Sifat Mekanik Utama Material: Tinjauan Komprehensif

Sifat mekanik material adalah atribut intensif dari beberapa material, yang berarti ini adalah karakteristik fisik yang independen dari jumlah material. Karakteristik kuantitatif ini dapat digunakan sebagai ukuran untuk membandingkan keunggulan berbagai material, membantu dalam pemilihan material.

Sebuah karakteristik, seperti suhu, mungkin merupakan fungsi dari satu atau lebih variabel independen atau mungkin merupakan konstanta. Anisotropi adalah istilah untuk kecenderungan kualitas material untuk berfluktuasi hingga beberapa tergantung pada arah material di mana mereka diukur. Saat digunakan dalam rentang operasi tertentu, kualitas material yang terkait dengan berbagai proses fisik seringkali berperilaku linier (atau kira-kira). Persamaan konstitutif diferensial yang digunakan untuk menggambarkan properti dapat sangat disederhanakan dengan memodelkannya sebagai fungsi linier.

Peringkat kualitas sistem sering menggunakan persamaan yang mendefinisikan properti material penting. Atribut diukur menggunakan prosedur tes yang established. Banyak teknik ini telah ditulis dan dipublikasikan online oleh komunitas pengguna masing-masing; lihat ASTM International.

Dalam artikel ini, kita akan melihat berbagai jenis sifat mekanik material

Apa yang merupakan sifat mekanik material paling umum?

Desainer produk dapat menggunakan informasi dari deskripsi beberapa kualitas mekanik dan fisik umum untuk membantu mereka memilih material yang tepat untuk aplikasi tertentu. Berikut adalah jenis-jenis sifat mekanik material:

• Konduktivitas
• Korosi
• Resistensi
• Densitas
• Duktilitas/Kejenuhan
• Elastisitas/Kekakuan
• Retakan
• Ketawalan
• Kekakuan permukaan
• Plastisitas
• Kekuatan, Kelelahan
• Kekuatan, Kekuatan Geser,
• Kekuatan Tarik, Leleh
• Ketawalan
• Resistensi Aus

Konduktivitas

Jumlah panas yang melewati material dapat ditentukan oleh konduktivitas termalnya. Ini diekspresikan sebagai satu derajat per unit panjang, luas lintang, dan waktu. Material dengan konduktivitas termal tinggi dapat digunakan sebagai penyerap panas, sementara material dengan konduktivitas termal rendah dapat digunakan sebagai isolator.

Logam dengan konduktivitas termal tinggi akan cocok untuk digunakan dalam sistem seperti pemanas exchanger atau pendinginan. Meskipun material dengan konduktivitas termal rendah dapat digunakan dalam aplikasi suhu tinggi, komponen suhu tinggi sering memerlukan material dengan konduktivitas termal tinggi, oleh karena itu penting untuk memahami lingkungan.

Serupa dengan konduktivitas termal, konduktivitas listrik mengukur jumlah listrik yang melewati material dengan lintang dan panjang yang diketahui.

Resistensi Korosi

Kapasitas material untuk menahan serangan kimia atau elektrokimia alami dari udara, kelembapan, atau elemen lain disebut resistensi korosi. Ada berbagai jenis korosi, termasuk inter-butir, parting, respons galvanik, dan goresan (banyak yang akan dibahas dalam edisi newsletter lainnya).

Berdasarkan ekstrapolasi linier dari penetrasi yang terjadi selama tes atau pelayanan tertentu, resistensi korosi dapat didefinisikan sebagai kedalaman maksimum dalam mils di mana korosi mungkin menembus dalam setahun. Sementara beberapa material mendapat manfaat dari penambahan plating atau lapisan, lainnya secara alami tahan korosi. Banyak logam yang merupakan anggota keluarga yang tahan korosi masih rentan terhadap faktor lingkungan tertentu yang ada dalam lingkungan tempat mereka berfungsi.

Densitas

Massa legas per unit volume disebut densitas, yang sering dinyatakan dalam pound per inci kubik, gram per sentimeter kubik, dll. Beban komponen dengan ukuran tertentu bergantung pada densitas legas.

