TUGAS PEMILIHAN BAHAN DAN PROSES

MATERIAL

Dibuat sebagai tugas mata kuliahPemilihan Bahan dan proses

Oleh :

DAJUKO. B (03091005048)

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYA2013

MATERIAL

oleh :

Dajuko Butarbutar

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sriwijayadajuko27@yahoo.com

MATERIAL

Sesungguhnya suatu material yang dibuat menjadi komponen mesin

tidak homogen, karena bangayk mengandung cacat dan ketidakseragaman.

Beberapa hala yang mempengaruhi material adalah :

1. material banyak mengandung cacat. Perlu teknologi mutakhir agar

material tidak mengandung cacat. Secara alamiah material

mengandung cacat mikro berupa void, retak, fasa-fasa yabf berbeda

dan ketidakseragaman struktur.

2. Material mempunyai komposisi kimia tertentu yang akan berpengaruh

terhadap temperatur kerja, sifat mekanik, dan sensitivitas terhadap

lingkungan.

3. Proses manufaktur berpengaruh terhadap sifat material.

1. CACAT MATERIAL

Cacat-cacat logam, Kristalisasi ialah proses pembentukan Kristal yang

terjadi pada saat pembekuan, perubahan dari fasa cair ke fasa padat. Jika

ditinjau dari mekanismenya, kristalisasi terjadi melalui 2 tahap :

1. Tahapan Nucleation (pembentukan inti)

2. Tahapan Crystal Growth (Pertumbuhan Kristal)

Cacat-cacat Kristal (Imperfection)

Cacat dapat terjadi karena adanya solidifikasi (pendinginan) ataupun akibat

dari luar. Cacat tersebut dapat berupa :

Cacat titik (point defect) Dapat berupa :

a. Cacat kekosongan (Vacancy) yang terjadi karena tidak terisinya suatu

posisi atom pada lattice.

b. Interstitial (“salah tempat”, posisi yang seharusnya kosong justru ditempati

atom)

c. Substitusional (adanya atom “asing” yang menggantikan tempat yang

seharusnya diisi oleh atom)

Cacat garis (line defect)

Yakni Cacat yang menimbulkan distorsi pada lattice yang berpusat pada suatu

garis. Sering pula disebut dengan dislokasi. Secara umum ada 2 jenis dislokasi,

yakni : edge dislocation dan screw dislocation.

Cacat bidang (interfacial defect)

Ialah batasan antara 2 buah dimensi dan umumnya memisahkan daerah dari

material yang mempunyai struktur kristal berbeda dan atau arah kristalnya

berbeda, misalnya : Batas Butir (karena bagian batas butir inilah yang

membeku paling akhir dan mempunyai orientasi serta arah atom yang tidak

sama. Semakin banyak batas butir maka akan semakin besar peluang

menghentikan dislokasi. Kemudian contoh yang berikutnya adalah Twin (Batas

butir tapi special, maksudnya : antara butiran satu dengan butiran lainnya

merupakan cerminan).

Cacat Ruang (Bulk defect)

Perubahan bentuk secara permanen disebut dengan Deformasi Plastis,

deformasi plastis terjadi dengan mekanisme :

a. Slip, yaitu : Perubahan dari metallic material oleh pergerakan dari luar

sepanjang Kristal. Bidang slip dan arah slip terjadi pada bidang grafik dan arah

atom yang paling padat karena dia butuh energi yang paling ringan atau kecil.

b. Twinning terjadi bila satu bagian dari butir berubah orientasinya sedemikian

ombagian kristal yang lain yang tidak mengalami twinning.

Crystal Kisi-Kisi Menunjukkan Atom dan Pesawat

Skema Diagram (kisi pesawat) menunjukkan dislokasi sisi

Kanan Bawah Menunjukkan Dislokasi Ulir

2. pengaruh komposisi kimia

Pengaruh komposisi kimia bermacam-macam pada berbagai logam.

Unsur-unsur tertentu yang mempengaruhi struktur mikro dan sifat mekanis

besi tuang nodular adalah Silikon (Si), Mangan (Mn), Nikel (N), Khromium (Cr),

Tembaga (Cu), Tin (Sn), Molibdenum (Mo).

Pada BTN (besi tuang nodular) biasanya Mg dipadu dengan unsur lain, yaitu

paduan Mg Fe Si (5 – 20% Mg) dengan maksud agar menjadi lebih berat,

karena Berat Jenisnya rendah ( 1.74 : 7.4).

