2.8. Gaya Hidrostatik pada Sebuah Permukaan Bidang
Ketika sebuah permukaan tenggelam dalam sebuah fluida, gaya-gaya akan bekerja pada permukaan karena fluida.
Pada fluida diam, gaya-gaya tersebut akan tegak lurus terhadap permukaan karena tidak ada tegangan geser.
2.8.1. Gaya Hidrostatik pada Permukaan Bidang Datar
Pada sebuah permukaan datar seperti dasar dari sebuah tangki yang terisi cairan seperti gambar di bawah ini, maka besarnya gaya resultan adalah FR = p.A dimana p adalah tekanan seragam pada permukaan dasar dan A adalah laus dasar tangki.
Gambar. Tekanan dan gaya hidrostatik resultan yang timbul pada
Permukaan dasar sebuah tangki terbuka
2.8.1. Gaya Hidrostatik pada Permukaan Datar yang Tenggelam dalam Keadaan Miring
Kasus dibawah ini merupakan sebuah permukaan datar yang tenggelam dalam keadaan miring.Untuk menentukan gaya resultan yang bekerja pada permukaan , maka diasumsikan bahwa permukaan fluida terpapar ke atmosfer.
Misalkan bahwa bidang datar yang memuat permukaan tersebut berpotongan dengan permukaan bebas pada 0 dan membuat sudut θ dengan permukaan ini.
Sistem koordinat x-y didefinisikan sedemikian hingga 0 adalah titiik asal dan y diarahkan sepanjang permukaan. Bidang permukaan dapat berbentuk sembarang. Kita ingin menentukan arah, tempat dan besarnya gaya resultan yang bekerja pada satu sisi permukaan ini karena cairan yang bersentuhan dengan luasan permukaan tersebut. Pada suatu kedalaman h, gaya yang bekerja pada luas dA adalah dF = γ.h.A dan tegak lurus terhadap permukaan.
Jadi besarnya gaya resultan dapat ditemukan dengan menjumlahkan gaya-gaya differensial yang meliputi seluruh permukaan. Dalam bentuk persamaan dapat ditulis :
2.8. Gaya Hidrostatik pada Sebuah Permukaan Bidang
Ketika sebuah permukaan tenggelam dalam sebuah fluida, gaya-gaya akan bekerja pada permukaan karena fluida.
Pada fluida diam, gaya-gaya tersebut akan tegak lurus terhadap permukaan karena tidak ada tegangan geser.
2.8.1. Gaya Hidrostatik pada Permukaan Bidang Datar
Pada sebuah permukaan datar seperti dasar dari sebuah tangki yang terisi cairan seperti gambar di bawah ini, maka besarnya gaya resultan adalah FR = p.A dimana p adalah tekanan seragam pada permukaan dasar dan A adalah laus dasar tangki.
Gambar. Tekanan dan gaya hidrostatik resultan yang timbul pada
Permukaan dasar sebuah tangki terbuka
2.8.1. Gaya Hidrostatik pada Permukaan Datar yang Tenggelam dalam Keadaan Miring
Kasus dibawah ini merupakan sebuah permukaan datar yang tenggelam dalam keadaan miring.Untuk menentukan gaya resultan yang bekerja pada permukaan , maka diasumsikan bahwa permukaan fluida terpapar ke atmosfer.
Misalkan bahwa bidang datar yang memuat permukaan tersebut berpotongan dengan permukaan bebas pada 0 dan membuat sudut θ dengan permukaan ini.
Sistem koordinat x-y didefinisikan sedemikian hingga 0 adalah titiik asal dan y diarahkan sepanjang permukaan. Bidang permukaan dapat berbentuk sembarang. Kita ingin menentukan arah, tempat dan besarnya gaya resultan yang bekerja pada satu sisi permukaan ini karena cairan yang bersentuhan dengan luasan permukaan tersebut. Pada suatu kedalaman h, gaya yang bekerja pada luas dA adalah dF = γ.h.A dan tegak lurus terhadap permukaan.
