Manufaktur telah didefinisikan secara akurat sebagai aktivitas yang dilakukan dalam konversi "bahan" menjadi "barang." Produk yang sukses dimulai dengan bahan yang sesuai. Anda tidak akan membuat pesawat terbang dari timah atau mobil dari beton — Anda harus mulai dengan bahan yang tepat. Tetapi "bahan" jarang datang dalam bentuk, ukuran, dan jumlah yang tepat untuk penggunaan yang diinginkan. Barang dan komponen harus diproduksi dengan menggunakan bahan-bahan teknik dalam satu atau lebih proses (sering serangkaian operasi) yang akan mengubah bentuk, sifat, atau keduanya. Sebagian besar bahan teknik dapat diklasifikasikan menjadi: (1) logam, (2) keramik, (3) polimer, dan (4) komposit. Keempatnya memiliki sifat kimiawi, sifat mekanik dan sifat fisik yang berbeda-beda, dan perbedaan ini yang mempengaruhi proses pembuatan suatu barang. Pada prinsipnya, masing-masing bahan dapat berbentuk benda padat, cair, atau gas, tergantung pada suhu dan tekanan. Pada suhu kamar dan tekanan atmosfer (1 atm), masing-masing memiliki fase alami seperti besi (Fe) adalah padatan, merkuri (Hg) adalah cairan, dan nitrogen (N) adalah gas. Logam diklasifikasikan ke dalam dua kelompok utama: (1) Ferrous – unsur dasarnya besi; dan (2) nonferrous — tanpa unsur dasar besi. Kelompok Ferrous dapat dibagi lagi menjadi baja dan besi. A. SIFAT MEKANIK Sifat mekanik suatu material menentukan perilakunya ketika mengalami tekanan mekanik. Sifat-sifat ini termasuk modulus elastis, keuletan, kekerasan, dan berbagai ukuran kekuatan lainnya. Sifat mekanik penting dalam desain karena fungsi dan kinerja suatu produk tergantung pada kapasitasnya untuk menahan deformasi (perubahan bentuk) saat digunakan di bawah tegangan. Ada tiga jenis tegangan statis dimana bahan dapat dikenakan: tarik, tekan, dan geser. Tegangan tarik cenderung untuk meregangkan material, tegangan tekan cenderung untuk menghimpitkan, dan geser melibatkan tegangan yang cenderung menyebabkan bagian material yang berdekatan dapat bergeser satu sama lain. Jika suatu beban, diberikan pada batang melintang dengan panjang (L), seperti pada gambar, batang akan memanjang. Untuk beban tertentu, besarnya perpanjangan, tergantung pada panjang awal batang. Selisih panjang per satuan panjang, dinyatakan sebagai satuan regangan (Strain) atau elongasi. 𝑒 = ∆𝐿⁄𝐿 Tegangan (Stress) didefinisikan sebagai gaya atau beban (W) yang ditransmisikan dibagi dengan luas penampang (A) yang menerima beban. 𝑆 = 𝑊/𝐴 Hubungan antara tegangan dan regangan dapat dijelaskan melalui suatu kurva seperti gambar di bawah ini. Pada gambar di atas dapat dilihat bahwa hubungan awal tegangan dan regangan adalah linear. Daerah ini disebut dengan zona deformasi elastis suatu bahan. Deformasi elastis adalah perubahan bahan ke bentuk semula saat beban ditiadakan. Hubungan linear ini akan mencapai titik tertentu yang disebut dengan batas proporsional. Pada zona deformasi elastis tersebut berlaku hukum Hooke, yang menyatakan bahwa regangan berbanding lurus dengan tegangan. Rasio tegangan terhadap regangan, dikenal sebagai modulus Young atau modulus elastisitas. Sebagai ukuran kekakuan, hal ini menunjukkan kemampuan suatu bahan untuk menahan defleksi atau peregangan saat diberi beban. Ketika tegangan semakin meningkat, akhirnya tercapai titik di mana bahan mulai pada kondisi “menyerah” (yield point). Titik yield ini dapat diidentifikasi dalam gambar dengan perubahan kemiringan di ujung garis liniear. Titik yield adalah karakteristik kekuatan material, dan oleh karena itu sering disebut sebagai kekuatan luluh (batas elastis). Titik yield menandai transisi dari zona deformasi elastis ke zona deformasi plastis. Pada zona deformasi plastis, tidak berlaku lagi hukum Hooke. Ketika beban meningkat diatas nilai titik yield, perpanjangan bahan terus