dasar perancangan teknik mesin · 2020-01-16 · dasar perancangan teknik mesin smk/mak kelas x...

DASAR PERANCANGAN TEKNIK MESIN

(C2) KELAS X

Penulis :

Wachid Hariyadi, S.Pd, Gr.

PT. KUANTUM BUKU SEJAHTERA

DASAR PERANCANGAN TEKNIK MESINSMK/MAK Kelas X

Undang-Undang Republik Indonesia Nomor 19 Tahun 2002 Tentang Hak Cipta Pasal 72 Ketentuan Pidana Sanksi Pelanggaran.1. Barang siapa dengan sengaja dan tanpa hak melakukan

perbuatan sebagaimana dimaksud dalam Pasal 2 ayat (1) atau Pasal 49 ayat (1) dan ayat (2) dipidana dengan pidana masing-masing paling singkat 1 (satu) bulan dan/atau denda paling sedikit Rp1.000.000,00 (satu juta rupiah), atau pidana penjara paling lama 7 (tujuh) tahun dan/atau denda paling banyak Rp5.000.000.000,00 (lima miliar rupiah).

2. Barang siapa dengan sengaja menyiarkan; memamerkan, mengedarkan, atau menjual kepada umum suatu ciptaan atau barang hasil pelanggaran Hak Cipta atau Hak Terkait sebagaimana dimaksud pada ayat (1) dipidana dengan pidana penjara paling lama 5 (lima) tahun dan/atau denda paling banyak Rp500.000.000,00 (lima ratus juta rupiah).

© Hak cipta dilindungi oleh undang-undang. Dilarang menyebarluaskan dalam bentuk apapun

tanpa izin tertulis

Tata letak buku ini menggunakan program Adobe InDesign CS3, Adobe IIustrator CS3, dan Adobe Photoshop CS3. Font isi menggunakan Myriad Pro (10 pt)B5 (17,6 × 25) cmx + 133 halaman

Penulis : Wachid Hariyadi, S.Pd, Gr.Editor : Tim Quantum BookPerancang sampul : Tim Quantum BookPerancang letak isi : Tim Quantum BookPenata letak : Tim Quantum BookIlustrator : Tim Quantum BookTahun terbit : 2019ISBN : 978-623-7398-58-5Alamat : Jalan Pondok Blimbing Indah Selatan X N6 No 5 Malang - Jawa Timur

iii

Kata Pengantar

Pembelajaran abad 21 memiliki karakteristik atau prinsip-prinsip: 1) pendekatan pembelajaran berpusat pada peserta didik; 2) peserta didik dibelajarkan untuk mampu berkolaborasi; 3) materi pembelajaran dikaitkan dengan permasalahan yang dihadapi dalam kehidupan sehari-hari, pembelajaran harus memungkinkan peserta didik terhubung dengan kehidupan sehari-hari mereka; dan 4) dalam upaya mempersiapkan peserta didik menjadi warga negara yang bertanggung jawab. Salah satu pendekatan pembelajaran yang dapat mengakomodir karakteristik pembelajaran abad 21 tersebut adalah pendekatan Science, Technology, Engineering, and Mathematics atau disingkat dengan STEM. STEM merupakan suatu pendekatan di mana Sains, Teknologi, Engineering, dan Matematika diintegrasikan dengan fokus pada proses pembelajaran pemecahan masalah dalam kehidupan nyata. Pembelajaran STEM memperlihatkan kepada peserta didik bagaimana konsep-konsep, prinsip-prinsip Sains, Teknologi, Engineering, dan Matematika digunakan secara integrasi untuk mengembangkan produk, proses, dan sistem yang memberikan manfaat untuk kehidupan manusia. Untuk menyiapkan peserta didik Indonesia memperoleh keterampilan abad 21, yaitu keterampilan cara berpikir melalui berpikir kritis, kreatif, mampu memecahkan masalah dan mengambil keputusan serta cara bekerja sama melalui kolaborasi dan komunikasi maka pendekatan STEM diadopsi untuk menguatkan impelementasi Kurikulum 2013. Pendekatan STEM diyakini sejalan dengan ruh Kurikulum 2013 yang dapat diimplementasikan melalui penggunaan model pembelajaran berbasis proyek (Project Based Learning). Pada buku Dasar Perancangan Teknik Mesin ini dilengkapi pula dengan pendekatan pembelajaran dan soal-soal HOTS (Higher Order of Thinking Skill). Di mana dengan HOTS siswa diajak untuk berpikir menganalisis (memecahkan materi ke dalam bagiannya dan menentukan bagian tersebut terhubung antarbagian dan ke struktur atau tujuan struktur), mengevaluasi (membuat pertimbangan berdasarkan kriteria) dan mengkreasi (menempatkan unsur-unsur secara bersama untuk membentuk keseluruhan secara koheren atau fungsional). Buku Dasar Perancangan Teknik Mesin (C2) Kelas X ini disusun berdasarkan tuntutan paradigma pengajaran dan pembelajaran Kurikulum 2013 yang mengacu pada pendekatan pembelajaran HOTS dan STEM dan dipakai sebagai sumber belajar peserta didik karena isinya yang lengkap, padat informasi, dan mudah dipahami. Dalam buku ini dijelaskan teori dan praktik tentang pengetahuan bahan teknik, pengeolahan bahan teknik, perlakuan panas logam, pengujian logam, penanganan material, mesin tenaga fluida, dasar kelistrikan, dan sistem kontrol. Kami menyadari buku ini masih jauh dari sempurna, untuk itu mohon saran dan kritikan yang bersifat membangun agar kualitas buku ini sesuai dengan harapan pengguna.

