8. TEORI DASAR MATERIAL pada

Teori Dasar

MODUL 0
TEORI DASAR MATERIAL
Material adalah segala sesuatu yang mempunyai massa dan menempati
ruang. Berdasarkan pengertian tersebut maka material teknik adalah material yang
digunakan untuk menyusun sebuah benda dan digunakan untuk perekayasaan dan
perancangan di bidang teknik.
A.1
Klasifikasi Material
Berdasarkan sumbernya material dibagi atas dua macam :
1. Material Organik
Material organik adalah material yang bersumber dari alam berupa
makhluk hidup dan dapat dimanfaatkan langsung tanpa melalui proses
tertentu. Contoh : kayu, karet alam, dan batu bara.
2. Material Anorganik
Material anorganik adalah material yang bersumber dari alam selain
makhluk hidup dan untuk mendapatkannya harus diproses terlebih dahulu.
Material anorganik dibedakan atas 2 macam yaitu :
A. Logam
Logam adalah material yang mempunyai daya hantar listrik yang

tinggi dengan sifat konduktor yang baik dan tahan terhadap temperatur
tinggi, mempunyai titik didih tinggi, keras, mengkilap, tidak tembus
cahaya, dan dapat dideformasi.
Logam terdiri dari :
1. Ferro
Logam ferro adalah logam dengan unsur penyusun utamanya adalah
Fe (besi). Logam ferro terbagi menjadi :
1) Baja
Baja merupakan logam dengan unsur penyusun utamanya adalah
Fe (besi) dan C (karbon) dengan kadar karbon antara 0,02 %
sampai 2,1 %. Baja ini terdiri atas :
a) Baja Karbon (Carbon Steel), terdiri dari :
 Baja Karbon Rendah (Low Carbon Steel), dengan kadar



karbon 0,02 % ≤ C ≤ 0,2 %.
Contoh : plat dan paku.
Baja Karbon Menengah (Medium Carbon Steel), dengan
kadar karbon 0,2 % < C ≤ 0,5 %.

Kelompok 16

1

Teori Dasar



Contoh : roda gigi dan poros.
Baja Karbon Tinggi (High Carbon Steel), dengan kadar

karbon 0,5 % < C ≤ 2,1 %.
Contoh : spiral, dawai, dan cetakan tempa.
b) Baja Paduan (Alloy Steel)
Baja paduan adalah baja yang diperoleh dari pemaduan dua
unsur atau lebih untuk mendapatkan sifat mekanik tertentu
yang diinginkan, baja paduan dibagi atas :
1. Berdasarkan paduan
 Baja Paduan Rendah (Low Alloy Steel), kadar



paduan ≤ 8%.
Baja Paduan Tinggi (High Alloy Steel), kadar

paduan > 8%.
Contoh : baja tahan karat (Stain Less Steel), baja perkakas dan
baja tahan gesek,
2. Berdasarkan kegunaan :
 Baja tahan karat
Dengan penambahan Cr
Contoh : Stainless steel
 Baja tahan aus
Dengan penambahan Mn
Contoh : Kuku eskavator
 Baja tahan temperatur tinggi
Dengan penambahan Mo dan W
Contoh : Sudu turbin


Tool steel
Dengan penambahan Mo dan V
Contoh : Pahat karbida
2) Besi Cor (Cast Iron)
Besi cor merupakan logam dengan unsur penyusunnya adalah Fe
dan grafit yang kadar karbonnya antara 2,1% sampai 6,67%.

