1. Sifat Mekanik 1

1

1UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material


MATERIAL

2


Evolution of Materials


Materials, process and shape

Metals, ceramics, glasses

MATERIALSpolymers

composites...

Flat and dished sheet

SHAPESprismatic,

3-D

Casting , moulding

PROCESSESpowder methods,

machining...

3


The world of materials

PE, PP, PCPA (Nylon)

Polymers,elastomers

Butyl rubberNeoprene

Polymer foamsMetal foams

FoamsCeramic foams

Glass foams

Woods

Naturalmaterials

Natural fibres:Hemp, Flax,

Cotton

GFRPCFRP

CompositesKFRP

Plywood

AluminaSi-Carbide

Ceramics,glasses

Soda-glassPyrex

SteelsCast ironsAl-alloys

MetalsCu-alloysNi-alloysTi-alloys


1. LOGAM

4


1. LOGAM

Ikatan Logam:

• Kerusakan umumnya fatik

• Sangat peka terhadap

lingkungan (corrosion dan

oxidation).

• Moduli (stiff) relatif tinggi

• Dapat diperkuat dengan cara

alloying dan working

• Umumnya ulet

• Ketangguhannya relatif tinggi

• Bersifat magnet dan non

magnet (para & fero)

• Konduktornya baik

KerugianKeuntungan


Aerospace (turbines), moneyNickel Alloys

Pressure vessels, fittingsBrass

heat exchangers, chemical & maritime

industryBronze

Electrical conductorsCopperCopper Alloys

Aerospace, chemical industryTitanium Alloys

Aerospace, automotive, sporting equipmentMagnesium

Alloys

Aerospace, construction, transport,

packaging, electrical conductors

Aluminum AlloysLight Alloys

Off shore drilling rigs, naval construction,

chemical transport, food preparation, medical instruments

Stainless Steel

Cylinders, piston, motor blocks,

construction, wear-resistant materials

Cast Irons

Perkakas, kontruksi, automotive,

transmission tower

Carbon SteelsFerrous Metals

Examples of ApplicationMetal

5


LogamLogam dandan PaduanPaduanPaduanPaduan LogamLogam

TerdiriTerdiri daridari campurancampuran 2 2 atauatau lebihlebih unsurunsur logamlogam, yang , yang ditambahkanditambahkan

untukuntuk memperbaikimemperbaiki sifatsifat fisikfisik dan/ataudan/atau mekanikmekanik

AlloysAlloys

Ferrous alloysFerrous alloys Non ferrous alloysSteelsSteels••Based on compositionBased on composition

Carbon steel

Alloy steel

••Based onBased on applicationapplication

Stainless steels

Tool steels, Wear resistant steels, etc

••Based on productionBased on production

Hot rolled/cold rolled steels

Cast stainless steels

•Based on their strength

High strength low alloy steels

Duplex stainless steels

Cast IronsCast Irons::Grey cast iron

White cast iron

Nodular cast iron

Malleable cast iron

Light metal alloysLight metal alloys:Ti, Al, Mg alloys

Heavy metal alloysHeavy metal alloysCu, Ni alloys


Carbon content wt %Carbon content wt %

723 723 ººCC

1147 1147 ººCC

EutectoidEutectoid

0.8 4.3

MeltMelt

Melt +Melt +cementitecementite

Austenite + Austenite + cementitecementite

δδ + + γγ

δδ + Melt+ Melt

3.02.01.00 4.0

500

700

900

1300

1100

Ferrite (Ferrite (αα) + ) + CementiteCementite (Fe(Fe33C)C)

γγ ++ MeltMelt

Austenite (Austenite (γγ))

1500

Tem

per

atu

re C

Tem

per

atu

re C

oo

αα + + γγ

((αα))

EutecticEutectic

6.7(Fe3C)

Hypo Hypo eutectoideutectoid

HyperHypereutectoideutectoid

SteelsSteels Cast ironCast iron

PeritecticPeritectic

Ferrous AlloysFerrous AlloysIron Carbon Phase DiagramIron Carbon Phase Diagram

((δδ))

