Pengetahuan Material Teknik Dasar

PENGETAHUAN MATERIAL TEKNIK DASAR
(Oleh Okasatria Novyanto)

Didalam industri manufaktur tidak akan lepas dengan satu bidang ilmu teknik yang berhubungan dengan material. Secara umum material teknik diklasifikasikan menjadi 2 golongan yakni :
1. Metal (logam)
2. Non Metal (bukan logam)

Metal (logam)
Jika ditinjau dari sudut pandang susunan unsur dasar, metal (logam) dibagi menjadi 2, yakni :
1.1 Logam murni (hanya terdiri satu jenis atom saja), contoh : besi (Fe) murni, tembaga (Cu) murni
1.2 Logam paduan atau metal alloy (terdiri dari dua atau lebih jenis atom)
Logam paduan dibedakan menjadi 3 jenis :
a. Larut padat interstisi (menyisip), yaitu : suatu paduan yang terjadi bila atom yang larut mempunyai diameter yang jauh lebih kecil daripada yang dilaruti, contoh : Pada baja Carbon yang mengalami Nitriding dimana atom Fe (yang dilaruti) mempunyai diameter atom lebih besar bila dibandingkan dengan atom N (yang larut) dengan diameter lebih kecil sehingga menyisip diantara atom Fe.
b. Larut Padat Subtitusi (menggantikan posisi yang dilaruti), yaitu : suatu paduan yang terjadi terutama bila diameter atom yang larut hampir sama dengan diameter atom yang dilaruti, contoh : Pada paduan alumunium (diameter atom Al dan diameter atom Cu hampir sama), pada stainless steel (diameter atom Fe dan diameter atom Cr hampir sama), dll.
c. Senyawa, yaitu : suatu paduan yang terjadi karena adanya ikatan atom yang sangat kuat, contoh : NaCl (Senyawa garam).
Metal juga dapat diklasifikasikan menjadi jenis, yakni :
a. Ferrous (besi)
b. Non Ferrous (bukan besi), contoh : Al dan paduannya, Ni dan paduannya, dll.

Ferrous (besi)
1. Wrought Iron (besi tempa)
Fasa besi tempa berupa ferit (alpha), didalamnya terdapat sisa terak yang masih terperangkap. Terak tersebut banyak mengandung silikat (silikon oksida), bentuknya menyerupai fiber (cukup kuat). Sifat dari besi tempa ini Ulet dan cukup kuat. Contoh komposisi dari besi tempa :
- Carbon : 0.06%
- Mangaan : 0.045%
- Silicon : 0.101%
- Phospor : 0.068%
- Sulfur (belerang) : 0.009%
- Terak (dalan berat) : 1.97%
Besi tempa digunakan pada bangunan kereta api, bangunan kapal laut, industri minyak, tujuan arsitektur, perlengkapan pertanian, dll. Umumnya, pembuatan dari besi tempa ini menggunakan dapur puddle (dapur aduk)
2. Steel (Baja)
Baja (Steel) digolongkan menjadi 2, yakni :
2.1 Carbon steel (baja karbon)
Baja karbon dapat digolongkan menjadi 3 macam, yakni :

-Baja karbon rendah [Kadar Carbon antara 0,1% hingga 0,20%]

-Baja Karbon sedang [Kadar Carbon antara 0,25% hingga 0,55%]

-Baja Karbon tinggi [Kadar Carbon antara 0,55% hingga 1,75%]