Kelompok 16

2

Teori Dasar

Gambar A.1.1 Skema Pembentukan Besi Cor

Berdasarkan proses pembuatannya besi cor terbagi atas :
a) Besi Cor Putih (White Cast Iron)
Besi cor putih merupakan besi cor yang tidak mempunyai grafit
dengan fasa α + Fe3C. Didapat dengan pendinginan cepat,
sehingga banyak mengandung Fe3C. Hal ini yang menyebabkan

besi cor putih bersifat keras dan getas dengan % Si < 1.
Contoh: roda kereta api, dan rolling mils

Gambar A.1.2 Besi Cor Putih

b) Besi Cor Kelabu (Gray Cast Iron)
Besi cor kelabu merupakan besi cor dengan bentuk grafit
berbentuk serpihan yang terbentuk dari Fe3C yang terurai,
bersifat mampu meredam getaran, dan mempunyai kekuatan
tekan yang tinggi. Pembentukannya sama dengan besi cor
putih, perbedaannya terletak pada laju pendinginan.
Contoh : konstruksi mesin jahit, blok mesin, lampu hias, dan
mesin bubut.
Berdasarkan fasa terbagi dua, yaitu :
Kelompok 16

3

Teori Dasar



Besi Cor Kelabu Perapian Putih (Ferritic) berfasa α.
Terbentuk dengan pendinginan lambat.

Gambar A.1.3 Besi Cor Kelabu Perapian Putih



Besi Cor Kelabu Perapian Hitam (Pearlitic)Berfasa α +
Fe3C. Terbentuk dengan pendinginan normal

Gambar A.1.4 Besi Cor Kelabu Perapian Hitam

c) Besi Cor Nodular (Nodular Cast Iron)

Gambar A.1.5 Skema Pembentukan Besi Cor Nodular

Bentuk grafit bulat, pembuatan dengan cara besi cor
dipanaskan kemudian ditambah Mg (Nokulen) dan akan

terbentuk gelembung-gelembung udara yang nantinya akan
diisi oleh karbon dan memiliki keuletan yang tinggi. Bersifat
tahan beban tarik. Contoh: roda gigi dan katup.
Berdasarkan fasanya terbagi dua, yaitu :
 Besi Cor Nodular Putih fasa α. (Ferritic)
Terbentuk dengan pendinginan secara lambat.

Kelompok 16

4

Teori Dasar

Gambar A.1.6 Besi Cor Nodular Ferritic



Besi Cor Nodular Hitam Berfasa α +Fe3C. (Pearlitic)
Terbentuk dengan pendinginan secara cepat.

Gambar A.1.7 Besi Cor Nodular Pearritic

d) Besi Cor Maliabel (Melleable Cast Iron)
Besi cor yang diperoleh melalui proses tempering yang
mempunyai sifat keras dan getas serta bentuk grafit seperti
bongkahan.
Contoh : spare part yang berukuran kecil.
Berdasarkan fasanya terbagi dua, yaitu :
 Besi Cor Maliabel Putih berfasa α. (Ferritic)
Terbentuk dengan pendinginan secara lambat.

Gambar A.1.8 Besi Cor Maliabel Putih



Besi Cor Maliabel Hitam Berfasa α +Fe3C. (Pearlitic)
Terbentuk dengan pendinginan secara cepat.

Gambar A.1.9 Besi Cor Maliabel Hitam

2. Non Ferro
Logam non ferro adalah logam dengan unsur penyusun utamanya
selain Fe (besi) yang dicampur dengan unsur lain.
Contoh : kuningan (Cu + Zn), alumunium, dan brass.
B. Non Logam
Non logam adalah material dengan titik didih rendah dan bersifat isolator,
tidak tahan temperatur yang tinggi, dan hanya sebagian tembus cahaya.
Material non logam terdiri dari :
a. Polimer
Polimer merupakan gabungan monomer-monomer yang membentuk
rantai hidrokarbon (C-H) yang panjang yang terdiri dari :
1) Termoplastik
Kelompok 16

5

Teori Dasar

Termoplastik merupakan polimer dengan rantai karbon lurus, tidak
tahan temperatur tinggi, dan berkekuatan rendah.