6


Perbedaan Baja vs Besi

• C < 2 %

• Dipukul nyaring

• C terikat/ larut membentukfasa alpha/ Fe3C lamel

• T peleburan > 1550OC

• Kekuatan dan Ductility tinggi

• Bisa ditempa

• Geram panjang-panjang

• Bunga api sedikit cabangwarna kuning

• C > 2 %

• Dipukul tidak nyaring

• C bebas sebagai Graphyt

• T peleburan 1300–1400 OC

• Kekuatan dan Ductility rendah

• Tidak bisa ditempa

• Geram pendek/putus

• Bunga api banyak cabangwarna merah


7



Typical mechanical properties and Typical mechanical properties and application of plainapplication of plain--carbon steelscarbon steels

The first two digits indicate carbon steel and the last two digiThe first two digits indicate carbon steel and the last two digits ts

indicate the nominal carbon content in indicate the nominal carbon content in hundrethshundreths of a percent of a percent

8


Typical mechanical properties and Typical mechanical properties and application of plainapplication of plain--carbon steelscarbon steels


Stainless SteelsStainless SteelsStainless Steels

�� Iron based alloys > 10.5% Cr plus Ni, Iron based alloys > 10.5% Cr plus Ni, MnMn, Mo, Co, etc., Mo, Co, etc.

�� Classification of Stainless SteelsClassification of Stainless Steels

�� Ferritic stainless steelsFerritic stainless steels

�� MartensiticMartensitic stainless steels stainless steels

�� Austenitic stainless steelsAustenitic stainless steels

�� Duplex stainless steelsDuplex stainless steels

�� Precipitation hardening (age Precipitation hardening (age hardenablehardenable) stainless steels) stainless steels

9


304 (“18-8”)

Fe-18 to 20Cr-8 to 10 Ni

Add Cr and Ni for strength

and oxidation resistance

309, 310, 314, 330

Add Ni for corrosion resistanceIn high-temperature

environments

Ni-Cr-Fealloys

Add more Mo forPitting resistance

316

Add more Mo forPitting resistance

317

Add S or Se for machinabilty

303, 303 Se

Increase Cr,lower Ni for higher strength

Duplexstainless steels

Add Cu, Ti, AI,lower Ni for

precipitation hardening

Precipitationhardening

stainless steels

201, 202

No Ni addition,lower Cr,

martensitic

403, 410, 420Add Ni, Mo, N for

corrosion resistanceSuperausteniticstainless steels

321Add Ti

to reduce sensitization

Add Nb + Tato reduce

sensitization

347No Ni,ferritic

430

Add Cr,Mo

Superferriticstainless steels

Lower Cto reduce

sensitization

304L

316L

317L

Add Mn and N, lower Nifor higher strength

Alloying elements in stainless steel familiesAlloying elements in stainless steel familiesassociated with their propertiesassociated with their properties


10



Mekanisme Penguatan Baja

11



Pengaruh Unsur Dalam Baja

• Karbon (C)

- Mempengaruhi kekerasan (hardness) dan kekuatan

(strength)

- Membentuk sementit (Fe3C) dan karbida lainnya (MexCy)

• Mangan (Mn)

- Larut, membentuk solid solution strength dan hardness

- Dengan sulfur membentuk MnS, memperbaiki mampu mesin

• Silikon (Si)

- Unsur yang berpengaruh dalam proses deoksidasi dan juga

meningkatkan ketahanan terhadap scalling

• Phosfor (P)

- Membentuk Steadit (Fe3P), getas

• Sulfur (S), Memberikan efek negatif “Hot Shortness” (FeO-Fes)

– Membuat Baja bersifat “anisotropi”

12


Pengaruh Unsur Paduan “Carbide Former”Cr, Nb, Mo, Ti, W, V

• Khromium (Cr)

- Meningkatkan ketahanan terhadap korosi dan oksidasi

- Unsur pembentuk karbida

- Pada temperatur tinggi, meningkatkan kekuatan dan

meningkatkan ketahanan terhadap abrasi.

• Vanadium (V)

- Menghambat pertumbuhan butir selama dikenai panas

- Memperbaiki ketangguhan dan mampu keras dari baja.

- Merupakan penstabil austenit.

• Molybdenum (Mo )

- Unsur yang berfungsi meningkatkan mampu keras baja

karena membentuk karbida yang stabil pada suhu tinggi.