Malang, Juli 2019

Penulis

iv

Daftar Isi

Bab 1 Pengetahuan Bahan Teknik ........................................................................ 1 A. Jenis Bahan Teknik ...................................................................................................... 3 B. Logam Ferro .................................................................................................................. 3 C. Logam Non-ferro ......................................................................................................... 5 D. Sifat Bahan Teknik ....................................................................................................... 7 Uji Kompetensi ..................................................................................................................... 9 Bab 2 Pengolahan Bahan Logam ......................................................................... 13 A. Pembuatan Besi Kasar ............................................................................................... 15 B. Pembuatan Baja .......................................................................................................... 17 Uji Kompetensi ..................................................................................................................... 19

Bab 3 Pengolahan Bahan Nonlogam ................................................................... 23 A. Bahan Nonlogam ........................................................................................................ 25 B. Pengolahan Bahan Nonlogam ............................................................................... 27 Uji Kompetensi ..................................................................................................................... 29

Bab 4 Perlakuan Panas Logam ............................................................................. 33 A. Menyepuh/Pengerasan (Hardening) ................................................................... 35 B. Menemper/Pemudaan (Tempering) .................................................................... 37 Uji Kompetensi ..................................................................................................................... 39

Bab 5 Teknik Pengujian Logam ............................................................................ 43 A. Destructive Test ........................................................................................................... 45 B. Non Destructive Test (NDT) ..................................................................................... 57 Uji Kompetensi ..................................................................................................................... 58

Bab 6 Teknik Penanganan Material ..................................................................... 61 A. Penanganan Material secara Manual................................................................... 63 B. Pemindahan Material secara Manual Menurut OSHA ................................... 63 C. Posisi Ergonomi dalam Setiap Pekerjaan ........................................................... 65 D. Batasan Beban yang Boleh Diangkat................................................................... 66 E. Pemindahan Material secara Teknis ..................................................................... 66 F. Faktor-Faktor yang Memengaruhi MMH ............................................................ 67 G. Cara Mengangkat Beban.......................................................................................... 68 H. Faktor Risiko Kecelakaan Kerja MMH ................................................................... 69 I. Penanganan Risiko Kerja MMH .............................................................................. 70 J. Peralatan Material Handling ................................................................................... 70 Uji Kompetensi ..................................................................................................................... 75

Bab 7 Mesin Tenaga Fluida ................................................................................... 79 A. Jenis-Jenis Kompresor ............................................................................................... 81 B. Konstruksi dan Fungsi Kompresor ........................................................................ 84 C. Cara Kerja Kompresor ................................................................................................ 88

v

D. Jenis-Jenis Pompa ....................................................................................................... 89 E. Konstruksi dan Fungsi Pompa ................................................................................ 91 F. Cara Kerja Pompa ........................................................................................................ 93 Uji Kompetensi ..................................................................................................................... 95

Bab 8 Dasar-Dasar Kelistrikan .............................................................................. 99 A. Arus Listrik ..................................................................................................................... 101 B. Tahanan Listrik ............................................................................................................. 103 C. Tegangan Listrik .......................................................................................................... 106 Uji Kompetensi ..................................................................................................................... 108

Bab 9 Sistem Kontrol ............................................................................................. 111 A. Sistem Kontrol Mekanik ............................................................................................ 113 B. Sistem Kontrol Elektrik .............................................................................................. 115 C. Sistem Kontrol Pneumatik ....................................................................................... 119 D. Sistem Kontrol Hidrolik ............................................................................................. 123 Uji Kompetensi ..................................................................................................................... 127

Daftar Pustaka ............................................................................................................ 130Glosarium .................... ............................................................................................... 131Biodata Penulis ........................................................................................................... 133

vi

Daftar Gambar

Bab 1 Pengetahuan Bahan Teknik .............................................................................. 1 1.1 Silinder Mesin Terbuat dari Besi Tuang ...................................................................... 4 1.2 Rantai Jangkar Kapal ........................................................................................................ 4 1.3 Roda Gigi .............................................................................................................................. 4 Bab 2 Pengolahan Bahan Logam ................................................................................ 13 2.1 Skema Dapur Tinggi ......................................................................................................... 16 2.2 Skema Dapur Bessmer ..................................................................................................... 17 2.3 Skema Dapur Thomas ...................................................................................................... 18 2.4 Dapur Siemen Martin........................................................................................................ 18

Bab 3 Pengolahan Bahan Nonlogam ......................................................................... 23 3.1 Proses Injection Molding ................................................................................................ 27 3.2 Proses Ekstrusi .................................................................................................................... 28 3.3 Proses Thermoforming .................................................................................................... 28 3.4 Proses Blow Molding ........................................................................................................ 28

Bab 4 Perlakuan Panas Logam .................................................................................... 33 4.1 Menyepuh dengan Kejutan ........................................................................................... 36 4.2 Menyepuh Permukaan .................................................................................................... 36 4.3 Menemper pada Dapur Tempa .................................................................................... 37 4.4 Menemper pada Nyala Api ............................................................................................ 37 4.5 Proses Penormalan ........................................................................................................... 38 4.6 Proses Melunakkan ........................................................................................................... 38

