JENIS BAHAN TEKNIK
A.
PENDAHULUAN Ilmu material atau ilmu bahan adalah ilmu teknik yang mempelajari sifat bahan dan aplikasinya terhadap berbagai bidang ilmu dan teknik. Bahan teknik dapat digolongkan dalam kelompok logam dan bukan logam. Bahan logam dapat dikelompokkan lagi dalam 2 kelompok yaitu kelompok logam ferro yaitu logam yang mengandung besi, dan kelompok logam non ferro atau logam bukan besi. Dari semua jenis logam dapat digolongkan menjadi logam murni dan logam paduan. Logam paduan artinya logam yang dicampur dengan logam lain atau bahkan dicampur dengan bukan logam. Adapun ikhtisar pengelompokkan bahan teknik seperti pada Gambar 1 dibawah ini:
Gambar 1. Pengelompokkan Pengelompokkan Bahan Teknik. B. Sifat sifat Material Logam Sifat logam antara lain: 1. Sifat mekanis mekanis adalah kemampuan logam untuk menahan beban yang dikenakan padanya, baik statis, dinamis, berubah‐ubah dalam berbagai keadaan, suhu tinggi atau di bawah nol derajat. Berupa: kekenyalan, kekuatan, keuletan, liat, kegetasan , ketahanausan dan kekuatan tekannya. 2. Sifat Fisis adalah keadaan logam itu mengalami peristiwa fisika. Misalnya: terkena pengaruh panas/ listrik, logam mencair atau berubah bentuk. 3. Sifat Kemis Kemis adalah kondisi bahan tersebut mampu menahan adanya zat kimia yang dikenakan. Misalnya: pengaruh terkena zat asam, basa dan garam. 4. Sifat teknologis teknologis adalah kemampuan suatu bahan dalam pengerjaan secara teknis yaitu: kemampuan dilas, dimesin, dituang, dan ditempa. Sifat mekanik logam: 1. Kekuatan (strength) Kemampuan material untuk menahan tegangan tanpa kerusakan 2. Kekerasan (Hardness) Kemampuan material untuk menahan goresan atau penekanan. 3. Kekakuan (stiffness) Kemampuan suatu bahan untuk menahan perubahan bentuk atau deformasi setelah diberi beban 4. Kelelahan bahan (fatigue) Kemampuan suatu bahan untuk menerima beban yang berganti-ganti. 5. Elastisitas Kemampuan material untuk kembali ke bentuk semula setelah menerima beban yang menimbulkan perubahan bentuk.
6.
C.
Plastisitas Kemampuan material untuk mengalami perubahan bentuk yang tetap, tanpa ada kerusakan
Macam-macam Bahan Teknik 1. Logam (metals) Logam digolongkan dalam kelompok logam ferro yaitu logam yang mengandung besi, dan logam non ferro atau logam bukan besi. a. Logam ferro Logam ferro adalah campuran besi (Fe) dengan karbon (C). Berdasarkan kadar karbonnya, bahan teknik yang termasuk dalam logam ferro dikelompokkan dalam golongan Baja Carbon dan Besi Cor. 1) Baja Carbon Ada beberapa jenis baja karbon yang dikenal yaitu: a) Baja Carbon Rendah atau low carbon s teel Baja karbon rendah disebut juga baja lunak. Komposisi campuran besi dan karbon, kadar karbon 0 sampai 0,3 %, mempunyai sifat dapat ditempa dan liat. Sifatnya mudah ditempa dan mudah di mesin. Penggunaannya: 0,0 % - 0,20 % C : bodi otomotif , besi bangunan, pipa, rantai, paku keling, sekrup, pasak, paku.. 0,20 % - 0,30 % C : gears, poros, baut, besi tempa. b) Baja Karbon Sedang atau medium carbon s teel Komposisi campuran besi dan karbon, dengan kadar karbon 0,3% sampai 0,5 %. Sifat lebih kenyal dari yang keras dan digunakan untuk membuat benda kerja tempa berat, poros, dan rel baja. 0,30 % - 0,40 % C : Batang torak (connecting rods), crank pins, poros. 0,40 % - 0,50 % C : as roda, poros engkol (crank shaft), rel kereta, ketel uap (boilers), obeng.. c) Baja Karbon Tinggi atau hig h carbon s teel Sifatnya sulit dibengkokkan, dilas dan dipotong. Kandungan 0,60 % - 1,50 % C. Digunakan untuk membuat palu, kikir, pahat, gergaji besi, tap, pahat mesin bubut.
b.