Beberapa Aplikasi Ferrous Material

• Steel Plate (SPCE + Finishing Zn Plating) untuk Fuel Tank

• SPCC untuk komponen2 Frame Body, Rim = Wheel

• STKM (Steel Pipe) untuk Frame Body, Steering Handle

• Ferro Casting (Grey Cast Iron= Besi Tuang kelabu) FC 20, FC 30 – untuk Sleeve Cylinder Comp

– maupun Cylinder Comp

• Tool Steel

13



Dengan Cr > 10 % , Ditambah Ni dan Mo

Kekuatan tinggi

Tahan korosi

Penampilan menarik

14



(FC/Grey Cast Iron)(FC/Grey Cast Iron)

• Awal digunakan : 800-700 SM China

• Mulai diproduksi : 1642 USA

• Grafit flakes/serpihan (dua dimensi)

• Eutektik sell berbentuk KOL (tigadimensi)

• σσσσmax = 10 - 30 kg/mm2

• εεεε < 1,0%

• Mikrostruktur :matriks ferrite dan flake grafit

Struktur mikro FC

Eutektik Cell Besi FC

Besi Tuang Kelabu (Grey Cast Iron)

15



Patahannya berwarna keabu-abuan (grey)

Grafitnya berbentuk serpihan (flake)

Keuletannya sangat rendah, sehingga tidak mampu tempa

Tidak dapat menerima beban kejut (mudah patah-retak)

Mudah permesinan/ machinability (Frais, Bubut, Potong)

Besi tuang kelabu juga tidak meneruskan getaran (dumping capasitybaik)

Penggunaannya yaitu pada komponen automotiv seperti pada bloksilinder, tutup silinder, rumah engkol, brake drum


• Besi tuang adalah baja yang mengandung Grafit. Adanya grafit dalam “baja”menyebabkan sifat mekanis menurun

Baja Besi

σσσσ 70 Kg/mm2 10-30 Kg/mm2

εεεε 20 % < 1 %

• Turunnya sifat mekanis ini akibat adanya grafit berbentuk serpihan (flakes) menyebabkan terjadinya konsentrasi tegangan, sehingga jika mendapatbeban bagian tersebut akan mudah patah.

Besi Tuang Kelabu

16



277 max35 minFC 35Class 6






Hardness

(HB)

UTS (kg/mm2)SymbolClass


• Grafit berbentuk kapas / aggregat.

• Hasil temper besi cor putih (waktu lama = 50 jam)

• Fe3C → 3 Fe + C grafit pada 950 oC

• Temper grafit hasil cor (merubah struktur Fe3C = temper grafit)

• Kadar Si rendah, cegah timbul grafit

• UTS : 40 – 47 Kg/mm2

Yield : 28 – 30 Kg/mm2

Regangan : 15 – 20 %

Kekerasan : 135 – 155 HB

Besi Tuang Mallable (Mampu Tempa)

17


Penemu : Henton Morrogh, BCIRA, Inggrisdan Team INCO – USAs = 45 - 55 kg/mm2

e = 3 – 20 %Tergantung :1. Nodularity grafit2. Jumlah nodul/mm2

3. Komposisi Matriks (ferrite/pearlite)

4. Adanya paduan (Cu, Ni,Mo, dll.)

Mg : 0,040 – 0,080 % menyebabkan grafitberubah menjadi bulat

S < 0,010 %, diatas nilai ini akan bereaksidulu dengan Mg, kemudian baruberfungsi sebagai noduliser.

Besi Tuang Nodular (FCD) 1948


• Besi Cor Austemper (FCA) 1970-an

• Besi cor grafit bulat dengan matriks ausferit (ferit + austenit)

- ferit berbentuk jarum

�� kekuatan

- a u s t e n i t

�� keuletan

• σ mencapai > 100kg/mm2 :

ferit jarum

• ε = 4 – 7 % :

austenit

• Aplikasi : pengganti komponen baja cor/tempa

Austempered Ductile Iron (ADI)

18


Sifat Mekanik Berbagai Besi Tuang

2 - 530 - 40Vermicular Cast Iron

4 – 7> 100Austempered Ductile Iron (ADI)

3 – 2045 – 55Nodular Cast Iron (FCD)

15 – 2040 – 47Mallable Cast Iron

< 110 – 35Grey Cast Iron(FC)

Elongasi (%)UTS (Kg/mm2)


19



Tembaga (Cu)

• Produk tembaga dan paduannya

20


Paduan TembagaGeneric name Major components UNS number

Coppers >= 99.3% Cu C10100…C15999High-copper alloys 96% ~ 99.3% Cu C16000…C19999

Brasses Yellow Brasses Cu-Zn C21000…C28999Leaded Brasses Cu-Zn-Pb C30000…C39999Tin Brasses Cu-Zn-Sn-Pb C40000…C49999