Unsur paduan yang umumnya terdapat pada besi tuang nodular adalah:

Silikon membentuk ferrit. Kadar Si yang lebih besar dari 4,0 %

menjadikan besi tuang nodular tahan oksidasi, tetapi besi tuang

nodular akan menjadi rapuh bila kandungan Si nya meningkat.

Kandungan ideal untuk Si antara 1 - 4 % akan menaikkan

kekuatan ferrit.

Mangan membentuk perlit, kekerasan dan karbida-karbida.

Karena hal yang terakhir, Mangan jarang diinginkan pada paduan.

Nikel membentuk perlit, bainit, sifat kekerasan, tanpa kerugian

seperti halnya Mangan.

Khromium mendorong timbulnya sifat kekerasan, dan karbida-

karbida. Penggunaannya dibatasi untuk tingkat kandungan

karbida (seperti tingkat-tingkat austenit umumnya).

Tembaga membentuk perlit, dan kekerasan. Umumnya

penggunaan tembaga pada sifat beban-beban kekuatan tinggi,

tingkat-tingkat perlit sampai dengan 2,0%.

Timah bereaksi sama seperti tembaga, tetapi kandungan yang

dapat dipertahankan sekitar 0,1 % pada tingkat yang

samadengan pengaruh sekitar 1,0 % dari tembaga.

Molibdenum membentuk sifat kekerasan, bainit dan sifat-sifat

temperatur mekanis yang tinggi. Kadar maksimum yang

ditambahkan sekitar 1,0 %.

Pada baja :

Belerang (S). Sampai 0,1 % kandungan belerang tidak mempengaruhi sifat-sifat baja. Sifat dapat di tempa berkurang pada temperature tinggi. Kelebihan belerang mengakibatkan baja kurang kuat maupun daktilitasnya berkurang.

Fosfor. Fosfor menambah sifat cair baja pada saat meleleh, akan tetapi

kelebihan fosfor mengurangi kekuatan, daktilitas maupun ketahanan terhadap

benturan.

Silikon. Sampai 0,2% silikon tidak berpengaruh terhadap sifat bajanya.

Bila kandungan silikon berlebihan kekuatan maupun elatisitas baja agak naik,

tanpa mengurangi sifat daktilitasnya.

Mangaan. Sampai I% kandungan mangaan sedikit menaikan

kekuatan baja. Akan tetapi di alas 1,5% baja menjadi sangat getas sehingga

tidak banyak dipakai.

Dalam baja tahan karat terdapat unsur pemadu utama yang

berpengaruh seperti Cr, C dan Ni dengan masing-masing fungsi. Jika Cr

dipadukan pada baja diatas 12-13 %, lapisan karat yang berwarna merah pada

permukaan tidak akan terbentuk, karena adanya lapisan tipis krom oksida

Cr2O3 pada permukaan yang stabil (permukaan pasif). Apabila baja

mengandung lebih dari 17 % Cr, maka akan terbentuk suatu lapisan yang

stabil sehingga dapat melindungi baja dari serangan korosi. Korosi pada baja

sering terjadi akibat adanya pengendapan karbida pada batas butir dan

oksidasi Cr pada permukaan, yang menyebabkan terjadinya pengurangan

krom yang dapat menyebabkan ketahanan korosi menjadi menurun.

Jika Ni dipadukan pada besi, maka kehilangan berat yang disebabkan

korosi dalam asam akan berkurang dan ketahanan korosinya akan baik. Baja

tahan karat adalah baja paduan yang memanfaatkan keefektifan unsur

paduan, seperti Cr dan Ni. Dari jenis baja paduan Fe-Cr-Ni yang pertama

termasuk dalam jenis baja paduan adalah jenis martensitik dan feritik dan

yang kedua adalah baja austenitik.

Adanya Cr dan Ni dalam baja tahan karat berfungsi sebagai penyetabil fasa

ferit dan austenit yang dapat menghasilkan tiga jenis struktur dasar yang

masing-masing ditunjukkan oleh struktur dominan yang terbentuk sehingga

baja tahan karat dapat dibedakan menjadi baja tahan karat martensitik, feritik

dan austenitic.

pengaruh unsur kimia pada besi/baja yang diperlakukan

panas.

