Sifat - Sifat Material Teknik dan Cara Pengujiannya Lengkap

TAMBANGILMU.COM - Setiap material yang ada di bumi memiliki sifat-sifat tertentu. Sifat-sifat tersebut mampu menentukan apakah material itu kuat, tangguh, ulet, dan sebagainya. Semakin baik suatu material, maka material tersebut akan memiliki nilai komersial yang tinggi pula. Ada beberapa cara yang dapat dilakukan untuk melihat apakah material itu baik atau tidak. Pada kesempatan ini admin tambangilmu akan membagikan tentang sifat-sifat material teknik dan cara pengujiannya yang akan dijelaskan secara lengkap dan mudah untuk dimengerti.
A. SIFAT - SIFAT MATERIAL TEKNIK

Sifat Mekanik

Sifat mekanik material, merupakan salah satu faktor terpenting yang mendasari pemilihan bahan dalam suatu perancangan. Sifat mekanik dapat diartikan sebagai respon atau perilaku suatu material terhadap pembebanan yang diberikan berupa gaya, torsi atau gabungan keduanya. Dalam prakteknya pembebanan pada material terbagi dua yaitu beban dinamik dan beban statik. Perbedaan antara keduanya terdapat pada fungsi waktu dimana beban statik tidak dipengaruhi oleh fungsi waktu sedangkan beban dinamik dipengaruhi oleh fungsi waktu.

Untuk mendapatkan sifat mekanik suatu material, biasanya dilakukan sebuah pengujian mekanik. Pengujian mekanik pada dasarnya bersifat merusak atau destructive test, dari pengujian tersebut akan dihasilkan kurva atau data yang menggambarkan ciri-ciri dari material tersebut. 

Setiap material yang akan diuji dibuat dalam bentuk sampel kecil atau spesimen terlebih dahulu. Spesimen pengujian dapat mewakili seluruh material apabila berasal dari komposisi, jenis, dan perlakuan yang sama. Pengujian yang tepat hanya didapatkan pada material uji yang memenuhi aspek kemampuan mesin, ketepatan pengukuran, kualitas atau jumlah cacat pada material dan ketelitian dalam membuat spesimen. 

Sifar-sifat mekanik material yang perlu diperhatikan adalah sebagai berikut :
  • Tegangan yaitu gaya diserap oleh suatu material selama proses deformasi persatuan luas.
  • Regangan yaitu besar deformasi atau perubahan panjang persatuan luas.
  • Modulus elastisitas yaitu besaran yang menunjukkan ukuran kekuatan suatu material.
  • Kekuatan yaitu besar tegangan untuk mendeformasi suatu material atau kemampuan dari material untuk menahan perubahan bentuk.
  • Kekuatan luluh yaitu besarnya suatu tegangan yang dibutuhkan untuk mendeformasi suatu sifat plastis.
  • Kekuatan tarik adalah kekuatan maksimum berdasarkan kepada ukuran mula.
  • Keuletan yaitu besar suatu deformasi plastis sampai material menjadi patah.
  • Ketangguhan yaitu besar suatu energi yang diperlukan sampai terjadinya sebuah perpatahan.
  • Kekerasan yaitu kemampuan material menahan deformasi plastis lokal akibat penetrasi pada permukaan.


Sifat Fisik

Sifat fisik adalah sifat material yang bukan disebabkan oleh pembebanan seperti pengaruh pendinginan, pemanasan, dan pengaruh arus listrik yang mengarah pada struktur suatu material. Sifat fisik material antara lain : konduktivitas panas, temperatur cair, dan panas spesifik.



Sifat Teknologi 

Sifat teknologi yaitu kemampuan material untuk dapat dibentuk atau diproses. Produk yang memiliki kekuatan tinggi dapat dibuat dengan proses pembentukan, contohnya dengan pengerolan atau penempaan. Produk dengan bentuk yang rumit dapat dibuat dengan proses pengecoran. Sifat-sifat teknologi diantaranya sifat mampu cor, sifat mampu mesin, sifat mampu las, dan sifat mampu bentuk.  


Sifat Kimia

Sifat material yang berhubungan dengan komposisi kimia. Contohnya kemolaran, kemolalan, dan konsentrasi.


Sifat Termal

Sifat material yang dipengaruhi oleh temperature. Contohnya konduktifitas termal, titik beku dan titik didih.


Sifat Optik

Sifat material yang berhubungan dengan pencahayaan. Cantohnya rasioaktifitas, dan mampu dibiaskan.


Sifat Akustik

Sifat material yang berhubungan dengan bunyi. Contohnya material yang mampu meredam bunyi.


Sifat Magnetik

Sifat material untuk merespon medan magnet. Contohnya material yang mampu menyimpan magnet.


Dalam prakteknya antara sifat-sifat tersebut saling berpengaruh satu sama lain dan memungkinkan ilmu pengetahuan untuk berkembang terus. Jika sifat mekanik bagus, maka sifat teknologinya tidak bagus. Jika sifat teknologinya bagus, sifat yang lainnya tidak bagus. Contohnya baja yang kuat namun tidak tahan korosi, maka harus dilapisi Zn atau seng, sehingga ketahanan terhadap korosi akan naik naik.

