Praktikum Material Teknik

Oleh Faishol Mochammad

3,4 MB 15 tayangan 0 unduhan
 


Bagikan artikel

Transkrip Praktikum Material Teknik

BAB I PENGUJIAN TARIK A. Tujuan Pengujian Untuk menentukan pertahanan atau perlawanan dari logam terhadap pemutusan hubungan akibat tarikan. Uji tarik adalah salah satu uji stress-strain mekanik yang bertujuan untuk mengetahui kekuatan bahan terhadap gaya tarik. B. Dasar Teori Gambar 1.1 Bentuk batang uji tarik Pengujian tarik biasanya dilakukan terhadap batang uji (specimen) yang standart. Bahan yang akan diuji tarik mula-mula dibuat menjadi batang uji dengan bentuk sesuai standart. Salah satu bentuk batang uji dapat dilihat pada gambar 1.1. Pada bagian tengah dari batang uji (pada bagian yang parallel) merupakan bagian yang menerima tegangan yang uniform dan pada bagian ini diukurkan “panjang uji” (gauge length), yaitu bagian yang dianggap menerima pengaruh dari pembebanan, bagian ini yang selalu diukur panjangnya selama proses pengujian. Batang uji ini dipasang pada mesin uji tarik, dijepit dengan pencekam dari mesin uji kemudian pada ujungnya ditarik ke arah memanjang secara perlahan. Selama penarikan, setiap saat tercatat dengan grafik yang tersedia pada mesin tarik, besarnya gaya tarik yang 1 bekerja dan besarnya pertambahan panjang yang tejadi sebagai akibat dari gaya tarik tersebut. Penarikan berlangsung terus sampai batang uji putus. Data yang diperoleh dari mesin uji biasanya dinyatakan dengan grafik beban – pertambahan panjang (grafik P - ∆L). Grafik ini masih belum banyak gunanya karena hanya menggambarkan kemampuan batang uji (bukan kemampuan bahan) untuk menerima beban gaya. Untuk dapat digunakan menggambarkan sifat bahan secara umum, maka grafik P - ∆L harus dijadikan grafik lain yaitu suatu diagram Tegangan – Regangan (stress – strain diagram), disebut juga suatu diagram σ - ε, kadang-kadang juga disebut Diagram Tarik. Pada saat batang uji menerima beban sebesar P kg maka batang uji (panjang uji) akan bertambah sebesar ∆L mm. Pada saat itu pada batang uji bekerja tegangan yang besarnya: σ = P/Ao Dimana: Ao = luas penampang batang uji mula-mula (mm) P = beban yang diberikan (kgf atau N) Juga pada saat itu pada batang uji terjadi regangan yang besarnya : ε = ∆L/Lo = (L – Lo)/Lo Dimana: Lo = panjang mula-mula L = panjang akhir Tegangan dituliskan dengan satuan kg/mm2, kg/cm2, psi (pound per square inch) atau Mpa (Mega Pascal = 106 N/m2). Regangan dapat dinyatakan dengan prosentase pertambahan panjang, satuannya adalah persen (%). Gambar 1.2, salah satu contoh bentuk diagram tegangan-regangan, yaitu diagram tegangan – regangan suatu baja yang ulet (baja karbon rendah). 2 Gambar 1.2 Diagram tegangan-regangan Dari diagram diatas tampak bahwa pada tegangan yang kecil grafik berupa garis lurus, ini berarti bahwa besarnya regangan yang timbul sebagai akibat tegangan yang kecil tersebut berbanding lurus dengan besarnya tegangan yang bekerja (Hukum Hook). Hal ini berlaku hingga titik P, yaitu batas kesebandingan atau proportionality limit. Jadi bila pengujian tarik dilakukan dengan penambahan beban secara perlahan mulamula akan terjadi pertambahan panjang yang sebanding dengan penambahan gaya yang bekerja. Kesebandingan ini berlangsung terus sampai beban mencapai titik P (proportionality