LAPORAN
PRAKTIKUM LOGAM
DISUSUN OLEH :
Febri Ardi Candra ( 14.1.03.01.0036 )
KELAS 3-D
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NUSANTARA PGRI KEDIRI
2017
TUJUAN PRAKTIKUM
Mengetahui dan memahami sifat–sifat mekanik material.
Mengetahui dan memahami hubungan antara sifat–sifat mekanik material.
Mengetahui dan memahami pengujian material.
Dapat membaca, memahami dan mengintepretasikan hasil pengujian sifat-sifat mekanik.
Mengetahui dan memahami aplikasi pengujian material.
Mengetahui dan memahami manfaat atau kegunaan dari sifat–sifat mekanik material.
Mengetahui, memahami dan dapat melakukan uji tarik yang benar pada suatu material.
Mengetahui sifat-sifat mekanik yang didapat dari pengujian tarik.
Menentukan energi yang dapat diserap logam terhadap beban yang mendadak.
Mengetahui pengaruh temperature terhadap ketahanan impact.
Untuk mengetahui ketahanan indentasi pada suatu material.
Untuk mengetahui nilai kekerasan material melalui hasil pengujian pada metode Rockwell, Vickers, dan brinnel.
Untuk mengetahui hubungan antara kekrasan dan kekuatan material.
DASAR TEORI
PENGUJIAN MATERIAL
Terdapat dua cara untuk menguji sebuah material. Pertama adalah dengan menggunakan destructive test dan non–destructive test.
Untuk praktikum Metalurgi 1 jenis pengujian yang dijalankan adalah destructive test. Terdapat macam – macam pengujian merusak, tetapi untuk praktikum kali ini pengujian yang dilakukan hanya tiga yaitu, TENSILE TEST, IMPACT TEST, dan HARDNESS TEST
Tensile Test
Tensile test adalah suatu metode yang digunakan untuk menguji kekuatan suatu bahan/material dengan cara memberikan beban gaya yang sesumbu [Askeland, 1985]. Hasil yang didapatkan dari pengujian tarik sangat penting untuk rekayasa teknik dan desain produk karena mengahsilkan data kekuatan material. Pengujian uji tarik digunakan untuk mengukur ketahanan suatu material terhadap gaya statis yang diberikan secara lambat.
Gambar 1. Mesin uji tarik dilengkapi spesimen ukuran standar.
Seperti pada gambar 1 benda yang di uji tarik diberi pembebanan pada kedua arah sumbunya. Pemberian beban pada kedua arah sumbunya diberi beban yang sama besarnya.
Pengujian tarik adalah dasar dari pengujian mekanik yang dipergunakan pada material. Dimana spesimen uji yang telah distandarisasi, dilakukan pembebanan uniaxial sehingga spesimen uji mengalami peregangan dan bertambah panjang hingga akhirnya patah. Pengujian tarik relatif sederhana, murah dan sangat terstandarisasi dibanding pengujian lain. Hal-hal yang perlu diperhatikan agar penguijian menghasilkan nilai yang valid adalah; bentuk dan dimensi spesimen uji, pemilihan grips dan lain-lain.
Bentuk dan Dimensi Spesimen uji
Spesimen uji harus memenuhi standar dan spesifikasi dari ASTM E8 atau D638. Bentuk dari spesimen penting karena kita harus menghindari terjadinya patah atau retak pada daerah grip atau yang lainnya. Jadi standarisasi dari bentuk spesimen uji dimaksudkan agar retak dan patahan terjadi di daerah gage length.
Grip and Face Selection
Face dan grip adalah faktor penting. Dengan pemilihan setting yang tidak tepat, spesimen uji akan terjadi slip atau bahkan pecah dalam daerah grip (jaw break). Ini akan menghasilkan hasil yang tidak valid. Face harus selalu tertutupi di seluruh permukaan yang kontak dengan grip. Agar spesimen uji tidak bergesekan langsung dengan face.
Beban yang diberikan pada bahan yang di uji ditransmisikan pada pegangan bahan yang di uji. Dimensi dan ukuran pada benda uji disesuaikan dengan estándar baku pengujian.
Gambar 2. Dimensi dan ukuran spesimen untuk uji tarik
Kurva tegangan-regangan teknik dibuat dari hasil pengujian yang didapatkan.
Gambar 3. Contoh kurva uji tarik
Tegangan yang digunakan pada kurva adalah tegangan membujur rata-rata dari pengujian tarik. Tegangan teknik tersebut diperoleh dengan cara membagi beban yang diberikan dibagi dengan luas awal penampang benda uji. Dituliskan seperti dalam persamaan 2.1 berikut:
Keterangan ;
s : besarnya tegangan (kg/mm2)
P : beban yang diberikan (kg)
A0 : Luas penampang awal benda uji (mm2)
Regangan yang digunakan untuk kurva tegangan-regangan teknik adalah regangan linier rata-rata, yang diperoleh dengan cara membagi perpanjangan yang dihasilkan setelah pengujian dilakukan dengan panjang awal. Dituliskan seperti dalam persamaan 2.2 berikut.
Keterangan :
e : Besar regangan
L : Panjang benda uji setelah pengujian (mm)
Lo : Panjang awal benda uji (mm)
Bentuk dan besaran pada kurva tegangan-regangan suatu logam tergantung pada komposisi, perlakuan panas, deformasi plastik, laju regangan, temperatur dan keadaan tegangan yang menentukan selama pengujian. Parameter-parameter yang digunakan untuk menggambarkan kurva tegangan-regangan logam adalah kekuatan tarik, kekuatan luluh atau titik luluh, persen perpanjangan dan pengurangan luas. Dan parameter pertama adalah parameter kekuatan, sedangkan dua yang terakhir menyatakan keuletan bahan.
Bentuk kurva tegangan-regangan pada daerah elastis tegangan berbanding lurus terhadap regangan. Deformasi tidak berubah pada pembebanan, daerah remangan yang tidak menimbulkan deformasi apabila beban dihilangkan disebut daerah elastis. Apabila beban melampaui nilai yang berkaitan dengan kekuatan luluh, benda mengalami deformasi plastis bruto. Deformasi pada daerah ini bersifat permanen, meskipun bebannya dihilangkan. Tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan deformasi plastis akan bertambah besar dengan bertambahnya regangan plastik.
Pada tegangan dan regangan yang dihasilkan, dapat diketahui nilai modulus elastisitas. Persamaannya dituliskan dalam persamaan
Keterangan ;
E : Besar modulus elastisitas (kg/mm2),
e : regangan
σ : Tegangan (kg/mm2)
Pada mulanya pengerasan regang lebih besar dari yang dibutuhkan untuk mengimbangi penurunan luas penampang lintang benda uji dan tegangan teknik (sebanding dengan beban F) yang bertambah terus, dengan bertambahnya regangan. Akhirnya dicapai suatu titik di mana pengurangan luas penampang lintang lebih besar dibandingkan pertambahan deformasi beban yang diakibatkan oleh pengerasan regang. Keadaan ini untuk pertama kalinya dicapai pada suatu titik dalam benda uji yang sedikit lebih lemah dibandingkan dengan keadaan tanpa beban. Seluruh deformasi plastis berikutnya terpusat pada daerah tersebut dan benda uji mulai mengalami penyempitan secara lokal. Karena penurunan luas penampang lintang lebih cepat daripada pertambahan deformasi akibat pengerasan regang, beban sebenarnya yang diperlukan untuk mengubah bentuk benda uji akan berkurang dan demikian juga tegangan teknik pada persamaan (1) akan berkurang hingga terjadi patah.
Dari kurva uji tarik yang diperoleh dari hasil pengujian akan didapatkan beberapa sifat mekanik yang dimiliki oleh benda uji, sifat-sifat tersebut antara lain [Dieter, 1993]:
Kekuatan tarik 5. Kelentingan dari suatu material
Kuat luluh dari material 6. Ketangguhan.
Keuletan dari material
Modulus elastic dari material
1.1 Kekuatan Tarik
Kekuatan yang biasanya ditentukan dari suatu hasil pengujian tarik adalah kuat luluh (Yield Strength) dan kuat tarik (Ultimate Tensile Strength). Kekuatan tarik atau kekuatan tarik maksimum (Ultimate Tensile Strength / UTS), adalah beban maksimum dibagi luas penampang lintang awal benda uji.