Bronzes Phosphor Bronzes Cu-Sn-P C50000…C52999Lead Phosphor Bronzes Cu-Sn-Pb-P C53000…C54999Copper-Phosphorous Cu-P, Cu-P-Ag C55000…C55299Copper-Silver-Zinc Alloys Cu-Ag-Zn C55300…C60799Aluminum Bronzes Cu-Al-Ni-Fe-Si-Sn C60800…C64699Silicon Bronzes/Brasses Cu-Si-Sn C64700…C66199Other copper-zinc alloys Cu-Zn-… C66200…C69999

Copper-Nickels (Copper-Nickel-Iron Alloys) Cu-Ni-FeSpinodal Bronzes Cu-Ni-Sn C70000…C73499Nickel Silvers Cu-Ni-Zn C73500…C79999


Tembaga (Cu)

• Sifat

– Berat jenis: 8930 kg/m3, lebih berat dibanding bajadan diogolongkan sebagai logam berat (heavy metals)

– Titik lebur: 1083 oC

– Titik didih: 2593oC

– Warna: merah kecoklatan

– Penghantar panas/listrik terbaik kedua setelah perak(Ag)

21


Tembaga (Cu)

• Sifat mekanik:

– Kekuatan tidak terlalu tinggi

– Lunak (mudah dibentuk)

– Mudah ditempa (malleable) dan ulet (ductile) karenanyamudah dibentuk

– Tahan korosi (tapi permukaannya teroksidasi)

– Ketahanan fatik, mulur (creep) dan aus relatif lebihtinggi dibandingkan dengan paduan Al.

– Mudah disambung dan difabrikasi/pemesinan


Aluminium

Sifat Fisik :

• Warna : putih mengkilap

• Berat atom : 26,98

• Titik lebur : 660 oC

• Titik uap : 1800 oC

• Kalor jenis : 0,2226 kal/g oC

• Hantaran listrik : 64,94 %, baik sekali

• Jenis kristal : FCC (kubus pusat muka)

• Koef. pemuaian : 23,86 x 10-6 /oC

• Susut linier : 660 – 20 oC = 1,8 %

• Massa jenis : 2,702 g/cm3

22


Sifat Mekanis Aluminium

• Dapat diubah bentuk : dicanai (rolling), ditarik (drawing), dan dituang (casting) dengan baik.

• Mampu mesin yang baik

• Kekuatan tarik Al murni tuang adalah :

10 kg/mm2 dan elongasi : 18 - 25 %

• Kalau dicanai atau dipadu dengan unsur lain, kekuatantariknya = 18-33 kg/mm2 tetapi elongasinya turun 3 – 5 %


Klasifikasi Aluminium

Wrought Aluminium (aluminium yang sudahdideformasi)

Cast Aluminium (aluminium cor)

Series Unsur Paduan Utama

1xxx Al murni ( 99 % atau lebih)

2xxx Tembaga ( Cu)

3xxx Manganese ( Mn)

4xxx Silicon (Si)

5xxx Magnesium(Mg)

6xxx Silicon dan Magnesium

7xxx Zinc (Zn)

8xxx Unsur lain-lain

9xxx Serie yang tidak digunakan

Series Unsur Paduan Utama

1xx.x Al murni ( 99 % atau lebih)

2xx.x Tembaga ( Cu)

3xx.x Si+Cu/Mg

4xx.x Silicon (Si)

5xx.x Magnesium(Mg)

6xx.x Seri yang tidak digunakan

7xx.x Zn

8xx.x Sn

9xx.x Unsur lain2

Standar AISI / AA

23


Pengaruh Unsur Paduan dalam Aluminium

MenurunkanMenurunkanMenurunkanMenurunkan ketangguhanketangguhanketangguhanketangguhan• MeningkatkanMeningkatkanMeningkatkanMeningkatkan kekuatankekuatankekuatankekuatan dan dan dan dan kekerasankekerasankekerasankekerasan• MeningkatkanMeningkatkanMeningkatkanMeningkatkan ketahananketahananketahananketahanan terhadapterhadapterhadapterhadaphot tearhot tearhot tearhot tear• MeningkatkanMeningkatkanMeningkatkanMeningkatkan fluiditasfluiditasfluiditasfluiditas• MenurunkanMenurunkanMenurunkanMenurunkan beratberatberatberat jenisjenisjenisjenis• MenurunkanMenurunkanMenurunkanMenurunkan shrinkageshrinkageshrinkageshrinkage• MeningkatkanMeningkatkanMeningkatkanMeningkatkan machinabilitymachinabilitymachinabilitymachinability1412 1412 1412 1412 ooooCCCCSilikonSilikonSilikonSilikon(Si)(Si)(Si)(Si)

