BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Teori Dasar

Material adalah segala sesuatu yang mempunyai massa dan menepati ruang.

Material teknik adalah suatu ,matrial yang di gunakan untuk keperluan keteknikan, Secara garis besar, material dibagi menjadi II, Diantaranya :

1. Material Organik dan2. Material Anorganik

Diagram klasifikasi jenis material berikut.

Diagram Klasifikasi Jenis Material

Gambar 2.1 Diagram klasifikasi material

MATERIAL

Organik Non organik

Logam Non logam

polimerkeramikkompositFE NON FE

BAJABESI COR

KARBON PADUAN

TINGGI

RENDAH

PMC

CMC

MMC

TRADISIONAL

TEKNK

THERMOPLASTIK

THERMOSETING

ELESTOMER

Besi cor putih rendah

Besi cor kelabu

Besi cor modular

Besi cor mallable

B.K Tinggi 0,5<C<2,1% WT

B.K menengah 0,2< C < 0,5% WT

B.K rendah 0,02< C < 0,2% WT

a. Material OrganikMerupakan material yang berasal dari makhluk hidup/tumbuhan.Contoh : Kayu, Tulang, dll.

b. Material AnorganikMerupakan material yang berasal bukan dari makhluk hidup. Contoh : Besi, Aluminium, Baja, dan lain-lain Material anorganik terbagi atas :

I. Logam

Material yang memiliki kondukivitas termal yang tinggi, ikatan ion dan kovalen mengkilap dan meiliki kerapatan yang tinggi.Logam terbagi atas logam ferro dan logam non ferro.a. Logam ferro

Adalah logam yang unsur utamanya adalah Fe1. Besi murni

Adalah besi dengan kandungan karbon 0%2. Baja karbon

- Baja karbon rendah : 0,02 ≤ c< 0,2% wk- Baja karbon menengah : 0,02 ≤ c< 0,5% wk- Baja karbon tinggi : 0,5 ≤ c< 2,1% wk

3. Baja Paduan Baja paduan tinggi : persentasi paduan > 8% wk Baja paduan rendah : persentasi paduan < 8% wk

Baja paduan dibagi menjadi dua yaitu :

1. Baja paduan khususBaja jenis ini mengandung satu atau lebih jenis logam seperti melydenum, nikel, carbon, magnesium, tungsten dan vandium dengan adanya penambahan unsur tersebut, maka akan merubah sifat mekanik dan kimianya seperti lebih kuat, keras, ulet dibandingkan dengan baja karbon.

2. Hihg Speed Stell (HSS)Kandugan karbon 0,7%-1,5%wt penggunaannya dapat dibuat untuk perkakas potong seperti arius, reamers, countersinks lathetool bits dan milling cutters.

Sifat khusus baja paduan

1. Baja tahan karat Baja tahan karat sepertia. Memiliki daya tahan yang baik terhadap panas, karat & goresan atau

gesekanb. Tahan terhadap temperatur rendah dan tinggic. Memiliki kekuatan besar dengan massanya yang kecild. Keras, ulet, densitasnya besar dan permukaanya tahan aruse. Kuat dan dapat di tempaf. Tahan terhadap oksidasig. Mudah dibersihkanh. Mengkilap dan tampak menarik

2. High Steel low alloy steel (HSLS)Bersifat mudah dibentuk, anti bocor,. Tensile strenght, tinggi tahan terhadap

korosi ulet. Sifat mampu mesin yang baik dan mampu las yang tinggi untuk mendapatkan sifat tersebut, baja ini diproses secara khusus dengan unsur seperti tembaga(Cu), Nikel(Ni), Chromium(Cr), Moly belenum(Mo), Vanadrum dan Columbium.

3. Baja PerkakasBerdasarkan unsur paduan dan proses pengerjaan panas yang diberikan

antara lain :a. Carbon tool stell, kuat dan ulet serta tahan terhadap beban kejut.b. Cool work tool steel, diperoleh dengan proses hardening pendinginan yang

berbeda-beda.c. Hot work steel, merupakan paduan baja tungsten daqn molydrum sehingga

sifatnya keras.d. High Speed Steel.e. Campuran karbon tungsten

Berdasarkan kegunaanyaa. Baja konstruksi ( Struktur steel )b. Baja Perkakas ( Tool Steel )

Berdasarkan sifat fisik dan kimiaa.Baja Geramb.Baja Panasc.Baja Titikd.Electrik steele.Magnetik steelf. Non-magnetik steelg.Baja tahan pakaih.Baja tahan karat/korosi

1. Besi Cor Besi ini dapat digunakan untuk menahan beban yang sangat tinggi bersifat sangat keras, tahan berat, getas, dan tidak memiliki grafik.

a.Besi cor putihAdalah besi cor yang tidak mempunyai grafit, biasanya terbentuk dari proses pendinginan

Gambar 2.2. Besi cor putih

b.Besi karbon kelabuKomposisi karbon 2,5%-4%wt.Grafiknya berbentuk serpihan mampu rendam energi yang baik, mampu menyerap panas, tetapi kekuatan tariknya rendah.Contoh : Bak silinder mesin.

