M0

Material

Pengertian Material :
Material adalah segala sesuatu yang memiliki massa dan menempati ruang.

Contoh Material:
Udara, Air, Manusia, Baja, Kayu, dan lain-lain.

Syarat sesuatu disebut material:
- Memiliki Masa
- Menempati Ruang

Struktur Mikro Material
makro : besar dari 0,1 mm (mampu dilihat kasat mata)
mikro : diperlukan alat pembesaran, tidak bisa dilihat dengan mata manusia ( kecil sama dengan 0,1 mm)

Struktur Mikromaterial adalah bagian penyusun dari suatu material yang berukuran mikro yang tidak dapat dilihat dengan mata secara langsung dan hanya bisa dilihat dengan alat bantu khusus untuk mengamatinya.

Struktur mikro material terdiri dari :

1. Atom

Atom adalah bagian terkecil dari suatu material yang tidak dapat di bagi dengan reaksi kimia biasa.

2. Sel satuan   

Susunan dari atom atom yang tersusun secara teratur serta memiliki pola berulang.

Di dalam sel satuan kita mengetahui adanya APF ( Atomic Packing Factor ), yaitu perbandingan volume atom dengan volume sel satuan.

 Rumus untuk mencari APF :

Sel satuan terbagi atas beberapa jenis :

a.       BCC (Body Centered Cubic)

Adanya pemusatan satu atom di tengah-tengah kubus.

Jumlah atom (n) = (1/8) x 8 + 1 = 2

4R = a√3

a = (4/√3) R

APF (Atomic Packing Factor)

Contoh materialnya : Besi, Krom,Molibdenum, Tangsten, Tantal.

b.      FCC (Face Centered Cubic)

Adanya pemusatan satu atom di setiap sisi kubus.

Jumlah atom (n) = 1/8 x (8) + ½ x (6) = 4

4R = a√2

a = 4/√2 x R

APF (Atomic Packing Factor)

Contoh materialnya : Alumunium, Emas, Nikel, Perak, Platina, Tembaga, Timah

FCC lebih lunak dari BCC, karena slip plane pada FCC rapat sehingga mudah untuk terdeformasi

c.       HCP (Hexagonal Closed Package)

Sel Satuan HCP

Jumlah atom (n) = (3x1) + (12 x 1/6) + (2 x ½) = 6

Tinggi = 1,633 a

Luas alas = 6 x luas segitiga

= 6 x (1/2 a x a sin 60)

= 3a² sin 60

Volume sel satuan = a x t

= 3a² sin 60 x 1,633 a

= 4,24 a³                         ; a = 2 R

= 4,24 (2R)³

= 33,94 R³

APF (Atomic Packing Factor)

Contoh Material : Kadmium, Kobalt, Seng, Titanium.

Jenis-jenis Sel satuan :

3. Butir

Merupakan kumpulan dari sel satuan yang memiliki arah dan orientasi sama dalam 2 dimensi.

Butir

4.Kristal

Merupakan kumpulan dari sel satuan yang memiliki arah dan orientasi sama dalam 3 dimensi.

Kristal

Sifat-sifat Material

Sifat material secara umum dapat diklasifikasikan seperti di bawah ini :

1.  Sifat Fisik

Sifat yang telah ada pada material dan dapat diketahui secara langsung.

contoh : warna, massa jenis, dimensi, bau, dan lain-lain.

2.  Sifat Kimia

Sifat material yang berhubungan dengan reaksi kimia,

contoh : reaksi pembakaran,reaksi penggabungan, reaksi penguraian

3.  Sifat Teknologi

Sifat material yang mampu untuk diproses.

contoh : mampu tempa. Mampu mesin.

4.  Sifat Termal

Sifat material yang dipengaruhi oleh temperatur.

contoh : konduktifitas termal, titik beku dan titik didih.

5.  Sifat Optik

Sifat material yang berhubungan dengan pencahayaan,

contoh : pembiasan, pemantulan, meneruskan cahaya

6.  Sifat Akustik

Sifat material yang berhubungan dengan bunyi

contoh : intesitas bunyi, cepat rambat bunyi, kemampuan pantul bunyi

7.  Sifat Magnetik

Sifat material untuk merespon medan magnet.

a.       Diamagnetik

Tidak ada respon terhadap medan magnet (kemampuan magnet kecil atau sama dengan nol) sehingga dianggap lemah.

contoh materialnya : kayu, air, tembaga, merkuri,emas.

b.      Paramagnetik

Respon yang lemah terhadap medan magnet.

Contoh materialnya : alumunium, magnesium, titanium.

c.       Ferromagnetik

Respon yang kuat terhadap medan magnet.

Contoh materialnya : godolinium,besi,nikel.

Pada diamagnetik rentang kemagnetannya  < 0, karena nilainya yang sangat kecil, maka kemampuan respon terhadap medan magnetnya sangat kecil,sehingga dianggap tidak ada atau di abaikan. Sehingga Diamagnetik bersifat nonmagnetik (kemampuan merespon medan magnet sangat kecil sehingga bisa di abaikan).