Keterangan,
Su = Kuat tarik
Pmaks = Beban maksimum
A0 = Luas penampang awal
Untuk logam-logam yang liat kekuatan tariknya harus dikaitkan dengan beban maksimum dimana logam dapat menahan sesumbu untuk keadaan yang sangat terbatas.
Tegangan tarik adalah nilai yang paling sering dituliskan sebagai hasil suatu uji tarik, tetapi pada kenyataannya nilai tersebut kurang bersifat mendasar dalam kaitannya dengan kekuatan bahan. Untuk logam-logam yang liat kekuatan tariknya harus dikaitkan dengan beban maksimum, di mana logam dapat menahan beban sesumbu untuk keadaan yang sangat terbatas. Akan ditunjukkan bahwa nilai tersebut kaitannya dengan kekuatan logam kecil sekali kegunaannya untuk tegangan yang lebih kompleks, yakni yang biasanya ditemui. Untuk berapa lama, telah menjadi kebiasaan mendasarkan kekuatan struktur pada kekuatan tarik, dikurangi dengan faktor keamanan yang sesuai. Kecenderungan yang banyak ditemui adalah menggunakan pendekatan yang lebih rasional yakni mendasarkan rancangan statis logam yang liat pada kekuatan luluhnya. Akan tetapi, karena jauh lebih praktis menggunakan kekuatan tarik untuk menentukan kekuatan bahan, maka metode ini lebih banyak dikenal, dan merupakan metode identifikasi bahan yang sangat berguna, mirip dengan kegunaan komposisi kimia untuk mengenali logam atau bahan. Selanjutnya, karena kekuatan tarik mudah ditentukan dan merupakan sifat yang mudah dihasilkan kembali (reproducible). Kekuatan tersebut berguna untuk keperluan spesifikasi dan kontrol kualitas bahan. Korelasi empiris yang diperluas antara kekuatan tarik dan sifat-sifat bahan misalnya kekerasan dan kekuatan lelah, sering dipergunakan. Untuk bahan-bahan yang getas, kekuatan tarik merupakan kriteria yang tepat untuk keperluan perancangan. Tegangan di mana deformasi plastik atau batas luluh mulai teramati tergantung pada kepekaan pengukuran regangan. Sebagian besar bahan mengalami perubahan sifat dari elastik menjadi plastik yang berlangsung sedikit demi sedikit, dan titik di mana deformasi plastik mulai terjadi dan sukar ditentukan secara teliti. Telah digunakan berbagai kriteria permulaan batas luluh yang tergantung pada ketelitian pengukuran regangan dan data-data yang akan digunakan.
Batas elastik sejati berdasarkan pada pengukuran regangan mikro pada skala regangan 2 X 10-6 inci/inci. Batas elastik nilainya sangat rendah dan dikaitkan dengan gerakan beberapa ratus dislokasi.
Batas proporsional adalah tegangan tertinggi untuk daerah hubungan proporsional antara tegangan-regangan. Harga ini diperoleh dengan cara mengamati penyimpangan dari bagian garis lurus kurva tegangan-regangan.
Batas elastik adalah tegangan terbesar yang masih dapat ditahan oleh bahan tanpa terjadi regangan sisa permanen yang terukur pada saat beban telah ditiadakan. Dengan bertambahnya ketelitian pengukuran regangan, nilai batas elastiknya menurun hingga suatu batas yang sama dengan batas elastik sejati yang diperoleh dengan cara pengukuran regangan mikro. Dengan ketelitian regangan yang sering digunakan pada kuliah rekayasa (10-4 inci/inci), batas elastik lebih besar daripada batas proporsional. Penentuan batas elastik memerlukan prosedur pengujian yang diberi beban-tak diberi beban (loading-unloading) yang membosankan.
1.2 Kekuatan luluh (yield strength)
Salah satu kekuatan yang biasanya diketahui dari suatu hasil pengujian tarik adalah kuat luluh (Yield Strength). Kekuatan luluh ( yield strength) merupakan titik yang menunjukan perubahan dari deformasi elastis ke deformasi plastis [Dieter, 1993]. Besar tegangan luluh dituliskan seperti pada persamaan 2.4, sebagai berikut.
Keterangan :
Ys : Besarnya tegangan luluh (kg/mm2)
Py : Besarnya beban di titik yield (kg)
Ao : Luas penampang awal benda uji (mm2)
Tegangan di mana deformasi plastis atau batas luluh mulai teramati tergantung pada kepekaan pengukuran regangan. Sebagian besar bahan mengalami perubahan sifat dari elastik menjadi plastis yang berlangsung sedikit demi sedikit, dan titik di mana deformasi plastis mulai terjadi dan sukar ditentukan secara teliti.
Kekuatan luluh adalah tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah kecil deformasi plastis yang ditetapkan. Definisi yang sering digunakan untuk sifat ini adalah kekuatan luluh ditentukan oleh tegangan yang berkaitan dengan perpotongan antara kurva tegangan-regangan dengan garis yang sejajar dengan elastis ofset kurva oleh regangan tertentu. Di Amerika Serikat offset biasanya ditentukan sebagai regangan 0,2 atau 0,1 persen (e = 0,002 atau 0,001)
Cara yang baik untuk mengamati kekuatan luluh offset adalah setelah benda uji diberi pembebanan hingga 0,2% kekuatan luluh offset dan kemudian pada saat beban ditiadakan maka benda ujinya akan bertambah panjang 0,1 sampai dengan 0,2%, lebih panjang daripada saat dalam keadaan diam. Tegangan offset di Britania Raya sering dinyatakan sebagai tegangan uji (proff stress), di mana harga ofsetnya 0,1% atau 0,5%. Kekuatan luluh yang diperoleh dengan metode ofset biasanya dipergunakan untuk perancangan dan keperluan spesifikasi, karena metode tersebut terhindar dari kesukaran dalam pengukuran batas elastik atau batas proporsional.
1.3 Pengukuran Keliatan (keuletan)
Keuleten adalah kemampuan suatu bahan sewaktu menahan beban pada saat diberikan penetrasi dan akan kembali ke baentuk semula.Secara umum pengukuran keuletan dilakukan untuk memenuhi kepentingan tiga buah hal [Dieter, 1993]:
Untuk menunjukan elongasi di mana suatu logam dapat berdeformasi tanpa terjadi patah dalam suatu proses suatu pembentukan logam, misalnya pengerolan dan ekstrusi.
Untuk memberi petunjuk secara umum kepada perancang mengenai kemampuan logam untuk mengalir secara pelastis sebelum patah.
Sebagai petunjuk adanya perubahan permukaan kemurnian atau kondisi pengolahan
1.4 Modulus Elastisitas
Modulus Elastisitas adalah ukuran kekuatan suatu bahan akan keelastisitasannya. Makin besar modulus, makin kecil regangan elastik yang dihasilkan akibat pemberian tegangan.Modulus elastisitas ditentukan oleh gaya ikat antar atom, karena gaya-gaya ini tidak dapat dirubah tanpa terjadi perubahan mendasar pada sifat bahannya. Maka modulus elastisitas salah satu sifat-sifat mekanik yang tidak dapat diubah. Sifat ini hanya sedikit berubah oleh adanya penambahan paduan, perlakuan panas, atau pengerjaan dingin.
Secara matematis persamaan modulus elastic dapat ditulis sebagai berikut.
Dimana, s = tegangan
ε = regangan
Tabel 1 Harga modulus elastisitas pada berbagai suhu [Askeland, 1985]
1.5 Kelentingan (resilience)
Kelentingan adalah kemampuan suatu bahan untuk menyerap energi pada waktu berdeformasi secara elastis dan kembali kebentuk awal apabila bebannya dihilangkan [Dieter, 1993]. Kelentingan biasanya dinyatakan sebagai modulus kelentingan, yakni energi regangan tiap satuan volume yang dibutuhkan untuk menekan bahan dari tegangan nol hingga tegangan luluh σo. Energi regangan tiap satuan volume untuk beban tarik satu sumbu adalah :
Uo = ½ σxеx
Dari definisi diatas, modulus kelentingan adalah :
Persamaan ini menunjukan bahwa bahan ideal untuk menahan beban energi pada pemakaian di mana bahan tidak mengalami deformasi permanen, misal pegas mekanik, adalah data bahan yang memiliki tegangan luluh tinggi dan modulus elastisitas rendah.
