Panduan Lengkap 14 Sifat Mekanik Utama Bahan dengan Contoh Praktis

Apa itu Sifat Mekanik Bahan?

Sifat mekanik bahan menentukan perilaku bahan di bawah tindakan gaya eksternal, disebut beban. Mereka adalah ukuran kekuatan dan karakteristik tahan lama dari suatu bahan dalam pelayanan dan sangat penting dalam desain alat, mesin, dan struktur.

Sifat mekanik bersifat structure sensitive dalam arti mereka tergantung pada struktur kristal dan proses ikatannya dan khusus pada sifat dan perilaku imperfeks yang ada dalam kristal itu sendiri atau di batas biji.

Sifat mekanik bahan yang paling penting dan berguna dijelaskan secara singkat di bawah ini untuk memastikan bahwa pembaca dapat memilih bahan yang tepat untuk desain yang diberikan dengan cepat dan bijak.

1. Kekuatan

Kekuatan dari suatu bahan adalah kapasitasnya untuk diuji dan dihancurkan di bawah tindakan beban eksternal. Semakin kuat bahan, semakin besar beban yang dapat ditahannya. Ini menentukan kemampuan bahan untuk menahan stres tanpa kegagalan. Karena kekuatan bervariasi menurut jenis beban. Memungkinkan untuk membatalkan kekuatan tarik, tekan, geser, atau torsi.

Stres maksimum yang akan ditahan oleh bahan apa pun sebelum kerusakan disebut ultimate strength. Kecenderungan bahan adalah ultimate strength-nya dalam tarik.

2. Kekentalan

Kekentalan adalah sifat mekanik bahan yang berkatnya deformasi yang disebabkan oleh beban yang diterapkan hilang setelah beban dilepas. Dalam kata lain, kekentalan suatu bahan adalah kemampuannya untuk kembali ke posisi aslinya setelah deformasi ketika stres atau beban dilepas. Kekentalan adalah sifat tarik dari bahan.

• Proportional limit :- Ini adalah stres maksimum di bawahnya suatu bahan akan mempertahankan tingkat strain terhadap stres yang seragam sempurna. Meskipun nilai ini sulit diukur, digunakan dalam aplikasi penting seperti instrumen presisi, spring, dll.
• Elastic limit :- Sebagian besar bahan dapat diberi stres sedikit di atas proportional limit tanpa mengambil permanent set. Stres terbesar yang dapat ditahan oleh bahan tanpa mengambil beberapa permanent set disebut elastic limit. Di luar elastic limit , oleh karena itu, bahan dalam bentuk aslinya dan perubahan permanen terjadi.
• Yield point :- Pada stres tertentu, bahan duktile khususnya berhenti menahan tarikan , yaitu, mereka mengalir dan perubahan permanen yang cukup besar terjadi tanpa peningkatan beban yang terlihat. Titik ini disebut yield point. Beberapa bahan menunjukkan definite yield point, dalam hal ini yield stress atau yield strength adalah stres pada titik ini. Mild steel adalah contohnya.
• Proof stress :- Sebagian besar bahan duktile menunjukkan progressive yield dan ukuran lain dari yield stress, biasanya dikenal sebagai proof stress. Proof stress didefinisikan sebagai jumlah stres yang dapat ditahan oleh bahan tanpa mengambil lebih dari sedikit set, ukuran umum adalah 0.1 atau 0.2 % dari original gauge length.

3. Kekakuan

Resistensi bahan terhadap deformasi elastis atau defleksi disebut stiffness atau rigidity. Sebuah bahan yang mengalami deformasi sedikit di bawah beban memiliki tingkat kekakuan atau kekakuan yang tinggi. Sebagai contoh balok yang digantung dari Baja dan Aluminium mungkin kedua-duanya cukup kuat untuk menahan beban yang diperlukan tetapi aluminium akan “sag” atau deflect lebih jauh. Dalam kata lain, balok Baja lebih kaku atau lebih kaku dari balok Aluminium.

Jika bahan mengikuti hook’s law, yaitu, memiliki hubungan stres-strain linier, kekuatannya diukur oleh young’s modulus E. Semakin tinggi nilai Young’s modulus, semakin kaku bahan.