Gambar 2.3. Besi cor kelabu

c.Besi Cor modularDimana besi cor ini ditambahkan silikon sebanyak 1,8 % - 2,8 % wt dan karbon dari 3%-4%wt, grafiknya berbentuk modular(bulat). Sifat mekanik hampir seperti baja.Contoh : Roda Gigi

Gambar 2.4. Besi cor modular

d.Besi Cor MalleableBesi cor yang memiliki grafit berbentuk bangan kavar bersifat mampu keras, kekerasan pada besi cor ditentukan oleh bentuk grafit yang dimilikinya

Gambar 2.5. Besi cor malleable

B. Non ferroMerupakan logam dengan unsur penyusun utamanya bukan selain Fe.Contoh : Zn, Al, dll

II. Non Logam

Merupakan unsur yang tidak dapat menghantarkan arus listrik. Elektron telah banyak berpasangan yang terdiri dari :

a. KopositeAdanya paduan logam dengan logam atau logam dengan non logam yang terdiri dari matriks sebagai pengisi dan feber sebagai penguat dimana jika keduanya bergabung akan membawa sifat aslinya, masing-masing terdiri dari1. Polimer matrik composite (PMS)

Polimer berfungsi sebagai matriks Fibernya dapat berupa logam – logam lain

2. Ceramic matrik composite (CMC)Ceramik berfungsi sebagai matriks

Fibernya dapat berupa E C2 Lain.

3. Metal matriks Composite (MMC)Logam berfungsi sebagai matriks

Fiber dapat berupa logam lain.

b. PolimerMerupakan gabungan monomer-monomer hidrocarbon yang panjang dan

bercabang.Polimer terbagi atas :

Termoplastik, rantai hidrokarbonnya panjang.Contoh : karet gelang

Termo Setting, rantai hidrokarbonnya bercabang.Contoh : Melamin, teplon

c. KeramikKeramik merupakan paduan logam dengan non logam yang bergabung secara sat. Menurut karbonik karbida, borida, oksida, silikon dan karbon keramik terbagi atas :

1. Keramik traditionalKeramik yang dibuat secara sederhanaContoh : tembikar dan kendi

2. Keramik teknikKeramik yang dibuat untuk tujuan keteknikanContoh : Keramik putih pada busi

Cacat Material

Merupakan ketidaksmpurnaan/kekurangan material secara permanen.

Cacat material terbagi atas :

1. Cacat TitikCacat yang terjadi pada skala atom, terdiri dari :a. Vacanoy, kehilangan pada atom utamanya.b. Substitusi, penggantiaan pada atom utamanya oleh atom lainc. Intentisi, Penyisipan atom lain pada atom utamanya.

Gambar 2.6 Cacat titik

2. Cacat garisCacat yang berbentuk akibat derformasia. Cacat sisi, arah dislokasi tegak lurus bidang bujurb. Cacat ulir, Arah dislokasi sejajar bidang bujur.

Gambar 2.7 Cacat Garis

3. Cacat BidangCacat yang terjadi pada batas bulira. Cacat pada batasb. Cacat pada Twinning

Gambar 2.8 Cacat Bidang

4. Cacat Ruang

Cacat Berupa retakan dan Rongga

Gambar 2.9 Cacat Ruang

Mikrostruktur

Mikrostruktur dapat berupaa. Atom

Merupakan bagian terkecil dari suatu material yang tidak dapat dibagi lagi secara reaksi kimia biasa dimana masih memiliki sifat aslinya dalam ukuran besar.

b. Sel SatuanMerupakan kumpulan atom-atom tersusun dengan teratur dan berulang.Contoh : - BCC ( Body-Cetered-cubic)

- FCC ( Face – Centered – Cubic) - HCP ( Hexagonal – centered – Cubic )

1. BCC

= 0,68

Gambar 2.10 BCC

( a,0,0)

(0,0, a)

(0, a, 0)

A

y

B

FG

D

E

Cx

z

2. FCC

= 0,74

\

Gambar 2.11 FCC

3. HCP

Gambar 2.12 HCP

c. Butir Merupakan kumpulan sel satuan yang tersusun dengan pola teratur serta berulang dalam bentuk dua dimensi

d. KristalMerupakan kumpulan sel satuan yang tersusun dengan pola yang teratur dan berulangdalam bentuk tiga dimensi.

Sifat-sifat material1. Sifat fisik

Merupakan sifat yang telah ada pada material tanpa dilakukan pengujian (Pembebanan luar). Contoh : Volume, dimensi, massa jenis.

2. Sifat mekanikMerupakan yang timbul pada material akibat adanya pembebanan luar.

a. Kekerasan : Merupakan kemampuan material untuk menahan deformasi plastis lokal akibat penetrasi di permukaan.

b. Kekuatan : Merupakan kemampuan material untuk menahan doformasi plastis total diseluruh permukaan spesimen.

Gambar 2.13.Grafik Kekuatan

c. Keuletan : Merupakan kemampuan atau besarnya tegangan maksimum plastis yang mampu ditahan material tersebut sampai patah.

