Komposit

Material komposit

Material kom[posit adalah pencampuran/pengabungan sekurangnya dua material yang berbeda fasa dan strktur mikroskopiknya. Contoh material komposit adalah kuningan. Kuningan merupakan pencampuran/pengabungan antara loga sang dengan logam kuningan. Material komposit terdiri dari bahan penyusun dan bahan yang mengisolasi bahan lain.

Jenis-jenis material komposit

1. Material komposit serat, yaitu komposit yang terdiri dari serat dan bahan dasar yang diproduksi secara fabrikasi, misalnya serat + resin sebagai bahan perekat, sebagai contoh adalah FRP (Fiber Reinforce Plastic) plastik diperkuat dengan serat dan banyak digunakan, yang sering disebut fiber glass.

2. Komposit lapis (laminated composite), yaitu komposit yang terdiri dari lapisan dan bahan penguat, contohnya polywood,  laminated glass yang seringdigunakan sebagai bahan bangunan dan kelengkapannya.

3. Komposit partikel (particulate composite), yaitu komposit yang terdiri dari partikel dan bahan penguat seperti butiran (batu dan pasir) yang diperkuat dengan semen yang sering kita jumpai sebagai betin.

Kelebihan material komposit

Bahan komposit mempunyai sifat fisik dan sifat mekanik yang banyak. Beberapa kelebihan komposit adalah :

1. Gabungan dua bahan material yang mempunyai sifat mekanik yang lebih baik dari bahan dasarnya

2. Bahan komposit tahan terhadap kikisan

3. Priduk yang dihasilkan dari paduan logam mempunyai sifat yang menarik dalam segi fisik

Sifat-sifat Mekanis Sistem Resin Gambar dibawah memperlihatkan kurva tegangan/regangan untuk suatu sistem resin ideal. Kurva untuk resin menunjukkan kekuatan puncak tinggi, kekakuan tinggi (ditunjukkan dengan kemiringan awal) dan regangan tinggi terhadap kegagalan. Hal ini berarti bahwa resin pada awalnya kaku tetapi pada waktu yang sama tidak akan mengalami kegagalan getas.

http://blog.ub.ac.id/mochamat/files/2012/02/grafik-komposit-150x150.jpg

Seharusnya dicatat dimana ketika suatu komposit di bebani tarik, untuk mencapai sifat-sifat mekanis yang optimal dari komponen serat, resin harus mampu berubah panjang paling tidak sama dengan serat. Gambar dibawah ini memberikan regangan terhadap kegagalan yang dimiliki untuk serat kaca-E, serat kaca-S, serat aramid, dan serat karbon berkekuatan tinggi (yaitu bukan dalam bentuk komposit). Disini terlihat, sebagai contoh, serat kaca-S dengan perpanjangan 5,3%, akan membutuhkan resin dengan perpanjangan paling tidak sama dengan nilai tersebut untuk mencapai sifat tarik yang maksimum.

Jelaskan ciri-ciri patah ulet dan patah getas. Logam yang biasanya kita kenal sebagai material ulet bisa mengalami patah getas, fenomena ini sering dikenal dengan DBT (Ductile to Brittle Tension).  Jelaskan  pula  faktor-faktor  apa  saja  yang  bisa  mengakibatkan  terjadinya  DBT

tersebut.

§  Patah Ulet

Patah yang dikarena pembebanan yang menyebabkan material mengalami deformasi plastic. Dan apabila beban dihilangkan maka crack akan berhenti pula. Patahan ulet ini ditandai dengan penyerapan energy yang cukup besar contohnya seperti tembaga yang di tempa, tembaga tersebut cenderung menerima energy sehingga menyebabkan deformasi plastic dan apabila telah menyampai titik tolenransinya maka akan timbul crack.

Ciri-ciri                  :

1.    Didahului deformasi plastic

2.    Apabila pembebanan dihilangkan/dihentikan maka retak akan berhenti pula

3.    Temperature

4.    Permukaan yang mengalami retak berwarna berbeda dari semula

§  Patah Getas

Patah getas terjadi lebih cepat dari pada patah ulet, karena patah getas sering tidak awali dengan deformasi plastic. Patah getas dapat mengikuti batas butir ataupun memotong butir. Bila bidang patahannya mengikuti batas butir, maka disebut patah getas intergranular, sedangkan bila patahannya memotong butir maka disebut patah getas transgranular.

