Material Teknik

KLASIFIKASI MATERIAL

AGUNG BUDI LAKSONO

201310120311036

TEKNIK MESIN

1 A

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2013/2014

Klasifikasi Material

*LOGAM*

Secara garis besar material teknik dapat diklasifikasikan menjadi :

1. Material logam
2. Material non logam

Berdasarkan pada komposisi kimia, logam dan paduannya dapat dibagi menjadi dua golongan yaitu:

1. Logam besi / ferrous
2. Logam non besi / non ferrous

Logam besi (ferrous) yaitu suatu logam paduan yang terdiri dari campuran unsur karbon dengan besi. Jenis-jenis logam ini antara lain yaitu besi tuang, besi tempa, baja lunak, baja karbon sedang, baja karbon tinggi, serta baja karbon tinggi dan campuran.

Logam Besi (Ferrous) terdiri menjadi dua yaitu;

Baja (Steel)

Baja paduan adalah baja paduan dengan berbagai elemen dalam jumlah total antara 1,0% dan 50% berat untuk meningkatkan sifat mekanik. Baja Paduan dipecah menjadi dua kelompok:

1). Baja paduan rendah (low alloy steel)

Baja paduan rendah biasanya digunakan untuk mencapai hardenability lebih baik, yang pada gilirannya akan meningkatkan sifat mekanis lainnya. Mereka juga digunakan untuk meningkatkan ketahanan korosi dalam kondisi lingkungan tertentu. Dengan menengah ke tingkat karbon tinggi, baja paduan rendah sulit untuk las. Menurunkan kandungan karbon pada kisaran 0,10% menjadi 0,30%, bersama dengan beberapa pengurangan elemen paduan, meningkatkan weldability dan sifat mampu bentuk baja dengan tetap menjaga kekuatannya. Seperti logam digolongkan sebagai baja paduan rendah kekuatan tinggi.

Baja paduan rendah dikelompokan menjadi 3 yaitu:

a). Baja Karbon Rendah (low carbon steel)

Baja ini dengan komposisi karbon kurang dari 2%. Fasa dan struktur mikronya adalah ferrit dan perlit. Baja ini tidak bisa dikeraskan dengan cara perlakuan panas (martensit) hanya bisa dengan pengerjaan dingin. Sifat mekaniknya lunak, lemah dan memiliki keuletan dan ketangguhan yang baik. Serta mampu mesin (machinability) dan mampu las nya (weldability) baik.

b). Baja Karbon Sedang ( medium carbon steel)

Baja Mil memiliki komposisi karbon antara 0,2%-0,5% C (berat). Dapat dikeraskan dengan perlakuan panas dengan cara memanaskan hingga fasa austenit dan setelah ditahan beberapa saat didinginkan dengan cepat ke dalam air atau sering disebut quenching untuk memperoleh fasa ang keras yaitu martensit. Baja ini terdiri dari baja karbon sedang biasa (plain) dan baja mampu keras. Kandungan karbon yang relatif tinggi itu dapat meningkatkan kekerasannya. Namun tidak cocok untuk di las, dengan kata lain mampu las nya rendah. Dengan penambahan unsur lain seperti Cr, Ni, dan Mo lebih meningkatkan mampu kerasnya. Baja ini lebih kuat dari baja karbon rendah dan cocok untuk komponen mesin, roda kereta api, roda gigi (gear), poros engkol (crankshaft) serta komponen struktur yang memerlukan kekuatan tinggi, ketahanan aus, dan tangguh.

c). Baja Karbon Tinggi (high carbon steel)

Baja karbon tinggi memiliki komposisi antara 0,6- 1,4% C (berat). Kekerasan dan kekuatannya sangat tinggi, namun keuletannya kurang. baja ini cocok untuk baja perkakas, dies (cetakan), pegas, kawat kekuatan tinggi dan alat potong yang dapat dikeraskan dan ditemper dengan baik. Baja ini terdiri dari baja karbon tinggi biasa dan baja perkakas. Khusus untuk baja perkakas biasanya mengandung Cr, V, W, dan Mo. Dalam pemaduannya unsur-unsur tersebut bersenyawa dengan karbon menjadi senyawa yang sangat keras sehingga ketahanan aus sangat baik.

