Sifat-sifat Mekanik Material

            Sifat material secara umum dapat diklasifikasikan seperti di bawah ini :

1.    Sifat Fisik

Sifat yang telah ada pada material.

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

2.    Sifat Kimia

Sifat material yang berhubungan dengan komposisi kimia.

contoh : kemolaran, kemolalan, dan konsentrasi.

3.    Sifat Teknologi

Sifat material yang muncul akibat mengalami proses pemesinan, contoh : mampu tempa.

4.         Sifat Termal

Sifat material yang dipengaruhi oleh temperature.

contoh : konduktifitas termal, titik beku dan titik didih.

5.        Sifat Optik

Sifat material yang berhubungan dengan pencahayaan.

contoh : rasioaktifitas, dan mampu dibiaskan.

6.         Sifat Akustik

Sifat material yang berhubungan dengan bunyi.

contoh : mampu meredam bunyi.

7.       Sifat Magnetik

Sifat material untuk merespon medan magnet.

contoh : mampu menyimpan magnet.

8.          Sifat Mekanik

Sifat material yang muncul akibat 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.

c.        Keuletan

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

d.       Kelentingan

Besarnya energi yang diserap material selama deformasi elastis berlangsung

e.        Ketangguhan

Besarnya energi yang diserap material sampai material tersebut patah.

f.        Modulus Elastisitas

Merupakan ukuran kekakuan material

A.3      Cacat-cacat  pada Material

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

1.  Cacat titik

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

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

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

c.       Intertisi adalah 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 material akibat kekosongan pada sebaris atom. Dislokasi terbagi atas dislokasi sisi dan dislokasi ulir.

a.  Dislokasi sisi, adalah cacat garis yang arah pergerakan atomnya tegak lurus terhadap garis dislokasi. (Dislocation line)

b.  Dislokasi Ulir, yaitu cacat gais yang arah pergerakan atomnya sejajar terhadap arah garis dislokasi (Dislocation line).

3.   Cacat Bidang

Cacat bidang yaitu ketidak sempurnaan material pada sebidang struktur atom.

Contohnya;

·       Twinning

·       Batas butir

4.   Cacat Ruang

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

Contohnya :

·       Porositas

·       Retak

·       Ronngga

A.4    Diagram Fasa

diagram fasa Fe-Fe₃C menampilkan hubungan antara temperature dan kandungan karbon (%C) selama pemanasan lambat.dari digram Fasa tersebut dapat diperoleh informasi informasi penting antara lain :

1.    Fasa yang terjadi pada komposisi dan temperature yang berbeda dengan kondisi pendinginan lambat

2.    Temperature pembekuan dan daerah derah pembekuan paduan Fe-C bila dilakukan pendinginan lambat

3.    Temperature cair dari masing masing paduan

4.    Batas batas kelarutan atau batas kesetimbangan dari unsur karbon pada fasa tertentu

5.    Reaksi reaksi metalurgis yang terjadi yaitu reaksi eutektik ,peritektik dan eutektoid

Beberapa istilah dalama diagram kesetimbangan Fe-Fe₃C dan fasa fasa yang terdapat didaamnya akan dijelaskan dibawah ini.berikut ini adalah batas batas temperature kritis pada diagram Fe-Fe₃C :

·       Temperature reaksi eutektoid = perubahan fasa  g menjadi a + Fe₃C (perlit) untuk baja hypoeutectoid

·       Titik curri = dimana sifat magnetik besi berubah dari feromagnetik menjadi para magnetik

·       Temperature transformasi = fasa g menjadi a (ferit) yang ditandai dengan naiknya batas kelarutan karbon seiring dengan turunya temperature

·       Temperature transformasi = fasa g menjadi Fe₃C  (sementit) yang ditandai dengan penurunan batas larutan karbon seiring dengan turunnya temperature

·       Temperature transformasi = g menjadi a+Fe₃C (perlit) untuk baja hipereutektoid

Fasa fasa tyang terjadi dalam diagram kesetimbangan Fe-C selama pemanasan lambat :

·       Ferrit (a) yaitu paduan Fe dan C dengan larutan C max 0,025 % pada temperature 723^oC, struktur kristalnya BCC