1.6 Ketangguhan (Toughness)
Ketangguhan (Toughness) adalah kemampuan menyerap energi pada daerah plastik. Pada umumnya ketangguhan menggunakan konsep yang sukar dibuktikan atau didefinisikan. Salah satu menyatakan ketangguhan adalah meninjau luas keseluruhan daerah di bawah kurva tegangan-regangan. Luas ini menunjukan jumlah energi tiap satuan volume yang dapat dikenakan kepada bahan tanpa mengakibatkan pecah. Ketangguhan (S0) adalh perbandingan antara kekuatan dan kueletan. Persamaan sebagai berikut.
UT ≈ su ef
atau
Untuk material yang getas
Keterangan; UT : Jumlah unit volume
Tegangan patah sejati adalah beban pada waktu patah, dibagi luas penampang lintang. Tegangan ini harus dikoreksi untuk keadaan tegangan tiga sumbu yang terjadi pada benda uji tarik saat terjadi patah. Karena data yang diperlukan untuk koreksi seringkali tidak diperoleh, maka tegangan patah sejati sering tidak tepat nilai
Impact Test
Pengujian ini berguna untuk melihat efek-efek yang ditimbulkan oleh adanya takikan, bentuk takikan, temperatur, dan faktor-faktor lainnya. Impact test bisa diartikan sebagai suatu tes yang mengukur kemampuan suatu bahan dalam menerima beban tumbuk yang diukur dengan besarnya energi yang diperlukan untuk mematahkan spesimen dengan ayunan sebagaimana ditunjukkan pada gambar 1.1
Gambar 1.1. Mesin Uji Impact
Bandul dengan ketinggian tertentu berayun dan memukul spesimen. Berkurangnya energi potensial dari bandul sebelum dan sesudah memukul benda uji merupakan energi yang diserap oleh spesimen.
Gambar 1.2. Sketsa Perhitungan Energi Impact Teoritis
Besarnya energi impact (joule) dapat dilihat pada skala mesin penguji. Sedangkan besarya energi impact dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
Eo =W.ho……...............…....(1)
E1 = W.h1……….................(2)
∆E = Eo -E1 = W (ho- h1)…...(3)
dari gambar 1.2 didapatkan
ho = ℓ - ℓcos α
= ℓ (1 - cos α)…...........…(4)
h1 = ℓ - ℓcos β
= ℓ (1 - cos β)….............,.(5)
dengan subtitusi persamaan 4 dan 5 pada 3 di dapatkan :
∆E = W ℓ( cos β - cos α )......……… (6)
dimana:
Eo = Energi awal (J)
E1 = Energi akhir (J)
W = Berat bandul (N)
ho = Ketinggian bandul sebelum dilepas (m)
h1 = Ketinggian bandul setelah dilepas (m)
ℓ = panjang lengan bandul (m)
α = sudut awal (o)
β = sudut akhir (o)
Untuk mengetahui kekuatan impact /impact strength (Is) maka energi impact tersebut harus dibagi dengan luas penampang efektif spesimen (A) sehingga :
Is = ∆E/A
= W ℓ( cos β - cos α )……… (7)
Pada suatu konstruksi, keberadaan takik atau nocth memegang peranan yang amat berpengaruh terhadap kekuatan impact. Adanya takikan pada kerja yang salah seperti diskotinuitas pada pengelasan, atau korosi lokal bisa bersifat sebagai pemusat tegangan (stress concentration). Adanya pusat tegangan ini dapat menyebabkan material brittle (getas), sehingga patah pada beban di bawah yield strength.
Ada tiga macam bentuk takikan pada pengujian impact yakni takikan type A (V), type B (key hole) dan type C (U) sebagaimana ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
Gambar 1.3 Macam-macam Bentuk Takikan Pada Spesimen Uji Impact.
(a) Bentuk V, (b) Bentuk U, (c) Bentuk key hole
Fracture atau kepatahan pada suatu material dapat digolongkan sebagai brittle (getas) atau ductile (ulet). Suatu material yang mengalami kepatahan tanpa mengalami deformasi plastis dikatakan patah secara brittle. Sedangkan apabila kepatahan didahului dengan suatu deformasi plastis dikatakan mengalami ductile Fracture. Material yang mengalami brittle Fracture hanya mampu menahan energi yang kecil saja sebelum mengalami kepatahan. Perbedaan permukaan kedua jenis patahan sebagaimana ditunjukkan pada gambar dibawah ini :
Gambar 1.4 Pola Patahan Pada Penampang Specimen Uji Impact
1.3. Metode Pengujian Impact
Metode pengujian impact dibedakan menjadi 2 macam yaitu :
a) Metode Charpy
Gambar 1.5. Metode Charpy
Pada metode sebagaimana ditunjukkan pada gambar1.5.a, spesimen diletakkan mendatar dan kedua ujung spesimen ditumpu pada suatu landasan. Letak takikan (notch) tepat ditengah dengan arah pemukulan dari belakang takikan. Biasanya metode ini digunakan di Amerika dan banyak negara yang lain termasuk Indonesia.
b) Metode izod
Gambar 1.6. Metode Izod
Pada metode ini sebagaimana ditunjukkan pada gambar 1.5.b, spesimen dijepit pada salah satu ujungnya dan diletakkan tegak. Arah pemukulan dari depan takikan. Biasanya metode ini digunakan di Negara Inggris.
1.4 Temperatur Transisi
Kemampuan suatu material untuk menahan energi impact sangat dipengaruhi oleh temperatur kerja. Pengaruh temperatur terhadap kekuatan impact setiap jenis material berbeda-beda.Baja karbon merupakan salah satu contoh logam yang kekuatan impactnya turun drastis bila berada pada temperatur yang sangat dingin (±1000 C). Sebaliknya aluminium adalah contoh logam yang masih mempunyai kekuatan impact yang cukup tinggi pada temperatur yang sangat dingin tersebut. Pada umumnya kenaikan temperatur akan meningkatkan kekuatan impact logam, sedangkan penurunan temperatur akan menurunkan kekuatan impactnya.
Diantara kedua kekuatan impact yang ekstrim tersebut ada suatu titik temperatur yang merupakan transisi dari kedua titik ekstrim tersebut yakni suatu temperatur yang menunjukkan perubahan sifat material dari ductile menjadi brittle. Titik temperatur tersebut disebut ‘temperatur transisisi’.
Gambar 1.7. Grafik Temperatur Transisi
Ada lima criteria penentuan temperature transisi seperti yang telah ditunjukkan oleh gambar di atas, yaitu :
T1 adalah temperature transisi yang diperolehdari temperature suatu material pada saat material tersebut bersifat 100% ductile menuju ductile-brittle. Suhu transisi ini sering disebut dengan Fracture temperature plastic (FTP).
T2 adalah temperature transisi suatu material pada saat fracture appearance berada pada 50% ductile – 50 % brittle.
T3 adalah criteria temperature transisi yang diperoleh dari rumus :
Is taransisi = (Is maximum + Is minimum) / 2
T4 adalah temperature transisi yang diperoleh pada saat material dari sifat ductile - brittle menu brittle setelah melewati Cv = 15 ft-lb.
T5 adalah temperature transisi yang diperoleh pada saat material bersifat ductile – brittle menuju brittle 100%. Temperatur ini disebut dengan nil ductility temperature (NDT)
HARDNESS TEST
Kekerasan (Hardness) adalah salah satu sifat mekanik (Mechanical
properties) dari suatu material. Kekerasan suatu material harus diketahui
khususnya untuk material yang dalam penggunaanya akan mangalami pergesekan
(frictional force) dan deformasi plastis. Deformasi plastis sendiri suatu keadaan
dari suatu material ketika material tersebut diberikan gaya maka struktur mikro
dari material tersebut sudah tidak bisa kembali ke bentuk asal artinya material
tersebut tidak dapat kembali ke bentuknya semula. Lebih ringkasnya kekerasan
didefinisikan sebagai kemampuan suatu material untuk menahan beban identasi
atau penetrasi (penekanan).
