TUGAS PEMILIHAN BAHAN DAN PROSES
MATERIAL
Dibuat sebagai tugas mata kuliah Pemilihan Bahan dan proses
Oleh : DAJUKO. B (03091005048)
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SRIWIJAYA 2013
MATERIAL oleh : Dajuko Butarbutar
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya
[email protected]
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 ditinjau
pada saat pembekuan, perubahan dari fasa cair ke fasa padat. Jika 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 karbidakarbida.
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 sifatsifat 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 baj a. 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 Cr O pada permukaan yang 2
3
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 masingmasing 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 sifatsifat 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.
