Klasifikasi Material Teknik

Klasifikasi Material Teknik: Secara garis besar material teknik dapat diklasifikasikan menjadi : 1. Material logam Berdasarkan pada komposisi kimia, logam dan paduannya dapat dibagi menjadi dua golongan yaitu:  

Logam besi / ferrous Logam non besi / non ferrous

2. Material non logam Material non logam dapat dibedakan menjadi beberapa golongan, yaitu:   

Keramik Plastik (polimer) Komposit

Karakteristik Material Teknik: 1.

Logam Besi (Ferrous)

Logam Besi adalah unsur kimia yang mempunyai sifat-sifat kuat, keras, penghantar listrik dan panas, serta mempunyai titik cair tinggi. Bijih logam ditemukan dengan cara penambangan yang terdapat dalam keadaan murni atau bercampur. Logam Besi (Ferrous) terdiri menjadi dua yaitu: A. Baja (Steel) Baja Paduan adalah paduan dengan berbagai elemen dalam jumlah total 1,0% dan 50% berat untuk meningkatkan sifat mekanik. Baja Paduan dipecah menjadi dua kelompok : a.

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 di las. Menurukan 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.

1

Baja paduan rendah dikelompokkan menjadi 3 yaitu : 

Baja Karbon Rendah (Low Carbon Steel, < 0,2% C)

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 yaitu :     

Lunak Lemah memiliki keuletan dan ketangguhan yang baik mampu mesin (machinability) dan mampu lasnya (weldability) baik.

Baja Karbon Sedang (Medium Carbon Steel, < 0,2-0,5% C) 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 yang 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) komponen struktur yang memerlukan kekuatan tinggi, ketahanan aus, dan tangguh.

Baja Karbon Tinggi (High Carbon Steel, > 0,5% C) 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 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

2

pemaduannya unsur-unsur tersebut bersenyawa dengan karbon menjadi senyawa yang sangat keras sehinnga ketahanan aus nya sangat baik. b.

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  austenitik. 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. Fasa-fasa padat yang ada didalam baja :  Ferit (alpha) : merupakan sel satuan (susunan atom-atom yang paling kecil dan teratur) berupa Body Centered Cubic (BCC=kubus pusat badan), Ferit ini mempunyai sifat : magnetis, agak ulet, agak kuat, dll.  Autenit : merupakan sel satuan yang berupa Face Centered Cubic (FCC = kubus pusat muka), Austenit ini mempunyai sifat : Non magnetis, ulet, dll.  Sementid (besi karbida) : merupakan sel satuan yang berupa orthorombik, Semented ini mempunyai sifat : keras dan getas.  Perlit : merupakan campuran fasa ferit dan sementid sehingga mempunyai sifat Kuat.  Delta : merupakan sel satuan yang berupa Body Centered Cubic (BCC=kubus pusat badan). Tujuan utama dari penambahan unsur paduan sebenarnya untuk memperbaiki sifat-sifatnya seperti :    

kekuatan tarik kekuatan impak ketahanan korosi ketahanan panas, dll

B. Besi Cor (cast iron) Besi cor adalah kelompok paduan besi memiliki kadar karbon diatas 1,7% (berat). Biasanya berkisar antara 3-4,43% C (berat). Dikarnakan elemen utamanya selain C 3

dan Si juga ada elemen-elemen pemadu lainnya seperti Mn, S, P, Mg dan lain-lain dalam jumlah yang sedikit. Sifatnya sangat getas namun mampu cor nya baik dibanding baja. Titik cairnya lebih rendah, ketahanan korosinya lebih baik, hal ini dikarenakan adanya grafit yang tersebar didalam besi cor. Berdasarkan jenis matriksnya besi cor terdiri dari besi cor kelabu (gray cast iron), besi cor putih, besi cor bergrafit bulat (noduler), besi cor mampu bentuk/tempa (malleable). Besi cor ini dapat digolongkan menjadi empat jenis yaitu: a.

Besi cor kelabu Besi cor kelabu (grey cast iron) Unsur penyusun dari besi cor kelabu yakni : Fe + C + Silikon (Si). Adanya penambahan unsur Si (Silikon) bertujuan untuk mengurai Sementid menjadi Fe (ferit atau perlit) dan C (grafit). Bentuk grafitnya berupa serpih sehingga secara sederhana dapat dikatakan bahwa fasa besi cor kelabu berupa ferit/perlit + grafit serpih dengan sifat : agak getas yang dikarenakan ujung-ujung grafit berbentuk serpih tajam, akibatnya konsentrasi tegangan tinggi sehingga mudah patah. Contoh penggunaan besi cor kelabu pada :     

konstruksi mesin jahit blok mesin lampu hias mesin bubut pagar, dll.