Contoh : plastik.
2) Termosetting
Termosetting merupakan polimer dengan rantai hidrokarbon
bercabang, tahan terhadap temperatur tinggi, dan mempunyai
stabilitas yang tinggi.
Contoh : PVC (Poly Vinyl Chloride) dan melamin.
3) Elastomer
Elastomer merupakan polimer yang mempunyai tingkat elastisitas
yang tinggi dan rantai karbon berbentuk jala.
Contoh : Karet alam.

b. Komposit
Komposit merupakan perpaduan dua unsur yang terdiri dari matriks
dan reinforcement, yang masih memiliki sifat aslinya. Fiber sebagai
penguat dan matriks sebagai pengikat.

Gambar A.1.10 Kurva Tegangan Regangan Komposit

Berdasarkan matriksnya, komposit terbagi menjadi :
1) Metal Matrics Composite (MMC) dengan logam sebagai matriks.

Contoh : Body pesawat terbang
2) Ceramic Matrics Composite (CMC) dengan keramik sebagai
matriks.
Contoh : Tiang bangunan beton

Kelompok 16

6

Teori Dasar

3) Polymer Matrics Composite (PMC) dengan polimer sebagai
matriks.
Contoh : Ban
c. Keramik
Keramik adalah suatu material yang merupakan perpaduan dua unsur atau
lebih yang membentuk sifat baru melalui proses pemanasan. Keramik
terbagi atas dua, yaitu :
1) Keramik Tradisional
Keramik tradisional

adalah

keramik

yang

pembuatannya

mengalami proses pemisahan secara tradisional.
Contoh : gerabah, tembikar, dan ubin.
2) Keramik Modern
Keramik modern adalah keramik yang mengalami proses kimia
secara modern untuk mendapatkan properties / sifat yang
diinginkan.
Contoh : busi.
A.2
Struktur Mikro Material
Struktur mikro material terdiri atas :
1. Atom
Atom merupakan bagian terkecil dari material yang tidak dapat dibagi lagi
dengan reaksi kimia biasa.
2. Sel Satuan
Sel satuan merupakan gabungan dari beberapa atom yang tersusun secara
teratur dan berulang.
Jenis-jenis sel satuan antara lain :
a. Cubic
Sel satuan Cubic terdiri dari :
1) Body Centered Cubic (BCC)
Perhitungan APF dari BCC adalah

Gambar A.2.1 Body Centered Cubic

APF =

=

n atom =

Kelompok 16

7

Teori Dasar

, maka :

APF =

=

= 0,68 = 68 %

2) Face Centered Cubic (FCC)

Gambar A.2.2 Face Centered Cubic

Perhitungan APF dari FCC adalah

=

APF =

n atom =

, maka :

APF =

=

= 0,74 = 74 %

b. Hexagonal Closed Package (HCP)

Kelompok 16

8

Teori Dasar

Gambar A.2.3 Hexagonal Closed Package

Cara perhitungan APF dari HCP :
n atom =
volume sel satuan = luas alas x tinggi
tinggi
= 1,633a
luas alas = 6 x luas segitiga
= 6 x (1/2 a x a sin 60)
= 6 x (1/2 a2 sin 60)
= 3a2 sin 60
Volume sel satuan = 3a2 sin 60 x 1,633a
= 4,899a3 sin 60
= 4,24a3
a = 2R, maka :
Volume sel satuan = 4,24(2R)3
= 4,24 x 8R3
= 33,94 R3
APF

=

=

=

=

= 74%

c. Tetragonal

Gambar A.2.4 Tetragonal

Syarat dari tetragonal ini adalah a = b ≠ c dan α = β = γ = 90.
d. Triklin

Kelompok 16

9

Teori Dasar

Gambar A.2.5 Triklin

Syarat dari Triklin adalah a ≠ b ≠ c dan α ≠ β ≠ γ ≠ 90.
e. Monoklin

Gambar A.2.6 Monoklin

Syarat dari Monoklin adalah a ≠ b ≠ c dan α = γ = 90 ≠ β.
3. Butir
Butir merupakan kumpulan sel satuan yang mempunyai arah dan orientasi
gerak yang sama yang dilihat dari arah dua dimensi.