Ciri-ciri                 :

1.    Biasanya terjadi pada temperatur rendah

2.    Sering tidak diawali deformasi plastic

3.    Memerlukan energy patahan yang relative kecil

Faktor yang mempengaruhi patah getas :

• Tegangan tiga sumbu

• Laju regangan

• Temperature

http://blog.ub.ac.id/mochamat/files/2011/12/cccccccccccccccccccccccc-165x300.jpg

Terdapat 3 faktor dasar yang mendukung terjadinya patah dari benda ulet menjadi patah getas:

1.    Keadaan tegangan 3 sumbu/ takikan.

2.    Suhu yang rendah.

3.    Laju regangan yang tinggi/ laju pembebanan yang cepat.

Fatik merupakan ketahanan suatu material menerima pembebanan dinamik. Benda yang tidak tahan terhadap fatik akan mengalami kegagalan  pada kondisi pembebanan dinamik  (beban berfluktuasi ). Mengalami kegagalan ( patah ) pada tegangan jauh di bawah tegangan yang diperlukan untuk  membuatnya patah pada pembebanan tunggal ( statis ). Kegagalan fatik biasanya terjadi pada tempat yang konsentrasi tegangannya besar, seperti pada  ujung yang tajam atau notch. Tidak ada indikasi awal terjadinya patah fatik dan retakan fatik yang terjadi bersifat halus, maka patah fatik sulit untuk dideteksi dari awal.

Jenis beban dinamik sinusoidal ditunjukkan pada gambar berikut:

1.    Beban tegangan bolak-balik ( reversed stress )

2.    Beban tegangan berulang ( repeated stress )

3.    Beban tegangan tidak beraturan ( random stress ).

Grafik

grafik fatigue

Dalam merancang suatu komponen, untuk menentukan tegangan aman yang di izinkan, para perekayasa sering menggunakan cara estimasi umur fatik dengan menggunakan pendekatan tegangan. Metode ini merupakan cara konvensional dan paling simpel, mudah dilakukan untuk aplikasi perencanaan, sangat baik diterapkan pada kondisi pembebanan elastis, mampu menunjukan batas rentang pakai yang aman (safe life) bahkan tak hingga (infinite life). serta  sangat tepat  untuk perencanaan komponen pada kondisi fatik siklus tinggi. Namun perlu diperhatikan bahwa metode ini tidak cocok untuk kondisi fatik siklus rendah karena metode ini tidak dapat menghitung pengaruh tegangan-regangan sebenarnya pada saat terjadi deformasi peluluhan lokal, terbatas hanya pada material logam terutama baja karena pada material tertentu tidak dapat menunjukan respon data yang tepat bila menggunakan pendekatan ini.

Syarat utama untuk menggunakan metode pendekatan tegangan mengacu pada asumsi perhitungan mekanika benda padat bahwa komposisi material  idealnya homogen, kontinyu dan bebas cacat atau bebas retak. Tujuan utama menggunakan pendekatan ini pada perencanaan komponen adalah untuk mendapatkan umur pakai aman bahkan tak hingga.

Teknik Pengujian Material Tanpa Merusak Benda Ujinya. pengujian Non Destructive atau sering kita dengar dengan NonDestructive Testing atau NDT,  pengujian ini dilakukan untuk menjamin bahwa material yang kita gunakan masih aman dan belum melewati batas toleransi kerusakan. NDT biasanya dilakukan paling tidak dua kali. Pertama, selama dan diakhir proses fabrikasi, hal ini berguna untuk menentukan suatu komponen dapat diterima setelah melalui tahap-tahap fabrikasi, Hasil NDT ini dijadikan sebagai bagian dari kendali mutu komponen. Kedua, NDT dilakukan setelah komponen digunakan dalam jangka waktu tertentu. Tujuannya adalah menemukan kegagalan parsial sebelum melampaui damage tolerance-nya.

Dari tipe keberadaannya crack, kerusakan atau cacat pada material NDT dapat dibedakan dalam 2 macam, yaitu: surface crack dan inside crack. Sebaiknya Pada saat pen

gujian maka harus sudah ditentukan dahulu targetnya (misal surface crack atau inside crack), baru digunakan metoda NDT yang tepat.

Pengujian suatu material yang mengakibatkan kerusakan pada material biasanya dalam penggujian digunakan sample dari material yang akan diuji, ada beberapa macam pengujian merusak, yaitu :

1. Tensile Testing

2. Torsion Testing

3. Fatigue Testing

4. Bend Testing

5. Impact Testing

Tensile Testing

• Apa yang dimaksud dengan Tensile Test ?

• Tensile test atau disebut juga tension test, adalah mechanical test yang paling dasar yang dapat dilakukan untuk mengetahui kemampuan mekanik dari suatu material. Tensile tests sangat simple, relatif tidak mahal dan memenuhi standarad. Dengan menarik benda uji tersebut akan segera mengetahui bagaimana kemampuan suatu material mampu menahan suatu beban yang diberikan. Dengan cara menarik benda uji tersebut akan didapatkan strength dari material dan bagaimana batas ulur-nya.

• Mengapa Melakukan Tensile Test atau Tension Test?

• Untuk mendapatkan substansi tensile testing. Apabila diteruskan menarik material hingga putus, maka akan didapatkan kurva bagaimana material tersebut bereaksi sewaktu diberikan beban. Titik dimana terjadi kegagalan disebut “Ultimate Strength” atau UTS.

http://blog.ub.ac.id/mochamat/files/2011/12/Picture4-300x243.jpg•Adalah daerah linier dari kurva mengenai hubungan antara beban atau gaya dan kemuluran (elongation). Dimana perbandingan / ratio stress dan strain adalah konstan (E = stress (σ) / strain (ε) ) dan disebut “Modulus of Elasticity” atau “Young’s Modulus”.