Sifat-sifat di atas diperoleh dengan suatucara pengujian, dan pada pengujian harus memiliki prosedur uji dan peralatan uji. Karena hasil dari suatu pengujian harus bisa dibandingkan yang artinya prosedur uji tersebut harus mengikuti standar uji, begitu juga dengan peralatan ujinya. Standar uji yang harus diikuti tergantung kepada permintaan konsumen. Contoh DIN (jerman), JIS (Jepang), ASTM (USA), dan SNI (Indonesia).



B. PENGUJUAN MATERIAL TEKNIK


1. Pengujian Tarik

Kekuatan Tarik Maksimum (ultimate tensile strenght) adalah nilai yang dituliskan sebagai hasil suatu uji tarik, tetapi pada kenyataannya nilai tersebut kurang mendasar dalam kaitannya dengan kekuatan suatu material. Untuk logam ulet, kekuatan tariknya harus dikaitkan dengan beban lmaksimum, dimana logam dapat menahan beban sesumbu untuk keadaan yang sangat terbatas. Saat mengalami tegangan yang lebih komplek, jika dikaitkan nilai tersebut dengan kekuatan logam, makan akan kecil sekali kegunaannya. Kecenderungan yang banyak ditemui adalah mendasarkan rancangan statis dari logam ulet pada kekuatan luluhnya. Namun karena jauh lebih praktis menggunakan kekuatan tarik untuk menentukan kekuatan bahan, maka metode ini lebih banyak dipakai. Kekuatan tarik merupakan besarnya beban maksimum dibagi dengan luas penampang lintang awal benda uji.  

Uji tarik sering dilakukan untuk dapat melengkapi informasi dari rancangan dasar kekuatan suatu bahan dan digunakan sebagai data pendukung untuk spesifikasi bahan. Pada uji tarik, benda uji akan diberi beban gaya tarik sesumbu yang bertambah secara terus-menerus, bersamaan dengan itu dilakukan sebuah pengamatan mengenai pertambahan panjang yang dialami benda uji dengan extensometer. 

Tujuan pengujian ini adalah untuk mengetahui sifat-sifat mekanik serta perubahan-perubahan dari suatu bahan uji terhadap pembebanan tarik.

Sifat yang dihasilkan dari pengujian ini adalah :
  • Kekuatan Tarik Maksimun
  • Modulus Elastisitas
  • Elongasi / Perpanjangan material
  • Kekuatan Luluh
  • Ketangguhan



2. Pengujian Kekerasan

Pengujian kekerasan sering dilakukan karena dengan mengetahui kekerasan suatu material maka pada umumnya juga dapat diketahui beberapa sifat mekanik lainnya, seperti kekuatan. Pada pengujian kekerasan dengan metoda penekanan, sebuah penekan kecil atau identor yang ditekankan pada permukaan bahan uji dengan suatu penekanan tertentu. Kedalaman atau hasil penekanan merupakan fungsi dari nilai kekerasan, semakin lunak suatu bahan dan makin dalam akibat penekanan tersebut, maka semakin rendah nilai kekerasannya.

Kekerasan material menentukan:
  • Ketahanan aus.
  • Ketahanan gores.

Metode Pengujian kekerasan :
  • Metode Goresan – Mohs
  • Metode Pantulan – Shore Schleroskop
  • Metode Penekanan / Penusukan

Macam – macam pengujian dengan cara penusukan :
  • Pengujian Rockwell
  • Pengujian Brinell
  • Pengujian Vickers
  • Pengujian Meyer



C. CACAT PADA MATERIAL

Cacat pada suatu material merupakan ketidaksempurnaan pada material tersebut. Cacat pada material terbagi atas :

1.  Cacat titik

Cacat titik adalah cacat berupa titik pada material. Cacat titik terbagi atas :

- Vacancy (kekosongan), yaitu cacat yang terjadi akibat adanya kekosongan atom dalam susunan atom.

- Ubtitusi/pergantian, yaitu cacat yang terjadi akibat dari adanya pergantian suatu atom pada susunan atom tersebut.
- Intertisi adalah cacat yang terjadi akibat adanya atom lain yang menyusup dalam susunan atom. Intertisi terbagi atas:
  • Self Intertisi, yaitu cacat akibat dari adanya atom yang menyisip ke dalam susunan atom yang berasal dari atom itu sendiri.
  • Impurity, yaitu adanya atom asing yang menyusup pada susunan atom yang bersifat mengganggu.


2.  Cacat Garis/Dislokasi

Cacat garis merupakan ketidaksempurnaan pada seuatu material akibat adanya kekosongan pada sebaris atom. Dislokasi terbagi atas:
  • Dislokasi Sisi, yaitu cacat garis yang arah pergerakan dari atomnya tegak lurus terhadap garis dislokasi.
  • Dislokasi Ulir, yaitu cacat gais yang arah pergerakan dari atomnya sejajar terhadap arah garis dislokasi.