Gambar A.2.7 Butir

4. Kristal
Kristal merupakan susunan dari sel satuan yang memiliki arah dan
orientasi gerak yang sama dilihat dari arah tiga dimensi.

Gambar A.2.8 Kristal

A.3

Sifat-Sifat Material
Sifat-sifat yang terdapat pada material adalah :
1. Sifat fisik
Sifat fisik adalah sifat material yang dapat dilihat secara langsung tanpa
melakukan pembebanan dan telah ada pada material tersebut.
Contoh : warna dan dimensi.
2. Sifat termal

Kelompok 16

10

Teori Dasar

Sifat termal adalah sifat material yang dipengaruhi oleh temperatur.
Contoh : titik didih dan titik cair.
3. Sifat akustik
Sifat akustik adalah sifat material yang berhubungan dengan bunyi.
Contoh : fibrasi.
4. Sifat kimia
Sifat kimia adalah sifat kimia dari material untuk mampu berinteraksi
dengan lingkungannya.
Contoh : korosi.
5. Sifat teknologi
Sifat teknologi adalah sifat material untuk mampu diproses.
Contoh : mampu cor.
6. Sifat magnetik
Sifat magnetik adalah sifat material untuk merespon medan magnet.
7. Sifat optik
Sifat optik adalah sifat material yang berhubungan dengan pencahayaan.
Contoh : pembiasan.
8. Sifat mekanik
Sifat mekanik adalah sifat material yang dipengaruhi oleh pembebanan.
Sifat mekanik terdiri dari :
a. Kekerasan
Kekerasan adalah kemampuan material untuk menahan deformasi
plastis lokal akibat adanya penetrasi dipermukaan. Kekerasan ini tidak
mempunyai kurva karena hanya berbentuk titik.
b. Kekuatan
Kekuatan adalah kemampuan material untuk menahan deformasi
plastis secara menyeluruh sampai material itu patah.

Kelompok 16

11

Teori Dasar

Gambar A.3.1 Kurva Kekuatan

c. Kelentingan
Kelentingan adalah besarnya energi yang diserap oleh material sampai
pembebanan elastis dan bila gaya dihilangkan akan kembali ke bentuk
semula.

Gambar A.3.2 Kurva Kelentingan

d. Keuletan
Keuletan adalah regangan plastis maksimum yang mampu ditahan oleh
material sampai material tersebut patah.

Gambar A.3.3 Kurva Keuletan

Kelompok 16

12

Teori Dasar

e. Ketangguhan
Ketangguhan adalah besarnya energi yang dapat diserap oleh material
sampai material tersebut patah.

Gambar A.3.4 Kurva Ketangguhan

f. Modulus Elastisitas
Modulus elastisitas adalah perbandingan antara tegangan dan regangan
pada daerah elastis yang menunjukkan derajat kekakuan material.

Gambar A.3.5 Kurva Modulus elastisitas

A.4

Jenis-Jenis Pengujian
Pengujian mekanik adalah pengujian untuk melihat pengaruh atau respon
material terhadap pembebanan.
Jenis-jenis pengujian terbagi menjadi dua bagian :
A.4.1 Akibat yang Ditimbulkan pada Material