limit), setelah itu pertambahan panjang yang terjadi sebagai akibat penambahan beban tidak lagi berbanding lurus, pertambahan beban yang sama akan menghasilkan pertambahan panjang yang lebih besar. Dan bahkan pada suatu saat dapat terjadi pertambahan panjang tanpa ada penambahan beban, batang uji bertambah panjang dengan sendirinaya. Dikatakan batang uji mengalami yield (luluh). Keadaan ini berlangsung hanya beberapa saat dan sesudah itu beban akan naik lagi untuk dapat memperoleh pertambahan panjang (tidak lagi proportional). Kenaikan beban ini akan berlangsung terus sampai suatu maksimum, dan untuk logam yang ulet (seperti halnya baja karbon rendah) sesudah itu beban mesin tarik akan menurun lagi (tetapi pertambahan panjang terus berlangsung) sampai akhirnya batang uji putus. Pada saat beban mencapai maksimum pada batang uji terjadi pengecilan penampang setempat (local necking), dan pertambahan panjang akan terjadi hanya di sekitar necking tersebut. 3 Peristiwa seperti ini hanya terjadi pada logam yang ulet, sedang pada logam-logam yang lebih getas tidak terjadi necking dan logam itu akan putus pada saat beban maksimum. Bila pengujian dilakukan dengan cara yang sedikit berbeda yaitu beban dinaikkan perlahan-lahan sampai harga tertentu lalu beban diturunkan lagi sampai nol, dinaikkan lagi sampai diatas harga tertinggi yang sebelumnya lalu diturunkan lagi sampai nol, demikian terus berulang-ulang, maka akan terlihat bahwa pada beban yang kecil disamping berlaku Hukum Hook juga logam masih elastis, pada saat menerima beban akan bertambah panjang tetapi bila beban dihilangkan pertambahan panjang juga akan hilang, batang uji kembali ke bentuk dan ukuran semula. Ini berlangsung sampai batas elastik (elastic limit, titik E). Jadi untuk beban rendah, pertambahan panjang mengikuti garis OP (gambar 1.2). Bila beban melebihi batas elastik, maka bila beban dihilangkan pertambahan panjang tidak seluruhnya hilang, masih ada terdapat pertambahan panjang yang tetap, atau pertambahan panjang yang plastik. Besarnya pertambahan panjang plastik ini dapat dicari dengan menarik garis sejajar dengan garis pertambahan panjang elastik (garis OP) dari titik yang menunjukkan besarnya beban/tegangan yang bekerja, pada grafik (Gambar 1.3). Gambar 1.3 Menentukan regangan plastik Diagaram tegangan – regangan dapat dibagi menjadi dua daerah yaitu daerah elastik dan daerah plastik. Yang menjadi batas antara kedua daerah tersebut seharusnya adalah batas 4 elastik, titik E, tetapi ini tidak praktis karena mencari titik E cukup sulit, maka yang dianggap sebagai batas antara daerah elastik dan plastik adalah titik luluh (yield point) Y. Diagram diatas, dimana yield tampak jelas dan patah terjadi tidak pada beban maksimum, sebenarnya jarang terjadi. Ini akan terjadi hanya pada beberapa logam yang cukup ulet, seperti baja karbon rendah annealing. Pada logam yang lebih getas daerah yield kurang tampak, bahkan tidak terlihat sama sekali dan putus akan terjadi pada beban maksimum. Pada Gambar 1.4 terlihat beberapa jenis diagram tegangan – regangan yang sering dijumpai pada logam. Logam dikatakan getas bila setelah putus hanya terdapat sedikit regangan plastik (kurang dari 0,050 %), dan bila regangan plastik yang terjadi lebih dari itu logam dapat dianggap