Di industri di mana beban penting, seperti penerbangan atau industri otomotif, komponen ini krusial. Legas yang lebih padat mungkin dicari oleh insinyur yang ingin komponen yang lebih ringan, tetapi mereka juga harus mempertimbangkan rasio kekuatan terhadap beban. Jika material dengan densitas yang lebih tinggi, seperti steel, menawarkan kekuatan yang lebih besar daripada yang lebih rendah, material tersebut mungkin dipilih. Bagian yang lebih tipis dapat digunakan untuk menutupi densitas yang lebih tinggi dengan menggunakan lebih sedikit material.

Duktilitas/Kejenuhan

Duktilitas material adalah kapasitasnya untuk meregang atau membengkok plastis tanpa retak dan untuk mempertahankan bentuk baru setelah beban dihapus. Bayangkan dapat meregang logam tertentu menjadi kawat.

Dalam tes tarik, duktilitas sering dihitung sebagai persentase perpanjangan, atau pengurangan luas lintang sampel sebelum kegagalan. Modulus Young, sering dikenal sebagai modulus elastisitas, adalah rasio stres/regangan krusial yang digunakan dalam banyak perhitungan desain dan dapat diperoleh melalui tes tarik. Material duktil cocok untuk proses logam lainnya, seperti gulir atau tarik, karena kecenderungannya untuk menahan retakan atau pecah di bawah stres. Logam cenderung menjadi kurang duktil dengan beberapa perawatan tambahan, seperti pendinginan kerja.

Kapasitas logam untuk dibentuk tanpa retak disebut kekejunan, kualitas fisik. Material digulir atau ditekan menjadi lembar tipis menggunakan tekanan, juga dikenal sebagai stres tekanan. Material dengan kekejunan tinggi dapat menahan tekanan lebih besar tanpa retakan.

Elastisitas/Kekakuan

Saat gaya distortor dihapus, kemampuan material untuk memulihkan ukuran dan bentuk sebelumnya disebut sifat elastisnya. Material elastis akan kembali ke bentuk aslinya saat stres dilepaskan, berbeda dengan material yang menunjukkan plastisitas (di mana perubahan bentuk tidak dapat dibalik).

Modulus Young, yang membandingkan hubungan antara stres (gaya yang diberikan) dan regangan (deformasi yang dihasilkan), sering digunakan untuk menilai kekakuan logam. Semakin tinggi modulusnya, semakin kaku materialnya karena stres yang lebih tinggi menyebabkan deformasi yang proporsional lebih kecil. Karet adalah material yang menunjukkan kekakuan rendah/modulus rendah, sedangkan kaca adalah contoh material kaku/modulus tinggi. Untuk aplikasi di mana kekakuan diperlukan di bawah beban, ini adalah masalah desain krusial.

Retakan/Ketawalan

Kapasitas material untuk menahan benturan ditentukan oleh daya tahan benturannya. Secara umum, efek benturan dari tabrakan yang terjadi dengan cepat lebih besar dari benturan dari gaya yang lebih kecil yang diterapkan secara bertahap.

Oleh karena itu, saat aplikasi melibatkan risiko benturan yang tinggi, daya tahan benturan harus dipertimbangkan. Sementara beberapa logam dapat berfungsi dengan memuaskan di bawah stres statis, beban dinamis atau tabrakan menyebabkan mereka gagal. Di laboratorium, tes Charpy, yang melibatkan memukul sampel dengan pilun terbobot di sisi lain di kerucut V yang dibentuk, sering digunakan untuk mengukur benturan.

Kekakuan Permukaan

Kapasitas material untuk menahan dents permanen disebut kekakuan permukaannya (yaitu deformasi plastis). Biasanya, kemampuan material untuk menahan aus atau deformasi meningkat dengan kekakuan permukaannya. Oleh karena itu, istilah “kekakuan permukaan” juga dapat merujuk pada kekakuan permukaan lokal material atau daya tahannya terhadap pemotongan, goresan, atau aus.

