1

Metalurgi Fisika

TMT 614207

2

Tujuan Perkuliahan

Membekali mahasiswa agar menguasai

pengetahuan mengenai hubungan antara

karakteristik fisik paduan logam dengan sifat-sifat

mekanis yang aplikatif.

Mahasiswa mendapatkan keterampilan dalam

melakukan analisis dan karakterisasi paduan

logam.

3

Materi Kuliah

Struktur kristal logam

Cacat Kristal

Diagram Fasa

Uji sifat mekanis

4

Pustaka

Reed-Hill, R.E., Abbaschian, R., Physical Metallurgy Principles, PWS-Kent Publishing Company, Boston, 1992.

Verhoeven, J.D., Fundamentals of Physical Metallurgy, John Wiley&Sons, 1975.

Avner, S.H., Introduction to Physical Metallurgy, McGraw-Hill, 1974.

Smallman, R.E., Modern Physical Metallurgy, Butterworth, 1985.

Sinha, K., Ferrous Physical Metallurgy, Elsevier, 1990.

5

Penilaian

Ujian Tengah Semester (UTS) = 40%

Ujian Akhir Semester (UAS) = 40%

Tugas = 20%

Kehadiran (*) = 80%

6

Penilaian

Tugas Presentasi

Topik:

Struktur kristal logam

Cacat Kristal

Diagram Fasa

Uji sifat mekanis

7

Pendahuluan

8

Aplikasi dari the tetrahedron of materials science and engineering untuk baja lembaran automotif.

Rasio kekuatan dan berat Kemampubentukan Biaya produksi

Komposisi Iron-based? Al-based? Unsur pemadu? Berapa banyak?

Proses Kontrol proses pembuatan agar

baja punya ketangguhan dan kemampubentukan yang baik

Mikrostruktur Struktur yang menghasilkan

kombinasi kekuatan dan ketangguhan yang baik.

Apa yang mengontrol kekuatan?

9

Klasifikasi material

Material Teknik

Logam

Polimer

Komposit

Keramik

10

Logam (dan Paduannya)

Baja, kuningan, perunggu, paduan alumunium,

paduan titanium dan paduan nikel

Memiliki sifat umum yaitu nilai yang tinggi

dalam hal konduktivitas listrik dan panas,

kekuatan, kekakuan, kelunakan, mampu

bentuk dan ketahanan impak

Karena karakteristiknya, dimanfaatkan untuk

konstruksi (paduan) kecuali logam murni yang

dimanfaatkan untuk sifat listrik dan panasnya

11

Keramik

Bata, gelas, insulator, porselen

Memiliki kekuatan dan kekerasan yang tinggi

serta ketahanan temperatur tinggi dan korosi

lebih baik dari logam, namun rendah dalam

keuletan, mampu bentuk, ketahanan impak

konduktivitas listrik dan panas

Karena karakteristiknya, keramik tidak digunakan

sebagai material konstruksi yang mendapatkan

beban tarik dan impak kecuali beban tekan

12

Polimer

Karet, plastik, perekat adhesive dari produk

minyak bumi hasil polimerisasi

Memiliki konduktivitas listrik dan panas

serta kekuatan rendah. Beberapa polimer

memiliki kemuluran, pembentukan dan

ketahanan impak serta korosi yang baik

13

Komposit

Dibentuk dari gabungan dua atau lebih material

logam (atau paduan logam), keramik, polimer

yang menghasilkan sifat-sifat yang tidak dimiliki

oleh masing-masing material penyusunnya

Beton bertulang (concrete), plywood, fiberglass,

metal matrix composite

Komposit memiliki sifat ringan, kuat, ductile dan

tahan temperatur tinggi

14

Logam paling banyak digunakan untuk

kebutuhan rekayasa mengingat sifatnya

mendekati sifat mekanis dan fisika yang

diinginkan dalam kerekayasaan serta punya

kemampuan (formability, machinability,

castability, weldability) yang baik.