ulet. Gambar 1.4 Macam-macam diagram tegangan-regangan Sifat mekanik di daerah elastik 1. Kekuatan elastik 5 Menyatakan kemampuan untuk menerima beban/tegangan tanpa berakibat terjadinya deformasi plastik (perubahan bentuk yang permanen). Kekuatan elastik ini ditunjukkan oleh titik yield (besarnya tegangan yang mengakibatkan terjadinya yield). Untuk logam – logam yang ulet memperlihatkan terjadinya yield dengan jelas, tentu batas ini mudah ditentukan, tetapi untuk logam – logam yang lebih getas dimana yield dapat dicari dengan menggunakan off set method. Harga yang diperoleh dengan cara ini dinamakan off set yield strength (kekuatan luluh). Dalam hal ini yield dianggap mulai terjadi bila sudah timbul regangan plastik sebesar 0,2 % atau 0,35 % (tergantung kesempatan). Secara grafik, offset yield strength dapat dicari dengan menarik garis sejajar dengan garis elastik dari titik regangan 0,2 % atau 0,35 % hingga memotong kurva. Titik perpotongan ini menunjukkan yield. (lihat gambar 1.5) Kekuatan elastik ini penting sekali dalam suatu perancangan karena tegangan yang bekerja pada suatu bagian tidak boleh melebihi yield point/strength dari bahan, supaya tidak terjadi deformasi plastik. Gambar 1.5 Penentuan yield dengan offset method 2. Kekakuan (stiffness) Suatu bahan yang memiliki kekakuan tinggi bila mendapat beban (dalam batas elastiknya) akan mengalami deformasi elastik tetapi hanya sedikit saja. 6 Kekakuan ditunjukkan oleh modulus elastisitas (Young’s modulus, E) E = σel/εεol Semakin besar harga E, makin kaku. Harga E untuk semua baja hampir sama saja, sekitar 2,15 x 106 kg/cm2 atau 30 x 106 psi, harga ini hampir tidak terpengaruh oleh komposisi kimia, laku – panas dan proses pembentukannya (sifat mekanik lain akan terpengaruh oleh hal – hal tersebut). Kekakuan untuk beberapa rancang bangun tertentu sering lebih penting daripada kekuatan. Misalnya untuk mesin perkakas, bila rancang bangunya kurang kaku maka akan mengakibatkan proses permesinan yang dikerjakan dengan mesin tersebut akan kurang akurat. Kekakuan juga dapat dinyatakan dengan Poisson’s ratio. Bila batang uji ditarik secara uniaxial ke arah memanjang maka disamping akan terjadi regangan ke arah memanjang sebesar εx, juga akan mengalami regangan ke arah melintang yaitu sebesar εy, Poisson ratio didefinisikan sebagai perbandingan antara regangan ke arah melintang dengan regangan ke arah memanjang, pada tegangan yang masih dalam batas elastik. ν = -εεy/εεx Harga negatif diberikan karena regangan ke arah melintang mempunyai harga negatif sedang ke arah memanjang mempunyai harga positif. Harga ν untuk logam biasanya berkisar antara 0,25 dan 0,35. makin besar harga ν suatu logam maka logam itu maikn kurang kaku. 3. Resilien (Resilience) Menyatakan kemampuan untuk menyerap energi (kerja) tanpa mengakibatkan terjadinya deformasi plastik. Jadi dapat dinyatakan dengan banyaknya energi yang diperlukan untuk mencapai batas elastik. Resilien dinyatakan dengan modulus resilien (modulus of resilience) yang didefinisikan sebagai banyaknya energi yang diperlukan untuk meregangkan satu satuan volume bahan hingga sampai batas elastik. Ini dapat dinyatakn secara grafik sebagai luasan di bawah grafik daerah elastik (gambar 1.6). Dari gambar 2.6. dapat dihitung besarnya modulus of resilience : 7 UR = ½ σE . εE = σE2/2E Dari hubungan di atas dapat dilihat bahwa mdulus resilien ditentukan oleh σE dan E. tetapi Karena harga E dari suatu logam boleh dikatakan tidak berubah maka modulus resilien hanya ditentukan oleh σE, kekuatan elastik (yield point/strength). Gambar 1.6 Elastic resilience Gambar 1.7 Perbandingan elastic resilience Karena harga σE baja akan naik dengan naiknya kekuatan tarik maksimum σuR, maka bila kekuatan tarik maksimum suatu baja makin tinggi modulus resiliennya juga makin tinggi. (lihat gambar 1.7 dan Tabel 1.1) Tabel 1.1 Modulus of Resilience for Various materials Modulus of Material E, psi so, psi resilience, UR Medium-carbon steel 30 x 106 45,000 33,7 High-carbon spring steel 30 x 106 140,000 320 10,5 x 106 18,000 17 Copper 16 x 106 4,000 5,3 Rubber 150 300 300 0,5 x 106 2,000 4,0 Duraluminum Acrylic polymer 8 Resilien adalah sifat penting bagi bagian – bagian yang harus menerima tegangan dan sekaligus juga regangan elastik yang besar, seperti misalnya pegas pada alat transport, ia harus menerima beban/tegangan dan juga harus mampu berdeformasi secara elastik cukup banyak. Sifat mekanik di daerah plastik 1. Kekuatan tarik (Tensile strength) Menunjukkan kemampuan untuk menerima beban/tegangan tanpa menjadi rusak/putus. Ini dinyatakan dengan tegangan maksimum sebelum putus. Kekuatan tarik (Ultimate tensile strength – UTS) : UTS = σu = Pmax/Ao UTS/kekuatan tarik ini sering dianggap sebagai data terpenting yang diperoleh dari hasil pengujian tarik, karena biasanya perhitungan kekuatan dihitung atas dasar kekuatan tarik ini (sekarang ada kecenderungan untuk mendasarkan perhitungan kekuatan pada dasar yang lebih rasional yaitu yield point/yield strength). Pada baja, kekuatan tarik akan naik seiring dengan naiknya kadar karbon dan paduannya. (gambar 1.8) Gambar 1.8 Effect of carbon on mechanical properties of steel 9 2. Keuletan (ductility) Menggambarkan kemampuan untuk berdeformasi secara plastik tanpa menjadi patah. Dapat diukur dengan besarnya regangan plastik yang terjadi setelah batang uji putus. Keuletan biasanya dinyatakan dengan persentase perpanjangan (persentage elongation) : Dα α = (Li – Lo)/Lo x 100 % Dimana: Li = panjang gage length setelah putus Bila keuletan dinyatakan dengan persentase perpanjangan maka panjang gauge length mula – mula juga harus disebutkan, jadi misalnya dituliskan “prosentase perpanjangan 25 % pada gauge length 50 mm”. Secara grafik prosentase perpanjangan dapat diukur pada diagram σ - ε, yaitu dengan menarik garis dari titik patah (B, pada gambar 1.9) sejajar dengan garis elastik hingga memotong absis (D, pada gambar 1.9). Panjang DC adalah regangan elastik, panjang OD adalah regangan plastik. Gambar 1.9 Penentuan regangan plastic setelah patah Keuletan juga dapat dinyatakan dengan persentase pengurangan luas penampang (prosentanse reduction in area) : 10 Dα α = (Ao – Ai)/Ao x 100 % Dimana: Ai = luas penampang batang uji pada patahan. Pada baja dan juga pada logam – logam lain, keuletan banyak ditentukan oleh strukturmikro, jadi juga ditentukan oleh komposisi kimia dari paduan, laku panas dan tingkat deformasi dingin yang dialami. Pada baja, kenaikan kadar karbon akan menaikkan kekuatandan kekerasan tetapi akan menurunkan keuletan. Demikian pula dengan tingkat