Mengapa diperlukan pengujian kekerasan?
Di dalam aplikasi manufaktur, material dilakukan pengujian dengan dua pertimbangan yaitu untuk mengetahui karakteristik suatu material baru dan melihat mutu untuk memastikan suatu material memiliki spesifikasi kualitas tertentu. Didunia teknik, umumnya pengujian kekerasan menggunakan 4 macam metode pengujian kekerasan, yakni :
Brinnel (HB / BHN)
Pengujian kekerasan dengan metode Brinnel bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap
bola baja (identor) yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut (spesimen). Idealnya, pengujian Brinnel diperuntukan untuk material
yang memiliki permukaan yang kasar dengan uji kekuatan berkisar 500-3000 kgf. Identor (Bola baja) biasanya telah dikeraskan dan diplating
atau pun terbuat dari bahan Karbida Tungsten.
Uji kekerasan brinnel dirumuskan dengan :
Rockwell (HR / RHN)
Pengujian kekerasan dengan metode Rockwell bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap indentor berupa bola baja ataupun kerucut intan yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut.
Untuk mencari besarnya nilai kekerasan dengan menggunakan metode Rockwell dijelaskan pada gambar 4, yaitu pada langkah 1 benda uji ditekan oleh indentor dengan beban minor (Minor Load F0) setelah itu ditekan dengan beban mayor (major Load F1) pada langkah 2, dan pada langkah 3 beban mayor diambil
sehingga yang tersisa adalah minor load dimana pada kondisi 3 ini indentor ditahan seperti kondisi pada saat total load F yang terlihat pada Gambar 4.
Besarnya minor load maupun major load tergantung dari jenis material yang akan di uji, jenis-jenisnya bisa dilihat pada Tabel 1.
Dibawah ini merupakan rumus yang digunakan untuk mencari besarnya kekerasan dengan metode Rockwell.
Dimana :
F0 = Beban Minor(Minor Load) (kgf)
F1 = Beban Mayor(Major Load) (kgf)
F = Total beban (kgf)
e = Jarak antara kondisi 1 dan kondisi 3 yang dibagi dengan 0.002 mm
E = Jarak antara indentor saat diberi minor load dan zero reference line yang
untuk tiap jenis indentor berbeda-beda yang bias dilihat pada table 1
HR = Besarnya nilai kekerasan dengan metode hardness
Tabel dibawah ini merupakan skala yang dipakai dalam pengujian Rockwell skala dan range uji dalam skala Rockwell.
Vikers (HV / VHN)
Pengujian kekerasan dengan metode Vickers bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam yaitu daya tahan material terhadap indentor intan yang cukup kecil dan mempunyai bentuk geometri berbentuk piramid seperti ditunjukkan pada gambar 3. Beban yang dikenakan juga jauh lebih kecil dibanding dengan pengujian rockwell dan brinel yaitu antara 1 sampai 1000 gram.
Angka kekerasan Vickers (HV) didefinisikan sebagai hasil bagi (koefisien) dari beban uji (F) dengan luas permukaan bekas luka tekan (injakan) dari
indentor(diagonalnya) (A) yang dikalikan dengan sin (136°/2).
Rumus untuk menentukan besarnya nilai kekerasan dengan metode vikers yaitu :
Dimana,
HV = Angka kekerasan Vickers
F = Beban (kgf)
d = diagonal (mm)
METODE PERCOBAAN
TENSILE TEST
Spesimen
Baja AISI 1040
Aluminium Alloy 2024
Standarisasi (Spesimen dan Pengujian)
Spesimen uji sesuai standar JIS Z 2201
Metode Pengujian berdasarkan standar JIS Z 2241
Peralatan
Mesin Tarik Wolfert Tensile-Bending dengan kapasitas maksimal 300 kg
Jangka Sorong dengan ketelitian 0.1 mm
Milimeter block
Marker
Prosedur
Catat data mesin tarik.
Ukur Dimensi spesimen (Panjang spesimen awal, gauge length awal,diameter awal, luas spesimen awal) dengan menghitung nilai rata-rata dari tiga kali pengukuran.
Sebelum spesimen dipasang pada mesin tarik, buatlah grip pada plain end (shouldered end, threaded end, pin end, dan weld end) agar pada saat ditarik spesimen tidak mengalami slip.
Spesimen dipasang pada penjepit
Atur skala pembebanan.
Kertas grafik dan pena di pasang.
Pemberian pembebanan
Selama penarikan perhatikan perubahan yang terjadi pada spesimen maupun grafik.(besarnya) beban yield, perpanjangan saat yield, beban maksimum, perpanjangan saat beban maksimum, beban saat patah, dan perpanjangan saat patah)
Setelah patah, spesimen dilepas dari penjepit.
Kedua bagian spesimen yang patah digabung kembali, kemudian ukur dan catat dimensi spesimen setelah patah (Panjang spesimen akhir, gauge length,diameter akhir, luas spesimen akhir, yield strength, elongation, reduction area)
IMPACT TEST
Spesimen
ASTM A131
Standarisasi ( Spesimen dan Pengujian )
Metode pengujian dan spesimen berdasarkan standar JIS Z 2242
Variabel Percobaan
-20°
25°
100°
Peralatan
Mesin merk FRANK type 580 M
Dry ice
Gergaji besi
Es batu
Water heater
Air (aquades)
Jangka sorong
Stopwatch
Prosedur
Percobaan ini di lakukan pada kondisi temperature -20°, 25°dan 100°
Ukur dimensi spesimen (panjang, lebar dan tebal) sampai tiga kali
Untung menghitung energi secara teoritis seperti yang telah di rumuskan dalam hokum kekekalan tenaga, maka terkebih dahulu harus di hitung panjang batang bandul (l) dan berat bandul (W).
Bentuk U notch dengan menggunakan gergaji besi
Letakkan spesimen pada landasan, spesimen diletakkan sesuai dengan metode charpy
Bandul di naikkan setinggi h atau sebesar sudut 156°.
Atur posisi jarum penunjuk skala pada posisi nol.
Bandul di lepas.
Catat sudut akhir bandul dan energi yang di butuhkan untuk mematahkan spesimen.
Hitung energi dan impact strength.
Gambarkan pola patahan dari ketiga variasi temperatur.
HARDNESS TEST
Spesimen
Pin rantai (C15) untuk Rockwell
Kepala baut (SS 316L) untuk Vickers.
Aluminium untuk Brinnel
Standarisasi
Metode pengujian dan spesimen berdasarkan JIS Z 2243 Brinnel.
Metode pengujian dan spesimen berdasarkan JIS Z 2244 Vickers
Metode pengujian dan spesimen berdasarkan JIS Z 2245 Rockwell
Peralatan
Mesin pengujian hardness test Wolfert.
Indentor yang digunakan adalah sebagai berikut:
Kerucut intan untuk Rockwell test.
Intan pyramid (sudut puncak 136°) untuk Vickers hardness test
Bola baja (d=2,5 m) untuk Brinnel hardness test.
Loupe Pengukur
Prosedur
A. Brinnel Hardness Test
Spesimen dibersihkan permukaannya
Indentor bola baja dipasang pada pemegang indentor
Pemegang indentor dipasangkan pada mesin
Beban sebesar 62,5 kP ditempatkan pada mesin
Meja mesin dinaikkan dengan memutar handwheel sehingga penetrasi oleh indentor kepada specimen menunjukkan angka 3 (jarum penunjuk skala kecil). Pada saat ini beban mula mula adalah 10 kgf.
Handle diputar untuk proses indentasi, berarti pembebanan penuh
Setelah handle tidak bergerak lagi, putar kembali handle ke posisi semula
Spesimen dilepas dari mesin uji.
Diameter tapak tekan diukur menggunakan loupe pengukur.
B. Vickers Hardness Test
Spesimen dibersihkan permukaannya
Indentor intan piramid dipasang pada pemegang indentor
Pemegang indentor dipasangkan pada mesin
Beban sebesar 30 kP ditempatkan pada mesin
Meja mesin dinaikkan dengan memutar handwheel sehingga penetrasi oleh indentor kepada specimen menunjukkan angka 3 (jarum penunjuk skala kecil). Pada saat ini beban mula mula adalah 10 kgf.