8.  Sifat Mekanik

Sifat material yang telah ada pada material tetapi dapat diketahui dengan memberikan pembebanan mekanik.

Adapun sifat mekanik pada material antara lain :

a.  Kekerasan

Kemapuan material untuk menahan deformasi plastis lokal akibat penetrasi di permukaan.

b.    Kekuatan

Kemapuan material untuk menahan deformasi plastis secara menyeluruh sampai material tersebut patah.

Gambar  kurva kekuatan

c.    Keuletan

 Kemampuan material untuk menahan regangan plastis maksimum sampai material itu patah.

Gambar. kurva keuletan

d.    Kelentingan

Besarnya energi yang diserap material sampai pembebanan elastis dan bila gaya dihilangkan, material akan kembali ke bentuk semula.

Gambar. kurva kelentingan

e.    Ketangguhan

Besarnya energi yang dapat diserap oleh material sampai material tersebut patah.

Gambar. kurva ketangguhan

f.     Modulus Elastisitas

Perbandingan antara tegangan dan regangan pada daerah elastis yang menunjukkan derajat kekakuan yang menyatakan tingkat kegetasan material.

Gambar. kurva modulus elastisitas

Cacat-cacat  pada Material

            Cacat pada material merupakan ketidaksempurnaan susunan atom pada material. Cacat pada material terbagi atas :

1.    Cacat titik

Cacat titik adalah cacat berupa titik pada material dalam skala atomik.

Cacat titik terbagi atas :

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

b.     Subtitusi/pergantian, merupakan cacat yang terjadi akibat adanya pergantian atom pada susunan atom

c.    Intertisi adalah merupakan cacat yang terjadi akibat adanya atom lain yang menyusup dalam susunan atom. Intertisi terbagi atas:

·  Self Intertisi, yaitu cacat akibat adanya atom yang menyisip pada 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 adalah ketidaksempurnaan pada susunan material akibat kekosongan pada sebaris atom. Dislokasi terbagi atas dislokasi sisi dan dislokasi ulir :

a.       Dislokasi sisi (Edge Dislocation), adalah cacat garis yang arah pergerakan atomnya tegak lurus terhadap garis dislokasi. Kekosongan yang terjadi akan membuat atom yang berdekatan saling berikatan.

Dislokasi sisi

b.      Dislokasi Ulir (Screw Dislocation), yaitu cacat garis yang arah pergerakan atomnya sejajar terhadap arah garis dislokasi dan membuat susunan atom terpuntir. Penyebab susunan atom terpuntir karena adanya tegangan sisa dan deformasi.

Dislokasi ulir

                                               

3.  Cacat Bidang

Cacat bidang yaitu ketidaksempurnaan material pada sebidang struktur atom.

Contohnya;

a.      Twinning, merupakan pergeseran pada sebidang atom yang diakibatkan oleh deformasi dan membentuk sudut yang sama.

Cacat bidang Twinning

b.      Batas butir, merupakan pertemuan antara butir satu dengan butir lainnya yang memiliki orientasi berbeda. Sudut batas butir meakin besar maka cenderung untuk membentuk batas butir baru, sedangkan sudut batas butir kecil cenderung untuk menyatu dan bertambah luas.

Cacat bidang batas butir

                                   

4.  Cacat Ruang

Cacat ruang adalah ketidaksempurnaan kristal pada seruang atom yaitu timbulnya rongga antara kristal dan dapat dilihat secara langsung.

Contohnya :

Porositas, retak dan rongga

cacat ruang

Mekanisme Penguatan Material

Berhubungan dengan bagaimana menghalangi pergerakan dislokasi. Jadi “…kunci dari mekanisme penguatan logam ialah bagaimana menghalangi pergerakan dislokasi” (Gunawarman, 2013:62).

Dislokasi tidak dapat dihilangkan, tetapi dapat dihalang dengan pergerakan cacatnya. Pada saat dideformasi , dislokasi akan menuju batas butir sehingga dapat dihambat pergerakan cacatnya.

Jenis-jenis mekanisme penguatan material :

1.    Penguatan larut padat

Penguatan logam dengan cara menambahkan sejumlah atom asing ke dalam sebuah gugusan atom induk

Dengan kata lain, Pernyataan larut padat disebut sebagai proses pemaduan dalam jumlah tertentu, dimana semua unsur pemadu terlarut.

Contoh : paduan antara tembaga dan seng menghasilkan kuningan.

2.    Penguasa fasa kedua

Fasa kedua adalah senyawa baru, yang terjadi karena ikatan kimia antar

Fasa kedua adalah senyawa baru yang terjadi karena ikatan kimia antara atom asing (B) dan atom induk (A).

A+B à α + A_xB_y

Fasa α disebut sebagai fasa utama yang merupakan larut padat antara A dan B. Sementara A_xB_y merupakan fasa kedua, fasa kedua ini bersifat keras dan getas. Fasa kedua terbentuk karena pelarut dan zat terlarut telah melewati lewat jenuhnya untuk berikatan.