Juga relatif murah, keberadaannya banyak

dan mudah diekstraksi serta memungkinkan

untuk proses daur ulang.

15

Metalurgi merupakan bidang kajian yang

meliputi sains dan teknologi yang

berhubungan dengan logam dan paduannya

Metalurgi :

- Metalurgi proses (Process metallurgy)

- Metalurgi fisika (Physical metallurgy)

- Metalurgy mekanik (Mechanical metallurgy)

16

Metalurgi fisik berhubungan dengan produk

dari metalurgi ekstraksi yang meliputi kajian

sifat fisik, mekanik dan sifat kimia logam murni

dan paduannya.

Gabungan sifat-sifat ini diperoleh dengan

alloying, mechanical working dan heat

treatment untuk mendapatkan struktur mikro

tertentu, meliputi ukuran butir matriks serta

jenis, ukuran dan distribusi partikel fasa lain.

17

Contoh aplikasi dan sifat material

Example of Applications Properties

Metals and Alloys Gray cast iron Automobile engine blocks Castable, machinable, vibration damping Ceramics and Glasses SiO2-Na2O-CaO Window glass Optically transparent, thermally insulating Polymers Polyethylene Food packaging Easily formed into thin, flexible, airtight film

Composites Carbide cutting tools for High hardness, yet Tungsten carbide machining good shock resistance -cobalt (WC-Co)

18

Kekuatan berbagai material

19

Mesin jet.

Bagian depan beroperasi pada temperatur rendah medium, digunakan Titanium.

Bagian pembakaran beroprasi pada temperatur tinggi, digunakan Nikel-based superalloys .

Bagian pembungkus (shell) bekerja pada temperatur rendah, digunakan paduan aluminum dan komposit.

Aplikasi keramik untuk komponen turbin engines, yang dapat beroperasi secara efisien pada temperatur tinggi.

20

Polimer digunakan untuk aplikasi device elektronik, yang memiliki sifat tahan kelembaban dan konduktivitas listrik rendah.

Baling-baling helikopter yang terbuat dari material komposit, fiber karbon dan polimer.

21

Klasifikasi material berdasarkan fungsinya

Aerospace Biomedical Electronic Materials Energy Technology and Environmental Technology Magnetic Materials Photonic or Optical Materials Smart Materials Structural Materials

22

Klasifikasi material berdasarkan fungsinya. Logam, plastik, dan keramik terdapat di dalam kategori yang berbeda.

23

Klasifikasi material berdasarkan strukturnya

Material Kristalin adalah material yang terdiri dari satu/single atau banyak kristal. Pada setiap kristal, tersusun atom-atom /ion-ion secara periodik.

Single crystal adalah material yang terdiri dari satu kristal (tidak ada batas butir).

Grains are the crystals in a polycrystalline material.

Polycrystalline material material yang terdiri dari banyak kristal.

Batas Butir adalah daerah di antara susunan kristal yang punya orientasi berbeda.

24

Pengaruh Lingkungan dan lainnya

Faktor-faktor yang harus diperhatikan agar komponen tidak gagal:

Temperatur

Korosi

Fatik

Laju regangan

25

Peningkatan temperatur, menurunkan kekuatan material. Polimer hanya cocok pada pemakaian temperatur rendah. Beberapa komposit, special alloys, dan keramik, punya sifat yang baik pada temperatur tinggi

26

Temperatur operasi pesawat meningkat dengan meningkatnya pengembangan ilmu material.

27

Skematik prototipe pesawat X-33 menggunakan berbagai jenis material di bagian yang berbeda.

28

Disain dan pemilihan material

Densitas adalah massa per unit volume material mass per unit volume of a material, g/cm3 atau lb/in3

Rasio kekuatan berat (Rs/w)adalah kekuatan material dibagi dengan densitasnya; material dengan Rs/w yang tinggi adalah kuat dan ringan.

29

Rasio Rs/w untuk berbagai material