BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang
Ilmu material merupakan suatu ilmu atau mata kuliah penting dalam sebuah program pendidikan Teknik Mesin. Tak terlepas dari mesin, mesin terbuat dari beberapa material campuran. Material campuran terebut sebagian besar adalah logam. Suatu logam mempunyai sifat-sifat tertentu yang dibedakan atas sifat fisik, mekanik, thermal , dan korosif. Salah satu yang penting dari sifat tersebut adalah sifat mekanik. Sifat mekanik terdiri dari keuletan, kekerasan, kekuatan, dan ketangguhan. Sifat mekanik merupakan salah satu acuan untuk melakukan proses selanjutnya terhadap suatu
material,
contohnya
untuk
dibentuk
dan
dilakukan
proses
permesinan. Untuk mengetahui sifat mekanik pada suatu logam harus dilakukan pengujian terhadap logam tersebut. Salah satu pengujian yang dilakukan adalah pengujian tarik. Dalam pembuatan suatu konstruksi diperlukan material dengan spesifikasi dan sifat-sifat yang khusus pada setiap bagiannya. Sebagai contoh dalam pembuatan konstruksi sebuah jembatan. Diperlukan material yang kuat untuk menerima beban diatasnya. Material juga harus elastis agar pada saat terjadi pembebanan standar atau berlebih tidak patah. Salah satu contoh material yang sekarang banyak digunakan pada konstruksi bangunan atau umum adalah logam. Meskipun dalam proses pembuatannya telah diprediksikan sifat mekanik dari logam tersebut, kita perlu benar-benar mengetahui nilai mutlak dan akurat dari sifat mekanik logam tersebut. Oleh karena itu, sekarang ini banyak dilakukan pengujian-pengujian terhadap sampel dari material. Pengujian ini dimaksudkan agar kita dapat mengetahui besar sifat mekanik
dari
material,
sehingga
dapat
dlihat
kelebihan
dan
kekurangannya. Material yang mempunyai sifat mekanik lebih baik dapat memperbaiki sifat mekanik dari material dengan sifat yang kurang baik dengan cara alloying . Hal ini dilakukan sesuai kebutuhan konstruksi dan pesanan.
1
Seiring dengan kemajuan teknologi, manusia menemukan teknik peleburan, pencampuran, dan penempaan logam, yaitu ketika peradaban Indonesia memasuki Zaman Logam. Hal ini membuktikan bahwa sifat sifat mekanis berperan penting dalam peradaban manusia. Seiring dengan kemajuan teknologi, Indonesia memasuki Zaman Logam, terutama Besi ketika mulai dikenal teknik pengolahan logam besi.
1.2. Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah yang akan dibahas pada makalah ini antara lain : 1. Apakah yang dimaksud sifat mekanis ? 2. Bagaimanakah pengujian dari sifat mekanis logam ? 3. Bagaimanakah penerapan sifat mekanis dalam kehidupan sehari-hari ?