Pembagian baja karbon yang lain yakni : baja hipoeutektoid [Kadar Carbon Kurang dari 0,8%], baja eutektoid [Kadar Carbon 0,8%] dan baja hipereutektoid [Kadar Carbon lebih dari 0,8%]. Fasa-fasa padat yang ada didalam baja :
a. Ferit (alpha) : merupakan sel satuan (susunan atom-atom yang paling kecil dan teratur) berupa Body Centered Cubic (BCC=kubus pusat badan), Ferit ini mempunyai sifat : magnetis, agak ulet, agak kuat, dll.
b. Autenit : merupakan sel satuan yang berupa Face Centered Cubic (FCC =kubus pusat muka), Austenit ini mempunyai sifat : Non magnetis, ulet, dll.
c. Sementid (besi karbida) : merupakan sel satuan yang berupa orthorombik, Semented ini mempunyai sifat : keras dan getas.
d. Perlit : merupakan campuran fasa ferit dan sementid sehingga mempunyai sifat Kuat.
e. Delta : merupakan sel satuan yang berupa Body Centered Cubic (BCC=kubus pusat badan).
2.2 Alloy steel (baja paduan)
Sebenarnya perbedaan mendasar dari baja karbon dengan baja paduan terletak pada dominasi atas unsur dalam suatu baja. Jika yang mendominasi sifat fisik dan mekanik adalah prosentase atau kadar karbon maka dapat disebut sebagai baja karbon sedang bila yang mendominasi sifat fisik dan mekanik adalah paduan (selain unsur karbon) maka dapat disebut sebagai baja paduan. Baja paduan dapat diklasifikasikan menjadi :
a. Baja paduan rendah, yaitu : bila jumlah unsur tambahan selain karbon lebih kecil dari 8%, misalnya : suatu baja terdiri atas 1,35%C; 0,35%Si; 0,5%Mn; 0,03%P; 0,03%S; 0,75%Cr; 4,5%W [Dalam hal ini 6,06%<8%]>

b. Baja paduan tinggi, yaitu : bila jumlah unsur tambahan selain karban lebih dari atau sama dengan 8%, misalnya : baja HSS (High Speed Steel) atau SKH 53 (JIS) atau M3-1 (AISI) mempunyai kandungan unsur : 1,25%C; 4,5%Cr; 6,2%Mo; 6,7%W; 3,3%V.

Tujuan utama dari penambahan unsur paduan sebenarnya untuk memperbaiki sifat-sifatnya seperti : kekuatan tarik, kekuatan impak, ketahanan korosi, ketahanan panas, dll.

Pada baja HSS (contoh diatas) mempunyai sifat keras, ulet, tahan temperatur tinggi, dll.

2.3 Cast iron (besi cor)

Umumnya besi cor akan mengandung unsur Fe dan C [3,5% - 4,3%]. Besi cor, diklasifikasikan menjadi :

a. Besi cor putih (white cast iron) Besi cor putih mempunyai fasa sementid+perlit sehingga mempunyai sifat keras dan getas.

b. Besi cor kelabu (grey cast iron) Unsur penyusun dari besi cor kelabu yakni : Fe + C + Silikon (Si). Adanya penambahan unsur Si (Silikon) bertujuan untuk mengurai Sementid menjadi Fe (ferit atau perlit) dan C (grafit). Bentuk grafitnya berupa serpih sehingga secara sederhana dapat dikatakan bahwa fasa besi cor kelabu berupa ferit/perlit + grafit serpih dengan sifat : agak getas yang dikarenakan ujung-ujung grafit berbentuk serpih tajam, akibatnya konsentrasi tegangan tinggi sehingga mudah patah. Contoh penggunaan besi cor kelabu pada konstruksi mesin jahit, blok mesin, lampu hias, mesin bubut, pagar, dll. Keistimawaan besi cor kelabu terhadap baja yakni : mampu meredam getaran.

c. Besi cor bergrafit bulat (ductile cast iron atau noduler cast iron) Unsur penyusun dari besi cor bergrafit bulat yakni : Fe + C + Si + Mg / Ce. Penambahan Mg atau Ce bertujuan untuk “melunakan” grafit menjadi bulat sehingga konsentrasi tegangan sedikit sekali (besi cor bersifat ulet). Contoh penggunaan besi cor bergrafir bulat pada kontruksi penjepit rel kereta api, batang torak kompresor, dll.

d. Besi cor mampu tempa (malleable cast iron) Untuk membuat besi cor mampu tempa dapat dibuat dengan memanaskan besi cor putih hingga mencapai suhu 700 Derajat Celcius selama 30 Jam. Hal ini bertujuan agar sementid terturai menjadi Fe (ferit) dan C (grafit). Grafit yang dihasilkan berbentuk pipih. Contoh penggunaan besi cor mampu tempa pada spare part yang berukuran kecil-kecil.

Non Metal

Dikategorikan menjadi 3 jenis yakni : Polimer, Komposit dan keramik. Keramik merupakan senyawa-senyawa dari karbida dan oksida logam atau oksida metaloid (Si). Perbedaan logam dengan polimer yakni bahwa logam mempunyai butir-butir (kristal-kristal) sedang polimer terdiri dari mer-mer (molekul-molekul) yang berikatan satu dengan lainnya. Butir (kristal) adalah kumpulan atom-atom yang mempunyai orientasi atau arah yang sama.