Keistimawaan besi cor kelabu terhadap baja yakni : mampu meredam getaran. b.

Besi cor putih Besi cor putih (white cast iron) Besi cor putih mempunyai fasa sementid+perlit sehingga mempunyai sifat keras dan getas.

c.

Besi cor mampu bentuk/tempa (malleable) Besi cor mampu tempa (malleable cast iron) Untuk membuat besi cor mampu tempa dapat dibuat dengan memanaskan besi cor putih hingga mencapai suhu 700 Derajat Celcius selama 30 Jam. Hal ini bertujuan agar sementid terturai menjadi Fe (ferit) dan C (grafit). Grafit yang dihasilkan berbentuk pipih. Contoh penggunaan besi cor mampu tempa pada spare part yang berukuran kecil-kecil.

d.

Besi cor bergrafit bulat (noduler) Besi cor bergrafit bulat (ductile cast iron atau noduler cast iron) Unsur penyusun dari besi cor bergrafit bulat yakni : Fe + C + Si + Mg / Ce. Penambahan Mg atau Ce bertujuan untuk “melunakkan” grafit menjadi bulat sehingga konsentrasi tegangan sedikit sekali (besi cor bersifat ulet). Contoh penggunaan besi cor bergrafir bulat pada :  kontruksi penjepit rel kereta api 4

 batang torak kompresor, dll. 2.

Logam Non Besi (non Ferrous) Macam Logam non-Ferro : a) b) c) d)

Paduan Alumunium Paduan Magnesium Paduan Tembaga Superalloy

Pada dasarnya logam non-ferro ini memiliki sifat-sifat seperti :       

mampu dibentuk dengan baik massa jenisnya rendah penghantar panas dan listrik yang baik mempunyai warna yang menarik tahan karat kekuatan dan kekakuannya umumnya lebih rendah dari pada logam ferro sukar dilas

a. Paduan Alumunium Karateristiknya :      

Alumunium merupakan logam ringan yang mempunyai sifat ketahanan korosi yang baik. Alumunium jika dipadukan dengan Cu, Mg, Si, Mn, dan Ni akan memberikan sifat-sifat seperti ketahanan aus, koefisien muai rendah dan sebagainya. Alumunium juga memiliki kekuatan mekanik yang tinggi, ductil, tahan korosi dan dapat dilas. Memiliki kemurnian Al(%) 99,996 > 99,0 Kekuatan Tarik (kg/mm²) 4,9 11,6 9,3 1 6,9 Kekuatan Mulur (0,2) (kg/mm²) 1,3 11,0 3,5 1 4,8

Jenis Paduan Al dan Karakteristiknya : 





Al yang dikeraskan dengan campuran Al, Cu, Si, Mg. Campuran ini dikerjakan secara panas (heat threatment) puncak kekerasan antara 36 – 48 jam, digunakan pada bangunan pesawat-pesawat terbang. Sebab selain kekerasannya juga diperlukan keringanannya. Duralumin / Dural, Aluminium Alloy yang kemampuan dukung ( tensile strenght) ditingkatkan dengan mencampur 2,2 – 5,2 % C, hingga 1,75% Mg serta bahan bahan liar lainnya. Digunakan dalam bangunan bangunan enginering, konstruksi bangunan pesawat terbang, plat dan paku keling. Silumin, Aluminium Alloy ini merupakan paduan Al dan 8 – 14% Si, selain bisa dituang dengan baik, silumin pun ringan dan tahan korosi. Dalam praktik, silumin dipakai sebagai piston pada reciprocating engines.

5

b. Paduan Magnesium Karateristiknya :      

Pada sifat mekanik magnesium terutama memiliki kekuatan tarik yang sangat rendah.oleh karena itu magnesium asli tidak dibuat dalam teknik. Paduan magnesium memiliki sifat mekanik yang lebih baik dan banyak digunakan. Unsur-unsur paduan dasar magnesium adalah alumunium, seng, dan mangan. Penambahan 0,1-0,5 % meningkatkan ketahanan korosi. Penambahan sedikit cerium, Zirconium, dan baryllium dapat membuat struktur butir yang halus dan meningkatkan ductility dan tahan oksidasi pada peningkatan suhu. Pada suhu tinggi magnesium terbakar di udara dan bereaksi dengan nitrogen menghasilkan nitrida,

Aplikasinya :   

Magnesium merupakan logam ulet perak-putih 40 % lebih ringan dari alumunium.Ini merupakan tambahan paduan penting dalam banyak aplikasi metalorgi. Di dalam paduan alumunium-magnesium untuk membuat koin baru dari india Paduannya dengan alumunium yag bersifat ringan dan kuat juga digunakan sebagai bahan struktural dalam mobil dan pesawat.

c. Paduan Tembaga Pada umumnya tembaga itu mempunyai sifat-sifat tahan karat non asam, mampu mengalirkan panas serta listrik dengan baik. Paduan Tembaga dibedakan menjadi 2 yaitu :  

Logam paduan pertama yaitu Perunggu yang merupakan paduan dari tembagatimah yang biasanya digunakan untuk peralatan dapur, alat-alat musik, dan barang-barang kerajinan. Logam kedua, Kuningan yakni paduan tembaga-seng.Seng merupakan faktor tambahan untuk menghasilkan logam yang lebih kuat,keras,dan lebih sukar ditempa ketimbang hanya tembaga murni.