Bab 5 Teknik Pengujian Logam .................................................................................. 43 5.1 Mesin Uji Kekerasan Brinell ............................................................................................ 46 5.2 Penekan dan Landasan Rata ......................................................................................... 46 5.3 Pengukuran Kekerasan Rockwell ................................................................................. 47 5.4 Mesin Uji Beban Rockwell .............................................................................................. 47 5.5 Penekan & Bentuk Bekas Penekanan Vickers .......................................................... 48 5.6 Batang Uji Kawat ............................................................................................................... 49 5.7 Pelat Uji Kurang dari 3 mm ............................................................................................ 49 5.8 Batang Uji Bulat Besi Tuang ........................................................................................... 50 5.9 Batang Uji Bulat ................................................................................................................. 50 5.10 Batang Uji Segi Empat ..................................................................................................... 51 5.11 Mesin Uji Tarik ..................................................................................................................... 51 5.12 Sistem Uji Impack Charphy & Izod .............................................................................. 52 5.13 Prinsip Dasar Mesin Uji Impack .................................................................................... 52 5.14 Sistem Alat Uji Geser ........................................................................................................ 53 5.15 Sistem Uji Puntir Sederhana .......................................................................................... 54 5.16 Mesin Potong Metalografi .............................................................................................. 55 5.17 Alat Penyalutan untuk Bahan Memerlukan Panas ................................................ 55 5.18 Mesin Gerinda Metalografi ............................................................................................ 55 5.19 Mikroskop Industri ............................................................................................................ 56 5.20 Struktur Mikro dilihat menggunakan Mikroskop .................................................. 57

vii

Bab 6 Teknik Penanganan Material ............................................................................ 61 6.1 Kegiatan Mengangkat atau Menurunkan ................................................................ 64 6.2 Kegiatan Mendorong dan Menarik ............................................................................. 64 6.3 Kegiatan Memutar ............................................................................................................ 64 6.4 Kegiatan Membawa ......................................................................................................... 64 6.5 Kegiatan Menahan ............................................................................................................ 65 6.6 Cara Mengangkat Beban yang Salah ......................................................................... 68 6.7 Cara Mengangkat Beban yang Benar ........................................................................ 69 6.8 Belt Conveyor ...................................................................................................................... 71 6.9 Roller Conveyor .................................................................................................................. 71 6.10 Screw Conveyor ................................................................................................................. 71 6.11 Crane Beroda Crawler ...................................................................................................... 72 6.12 Truck Crane .......................................................................................................................... 72 6.13 Crane untuk Lokasi Terbatas ......................................................................................... 72 6.14 Electric Chain Hoist XN .................................................................................................... 73 6.15 Electric Belt Hoists XB ...................................................................................................... 73 6.16 Steel Light Crane Systems and Monorails ................................................................ 73 6.17 Aluminium Light Crane Systems and Monorails .................................................... 73 6.18 Jib Cranes ............................................................................................................................. 74 6.19 Truck (Kanan: Mesin, Kiri: Manual) .............................................................................. 74

Bab 7 Mesin Tenaga Fluida .......................................................................................... 79 7.1 Pompa Ban ........................................................................................................................... 81 7.2 Tipe-Tipe Kompresor ........................................................................................................ 82 7.3 Kompresor Srup atau Ulir ............................................................................................... 82 7.4 Kompresor Sudut Luncur ............................................................................................... 83 7.5 Kompresor Roots ............................................................................................................... 83 7.6 Kompresor Torak Kerja Tunggal ................................................................................... 83 7.7 Kompresor Torak Kerja Ganda ...................................................................................... 83 7.8 Kompresor Sentrifugal Satu Tingkat ........................................................................... 84 7.9 Kompresor Sentrifugal Banyak Tingkat ..................................................................... 84 7.10 Kompresor Kerja Tunggal 1 Tingkat Pendingin Udara ......................................... 84 7.11 Kompresor Kerja Tunggal 1 Tingkat Pendingin Air ............................................... 85 7.12 Kompresor Kerja Ganda 1 Tingkat .............................................................................. 85 7.13 Kompresor Kerja Ganda 2 Tingkat Lawan Imbang ................................................ 85 7.14 Konsruksi Torak KOmpresor Bebas Minyak .............................................................. 86 7.15 Konstruksi Katup Pita ....................................................................................................... 87 7.16 Konstruksi Katup Cincin .................................................................................................. 87 7.17 Konstruski Katup Kanal ................................................................................................... 87 7.18 Konstruksi Katup Kepuk .................................................................................................. 88 7.19 Langkah Isap ....................................................................................................................... 89 7.20 Langkah Kompresi ............................................................................................................ 89 7.21 Langkah Buang .................................................................................................................. 89 7.22 Pompa Volut ........................................................................................................................ 90 7.23 Pompa Diffuser ................................................................................................................... 90 7.24 Impeller Tertutup ............................................................................................................... 91 7.25 Impeller Setengah Terbuka ............................................................................................ 91 7.26 Impeller Terbuka ................................................................................................................ 91 7.27 Bagian-Bagian Pompa Sentrifugal .............................................................................. 92 7.28 Cara Kerja Pompa Torak Kerja Ganda ......................................................................... 94

viii

Bab 8 Dasar-Dasar Kelistrikan .................................................................................... 99 8.1 Contoh Listrik Statis .......................................................................................................... 101 8.2 Penerapan Listrik Dinamis Arus Searah ..................................................................... 101 8.3 Penerapan Listrik Dinamis Arus Bolak-Balik ............................................................ 102 8.4 Pergerakan Elektron Bebas ............................................................................................ 102 8.5 Rangkaian Seri .................................................................................................................... 103 8.6 Rangkaian Paralel .............................................................................................................. 105 8.7 Rangkaian Kombinasi ...................................................................................................... 105 8.8 Rangkaian Listrik 1 Volt ................................................................................................... 107

