PENGENALAN TEKNOLOGI MATERIAL KONSTRUKSI LOGAM

Haloo semua, nama saya Elicohen Dima Sagala NIM 15515012. Sekarang saya sedang kuliah di prodi S1 Teknik Kelautan Institut Teknologi Bandung. Postingan ini merupakan bagian dari mata kuliah KL 2105 "Bahan Bangunan Laut" dengan dosen Alamsyah Kurniawan, Ph.d

BAGIAN 1: PENDAHULUAN

SIKLUS MATERIAL

1. Penambangan (mining) : konsentrat  mineral

2. Peleburan (smelting) : ingot log

3. Pembentukan (forming) : produk  setengah jadi

4. Pengerjaan (fabrication):produk jadi /  peralatan

5. Operasi & perawatan :bangunan/  peralatan jangan segera rusak

6. Korosi : produk korosi kembali ke bumi siklus material 

catatan:

   -   pada setiap tahap diperlukan teknologi dan energi

Gambar 1.1. Siklus Material

MATERIALS THROUGH CIVILIZATION

Artinya penggunaan material-material logam berdasarkan era / periode kehidupan manusia.  

Half finished products :

1.      Pelat (plate)

Gambar 1.2 Pelat

2.      Lembaran (sheet)

Gambar 1.3. Pelat

3.      Tube & Pipe

Gambar 1.4. Tube and pipe

4.      Profil struktur

Gambar 1.5. Profil struktur

5.      Kawat (wire) & kabel sling (wire rope)

Gambar 1.5. Kawat dan kabel sling

STANDAR DAN CODE

1.      Material standards

2.      Product standards

3.      Design codes

4.      Manufacturing codes

5.      Inspection codes

6.      Operation & maintenance

7.      Codes

SAMPLE OF METALS MATERIAL STANDART

Browse all standards relating to:

Production of metals

Testing of metals

Non- ferrous metals

Iron and steel

Products of non- ferrous metals

Powder metallurgy

Equipment for the metallurgical industry

Key standards:

BS EN 10305-1:2010

Steel tubes for precision applications. Technical delivery conditions. Seamless cold drawn tubes

BS EN 1982:2008

Copper and copper alloys. Ingots and castings

BS EN 755-1:2008

Aluminium and aluminium alloys. Extruded rod/bar, tube and profiles. Technical conditions

for inspection and delivery

BS EN 10277-1:2008

Bright steel products. Technical delivery conditions. General

BS EN 485-1:2008

Aluminium and  aluminium alloys. Sheet, strip and plate. Technical conditions for

inspection and delivery

BS 7371 -12:2008

Coatings on metal fasteners. Requirements for imperial fasteners

STANDAR DAN CODE:

ASME, ANSI, API, ASTM, AISI, SAE

JIS 

DIN 

AFNOR 

BS 

SII

BAGIAN 2: ENGINEERING MATERIAL

LOGAM DAN PADUAN

Jenis:

- Baja (steel): Baja karbon, Baja paduan

- Besi cor (Cast Iron)

- Aluminium & paduannya

- Tembaga & paduannya: brass, bronze

- Titanium & paduannya

- Superalloys: ni

-, Co

-, Fe

- Base

- Timah putih -

Timah hitam & paduannya

SIFAT FISIK MATERIAL

• Titik cair

• Massa jenis

• Konduktivitas panas

• Konduktivitas listrik

• Koefisien muai

• d s t

SIFAT MEKANIK MATERIAL 

• Kekuatan luluh (Yield strength) 

• Kekuatan tarik (Tensile strength) 

• Perpanjangan (Elongation) 

• Kekerasan (Hardness) 

• Harga Impact 

• Batas lelah (Fatigue limit) 

• Batas mulur (Creep limit) 

• Ketahanan aus

SIFAT KIMIA MATERIAL

• Ketahanan korosi sifat teknologi

SIFAT TEKNOLOGI

• Mampu cor (Castability)

• Mampu bentuk (Formability)

• Mampu las (Weldability)

