Ilmu Bahan

ILMU BAHANTPI108 (2/1 sks)

JURUSAN TEKNIK PERKAPALANFAKULTAS TEKNIK DAN ILMU KELAUTANUNIVERSITAS HANG TUAH SURABAYA

Tujuan : mahasiswa mampu mengetahui sifat-sifat dan pemakaian jenis-jenis bahan/material dalam teknologi perkapalan.

Materi : Pendahuluan Pengujian dan evaluasi

bahan industri Mekanisme slip dan

dislokasi Struktur mikro dan

diagram fasa sebagai dasar metalurgi

Besi dan baja Tembaga dan

paduannya Aluminium dan

paduannya Polimer Keramik Kayu

Referensi :1.Surdia, T. & Saito, S., 1985, Pengetahuan

Bahan Teknik, PT. Pradnya Paramita, Jakarta.

2.Whiley, J., 1982, Fiberglass Repair and Construction Handbook, Tab Books, Inc.

3.Dieter, 1986, Mechanical Metallurgy, Mc. Graw-Hill, New York.

I. PENDAHULUAN  Definisi bahan :

Bahan adalah sesuatu yang dapat digunakan untuk membuat sesuatu yang lain dan mempunyai nilai lebih dari aslinya.

 Contoh penggunaan bahan teknik : Jam terdiri dari berbagai macam bangunan mesin. Pipa air minum terbuat dari baja yang digalvanis. dan lain-lain.

Pembagian bahan teknik : Bahan dari logam Bahan non logam

Pengokohan : Cara perlakuan terhadap bahan (logam) pada kondisi dingin (suhu kamar) dengan jalan pemadatan untuk mendapatkan sifat bahan yang lebih kokoh akibat adanya perubahan bentuk struktur mikro dari bahan. Contoh :

Pelat ditempa dalam keadaan dingin. Pelat dicanai dalam keadaan dingin.

Paduan : Hasil pencampuran dua atau lebih bahan dengan cara tertentu sehingga menjadi bahan yang berwujud baru dan mempunyai sifat yang berlainan dengan sifat bahan bakunya. Contoh : Tembaga + timah (lunak) Perunggu

(kuat) Aluminium + magnesium + tembaga

Duralumin Besi (lunak) + carbon (getas) Baja

(ductile) Pengolahan panas : Cara perlakuan terhadap bahan (logam) agar supaya didapatkan sifat-sifat yang lebih baik dari sebelumnya. Contoh :

Baja dipanaskan 800C dan dicelupkan ke air atau minyak secara cepat penyepuhan keras.

Proses Pencetakan

Produk perdagangan : Suatu cara yang dilakukan oleh perusahaan untuk menghasilkan produk yang lebih cepat dengan jumlah yang lebih banyak, sehingga lebih efisien. Dituang :

Bentuk yang rumit lebih mudah dikerjakan dengan cara menuang pada cetakan logam tuang.

Ditempa dan dicanai : Bentuk pelat, pipa, batangan dan profil logam tempa atau logam canai (logam ramas).

Proses Tempa dan Canai

Disinter : Pencampuran dua bahan yang berbeda cetakan pemadatan oven sinter logam sinter.

Proses Sintering

Bahan-bahan teknik :

Bahan-bahan yang digunakan dalam produk bangunan mesin dan teknologi proses. Logam non-ferro berat dan paduan.

Tembaga sebagai bahan utama daya hantar listrik baik Timah, timbel, seng dan antimonium sebagai unsur paduan Perunggu tembaga + timah Loyang tembaga + seng Logam putih timah + tembaga +

timbel + antimonium Timah patri timah + timbel Nikel, chroom, molibden dan wolfram (unsur utama) + baja (unsur paduan) baja tahan karat dengan daya hantar listrik yang baik

Logam non-ferro murni dan paduan Platina, emas dan perak tidak perlu dipadukan lagi ketahanan kimia & daya hantar listrik sangat baik

Logam non-ferro ringan dan paduan Aluminium + magnesium duralumin pertama kali ditemukan oleh Alfred Wilm pada tahun 1906

Logam ferro Besi (lunak) + zat arang (carbon) baja keras dan kenyal (ductile)

Baja tanpa campuran dan besi tuang tanpa campuran

Kadar carbon pada baja 0,00 % 1,50 % Carbon pada besi tuang 2,50 % 3,60 %

Baja campuran dan besi tuang campuran.

Penamaan baja campuran menyesuaikan unsur bahan yang dicampurkan dengan tujuan mendapatkan sifat-sifat yang lebih baik dari sebelumnya.

Misalnya : ductile, thougness, tahan korosi, tahan aus, sifat kimia, tahan panas, dll.