2)
Besi Cor Besi cor merupakan paduan Besi-Karbon dengan kandungan C 2% sampai dengan 4%. Paduan ini memiliki sifat mampu cor yang sangat baik namun memiliki elastisitas rendah. Oleh karenanya proses pengerjaan bahan ini tidak dapat dilakukan melalui proses pembentukan, melainkan melalui proses pemotongan (pemesinan) maupun pengecoran.
3)
Baja Paduan Baja paduan yang diklasifikasikan menurut kadar elemen paduannya dibagi menjadi: a) Low alloy steel , jika elemen paduannya ≤ 2,5 % b) Medium alloy steel , jika elemen paduannya 2,5 – 10 % c) High alloy steel , jika elemen paduannya > 10 %
Logam Non ferro Adalah logam yang tidak mengandung unsur besi (Fe). Dibagi menjadi 3: 1). Logam berat, memiliki berat jenis (ρ) > 4,0 kg/ dm3. Contohnya tembaga, seng, timah putih, timah hitam, timbal, mangan (Mn), Cromium (Cr) 2). Logam ringan, memiliki berat jenis (ρ) < 4,0 kg/dm3. Contohnya Alumunium (Al), Magnesium (Mg). 3). Logam mulia, adalah logam yang sudah langsung dapat di pakai walau tanpa dicampur. Sifat: memiliki ketahanan kimia dan daya hantar listrik yang baik dan cukup kuat tetapi karena harganya mahal maka hanya dipergunakan untuk keperluan khusus. Contoh: Emas, Perak, Platina. Logam non ferro biasanya tidak digunakan dalam keadaan murni, melainkan sudah dipadukan dengan logam lainnya. Hal tersebut disebabkan Karena sifatsifatnya yang belum sesuai yang diinginkan. Kecuali logam yang sudah memiliki sifat yang baik misalnya emas, platina, perak. Berikut ini penjelasan beberapa logam non ferro:
1)
Tembaga Berwarna merah muda, konduktor listrik dan panas yang baik, mampu tempa dan bentuk, patahan mempunyai butir yang halus mengkilap Berat jenis 8,9 gr/ cm3, titik lebur ± 1100°C, kekuatan tarik 200 ‐300 N/mm2, regangan 30% Kegunaan: peralatan teknik pendingin, alat ‐alat listrik, penutup baja, dll
2)
Mangan (Mn) Sebagai paduan dalam baja konstruksidan baja murni akan memperbaiki sifat kekuatan tarik dan tahan aus. Jika digunakan dalam baja perkakas, dapat memperbaiki sifat tahan ukuran. Dengan sifat-sifat yang seperti itu, mangan bila dipadu dengan baja mesin digunakan untuk pekerjaan yang menginginkan kekuatan tarik dan tahan aus. Adapun bila dipadu dengan baja perkakas dapat dipergunakan untuk pekerjaan yang menginginkan ketahanan ukuran.
3)
Nikel (Ni) Berat jenis 8,9 gr/ cm3, titik lebur ± 1455°C, kekuatan tarik ±700 N/mm2 Kuat, liat, tahan korosi, W arna keabu‐abuan Sebagai pelapis logam dan unsur paduan Kegunaan: peralatan-peralatan yang menuntut ketahanan korosi yang tinggi, seperti peralatan dalam industri makanan , industri kimia, obat-obatan serta peralatan kesehatan, industri petroleum dll.
4)
Alumunium Lunak dan liat, daya hantar panas dan listrik yang baik, tahan terhadap korosi. Mudah dibentuk tetapi sukar dituang, sukar dilas, warna putih keperakan. Berat jenis 2,6 gr/ cm3, titik lebur ± 700°C Kegunaan: bahan bangunan, alat rumah tangga, bahan kabel, pelapis baja, bahan baku cat
5)
Uranium Berat jenis 18,7 gr/cm3 Uranium murni sifatnya liat dan mudah dibentuk Menstabilkan karbit keras Sebagai bahan amunisi atau persenjataan
6)
Kobalt (Co) Sifat kobalt jika dipadu dengan baja akan menjadi keras, tahan panas, dan tahan aus. Kegunaan konstruksi pesawat terbang, konstruksi bahan panas.
7)
Magnesium (Mg) Berat jenis 1,7 gr/cm3 , lunak, titik cair atau lebur rendah (800 °C), sebagai unsur paduan Digunakan untuk bangunan pesawat terbang dan bangunan mesin.