• Mampu keras (Hardenability)

• Mampu mesin (Machinability)

PENGUJIAN MEKANIK

Uji tarik

Uji lentur

Uji geser

Uji tekan

Uji keras

Uji impact

Uji fatigue

Uji creep

Uji aus

Pengujian korosi

PENGUJIAN DAN PEMERIKSAAN

1. Pemeriksaan

   - Pemeriksaan material 

   - Pemeriksaan komponen / peralatan

2. Tenik Pemeriksaan

   - Merusak (destructive): metalografi

   - Tidak merusak (non destructive): ndt / ndi:

      a. visual

      b. dye penetrant

      c. ultrasonic

      d. x-ray radiography

      e. magnetic particle

      f. eddy current

      g. infra

      h. red thermography

BAGIAN 3 : PENGUJIAN MEKANIK

Macam-macam pengujian mekanik :

1.      Uji tarik (tension test)

2.      Uji impak (impact test)

3.      Uji lelah (fatigue test)

4.      Uji kekerasan (hardness test)

5.      Uji mulur (creep test)

6.      Uji lentur (flexure tes7)

7.      Uji tekuk (bend test)

A.    Uji Tarik (Tension Test)

sifat mekanik yang diperoleh dari pengujian tarik adalah:

• kekuatan tarik(tensile strength)

• kekuatanluluh(yield strength)

• keuletan(ductility)

• ketangguhan(toughness)

• modulus elastisitas

A. UJI TARIK

Sample UjiTarik

• Lokasi pengambilan sample, bentuk, dan dimensi spesi menuji tarik harus mengikuti standar, misalnyaJIS, ASTM

• Dimensi utama dari sample uji tarik adalah:

Luas penampang melintang awal= Ao

Panjang uji awal (gauge length) = Lo

Gambar 3.1. Uji sample tarik menurut JIS

Gambar 3.2. Uji sample tarik menurut ASTM

Gambar 3.3. Uji sample tarik menurut JIS Z 2201

Gambar 3.4.Uji sample tarik menurut ASTM E-8

Gambar 3. 5. Uji sample kayu tarik menurut ASTM D 143

Beberapa Kesalahan pada Pembentukan Spesimen Pelat

Gambar 3.6.Beberapa Kesalahan pada Pembentukan Spesimen Pelat

Metoda Pengujian

• Spesimen uji tarik dijepit dikeduaujungnya dan ditarik dengan kecepatan konstan

• Akibat tarikan tersebut, specimen akan bertambah panjang dengan pertambahan panjang adalah∆L

• Akibat pertambahan panjang yang terjadi pada specimen, maka load cell akan mencaat reaksi berupa gaya tarik, P.

Dari kurva tegangan-regangan teknis dapat diketahui beberapa sifat material,  antara lain:

Kekuatan tarik 

Kekuatanluluh, σy,sering ditentukan dengan metoda offset

Keuletan material ditunjukkan oleh dua besaran yaitu : regangan pada titik patah, ef , atau

Reduksi penampang 

Modulus  elastisitas material, E, ditunjukkan pleh kemiringan kurva tegangan –regangan teknis di daerah elastis

E = tan α

Di Daerah Elastis

• Tegangan material sebanding dengan regangan yang terjadi

• HukumHooke

σ= E. E

Di Daerah Plastis

• Deformasi plastis terjadi bila tegangankerja melebihikekuatan luluh

σk > σ y

• Akibat deformasi plastis, pada material  terjadiberubahan bentukyang permanen

• Material akan patah bila tegangan kerjamelampaui tegangan ultimate

σk > σu

Faktor Keamanan (Safety Factor)

Untuk Beban Statis

•  Menghindari Deformasi Plastis

• Menghindari Kemungkinan Patah

Tegangan-Regangan Sebenarnya (True stress-strain)

 Kurva tegangan-regangan sebenarnya sering didekati dengan menggunakanpersamaan

berikut:

σt = K εⁿ

dimana

 K = konstanta tegangan

 n = exponen pengerasan-regangan

(strain hardening exponent)

Ketangguhan (Toughness) 

• Ketangguhan material ditunjukkan oleh energi yang mampu diserap material sampai material patah

Gambar 3.6. Ketangguhan material

B. UJI IMPAK ( IMPACT TESTING)

• Pengujian impak dilakukan untuk mendapatkan data  keuletan material  atau ketangguhan daerah         lasan

• Spesimen yang diberi takikan (notch) menerima beban tiba-tiba.