deformasi dingin, makin tinggi tingkat deformasi dingin yang dialami makin tinggi kekuatan dan kekerasan tetapi keuletan akan makin rendah. Keuletan merupakan salah satu sifat mekanik yang amat penting karena : • Keuletan menunjukkan seberapa banyak suatu logam dapat dideformasi tanpa menjadi patah/retak, hal ini penting dalam menentukan besarnya deformasi yang akan dilakukan pada proses rolling, extruding, forging, drawing dan lain – lain. • Kerusakan pada bahan yang memiliki keuletan cukup tinggi biasanya didahului oleh adanya deformasi, sehingga bila dijumpai adanya deformasi maka akan dapat diambil tindakan untuk mencegah terjadinya kerusakan lebih lanjut. • Dapat digunakan sebagai indicator dari perubahan komposisi kimia dan kondisi proses pengerjaan. 3. Ketangguhan (toughness) Menyatakan kemampuan menyerap energi tanpa mengakibatkan patah, dapat diukur dengan besarnya energi yang diperlukan untuk mematahkan. Ketangguhan dinyatakan dengan modulus ketangguhan (modulus of toughness atau toughness index number) yang dapat didefinisikan sebagai banyaknya energi yang diperlukan untuk mematahkan satu satuan volume suatu bahan. Secara grafik, ini dapat diukur dengan luasan yang berada dibawah kurva tegangan – regangan dari hasil pengujian tarik. Ada beberapa pendekatan matematik yang dapat digunakan mengukur/menghitung besarnya modulus ketangguhan UT, yaitu : 11 untuk bahan yang ulet (ductile) : UT = σu x εt atau UT = εt x (σ σu + σy)/2 untuk bahan yang getas (brittle) UT = ⅔ σu x εt Dimana : UT = modulus ketangguhan (toughness index number) σu = ultimate tensile strength σy = yield point/strength εt = regangan total pada saat putus Pada beberapa komponen mesin seperti kopling, roda gigi, rantai, kait, kran dan lain–lain, seringkali mengalami kenaikan tegangan sesaat hingga diatas yield pointnya, untuk itu akan diperlukan bahan yang memiliki ketangguhan cukup tinggi. Ketangguhan merupakan suatu konsep yang sangat penting dan banyak dipergunakan, tetapi sebenarnya sulit ditetapkan seberapa besar sebenarnya ketangguhan yang dibutuhkan untuk suatu keperluan, juga sulit untuk mengukur seberapa besar sebenarnya ketangguhan suatu barang jadi yang terbuat dari bahan tertentu, karena banyak hal yang mempengaruhi ketangguhan, antara lain adanya cacat, bentuk dan ukurannya, bentuk dan ukuran benda, kondisi pembebanan/strain rate, temperatur dan lain – lain yang banyak dianataranay sulit diukur. Dari uraian tentang sifat mekanik dapat dianalisis bahwa ketangguhan ditentukan oleh kekuatan dan keuletan, dimana kedua sifat ini biasanya berjalan bertentangan, artinya bila kekuatan naik maka keuletan menurun. Ini dapat dilihat dengan membandingkan baja karbon rendah (yang kekuatannya rendah tetapi keuletannya tinggi), baja karbon menengah (dengan kekuatan yang lebih tinggi tetapi keuletannya lebih rendah)dan baja karbon tinggi (yang kekuatannya sangat tinggi tetapi juga sangat getas). Dari Gambar 1.11 di belakang tampak bahwa ketangguhan paling tinggi akan diperoleh pada baja karbon menengah. 