Bab 9 Sistem Kontrol ................................................................................................... 111 9.1 Konektor Magnetik ........................................................................................................... 113 9.2 Kotak-Kotak pada Konektor Magnetik ....................................................................... 114 9.3 Konstruksi Tombol NO ..................................................................................................... 114 9.4 Konstruksi Tombol NC ..................................................................................................... 114 9.5 Solid State Relay ................................................................................................................ 115 9.6 Kerja Solid State Relay ..................................................................................................... 116 9.7 Daerah Pengaktifan Sebuah SSR ................................................................................. 118 9.8 Konstruksi Thermal Over Load Relay .......................................................................... 118 9.9 TOR dalam Keadaan Normal ......................................................................................... 119 9.10 TOR dalam Keadaan Beban Lebih ............................................................................... 119 9.11 Bagian-Bagian Kompresor ............................................................................................. 120 9.12 Regulator dan Gauge pada Sistem Pneumatik ....................................................... 120 9.13 Check Valve pada Sistem Pneumatik ......................................................................... 121 9.14 Tangki Akumulator pada Sistem Pneumatik ........................................................... 121 9.15 Selang pada Sistem Pneumatik .................................................................................... 121 9.16 Directional Valve pada Sistem Pneumatik ................................................................ 122 9.17 Contoh Akumulator yaitu Silinder Pneumatik ........................................................ 122

ix

Daftar Tabel

Bab 1 Pengetahuan Bahan Teknik .............................................................................. 1 1.1 Sifat Fisik Bahan ................................................................................................................. 8

Bab 5 Teknik Pengujian Logam .................................................................................. 43 5.1 Hubungan Beban, Diameter, dan Tebal Bahan ....................................................... 45 5.2 Hubungan Beban dan Bahan ........................................................................................ 45

Bab 6 Teknik Penanganan Material ............................................................................ 61 6.1 Posisi Tubuh yang Benar dan ergonomi ................................................................... 65 6.2 Batasan Angkat .................................................................................................................. 66

Bab 9 Sistem Kontrol ................................................................................................... 111 9.1 Daftar Viskositas Grade ISO ............................................................................................ 124 9.2 Grading Berdasarkan SAE dan Konversinya dengan ISO VG Viscosity Margins ........................................................................................................ 125

Pengetahuan Bahan Teknik 1

3.1 Memahami jenis bahan teknik.4.1 Memilih jenis bahan teknik.

Kompetensi Dasar

1BAB

Pengetahuan Bahan Teknik

Dasar Perancangan Teknik Mesin Kelas X untuk SMK/MAK2

Peta Konsep

Setelah mempelajari materi ini, siswa diharapkan mampu:1. Memahami jenis bahan teknik.2. Menganalisis sifat bahan teknik.3. Memilih jenis bahan teknik.

Tujuan Pembelajaran

Logam Bukan logam

Logam Ferro: Besi Tuang, Besi Tempa, Baja Lunak, Baja Karbon Sedang, Baja Karbon

Tinggi, dan Baja Cepat Tinggi

Logam Non-Ferro: Aluminium, Seng, Tembaga, Nikel, Perak, Magnesium, Molibden,

Timah Putih, Timah Hitam, dan Wolfram

Sifat Fisik, Sifat Mekanik, Sifat Teknologi

Bahan Teknik


Materi Pembelajaran

Ilmu pengetahuan bahan atau material merupakan ilmu pengetahuan dasar yang harus diketahui, dipahami, dan dikuasai oleh orang teknik. Ketika mengetahui bahan teknik maka kita akan dapat membuat suatu produk atau suatu konstruksi yang berkualitas dan diminati konsumen atau masyarakat. Bahan atau material adalah wujud asal benda kerja.

A. Jenis Bahan Teknik

Bahan teknik dibagi menjadi dua jenis yaitu, logam dan bukan logam. Sehingga jika kita kaitkan dengan teknik mesin maka logam bisa diartikan sebagai bahan yang terpenting sedangkan bahan bukan logam tetap selalu dibutuhkan. Logam dapat dibagi menjadi logam non-ferro (logam bukan besi) dan logam ferro (logam besi). Bahan logam memiliki sifat liat, kuat, keras, kenyal, dapat ditempa/diubah bentuk, penghantar listrik, penghantar panas, dan pada umumnya mempunyai titik cair yang tinggi.Bila ditinjau dari keadaan, sifat, dan kegunaan ada 5 macam logam, yaitu:a. Logam berat: logam yang mempunyai massa jenis lebih dari 5 kg/dm3. Contohnya besi,

nikel, krom, tembaga, seng, timah hitam, dan timah putih.b. Logam ringan: logam yang mempunyai massa jenis kurang dari 5 kg/dm3. Contohnya

aluminium.c. Logam mulia: logam yang memiliki nilai ekonomi tinggi sehingga dapat digunakan

untuk perhiasan dan aksesoris. Contohnya emas, perak, dan platina.d. Logam refraktori: logam yang tahan terhadap api. Contohnya wolfram, molibden, dan

titanium.e. Logam radioaktif: logam yang dapat memancarkan sinar radio aktif. Contohnya uranium

dan radium.Besi merupakan logam yang sangat penting dalam bidang teknik, tetapi besi murni terlalu

lunak dan rapuh untuk dipakai sebagai barang jadi. Oleh karena itu, besi selalu dicampur dengan unsur lain, terutama zat arang. Jadi sebutan besi dapat berarti:a. Besi murni (besi murni dengan simbol Fe, hanya dapat diperoleh dengan jalan reaksi

kimia).b. Besi teknik (besi yang sudah dicampur dengan unsur lain, hasilnya berupa besi kasar,

besi tuang, dan baja).