1.3. Tujuan
Selain penilaian sebagai metode pembalajaran, Adapun tujuan yang akan dibahas pada makalah ini antara lain : 1. Mengetahui pengrtian umum sifat mekanis 2. Mengetahui apa saja pengujian dari sifat mekanis logam 3. Mengetahui penerapan dari sifat mekanis dalam kehidupan sehari-hari
1.4. Metode Penulisan
Penulisan memakai kajian literature dan kepustakaan dalam penulisan makalah ini.referensi makalah ini bersumber tidak hanya dari buku,melainkan dari media lain seperti website dan media massa yang di ambil dari internet
2
BAB II PEMBAHASAN MASALAH
2.1. Pengertian Umum Sifat Mekanis 2.1.1. Pengertian Sifat Mekanis
Sifat mekanik adalah benda dengan sifat-sifatnya yang khas dimanfaatkan dalam bangunan, mesin, peralatan atau produk. Termasuk di dalamnya, logam, keramik, polimer (plastik), serat, gelas, kayu, batu, pasir, dan lain-lain. Secara singkat, ilmu dan teknologi bahan meliputi pengembangan dan penerapan pengetahuan mengenai hubungan antara komposisi, struktur dan pemerosesan bahan dengan sifat-sifat dan pemakaiannya. Adapun istilah istilah penting dalam sifat mekanis antara lain : 1. Kekuatan ( strength) Merupakan kemampuan suatu material untuk menerima tegangan tanpa menyebabkan material menjadi patah. Berdasarkan pada jenis beban yang bekerja, kekuatan dibagi dalam beberapa macam yaitu kekuatan tarik, kekuatan geser, kekuatan tekan, kekuatan torsi, dan kekuatan lengkung. 2. Kekakuan ( stiffness) Kemampuan suatu material untuk menerima tegangan/beban tanpa mengakibatkan terjadinya deformasi atau difleksi. 3. Kekenyalan (elasticity) Didefinisikan sebagai kemampuan meterial untuk menerima tegangan tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk yang permanen setelah tegangan dihilangkan, atau dengan kata lain kemampuan material untuk kembali ke bentuk dan ukuran semula setelah mengalami deformasi (perubahan bentuk). 4. Plastisitas ( plasticity) Kemampuan material untuk mengalami deformasi plastik (perubahan bentuk secara permanen) tanpa mengalami kerusakan. Material yang mempunyai plastisitas tinggi dikatakan sebagai material yang ulet
3
(ductile),
sedangkan
material
yang
mempunyai
plastisitas
rendah
dikatakan sebagai material yang getas (brittle). 5. Keuletan (ductility) suatu 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. 6. Ketangguhan (toughness) Merupakan kemampuan material untuk menyerap sejumlah energi tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan. 7. Kegetasan (brittleness) 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. 8. 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. 9. 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. 10. 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.
4
11. Kekuatan Luar (load) Didefinisikan sebagai kekuatan eksternal yang mendukung bagian dari sutau mesin. Beban ini terdiri dari 3 tipe, yaitu:
Beban tetap (steady load), dikatakan beban tetap apabila beban dalam keadaan diam dimana benda tersebut tidak dapat erubah arah.
Beban gerak (variying load), apabila beban dapat dipindahkan secara kontiyu.
Beban kejut (shock load), apabila bebam digunakan dan dipindahkan secara tiba-tiba.
12. Tegangan ( stress) Saat gaya atau beban dari system eksternal terjadi pada benda kerja, gaya internal aka muncul dari dalam benda kerja baik searah ataupun berlawanan arah sebagai reaksi atas gaya eksternal tersebut. Stress adalah besarnya gaya internal yangtimbul per satuan luas area pada benda kerja. 13. Regangan Suatu
gaya yang diberikan pada suatu benda dengan memberikan
tegangan tarik sehingga benda tersebut juga mengalami perubahan bentuk. 14. Tensile Stress / Tegangan Tarik Suatu sifat bahan hubungan tegangan-regangan pada tarikan memberikan nilai yang cukup berubah tergantung pada laju tegangan temperature dll. Umumpnya kekuatan tarik lebih rendah daripada umpannya seperti baja, duralumin dll. 15. Compressive Stress / Tegangan Tekan Compressive ini terjadi bila suatu benda kerj ayang menjadi sasaran aksial yang sama ata berlawanan, dimana tekanan ini disebabakan pada setiap sisi dari benda kerja dan inilah yang disebut dengan compressive stress. Pertimbangan lain akan menunjukkan bahwa dengan adanya tegangan beban, akan ada penurunan penjang benda kerja dimana perbandingan pengurangan panjang dengan panjang asli suatu benda kerja dikenal sebagai tegangan regangan. 5
16. Tegangan Geser ( shear stress) Ketika benda kerja menjadi sasaran dua kekuatan yang sama atau berlawanan, bergerak secara tangensial dengan sisi yang berlawanan, dimana ini disebabkan pada setiap sisi dari benda kerja dan inilah yang disebut shear stress. Dan yang berhubungan dengan regangan dikenal shear strain, yang diukur dengan sudut deformasi yang berdekatan dengan shear stress 17. Modulus Young Hukum Hook menyatakan bahwa ketika benda kerja pada sutu bahan yang elastis maka tegangan akan seimbang dengan regangan. Dimana E adalah konstanta maka dapat dikatakan modulus young, dan satuan yang digunakan adalah kg/cm 2 atau N/mm2. 18. Tegangan Dukung (bearing stress) Pembatasan compressive stress pada area antara 2 bagian dikenal sebagai bearing stress. Bearing stress ini dapat digunakan dalam mendesign penyambungan paku. Distribusi dari bearing stress ini tidak selalu sama tetapi bergantung pada bentuk permukaan benda kerja dan sifat-sifat fisik dari dua material tersebur. Sedangkan distribusi tekanan akan sama. Bila pendistribusian stress sulit untuk ditentikan oleh karena itu bearing stress biasanya dikalkuasikan dengan membagi beban pada beberap area. 19. Tegangan Tekuk (bending stress) Dalam kegiatan perteknikan, bagian-bagian atau anggota structural mungkin menjadi sasaran pada beban statis atau dinamis yang disebut sebagai bending stress. Sedikit pertimbangan akan menujukkan karena adanya moment bending, kabel pada bagian atas benda kerja akan diperpendek karena akompresi terebut.