·       Austenit (g) yaitu paduan Fe dan C dengan kelarutan C max 2% pada temperature 1148^oC ,struktur kristalnya FCC

·       Delta (d) adalah paduan Fe dan C dengan kelarutan C max ),1 % pada temperature 1493^oC , struktur kristalnya BCC

·       Senyawa Fe₃C atau biasa disebut sementit dengan kandungan C max 6,67 % bersifat keras dan getas dan memilki struktur kristalorthorombic

·       Liquid atau fasa cair adalah daerah paling luas deimana kelarutan C sebagai paduan utama dalam Fe tidak terbatas pada temperature yang bervariasi

Adapun reaksi reaksi metalurgis yang bisa terjadi berdasarkan pada diagram Fe-Fe₃C :

·       Reaksi peritektik terjadi pada tenmperature 1495^oC dimana logam cair dengan kandungan 0,53 % C bergabung dengan delta (d) kandungan 0,09%C bertransformasi menjadi austenit (g) dengan kandungan 0,17 % C . delta (d) adalah fasa padat pada temperature tinggi dan kurang berarti untuk proses perlakuan panas yang berlangsung pada temperature rendah

·       Liquid (C=0,53 %) + delta (d) (C=0,09 %) austenite (g) (C=0,17 %)

·       Reaksi eutektik terjadi pada temperature 1148^oC dalam hal ini logam cair dengan kandungan 4,3% C membentuk austenit (g) dengan 2% C dan senyawa sementit yang mengandung 6,67% C

·       Liquid (C=4,3%) austenite (g) (C=2,11 %) + fe₃C (C=6,67 %)

·       Reaksi eutectoid berlangsung pada temperature 723^oC austenit (g) padat mengandung 0,8 % C menghasilkan ferit (a) dengan kandungan 0,025 % C dan sementit (Fe₃C) yang mengandung 6,67 % C

·       Austenit (g) (C=0,8%) ferit (a) ( C=0,025 %) + Fe₃C (C=6,67%)

A.5    Mekanisme Penguatan Material

1.   Penguatan Larut Padat

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

2. Penguatan dengan Fasa Kedua

Penguatan fasa kedua terjadi ketika penambahan unsur paduan menghasilkan fasa kedua (second phase) atau fasa sekunder.

Fasa kedua  bersifat keras (kuat) dan getas. Kekerasan (kekuatan) material meningkat dengan bertambahnya jumlah (fraksi berat) fasa kedua. Contoh paduan yang menghasilkan (memiliki) fasa kedua:

Ø   Baja (Steel)

Besi  (Fe) yang dipadu dengan karbon (C) menghasilkan fasa kedua senyawa Fe₃C (sementit) disamping fasa utama ferrit (α) larut padat dalam (Fe) . Fasaferrit bersifat lebih lunak dan ulet sedangkan sementit sangat keras tapi rapuh.

3.   Penguatan Presipitat

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

4.  Penguatan Dispersi

Logam paduan bisa ditingkatkan kekerasannya dengan penambahan partikel oksida yang akan menghalangi pergerakan dari dislokasi. Partikel oksida tidak larut dalam matriknya pada suhu tinggi. Penambahan partikel Al₂O₃ pada produk SAP (sintered aluminium product) akan memberikan kekuatan yang lebih tinggi dibandingkan padual Al  biasa pada suhu tinggi.

5. Penguatan dengan Penghalusan Butir/Sub-butir

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

6. Pengerasan Regangan

Untuk masing masing kenaikan regangan plastis, dibutuhkan tegangan yang lebih besar untuk menggerakkan dislokasi dibandingkan sebelumya karena dislokasi telah banyak yang sampai kebatas butir. Ini berarti logam bertambah kekerasan dan kekuatan.

7. Penguatan dengan Tekstur

Proses defornasi akan menyebabkan butir-butir dari logam mengarah pada orientasi tertentu. Logam yang orientasi kristalnya mengarah pada orientasi tertentu dikatakan memiliki tekstur kristalografis. Dengan adanya orientasi yang tertentu tersebut, maka logam tidak lagi bersifat isotrop melainkan justru bersifat anisotrop khususnya dalam hal kekuatannya

8.  Pengerasan Martensit

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