material science

TUGAS

MATERIAL SCIENCE

Disusun Oleh:

Kelompok 1

·         Khafidz

·         Arwan

·         Kamelia F. Ristha

·         Lukman Achmad

·         Dalhar Zaini

PROGRAM STUDI TEKNIK INDUSTRI
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SUNAN KALIJAGA
YOGYAKARTA
2014

 

1.1    Sejarah

Hampir setiap segemen kehidupan kita sehari-hari dipengaruhi kebutuhan akan material,   misalnya dalam kehidupan transportasi, perumahan, pakaian, komunikasi, rekreasi hingga  makanan.

Secara historis, perkembangan dan kemajuan masyarakat erat kaitannya dengan kemampuan dalam menghasilkan dan memanipulasi bahan untuk mengisi kebutuhan mereka. Pada kenyataannya, peradaban awal sudah ditentukan oleh tingkat pengembangan bahan mereka (zaman batu dan zaman perunggu, zaman besi).

Pada mulanya manusia memiliki akses jumlah material yang sangat terbatas yang terjadi secara alami: batu, kayu, tanah liat, kulit, dan sebagainya. Seiring berjalannya waktu, mereka menemukan teknik untuk memproduksi bahan-bahan baru yang memiliki sifat-sifat unggul untuk dimanfaatkan, Bahan-bahan baru tersebut termasuk tembikar dan berbagai logam. Selain itu, ditemukan juga bahwa sifat-sifat material dapat diubah dengan pemberian panas dan penambahan bahan-bahan lainnya. Dalam hal ini, pemanfaatan bahan merupakan sebuah proses penyeleksian yang terlibat dalam memutuskan material mengingat agak terbatas bahan terbaik cocok untuk aplikasi berdasarkan karakteristiknya. Para ilmuwan pun mulai memahami hubungan antara elemen-elemen struktural bahan dan sifat bahan. Pengetahuan yang diperoleh ini selama kira-kira 100 tahun telah memberdayakan karakteristik bahan.

Dengan demikian, puluhan ribu bahan yang berbeda telah berevolusi dengan karakteristik khusus yang memenuhi kebutuhan masyarakat modern dan kompleks; bahan tersebut termasuk logam, plastik, kaca, dan serat. Kemajuan dalam pemahaman jenis bahan menjadikan teknologi dapat berkembang tahap demi tahap. Pengembangan material yang berkaitan erat dengan aksesibilitas bahan telah membuat kehidupan kita menjadi mudah dan nyaman.

1.2 Sifat – Sifat Material

Secara garis besar material mempunyai sifat-sifat yang mencirikannya. Secara umum sifat tersebut dibagi menjadi tiga sifat. Sifat –sifat itu akan mendasari dalam pemilihan material, sifat tersebut adalah:

·       Sifat mekanik

·       Sifat fisik

·       Sifat teknologi

Dibawah ini akan dijelaskan secara terperinci tentang sifat-sifat material tersebut

1. 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 material terhadap pembebanan yang diberikan, dapat berupa gaya, torsi atau gabungan keduanya. Dalam prakteknya pembebanan pada material terbagi dua yaitu beban statik dan beban dinamik. Perbedaan antara keduanya hanya pada fungsi waktu dimana beban statik tidak dipengaruhi oleh fungsi waktu sedangkan beban dinamik dipengaruhi oleh  fungsi waktu.

Untuk mendapatkan sifat mekanik material, biasanya dilakukan pengujian mekanik. Pengujian mekanik pada dasarnya bersifat merusak  (destructive test), dari pengujian tersebut akan dihasilkan kurva atau data yang mencirikan keadaan dari material tersebut.

Setiap material yang diuji dibuat dalam bentuk sampel kecil atau spesimen. Spesimen pengujian dapat mewakili seluruh material apabila berasal dari jenis, komposisi dan perlakuan yang sama. Pengujian yang tepat hanya  didapatkan pada material uji yang memenuhi aspek ketepatan pengukuran, kemampuan mesin, kualitas atau jumlah cacat pada material  dan ketelitian dalam membuat spesimen. Sifat mekanik tersebut meliputi antara lain: kekuatan tarik, ketangguhan, kelenturan, keuletan, kekerasan, ketahanan aus, kekuatan impak, kekuatan mulur, kekeuatan leleh dan sebagainya.

Sifar-sifat mekanik material yang perlu diperhatikan:

·  Tegangan yaitu gaya diserap oleh material selama berdeformasi  persatuan luas.

·  Regangan yaitu besar deformasi persatuan luas.

·  Modulus elastisitas yang menunjukkan ukuran kekuatan material.

·  Kekuatan yaitu besarnya tegangan untuk mendeformasi material atau kemampuan material untuk menahan deformasi.

·  Kekuatan luluh yaitu besarnya tegangan yang dibutuhkan untuk mendeformasi plastis.

·  Kekuatan tarik adalah kekuatan maksimum yang berdasarkan pada ukuran mula.

·  Keuletan yaitu besar deformasi plastis sampai terjadi patah.

·  Ketangguhan yaitu besar energi yang diperlukan sampai terjadi perpatahan.

·  Kekerasan yaitu kemampuan material menahan deformasi plastis lokal akibat penetrasi pada permukaan.

2. Sifat Fisik

Sifat penting yang kedua dalam pemilihan material adalah sifat fisik. Sifat fisik adalah kelakuan atau sifat-sifat material yang bukan disebabkan oleh pembebanan seperti pengaruh pemanasan, pendinginan dan pengaruh arus listrik yang lebih mengarah pada struktur material. Sifat fisik material antara lain : temperatur cair, konduktivitas panas dan panas spesifik.Struktur material sangat erat hubungannya dengan sifat mekanik. Sifat mekanik dapat diatur dengan serangkaian proses perlakukan fisik. Dengan adanya perlakuan fisik akan membawa penyempurnaan dan pengembangan material bahkan penemuan material baru.