Jadi besarnya gaya resultan dapat ditemukan dengan menjumlahkan gaya-gaya differensial yang meliputi seluruh permukaan. Dalam bentuk persamaan dapat ditulis :
Contoh Soal :
Senin, 24 Oktober 2011
SEJARAH PENGECORAN LOGAM
SEJARAH PENGECORAN LOGAM
Pemanfaatan logam dimulai sejak manusia menemukan tembaga dalam keadaan murni di alam. Tembaga itu kemudian dimanfaatkan untuk membuat bentuk-bentuk tertentu dengan cara ditempa. Dengan cara itu dibuat alat-alat seperti tombak, kapak dan mata bajak serta alat berburu lainnya.
Kemudian, orang mengetahui tembaga mencair pada suhu tinggi dan selanjutnya mengetahui cara menuangkan logam kedalam cetakan. Sejak itu dimulailah era pengecoran logam sebagai salah satu cara untuk menghasilkan sesuatu. Hal itu terjadi kira-kira 4000 tahun Sebelum Masehi. Itulah yang menandai era perubahan peradaban manusia, dari era zaman batu (stone age) ke era zaman baja (iron age). Pada zaman itu juga orang mengenal perunggu, yaitu campuran antara logam tembaga, timah dan timbal.
Melalui proses pengecoran, orang dapat membuat barang dengan bentuk-bentuk yang lebih kompleks, seperti perabot rumah tangga, perhiasan dan alat-alat pertanian. Pengecoran pertama kali dilakukan di Mesopotamia pada 3000 tahun sebelum masehi. Teknik ini kemudian menyebar ke Eropa, Asia Tengah, Cina dan India.
Pada abad ke 14, orang memulai proses pencairan logam melalui ekstraksi bijih besi. Pada masa itu, penuangan dilakukan secara langsung ke dalam cetakan dari dapur ekstraksi. Dewasa ini, besi yang keluar dari dapur tinggi baru berupa besi kasar, yang masih perlu dicairkan lagi untuk proses lebih lanjut.
Cetakan pada masa dahulu, dibuat dari batu yang dipahat, dipadu dengan pasir, batu gamping dan tanah liat.
Secara skematis, pengecoran dilakukan dengan langkah-langkah berikut:
Gambar 1 : Langkah-langkah pengecoran logam
Pada umumnya, pengecoran bekerja berdasarkan prinsip gaya gaya
a. Pengecoran tekanan rendah, yaitu pengecoran yang kepada
logam cair ditambahkan tekanan untuk mendorong logam cair
memasuki rongga kecil, sehingga memungkinkan
pembuatan bentuk-bentuk yang kompleks.
b. Pengecoran tekanan tinggi (Pengecoran cetak), yaitu pengecoran
yang kepada logam cair ditambahkan tekanan untuk mendorong
logam cair memasuki rongga atau celah kecil, sehingga
memungkinkan pembuatan coran dengan dinding-dinding tipis.
c. Pengecoran sentrifugal, yaitu coran dimana logam cair
dituangkan ledalam cetakan yang berputar, sehingga logam
tertekan oleh gaya
Pemeriksaan terhadap hasil coran dilakukan dalam beberapa cara, tergantung pada kebutuhan teknik coran tersebut. Pemeriksaan hasil coran meliputi:
a. Pemeriksaan visual, meliputi pemeriksaan bentuk, pemeriksaan
permukaan dan pemeriksaan dimensi.
b. Pemeriksaan metallography, yang meliputi pemeriksaan thd
cacat didalam coran. Pemeriksaan itu antara lain pemeriksaan
dengan getaran, pemeriksaan ultrasonic, pemeriksaan
radiography dan komposisi kimia.