B. Logam Ferro

Bila ditinjau dari kandungan besi ada dua macam logam yaitu, logam ferro dan logam non-ferro. Logam ferro (logam besi) adalah suatu logam yang mengandung unsur besi, yang termasuk logam ferro adalah:a. Besi tuang

Besi tuang merupakan campuran besi dan karbon (4%), sifatnya rapuh, baik untuk dituang, tidak dapat ditempa, dan sulit dilas. Penggunaannya untuk hiasan pagar besi, badan ragum, alas mesin bubut, blok silinder, dan komponen mesin.


Gambar 1.1 Silinder Mesin Terbuat dari Besi Tuang(Sumber: google.com)

b. Besi tempaBesi tempa adalah campuran besi murni (99%) dan sedikit rongsokan, sifatnya liat, dapat ditempa, dan tidak dapat ditempa. Penggunaannya untuk kait kran, rantai jangkar, paron/landasan.

Gambar 1.2 Rantai Jangkar Kapal(Sumber: google.com)

c. Baja lunakBaja lunak atau baja karbon rendah adalah campuran besi dan karbon 0,04—0,3%, sifatnya liat, dapat ditempa atau diubah bentuk. Penggunaannya untuk paku keling, mur-baut, sekrup, pipa, kawat, besi as, pelat baja, pelat strip, baja profil untuk konstruksi bangunan dan jembatan.

d. Baja karbon sedangBaja karbon sedang adalah campuran besi dan karbon 0,3—0,6%, sifatnya kenyal dan lebih keras disbanding baja lunak. Penggunaannya untuk peralatan dan komponen mesin, seperti rel kereta api, mur-baut, poros/as, stang seker, roda gigi, palu, pegas, dan paron/landasan.

Gambar 1.3 Roda Gigi(Sumber: google.com)

e. Baja karbon tinggiBaja karbon tinggi adalah campuran besi dan karbon 0,6—1,5%, sifatnya dapat ditempa dan dapat disepuh. Penggunaannya untuk perlengkapan mesin bubut, alat-alat perkakas, kikir, daun gergaji, pahat, tap, dan stempel.

f. Baja cepat tinggiBaja cepat tinggi adalah baja karbon tinggi yang ditambah dengan unsur paduan lain seperti nikel, kobalt, krom, tungsten, dan sebagainya. Sehingga sifatnya keras, rapuh, dapat disepuh, dapat dimudakan, tahan suhu tinggi. Penggunaannya untuk komponen mesin, terutama yang berhubungan dengan suhu tinggi seperti pahat bubut.


C. Logam Non-ferro

Logam non-ferro atau logam bukan besi adalah logam yang tidak mengandung unsur besi. Material logam non-ferro banyak digunakan sebagai bahan dasar untuk bahan campuran membuat logam paduan, dengan tujuan agar dapat memperbaiki sifat logam paduan sesuai sifat dan kekuatan bahan yang digunakan. Logam non-ferro yang sering digunakan dalam bidang teknik di antaranya aluminium, seng, tembaga, nikel, perak, magnesium, mangan, molibden, timah putih, timah hitam, dan wolfram.a. Aluminium

Aluminium didapat bukan merupakan logam murni, tetapi dalam keadaan senyawa kimia yaitu Al2O3.H2O (bauksit). Sebagai bahan dasar dari aluminium adalah bauksit. Bauksit mengandung 55—65% tanah tawas, 2—8% besi, 12—30% air, 1—8% asam silikat. Bauksit diolah menjadi aluminium dengan cara elektrolisa.Sifat alminium adalah ringan, mudah dibentuk, dapat dilas dan disolder, tidak beracun, tidak bermagnet, penghantar panas dan penghantar panas yang baik, lebih keras dibanding timah putih, tidak baik untuk dicor, tetapi dapat dirol menjadi lembaran. Aluminium mempunyai sifat fisik: massa jenisnya 2,7, massa atom 26,97, dan titik cair 660oC.Aluminium banyak dipakai dalam bentuk paduan, yaitu untuk kabel, peralatan elektronik, peralatan rumah tangga, komponen mesin, komponen pesawat, dan bahan pelapis industri kimia, makanan, dan kedokteran.

b. SengBiji seng ada yang bersenyawa dengan belerang dan ada yang bersenyawa dengan asam arang. Untuk mengeluarkan belerang dan asam arang dari senyawa tersebut dilakukan dengan cara dipanggang di dalam dapur cawan, sehingga terjadi oksidasi seng. Cara lain untuk pembuatan seng dengan jalan elektrolisa.Sifat umum seng adalah tahan korosi, berwarna kelabu, patahannya mengkilap, dapat dituang, dapat disemprotkan, dapat ditumbuk pada suhu 200oC. Sifat mekanik seng adalah kenyal. Sifat fisiknya memiliki massa jenis 7,14 dengan titik cair 419,4oC. Seng banyak dipakai untuk elemen listrik, pelapis baja, dan pelapis komponen mesin.

c. TembagaBisaanya biji tembaga mengandung besi, timah hitam, seng, serta sedikit perak dan emas. Biji tembaga umumnya merupakan senyawa sulfida seperti CuFeS2 (34% Cu), CuS (79% Cu), senyawa oksida seperti CuO (88% Cu), dan lain-lain. Ada 3 cara pengolahan tembaga, yaitu:1) Proses kering

Proses kering atau proses pyrometallurgy adalah proses pemanasan yang dilakukan dengan membakar biji tembaga pada dapur cawan atau dapur nyala hingga suhu yang tinggi dan mencair.