Dalam stres tarik dan tekan, disebut modulus of stiffness atau “modulus of elasticity” ; dalam geser, modulus of rigidity, dan ini biasanya 40% dari nilai Young’s modulus untuk bahan yang umum digunakan ; dalam distorsi volumetrik, bulk modulus.

Istilah flexibility kadang-kadang digunakan sebagai kebalikan dari stiffness. Namun flexibility biasanya berkaitan dengan flexure atau bending. Juga bisa menyiratkan penggunaan bending dalam rentang plastik.

4. Plastisitas

Plastisitas dari suatu bahan adalah kemampuannya untuk mengalami beberapa derajat deformasi permanen tanpa retakan atau kegagalan. Deformasi plastik akan terjadi hanya setelah rentang elastis telah dilampaui.

Plastisitas penting dalam forming, shaping, extruding dan banyak proses kerja panas atau dingin lainnya. Bahan seperti tanah liat, timbal, dll. plastis pada suhu kamar dan Baja plastis saat panas terang. Secara umum, plastisitas meningkat dengan kenaikan suhu.

5. Duktabilitas

Duktabilitas adalah salah satu sifat mekanik dari bahan yang memungkinkannya untuk ditarik menjadi kawat tipis. Mild steel adalah bahan duktile. Persentase elongation dan reduksi area dalam tarik sering digunakan sebagai ukuran empiris duktabilitas.

6. Kelempabilitas ( Sifat mekanik bahan )

Kelempabilitas dari suatu bahan adalah kemampuannya untuk dirawat menjadi lembaran tipis tanpa retakan dengan kerja panas atau dingin. Aluminium, tembaga, timah, timbal, baja, dll. adalah logam yang dapat dilempar.

Penting untuk dicatat bahwa beberapa bahan dapat dilempah dan duktile. Timbal misalnya, dapat dengan mudah digiling dan dipalu menjadi lembaran tipis tetapi tidak dapat ditarik menjadi kawat. Meskipun duktabilitas dan kelempabilitas sering digunakan secara bergantian, duktabilitas dianggap sebagai kualitas tarik, sedangkan kelempabilitas dianggap sebagai kualitas tekan.

Kata duktabilitas dan kelempabilitas hampir sama dengan workability atau formability yang jelas terkait dengan deformasi plastik.

7. Resiliensi

Resiliensi adalah sifat mekanik bahan yang memiliki kapasitas suatu bahan untuk mengabsorpsi kehilangan energi pada saat beban dilepas. Energi yang tersimpan diberikan persis dalam tali jika beban dilepas.

Energi maksimum yang dapat disimpan dalam tubuh pada elastic limit disebut proof resilience, dan proof resilience per unit volume disebut modulus of resilience. Dalam kata lain, modulus of resilience didefinisikan sebagai jumlah energi yang diperlukan untuk memberi stres volume satuan bahan sampai ke proportional limitnya. Kuantitas ini memberikan kapasitas bahan untuk menahan gejolak dan getaran.

8. Ketawalan

Ketawalan adalah ukuran jumlah energi yang dapat diserap oleh suatu bahan sebelum kegagalan atau retakan sebenarnya terjadi. Misalnya, jika beban tiba-tiba diterapkan pada potongan mild steel dan kemudian pada potongan kaca, mild steel akan menyerap banyak energi sebelum kegagalan terjadi. Jadi mild steel dikatakan jauh lebih tawny daripada kaca.

Ketawalan suatu bahan adalah kemampuannya untuk menahan deformasi plastik dan elastis. Oleh karena itu, ini adalah kualitas yang sangat diinginkan untuk bagian struktur dan mesin yang harus menahan gejolak dan getaran. Manganese steel, wrought iron, mild steel, dll. adalah bahan yang tawny.

Kerja atau energi yang diserap oleh bahan kadang-kadang disebut modulus of toughness. Ketawalan terkait dengan impact strength, I e., itu berarti resistensi terhadap loading sekejap.

9. Kekebalan ( Sifat mekanik bahan )

Kekebalan adalah sifat dasar yang erat terkait dengan kekuatan. Kekebalan biasanya didefinisikan dalam istilah kemampuan suatu bahan untuk menahan garukan, abrasi, pemotongan, indentaion, atau penetrasi. Penting untuk dicatat bahwa kekebalan logam tidak langsung terkait dengan hardenability logam.