Metode Brinell, Rockwell, dan Vicker’s untuk mengukur kekakuan permukaan mengukur luas dan kedalaman depresi yang dibuat oleh material yang lebih keras, seperti bola logam, berlian, atau indenter lainnya.

Plastisitas

Sebaiknya elastisitas, plastisitas merujuk pada kecenderungan material untuk mempertahankan bentuk yang diubahnya saat diberi gaya forming. Ini adalah properti yang memungkinkan memanipulasi material ke dalam bentuk baru permanen. Pada titik lelah, perilaku material berubah dari elastis menjadi plastis.

Kekuatan, Kelelahan

Di bawah beban berulang atau fluktuatif (seperti memuat atau memuat ulang) dengan nilai maksimum yang lebih rendah dari kekuatan tarik material, kelelahan dapat menyebabkan retakan. Ada korelasi antara stres dan siklus hingga kegagalan, dengan stres yang lebih tinggi mempercepat waktu hingga kegagalan dan sebaliknya. Oleh karena itu, istilah “batas kelelahan” merujuk pada stres maksimum yang dapat ditahan logam (variabel) selama jumlah siklus tertentu.

Pengukuran umur kelelahan, di sisi lain, menetapkan beban dan menghitung jumlah siklus beban yang dapat ditahan material sebelum gagal. Ketika merancang komponen yang akan tunduk pada kondisi beban ulang, kekuatan kelelahan adalah faktor krusial yang harus dipertimbangkan.

Kekuatan – Geser

Dalam aplikasi seperti baut atau balok, di mana arah dan amplitudo stres krusial, kekuatan geser adalah faktor. Ketika gaya arah menyebabkan tingkat butiran struktur internal logam bergeser satu sama lain, geser terjadi.

Kekuatan Tarik

Kekuatan tarik, atau ultimatif, adalah salah satu ukuran paling populer untuk properti logam. Jumlah beban yang dapat ditahan segmen logam sebelum retak disebut kekuatan tarik. Melalui wilayah deformasi elastis, logam akan meregang selama pengujian laboratorium sebelum kembali ke bentuk aslinya.

Ia tetap dalam bentuk meregang bahkan setelah beban dihapus saat mencapai titik deformasi permanen atau plastis (diukur sebagai Leleh). Beban pada akhirnya menyebabkan logam retak pada titik tarik. Pengukuran ini membantu membedakan antara material rapuh dan lebih duktil. Mega Pascal (MPa) atau pound per inci persegi adalah satuan yang digunakan untuk mengekspresikan kekuatan tarik atau kekuatan tarik ultimatif.

Kekuatan, Leleh

Kekuatan Leleh menggambarkan titik di mana material di bawah beban tidak lagi akan kembali ke posisi atau bentuk aslinya. Ini serupa dalam konsep dan pengukuran dengan Kekuatan Tarik. Deformasi plastis mengikuti deformasi elastis.

Untuk memahami batas integritas dimensi di bawah stres, perhitungan desain mencakup Titik Leleh. Serupa dengan kekuatan tarik, kekuatan leleh diekspresikan dalam pound per inci persegi atau Newton per milimeter persegi (MPa).

Ketawalan

Ketawalan, ditentukan oleh tes benturan Charpy dan serupa dengan Daya Tahan Benturan, mengukur kapasitas material untuk menahan benturan tanpa retak pada suhu tertentu. Material mungkin menjadi lebih rapuh pada suhu rendah karena daya tahan benturan sering lebih lemah selama waktu ini.

Di tempat kemungkinan suhu rendah ada dalam aplikasi (seperti platform minyak laut, pipa minyak, dll.), atau di tempat beban instan adalah faktor, nilai Charpy sering ditetapkan dalam legas ferrous (misalnya. pelindungan balistik dalam aplikasi militer atau pesawat).

Resistensi Aus

Kapasitas material untuk menahan benturan dari dua material yang menggosok satu sama lain disebut resistensi aus. Ini termasuk adhesi, aus, goresan, goresan dalam, goresan galian, dan bentuk tearing lainnya.