2) Proses basahProses basah atau proses hydrometallurgy adalah proses pengolahan biji tembaga dengan cara melarutkan biji tembaga kemudian diekstrak lagi hingga mendapatkan unsur tembaga yang terbebas dari unsur lain.

3) Proses electrometallurgyProses electrometallurgy adalah proses yang menggunakan listrik, yaitu dengan cara elektrolisa.


Sifat tembaga warnanya merah muda mengkilat, tahan korosi, penghantar listrik dan panas yang baik, dapat digosok, dapat dikerjakan dengan mesin, dapat ditempa dalam keadaaan dingin, mudah disambung dengan solder dan las. Sifat mekaniknya liat. Sifat fisiknya mempunyai massa jenis 8,9 dengan titik cair 1.083oC. tembaga banyak digunakan untuk kabel, kawat listrik, alat-alat listrik, telepon, pelapis baja, dan baut pematri (ujung solder).

d. Nikel Biji nikel kebanyakan merupakan senyawa sulfida yang mengandung rata-rata 3% Ni dan 1% Cu dan kadang-kadang mengandung logam mulia. Pengolahannya dengan cara pemanggangan dan mengolah biji nikel pada dapur nyala api hingga mencair, kemudian diredusir dengan menggunakan bahan tambah seperti mangan dan phosphor, hingga didapat nikel murni yang terpisah dengan unsur lain dan kotoran.Sifat nikel adalah keras, liat, berwarna putih mengkilap keabu-abuan, dapat dilas, dapat ditempa, mudah dibentuk, tahan kimia, tahan korosi. Sifat fisiknya mempunyai massa jenis 8,7 dan titik leburnya 1.455oC. Nikel banyak digunakan untuk bahan paduan membuat baja, pelapis komponen mesin, industri kimia, alat-alat listrik, dan kedokteran.

e. PerakAda dua macam biji perak, yaitu perak yang mengandung belerang dan biji perak yang mengandung timbel. Biji perka yang mengandung belerang diolah dengan cara memanggang biji perak hingga mencair. Biji perak yang mengandung timbel, pengolahannya dengan cara dihaluskan lebih dulu kemudian dicairkan dengan memasukkan zat asam sampai timbel terbakar menjadi glit-timbel dan dikeluarkan dengan terak/kotoran. Jalan lain untuk mengeluarkan timbel dari perak yaitu dengan elektrolisa.Sifat perak adalah tahan korosi, dapat dilas, dapat disolder, penghantar listrik, termasuk logam mulia. Sifat fisiknya mempunyai massa jenis 10,5 dan titik cairnya 960,5oC. Sifat mekaniknya termasuk logam lunak. Perak banyak dipakai untuk perhiasan, aksesoris, dan industri kimia.

f. MagnesiumMagnesium termasuk logam lunak yang dibuat dengan jalan elektrolisa memakai campuran klorida. Magnesium mempunyai sifat ringan, lunak, tahan korosi, dan dapat dilas. Sifat fisiknya memiliki massa jenis 1,74 dan titik cairnya 650oC. Magnesium banyak digunakan untuk peralatan fotografi, unsur paduan membuat logam tujuannya agar dapat menambah kekuatan tarik pada logam paduannya.

g. ManganBiji mangan berasal dari bahan dasar batu kawi atau pyrobesit, braunit, manganit, dan hausmanit. Mangan diperoleh dengan jalan mereduksi biji mangan dengan serbuk aluminium halus di dalam dapur cawan, kotorannya diambil dan didapatkan mangan.Mangan mempunyai sifat keras, rapuh, tahan aus, berwarna putih keabu-abuan, massa jenisnya 7,4 dan titik leburnya 1.260oC, dan sifat mekaniknya mempunyai kekuatan tarik yang tinggi. Karena sifatnya itu, mangan banyak digunakan untuk bahan pelapis logam lain, dan sebagai unsur paduan membuat logam agar mepunyai kekuatan dan keuletan.

h. MolibdenBiji molibden bersenyawa dengan belerang. Cara memperoleh molibden dengan cara membakar biji-biji molibden sampai menjadi oksid, selanjutnya oksid tersebut diredusur di dalam dapur listrik menggunakan arang, sehingga molibden terpisah dari kotoran dan unsur lainnya.


Sifat molibden berwarna putih perak, keras, dapat dikikir, termasuk logam berat, massa jenisnya 10,2 dan titik leburnya 2.620oC. Sifat mekaniknya liat dan keras, tetapi dapat dikikir dan mempunayi daya pegas yang setabil pada suhu tinggi. Penggunaannya untuk penumpu kawat pijar lampu dop dan sebagai unsur paduan membuat logam.

i. Timah putihBiji timah putih ditemukan dalam keadaan murni dan persenyawaan dengan zat asam. Ada dua macam biji timah putih, yaitu biji timah gunung (didapat dari batu timah) dan pasir timah yang disebut dengan biji timah aliran. Cara memperoleh biji timah putih dengan menghaluskan batu timah putih dan mencucinya hingga batu-batunya yang ringan terbuang. Sedangkan timah putih yang mengandung belerang harus dipanaskan, dicairkan, diredusir di dalam dapur nyala api.Timah putih bersifat tahan udara lembab, warnanya putih perak, tergolong logam lunak, kekuatan dan kekerasannya sangat rendah, daya tahan korosi cukup tinggi, massa jenisnya 7,3 dan titik leburnya 232oC. Timah putih dapat dipakai untuk bahan solder, alat-alat listrik, tabung pasta gigi, sebagai bahan membuat logam, sebagai bahan untuk proses galvanis pada baja.