6
2.1.2. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Sifat Mekanis Logam
Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil kekerasan dalam perlakuan panas antara lain : 1. Komposisi kimia, 2. Langkah Perlakuan Panas, 3. Airan Pendinginan, 4. Temperatur Pemanasan, dan lain-lain
2.2. Pengujian Sifat Mekanis Logam
Dalam proses pengujian bahan ada dua macam jika ditinjau berdasarkan sifat dari pengujian tersebut yaitu: 2.2.1. Pengujian Destruktif
Sesuai dengan namanya pengujian ini bersifta merusak bahan yang diuji sehingga bahan yang diuji akan rusak atau cacat. Bahan yang diuji adalah bahan yang telah memenuhi bentuk dan jenis secara internasional . umumnya ada beberapa pengujian destruktif yaitu: 1) Pengujian Kekerasan Pengujian ini dilakukan dengan dua pertimbanagn yaitu untuk mengetahui karakteristik suatu material baru dan melihat mutu untuk memastikan suatu material memiliki spesifikasi kualitas tertentu. Berdasarkan pemakaianya dibagi menjadi: a)
Pengujian kekerasan dengan penekanan(indentation test) Pengujian ini dilakukan merupakan pengujian kekerasan terha-dap bahan logam dimana dalam menentukan kekerasaannya deilakukan dengan cara menganalisis indentasi atau bekas penekanan pada benda uji sebagai reaksi dari pembebanan tekan
b)
Pengujian kekerasan dengan goresan( sratch test ) Merupakan pengujian kekerasan terhadap benda (logam) dimana dalam menentukan kekerasannya dilakukan dengan mencari perban-dingan dari bahan yang menjadi standart. Contohnya adalah pengujian metode MOH’S
7
c)
Pengujian kekerasan dengan cara dinamik(dynamic test ) Merupakan pengujian kekerasan dengan mengukur tinggi pantu-lan dari bola baja atau intan(hammer )yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu.
2) Uji Tarik Pengujian ini merupakan proses pengujian yang biasa dilakukan karena pengujian tarik dapat menunjukkan perilaku bahan selama proses pembebanan. Pada uji tarik , benda uji diberi beban gaya tarik , yang bertambah secara kontinyu, bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan terhadap perpanjangan yang dialami benda uji. 3) Uji Lengkung Pengujian ini merupakan salah satu pengujian sifat mekanik bahan yang diletakkan terhadap specimen dan bahan, baik bahan yang akan digunakan pada kontraksi atau komponen yang akan menerima pembebanan terhadap suatu bahan pada satu titik tengah dari bahan yang ditahan diatas dua tumpuan. 4) Uji Impact Uji impact dilakukan untuk menentukan kekuatan material sebagai sebuah metode uji impct digunakan dalam dunia industry khususnya uji impact charpy dan uji impact izod. Dasar pengujian ini adalah penyerapan energy potensial
dari pendulum beban yang mengayun dari suatu ketinggian
tertentu dan menumbuk material uji sehingga terjadi deformasi. 5) Uji Struktur Uji struktur mempelajari struktur material logam untuk keperluan pengujian material logam dipotong-potong kemudian potongan diletakkan dibawah dan dikikisdengan material alat penggores yang sesuai. Untuk pemeriaksaannya dilakuakan dengan alat pembesar ataupun mikroskop elektronik 6) Uji dengan larutan ETSA Tujuan dari pengujian ini adalah untuk memeperjelas batas butir yang ada pada suatu material karena larutan etsa akan memeberi warna tambahan pada batas butir. Namun larutan ini dapat merusak batas butir tersebut.