Logam Paduan
Bila logam dibuat dalam bentuk campuran dengan logam lain, maka ada tiga bentuk campuran yang dapat terjadi, yaitu:
a. Campuran mekanik (mechanical mixture), yaitu suatu logam
yang bercampur masing- masing dalam prosen tertentu, tetapi
tidak terjadi senyawa atomic, sehingga masing-masing logam
masih memiliki sifat aslinya
b. Larutan Padat (Solid solution), yaitu suatu campuran logam
dimana terjadi senyawa atomic, atau dengan kata lain, logam
yang satu larut dalam logam yang lain. Bentuk kelarutan ini
adalah kelarutan atomic, dan dapat terjadi dalam 3 bentuk, yaitu:
1. Kelarutan substitusi (Substitutional solution), dimana atom2 logam pemadu menempati posisi atom logam induk dalam kisi (lattice) secara sembarang.
2. Kelarutan interstisi, yaitu kelarutan dimana atom2 logam pemadu menempati celah diantara kisi2 atom logam induk secara sembarang. Kelarutan Karbon, Hidrogen, Nitrogen dan Boron dalam baja umumnya dalam bnetuk interstisi.
3. Senyawa intermetalik, yaitu kelarutan dimana atom2 logam pemadu menempati posisi atom2 logam induk secara teratur dalam porsi tertentu.
PRODUKSI BESI
Tiga bahan baku
Biji besi , Batu kapur dan Kokas
Biji besi terdapat dalam tiga bentuk, masing-masing: Taconite, berupa batuan hitam mirip batu korek api
Hematite, berupa mineral oksida besi
Limonite, merupakan oksida besi yang mengandung air
Biji besi ini di di-crushed hingga berukuran 1 inc2 (palletizing) dan unsure pengotor di eliminir dgn berbagai cara antara lain dgn separasi magnetic, hingga kemurnian besi mencapai 65%. Biji besi yang didapat dialam dgn kemurnian tinggi dpt digunakan langsung tanpa palletizing.
Kokas didapat dari batubara bituminous yang dipanasi hingga temp. 1150 0C.
Fungsi kokas pd pembuatan baja:
- Sbg pembangkit panas, yaitu melalui beberapa reaksi
- Menghasilkan CO yang berfungsi utk mereduksi oksida besi (FeO) menjadi besi (Fe).
Batu kapur (limestone/CaCO3), berguna utk mengikat kotoran yang berasal dari besi cair. Reaksi antara batu kapur dan kotoran akan menghasilkan slag yang ringan dan mengapung dipermukaan besi cair hingga mudah dipisahkan. Slag ini dapat dijadikan bahan baku semen, pupuk, gelas, bahan bangunan dll.
Ketiga bahan baku ini masuk ke blast furnace, dan dicairkan pada suhu 1650 0C dengan udara yang dipanaskan terlebih dahulu (preheated) dan di-blast kedalam dapur. Setelah kurang lebih 5 jam semua mencair, besi berada dibawah dan slag diatas. Besi ini kemudian dituangkan kedalam ‘ladle cars’ dan pada tahap ini besi ini disebut ‘pig iron’, dimana komposisinya 4% C; 1,5% Si; 1% Mn ; 0,04% S dan 0,4% P.
PEMBUATAN BAJA
Baja dibuat dengan ‘refining’ besi kasar (pig iron) yang didapat dari blast furnace, yaitu dengan mereduksi impurities dan mereduksi kandungan Mn, Si, C serta unsure lain yang dianggap perlu serta menambahkan unsure yang baru spt Cr, Ni, Co, Va …. Dll
Ada tiga jenis dapur yang digunakan utk pembuatan baja, yaitu :
Open hearth furnace (Thn 1860)
Electric furnace (Thn 1906, temp 1925 0C)
Basic oxygen furnace (Abad 20)
Kedua jenis terahir merupakanmetode terbaru dan lebih efisien serta mutu baja yang dihasilkan lebih baik.
Baja cair yang keluar dapur dituangkan kedalam cetakan dengan bentuk profil yang sudah ditentukan, hingga didapat ‘ingot’.