j. Timah hitamBiji timah hitam ditambang dalam keadaan bersenyawa dengn unsur lain seperti belerang dan mengandung logam dalam jumlah kecil, di antaranya tembaga dan perak. Pengolahannya dengan cara memanaskan biji timah hitam sampai mencair pada dapur cawan atau dapur nyala api, hingga kotorannya terpisah membentuk terak dan timbelnya dituang pada cetakan.Timah hitam atau timbel mempunyai warna putih kebiru-biruan, tahan kimia, tahan korosi, dan tahan udara. Sifat mekaniknya agak lunak, sifat fisiknya mempunyai massa jenis 11,34 dan titik leburnya 327,5oC.Timah hitam banyak dipakai untuk pemberat/bandol pancing, peluru senapan, sel aki/baterai, terminal positif dan negatif aki, bahan cat, paking mesin, industri kimia, peralatan listrik, dan unsur paduan membuat logam.

k. WolframBiji wolfram yang mengandung kalsium woliramat disebut skelit. Biji wolfram yang mengandung unsur besi wolframat disebut wolframit. Wolfram atau tungsten didapat dengan mereduksi oksida wolfram dengan hidrogen yang dihasilkan dari dapur listrik.Sifat wolfram adalah berwarna abu-abu hitam, tahan aus, tahan panas, keras, massa jenis 20, titik leburnya 3.400oC dan titik didih 5.900oC, dapat digilas menjadi lembaran, bila dipadu dengan baja perkakas akan memperbaiki ketahanan ausnya dan sifat tahan panas.Wolfram banyak dipakai di bidang listrik untuk pebuatan kawat lampu pijar, untuk katoda tabung elektron, untuk bahan pakan las tungsten, dan untuk membuat bahan paduan membuat logam.

D. Sifat Bahan Teknik

Bahan teknik teknik memiliki banyak sifat, secara umum sifat bahan dikelompokkan ke dalam tiga kelompok, yaitu sifat fisik, sifat mekanik, dan sifat teknologi. Pada umumnya sifat-sifat tersebut ditentukan antara lain oleh komposisi dan struktur mikro bahan tersebut. Sebagai contoh, kadar kromium dapat memperbaiki sifat tahan terhadap korosi.


a. Sifat fisikSifat fisik dari elemen bahan teknik adalah massa atom, massa jenis, titik cair/lelah, titik didih, panas spesifik, daya hantar panas, tahanan listrik, dan ketahanan korosi. Pada tabel 1.1 menjelaskan tentang sifat fisik beberapa bahan teknik, seperti berat jenis, modulus elastisitas, kekuatan tarik, koefisien muai panjang, dan konduktifitas panas.

Table 1.1 Sifat Fisik Bahan

NamaBahan

Berat Jenis

(g/mm3)

Modulus Elastis

(KN/mm2)

Kekuatan Tarik

(MN/mm2)

Koefisien Muai

Panjang oC x 10-6

Konduktifitas Panas

(W/moC)

Besi cor 7,0 80–120 70–280 10 40

Baja lunak 7,8 210 400 12 50

Aluminium dan campuran

2,3–2,8 70–75 70–550 24–29 160–230

Tembaga dan campuran

8,4–8,9 95–130 120–400 17–21 130–200

Timah hitam 11,35 14 – 30 –

Seng 7,0 140–220 – 23–33 113

Glass 2,5 70 30–170 9–11 0,7–1,1(Sumber: Supardi, 1999:3)

b. Sifat mekanikSifat mekanik adalah sifat dari bahan yang dikaitkan dengan kemampuan bahan tersebut menahan beban. Dalam praktik, suatu bahan yang dibebani harus mampu menahan beban tersebut tanpa timbul kerusakan. Jika suatu bahan memiliki sifat mekanik tertentu yang baik, tetapi sifat lainnya kurang menguntungkan maka daripada memikirkan untuk menggantikannya, lebih baik diambil langkah-langkah untuk mengatasi kekurangannya tersebut. Contohnya, baja memiliki kekuatan yang tinggi tetapi mudah berkarat. Untuk tindakan pencegahan karat maka baja dilindungi dengan cat atau digalvanisasi. Sifat mekanik di antaranya kekuatan, kekerasan, elastisitas, plastisitas, kekakuan, kelelahan, keuletan, kegetasan, dan mulur.1) Kekuatan: Kekuatan bahan untuk menahan beban tanpa kerusakan.2) Kekerasan: Ketahanan suatu bahan untuk menahan goresan dan tekanan.3) Elastisitas: Keampuan untuk kembali ke bentuk semula setelah menerima beban.4) Plastisitas: Kemampuan bahan untuk mengalami perubahan bentuk yang tetap

tanpa terjadi keretakan.5) Kelelahan: Kemampuan bahan untuk menerima beban yang berganti-ganti untuk

jangka waktu tertentu.6) Keuletan: Kemampuan bahan di deformasi.7) Kegetasan: Terjadinya kepatahan akibat beban tanpa didahului oleh perubahan

bentuk.


c. Sifat teknologiSifat teknologi adalah sifat bahan yang dikaitkan dengan kemudahan bahan untuk diproses secara teknologi, misalnya mampu las, mampu mesin, dan mampu cor. Mampu mesin adalah sifat bahan yang dikaitkan dengan kemudahan bahan tersebut untuk disayat/dipotong dengan perkakas potong, seperti dapat dipahat, digergaji, dan digerinda.