Macam Paduan Tembaga :   

Tembaga paduan sepertihalnya kuningan ( paduan Cu dengan lebih kurang sama dengan 39% Zn) mempunyai duktiliti yang tinggi. Sedangkan paduan Cu lebih besar 39% Zn tampak brittle. Kuningan yang dipadu dengan Mn dan Fe mempunyai kekuatan yang lebih tinggi, mempunyai sifat mampu tuang yang baik. Tembaga yang dipadu dengan Ni ( hingga 67% ) disebut monel. Monel berwarna putih, tahan korosi, mempunyai kekerasan hingga 60 Kg/ . aplikasinya sebagai liontin monel.

6

  

Tembaga yang dipadu dengan Si mempunyai sifat-sifat duktiliti yang lebih tinggi, tahan gesek, tahan korosi, serta mempunyai kemampuan tuang atau las yang baik. Dipakai untuk membuat mur-mur, baut-baut, plat-plat ketel. Paduan antara Cu dengan berrilyum ( Be ) mempunyai duktiliti yang tinggi serta tahan gesek, dipakai sebagai pembuatan pegas serta pelapis tahan gesek. Paduan Cu + Sn + P disebut phospor bronze, disamping tahan lelah , juga mudah dituang.Dipakai sebagai bahan pegas tuang yang tahan beban dinamis.

d. Supperalloy Karakteristik :  

Tahan panas tahan suhu tinggi

Aplikasinya :       

mesin jet turbin gas mesin roket pekakas dies industri nuklir kimia dan petrokimia

Jenis superalloy : o o o 3.

Superalloy besi base: 32-67% Fe, 15-22% Cr, 9-38% Ni Superalloy kobalt base: 35-65% Co, 19-30% Cr, 35% Ni Superalloy nikel base: 38-76% Ni, 27% Cr, 20% Co.

Keramik Pada prinsipnya keramik terbagi menjadi dua, yaitu : a.

Keramik Tradisional. Keramik tradisional yaitu keramik yang dibuat dengan menggunakan bahan alam, seperti kuarsa, kaolin, dll. Yang termasuk keramik ini adalah: barang pecah belah (dinnerware), keperluan rumah tangga (tile, bricks), dan untuk industri (refractory).

b.

Keramik Halus Fine ceramics (keramik modern atau biasa disebut keramik teknik, advanced ceramic, engineering ceramic, techical ceramic) adalah keramik yang dibuat dengan menggunakan oksida-oksida logam atau logam, seperti: oksida logam ( , Zr , MgO, dll). Penggunaannya: elemen pemanas, semikonduktor, komponen turbin, dan pada bidang medis. 7

Sifat Keramik : Sifat yang umum dan mudah dilihat secara fisik pada kebanyakan jenis keramik adalah britle atau rapuh, hal ini dapat kita lihat pada keramik jenis tradisional seperti barang pecah belah, gelas, kendi, gerabah dan sebagainya, coba jatuhkan piring yang terbuat dari keramik bandingkan dengan piring dari logam, pasti keramik mudah pecah, walaupun sifat ini tidak berlaku pada jenis keramik tertentu, terutama jenis keramik hasil sintering, dan campuran sintering antara keramik dengan logam. sifat lainya adalah tahan suhu tinggi, sebagai contoh keramik tradisional yang terdiri dari clay, flint dan feldfar tahan sampai dengan suhu 1200 C, keramik engineering seperti keramik oksida mampu tahan sampai dengan suhu 2000 C. kekuatan tekan tinggi, sifat ini merupakan salah satu faktor yang membuat penelitian tentang keramik terus berkembang. Aplikasinya : 