• Besarnya energi yang  digunakan untuk mematahkan spesimen diukur

Gambar 3.7. Alat uji impak

• This produces a graph of impact  toughness for the material as a  function of temperature.

• An impact toughness versus  temperature graph for a steel is shown in the image.

•It can be seen that at low temperatures the material is more  brittle and impact toughness is low.

• At high temperatures the material is more ductile and impact  toughness is higher.

• The transition temperature is the boundary between brittle and ductile behavior and this temperature is often an extremely important consideration in the selection of a material.

•Energi untuk mematahkan spesimen diukur berdasarkan pada perbedaan energi potensial dari bandul pemukul pada saat sebelum dan sesudah memukul spesimen

E=mg (a-b)

dimana:

E = energi untuk mematahkan spesimen (joule)

m =  masa bandul pemukul

g = percepatan grafitasi

a =  beda tinggi titik pusat masa bandul pemukul ke spesimen saat sebelum memukul

b =  beda tinggi pusat masa bandulsesudah memukul spesime.

C. UJI KELELAHAN (FATIGUE TEST)

• Material bila menerima beban dinamis kelakuannya tidak sama bila dibandingkan dengan        kelakuannya pada pembebanan statis

• Metoda Pengujian Fatigue:

  • Metoda fatigue  lentur putar (Rotating  Bending Fatigue )

  • Metoda fatigue axial (Axial Fatigue)

• Pada mesin uji fatigue  lentur putar, beban yang  diterima oleh spesimen adalah tegangan normal          bolak-balik murni dengan rasio tegangan R=1.

• Besarnya tegangan dan jumlah putaran, N, yang  mampu diterima oleh spesimen dicatat sebagai data   pengujian

• Bila pengujian fatigue dilakukan terhadap beberapa spesimen yang  diberi tegangan berbeda-beda        maka jumlah putaran yang  mampu diterimaoleh setiap spesimen sampai patah akan berbeda pula.

• Pemetaan tegangan sebagai fungsi dari jumlah putaran akan diperoleh kurva S-N.

•Kurva S-N untuk material baja membentuk garis horisontal pada suatu beban tegangan tertentu

• Dibawah tegangan ini secara teoritisbaja tersebut mampu menerima beban fatigue untuk selamanya tanpa terjadi patah. Batas  tegangan ini disebut batas fatigue  (fatigue limit).

•Sedangkan material aluminium, tembaga, magnesium dan paduan tembaga memiliki kurva S-N yang  terus menurun dengan naiknya jumlah putaran. Material jenis ini tidak memiliki batas fatigue.

•Sebagai penggantinya ditentukan suatu parameter yang  disebut kekuatan fatigue (fatigue strength), yaitu besarnya tegangan yang mampu diterima oleh material untuk sejumlah putaran tertentu, misalnya 10°

.

Batas fatigue dan kekuatan fatigue material  bergantung pada beberapa faktor antara lain:

• Ukuran komponen

• Konsentrasi tegangan, misalnya adanya takikan

• Kekasaran permukaan clan  proses pengerjaan

• Tegangansisa

• Batas fatigue dan kekuatan fatigue material  bergantung pada beberapa faktor antara lain:

• Ukuran komponen

• Konsentrasi tegangan , misalnya adanya takikan

• Kekasaran permukaan clan proses pengerjaan

• Tegangan sisa

 Gambar3.8.Skema Mesin Uji Fatigue Lentur Putar

Gambar 3.9. Kurva S-N Aluminium dan baja karbon