2). Baja Paduan Tinggi (high alloy steel)

Baja paduan tinggi terdiri dari baja tahan karat atau disebut dengan stainless steel dan baja tahan panas. Baja ini memiliki ketahanan korosi yang baik, terutama pada kondisi atmosfer. Unsur utama yang meningkatkan korosi adalah Cr dengan komposisi paling sedikit 11%(berat). Ketahanan korosi dapat juga ditingkatkan dengan penambahan unsur Ni dan Mo. Baja tahan karat dibagi menjadi tiga kelas utama yaitu jenis martensitik, feritik, dan austenitik. Jenis martensitik dapat dikeraskan dengan menghasilkan fasa martensit. Baja tahan karat austenitik memiliki fasa y (austenit) FCC baik pada temperatur tinggi hingga temperatur kamar. Sedangkan jenis feritik terdiri dari fasa ferrit (a) BCC. Untuk jenis austenitik dan feritik dapat dikeraskan dengan pengerjaan dingin (cold working). Jenis Feritik dan Martensitik bersifat magnetis sedangkan jenis austenitik tidak magnetis.

Klasifikasi ikatan logam menurut golongannya adalah:

1. Ikatan Logam pada Unsur Transisi

Logam transisi cenderung memiliki titik leleh dan titik didih yang tinggi. Alasannya adalah logam transisi dapat melibatkan elektron 3d yang ada dalam kondisi delokalisasi seperti elektron pada 4s. Lebih banyak elektron yang dapat terlibat, kecenderungan daya tarik akan semakin lebih kuat. Contoh ikatan logam pada unsur transisi transisi adalah Ag, Fe, Cu dan lain-lain.

2. Ikatan logam pada unsur golongan utama

            Ikatan logam pada unsur golongan utama relatif lebih lemah dibandingkan dengan dengan unsur golongan transisi. Contohnya kristal besi lebih kuat dibandingkan dengan kristal logam magnesium.

Berdasarkan unsur penyusunnya dibagi menjadi 2 yaitu:

1. Ikatan logam antar unsur sejenis

            Misalnya Ikatan antara unsur litium dengan unsur litium yang lainnya.

2. Ikatan logam antar unsur yang berbeda jenis (alloy).

Bahan-bahan logam yang bukan hanya dibuat dari satu jenis unsur logam tetapi telah dicampur atau ditambah dengan unsur-unsur lain disebut alloy atau sering disebut lakur atau paduan. Alloy terbentuk apabila leburan dua atau lebih macam logam dicampur atau leburan suatu logam dicampur dengan unsur-unsur nonlogam yang campuran tersebut tidak saling bereaksi serta masih menunjukan sifat sebagai logam setelah didinginkan.

Alloy dibagi menjadi dua macam yaitu alloy selitan dan alloy substitusi. Disebut alloy selitan bila jari-jari atom unsur yang dipadukan sama atau lebih kecil dari jari-jari atom logam. Sedangkan alloy substitusi terbentuk apabila jari-jari unsur yang dipadukan lebih besar dari jari-jari atom logam.

Logam-logam non (non ferrous) besi merupakan meterial yang mengandung sedikit atau sama sekali tanpa besi. Dalam dunia teknik mesin, logam (terutama logam besi / baja) merupakan material yang paling banyak dipakai, tetapi material-material lain juga tidak dapat diabaikan. Material non logam sering digunakan karena meterial tersebut mempunyai sifat yang khas yang tidak dimiliki oleh material logam.

Logam merupakan unsur yang memiliki sifat mengkilap dan umumnya merupakan penghantar listrik dan penghantar panas yang baik. Logam umumnya berwujud padat pada suhu tekanan normal,dan umumnya logam dapat ditempa.

