Week10 Materials
description
Transcript of Week10 Materials
![Page 1: Week10 Materials](https://reader038.fdocuments.net/reader038/viewer/2022102619/5695d0001a28ab9b0290808b/html5/thumbnails/1.jpg)
KU1101 Pengantar Rekayasa dan Desain I
Materials Engineering
Luaran pertemuan pekan kesepuluhMahasiswa mengetahui klasifikasi material teknik dan contohpemakaiannya
Mahasiswa mengenal aspek pemilihan material sebagai bagian dari perancangan
Mahasiswa mengenal sifat mekanik material
![Page 2: Week10 Materials](https://reader038.fdocuments.net/reader038/viewer/2022102619/5695d0001a28ab9b0290808b/html5/thumbnails/2.jpg)
Bagaimana Anda memilih material ?Apa persyaratan material komponen ?
Material dan Peradaban ManusiaPeradaban dibagi berdasarkan jenis material yang digunakan : stone age, bronze age, iron age, ..........nano-age
![Page 3: Week10 Materials](https://reader038.fdocuments.net/reader038/viewer/2022102619/5695d0001a28ab9b0290808b/html5/thumbnails/3.jpg)
Material dan Perancangan
![Page 4: Week10 Materials](https://reader038.fdocuments.net/reader038/viewer/2022102619/5695d0001a28ab9b0290808b/html5/thumbnails/4.jpg)
Material untuk vacuum cleaner
Dominant Material Power Weight Cost, USD
Hand Powered, 1900 Wood, Canvas, Leather 50 W 10 kg 270
Cylinder, 1950 Mild steel 300 W 6 kg 110
Sphere, 1965 Mild steel 450 W 5.5 kg 100
Cylinder, 1987 Moulded ABS and Polypropylene
800 W 4 kg 60
Klasifikasi MaterialBerdasarkan bahan baku
LogamKeramikPolimerKompositNano-material
Berdasarkan fungsi (Functional Material) :Structural MaterialBiomaterialElectronic material (semi conductor, superconductor, magnetic)Smart Material
Rata-rata pemakaian material dalam mobil buatan tahun 1985 (USA)
![Page 5: Week10 Materials](https://reader038.fdocuments.net/reader038/viewer/2022102619/5695d0001a28ab9b0290808b/html5/thumbnails/5.jpg)
Klasifikasi MaterialLogam :
Material yang paling banyak dipakai di industriTidak pernah dipakai dalam keadaan murni karena kekuatannya rendah. Digunakan dalam bentuk logam paduan (alloy)Kekuatan tinggi, menghantar listrik/panas, mengkilap, dan dapat dibentuk (ulet, ductile)Baja (steel) : paduan besi (Fe) dengan karbon ( C, <2.1% berat )Perunggu (bronze) : paduan Cu dengan Sn (< 40%)Kuningan (brass) : paduan Cu dengan Zn (< 35%)Baja tahan karat (stainless steel) : paduan Fe dengan Cr (min. 11%)
Tahan karat karena terbentuknya lapisan tipis (atomic layer) oksida Cr2O3 yang rigid (non-porous) di permukaan material
Klasifikasi MaterialKeramik : material an-organik, non-logam
Bersifat isolator listrik/panas, tahan temperatur tinggi, getas, sukar dideformasiTerdiri atas dua kelompok : traditional ceramics dan engineering ceramicsTraditional ceramics : kaca, batu bata, keramik lantai (tile), produk seni
Bahan dasarnya : Al2O3, SiO2, SiC, atau Si3N4
Engineering Ceramics : Digunakan dalam komponen mesin atau komponen elektronik
silicon carbide untuk mesin turboAl2O3 untuk isolator busi (spark plug)
![Page 6: Week10 Materials](https://reader038.fdocuments.net/reader038/viewer/2022102619/5695d0001a28ab9b0290808b/html5/thumbnails/6.jpg)
Klasifikasi MaterialPolimer :
Material organik yang terdiri dari C, H, dan O yang membentuk rantai molekul panjang (kumpulan dari “monomer”)
Ringan, fleksibel, insulator, tahan korosi
Terbagi atas dua kelompok besar : plastik dan elastomer (karet)
Plastik terbagi lagi atas dua kelompok :
Thermoplastic : dapat direcycle melalui pemanasan
Contohnya : polyvinyl chloride (PVC), polymethyl metacrylate (PMMA, flexyglass), polytetrafluoroethylene (PTFE, Teflon), polyamides (nylon)
Thermosetting Plastic (Thermosets) : permanen, tidak dapat direcycle melalui pemanasan
Contohnya : Epoxy resin, phenolic resin, melamine-formaldehyde (melamin), polyester
Klasifikasi MaterialMaterial Komposit (Composite Materials)
Gabungan dari dua atau lebih material. Matrix adalah “pengikat”, serat (fiber) adalah “penguat”Memanfaatkan sifat unggul dari masing-masing material penyusun
Polymer matric composite (PMC) : fiber glass (glass fiber reinforced polymer, GFRP)Metal matrix Composite (MMC)Ceramic matrix composite (CMC) : beton (concrete)
PMC paling berkembang dibanding MMC dan CMCPaling banyak digunakan dalam industri pesawat terbang
Ringan, tahan korosiSerat : gelas, karbon, aramid (kevlar) : kontinyu atau diskontinyu (short fiber)Matrix : polyester resin, epoxy resin