12 Gambar 1.10 Ketangguhan Gambar 1.11 Toughness seen as the total area under the tensile curve Diagram tegangan – regangan sebenarnya Diagram tegangan – regangan seperti yang dibicarakan di depan disebut diagram tegangan – regangan normal karena perhitungan tegangan dan regangan tersebut berdasarkan panjang uji dan luas penampang mula–mula (nominal), pada hal setiap saat selalu terjadi 13 perubahan sebagai akibat penarikan yang sedang berlangsung. Dengan demikian seharusnya tegangan dan regangan dihitung berdasarkan luas penampang dan batang uji pada sesaat itu (bukan yang mula-mula). Dari hal ini terlihat bahwa sebenarnya diagram tegangan – regangan normal (kadang – kadang disebut juga diagram tegangan – regangan konvensional) kurang akurat, namun demikian untuk keperluan teknik (engineering) pada umumnya dianggap sudah memadai, karena dinamakan juga diagram tegangan – regangan teknik (engineering). Tetapi untuk beberapa keperluan tertentu, seperti misalnya untuk perhitungan pada proses pembentukan (rolling, forging dll) serta untuk perhitungan yang lebih mendetail yang memerlukan ketelitian lebih tinggi akan diperlukan diagram tegangan – regangan sebenarnya (true stress – true strain diagram). Definisi : Tegangan normal : σ = P/Ao Regangan normal : Tegangan sebenarnya : σ1 = P/Ao Regangan sebenarnya : ε = (L – Lo)/Lo ε1 = (L1 – Lo)/Lo + (L2 – L1)/L1 + (L3 – L2)/L2….. ε = ∆L/Lo ε1 = Lo∫∫L dL/L = LoL ln |L| = ln |L/Lo| Hubungan antara tegangan normal dengan tegangan sebenarnya : σ1 = σ (1 + ε) Hubungan antara regangan normal dengan regangan sebenarnya : ε1 = b (1+ ε) 14 Gambar 1.12 True stress-strain and conventional stress-strain diagram for mild steel Hubungan diatas hanya berlaku hingga saat terjadinya necking, di luar itu maka tegangan dan regangan sebenarnya harus dihitung berdasarkan pengukuran nyata pada batang uji, beban dan luas penampang setiap saat. Untuk daerah elastik boleh dikatakan tidak ada perbedaan antara tegangan/regangan nominal dengan tegangan/regangan sebenarnya, perbedaan mulai terjadi di daerah plastik. Pada diagram tegangan –regangan normal sesudah melampaui tegangan maximum akan terjadi penurunan, sedang pada diagram tegangan – regangan sebenarnya terus naik hingga putus. (Gambar 1.12) Dari data yang terkumpul dari berbagai logam/paduan tampak ada hubungan yang hampir linier antara tegangan sebenarnya dengan regangan sebenarnya, yang diplot pada grafik log – log. Ada beberapa persamaan matematik yang diajukan untuk menyatakan hubungan tersebut. Salah satu persamaan yang dianggap cukup representif untuk banyak bahan teknik adalah: σ 1 = k . εm dimana: k = strength coefficient n = strain – hardening exponent Harga k adalah harga true stress σ1 pada true strain ε1 = 1. Harga n dapat diturunkan dari persamaan diatas : = ( ( ) = ) ( ( ) = ) 15 Tabel 1.2 Material constant n and k for different sheet materials Pernyataan matematik diatas berlaku untuk daerah plastik dan juga hanya sampai saat terjadi necking. Di luar itu akan terjadi penyimpangan. Pada Tabel 1.2 dan Gambar 1.8 ditunjukkan grafik hubungan true stress-true strain untuk beberapa bahan dan harga konstantanya, berdasarkan persamaan matematik di atas. Pada operasi pembentukan seperti rolling, drawing, dll, tidak diinginkan terjadinya necking, karena itu perlu diketahui dengan pasti kapan necking akan terjadi. Necking akan terjadi pada saat beban maksimum, titik ini dinamakan titik instabilitas. Pada titik ini berlaku dP = 0 karena P = σ1A dan ε1 = ln |Ao/A| ⁄ Atau A = P = σ1. ⁄ dP = - (σ σ1. maka