8
2.2.2. Pengujian Non Destruktif
Pengujian ini tidak merusak dan merupakan bagian dari pengujian bahan. Pengujian destruktif pengujian nendstruktif terdiri dari: 1)
Penetrant testing Yaitu pengujian yang digunakan untuk melihat keretakan dan perositas dari suatu bahan. Pengujian dengan penetrant terdiri dari 4 tahap yaitu pembersihan awal, pemberian penetrant,
pembersihan penetrant, dan
pemberian developer. Pengujian ini memiliki keuntungan yaitu murah dan cepat dilaksanakan. 2) Magnetic particle testing Pengujian yang juga biasa disebut dengan pengujian menggu-nakan partikel
magnetic
ini
digunakan
untuk
diskontinuitas
yang
ada
dipermukaan dan dekat permukaan. Pengujian ini dapat kita lakukan untuk melihat keretakan permukaan pada semua logam induk maupun ion, laminasi fusi yang tidak sempurna, undercut , dan subsurface crack . Jika dibandingkan dengan uji penetrant, pengujian ini dilakuakn untuk diskontinuitas yang lebih dalam. 3)
Ultrasonic testing Pengujian ini menggunakan metode gelombang suara dengan frekuensi tinggi. Keuntungan dari pengujian ini yaitu dapat dilakukan pada semua bahan dan lebih dalam jika dibandingkan dengan uji magnetic dan uji penetrasi karena menggunakan pantulan gelombang.
4) Radiography Pengujian dengan menggunakan x-ray untuk mendapatkan gambar dari material. Prinsipnya sama denagn penggunaan pada tubuh material hanya saja menggunakan gelombang yang lebih pendek. 5)
Eddy Current Eddy current memiliki prinsip dasar yang hampir sama dengan teknik medan magnet tetapi disini medan listrik yang dipancarkan adalah arus bolak-balik. Prisnsipnya hamper sama denggan impedensi
9
2.3. Penerapan Sifat Mekanis Logam
Indonesia terus mengalami kemajuan peradaban, khususnya dalam bidang teknologi. Perkembangan teknologi terjadi seiring dengan perkembangan material, terutama logam. Sifat sifat mekanis mengajarkan kita bagaimana mempelajari pengolahan logam dan desain berbagai material untuk aplikasi tertentu berperan penting dalam kemajuan teknologi. Sebagai contoh, stainless steel yang bersifat ulet dan kuat ini digunakan untuk membuat pisau dan gunting karena stainless steel dapat ditempa hingga tajam dan memiliki ketahanan terhadap korosi. Begitu pula untuk membuat sendok dan garpu dengan menggunakan stainless steel. Sendok dan garpu dibuat dari logam dengan proses casting dan stailess steel dipilih karena ketahanan terhadap korosi. Sifat tembaga yang dapat menghantarkan panas mendasari penggunaannya sebagai kabel listrik. Dalam kehidupan sehari-hari pemakaian logam biasanya berdasarkan sifat yang dimiliki logam tersebut contoh pada pembuatan konstruksi untuk jembatan dibutuhkan logam yang kuat dan tangguh berbeda dengan pemakaian logam untuk pagar rumah yang tidak terlalu memperhatikan sifat mekaniknya. Selain jembatan dan pagar, Sifat sifat mekanis logam
juga berperan dalam pembuatan peralatan yang lebih
modern, seperti mobil, pesawat terbang, komputer, dan handphone. Pembuatan benda-benda tersebut menggunakan teknik pengujian sifat mekanis logam yang lebih untuk memastikan suatu karakter logam tersebut sperti kekersaan, keuletan, kekenyalan dll. Komponen-komponen dari benda-benda tersebut menggunakan material dan logam sesuai dengan sifat yang dibutuhkan. Komponen mobil sebagian besar terbuat dari baja, pesawat terbang terbuat dari aluminium, sedangkan komponen komputer dan handphone terbuat dari material semi konduktor. Akan tetapi, material tersebut bukanlah satu-satunya material yang digunakan. Pembuatan
10
benda-benda tersebut menggunakan beberapa jenis material sesuai dengan sifat yang diperlukan pada bagian tertentu.
