untuk jenis material solid yang berbeda. 0ntuk logam dan polimer, kekuatan yang

dimaksud adalah kekuatan luluhnya yang biasanya nilainya sama baik untuk tarik maupun

tekan. 0ntuk keramik yang getas, kekuatan yang dimaksud adalah crushing strength

akibat tekanan, bukan akibat tarik. 0ntuk elastomer, kekuatan yang dimaksud adalah tear

strength dan untuk komposit kekuatan yang dimaksud adalah tensile failure strength.

"ambar #.#$ sangat berguna untuk memperkirakan material yang optimum berdasarkan

kekuatan dimana deormasi akibat beban yang diterima tidak dipermasalahkan. Pemilihan


23/36

dilakukan dengan memilih garis reerensi dan yang paling jauh dari garis ini berarti

material ini superior. 2dapun kondisi yang berhubungan dengan garis reerensi ini adalah:

σ!ρ * elemen tarik

σ#!5

!ρ * *eam dan poros

σ$!#

!ρ * pelat

/'nt'h s'al 2.2

)iketahui : 6atang pancing pada contoh soal #.$ dibuat dalam bentuk tu*e tirus dengan

tebal dinding tertentu yang terdistribusi sepanjang batang.

)icari : /aterial yang sesuai sehingga diperoleh batang yang paling kuat dengan

berat seperti yang ditentukan.

Jaaban : "ambar #.$@ menunjukkan baha material yang paling kuat adalah intan

dan silikon karbida serta keramik lainnya. /aterial tersebut sangat mahal

untuk digunakan sebagai bahan batang pancing. Sehingga yang palingsesuai adalah car*on fi*er reinforced plastic atau plastik yang diperkuat

serat kaca 3glass fi*er reinforced plastic 4 yang mempunyai kekuatan @

sampai $ /pa untuk densitas sebesar $


24/36

#a$%ar 2.14 &e'uatan (s densitas

2.11. Kekakuan @ersus kekuatan

"ambar #.$+ menunjukkan hubungan modulus elastisitas dengan kekuatan. "aris

reerensi pada gambar tersebut sangat berguna untuk keadaan berikut :

S!F * Perancangan seal dan engsel

S5!#

!F * Komponen elastis seperti diaragma

S#!F * Penyimpan energi elastis per 7olume


25/36

/'nt'h S'al 2.

#a$%ar 2.1> /odulus elastisitas 7s kekuatan

)iketahui : Pegas pada suspensi mobil dapat dibuat dari karet, baja, dan palstik yang

diperkuat serta karbon. "eometri untuk pegas suspensi yang berbedasangat berbeda satu sama lain tergantung dari deormasi elastis yang

diperbolehkan.

*ari : ;egangan elastis maksimum pada tiga jenis pegas jika karet yang digunakan

adalah jenis polyurethane 3P04, kekuatan baja $ "pa, dan plastik berserat

karbon yang digunakan adalah satu lapis 3uniply 4.

Jaaban : )ari gambar #.$+ diketahui baha karet P0 mempunyai kekuatan 5 /pa,

dan modulus elastisitas ,< "pa. ;egangan elastis maksimumnya adalah :

⎛ S ⎞ =

5 =

, =⎝ E ⎠0aret


26/36

2dapun untuk baja dan plastik berserat karbon adalah sebagai berikut :

⎛ S ⎞ =

$= ,<

⎝ E ⎠*a3a #<

⎛ S ⎞ =

$= ,


27/36

At h

= rl s

)imana jarak gesernya adalah l s jarak geser, m.

r

=

th

A l s

=-, 5

= $−<

5

(ekanan dapat dituliskan sebagai berikut :

⎛ ⎞ $ $ −<

⎜

A⎟ & # ×$

−$5

⎝

⎠ A

Karena p pl , tekanan batas digunakan untuk menghitung ukuran slider .

∴ p A = ($) ($= )+ = $+

$

$

∴ A = = = $,#


28/36

#a$%ar 2.2 Caju keausan 7s tekanan batas

2.11. M'dulus ('un) @ersus har)a relatif

)alam praktek, proses perancangan juga harus melibatkan perkiraan harga dari sebuah

rancangan. "aris reernsi pada gambar #.#8 berguna untuk kondisi berikut :

F!*;$ * ;ancangan biaya minimum untuk batang tarik kaku

F$!#

!*;$ % * ;ancangan biaya minimum untuk kolom atau *eam kaku

F$!5

!*;$ % * ;ancangan biaya minimum untuk pelat kaku


29/36

2. /odulus elastisitas 7s harga relati dikalikan densitas

2.12 Ta%el Sifat


30/36

Ta%el sifat


31/36

2-

Ta%el sifat


32/36

Ta%el sifat


33/36

Ta%el sifat


34/36

2-

Ta%el sifat


35/36

strain energy pada batas elastisnya? (entukan jenis material tersebut dari data-data

yang diberikan?

5. Suatu baja mempunyai kekuatan luluh $ kpsi 3=@+ /Pa4 pada garis oset ,=

regangan. 6erapa modulus of resilience-nya?

8. Kekerasan 6rinell suatu spesimen baja adalah sebesar #


36/36

$. Pada blok rem untuk rem cakram mobil, dan dengan menggunakan konstanta

keausan 2rchard, tentukan bagaimana keausan terdistribusi pada blok rem jika

tekanan rem konstan sepanjang blok remL

Documents

bab-02-material-dan-proses (1)