Handle diputar untuk proses indentasi, berarti pembebanan penuh
Setelah handle tidak bergerak lagi, putar kembali handle ke posisi semula
Spesimen dilepas dari mesin uji
Diagonal tapak tekan diukur menggunakan loupe pengukur.
C. Rockwell Hardness Test
Spesimen dibersihkan permukaannya
Indentor dipasang pada pemegang indentor
Pemegang indentor dipasangkan pada mesin
Beban sebesar 150 kP ditempatkan pada mesin
Meja mesin dinaikkan dengan memutar handwheel sehingga penetrasi oleh indentor kepada specimen menunjukkan angka 3 (jarum penunjuk skala kecil). Pada saat inibeban mula mula adalah 10 kgf.
Handle diputar untuk proses indentasi, berarti pembebanan penuh
Setelah handle tidak bergerak lagi, putar kembali handle ke posisi semula
Nilai kekerasan pada skala utama mesin uji dicatat.
Spesimen dilepas dari mesin uji
HASIL PENGAMATAN
TENSILE TEST
Spesimen I II III
Sebelum Percobaan
Standar pengujian JIS Z 2241 JIS Z 2241 JIS Z 2241
Standar spesimen JIS Z 2201 JIS Z 2201 JIS Z 2201
Panjang spesimen awal (mm) 233,50 244,20 245,85
Gauge length awal,L0 (mm) 76,65 77,90 79,60
Diameter awal,D0 (mm) 9,80 9,70 9,70
Luas spesimen awal,A0 (mm2) 75,79 73,86 73,86
Saat Percobaan
Beban lumer, Py (KN) 274 226
∆L saat yield (mm) 3,6 3,64
Beban maksimum, Pu (KN) 38,4 35,6 462
∆L saat patah (mm) 36,9 36,48
Sesudah Percobaan
Panjang spesimen akhir (mm) 267,10 274,20 264,80
Gauge length akhir, L1 (mm) 100,20 100 91,85
Diameter akhir, D1 (mm) 6,60 6,35 6,20
Luas spesimen akhir, A1 (mm) 34,19 31,55 30,17
Yield strength, σ(kg/mm) 0,361 0,305
Elongation, ε (%) atau (mm/mm) 30,72 % 28,36 % 15,38 %
Reduction area, Ψ (%) 54,88 % 57,28 % 59,15 %
∆l 33,6 30 18,95
HARDNESS TEST
ROCKWELL HARDNESS TEST
Material Test Place Beban Indentor Skala Kekerasan (HRC)
Pin Rantai
150 kp
Kerucut intan 120°
Hitam 61
66
66
VICKERS HERDNESS TEST
Material Test Place
Beban
Indentor
Skala Diagonal Kekerasan (HVN)
d1 d2 drata2
Pin Rantai
30 kp
Piramid Intan 30 ° Di ukur pakai loop 0,35
0,35
0,35 0,4
0,4
0,4 0,375
0,375
0,375 3,973
3,973
3,973
BRINNEL HARDNESS TEST
Material Test Place
Beban
Indentor
Skala Diagonal
Kekerasan (HVN)
BHN Rata2
d1 d2 drata2
Alumunium
62,5
Bola Baja D=2,5mm 1,30
1,35
1,4 1,3
1,4
1,35 1,3
1,375
1,375 43,764
38,744
38,744
40,417
SPESIMEN 1
Bahan : Pin Rantai
Gambar :
HN
Jarak
SPESIMEN 2
Bahan : Pin Rantai
Gambar :
HN
Jarak
SPESIMEN 3
Bahan : Pin Rantai
Gambar :
HN
Jarak
IMPACT TEST
Kode Spesimen I II III Keterangan
Sebelum Percobaan
Bahan
Standar Pengujian JIS Z2242 JIS Z2242 JIS Z2242
Standar Spesimen JIS Z2242 JIS Z2242 JIS Z2242
Temperatur 25º 100º -20º
Panjang Spesimen 61,80 61,80 61,80
Tinggi 9,7 9,7 9,7
Tebal 10 10 10
Saat Percobaan
Waktu Periode (T50) 90 detik 90 detik 90 detik
Jarak Tumpuan (P)
Sudut Awal (α) 156º 156º 156º
Sudut Akhir (β) 104º 96º 140º
Energi Untuk Mematahkan (Ekpm) 10,4 12,6 2,2
Setelah Percobaan
Tebal Patahan
Tebal Sisa Patahan
Gambar Pola Patahan :
Spesimen :
Temperatur :
Spesimen :
Temperatur :
Spesimen
Temperatur :
PEMBAHASAN
Sifat Mekanik Bahan
Sifat mekanik didefinisikan sebagai ukuran kemampuan bahan untuk membawa atau menahan gaya atau tegangan. Pada saat menahan beban, atom-atom atau struktur molekul berada dalam kesetimbangan. Gaya ikatan pada struktur menahan setiap usaha untuk mengganggu kesetimbangan ini, misalnya gaya luar atau beban.
Bahan liat (ductile) dan bahan rapuh (brittle)
Bahan-bahan logam biasanya diklasifikasikan sebagai bahan liat (ductile) atau bahan rapuh (brittle). Bahan liat mempunyai gaya regangan ( tensile strain ) relatif besar sampai dengan titik kerusakan (misal baja atau aluminium) sedangkan bahan rapuh mempunyai gaya regangan yang relatif kecil sampai dengan titik yang sama. Besi cor dan beton merupakan contoh bahan rapuh.
Modulus kekerasan (modulus of toughness)
Kerja yang dilakukan suatu unit volume bahan, seperti misalnya gaya tarikan yang dinaikkan dari nol sampai suatu nilai yang menyebabkan keruntuhan didefinisikan sebagai modulus kekerasan. Ini dapat dihitung sebagai luasan dibawah kurva tegangan-regangan dari origin sampai titik keruntuhan. Kekerasan bahan adalah kemampuan untuk menyerap energi pada selang plastis dari bahan
Batas luluh bahan
Sebenarnya sifat elastis masih terjadi sedikit di atas batas proporsional, namun hubungan antara tegangan dan regangan tidak linear dan pada umumnya batas daerah elastis dan daerah plastis sulit untuk ditentukan. Karena itu, maka didefinisikan kekuatan luluh (yield point). Kekuatan luluh adalah harga tegangan terendah dimana material mulai mengalami deformasi plastis. Pada gambar tegangan-regangan, memperlihatkan titik luluh atas dan titik luluh bawah yang ditandai oleh pengurangan beban mendadak, diikuti dengan perpanjangan yang meningkat dan peningkatan beban yang mendadak lagi. Gejala ini disebut meluluhnya bahan, yang ditandai dengan perubahan bentuk yang plastis dan naik turunnya beban.
Klasifikasi Bahan
Sampai saat ini, diskusi kita adalah didasarkan pada asumsi bahwa bahan mempunyai dua karakteristik, yaitu:
Homogen, yaitu mempunyai sifat elastis yang sama pada keseluruhan titik pada bahan.
Isotropis, yaitu mempunyai sifat elastis yang sama pada semua arah pada setiap titik dalam bahan.
Deformasi
Deformasi terjadi bila bahan mengalami gaya. Selama deformasi, bahan menyerap energi sebagai akibat adanya gaya yang bekerja sepanjang deformasi. Sekecil apapun gaya yang bekerja, maka benda akan mengalami perubahan bentuk dan ukuran.
Perubahan ukuran secara fisik ini disebut deformasi. Deformasi ada dua macam yaitu deformasi elastis dan deformasi plastis. Yang dimaksud deformasi elastis adalah deformasi yang terjadi akibat adanya beban yang jika beban ditiadakan, maka material akan kembali keukuran semula. Sedangkan deformasi plastis adalah deformasi yang bersifat permanen jika bebannya dilepas.