Peralatan yang dibuat dari alumina dan silikon nitrida dapat digunakan sebagai pemotong, pembentuk dan penghancur logam. Keramik tipe zirconias, silikon nitrida maupun karbida dapat digunakan untuk saluran pada rotorturbocharger diesel temperatur tinggi dan Gas-Turbine Engine. Keramik sebagai insulator adalah aluminum oksida ( ). Keramik sebagai semikonduktor adalah barium titanate (BaTi ) dan strontium titanate (SrTi ). Sebagai superkonduktor adalah senyawa berbasis tembaga oksida. Keramik dengan campuran semen dan logam digunakan untuk pelapis pelindung panas pada pesawat ulang-alik dan satelit. Keramik Biomedical jenis porous alumina digunakan sebagai implants pada tubuh manusia. Porous alumina dapat berikatan dengan tulang dan jaringan tubuh. Butiran uranium termasuk keramik yang digunakan untuk pembangkit listrik tenaga nuklir. Butiran ini dibentuk dari gas uranium hexafluorida (UF6). Keramik berbasis feldspar dan tanah liat digunakan pada industri bahan bangunan. Keramik juga digunakan sebagai coating (pelapis) untuk mencagah korosi. Keramik yang digunakan adalah jenis enamel. Peralatan rumah tangga yang menggunakan pelapisan enamel ini diantaranya adalah kulkas, kompor gas, mesin cuci, mesin pengering.

 

    

4.

Palstik (polimer) 

Plastik komoditas o o o o

sifat mekanik tidak terlalu bagus tidak tahan panas Contohnya: PE, PS, ABS, PMMA, SAN Aplikasi: barang-barang elektronik, pembungkus makanan, botol minuman

8



Plastik teknik o o o o



Tahan panas, temperatur operasi di atas 100 °C Sifat mekanik bagus Contohnya: PA, POM, PC, PBT Aplikasi: komponen otomotif dan elektronik Plastik teknik khusus

o o o o

5.

Temperatur operasi di atas 150 °C Sifat mekanik sangat bagus (kekuatan tarik di atas 500 Kgf/cm²) Contohnya: PSF, PES, PAI, PAR Aplikasi: komponen pesawat

Komposit Pada umumnya komposit yang dibuat manusia dapat dibagi kedalam tiga kelompok utama: a) Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC) Bahan ini merupakan bahan yang paling sering digunakan atau sering disebut dengan Polimer Berpenguatan Serat (Fibre Rainforced Polymers or Plastics – FRP). Komposit ini menggunakan suatu polimer berbasis resin sebagai matriksnya, dan jenis serat tertentu sebagai penguat, seperti: serat kaca, karbon, dan aramid (kevlar). Aplikasi dari PMC : • Bathroom furniture • Aerospace • Construction material, dll b) Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC) Ditemukan berkembang pada industri otomotif, bahan ini pada umumnya menggunakan suatu logam seperti aluminium (Al) sebagai matrik dan penguatnya dengan serat silikon karbida (SiC). c) Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC) Material komposit ini biasanya digunakan pada lingkungan bertemperatur sangat tinggi, bahan ini menggunakan keramik sebagai matrik dan diperkuat dengan serat pendek, atau serabut-serabut (whiskers) yang terbuat dari silikon karbida atau boron nitrida. Karakteristik dan keunggulan nya : 1. 2. 3.

berat yang lebih ringan, kekuatan dan kekuatan yang lebih tinggi, tahan korosi 9

4. 5.

memiliki biaya perakitan yang lebih murah karena berkurangnya jumlah komponen dan baut-baut penyambung. Kekuatan tarik dari komposit serat karbon lebih tinggi dari pada semua paduan logam. Semua itu menghasilkan berat pesawat yang lebih ringan, daya angkut yang lebih besar, hemat bahan bakar dan jarak tempuh yang lebih jauh.

Aplikasinya : Hambatan dalam aplikasi material komposit umumnya adalah soal biaya. Meskipun sering kali proses manufaktur material komposit lebih efisien, namun material mentahnya masih terlalu mahal. Material komposit masih belum bisa secara total menggantikan material konvensional seperti baja, tetapi dalam banyak kasus kita memiki kebutuhan akan hal itu. Tidak diragukan, dengan teknologi yang terus berkembang, pengunaan baru dari material komposit akan bermunculan. Kita belum melihat semua yang material komposit dapat lakukan.

10

DAFTAR PUSTAKA

http://inspirasiku-deblitar.blogspot.com/2011/03/klasifikasi-logam.html http://okasatria.blogspot.com/2007/11/pengetahuan-material-teknik-dasar.html http://otomotifkipunsri.blogspot.com/2010/12/material-teknik-karakteristik-dan.html http://romzneverdie.wordpress.com/metallurgy/klasifikasi-logam-dan-paduannya/ http://yefrichan.wordpress.com/2010/10/15/logam-ferro-dan-non-ferro/ http://majarimagazine.com/2009/03/pembuatan-keramik-industri/ http://id.wikipedia.org/wiki/Keramik http://id.wikipedia.org/wiki/Plastik http://ellyawan.dosen.akprind.ac.id/?p=6#more-6 http://pestacarolgabe.blogspot.com/2010/12/komposit.html

11