• MenurunkanMenurunkanMenurunkanMenurunkan fluiditasfluiditasfluiditasfluiditas• MenurunkanMenurunkanMenurunkanMenurunkanketangguhanketangguhanketangguhanketangguhan• MeningkatkanMeningkatkanMeningkatkanMeningkatkan kekekuatankekekuatankekekuatankekekuatan dan dan dan dan kekerasankekerasankekerasankekerasan....• MemperbaikiMemperbaikiMemperbaikiMemperbaiki machinabilitymachinabilitymachinabilitymachinability• MeningkatkanMeningkatkanMeningkatkanMeningkatkan ketahananketahananketahananketahanan hot tearhot tearhot tearhot tear• MeningkatkanMeningkatkanMeningkatkanMeningkatkan ageing responseageing responseageing responseageing response1084 1084 1084 1084 ooooCCCCTembagaTembagaTembagaTembaga(Cu)(Cu)(Cu)(Cu) KeburukanKeburukanKeburukanKeburukanKebaikanKebaikanKebaikanKebaikanTitikTitikTitikTitikLeburLeburLeburLeburUnsurUnsurUnsurUnsur kimiakimiakimiakimia


• MeningkatkanMeningkatkanMeningkatkanMeningkatkankegetasankegetasankegetasankegetasan• MenurunkanMenurunkanMenurunkanMenurunkan fluiditasfluiditasfluiditasfluiditas• MeningkatkanMeningkatkanMeningkatkanMeningkatkan porosityporosityporosityporosity• MenurunkanMenurunkanMenurunkanMenurunkanketangguhanketangguhanketangguhanketangguhan• didididi atasatasatasatas 0,05 % Fe 0,05 % Fe 0,05 % Fe 0,05 % Fe membentukmembentukmembentukmembentuk fasafasafasafasaintermetallicintermetallicintermetallicintermetallic (Al(Al(Al(Al5555FeSi)FeSi)FeSi)FeSi)• MeningkatkanMeningkatkanMeningkatkanMeningkatkan kekuatankekuatankekuatankekuatandan dan dan dan kekerasankekerasankekerasankekerasan• MeningkatkanMeningkatkanMeningkatkanMeningkatkanketahananketahananketahananketahanan hot tearhot tearhot tearhot tear• MeningkatkanMeningkatkanMeningkatkanMeningkatkanketahananketahananketahananketahanan creep creep creep creep padapadapadapadatemp temp temp temp tinggitinggitinggitinggi....1536 1536 1536 1536 ooooCCCCBesiBesiBesiBesi(Fe)(Fe)(Fe)(Fe)

• Menurunkanketahanan korosi• Meningkatkankegetasan• Meningkatkan mampucor• Meningkatkankekerasan dan kekuatan419 419 419 419 ooooCCCCSengSengSengSeng(Zn)(Zn)(Zn)(Zn) KeburukanKeburukanKeburukanKeburukanKebaikanKebaikanKebaikanKebaikanTitikTitikTitikTitik LeburLeburLeburLeburUnsurUnsurUnsurUnsur KimiaKimiaKimiaKimiaPengaruh Unsur Paduan dalam Aluminium

24


MenurunkanMenurunkanMenurunkanMenurunkan mampumampumampumampu corcorcorcor• MeningkatkanMeningkatkanMeningkatkanMeningkatkan ketahananketahananketahananketahanantemp temp temp temp tinggitinggitinggitinggi• MeningkatkanMeningkatkanMeningkatkanMeningkatkan ketahananketahananketahananketahanankorosikorosikorosikorosi• MeningkatkanMeningkatkanMeningkatkanMeningkatkan kekuatankekuatankekuatankekuatantanpatanpatanpatanpa menyebabkanmenyebabkanmenyebabkanmenyebabkankegetasankegetasankegetasankegetasan terlaluterlaluterlaluterlalu tinggitinggitinggitinggi1244 1244 1244 1244 ooooCCCCManganManganManganMangan ((((MnMnMnMn))))