8)
Wolfram (W) / Tungsten Keras, berat jenis 20 gr/cm3 , titik lebur tinggi 3400°C Dapat digilas menjadi lembaran Bila dipadu dengan baja perkakas akan menjadi tahan aus dan tahan panas Kegunaan, katode tabung elektron, kawat lampu pijar, dan elektrode
9)
Timah hitam (Pb) / Timbel Lunak, empuk, tahan korosi, warna keabu ‐abuan Berat jenis 11,4 ‐11,5 gr/cm3 , titik lebur ± 330°C Sebagai gelang paking, penutup baja, atau pipa saluran air. Sebagai sambungan dalam kabel listrik, pembungkus pipa aair minum, untuk membuat sel –sel aki, bahan peluru senapan, bahan cat.
10)
Timah Putih (Sn) Timah putih, Tin, Stannum (Sn) ialah logam yang berwarna putih mengkilap, sangat lembek dengan titik cair yang rendah yakni 232°C. Logam ini memiliki sifat ketahanan korosi yang tinggi sehingga banyak digunakan sebagai bahan
pelapis pada plat baja, digunakan sebagai kemasan pada berbagai produk makanan karena Timah putih ini sangat tahan terhadap asam buah dan Juice.
c.
11)
Seng (Zn) Warna kelabu, berat jenis 7,1 gr/ cm3 , titik lebur ± 149°C Kekuatan tarik ±140 N/ mm2 , lunak, ulet, tahan korosi sebagai pelapis plat, elemen listrik, bagian mobil, bahan baku cat
12)
Vanadium (V) Berwarna putih, agak keras, rapuh berat jenis 5,7 gr/cm3, titik lebur 1715°C. Kegunaan: Bila dipadu dengan alumunium, kobalt, tembaga, nikel, platina, dan timah, digunakan untuk pembuatan baja khusus. Bila dipadu dengan baja, dapat memperbaiki butir-butir baja menjadi lebih halus. Bila dipadu dengan baja krom, akan membuat baja lebih kuat dan tahan aus, serta dapat digunakan untuk membuat roda gigi, batang penggerak, dan poros engkol.
13)
Krom (Cr) Chromium ialah logam berwarna kelabu, sangat keras dengan titik cair yang tinggi yakni 1890°C , Chromium diperoleh dari unsur Chromite, yaitu senyawa FeO.Cr2. Chromium memiliki sifat yang keras serta tahan terhadap korosi jika digunakan sebagai unsur paduan pada baja dan besi tuang dan dengan penambahan unsur Nickel maka akan diperoleh sifat baja yang keras dan tahan panas.
14)
Titanium (Ti) Titanium (Ti) memiliki warna putih kelabu, sifatnya yang kuat seperti baja dan stabil hingga temperature 400°C, tahan korosi dan memiliki berat jenis (ρ) = 4,5 kg/dm3 . Titanium (Ti) digunakan sebagai unsur pemurni pada baja serta sebagai bahan paduan dengan Aluminium dan logam lainnya.
Logam paduan 1). Baja paduan Baja yang dipadu dengan unsur antara lain: Cr, Mn, Si, Ni, W, Mo, Ti, Al, Cu Contoh penggunaan sebagai: a). Baja konstruksi (dipergunakan sebagai konstruksi bangunan, pembuatan bangunan mesin) b). Baja perkakas (sebagai bahan membuat alat‐alat perkakas, seperti: alat potong, caliber, stempel) c). Baja khusus (sifat tahan karat, tahan panas seperti Stainless steel). Stainless steel adalah baja karbon dengan campuran kromium 10% sehingga tahan terhadap karat. 2). Paduan tembaga a). Kuningan/Brass adalah paduan antara tembaga (Cu) dan Seng (Zn) b). Perunggu/Bronze adalah paduan antara tembaga (Cu) dan timah (Pb) 3). HSS (High Speed Steel) HSS merupakan baja paduan tinggi yang mampu mempertahankan kekerasannya pada temperature tinggi. Dibagi menjadi 2 jenis: a). Tungsten-type HSS Baja paduan dengan paduan utama tungsten/Wolfram (W) dan paduan tambahan Chromium (Cr), Vanadium (V), Cobalt (Co) b). Molybdenum-type HSS Baja paduan dengan paduan utama molybdenum dan paduan tambahan kromium, vanadium, wolfram, dan kobalt