Rangkuman

1. Bahan teknik adalah wujud asal benda kerja.2. Macam logam: logam berat, logam ringan, logam logam mulia, logam refraktori,

dan logam radioaktif.3. Bahan teknik jenisnya logam dan bukan logam4. Logam: logam ferro dan logam non-ferro.5. Logam ferro: besi besi, besi tempa, baja lunak, baja karbon sedang, baja karbon

tinggi, dan baja cepat tinggi.6. Logam non-ferro: aluminium, seng, tembaga, nikel, perak, magnesium, mangan,

molibden, timah putih, timah hitam, wolfram.7. Sifat bahan teknik: sifat fisik, sifat mekanik, dan sifat teknologi.8. Sifat fisik: massa atom, massa jenis, titik cair/lelah, titik didih, panas spesifik, daya

hantar panas, tahanan listrik, dan ketahanan korosi.9. Sifat mekanik: kekuatan, kekerasan, elastisitas, plastisitas, kekakuan, kelelahan,

keuletan, kegetasan, dan mulur.10. Sifat teknologi: mampu las, mampu mesin, dan mampu cor.

Uji KompetensiA. Pilihlah jawaban yang paling benar!

1. Wujud asal benda kerja disebut…a. Logam d. Logam non-ferrob. Logam ferro e. Materialc. Metaloid

2. Berikut ini macan-macam logam, kecuali…a. Logam refraktori d. Logam muliab. Logam berat e. Metaloidc. Logam ringan

3. Bahan solder terbuat dari timah putih, timah putih termasuk jenis… (HOTS)a. Logam beratb. Logam muliac. Logam ringand. Logam radioaktife. Logam ferro


4. Uranium dapat dipakai sebagai bahan peledak, uranium termasuk jenis… a. Logam berat d. Logam radioaktifb. Logam ringan e. Logam non-ferroc. Logam mulia

5. Hiasan pagar besi ada yang terbuat dari besi tuang, sifat besi tungan adalah…a. Rapuh dan dapat ditempab. Mudah dikerjakan dengan mesinc. Rapuh dan dapat dituangd. Tidak dapat ditungane. Liat

6. Besi beton eser yang terbuat dari campuran besi dan karbon 0,2% termasuk jenis…a. Baja karbon sedang d. Baja lunakb. Besi tuang e. Besi tempac. Baja karbon tinggi

7. Sebuah poros agar kuat dan tahan lama harus terbuat dari bahan… (STEM)a. Baja karbon sedang d. Baja lunakb. Besi tuang e. Besi tempac. Baja karbon tinggi

8. Kawat, paku, sekrup, dan mur-baut terbuat dari material… a. Tembaga d. Besi tuangb. Baja karbon sedang e. Baja lunakc. Baja karbon tinggi

9. Logam yang tidak mengandung unsur besi dinamakan…a. Logam ferro d. Logam ringanb. Logam non-ferro e. Logam beratc. Metalloid

10. Berikut yang bukan termasuk logam non-ferro adalah…a. Aluminium d. Magnesiumb. Seng e. Besi tuangc. Timah putih

11. Pengolahan tembaga dengan cara melarutkan biji tembaga kemudian diekstrak, dinamakan proses… (STEM)a. Proses kering d. Proses elektrolisab. Proses basah e. Proses peleburanc. Proses elektrolisis

12. Logam non-ferro yang banyak digunakan dalam peralatan fotografi adalah… (STEM) a. Aluminium d. Magnesiumb. Seng e. Wolframc. Nikel

13. Logam non-ferro yang digunakan untuk bahan pakan las tungsten adalah…a. Aluminiumb. Sengc. Timah putihd. Tmah hitame. Wolfram


14. Berikut ini yang bukan sifat fisik bahan teknik adalah…a. Massa atom d. Titik didihb. Massa jenis e. Titik cairc. Kekuatan

15. Kemampuan bahan untuk kembali ke bentuk semula setelah menerima beban dinamakan…a. Kekuatan d. Plastisitasb. Kekerasan e. Kelelahanc. Elastisitas

B. Jawaban singkat1. Wujud asal benda kerja disebut…2. Logam dibagi menjadi dua jenis, yaitu … dan …3. Logam berat memiliki massa jenis … kg/dm3

4. Logam mulia sering digunakan untuk membuat…5. Logam ferro yang memiliki campuran karbon 4% adalah…6. Logam yang tidak mengandung unsur besi dinamakan…7. Logam non-ferro yang digunakan untuk perhiasan adalah…8. Bahan solder terbuat dari… (HOTS)9. Ketahanan suatu bahan untuk menahan goresan dan tekanan dinamakan… (HOTS)10. Kemampuan bahan untuk menerima beban yang berganti-ganti pada jangka waktu

tertentu dinamakan…

C. Uraian1. Jelaskan perbedaan logam ferro dengan logam non-ferro! (HOTS)2. Sebutkan 6 jenis logam ferro!3. Sebutkan 10 macam logam non-ferro dan lengkapi dengan simbol kimianya! (HOTS)4. Aluminium banyak digunakan pada komponen kendaraan, apa saja sifat aluminum?5. Apa saja yang termasuk ke dalam sifat mekanik bahan?

D. Lembar Kerja Siswa (STEM)1. Lakukan pengamatan pada lingkungan kelas atau bengkel Anda.2. Tuliskan nama-nama bahan yang Anda jumpai.3. Kelompokkan bahan-bahan tersebut berdasarkan bahan logam (logam ferro, logam

non-ferro) dan bukan logam.4. Tuliskan kegunaan bahan tersebut dan sifatnya.

dasar perancangan teknik mesin · 2020-01-16 · dasar perancangan teknik mesin smk/mak kelas x...

Documents