Bahan-bahan Logam yang digunakan secara umum

1. Besi (Iron) Besi kasar yang diperoleh melalui pencairan didalam dapur tinggi dituangkan kedalam cetakan yang berbentuk setengah bulan dan diperdagangkan secara luas untuk dicor ulang pada cetakan pasir yang disebut sebagai “Cast Iron” (besi tuang) sebagai bahan baku produk, dimana besi tuang akan diproses menjadi baja pada dapur-dapur baja yang akan menghasilkan berbagai jenis baja.
2. Tembaga (Copper) Tembaga murni digunakan secara luas pada industri perlistrikan, dimana salah satu sifat yang baik dari Tembaga (Copper) ialah merupakan logam conductor yang baik (Conductor Electricity) kendati tegangannya rendah. Pada jenis tertentu tembaga dipadukan dengan seng sehingga tegangannya menjadi kuat, paduan Tembaga Seng ini yang dikenal dengan nama Kuningan (Brass), atau dicampur Timah (Tin) untuk menjadi Bronze. Brass diextrusi kedalam berbagai bentuk komponen peralatan listrik atau peralatan lain yang memerlukan ketahanan korosi. Produk Brass yang berbentuk lembaran (sheet) sangat liat, dibentuk melalui pressing dan deep-drawing. Bronze yang diproduksi dalam bentuk lembaran memiliki tegangan yang cukup baik dan sering ditambahkan unsur Phosporus yang dikenal dengan Phosphor-Bronze. Bahan ini sering digunakan sebagai bantalan dan dibuat dalam bentuk tuangan dimana bahan ini memiliki tegangan dan ketahanan korosi yang baik.
3. Timah hitam atau Timbal (Lead) Timah hitam atau Timbal (Lead) memiliki ketahanan terhadap serangan bahan kimia terutama larutan asam sehingga cocok digunakan pada Industri Kimia. Bahan Timah Hitam (Plumber) juga sering digunakan sebagai bahan flashing serta bahan paduan solder Juga digunakan sebagai lapisan bantalan paduan dengan penambahan free-cutting steel akan menambah sifat mampu mesin (Machinability).
4. Seng (Zinc) Seng (Zinc) dipadukan dengan tembaga akan menghasilkan kuningan (Brass). Dengan menambah berbagai unsur bahan ini sering digunakan sebagai cetakan dalam pengecoran komponen Automotive. Seng (Zinc) digunakan pula untuk tuangan sell battery serta bahan galvanis untuk lapisan anti karat pada baja.
5. Aluminium (Aluminium) Paduan Alumunium (Aluminium Alloy) digunakan sebagai peralatan aircraft, automobiles serta peralatan teknik secara luas karena sifatnya yang kuat dan ringan. Aluminium juga digunakan secara luas sebagai bahan struktur peralatan dapur saerta berbagai pembungkus yang tahan panas.
6. Nickel dan Chromium (Nickel and Chromium) Nickel dan Chromium (Nickel and Chromium) digunakan secara luas sebagai paduan dengan baja untuk memperoleh sifat khusus juga digunakan sebagai lapisan pada berbagai logam.
7. Titanium (Ti) Titanium (Ti) logam dengan warna putih kelabu dengan kekuatan setara baja dan stabil hingga temperature 4000C memiliki berat jenis 4,5 kg/dm3. Titanium digunakan sebagai pemurni baja atau digunakan sebagai unsur paduan pada Aluminium.

Dalam ilmu logam, jenis-jenis logam dikelompokkan menjadi 4 kelompok, yaitu:

1. Logam berat (besi, nikel, khrom, tembaga, timah hitam, timah putih, timah, dan seng).
2. Logam ringan (alumunium, magnesium, titanium, kalsium, kalium, natrium, dan barium).
3. Logam mulia (emas, perak, dan platina).
4. Logantahan api (wolfram, titanium, sirkonium, dan molibden).

Unsur-unsur logam

Nama Indonesia	Nama Latin	Lambang Unsur	Bentuk Fisik
aluminium	aluminium	Al	padat, putih keperakan
barium	barium	Ba	padat, putih keperakan
besi	ferrum	Fe	padat, putih keperakan
emas	aurum	Au	padat, berwarna kuning
kalium	kalium	K	padat, putih keperakan
kalsium	calsium	Ca	padat, putih keperakan
kromium	chromium	Cr	padat, putih keperakan
magnesium	magnesium	Mg	padat, putih keperakan
mangan	manganium	Mn	padat, putih abu-abu
natrium	natrium	Na	padat, putih keperakan
nikel	nickelium	Ni	padat, putih keperakan

Berbagai Macam Sifat Logam

Logam mempunyai beberapa sifat antara lain: sifat mekanis, sifat fisika, sifat kimia, dan sifat pengerjaan. Sifat mekanis adalah kemampuan suatu logam untuk menahan beban yang diberikan pada logam tersebut. Yang termasuk sifat mekanis pada logam, antara lain: kekuatan bahan (strength), kekerasan elastisitas, kekakuan, plastisitas, kelelahan bahan, sifat fisika, sifat kimia, dan sifat pengerjaan.

