1. sifat mekanik 1
TRANSCRIPT
1
1UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
2UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
MATERIAL
2
3UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
Evolution of Materials
4UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
Materials, process and shape
Metals, ceramics, glasses
MATERIALSpolymers
composites...
Flat and dished sheet
SHAPESprismatic,
3-D
Casting , moulding
PROCESSESpowder methods,
machining...
3
5UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
6UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
1. LOGAM
4
7UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
8UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
9UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
10UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
11UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
12UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
7
13UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
14UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
15UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
Typical mechanical properties and Typical mechanical properties and application of plainapplication of plain--carbon steelscarbon steels
16UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
17UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
18UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
10
19UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
20UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
Mekanisme Penguatan Baja
11
21UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
22UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
23UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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.
24UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
25UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
26UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
Dengan Cr > 10 % , Ditambah Ni dan Mo
Kekuatan tinggi
Tahan korosi
Penampilan menarik
14
27UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
28UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
(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
29UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
Besi Tuang Kelabu (Grey Cast Iron)
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
30UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
• 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
31UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
Besi Tuang Kelabu (Grey Cast Iron)
277 max35 minFC 35Class 6
262 max30 minFC 30Class 5
241 max25 minFC 25Class 4
223 max20 minFC 20Class 3
212 max15 minFC 15Class 2
201 max10 minFC 10Class 1
Hardness
(HB)
UTS (kg/mm2)SymbolClass
32UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
• 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
33UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
34UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
• 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
35UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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)
36UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
19
37UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
38UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
Tembaga (Cu)
• Produk tembaga dan paduannya
20
39UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
40UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
41UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
42UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
43UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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 %
44UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
45UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
46UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
• 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
47UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
48UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
Aplikasi Aluminium
Blok mesin otomotive 6 silinder
type V
25
49UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
2. KERAMIK DAN GELAS
50UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
51UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
52UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
27
53UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
BATA ; BETON ; PAVING JALAN ; DLL
INSULATOR LISTRIK ; CUTTING TOOLS ; MESIN TURBIN ; GELAS
SIFAT KERAMIK : KERAS ,TAHAN PANAS , ISOLATOR , STABIL DALAM LINGKUNGAN KIMIA
54UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
TANAH LIAT : Al2O3 ; SiO2
GELAS : Bahan dasar SiO2
SEMEN : Al2O3 ; SiO2 ; CaO
KERAMIK TEKNIK : Al2O3 ; SiC ; Si3N4 ; ZrO2
28
55UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
3. POLYMERS
Contoh: KAYU , KATON, WOOL , TULANG, PROTEIN, SEL ORGANIK, PRODUK PLASTIK , KARET,DLL.
56UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
57UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
58UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
30
59UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
60UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
31
61UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
4. KOMPOSIT
62UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
GABUNGAN DUA MATERIAL ATAU LEBIH
YANG MEMBENTUK SIFAT YANG BARU, DENGAN ADANYA IKATAN ANTAR PERMUKAAN
PADA BAHAN PEMBENTUKNYA
32
63UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
64UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
KOMPOSIT
PARTIKULIT FIBER STRUKTURAL
33
65UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
66UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
• OTOMOTIF
• DIRGANTARA
• PERKAPALAN
• RUMAH TANGGA
• MAINAN ANAK
34
67UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
+=
68UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
69UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
70UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
36
71UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
72UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
37
73UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
74UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
38
75UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
THE MATERIAL KINGDOM
76UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
39
77UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
SIFAT MATERIAL
78UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
SIFAT MEKANIS
40
79UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
80UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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
81UniversitasUniversitas Indonesia Indonesia –– TeknikTeknik MetalurgiMetalurgi & Material& Material
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