3.   Cacat Bidang

Cacat bidang yaitu ketidaksempurnaan dari suatu material pada sebidang struktur atom. Contohnya;
  • Twinning
  • Batas butir


 4.   Cacat Ruang

Cacat ruang adalah ketidaksempurnaan dari suatu kristal pada seruang atom yaitu timbulnya sebuah rongga antara batas butir karena orientasi pada butir dan cacat ini dapat dilihat secara langsung. Contohnya :
  • Porositas
  • Retak
  • Rongga



D. MEKANISME PENGUATAN MATERIAL

 1.   Penguatan Larut Padat

Penguatan yang dilakukan dengan cara menambahkan sejumlah atom lain atau atom asing ke dalam sebuah gugusan atom induk. Pemaduan dalam jumlah tertentu dimana semua unsur pemadu akan terlarut padat dalam logam induk. Atom-atom asing dapat larut padat intertisi atau substitusi tergantung pada ukurannya. Bila atom asing yang disimbolkan dengan d berukuran besar lebih dari 0.15D, maka larut padat substitusi. Jika d berukuran kecil dari 0.15D akan larut padat interstisi. (d = diameter atom terlarut, D = diameter atom pelarut atau atom induk).

2. Penguatan dengan Fasa Kedua

Penguatan fasa kedua terjadi ketika adanya penambahan unsur paduan yang menghasilkan fasa kedua (second phase) atau fasa sekunder. Fasa kedua  bersifat keras (kuat) dan getas. Kekerasan suatu material akan meningkat dengan bertambahnya jumlah dari fraksi berat pada fasa kedua. Contoh paduan yang menghasilkan atau memiliki fasa kedua, yaitu Baja (Steel). Baja merupakan Besi  (Fe) yang dipadukan dengan karbon (C) menghasilkan fasa kedua, senyawa Sementit (Fe3C) disamping fasa utama ferrit (α) akan larut padat dalam (Fe) . Fasa ferrit bersifat lebih lunak dan ulet sedangkan sementit sangat keras tapi rapuh.

3.   Penguatan Presipitat

Merupakan penambahan suatu atom asing ke dalam material utama. Keberadaan dari persipitat akan menghambat pergerakan dari dislokasi

4.  Penguatan Dispersi

Logam paduan dapat ditingkatkan nilai kekerasannya dengan cara penambahan partikel oksida yang dapat menghalangi pergerakan dari dislokasi. Partikel oksida tidak akan larut dalam matriknya pada suhu tinggi. Penambahan partikel Al2O3 pada produk Sintered Aluminium Product atau yang disingkat SAP akan memberikan nilai kekuatan yang lebih tinggi dibandingkan dengan paduan Al  biasa pada suhu tinggi.

 5. Penguatan dengan Penghalusan Butir/Sub-butir

Batas butir adalah suatu penghalang dislokasi atau disebut sebagai penghalang terjadinya slip. Kemampuan menghalangi bertambah dengan sebuah dari peningkatan sudut mis-orientasi butir (angle of misorientation). Butir halus mempunyai batas butir lebih banyak sehingga menghasilkan penghalang dislokasi lebih banyak dan akan lebih susah terjadinya slip sehingga pada akhirnya material menjadi lebih kuat. Makin halus ukuran butir maka bidang slip akan semakin pendek sehingga dislokasi akan lebih cepat sampai ke batas butir. Semakin halus ukuran dari butir maka material akan semakin kuat.

6. Pengerasan Regangan

Untuk masing-masing dari kenaikan regangan plastis, dibutuhkan suatu tegangan yang nilainya lebih besar untuk menggerakkan dislokasi dibandingkan dengan sebelumya karena dislokasi banyak yang telah sampai ke batas butir. Dengan ini maka logam bertambah kekerasan dan kekuatan.

7. Penguatan dengan Tekstur

Sebuah proses deformasi akan menyebabkan butir-butir dari logam mengarah pada orientasi tertentu. Logam yang mengarah pada orientasi tertentu dikatakan memiliki tekstur kristalografis. Karena adanya orientasi tertentu tersebut, maka logam tidak lagi bersifat isotrop nemun justru bersifat anisotrop khususnya dalam hal kekuatannya.

 8.  Pengerasan Martensit

Martensit memiliki susunan atom BCT yang menyebabkan dislokasi menjadi susah untuk bergerak. Baja harus dipanaskan sampai fasa austenit lalu dilakukan proses pendinginan yang sangat cepat sehingga atom-atom karbon pada austenit tidak akan sempat berdifusi keluar, proses tersebut mengakibatkan austenit akan bertransformasi menjadi martensit yang memiliki sel satuan BCT. Kekerasan martensit akan semakin tinggi dengan semakin banyaknya atom karbon yang larut didalamnya.



Demikian penjelasan tentang Sifat - Sifat Material Teknik dan Cara Pengujiannya Lengkap. Semoga artikel di atas bermanfaat.

Baca juga