Rockwell Hardness Test

ini adalah salah satu contoh alat pengujian logam.

Kekuatan (strength) adalah kemampuan material untuk menahan tegangan tanpa kerusakan. Beberapa material seperti baja struktur, besi tempa, alumunium, dan tembaga mempunyai kekuatan tarik dan tekan yang hampir sama. Ukuran kekuatan bahan adalah tegangan maksimumnya, atau gaya terbesar persatuan luas yang dapat ditahan bahan tanpa patah. Untuk mengetahui kekuatan suatu material dapat dilakukan dengan pengujian tarik, tekan, atau geser.

Kekerasan (hardness) adalah ketahanan suatu bahan untuk menahan pembebanan yang dapat berupa goresan atau penekanan. Untuk mengetahui kekerasan suatu material digunakan Uji Brinell. Kekakuan adalah ukuran kemampuan suatu bahan untuk menahan perubahan bentuk atau deformasi setelah diberi beban. Kelelahan bahan adalah kemampuan suatu bahan untuk menerima beban yang berganti-ganti dengan tegangan maksimum diberikan pada setiap pembebanan.

Elastisitas adalah kemampuan suatu bahan untuk kembali ke bentuk semula setelah menerima beban yang mengakibatkan perubahan bentuk. Elastisitas ini penting pada semua struktur yang mengalami beban yang berubah-ubah terlebih pada alat-alat dan mesin-mesin presisi.

Plastisitas adalah kemampuan suatu bahan padat untuk mengalami perubahan bentuk tetap tanpa ada kerusakan. Sifat fisika adalah karakteristik suatu bahan ketika mengalami peristiwa fisika seperti adanya pengaruh panas atau listrik. Yang termasuk sifat-sifat fisika adalah sebagai berikut: titik lebur, kepadatan, daya hantar panas, dan daya hantar listrik. Sifat kimia adalah kemampuan suatu logam dalam mengalami peristiwa korosi. Korosi adalah terjadinya reaksi kimia antara suatu bahan dengan lingkungannya. Secara garis besar ada dua macam korosi, yaitu korosi karena efek galvanis dan reaksi kimia langsung.

Keuletan (ductility) adalah sutu sifat material yang digambarkan seprti kabel dengan aplikasi kekuatan tarik. Material ductile ini harus kuat dan lentur. Keuletan biasanya diukur dengan suatu periode tertentu, persentase keregangan. Sifat ini biasanya digunakan dalam bidan perteknikan, dan bahan yang memiliki sifat ini antara lain besi lunak, tembaga, aluminium, nikel, dll.

Ketangguhan (toughness) merupakan kemampuan material untuk menyerap sejumlah energi tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan.

Kegetasan (brittleness) adalah suatu sifat bahan yang mempunyai sifat berlawanan dengan keuletan. Kerapuhan ini merupakan suatu sifat pecah dari suatu material dengan sedikit pergeseran permanent. Material yang rapuh ini juga menjadi sasaran pada beban regang, tanpa memberi keregangan yang terlalu besar. Contoh bahan yang memiliki sifat kerapuhan ini yaitu besi cor.

Kelelahan (fatigue) merupakan kecenderungan dari logam untuk menjadi patah bila menerima beban bolak-balik (dynamic load) yang besarnya masih jauh di bawah batas kekakuan elastiknya.

Melar (creep) merupakan kecenderungan suatu logam untuk mengalami deformasi plastik bila pembebanan yang besarnya relatif tetap dilakukan dalam waktu yang lama pada suhu yang tinggi.

Kekerasan (hardness) merupakan ketahanan material terhadap penekanan atau indentasi / penetrasi. Sifat ini berkaitan dengan sifat tahan aus (wear resistance) yaitu ketahanan material terhadap penggoresan atau pengikisan.

*NON LOGAM*

Non logam merupakan unsur yank tidak memiliki sifat seperti logam. Pada umumnya unsure non logam berwujud gas dan padat pada suhu dan tekanan normal. Bahan nonlogam dapat dibagi menjadi bahan organik (bahan yang berasal dari alam) dan bahan anorganik.