Setelah dingin, ingots ini dipanaskan lagi hingga temperature 1200 0C untuk proses roll. Ingots bisa segi empat, persegi panjang dan bulat, beratnya mulai dari ratusan kilogram hingga 40 ton.
BAJA PADUAN DAN BAJA KARBON
Baja Karbon Rendah, disebut juga mild steel, memiliki kandunga karbon < 0,3%
Pemakaian pada produk2 industri umum, mur, baut, baja lembaran, flat, tubes dan komponen mesin.
Baja Karbon Medium, memiliki kandungan karbon
0,3 – 0,6 %
Pemakaian pada mesin-mesin, alat pertanian, poros, jalur kereta, yang membutuhkan kekuatan dan kekerasan lebih dari BKR
Baja Karbon Tinggi, lebih dari 0,6 %
Dipakai pada bagian mesin yang memerlukan kekuatan dan kekerasan yang lebih besar spt: Alat potong, kabel, pegas, kelep dll.
EFEK UNSUR PEMADU DALAM BAJA
1. Boron, memperbaiki hardenability dengan tanpa merubah
sifat mampu mesin (machinability) dan mampu bentuk
(formability) baja.
2. Calcium, berguna untuk men-deoxidasi baja shg dpt
mengurangi porositas, memperbaiki thpughness, dan
memperbaiki machinability dan formability.
3. Carbon, memperbaiki sifat mampu keras (hardenability),
kekuatan, kekerasan dan ketahanan aus, namun
mengurangi ductility, weldability dan toughness.
4. Cerium, men-deoxidasi baja, mengontrol bentuk inklusi
dan memperbaiki toughness pada baja paduan rendah.
5. Chromium, memperbaiki toughness, hardenability, wear ,
ketahanan korosi dan ketahanan pada suhu tinggi.
Meningkatkan kedalaman penetrasi carbon pada proses
carburisasi.
6. Cobalt, memperbaiki kekuatan dan kekerasan pada suhu
tinggi.
7. Columbium (Niobium), membuat ukuran2 butiran lebih
halus, memperbaiki kekuatan dan toughness. Menurunkan
temperature transisi dan dapat menurunkan hardenability.
8. Tembaga, memperbaiki ketahanan thd korosi atmosfir.
Berpengaruh thd kualitas permukaan dan karakteristik
kerja panas baja.
9. Timah hitam (lead), memperbaiki machinability.
10. Magnesium, sama efeknya dengan Cerium
11. Mangan, memperbaiki hardenablity, strength, ketahanan
abrasi dan machinability. Men-deoksidasi baja cair,
mengurangi hot-shortness dan mengurangi weldability.
12. Molybdenum, memperbaiki hardenability, ketahanan
aus, toughness, kekuatan suhu tinggi, ketahanan creep
dan hardness. Mengurangi kegetasan akibat tempered.
13. Nickel, memperbaiki kekuatan, toughness dan ketahanan
korosi.
14. Phosphor, memperbaiki kekuatan, hardenability,
ketahanan korosi dan machinability. Mengurangi
ductility dan toughness.
15. Selenium, memperbaiki machinability.
16. Silikon, memperbaiki kekuatan, hardness, ketahanan
korosi, dan konduktifitas listrik. Mengurangi
machinability dan cold-formability.
17. Sulfur, memperbaiki machinability bila dikombinasi
dengan mangan, menurunkan kekuatan impact dan
ductility, menurunkan kualitas permukaan dan
weldability.
18. Tantalum, efeknya sama dengan Columbium.
19. Telurrium, memperbaiki machinability, formability dan
toughness.
20. Titanium, memperbaiki hardenability dan men-
deoksidasi baja.
21. Tungsten, memiliki efek sama dengan Cobalt.
22. Vanadium, memperbaiki kekuatan, toughness, ketahanan
abrasi, dan kekerasan pada suhu tinggi. Mencegah
pertumbuhan butiran pada saat heat treatment.
23. Zirconium, memiliki efek sama seperti Cerium.
Langganan:
Postingan (Atom)