Banyak metode sekarang digunakan untuk menentukan kekebalan bahan. Mereka adalah Brinell, Rockwell dan Vickers .

10. Hardenability

Hardenability menunjukkan derajat kekebalan yang dapat diberikan pada logam terutama Baja, melalui proses hardening. Ini menentukan kedalaman dan distribusi kekebalan yang diinduksi oleh quenching. Hardenability suatu logam ditentukan oleh Jominy test untuk menentukan seberapa baik logam menjadi keras dari pusat logam hingga antarmuka logam. Jominy test (ISO 642:1999 ) melibatkan pemanasan specimen test dari Baja ( diameter 25mm dan panjang 100mm ) ke suhu austenitising dan quenching dari satu ujung dengan jet air yang terkontrol dan standar. Logam yang dapat diharden di seluruh struktur dikatakan memiliki hardenability yang lebih tinggi.

11. Kelehsaan ( Sifat mekanik bahan )

Kelehsaan suatu bahan adalah sifatnya untuk retak tanpa banyak deformasi permanen. Ada banyak bahan yang retak atau gagal sebelum banyak deformasi terjadi.

Bahan tersebut被称为 leleh, misalnya, kaca, cast iron. Oleh karena itu, bahan non-ductile dikatakan sebagai bahan leleh.

Biasanya kekuatan tarik bahan leleh hanya sebagian dari kekuatan kompresifnya.

12. Pemesinanabilitas

Pemesinanabilitas bukan sifat mekanik intrinsik bahan, melainkan hasil dari interaksi kompleks antara workpiece dan berbagai alat pemotong yang dioperasikan pada kecepatan yang berbeda di bawah kondisi pelumas yang berbeda. Sebagai hasilnya, pemesinanabilitas diukur secara empiris, dengan hasil yang berlaku hanya di bawah kondisi serupa.

Namun, dengan sederhana, itu adalah kemudahan logam dapat dihapus dalam berbagai operasi pemesinan. Pemesinanabilitas yang baik menyiratkan hasil yang memuaskan dalam pemesinan.

Pemesinanabilitas logam ditunjukkan oleh persentase apa yang machinability index. Semua logam dibandingkan dengan standar dasar. Logam standar yang digunakan untuk 100 persen rating pemesinanabilitas adalah free-cutting steel. Machinability index dari carbon steels biasanya bervariasi dari 40 hingga 60 persen ,dan cast iron dari 50 hingga 80 persen.

13. Creep

Creep adalah sifat mekanik bahan. Deformasi lambat dan progresif suatu bahan dengan waktu pada stres konstan disebut creep. Jenis paling sederhana dari deformasi creep adalah viscous flow.

Tergantung pada suhu, stres bahkan di bawah elastic limit dapat menyebabkan beberapa deformasi permanen. Ini paling umumnya didefinisikan sebagai strain yang bergantung pada waktu yang terjadi di bawah stres. Logam umumnya menunjukkan creep pada suhu tertinggi, sedangkan plastik, karet, dan bahan amorf serupa sangat sensitif terhadap suhu untuk creep.

Ada tiga tahap creep. Pada tahap pertama bahan melebar dengan cepat tetapi pada laju yang menurun. Pada tahap kedua, laju elongasi konstan. Pada tahap ketiga, laju elongasi meningkat dengan cepat hingga bahan gagal. Stres untuk laju strain tertentu pada suhu konstan disebut creep strength.

14. Fatigue ( Sifat mekanik bahan )

Sifat fatigue suatu bahan menentukan perilakunya saat diterapkan ribuan atau bahkan jutaan cyclic load aplikasi di mana stres maksimum yang dikembangkan dalam setiap siklus berada dalam rentang elastis bahan. Dalam kondisi ini kegagalan dapat terjadi setelah sejumlah aplikasi beban ,atau bahan dapat terus memberikan pelayanan tanpa batas waktu. Dalam banyak kasus sebuah komponen didesain untuk memberikan panjang pelayanan tertentu di bawah loading cycle tertentu; banyak komponen mesin turbo aero dan high speed adalah dari tipe ini.

Jadi ini adalah semua Sifat Mekanik Bahan yang berbeda yang membantu mendapatkan wawasan tentang jenis bahan mana yang harus dipilih menurut kebutuhan.