3. Jenis-jenis proses manufaktur

1. Proses pengecoran (casting)

Suatu teknik pembuatan produk dimana logam dicairkan dalam tungku

peleburan kemudian dituangkan kedalam rongga cetakan yang serupa dengan

bentuk asli dari produk cor yang akan dibuat. Pengecoran juga dapat diartikan

sebagai suatu proses manufaktur yang menggunakan logam cair dan cetakan

untuk menghasilkan bagian-bagian dengan bentuk yang mendekati bentuk

geometri akhir produk jadi. Proses pengecoran sendiri dibedakan menjadi dua

macam, yaitu traditional casting (tradisional) dan non-traditional

(nontradisional).

2. Proses pemesinan (machining)

Proses pemotongan logam disebut sebagai proses pemesinan adalah proses

pembuatan dengan cara membuang material yang tidak diinginkan pada

benda kerja sehingga diperoleh produk akhir dengan bentuk, ukuran, dan

surface finish yang diinginkan.

3. Proses pembentukan logam (metal forming)

Proses metal forming adalah melakukan perubahan bentuk pada benda kerja

dengan cara memberikan gaya luar sehingga terjadi deformasi plastis.

4. Proses pengelasan (welding)

Proses penyambungan dua bagian logam dengan jalan pencairan sebagian

dari daerah yang akan disambung. Adanya pencairan dan pembekuan

didaerah tersebut akan menyebabkan terjadinya ikatan sambungan.

5. Proses perlakuan panas (heat treatment)

Heat treatment adalah proses untuk meningkatkan kekuatan material dengan

cara perlakuan panas.

Ulasan Jenis-jenis perlakuan panas logam khususnya logam baja sebagai

berikut :

Tujuan perlakuan panas pada material logam yaitu untuk meningkatkan sifat-

sifat material untuk kondisi operasional komponen. Macam-macam perlakuan

panas yang umumnya dilakukan antara lain :

Pengerjaan anil (annealing)

Pengerjaan ini dilakukan dengan memanaskan logam baja hingga di atas

temperatur trasnformasi (723oC) bertujuan untuk mengubah ke fasa

austenit kemudian didinginkan secara perlahan-lahan (pendinginan tungku).

Tujuan utama pengerjaan ini adalah softening baja.

Pengerjaan Normalisasi (Normalizing)

Pengerjaan ini dilakukan dengan memanaskan baja hingga menjadi fasa

austenit penuh dan didinginkan di udara (pendinginan tungku) hingga

mencapai suhu kamar. Fasa yang dihasilkan berstruktur ferrite dan pearlite

tergantung komposisi unsure karbon.

Pengerjaan pengerasan (Quenching treatment)

Perlakuan baja ini dilakukan dengan memanaskan baja hingga fasa menjadi

austenit dan didinginkan secara cepat (lihat diagram CCT baja karbon

rendah). Media pendinginan cepat seperti air, oli, garam atau media

pendingin lainnya. Tujuan utama perlakuan ini untuk meningkatkan

kekerasan baja.

Pengerjaan temper (tempering treatment)

Perlakuan pemanasan kembali logam baja yang telah dikeraskan

(quenching) dengan pencelupan cepat. Suhu pemanasan adalah agak

rendah dibawah suhu transformasi eutectoid (lihat diagram fasa biner Fe-C).

Tujuan utama yaitu mengurangi nilai kekerasan logam sehingga keuletan

(ductility) logam akan naik. Beberapa variabel penting dalam perlakuan

temper adalah temperatur, waktu pemanasan dan lain-lain.

Perlakuan Pembebasan Tegangan ( Stress Relieving Treatment)

Perlakuan ini bertujuan untuk menghilangkan tegangan sisa di dalam logam

baja akibat perlakuan logam seperti proses las, produk cor-coran,

pengerjaan dingin, pencelupan cepat dan sebagainya. Proses ini dengan

memanaskan hingga temperatur mendekati suhu temperatur, ditahan untuk

beberapa saat kemudian didinginkan diudara.

Speroidisasi (Spherodizing)Perlakuan pemanasan untuk menhasilkan karbida yang berbentuk bulat (globular) di dalam logam baja.

6. Surface treatment

Proses surface treatment adalah proses perlakuan yang diterapkan untuk mengubah sifat karakteristik logam pada bagian permukaan logam dengan cara proses thermokimia, metal spraying.