Baja + nikel baja nikel Baja + chroom baja chroom Baja + molibden baja molibden Baja + wolfram baja wolfram Baja + silisium baja silisium Baja + mangan baja mangan

Pencampuran dan penamaan besi tuang sama dengan pencampuran baja.

Bahan bukan logam. Plastik :

• Plastik thermoplast setelah kena panas plastis

• Plastik thermoharder setelah kena panas elastis

Karet : • Karet alam hasil bumi (perkebunan)• Karet sintetis hasil buatan (tiruan)

Bahan bakar : • Cair bensin, solar, minyak tanah, dll.• Padat batu bara, kayu bakar, dll.• Gas Liquid Natural Gas (LNG), LPG

(elpiji), dll.

Bahan lumas : • Minyak lumas olie• Minyak gemuk vet

Bahan packing : Sebagai pengedap, peredam getaran, penyekat, dll. Tahan minyak, panas, kedap air, minyak, gas, dll.

  Bahan isolasi : Sebagai penyekat agar tidak dapat menghantarkan panas, listrik, getaran maupun suara. Normalisasi atau standarisasi.

Standart yang dikeluarkan oleh pemerintah (SNI) :

• Komposisi kimia Chemical Properties• Sifat mekanis Mechanical Properties

II. PENGUJIAN DAN EVALUASI BAHAN INDUSTRI Sifat-sifat bahan industri :

Sifat mekanik (mechanical properties) : Kekuatan tarik tensile strength :• yield (kgf/mm2, N/mm2)• ultimate (kgf/mm2, N/mm2)• reduction area (mm2)• elongation (%)

grafik “stress-strain” Keuletan ductility Kekakuan Stiffnes Ketangguhan Thoughnes Kekerasan Hardnes

Sifat listrik (electrical properties) : Mempunyai daya hantar listrik yang

bagus

Sifat magnit (magnetical properties) : Permeabilitas Koersifitas Histrisis

Sifat panas (thermal properties) : Pemuaian Konduktivitas Panas jenis

Sifat kimia (chemical properties) : Reaksi kimia Kombinasi Segregasi Korosi

Sifat fisik (physical properties) : Ukuran Masa jenis Struktur 

Sifat teknologi (technology properties) : Mampu mesin Mampu keras

Untuk mengetahui karakteristik bahan dengan cara :

Pengujian secara merusak (Destructive Test = DT)

Uji tidak merusak (Non Destructive Test = NDT)

Crack (retak) Slag (terak) Porosity (gelembung udara) Dan lain-lain.

Pengujian secara merusak : Pengujian tarik statik. Untuk mengetahui kekuatan bahan dengan beban tarik.

Pelaksanaan pengujian :• Pembuatan spesimen dengan standart

tertentu.• Penentuan gauge length.• Pemasangan pada mesin uji tarik.• Pemberian beban secara bertahap

hingga putus.• Pengukuran luas penampang pada

daerah putus.• Ukur perpanjangan spesimen setelah

putus. Data tersebut dipakai untuk mencari harga tegangan dan regangan.

dimana : = Tegangan (kgf/mm2, N/mm2).

F = Besar gaya (kgf, N, Mpa).

Ao = Luas penampang awal.

=

100%xL

L -Lε

o

oyl

dimana: l = Regangan (%).Ly = Panjang setelah putus (mm).

Lo = Panjang awal spesimen (mm).

Spesimen Uji Tarik

Mesin Uji Tarik

ε

σE

100%xA

A -Aε

o

yor

l

r

ε

ευ

Deformasi yang terjadi menunjukkan harga modulus elastisitas (modulus young) = E

Perbandingan reduction of area dengan elongation menunjukkan harga poison ratio =

Perbandingan volume awal dengan volume setelah putus menunjukkan harga bulk ratio = K

2υ-1ευ

υυK l

o

o1

Dengan uji tarik bisa dibuat suatu grafik “Tegangan- Regangan (Stress-Strain)”

Grafik Stress – Strain

Keterangan :• Daerah elastis (elastic)• Daerah plastis (yield)• Daerah lumer (ultimate)• Daerah putus (fracture area)

Perbedaan sifat bahan dapat ditunjukkan pada grafik berikut :

Grafik Stress – Strain Plastik

Alasan pengujian tarik statik dilakukan : Mudah dilakukan Menghasilkan tegangan uniform pada penampang Diketahui karakteristik bahan Diketahui beban maksimal yang bisa ditahan

Pengujian tekan statik Banyak digunakan untuk konstruksi beton Uji bahan untuk menahan beban yang sangat berat, misal : bantalan mesin Kekuatan tekan tidak terlalu kritis bila dibandingkan dengan kekuatan tarik

Pengujian Tekan