Bahan Konstruksi Teknik Kimia (BKTK) (TK6312) – 2 sks

Wusana Agung Wibowo

Pertemuan 2:

Sifat-sifat Bahan

GOAL: Select correct material at lowest cost.

Materials selection based on:1. Operating temperature2. Operating pressure3. Substance within process4. External environment5. Compatibility with other materials in process6. Corrosion7. Ease of fabrication, i.e. construction8. Others

Economics impacted by:1. Cost of raw materials2. Installation cost 3. Service life 4. Maintenance costs5. Repair costs6. Downtime costs7. Safety / environmental issues8. Others

Material PropertiesKarakteristik penting yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan bahan konstruksi adalah:

1. Sifat-sifat Mekanis (a) Strength - tensile strength (b) Stiffness - elastic modulus (Young’s modulus) (c) Toughness - fracture resistance (d) Hardness - wear resistance (e) Fatigue resistance (f) Creep resistance2. Pengaruh temperatur rendah dan tinggi terhadap sifat mekanis3. Ketahanan korosi4. Sifat khusus lainnya: konduktivitas termal, sifat magnet, electrical resistance 5. Kemudahan dalam pabrikasi: dibentuk, dilas, dicetak (Table 1)6. Ketersediaan dalam ukuran standar: pelat, pipa 7. Biaya/harga

Table 1. A guide to the fabrication properties of common metals and alloys

Sifat-sifat Mekanis

1. Tensile strength (Kuat Regang)

Tensile strength (tensile stress) adalah ukuran kekuatan bahan.

Merupakan tegangan (stress) maksimum yang dapat ditahan oleh bahan, diukur dengan suatu standard tensile test.

Ukuran yang umum digunakan Ultimate Tensile Strength (UTS)

Nilai design stress bahan (nilai yang digunakan pada saat perancangan) didasarkan pada tensile strength atau yield stress / proof stress

Proof stress adalah tegangan yang menyebabkan pertambahan panjang/luas secara permanen, biasanya 0,1 persen.

2. Stiffness (Kekakuan)Stiffness adalah kemampuan untuk menahan bengkokan atau tekukan. Stiffness merupakan fungsi modulus elestis.

3. Toughness (Kekerasan)Toughness berhubungan dengan tensile strength, merupakan ketahanan bahan terhadap rambatan retak.

Struktur kristal dari bahan yang dapat dibentuk (ductile) seperti baja, alumunium dan tembaga lebih tahan teradap rambatan retak.

Bahan lain seperti cast iron (besi tuang) dan gelas tidak tahan terhadap rambatan retak dan cenderung bersifat rapuh (brittle).

Bahan-bahan yang bersifat rapuh (Brittle) pada umumnya memiliki kekuatan regang yang rendah, namun memiliki kekuatan tekan yang tinggi.

Sifat-sifat Mekanis

4. Hardness (Kekerasan)Kekerasan permukaan (surface hardness) merupakan indikasi ketahanan bahan terhadap goresan/gesekan.

Sifat ini menjadi penting jika peralatan didesain untuk menangani padatan yang abrasif atau cairan yang mengandung padatan tersuspensi yang dapat menyebabkan erosi.

5. Fatigue (Kelelahan)Kegagalan lelah biasanya terjadi pada peralatan yang terkenai beban siklis, sebagai contoh adalah peralatan yang berputar, misalnya: pompa, kompresor.

6. Creep (Rayapan)Creep adalah penambahan panjang/luas bahan secara berangsur-angsur terhadap regangan yang dilakukan secara terus-menerus pada periode waktu tertentu.

Sifat ini umumnya penting jika bahan digunakan untuk temperatur tinggi, sebagai contoh bahan blade pada steam and gas turbine. Kecepatan creep cukup signifikan pada temperatur menengah.

Sifat-sifat Mekanis

Coulson & Richardson

Pengeruh temperatur terhadap sifat mekanis bahan

Tensile strength dan elastic modulus logam turun dengan naikknya temperatur.

Sebagai contoh, tensile strength mild steel (low carbon steel, C < 0,25 persen)adalah 450 N/mm2 pada 25oC turun menjadi 210 pada 500oC, dan nilai ModulusYoung 200.000 N/mm2 pada 25oC turun menjadi 150.000 N/mm2 pada 500oC.

Jika peralatan didesain untuk beroperasi pada temperatur tinggi, maka dipilih bahan yang tingkat penurunan tensile strength rendah. Stainless steels lebih superior dalam hal ini jika dibandingkan dengan plain carbon steels.

Creep resistance penting jika bahan akan mengalami beban yang tinggi pada temperqtur tinggi. Paduan logam (alloy) khusus, seperti Inconel (International Nickel Co.), digunakan pada peralatan yang beroperasi pada temperatur tinggi, misalnya pipa furnace.

Pada temperatur rendah (< 10 oC), logam yang pada umumnya mudah dibentuk (ductile) dapat mengalami kegagalan (rapuh). Masalah serius dapat terjadi ketika melakukan pengelasan tangki carbon steel pada temperatur rendah.

Fenomena rapuh berhubungan dengan struktur kristal logam. Logam dengan struktur body-centred-cubic (bcc) lebih rapuh daripada logam dengan struktur kristal face-centred-cubic (fcc) atau hexagonal (hex).

Untuk perlatan yang beroperasi pada temperatur rendah, seperti pada cryogenic plant dan liquefied-gas storages, biasanya menggunakan austenitic stainless steel (fcc) atau aluminium alloys (hex).

Pengeruh temperatur terhadap sifat mekanis bahan