Penambahan beban pada bahan yang telah mengalami kekuatan tertinggi tidak dapat dilakukan, karena pada kondisi ini bahan telah mengalami deformasi total. Jika beban tetap diberikanmaka regangan akan bertambah dimana material seakan menguat yang disebut dengan penguatan regangan (strain hardening) yang selanjutnya benda akan mengalami putus pada kekuatan patah. Sebuah plat yang diberi beban secara terus-menerus, secara bertahap akan mengalami deformasi. Pada awal pembebanan akan terjadi deformsi elastis sampai pada kondisi tertentu bahan akanmengalami deformasi plastis. Pada awal pembebanan bahan di bawah kekuatan luluh bahan akan kembali kebentuk semula, hal ini dikarenakan sifat elastis bahan. Peningkatan beban melebihikekuatan luluh (yield point) yang dimiliki plat akan mengakibatkan aliran deformasi plastis sehingga plat tidak akan kembali ke bentuk semula. Kekuatan luluh adalah harga tegangan terendah dimana material mulai mengalami deformasi plastis. Titik σy atas adalah titik luluh atas dan titik σy bawah adalah titik luluh bawah yang ditandai oleh pengurangan beban yang mendadak, diikuti dengan perpanjangan yang meningkat dan peningkatan beban yang mendadak lagi. Gejala ini disebut meluluhnya bahan, yang ditandaidengan perubahan bentuk yang plastik dan naik-turunnya beban Pada titik mulur hubungan tegangan-regangan sudah tidak linier, namun sifat elastis masih terjadi sedikit diatas batas proporsional. Pada umumnya batas daerah elastis dan daerah plastis sulit untuk ditentukan. Karena itu, maka didefinisikan kekuatan luluh (yield strength). Batas proporsional merupakan tegangan tertinggi dimana material masih mengalami deformasi elastis dan belum mengalami deformasi plastis. Titik mulur atau yang biasa disebut dengan titik luluh (yield point) adalah titik transisi dari elastis ke daerah plastis. Pada titikmulur ini material mulai mengalami deformasi plastis yang bersifat permanen jika beban mulai dilepas.
Melalui pengujian kita dapat mengetahui sifat – sifat mekanik logam dan sifat fisik lainnya.Seperti kekerasan,kekuatan,kekenyalan,kekakuan dan plastisitas bahan.Adapun jenis pengujiannya antara lain :
1.Pengujian Destruktif Sesuai dengan namanya pengujian ini bersifat merusak bahan yang diuji sehingga bahan yang diuji akan rusak atau cacat. Bahan yang diuji adalah bahan yang telah memenuhi bentuk dan jenis secara internasional .umumnya ada beberapa pengujian destruktif yaitu:
1.1 Pengujian Kekerasan Salah satu sifat mekanik dahan yang penting adalah kekerasan. Untuk mengetahui nilai kekerasan dari suatu bahan, dilakukan pengujian kekerasan menurut suatu metode tertentu.
Pengujian kekerasan ini bertujuan :
1.Untuk memperoleh harga kekerasan suatu logam.
2.Untuk mengetahui perubahan suatu sifat dan perubahan suatu
kekerasan dari logam setelah diHeat Treatment.
3.Untuk mengetahui kekerasan baja terhadap kecepatan
pendinginan.
4.Untuk mengetahui perbedaan kekerasan yang disebabkan oleh
media pendingin.
Pengertian Kekerasan
Kekerasan suatu bahan pada umumnya, menyatakan terhadap deformasi dan untuk logam dengan sifat tersebut merupakan ukuranketahanannya terhadap deformasi plastik atau deformasi permanen. apabila yang menyatakan kekerasan sebagai ukuran terhadap lekukan danada pula yang mengartikan kekerasan sebagai ukuran kemudahan dan kuantitas khusus yang menunjukkan sesuatu mengenai kekuatan dan perlakuan panas dari suatu logam.
Terdapat 3 jenis ukuran kekerasan secara umum, yang bergantung pada cara pengujian ketiga jenis tersebut adalah:
Kekerasan goresan (Stracht Hardness), adalah kekerasan yang diukur dari hasil goresanyang terdapat pada benda kerja. misalnya cara pengujian MOHS.
Kekerasan Lekukan (Identation Hardness), adalah harga kekerasan yang diukur dari hasil lekukan yang terdapat pada benda kerja.
Kekerasan Pantulan (Rebound) atau kekerasan dinamik (Dinamic Hardness), adalah harga kekerasan yang diukur dari hasil pantulanyang lakukan pada saat pengujian. Misalnya cara penekanan :BRINELL, MEYER, VICKERS, ROCKWELL, dan lain - lain. Penentuan kekerasan untuk keperluan industri biasanya digunakan metode. Pengukuran ketahanan penetrasi bola kecil, kerucut atau piramida. Pengujian kekerasan adalah salah satu dari sekian banyak pengujian yang dipakai. Karena dapat dilaksanakan pada benda uji yang kecil tanpa kesukaran mengenai spesifikasinya.Pengukuran kekerasan digolongkan dalam kelompok pengujian tak merusak. dan diterapkan untuk inspeksi sebagai suku cadang karena kekerasan dengan kekuatan tarik sedang ketahanan aus berbanding terbalik dengan kekerasan. - Pengaruh Proses Perlakuan Panas Terhadap Kekerasan
Macam-masam proses perlakuan panas :
1.Thermal Treatments.
2.Thermochemical Treatment.
3.Inovatif Surface Treatment.
Pada tiap perlakuan panas diatas mempunyai pengaruh yang berbeda – beda padakekerasan misalnya thermochemical treatments, pengaruhnya terhadap kekerasan hanya pada kedalaman tertentu dari benda kerja, sesuai dengan yang diinginkan pada pengujian kekerasan yang dilakukan, perlakuan panas yang digunakan adalah thermal treatment yangmeliputi : annealing (full annealing, recrystalization annealing, stressrelief annealing ), normalizing, hardening, tempering. Tiap-tiap perlakuan panas memberikan efek yang berbeda pada bahan yang dikenai
Pengujian ini merupakan proses pengujian yang biasa dilakukan karena pengujian tarik dapat menunjukkan perilaku bahan selama proses pembebanan. Pada uji tarik, benda uji diberi beban gaya tarik , yang bertambah secara kontinyu, bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan terhadap perpanjangan yang dialami benda uji. Untuk mengetahui sifat-sifat mekanik dari suatu material, maka yang harus dilakukan adalah melakukan pengujian terhadap material tersebut. Dalam dunia industri tentu akan menjadi sangat boros bila dilakukan pengujian dari setiap barang yang ingin diketahui sifat mekaniknya. Lalu apa yang dilakukan oleh orang-orang di industri? Mereka melakukan pengujian terhadap spesimen dari barang yang ingin mereka ketahui sifat mekaniknya. Ada beberapa uji mekanik yang bisa dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat material, antara lain; ujitarik (tensile test), uji tekan (compression test), uji torsi/ puntir(torsion test), uji fatigue,dll. Dari sekian pengujian yang dapat dilakukan untuk mengetahui sifat material, uji tarik menjadi pengujian yang paling disukai untuk dilakukan karena dari satu pengujian dapat diketahui lebih banyak sifat material dari satu pengujian tersebut. Dalam artikel kali ini, penulis akan sedikit membahas tentang pengujian tarik dan sifat-sifat material apa saja yang bisa diketahui dari uji tarik.
Uji tarik mungkin dapat dikatakan pengujian yang paling mendasar. Pengujian ini sangat sederhana, tidak mahal dan telah mengalami standarisasi di seluruh dunia, baik dari metode pengujian, bentuk spesimen yang diuji dan metode perhitungan dari hasil pengujian tersebut. Dengan menarik suatu material secara perlahan-lahan, kita akan mengetahui reaksi dari material tersebut terhadap pembebanan yang diberikan dan seberapa panjang material tersebut bertahan sampai akhirnya putus.
Mengapa melakukan Uji Tarik?
Dari uji tarik, banyak sifat-sifat yang bisa kita ketahui dibandingkan dengan pengujian lain. Dari hasil penarikan material hingga material tersebut putus, kita dapat mengetahui data yaitu berupa tegangan tarikversuspertambahan panjang dari material yang kita uji. Gambaran singkat uji tarik dan tegangan yang terjadi Biasanya yang menjadi fokus perhatian adalah kemampuan maksimum bahan tersebut dalam menahan beban. Kemampuan ini umumnya disebut “Ultimate Tensile Strength” disingkat dengan UTS,dalam bahasa Indonesia disebuttegangan tarik maksimum.