Ketika material memiliki kekakuan yang berbeda, logam yang lebih lemah mungkin akan menunjukkan konsekuensi pertama, dan keputusan desain dapat dibuat untuk mengatasi ini. Karena kehadiran material asing, bahkan gulir dapat menghasilkan aus. Jumlah massa yang hilang untuk jumlah siklus aus tertentu pada beban tertentu dapat digunakan untuk mengukur resistensi aus.

Sifat mekanik lainnya dari material

Berikut adalah beberapa sifat mekanik lainnya dari material:

• Kekekuran
• Modulus bulk
• Koefisien restitusi
• Kekuatan tekan
• Creep
• Ketahanan
• Batas kelelahan
• Fleksibilitas
• Modulus fleksural
• Kekuatan fleksural
• Koefisien gesekan
• Difusivitas massa
• Rasio Poison
• Ketahanan
• Geser
• Modulus spesifik
• Kekuatan spesifik
• Kehadusan permukaan
• Kekuatan tarik
• Viskositas
• Modulus Young

Sifat listrik

• Kapasitansi
• Konstanta dielektrik
• Kekuatan dielektrik
• Resistivitas dan konduktivitas listrik
• Seseptibilitas listrik
• Koefisien elektrokalorik
• Elektrostriksi
• Polarisasi magnetoelektrik
• Koefisien Nernst (efek termoelektrik)
• Permitivitas
• Konstanta piezoelektrik
• Piromagnetik
• Koefisien Seebeck

Sifat magnetik

• Suhu Curie
• Diamagnetisme
• Koefisien Hall
• Histeresis
• Magnetostriksi
• Koefisien magnetokalorik
• Daya termoelektrik magnetik (koefisien magneto-Seebeck)
• Magnetoresistansi
• Permeabilitas
• Piezo-magnetisme
• Koefisien piromagnetis
• Efek spin Hall

Sifat akustik

• Serapan akustik
• Kecepatan bunyi
• Refleksi bunyi
• Transfer bunyi
• Elastisitas orde ketiga (efek akoustoelastik)

Sifat termal

• Diagram fase biner
• Titik didih
• Koefisien ekspansi termal
• Suhu kritis
• Titik Curie
• Suhu transisi duktil-ke-rakus
• Emisi
• Titik eutektik
• Kebakaran
• Titik nyala
• Suhu transisi kaca
• Uap panas
• Suhu inversi
• Titik leleh
• Konduktivitas termal
• Difusivitas termal
• Ekspansi termal
• Titik titik
• Tekanan uap
• Kapasitas panas spesifik

Sifat kimia

• Resistensi korosi
• Higroskopis
• pH
• Reaktivitas
• Luas permukaan internal spesifik
• Energi permukaan
• Tegangan permukaan

Sifat atom

• Massa atom
• Nomor atom
• Bobot atom

Sifat optik

• Absorbansi: Seberapa kuat suatu kimia meredam cahaya
• Birefringensi
• Warna
• Efek elektro-optik
• Luminositas
• Aktivitas optik
• Fotoelastisitas
Fotosensitivitas
• Reflektivitas
• Indeks bias
• Serakaran
• Transmitansi

Sifat manufaktur

• Castability – dapatkah material dengan mudah melalui cetak.
• Rating keakiran
• Kecepatan dan penggerusan penggerusan

Sifat radiologis

• Lintang neutron
• Aktivitas spesifik
• Umur paruh

Ringkasan

Dalam setiap desain produksi, mempertimbangkan sifat mekanik material sangat penting. Seperti yang Anda lihat dari yang tercantum di atas, ada banyak properti yang dapat diperoleh dari material. Namun, properti paling umum diklasifikasikan sebagai properti fisik, kimiawi, dan mekanik.

Itu semua untuk artikel ini, di mana jenis-jenis umum properti mekanik material sedang dibahas. Saya harap Anda mendapat banyak dari pembacaan ini, jika demikian, silakan bagikan dengan orang lain. Terima kasih telah membaca, jumpa lagi!