KeburukanKeburukanKeburukanKeburukanKebaikanKebaikanKebaikanKebaikanTitikTitikTitikTitik LeburLeburLeburLeburUnsurUnsurUnsurUnsur KimiaKimiaKimiaKimiaMeningkatkanMeningkatkanMeningkatkanMeningkatkankemungkinankemungkinankemungkinankemungkinan pitting pitting pitting pitting corrosioncorrosioncorrosioncorrosion• MeningkatkanMeningkatkanMeningkatkanMeningkatkan kekuatankekuatankekuatankekuatandan dan dan dan kekerasankekerasankekerasankekerasan• MenurunkanMenurunkanMenurunkanMenurunkan koeffkoeffkoeffkoeff muaimuaimuaimuaitermaltermaltermaltermal �� menurunkanmenurunkanmenurunkanmenurunkanshrinkageshrinkageshrinkageshrinkage1452 1452 1452 1452 ooooCCCCNikelNikelNikelNikel(Ni)(Ni)(Ni)(Ni)MenurunkanMenurunkanMenurunkanMenurunkan ketahananketahananketahananketahananthdthdthdthd SCCSCCSCCSCCMeningkatkanMeningkatkanMeningkatkanMeningkatkan kekuatankekuatankekuatankekuatan tanpatanpatanpatanpamenyebabkanmenyebabkanmenyebabkanmenyebabkan kegetasankegetasankegetasankegetasanterlaluterlaluterlaluterlalu tinggitinggitinggitinggi694 694 694 694 ooooCCCCMagnesiumMagnesiumMagnesiumMagnesium(Mg)(Mg)(Mg)(Mg)Pengaruh Unsur Paduan dalam Aluminium


Aplikasi Aluminium

Blok mesin otomotive 6 silinder

type V

25


2. KERAMIK DAN GELAS


2. KERAMIK DAN GELAS

Ikatan Kovalen dan Ion

• Getas

• Kekuatannya tidak

merata

• Kekuatan kompresi =

15x kekuatan tarik

• Sensitif terhadap takik

• Modulus (stiff) tinggi

• Kekuatan tinggi

• Ketahanan abrasi

• Titik lebur tinggi

• Tahan Korosi dan

oksidasi

• Transparan

• Insulator listrik yang

baik

KerugianKeuntungan

26



27


BATA ; BETON ; PAVING JALAN ; DLL

INSULATOR LISTRIK ; CUTTING TOOLS ; MESIN TURBIN ; GELAS

SIFAT KERAMIK : KERAS ,TAHAN PANAS , ISOLATOR , STABIL DALAM LINGKUNGAN KIMIA


TANAH LIAT : Al2O3 ; SiO2

GELAS : Bahan dasar SiO2

SEMEN : Al2O3 ; SiO2 ; CaO

KERAMIK TEKNIK : Al2O3 ; SiC ; Si3N4 ; ZrO2

28


3. POLYMERS

Contoh: KAYU , KATON, WOOL , TULANG, PROTEIN, SEL ORGANIK, PRODUK PLASTIK , KARET,DLL.


3. POLYMERS

Ikatan Covalent

• Creep pada T ruang

• Sifatnya sangat

terpengaruh temperatur

• Titik leburnya rendah

• Modulusnya rendah

• Sulit untuk didaur ulang

• Kekuatan dapat

ditingkatkan

• Deformasi elastisnya tinggi

(flexible)

• Koefisien friksinya rendah

• Tahan korosi

• Mudah dibentuk

• Dapat diwarnai

KerugianKeuntungan

29


JenisJenis PolymersPolymers

�� SecaraSecara umumumum adaada plasticsplastics ((plastikplastik)) dandan rubbersrubbers ((karetkaret))

�� UntukUntuk klasifikasiklasifikasi secarasecara teknisteknis : : 1. 1. Thermoplastics: Thermoplastics:

•• Polyethylene, polyvinylchloride, polypropylene, polystyrene, Polyethylene, polyvinylchloride, polypropylene, polystyrene, and nylon and nylon

2. 2. ThermosetsThermosets: :

•• PhenolicsPhenolics, epoxies, and certain polyesters , epoxies, and certain polyesters

3. 3. ElastomersElastomers: :

•• Natural rubber (vulcanized) Natural rubber (vulcanized)

•• Synthetic rubbers, which exceed the tonnage of natural Synthetic rubbers, which exceed the tonnage of natural rubberrubber