Hukum Hooke (Hooke’s Law)
Untuk hampir semua logam, pada tahap sangat awal dari uji tarik, hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut. Ini disebut daerah linier ataulinear zone. Di daerah ini, kurva pertambahan panjang vs beban mengikuti aturan Hooke sebagai berikut:rasio tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan Stress:
σ = F/A
F: gaya tarikan,
A: luas penampangStrain:
ε = ΔL/L
ΔL: pertambahan panjang,
L: panjang awalHubungan antara stress dan strain dirumuskan:
E = σ / ε
E adalah gradien kurva dalam daerah linier, di mana perbandingan tegangan (σ) dan regangan (ε) selalu tetap.Ediberi nama“Modulus Elastisitas”atau“Young Modulus”. Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan stress seperti ini kerap disingkat kurva SS (SS curve). Bentuk bahan yang diuji, untuk logam biasanya dibuat spesimen dengan dimensi seperti pada gambar di bawah ini.Standar specimen yang digunakan Perubahan panjang dari spesimen dideteksi lewat pengukur regangan (strain gage) yang ditempelkan pada spesimen seperti diilustrasikan pada gambar di atas. Bila pengukur regangan ini mengalami perubahan panjang dan penampang, terjadi perubahan nilai hambatan listrik yang dibaca oleh detektor dan kemudian dikonversi menjadi perubahan regangan.
Detail profil uji tarik dan sifat mekanik logam Sekarang akan kita bahas profil data dari tensile test secara lebih detail. Untuk keperluan kebanyakan analisa teknik, Profil data hasil uji tarik Kita akan membahas istilah mengenai sifat-sifat mekanik bahan dengan berpedoman pada hasil uji tarik Asumsi kan bahwa kita melakukan uji tarik mulai dari titik O sampai D .
Deformasi plastis (plastic deformation)
Yaitu perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula. yaitu bila bahan ditarik sampai melewati batas proporsional dan mencapai daerahlanding.
Tegangan luluh atas σuy (upper yield stress)
Tegangan maksimum sebelum bahan memasuki fase daerah landing peralihan deformasi elastiske plastis
Tegangan luluh bawah σly (lower yield stress)
Tegangan rata-rata daerah landing sebelum benar-benar memasuki fase deformasi plastis. Bila hanya disebutkan tegangan luluh (yield stress), maka yang dimaksud adalah tegangan ini.
Regangan luluh εy (yield strain)
Regangan permanen saat bahan akan memasuki fase deformasi plastis.Regangan elastis εe(elastic strain)Regangan yang diakibatkan perubahan elastis bahan. Pada saat beban dilepaskan regangan ini akan kembali ke posisi semula.
Regangan plastis εp (plastic strain)
Regangan yang diakibatkan perubahan plastis. Pada saat beban dilepaskan
regangan ini tetap tinggal sebagai perubahan permanen bahan.
Regangan total (total strain)
Merupakan gabungan regangan plastis dan regangan elastis, εT= εe+εp. regangan yang ada adalah regangan total. Ketika beban dilepaskan, posisi regangan ada pada titik E danbesar regangan yang tinggal (OE) adalah regangan plastis.
Tegangan tarik maksimum TTM (UTS, ultimate tensile strength) ditunjukkan dengan titik C (σβ), merupakan besar tegangan maksimum yang didapatkan dalam uji tarik.
Kekuatan patah (fracture strength)
merupakan besar tegangan di mana bahan yang diuji putus atau patah.
Tegangan luluh pada data tanpa batas jelas antara perubahan elastis dan plastis Untuk hasil uji tarik yang tidak memiliki daerah linier dan landing yang jelas, tegangan luluh biasanya didefinisikan sebagai tegangan yang menghasilkan regangan permanen sebesar 0.2%, regangan ini disebut offset – strain .Penentuan tegangan luluh (yield stress) untuk kurva tanpa daerah linierPerlu untuk diingat bahwa satuan SI untuk tegangan (stress) adalah Pa (Pascal, N/m2) dan strain adalah besaran tanpa satuan Istilah lain Selanjutnya akan kita bahas beberapa istilah lain yang penting seputar interpretasi hasil uji tarik.
Langkah pengujian kekuatan tarik sebagai berikut :
Menyiapkan kertas milimeterblock dan letakkan kertas tersebut pada plotter.
Benda uji mulai mendapat beban tarik dengan menggunakan tenaga hidrolik diawali 0 kg hingga benda putus pada beban maksimum yang dapat ditahan benda tersebut.
Benda uji yang sudah putus lalu diukur berapa besar penampang dan panjang benda uji setelah putus.
Gaya atau beban yang maksimum ditandai dengan putusnya benda uji terdapat pada layar digital dan dicatat sebagai data.
Hasil diagram terdapat pada kertas milimeterblock yang ada pada mejaplotter.
Hal terakhir yaitu menghitung kekuatan tarik, kekuatan luluh, perpanjangan, reduksi penampang dari data yang telah didapat dengan menggunakan persamaan yang ada.
Pengujian lengkung (Bending Test)
Pengujian ini merupakan salah satu pengujian sifat mekanik bahan yang diletakkan terhadap specimen dan bahan, baik bahan yang akan digunakan pada kontraksi atau komponen yang akan menerima pembebanan terhadap suatu bahan pada satu titik tengah dari bahan yang ditahan diatas dua tumpuan.
Uji lengkung ( bending test ) merupakan salah satu bentuk pengujian untuk menentukan mutu suatu material secara visual. Selain itu uji bending digunakan untuk mengukur kekuatan material akibat pembebanan dan kekenyalan hasil sambungan las baik di weld metal maupun HAZ. Dalam pemberian beban dan penentuan dimensi mandrel ada beberapa factor yang harus diperhatikan, yaitu :
1. Kekuatan tarik ( Tensile Strength )
2. Komposisi kimia dan struktur mikro terutama kandungan Mn dan C.
3. Tegangan luluh ( yield ).Berdasarkan posisi pengambilan spesimen,
Uji bending dibedakan menjadi 2 yaitu transversal bending dan longitudinal bending.
a. Transversal Bending.
Pada transversal bending ini, pengambilan spesimen tegak lurus dengan arah pengelasan. Berdasarkan arah pembebanan dan lokasi pengamatan, pengujian transversal bending dibagi menjadi tiga :
1. Face Bend ( Bending pada permukaan las )Dikatakan face bend jika bending dilakukan sehingga permukaan lasmengalami tegangan tarik dan dasar las mengalami tegangan tekan Pengamatan dilakukan pada permukaan las yang mengalami tegangan tarik. Apakah timbul retak atau tidak.Jika timbul retak dimanakah letaknya, apakah diweld metal, HAZ atau di fussion line (garis perbatasan WM dan HAZ ).
2. Root Bend ( Bending pada akar las )Dikatakan roote bend jika bending dilakukan sehingga akar las mengalami tegangan tarik dan dasar las mengalami tegangan tekan .Pengamatan dilakukan pada akar las yang mengalami tegangan tarik, apakah timbul retak atau tidak. Jika timbul retak dimanakah letaknya, apakah di weld metal. HAZ atau di fusion line (garis perbatasan WM dan HAZ)
3. Side Bend ( Bending pada sisi las ). Dikatakan side bend jika bending dilakukan pada sisi las .Pengujian ini dilakukan jika ketebalan material yang di las lebih besar dari 3/8 inchi. Pengamatan dilakukan pada sisi las tersebut, apakah timbul retak atau tidak. Jika timbul retak dimanakah letaknya,apakah di Weld metal, HAZ atau di fusion line (garis perbatasanWM dan HAZ).
b. Longitudinal Bending
Pada longitudinal bending ini, pengambilan spesimen searah dengan arah pengelasan berdasarkan arah pembebanan dan lokasi pengamatan, pengujian longitudinal bending dibagi menjadi dua :
Face Bend (Bending pada permukaan las) Dikatakan face bend jika bending dilakukan sehingga permukaan las mengalami tegangan tarik dan dasar las mengalami tegangan tekan. Pengamatan dilakukan pada permukaan las yang mengalami tegangan tarik, apakah timbul retak atau tidak. Jika timbul retak dimanakah letaknya, apakah di Weld metal, HAZ atau di fusion line (garis perbatasan WM dan HAZ).