![Page 7: Week10 Materials](https://reader038.fdocuments.net/reader038/viewer/2022102619/5695d0001a28ab9b0290808b/html5/thumbnails/7.jpg)
Klasifikasi Fungsional MaterialStruktural Material :
Material untuk konstruksi dan komponen mesinBaja profil : baja karbon rendah, baja paduan rendah (lowalloy steel)Temperatur rendah : Baja tahan karat austenitTemperatur tinggi (ruang bakar, sudu turbin) : superalloyKonstruksi ringan (pesawat terbang) : paduan aluminium
![Page 8: Week10 Materials](https://reader038.fdocuments.net/reader038/viewer/2022102619/5695d0001a28ab9b0290808b/html5/thumbnails/8.jpg)
Klasifikasi Fungsional Material
BiomaterialLogam (Biometals) :
Masalah utama : biocompatibility (tidak beracun, stabil secara kimia, tahan korosi, tidak bersifat carcinogenics)Material yang sesuai : paduan titanium, paduan cobalt, stainless steel
![Page 9: Week10 Materials](https://reader038.fdocuments.net/reader038/viewer/2022102619/5695d0001a28ab9b0290808b/html5/thumbnails/9.jpg)
BiomaterialPolymer (Biopolymer)
Paling banyak dipakai dalam dunia kedokteranKeunggulannya : ringan, mudah diproses, dapat dimodifikasi untuk meningkatkan biocompatibility-nya, tahan korosiKelemahan : kekuatan rendahContoh aplikasi :
Opthalmology : kacamata, contact lenses, kornea mata
Drug delivery system : obat dimasukkan kedalam kantong bio-degradable polimer dan ditempatkan/diimplant pada lokasi yang diinginkan. Obat akan keluar bersamaan dengan larutnya kantong polimer tersebut. Biodegradable polymer : polylactic acid (PLA) dan polyglycolic acis (PGA)
Orthopedy : sebagai bone cement. Contohnya PMMA
BiomaterialKeramik (Bioceramics)
Paling banyak dipakai dalam dunia kedokteran gigiKeunggulannya : biocompatibility, tahan korosi, kekakuan tinggi, tahan aus, koefisien gesek rendahKelemahan : tidak tahan beban tarikContoh aplikasi :
Al2O3 (alumina) untuk implant tulang dan implant gigi
![Page 10: Week10 Materials](https://reader038.fdocuments.net/reader038/viewer/2022102619/5695d0001a28ab9b0290808b/html5/thumbnails/10.jpg)
Kekuatan MaterialKekuatan material (Gaya/Luas Penampang) : kemampuan material menahan bebanKekuatan Tarik (Tensile Strength, σu) [N/mm2]:
Beban maksimum yang dapat ditanggung agar tidak patah
Batas Luluh (Yield Strength, σy) [N/mm2]:Beban maksimum yang dapat ditanggung agar tidak terjadi deformasi plastis
Perpanjangan (Elongation, e) [%] :Kemampuan material mengalami deformasi plastis sampai patah
Dalam daerah elastis : Hukum Hooke : σ = eEE : modulus elastisitas [N/mm2]
Video Uji Tarik
Sifat Mekanik Material
![Page 11: Week10 Materials](https://reader038.fdocuments.net/reader038/viewer/2022102619/5695d0001a28ab9b0290808b/html5/thumbnails/11.jpg)
Material (typical)
Yield Strength (MPa)
Ultimate Stregth, (MPa)
density (g/cm3)
Human skin 15 20 2.2
Stainless steel 520 860 8.19Aluminium alloy2014-T6 414 483 2.8Titanium 11 (Ti-6Al-2Sn-1.5Zr-1Mo-0.35Bi-0.1Si) 940 1040 4.5Carbon fiber N/A 1600 - 4137 1.75Diamond 1600 2800 3.5Carbon nanotube (see note below) N/A 11000-63000 0.037-1.34
Membandingkan sifat mekanik materialwww-materials.eng.cam.ac.uk
![Page 12: Week10 Materials](https://reader038.fdocuments.net/reader038/viewer/2022102619/5695d0001a28ab9b0290808b/html5/thumbnails/12.jpg)
Struktur MaterialSifat material bergantung kepada strukturnya :
Struktur Mikro (skala ukuran mikro-meter)Struktur Nano (skala ukuran nano-meter)
Material dengan komposisi kimia yang sama akan mempunyai sifat berbeda jika strukturnya berbeda
Struktur mikro pipa stainless steel, diameter 12,7 mm
![Page 13: Week10 Materials](https://reader038.fdocuments.net/reader038/viewer/2022102619/5695d0001a28ab9b0290808b/html5/thumbnails/13.jpg)
20 µm
NanomaterialMaterialnya: logam, keramik, polimer, atau komposit
Ukuran butir dalam strukturnya < 0.1 µm (100 nm)
Perubahan yang mungkin terjadi dengan mengecilkan ukuran butir dari skala mikro ke nano :
Kekuatan dan keuletan meningkat sampai 6xMengubah material yang tidak tembus cahaya menjadi tembus cahayaMaterial isolator menjadi konduktorMaterial menjadi mudah terbakarBiocompatibility menjadi lebih baik karena ukuran porositas sangat kecil
![Page 14: Week10 Materials](https://reader038.fdocuments.net/reader038/viewer/2022102619/5695d0001a28ab9b0290808b/html5/thumbnails/14.jpg)
Material Nano :
Pemakaian karbon nano partikel sebagai serat penguat ban mobil, substitusi kawat
Material catalytic converter pada knalpot. Material single crystal (Ce0.5Zr0.5)O2