3. Sifat Teknologi                                  

Selanjutnya sifat yang sangat berperan dalam pemilihan material adalah sifat teknologi yaitu kemampuan material untuk dibentuk atau diproses. Produk dengan kekuatan tinggi dapat dibuat dibuat dengan proses pembentukan, misalnya dengan pengerolan atau  penempaan. Produk dengan bentuk yang rumit dapat dibuat dengan proses pengecoran. Sifat-sifat teknologi diantaranya sifat mampu las, sifat mampu cor, sifat mampu mesin dan sifat mampu bentuk. Sifat material terdiri dari sifat mekanik yang merupakan sifat material terhadap pengaruh yang berasal dari luar serta sifat-sifat fisik yang ditentukan oleh komposisi yang dikandung oleh material itu sendiri.

1.3. Klasifikasi Material Teknik

Material teknik dapat diklasifikasikan : logam, keramik, polimer, dan komposit seperti ditunjukkan dalam gambar 1.6 berikut ini.

                       

Gambar 1.   Tiga jenis material dasar dan komposit

1.        Logam terdiri dari logam besi dan ligam non-besi.

§   Logam besi adalah logam/paduan mengandung besi sebagai unsure utama.                              

Contoh : besi tuang, baja karbon, baja tahan karat, dan lain-lainnya.

§   Logam non besi adalah logam/paduan mengandung besi dalam jumlah kecil atau sama sekali tanpa besi.                               

Contoh : aluminium, tembaga, emas, timah, magnesium, nikel, seng, dan lain-lainnya.

2.        Keramik adalah bahan yang terbentuk dari hasil senyawa antara logam atau semi logam (Si, Ge) dengan unsure-unsur non logam.

Contoh : silica (SiO₂), alumina (Al₂O₃), karbida tungsten, karbida titanium, nitrida titanium, nitrida boron, dan lain-lainnya.   

3.        Polimer adalah senyawa yang terdiri dari serangkaian molekul mer yang sangat banyak, biasanya terdiri dari karbon ditambah satu atau lebih unsure-unsur yang lain, seperti hidrogen, nitrogen, dan klorin.

Polimer dibagi dalam 3 katagori :

a.    Polimer termoplastik (thermoplastic polymer) yaitu polimer yang akan menjadi lunak bila dipanaskan dan keras bila temperatur turun.                              

       Contoh : polietilin, polistirin, polivinil klorida, nilon, dan lain-lainnya.   

b.    Polimer termoset (thermosetting polymer) yaitu polimer yang segera mengeras setelah mencapai temperatur pembentukkannya, dan selanjutnya tidak akan menjadi lunak walupun dipanaskan kembali                              

       Contoh : penolik, resin amino, epoksi, dan lain-lainnya.   

       c.     Elastomer yaitu polimer yang memiliki sifat elastik.

              Contoh : karet alam, silikon, poliuretan, nesprene, dan lain-lainnya.

4.        Komposit adalah material yang mnerupakan gabungan antara ketiga jenis material di atas. Komposit merupakan optimasi susunan material yang menunjukkan sifat terbaik dari unsure-unsur pembentuknya dan sering juga beberapa sifat yang tidak dimiliki oleh salah satu unsur tersebut. Komposit terdiri dari bahan penguat (filler) dan bahan pengikat (matriks).

       Contoh : serat gelas dalam matriks polimer, keramik dalam matriks logam, kayu merupakan komposit alam yang memiliki serat selulose dengan matriks lignin.

1.4.  Why Study Material Science

 Material science (Ilmu Material) merupakan disiplin ilmu yang mempelajari hubungan antara struktur material dengan sifat–sifat material. Berikut ini alasan mengapa kita harus mempelajari Material science (Ilmu Material) yaitu:

1.      Seorang ahli teknik dituntut untuk merancang suatu produk.

2. Seorang ahli teknik harus memilih bahan dalam pembuatan produk atau perbaikan produk.
3. Untuk menciptakan produk yang sesuai harapan dan kriteria-kriteria yang diinginkan.
4. Untuk mengoptimalkan antara fungsi dan harga produk.

1.5. Contoh Material dan Break Down Bahannya

       Ada banyak material dalam kehidupan kita, beton merupakan salah satu contoh material. Beton memiliki bahan-bahan yang menjadi bahan pembentuknya. Berikut ini adalah bahan pembentuk beton antara lain:

1.    Agregat Halus (Pasir)

Agregat halus (pasir) adalah material yang memiliki ukuran butiran kurang dari 5mm (lolos ayakan 4,76 mm). Dapat berupa pasir alam atau berupa pasir buatan yang berasal dari sisa/limbah dari mesin pemecah batu.

2.    Agregat Kasar (Kerikil)

Agregat  kasar  (kerikil) adalah material yang memiliki ukuran butiran lebih dari 5mm (tertahan ayakan 4,76 mm).

    3. Semen

Semen memiliki berbagai macam jenis. Pemilihan tipe semen bisa disesuaikan dgn kebutuhan.

    4. Air

Air yang dapat digunakan dalam pembuatan campuran beton adalah jenis air kerja yang tidak boleh mengandung bahan yang membahayakan seperti SO4 dll.

 5. Aditiv/ Bahan Tambahan

Bahan tambahan (aditiv) adalah bahan yang ditambahkan dalam pembuatan beton untuk mencapai tujuan tertentu. (Tujuan tertentu : Mengeras sangat cepat, mengeras lambat, meningkatkan workability, dll)