berlanjut, tetapi dengan laju yang lebih cepat dari sebelumnya, menyebabkan kemiringan kurva berubah seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Perpanjangan (elongasi) juga disertai dengan pengurangan luas penerimaan beban pada volume konstan. Akhirnya pada kurva tegangan dan regangan, beban akan mulai menurun, dan bahan uji biasanya memulai proses perpanjangan lokal yang dikenal sebagai “necking”. Regangan juga menjadi terkonsentrasi pada satu bagian kecil. Bagian itu menyempit (leher) secara signifikan sampai kegagalan terjadi. Tegangan yang dihitung segera sebelum kegagalan terjadi dikenal sebagai tegangan patah. B. SIFAT FISIK Sifat fisik dapat didefinisikan sebagai suatu perilaku bahan sebagai respons terhadap kekuatan fisik. Termasuk sifat volumetrik, termal, listrik, dan elektrokimia. Komponen dalam suatu produk harus melakukan lebih dari sekadar menahan tegangan mekanik. Sifat fisik menjadi hal yang penting dalam proses pembuatan karena sering mempengaruhi kinerja proses. Sebagai contoh, sifat termal dari suatu bahan dalam proses pemesinan akan menentukan suhu pemotongan dan berdampak pada berapa lama alat dapat digunakan sebelum mengalami kegagalan. Sifat mekanik suatu bahan dapat berubah karena adanya variasi suhu. Selain hal tersebut, ada beberapa sifat termal yang juga harus dipertimbangkan. Kapasitas panas (specific heat) suatu bahan adalah jumlah energi yang harus ditambahkan atau dihilangkan dari massa bahan tertentu untuk menghasilkan perubahan suhu sebesar 1°. Sifat ini sangat penting dalam proses seperti pengecoran logam (casting), di mana panas harus dihilangkan dengan cepat untuk mempercepat proses solidifikasi. Konduktivitas termal mengukur laju perpindahan panas melalui suatu bahan. Perlu diingat untuk bahan logam, konduktivitas termal berbanding lurus dengan konduktivitas listrik. Logam seperti tembaga, emas, dan aluminium yang memiliki konduktivitas listrik yang baik juga merupakan penghantar energi termal yang baik. Ekspansi termal adalah sifat termal penting lainnya. Sebagian besar bahan akan memuai (ekspansi) saat dipanaskan dan mengkerut (kontraksi) saat pendinginan dengan jumlah ekspansi atau kontraksi yang bervariasi. Untuk bahan yang dikerjakan pada suhu kamar tetapi dipakai pada suhu yang lebih tinggi, perlu disesuaikan dimensi barang yang diproduksi untuk mengimbangi perubahan selanjutnya. Logam adalah jenis bahan teknik yang umumnya memiliki sifat keuletan, kelenturan, berkilau, dan konduktivitas listrik dan termal yang tinggi. Beberapa keuntungan yang dimiliki oleh bahan logam adalah: 1. Kekakuan dan kekuatan tinggi. Logam dapat dicampur untuk meningkatkan kekakuan, kekuatan, dan kekerasan yang tinggi, sehingga sesuai untuk dijadikan sebagian besar produk rekayasa. 2. Kekerasan. Logam memiliki kapasitas untuk menyerap energi lebih baik dibandingkan bahanbahan lainnya. 3. Konduktivitas listrik yang baik. Logam adalah konduktor karena ikatan logamnya yang memungkinkan pergerakan bebas elektron sebagai pembawa muatan. 4. Konduktivitas termal yang baik. Ikatan logam juga menjelaskan mengapa logam umumnya memindahkan panas lebih baik dari bahan keramik atau polimer. Bahan logam dikonversi menjadi barang menggunakan berbagai proses pembuatan. Bentuk awal logam berbeda, tergantung pada prosesnya. Kategori utama adalah (1) logam cor, di mana bentuk awalnya adalah pengecoran; (2) logam tempa, tempat logam telah dikerjakan atau dapat dikerjakan (mis. Digulung atau dibentuk lain) setelah pengecoran; sifat mekanik yang lebih baik umumnya dikaitkan dengan logam tempa dibandingkan dengan logam cor; dan (3) logam bubuk, di mana logam dibeli dalam bentuk bubuk yang sangat kecil untuk dikonversi menjadi bagian-bagian menggunakan teknik metalurgi bubuk. Kebanyakan logam tersedia dalam ketiga bentuk.