Bahan non logam dapat diklasifikasikan dalam dua kelompok yaitu:

1. Bahan sintetis adalah bahan bahan bukan logam yang telah mengalami proses kimia. Contoh: plastik, nilon, karet sintetis,dll.
2. Bahan alami adalah bahan bukan logam yang belum mengalami proses kimia atau yang sudah mengalami proses fisika.

Bahan alami dibedakan menjadi 2 macam yaitu:

1. Bahan alami murni: yaitu bahan bukan logam yang belum mengalami proses kimia. Contoh: siisium, belerang, batu bara, miyak bumi, dan semua bahan bahan logam yang baru diambil dari sumbernya atau sebagai bahan asal pembuatan bahan sintetis.
2. Bahan alami olahan: yaitu bahan bukan logam yang sudah mengalami proses fisika, artinya semua sifat sifat bahan tersebut masih dapat dikenali. Contoh: kulit, kertas, arang kayu.

Material non logam dapat dibedakan menjadi beberapa golongan, yaitu:

1. Keramik
2. Plastik (polimer)
3. Komposit

Material keramik merupakan material yang terbentuk dari hasil senyawa (compound) antara satu atau lebih unsur-unsur logam (termasuk Si dan Ge) dengan satu atau lebih unsur-unsur non logam. material jenis keramik semakin banyak digunakan, mulai berbagai abrasive, pahat potong, batu tahan api, kaca, dan lain-lain, bahkan teknologi roket dan penerbangan luar angkasa sangat memerlukan keramik.

Plastik (polimer) adalah material hasil rekayasa manusia, merupakan rantai molekul yang sangat panjang dan banyak molekul MER yang saling mengikat. Pemakaian plastik juga sangat luas, mulai peralatan rumah tangga, interior mobil, kabinet radio/televisi, sampai konstruksi mesin.

Komposit merupakan material hasil kombinasi dari dua material atau lebih, yang sifatnya sangat berbeda dengan sifat masing-masing material asalnya. Komposit selain dibuat dari hasil rekayasa manusia, juga dapat terjadi secara alamiah, misalnya kayu, yang terdiri dari serat selulose yang berada dalam matriks lignin. Komposit saat ini banyak dipakai dalam konstruksi pesawat terbang, karena mempunyai sifat ringan, kuat dan non magnetik.

Bahan paduan logam dan bukan logam

Merupakan paduan dua buah bahan atau lebih dimana komposisi kimia dari bahan tersebut tidak berubah. Tetapi terjadi perubahan bentuk maupun sifat-sifatnya. Contoh: kuningan (CuZn) =tembaga (cu) + seng (Zn)

Macam-macam bahan paduan

• Bahn paduan adalah suatu bahan campuran dari dua macam bahan logam atau lebih yang dipadukan dalam keadaan cair. Contoh: perunggu, kuningan, baja nikel, baja krom,dll.
• Bahan anyaman adalah suatu bahan campuran dari dua bahan atau lebih yang diperkuat dengan jalan anyaman. Contoh: sabuk ban, kanvas rem.
• Bahan lapisan adalah campuran dua bahan yang diperkuat dengan lapisan bahan lain. Contoh: paking kepala silinder, kaca lapis.
• Bahan lapis permukaan adalah campuran bahan yang bertujuan untuk melindungi bahan terhadap karat, korosi, dan memberi daya tahan terhadap gesekan. Contoh: vernikel, galvanis.

Unsur-unsur non logam

Nama Indonesia	Nama Latin	Lambang Unsur	Bentuk Fisik
belerang	sulfur	S	padat, kuning
bromin	bromium	Br	cair, cokelat kemerahan
fluorin	fluorine	F	gas, kuning muda
fosforus	phosphorus	P	padat, putih dan merah
helium	helium	He	gas, tidak berwarna
hidrogen	hydrogenium	H	gas, tidak berwarna
karbon	carbonium	C	padat, hitam
klorin	chlorine	Cl	gas, kuning kehijauan
neon	neon	Ne	gas, tidak berwarna
nitrogen	nitrogenium	N	gas, tidak berwarna
oksigen	oxygenium	O	gas, tidak berwarna
silikon	silicium	Si	padat, abu-abu mengkilap
iodin	iodium	I	padat, hitam (uapnya berwarna ungu)