Penguatan Fasa Kedua Pada Baja

Fe + C à α + Fe₃C

Fasa Sementit akan terbentuk jika kandungan karbonnya lebih dari 0,02%, jika berada dibawah 0,02% maka akan termasuk besi murni.

3.    Pengerasan Presipitat

Pengerasan melalui pembentukan partikel endapan fasa yang halus dan menyebar merata dalam material.

Syarat presipitat:

a.Mempunyai fasa kedua

b.Fasa kedua tersebut harus dapat dilarutkan seluruhnya menjadi fasa tunggal

4.    Penguatan Dispersi

Merupakan penguatan logam dengan cara mendispersikan partikel keras dan halus secara merata dalam logam.

Seperti penambahan Al₂O₃ pada Aluminium untuk menghasilkan kekuatan yang lebih tinggi dari paduan Aluminium biasa

5.    Penguatan dengan Penghalus Butir

Terjadi melalui rekayasa struktur butir, semakin halus butir maka akan semakin banyak batas butir semakin halus

a.       Penguatan dengan penghalusan butir dengan pembekuan.

Cara pertama pembekuan bisa dilakukan dengan celup cepat agar butir butir tidak sempat mengembang.

Cara kedua dengan penambahan benih pemicu nukleasi atau materi penghalusan butir,

Contoh bibit penghalusan butir yaitu TiB₂ pada aluminium dan titanium

b.      Penguatan dengan penghalusan butir secara rekristalisasi

Logam di deformasi kemudian dipanaskan pada temperatur rekristalisasi

Proses deformasi untuk mengubah butir-butir logam dari bulat menjadi lonjong

Pemanasan ini menyebabkan tumbuhnya butir baru berukuran kecil sehingga diperoleh penghalusan butir

T_rek = C x T_m

C = konstanta logam

T_rek = Temperatur rekristalisasi

T_m = Temperatur melting

c.       Penguatan dengan penhalusan butir secara Deformasi Plastis

Deformasi plastis menyeluruh adalah teknik baru menghasilkan logam berbutir halus

Teknik untuk menghasilkan deformasi:

1.      Equal Channel Angle Extrusion (ECAE)atau Equal Channel Angle Pressing (ECAP)  

Proses pemberian deformasi dengan cara melewatkan spesimen dalam lorong berbentuk L, dengan adanya tekan dan tarik pada sudut L. Prosesnya dilakukan secara berulang-ulang atau disebut juga dengan deformasi plastis menyeluruh. Contoh material yang digunakan adalah material yang ulet.

2.      High Pressure Torsion (HPT)

Proses pemberian deformasi dengan cara menekan spesimen dari atas dan memuntirnya dari bawah. Torsi yang biasa digunakan pada saat memuntir tergantung dari kekerasan spesimennya.

3.      Accumulative Roll Bending (ARB)

Proses pemberian deformasi dengan cara melewatkan spesimen pada sebuah rolling dan cetakan yang bertujuan untuk mendeformasi secara menyeluruh sehingga akan terjadi penghalusan butir.

6.    Penguatan Tekstur

Merupakan metode penguatan dengan cara pengarahan orientasi butir logam ke arah tertentu. Cara proses pengarahan tekstur :

a.       Pengerollan dingin

Pengerolan akan menyebabkan bidang dan arah kristal dari logam akan terarah sesuai pengerolan

b.      Pembekuan terarah

Pembekuan terarah dilakukan dengan mengumpankan pelat penarik panas pada satu arah pada saat pembekuan material

Orientasi butir acak = anisotropi

Orientasi butir terarah = isotropi

7.    Pengerasan Regangan

Merupakan proses pengerasan dengan memberikan regangan (deformasi plastis) pada logam. Untuk masing-masing kenaikan regangan plastis, dibutuhkan tegangan yang lebih besar untuk menggerakkan dislokasi dibandingkan sebelumnya karena dislokasi telah banyak yang sampai ke batas butir. Ini berarti logam bertambah kekerasan dan kekuatannya.

Garisnnya melengkung karena pengaruh dari materialnya sendiri, yaitu karena komposisi paduan yang tidak merata. Semakin kecil luas penampang, maka akan semaki kecil juga Elongasinya.

Elongasi adalah pertambahan panjang dari kondisi satu ke kondisi lainnya.

8.    Penguatan Martensit

Merupan proses pengerasan dengan cara membentuk fasa martensit.

Material yang berfasa martensit harus mencapai fasa austenit terlebih dahulu dan adanya unsur carbon di dalamnya. Sedangkan besi cor tidak bisa berfasa martensit dikarenakan tidak terbentuk fasa austenit terlebih dahulu. Atom C yang terjebak menimbulkan medan tegangan dan menjadi penghalang gerakan dislokasi, sehingga menjadi susah untuk bergerak dan tidak sempat untuk berdifusi.