BAB III PENUTUP
3.1. Kesimpulan
Sifat mekanik adalah benda dengan sifat-sifatnya yang khas dimanfaatkan dalam bangunan, mesin, peralatan atau produk. Termasuk di dalamnya, logam, keramik, polimer (plastik), serat, gelas, kayu, batu, pasir, dan lain-lain. Dimana beban-beban tersebut dapat berupa beban tarik, tekan, bengkok, geser, puntir,atau beban kombinasi.beberapa sifat mekanis logam antara lain Kekuatan ( strength) Kekakuan ( stiffness), Kekenyalan (elasticity), Plastisitas ( plasticity), Keuletan (ductility), Ketangguhan (toughness), Kegetasan (brittleness), Kelelahan ( fatigue), Melar (creep), Kekerasan (hardness), Kekuatan Luar (load), Tegangan ( stress), Regangan, Tensile Stress / Tegangan Tarik, Compressive Stress / Tegangan Tekan, Tegangan Geser ( shear stress), Modulus Young, Tegangan Dukung (bearing stress), Tegangan Tekuk (bending stress). Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil kekerasan dalam perlakuan panas antara lain komposisi kimia, langkah perlakuan panas, airan pendinginan, temperatur pemanasan, dan lain-lain. Dalam proses pengujian bahan ada dua macam jika ditinjau berdasarkan sifat dari pengujian tersebut yaitu pengujian destruktif dan pengujian non destruktif. Pengujian destruktif adalah pengujian yang bersifat merusak bahan yang diuji sehingga bahan yang diuji akan rusak atau cacat.sedangkan pengujian non destruktif adalah
pengujian yang
tidak merusak dan merupakan bagian dari pengujian bahan. Dalam kehidupan sehari-hari pemakaian logam biasanya berdasarkan sifat yang dimiliki logam tersebut contoh pada pembuatan konstruksi untuk jembatan dibutuhkan logam yang kuat dan tangguh
11
berbeda dengan pemakaian logam untuk pagar rumah yang tidak terlalu memperhatikan. Pembuatan benda-benda tersebut menggunakan teknik pengujian sifat mekanis logam yang lebih untuk memastikan suatu karakter logam tersebut sperti kekersaan, keuletan, kekenyalan dll. Komponen-komponen dari benda-benda tersebut menggunakan material dan logam sesuai dengan sifat yang dibutuhkan.
3.2. Saran
Dalam pembuatan makalah “Sifat Mekanis Logam” ini, diharap mahasiswa mengetahui tentang pengertian sifat sifat mekanis logam, mengerti tentang faktor faktor yang mempengaruhi sifat sifat mekanis logam. tidak hanya itu saja, diharapkan mahasiswa dapat memahami pengujian pengujian sifat mekanis logam dan penerapan sifat mekanis logam.
12
DAFTAR PUSTAKA
Andra. 2013. “Pengujian Sifat Mekanik, Kekerasan Bahan Logam dan Baja” http://andra.biz Andreas Triwoyono, Mekanika Bahan. Yogyakarta :Universitas Gadjah Mada, 2000 Dimas Yudha Satria. 2013. “Pentingnya Penerapan Ilmu Material dan Metalurgi (Bahan-bahan Teknik) Bagi Kemajuan Industri di Indonesia” http://dsatriaz.blogspot.com Hari Amanto dan Daryanto, Ilmu Bahan, Cetakan Kedua, PT. Bumi Aksara, Jakarta, 2003. I Nyoman Budiarsa, Sifat Mekanis Material, Denpasar, 2014
13