Gambar 2.14.Grafik Keuletand. Ketangguhan : Kemampuan material untuk menyerap besarnya energi sampai

aterial itu patah.

Gambar 2.15.Grafik Kekuatane. Kelentingan : Besarnya energi yang diserap oleh material di daerah dan akan

kembali kebentuk semula jika beban dihilangkan.

Gambar 2.16.Grafik Kelentinganf. Modulus Elastis : Besarnya perbandingan antara tegangan dan regangan di

daerah elastisitas.

Gambar 2.17.Grafik Modulus Elastisitas

3. Sifat teknologiMerupakan sifat mampu proses produksi. Contoh : Mampu las, mampu tempa, mampu bentuk.

4. Sifat kimiaMerupakan sifat untuk bereaksi secara kimia atau dengan lingkungan.Contoh : Korosi

5. Sifat termal Sifat yang berhubungandengan kemampuan material untuk menyerap dan menghantaran panas.Contoh : Titik didih, titik beku

6. Sifat Listrik Merupakan sifat material untuk dapat menghantarkan listrik dengan baik.Contoh : Konduktor

7. Sifat AkuitikSifat yang berhubungan dengan bunyiContoh : Pemantulan bunyi

8. Sifat Optik merupakan sifat yang berhubungan pencahayaan material.

Contoh : Difraksi.

Pengujian Material1. Berdasarkan Pembebanan

Ditunjukkan untuk dapat melihat ketahanan material terhadap pembebanan luar.a. Pembebanan impak

Pembebanan yang dilakukan secara tiba-tibaContoh : Uji Impak

b. Pembebanan statis

Merupakan pembebanan yang mana tidak berubah menurut fungsi waktuContoh : uji Tarik

c. Pembebanan dinamisMerupakan pembebanan dimana beban berubah menurut fungsi waktuContoh : Uji impak.

Gambar 2.18 Grafik Pembebanan

2. Berdasarkan Merusak atau tidak merusak benda ujia. Merusak benda uji ( Destructive test )

Contoh : Uji Kerasb. Tidak merusak benda uji ( non destructive test )

Contoh : Visual test, radiografi test, dye penetrant test eddy current.

Perlakuan panas ( Heat Treatment )

Merupakan proses yang memanaskan bahan sampai suhu tertentu dan kemudian di dinginkan menurut cara tertentu. Perlakuan panas dapat mengubah sifat baja dengan cara mengubah ukuran dan bentuk butiran-butirannya, juga mengubah unsur pelarutnya dalam jumlah kecil.

Bentuk butirannya dapat diubah dengan cara dipanaskan pada suhu diatas suhu pengkristalan kembali. Ukuran-ukuran butiran-butirannya dapat di kontrol melalui suhu dan lama pemanasannya, serta kecepatan pendinginan baja setelah dipanaskan. Kemudian seterusnya didinginkan dengan pendingin yang sesuai, sehingga akan menghasilkan struktur yang diinginkan.

1. QuencingAdalah salah satu teknik perlakuan panas yang diawali dengan proses pemanasan dengan temperatur autensim diikuti pendinginan secara cepat, menggunakan media pendingin fluida cair ( Air, Oli, dll )Tujuan quencing adalah untuk meningkatkan angka kekerasan yang tinggi maka akan bersifat getas.

2. AnelingAdalah salah satu teknik perlakuan panas yang diawali dengan pemanasan dengan temperatur autensi kemudian didinginkan dengan cara lambat didiamkan didalam mesin pemanas sampai material dingin.Tujuan utama dari auneling adalah untuk melunakkan specimen, untuk angka kekerasan yang rendah akan bersifat ulet

3. NormalizingAdalah proses perlakuan panas yang diawali pemanasan specimen dengan temperatur tertenautensi kemudian didinginkan dengan suhu kamar,Tujuan normalizing untuk meningkatkan angka kekerasan dan kelunakan, maka material akan bersifat getas dan ulet.

4. Tempering Adalah suatu proses pemanasan kembali logam yang telah di keraskan pada suhu 150-5600C dan didinginkan secara perlahan dengan tujuan menghilangkan tegangan dalam dan mengurangi kekerasa sehingga bahan akan lebih ulet dan hilang kerapatanya.

Proses pada saat perlakuan panas hingga tenperatur autenite dapat dilihat pada diagram

Gambar 2.19 Diagram perlakuan panas

Untuk memahami fase-fase yang terbentuk pada besi karbon pada berbagai suhu ditunjukkan oleh diagram fase Fe-Fe3c berikut

Gambar 2.20 Diagram Fe-Fe3C

Karakteristik struktur yang terbentuk dari transformasi autenite tergantung dari komposisi kimia dan terutama sekali temperatur dimana terjadi transformasi :Pada pemanasan baja karbon :

1. Jika pemanasan terlalu tinggi, maka terjadi pembesaran butir melalui reorientasi dibatas butir kemudian menyatu menjadi butir yang lebih besar.

2. Jika pemanasan terlalu lama butir akan membesar