2. Non Logam a.
Polimer (polymers) Suatu molekul raksasa (makromolekul) yang terbentuk dari susunan ulang molekul kecil yang terikat melalui ikatan kimia disebut polimer (poly = banyak; mer = bagian)..Klasifikasi Polimer
1)
Polimer Berdasarkan Asalnya Polimer alam telah dikenal sejak ribuan tahun yang lalu, seperti amilum, selulosa, kapas, karet, wol, dan sutra. Polimer buatan dapat berupa polimer regenerasi dan polimer sintetis. Polimer regenerasi adalah polimer alam yang dimodifikasi. Contohnya rayon, yaitu serat sintetis yang dibuat dari kayu (selulosa). Polimer sintetis adalah polimer yang dibuat dari molekul sederhana (monomer) dalam pabrik.
2)
Polimer Berdasarkan Sifat Thermalnya a) Termoplastik Mudah larut pada pelarut yang sesuai, pada suhu tinggi akan lunak, tetapi akan mengeras kembali jika didinginkan. Proses melunak dan mengeras ini dapat terjadi berulang kali. Sifat ini dijelaskan sebagai sifat termoplastik. (1) Polieten Polieten mempunyai sifat: Tahan terhadap kimia Sebagai isolator frekuensi tinggi Sifat mekanis sedang, lunak, kenyal untuk mainan anak ‐anak dan alat rumah tangga (2) PVC (Poli Vinil Clorida) Sebagai pipa dengan sifat mekanis baik tapi rapuh Tahan terhadap zat kimia sehingga digunakan sebagai keran pompa, ventilator (3) Teflon Teflon mempunyai ciri ‐ciri lunak sehingga bisa dibengkokkan, digunakan sebagai bantalan luncur dari perunggu, alat ‐alat masak. b) Termosetting Tidak dapat larut dalam pelarut apapun, tidak meleleh jika dipanaskan, lebih tahan terhadap asam dan basa, jika dipanaskan akan rusak dan tidak dapat kembali seperti semula dan struktur molekulnya mempunyai ikatan silang antar rantai. (1) Poliester Poliester terbuat dari batu bara, sifat keras dan tidak mudah dibengkokkan, penggunaan karosesi mobil, dinding perahu, alat ‐alat listrik, dan lain ‐lain. (2) Fenol Formadelhit (bakelit, pertinaks, novoteks) Fenol Formadelhid bening seperti kaca, sebagai barang cetakan, bentuk plat dan lembaran. (3) Bakelit merupakan bahan pengisi bubuk kayu, serat asbes, bubuk grafit, bubuk mika (4) Pertinaks/Novoteks mempunyai sifat tahan aus tinggi, digunakan sebagai bahan bantalan luncur/ roda gigi Tabel 1. Perbedaan sifat-sifat plastik termoplas dan termoset Plastik Termoplas Plastik Termoset Mudah diregangkan Kerad dan rigid Fleksibel Tidak fleksibel Melunak jika dipanaskan Mengeras jika dipanaskan Titik leleh rendah Tidak meleleh jika dipanaskan Dapat dibentuk ulang Tidak dapat dibentuk ulang
b.
Elastomer/Rubber (karet): Karet atau elastomer adalah salah satu jenis polimer yang memiliki perilaku khas yaitu memiliki daerah elastis non-linear yag sangat besar.
c.
Keramik Dalam keteknikan, keramik mencakup berbagai jenis misal gelas/kaca, bata, batuan, beton, bahan ampelas, enamel porselen, isolator dielektrik, batu tahan apai, dan lain ‐lain.
d.
Kaca Kaca terdiri dari berbagai jenis, antara lain: 1) Kaca natron (kaca jendela biasa) dipergunakan sebagai bahan pembuat botol 2) Kaca kali/kaca bohemia dipergunakan sebagai alat ‐alat laboratorium 3) Kaca kristal dipergunakan sebagai alat optik 4) Kaca corona dipergunakan sebagai alat optik
e.
Bahan Perapat Adalah bahan yang dipakai untuk mengantarai dan menutup rapat dua buah ruangan (gas/cair). Contoh: karet, kertas, karton, fiber, gabus, kulit, dan lain‐lain.
f.
Asbes Berwarna abu‐abu Tidak terbakar Isolator Sebagai serat, batu tahan api, isolator listrik.
g.
Bahan isolat Bahan yang digunakan untuk menahan pancaran panas, meredam suara, getaran dan menyekat listrik.
h.
Komposit (composites) Komposit adalah material yang terdiri dari dua atau lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut. contoh, ban mobil, adonan semen.