Root Bend (Bending pada akar las)Dikatakan root bend jika bending dilakukan sehingga akar las mengalami tegangan tarik dan dasar las mengalami tegangan tekan.Pengamatan dilakukan pada akar las yang mengalami tegangan tarik, apakah timbul retak atau tidak. Jika timbul retak dimanakah letaknya, apakah di Weld metal, HAZ atau di fusion line (garis perbatasan WM dan HAZ).
Ø Kriteria kelulusan uji bending Untuk dapat lulus dari uji bending maka hasil pengujian harus memenuhi kriteria sebagaiberikut :
Keretakan maksimal 3 mm diukur dari segala arah pada permukaan.
Keretakan maksimal 10 mm dari jumlah semua keretakan terbesar antara 1mm – 3 mm.
Keretakan sudut maksimal 6 mm. kecuali keretakan berasal dari beberapa jenis retak maka keretakan maksimal 3mm.
Uji impact
Uji impact dilakukan untuk menentukan kekuatan material sebagai sebuah metode uji impct digunakan dalam dunia industry khususnya uji impact charpy dan uji impact izod. Dasar pengujian ini adalah penyerapan energy potensial dari pendulum beban yang mengayun dari suatu ketinggian tertentu dan menumbuk material uji sehingga terjadi deformasi.
Ø Sistem Pengujian Pukul Takik
1. Uji Charphy Benda uji diletakkan secara mendatar dan ditahan pada sisi kiri & kanan. Kemudian benda dipukul pada bagian belakang takikan, letaknya persis di tengah.Takikan membelakangi pululan.
2.Uji Izod Benda uji dijepit pada satu ujungnya pada posisi tegak. Lalu benda uji ini dipukul dari sisi depan pada sisi ujung yang lain
Macam-Macam Patahan :
Patahan getas :Patahan yang tejadi pada bahan yang getas.misal : besi tuang.
Patahan liat :Patahan yang terjadi pada bahan yang lunak.misal : baja lunak, tembaga dsb.
Patahan campuran :Patahan yang terjadi pada bahan yang cukup kuat, namun ulet.misal : pada baja temper.
Kesimpulan
1. Sifat mekanik material :
Kekerasan
Kekuatan
Keuletan
Kelentingan
Ketangguhan
Modulus elastisitas
2. Pengujian Material :
Destruktif
Pengujian kekerasan
Pengujian kekerasan dengan penekanan ( indentation test )
Pengujian kekerasan dengan goresan ( sratch test )
Pengujian kekerasan dengan cara dinamik (dinamik test )
Pengujian tarik
Pengujian lengkung
Uji impact
Uji struktur
Pengujian dengan larutan ETSA
Pengujian non destruktif
Penetrant testing
Magnetic particle testing
Ultrasonic testing
Radiography
Temperatur terhadap energi impact
Temperature sangat berpengaruh pada ketangguhan suatu material .dimulai dari rapuh , yakni pada suhu yang sangat rendah , akibat suhu yang sangat rendah mengakibatkan butir semakin jauh , ikatan melemah, dan rapuh. Dengan demikian material amat mudah patah sehingga energi yang di butuhkan untuk mematahkan nya sangat kecil. Selanjutnya dengan bertambahnya temperatur maka ukuran butir makin membesar sehingga jaraknya semakin dekat dan ikatannya menguat serta ketangguhan meningkat dengan demikian energi impat nya meningkat.
Untuk mengetahui nilai kekerasan material melalui hasil pengujian pada metode Rockwell, Vickers, dan brinnel.
Kekerasan Brinnel Menurut Brinnel : Uji kekerasan Brinell berupa pembentukan lekukan pada permukaan logam dengan memakai bola baja berdiameter 2,5 mm dan diberi beban 62,5 kp. untuk menghindarkan jejak yang dalam, dan untuk bahan yang sangat keras, digunakan paduan karbida tungsten, untuk memperkecil terjadinya distorsi indentor. Beban diterapkan selama selang waktu tertentu, dan diameter lekukan diukur dengan mikroskop daya rendah, setelah beban tersebut dihilangkan. Kemudian dicari harga rata-rata dari 2 buah pengukuran diameter pada jejak yang berarah tegak lurus, permukaan dimana lekukan akan dibuat harus relatif halus, bebas dari debu atau kerak.Angka kekerasan Brinell (BHN) dinyatakan sebagai beban P dibagi luas permukaan lekuakan. Rumus untuk angka kekerasan tersebut adalah : BHN = P= P (πD/2) (D- √D2–d2) π.D.t
Jejak yang relatif besar dari pada kekerasan Brinell memberikan keuntungan dalam membagikan secara pukul rata ketidakseragaman lokal, selain itu uji Brinell tidak begitu dipengaruhi oleh goresan dan kekerasan permukaan dibandingkan dengan uji kekerasan yang lain. Dilain pihak, jejak Brinell yang besar ukurannya, dapat menghalangi pemakaian uji tersebut untuk benda uji yang kecil, atau pada bagian yang kritis terhadap tegangan, dimana lekukan yang terjadi dapat menyebabkan kegagalan (failure).
Kekerasan Rockwell
Menurut Rockwell : Metoda pengujian kekerasan Rockwell yaitu mengindentasi material contoh dengan indentor kerucut intan atau bola baja. indentor ditekan ke material dibawah beban minor/terkecil pada umumnya 10kgf. Ketika keseimbangan telah dicapai, suatu indikasi terlihat pada alat, yang mengikuti pergerakan indentor dan demikian bereaksi terhadap perubahan kedalaman penetrasi oleh indentor, ini merupakan angka posisi pertama. Beban kedua atau beban utama ditambahkan tanpa menghilangkan beban awal, sehingga akanmeningkatkan kedalaman penetrasi. Saat keseimbangan kembali tercapai, beban utama dihilangkan tetapi beban awal masih tetap diberikan. Dengan hilangnya beban utama maka akan terjadi recovery parsial dan terjadi pengurangan jejak kedalaman . Peningkatan kedalaman penetrasi akhir sebagai hasil aplikasi ini dan kehilangan beban utama digunakan untuk menentukan nilai kekerasan Rockwell.
Kekerasan Vickers
Menurut Vickers :Permukaan benda uji ditekan dengan penetrator intan berbentuk piramida dasar piramida berbentuk bujur sangkar dan sudut antara dua bidang miring yang berhadapan 136º. Sudut ini dipilih, karena nilai tersebut mendekati sebagian besar nilai perbandingan yang diinginkan antara diameter lekukan dan diameter bola penumbuk pada uji kekerasan Brinell. Karena bentuk penumbuknya piramid, maka pengujian ini sering dinamakan ujikekerasan piramidsa intan. Angka kekerasan piramida intan (DPH), atau angka kekerasan Vickers (VHN atau VPH), didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan lekukan. Beban yang biasanya digunakan pada uji Vickers berkisar 1 hingga 120 kg, tergantung kepada kekerasan logam yang diuji. Hal-hal yang menghalangi keuntungan pemakaian metode Vickers adalah: uji kekerasan Vickers tidak dapat digunakan untuk pengujian rutin karena pengujian tersebut lamban; memerlukan persiapan permukaan benda uji yang hati-hati; dan terdapat pengaruh kesalahan manusia yangbesar pada penentuan panjang diagonal. Ketelitian pengukuran diagonal bekas penekanaan cara Vickers akan lebih tinggi dari pada pengukuran diameter bekas penekanaan Brinell. Cara Vickers dapat digunakan untuk material yang sangat keras.
Hubungan Antara Kekerasan Dengan Kekuatan
Kekerasan dari suatu bahan berbanding terbalikdengan kekuatan tarik Karena pengertian dari kekerasan dan kekuatan tarik berbeda. Kekerasan adalah ketahanan material terhadap deformasi local (permukaan), sementara kekuatan tarik adalah ketahanan material terhadap deformasi plastis yang terjadi diseluruh permukaan material (global). Sehingga jika suatu bagian dari material memiliki kekuatan yang baik, maka material tersebut semakin ulet sehingga memiliki sifat yang semakin lunak dan tidak getas, Sementara itu sifat dari material yang memiliki kekerasan mempunyai sifat getas dan cenderung tidak lunak atau ulet. Karena itu, semakin ulet material maka akan semakin kuat pula material tersebut serta semakin tidak memiliki sifat kekerasan.