•Yield Strength

•Adalah stress yang terjadi pada material yang mulai mengalami plastic deformation pada waktu material dibebani.

•Strain

•Kemuluran yang terjadi pada waktu benda uji dibebani 

Dalam keadaaan murni Al sangat lemah dan lunak, terutama kekuatan sangat rendah untuk dapat digunakan pada berbagai keperluan teknik. Tetapi apabila dipadu dengan sejumlah kecil logam lain maka sifat-sifat mekanik alumunium yang asli dapat diperbaiki. Logam-logam yang sering dipadukan dengan Al adalah: Cu, Si, Mg, Ni, Mn dll.

Dengan pebaikan sifat ini sering kali sifat tahan korosi dan pengahantar panas dan listriknya menurun, demikian juga keuletannya. Pengaruh unsur dalam paduan Al sangat komplek.

Penggolongan Paduan Alumunium

Paduan Al banyak dipakai dalam industri yang dapat dibagi dalam dua golongan utama yaitu.

Wrought Alloy

Paduan ini dibuat dengn melalui proses rolling, forming, drawing, forging, dan press working. Hasil ini berupa barang setengah jadi misalnya batang, palat, lembaran dll. Paduan ini dapat diklasifikasikan berdasarkan komposisi kimianya.

Casting Alloy

Paduan ini dibuat melalui pengecoran ( paduan tuang ). Paduan ini merupakan paduan yang komplek dari Al dengan Cu, Ni, Fe, Si, dan unsur lainnya. Paduan alumunium tempa mem[unyai kekuatan mekanik yang tinggi mendekati baja. Paduan ini dapat dibedakan berdasarkan:

a. Heat Treatment : Al-Cu, Al-Cu-Mg, Al-Mg-Si, Al-Zn-Mg

b. Non Heat Treatment : Al-Mn (1,3% Mn), Al-Mg-Mn (2,5% Mg), Al-Si. Paduan ini memiliki kekuatan mekanik yang tinggi, ductile, tahan korosi dan sifat mampulas baik.

Baja dikatakan padu jika kompesisi unsur-unsur paduannya secara khusus, bukan baja karbon biasa yang terdiri dari unsur silisium dan mangan. Baja paduan semakin banyak digunakan.Unsur yang paling banyak digunakan untuk baja paduan, yaitu: Cr,Mn, Si, Ni, W, Mo, Ti, Al, Cu, Nb dan Zr.

A.    Pembuatan

§  Proses dalam Dapur Tinggi

Prinsip dari proses dapur tinggi adalah prinsip reduksi. Pada proses ini zat

karbon monoksida dapat menyerap zat asam dari ikatan-ikatan besi zat asam

pada   suhu   tinggi.

Perlakuan Panas pada ALDEC 5TH

Lebih lengkapnya, proses yang disebut sebagai perlakuan panas ini bertujuan untuk meningkatkan sifat mekanik material seperti tensile strength, resistance, elongation, impact resistance, dan hardness. Tidak seperti pada logam ferrous, paduan logam non ferous seperti alumunium hanya dapat dikeraskan secara signifikan melalui proses yang disebut sebagai precipitation hardening, yaitu proses tambahan yang bertujuan untuk menambah kekuatan material melalui penghalusan butir.

Pada proses ini, sifat mekanik paduan alumunium ditingkatkan dengan cara pembentukan lattice defect yang akan berlaku sebagai penghambat gerak dislokasi. Pada hasil proses precipitation hardening, defect tersebut berbentuk partikel-partikel halus yang terdistribusi merata, disebut sebagai presipitat. NOV 30TH

Daerah elastis adalah luas kurva di bawah titik sesaat sebelum perubahan bentuk pada material tersebut terjadi. Disini, titik tersebut dinamakan Yield Stress, atau titik luluh. Pada daerah ini, jika suatu material diberikan perubahan bentuk yang kecil, maka material itu akan kembali ke kondisi semula. Konvensi dari daerah ini adalah 0.001% regangan untuk logam. Di dalam daerah ini juga, terdapat Modulus of Elasticity, yang menjelaskan tentang ukuran keuletan dan kemampu-bentukan suatu material. MOE ini dihubungkan dengan persamaan matematis antara tegangan dan regangan tariknya.

Jika modulus elastisitasnya besar, maka tegangan yang dibutuhkan untuk membuat perubahan bentuk sangat besar, dan material tersebut cenderung getas, begitu pula sebaliknya.

§  Daerah plastis

Daerah plastis adalah luas kurva di bawah titik Yield Stress hingga Fracture. Di dalam daerah ini, ada tiga fenomena yang terjadi : luluh (Yielding), pengerasan-regang (Strain-Hardening), dan pengecilan penampang setempat (Necking). Luluh artinya adalah perubahan bentuk yang permanen dan homogen di semua tempat, sedangkan Necking adalah perubahan bentuk permanen setempat.

Sumber : http://taufik-yoriwe.blogspot.co.id/2013/02/material-komposit.html