Mata kuliah material teknik with bapak Qomarudin, Ir. MT.

Ilmu material atau teknik material atau ilmu bahan adalah sebuah interdisiplin ilmu teknik yang mempelajari sifat bahan dan aplikasinya terhadap berbagai bidang ilmu dan teknik. Ilmu ini mempelajari hubungan antara struktur bahan dan sifatnya. Termasuk ke dalam ilmu ini adalah unsur fisika terapan, teknik kimia, mesin, sipil dan listrik. Ilmu material juga mempelajari teknik proses atau fabrikasi (pengecoran, pengerolan, pengelasan, dan lain-lain), teknik analisis, kalorimetri, mikroskopi optik dan elektron, dan lain-lain), serta analisis biaya atau keuntungan dalam produksi material untuk industri.

Perkembangan terakhir, ilmu tentang bahan ini mendapat sumbangan yang besar dari majunya bidang nanoteknologi dan mulai diajarkan secara luas di banyak universitas.

bagian dari ilmu dan teknik materialTeknik Material adalah bidang yang mempelajari hubungan antara struktur mikro (butir dan kristal dalam material) – sifat material (kekuatan, ketangguhan, kekerasan, keuletan, dan sebagainya) – dan proses pembuatannya (metalurgi serbuk, pencairan pembekuan, sintering, hingga preparasi sol – gel). Beberapa literatur menambahkan satu aspek lagi, yaitu performa material, sehingga para ahli material mampu memperkirakan waktu yang dibutuhkan sampai material tersebut mengalami kegagalan. Mengetahui kondisi struktur mikro dalam suatu material akan membantu kita memperkirakan sifat yang ada dalam material tersebut, maupun proses pembuatan sebelumnya. Begitu pula sebaliknya, dengan merancang proses pembuatan material, kita bisa memperkirakan bagaimana struktur mikro nya dan bagaimana sifat yang dihasilkan.

Secara umum, kondisi ketiga hubungan diatas erat hubungannya dengan komposisi kimia material dan temperaturnya (proses pembuatan ataupun pada saat penggunaan). Perbedaan yang terjadi dalam struktur mikro dan sifatnya, menunjukkan perubahan perubahan dalam komposisi kimia secara mikro. Perubahan ini hanya terjadi jika ada temperatur yang cukup untuk membuat atom bergerak dari satu tempat ke tempat lainnya.

-Apa itu Kristal?-

Kristal adalah atom – atom yang tersusun dengan ikatan logam/ionik berulang dalam rentang dan orientasi tertentu. Ketika satu kristal bertemu dengan kristal lain dengan orientasi yang berbeda, maka terbentuklah batas butir. Struktur mikro material adalah bagian dari ilmu material yang mempelajari tentang bentuk butir, batas butir, dan jenisnya. Alat bantu untuk memahami perubahan butir ini adalah diagram fasa, seperti gambar di bawah ini.

diagram fasa

Jadi, dengan komposisi dan temperatur yang berbeda, kristal yang dihasilkan akan berbeda, struktur mikro berbeda, dan sifatnya akan berbeda. Sebagai contoh sederhana, Austenite memiliki nilai kekerasan yang rendah tapi memiliki ketahanan karat yang baik dibandingkan dengan ferrite. Pada tulisan berikutnya, akan dijelaskan lebih detail tentang hal ini.

-Apa saja sifat material itu?-

Sifat material, seperti sifat manusia, ada dua, pertama itu sifat fisik (yang dimiliki material tersebut tanpa diuji lebih dulu dan tidak mengubah identitas material tersebut) seperti berat jenis, hambatan listrik, dan konduktivitas panas. Kedua adalah sifat mekanik (yang hanya bisa diketahui setelah material diuji, dan mengubah identitas material tersebut), seperti kekuatan tarik dan kekerasan material. Secara umum, sifat mekanik dari material diwakilkan oleh kurva tegangan (Stress) vs regangan (Strain), dimana tegangan adalah jumlah gaya per luas penampang, sedangkan regangan adalah besarnya perubahan dimensi material. Kita akan bahas lebih mendalam tentang sifat mekanik dari material.

Secara mendasar, ada dua daerah dibawah kurva tegangan vs regangan yang dipelajari dalam ilmu material, khususnya sub-bagian logam ; daerah elastis dan daerah plastis, daerah pengerasan-regang, dan daerah necking.

  • Daerah elastis

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.

tegangan dan regangan tarik

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.

kurva tegangan vs regangan tarik

-Apa yang bisa didapatkan dari belajar Ilmu dan Teknik Material?-

Selayang pandang yang dijelaskan disini hanya kulit terluar dari Ilmu dan Teknik Material. Pengembangan dari bidang material ini sampai saat ini sangat luas, beberapa bidang baru bahkan muncul dengan mempelajari material. Beberapa yang masih dikembangkan adalah tentang ilmu investigasi dan fraktografi, yaitu ilmu yang mempelajari bidang patahan pada suatu material dan menerka kira – kira penyebab terjadinya patahan tersebut. Ilmu ini sudah sering dimanfaatkan oleh asosiasi penerbangan Indonesia untuk menyelidiki penyebab jatuhnya berbagai pesawat di Indonesia.

Ilmu lainnya adalah perlakuan panas, atau Heat Treatment. Ilmu ini merupakan jantung – hatinya ilmu material, karena mempelajari ini berarti kita bisa mengerti diagram fasa dan berbagai kemungkinan perubahan sifat pada material tersebut. Beberapa rahasia dari perusahaan manufaktur berada pada kisaran Heat Treatment ini.

Ujung dari Ilmu Material ini, adalah kemampuan reverse engineering, yaitu kemampuan untuk memahami kondisi suatu material terkait dengan sifat-struktur-proses nya, dan mampu mengubahnya kembali dengan kemampuan yang ada saat ini. Kemampuan terakhir ini merupakan kemampuan vital yang harus dimiliki oleh seorang sarjana material, karena dengan reverse engineering lah, Indonesia mampu bersaing dengan bangsa lain yang telah mendahului kita dari segi riset nya. Semoga tulisan ini bisa membuat orang – orang awam jadi ingin mengetahui tentang ilmu material.

spesial thank’s to http://www.infometrik.com

Iklan