Kelompok 16

13

Teori Dasar

Terbagi atas :
a. Pengujian yang merusak (DT/ Destructive Test)
Pengujian yang merusak (DT) adalah pengujian yang dilakukan
dengan memberikan beban / deformasi sampai material (spesimen)
gagal atau rusak.
Contoh : uji tarik, uji impak, uji tekan, dan uji keras.
b. Pengujian yang tidak merusak (NDT/ Nondestructive Test)
Pengujian yang tidak merusak (NDT) adalah pengujian yang dilakukan
tanpa merusak sampel. Pada umumnya pengujian ini bertujuan untuk
menemukan cacat makro dan mikro pada material.
Contoh : Ultrasonik, Dye-Penetrant, Radiography Test, Visual test, dan
Magnetic test.
A.4.2 Berdasarkan Pembebanan
Terbagi atas :
a. Pembebanan Statis
Pengujian dengan pembebanan statis adalah pengujian yang dilakukan
dengan memberikan beban yang konstan setiap perubahan waktu
kepada suatu material. Jadi, berapapun lamanya pengujian, jumlah
beban yang diberikan pada material itu adalah sama.
Contoh : uji tarik, uji keras, uji tekan, uji puntir, dan uji lentur.
b. Pembebanan Dinamis
Pengujian dengan pembebanan dinamis adalah pengujian yang
dilakukan dengan memberikan beban yang berbeda setiap perubahan
waktu kepada suatu material. Jadi, setiap perubahan waktu yang
terjadi, beban yang diberikan kepada material haruslah berbeda.
Contoh : Uji lelah.
c. Pembebanan Impak
Pengujian dengan pembebanan impak adalah pengujian yang
dilakukan dengan memberikan beban secara tiba–tiba atau beban kejut
kepada suatu material. Jadi waktu yang dibutuhkan untuk pembebanan
ini sangat sedikit sekali.
Kelompok 16

14

Teori Dasar

Contoh : uji impak.

Gambar A.4.2.1 Pengujian Berdasarkan Pembebanan

A.5

Cacat-Cacat pada material
Cacat material adalah ketidaksempurnaan pada struktur material. Cacat
pada material terdiri dari :

1. Cacat titik
Cacat titik adalah ketidaksempurnaan pada material dalam skala atomik.
Cacat yang terjadi berupa titik yang terdapat pada susunan atom, terbagi
menjadi :
a. Vacancy
Vacancy adalah adanya kekosongan pada susunan atom.
b. Substitusi
Substitusi adalah adanya penggantian atom dengan atom lain.
c. Intertisi
Intertisi adalah adanya penyisipan oleh atom asing.
d. Self-Intertisi
Self-Intertisi adalah adanya penyisipan oleh atom sendiri.

Self-Intertisi
Vacancy

Gambar A.5.1 Vacancy dan Self-Intertisi

Kelompok 16

15

Teori Dasar

Substitusi

Intertisi

Gambar A.5.2 Substitusi dan Intertisi

2. Cacat garis
Cacat garis yaitu cacat yang terjadi karena adanya segaris atom yang
hilang atau yang tidak sempurna. Terdiri dari :
a. Dislokasi Sisi
Dislokasi sisi adalah dislokasi yang arah geraknya tegak lurus terhadap
garis dislokasi.

Gambar A.5.3 Dislokasi Sisi

b. Dislokasi Ulir
Dislokasi ulir adalah dislokasi yang arah geraknya sejajar dengan garis
dislokasi.

Gambar A.5.4 Dislokasi Ulir

3. Cacat bidang

Kelompok 16

16

Teori Dasar

Cacat

bidang

adalah

cacat

kompleks

pada

material

karena

ketidaksempurnaan pada sebidang atom yang terjadi pada batas butir.
a. Batas butir, merupakan garis batas yang terjadi dari pertemuan orientasi
yang berbeda.

Gambar A.5.5 Cacat Batas Butir

b. Twinning, adalah dua garis sejajar yang terjadi akibat slip atau bidang
geser, yakni pada sel satuan FCC.

4.

Cacat ruang
Cacat volume atau cacat ruang adalah adanya ketidaksempurnaan kristal
pada seruang atom dengan timbulnya rongga antar batas butir karena
orientasi butir dapat dilihat secara langsung.

Kelompok 16

17

Teori Dasar

Gambar A.5.6 Cacat Ruang

Kelompok 16

18