30


DENSITAS RENDAH < 1 – 1,5 Gr/cm3

KEKAKUAN RENDAH < 5 GPa

KEKUATAN RENDAH < 100 MPa

KETANGGUHAN RENDAH < 5 MPa

TEMPERATUR LELEH RENDAH DIBANDINGKAN LOGAM DAN KERAMIK


31


4. KOMPOSIT


GABUNGAN DUA MATERIAL ATAU LEBIH

YANG MEMBENTUK SIFAT YANG BARU, DENGAN ADANYA IKATAN ANTAR PERMUKAAN

PADA BAHAN PEMBENTUKNYA

32



KOMPOSIT

PARTIKULIT FIBER STRUKTURAL

33



• OTOMOTIF

• DIRGANTARA

• PERKAPALAN

• RUMAH TANGGA

• MAINAN ANAK

34


+=


penguatGlass Fiber - fiberglassCarbon fiber - graphitic and amorphous CAramid fiber - Kevlar, highly linear polymer chain

Matrixpolyester and vinyl esters - fiberglassepoxies - aerospace applications, stronger, resistant to moisturepolyimides - high temperaturehigh temperature thermoplastics - PEEK, PPS, PEI, aerospace

35



36



37


4. KOMPOSIT

Ikatan bervariasi

• Mahal

• Sulit untuk disambung

• Terkadang sulit untuk di

fabrikasi

• Kombinasi dari daya tarik

beberapa material

• Banyak digunakan dalam

teknik

• Ringan

• Kaku

• Kuat

KerugianKeuntungan


38


THE MATERIAL KINGDOM


39


SIFAT MATERIAL


SIFAT MEKANIS

40


Basic materials propertiesGeneral

Weight: Density ρρρρ, Mg/m3

Expense: Cost/kg Cm, $/kg

Mechanical

Stiffness: Young’s modulus E, GPa

Strength: Elastic limit σσσσy , MPa

Fracture strength: Tensile strength σσσσts , MPa

Brittleness: Fracture toughness Kic , MPa.m1/2

Thermal

Expansion: Expansion coeff. αααα, 1/K

Conduction: Thermal conductivity λλλλ, W/m.K

Electrical

Conductor? Insulator?

Young’s modulus, E

Elastic limit, yσ

Strain ε

Str

ess

σ

Ductile materials

Brittle materials

Young’s modulus, E

Tensile (fracture) strength, tsσ

Strain ε

Str

ess

σ ∗∗∗∗

∗∗∗∗

Thermal expansion

ol

l

Expansion coefficient, α

Temperature, T

Th

erm

al str

ain

ε

T1 To

Q joules/sec

x

Area A

Thermal conduction

Mechanical properties

Thermal conductivity, λ

(T1 -T0)/x

He

at

flu

x, Q

/A

Unit 1, Frame 1.5


Material property- charts: Modulus - Density

0.1

10

1

100

Metals

Polymers

Elastomers

Ceramics

Woods

Composites

Foams

0.01

1000

1000.1 1 10Density (Mg/m3)

Yo

un

g’s

mo

du

lus E

, (G

Pa

)

41


Materials information for designThe goal of design:

“To create products that perform their function effectively, safely, at acceptable cost”

What do we need to know about materials to do this? More than just test data.

Test Test data

Data

capture

Statistical

analysis

Design data

Mechanical Properties

Bulk Modulus 4.1 - 4.6 GPaCompressive Strength 55 - 60 MPaDuctility 0.06 - 0.07Elastic Limit 40 - 45 MPaEndurance Limit 24 - 27 MPaFracture Toughness 2.3 - 2.6 MPa.m1/2

Hardness 100 - 140 MPaLoss Coefficient 0.009- 0.026Modulus of Rupture 50 - 55 MPaPoisson's Ratio 0.38 - 0.42Shear Modulus 0.85 - 0.95 GPaTensile Strength 45 - 48 MPaYoung's Modulus 2.5 - 2.8 GPa

Successful applications

$

Economic analysisand business case

Selection of

material and process

Potential applications

Characterisation Selection and implementation

82

UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material

MetalMetalss FabricationFabrication

Shaping Metal Working

Machining Joining Thermal Processing

Casting,

Powder metallurgy

Cutting, grinding, drilling

Rolling, extrusion, drawing, forging,

pressing

Hot workingcold working

Welding, soldering,brazing

Heat treatment

1. Sifat Mekanik 1

Documents

Transcript of 1. Sifat Mekanik 1