dan ⁄ ) dεε1 + ⁄ Sehingga untuk beban maksimum dimana dP = 0 akan berlaku dσ σ1u/dεε1u = σ1u 16 = Sehingga ⁄ = = ⁄ ⁄ = ( + )= ( + ) Dari persamaan di atas dapat digambarkan secara grafik dimana letak titik yang menyatakan beban maksimum (Gambar 1.13) Gambar 1.13 Considere’s construction for the determination of the point of maximum load C. Langkah-Langkah Percobaan Sebelum percobaan: 1. Batang uji (specimen) dibentuk menurut standart, 2. Catat merk, type, nomor seri, tahun pembuatan, kemampuan mesin dan lain-lain, 3. Sket mesin secara keseluruhan dan bagian-bagian utamanya, 4. Siapkan dan pasang kertas grafik dan ballpoint pada mesin, 5. Ukur dan catat dimensi-dimensi dari specimen sesuian dengan gambar standart specimen pengujian, 6. Perkirakan beban tertinggi yang diberikan sebagai tahanan atau reaksi terhadap beban luar (untuk hal ini akan ditentukan oleh asisten), 17 7. Siapkan mesin uji tarik yang akan digunakan, 8. Catat skala mesin pada mesin uji tarik, 9. Pasang batang uji pada crosshead. Saat percobaan: 1. Jalankan mesin uji tarik. Dan catat besarnya beban yield, beban ultimate, dan beban patah yang akan terjadi, 2. Setelah percobaan, ukur dan catat diameter pada bagian yang putus dan ukur pela panjang batang uji setelah patah. D. Data Hasil Pengujian Pengujian tarik dilakukan untuk mengetahui sifat mekanis dari material m aluminium, besi dan baja sebagai bahan uji dalam penelitian ini. Hasil pengujian tarik pada umumnya adalah parameter kekuatan tarik (ultimate ( strength) maupun luluh (yield yield strength), strength parameter keuletan yang ditunjukan dengan adanya proses perpanjangan (elongation (elongation) dan proses kontraksi atau reduksi penampang (reduktion ( of area)) maupun bentuk penampang patahanya. Gambar 1.14 Bahan uji aluminium Gambar 1.15 Bahan uji besi Gambar 1.16 Bahan uji baja 18 (a) (b) (c) Gambar 1.17 Grafik P – ΔL Δ Aluminium (a) ; Grafik P – ΔL Besi (b) ; Grafik rafik P – ΔL Baja (c) Data ini diperoleh dalam suhu kamar yaitu dengan suhu 30-32 32 oC. Hasil pengujian tarik dengan perlakuan suhu kamar dapat ditunjukan dalam tabel dibawah ini : Tabel 1.3 Hasil pengujian tarik Bahan Uji Keterangan Diameter mula-mula, do Aluminium (Al) Besi (Fe) Baja (FeC) (mm) 12.50 12.00 12.00 Diameter setelah patah, dt (mm) 10.00 8.00 8.50 122.65 78.50 113.04 50.24 113.04 56.72 Luas area • Awal, A0 (mm2) • Akhir, At (mm2) 19 Panjang ukur • Awal, L0 (mm) • Akhir, Lt (mm) • ∆Lmax pertambahan panjang (mm) 300.00 325.00 23.37 315.00 360.00 42.93 290.00 350.00 42.86 Beban luluh, Pᵧ (kgf) 2856.24 3026.32 4816.50 Beban maksimum, Pmax (kgf) 3650.00 5575.00 6000.00 Beban patah, Pp (kgf) 3252.90 5017.32 5661.50 E. Pembahasan Soal Sesudah Praktikum 1. Tabel nilai Pp, Py, Pmax, Ppatah, pertambahan panjang ΔLp, ΔLy, ΔLmax, ΔLpatah Bahan Uji Keterangan Aluminium Besi Baja PP (kgf) 2618.22 2628.12 4309.50 Py (kgf) 2856.24 5017.32 5661.50 Ppatah (kgf) 3252.90 5017.32 5661.50 Pmax (kgf) 3650.00 5575.00 6000.00 ΔLp (mm) 1.08 0.53 4.29 ΔLy (mm) 1.63 1.06 5.72 ΔLpatah (mm) 25.00 45.00 60.00 ΔLmax (mm) 23.37 42.93 42.86 2. Nilai dan grafik Tegangan-Regangan Sebenarnya Aluminium • . Αp = σp = % Αy = σy = . = * %* * = $ = 122.21 mm2 = 21.42 kgf/mm2 & 100 % = . ! "## "# .#$ $ . = ɛp = • . = . .#$ "## ! "## "# . " . + & 100% = 0.36 % = 122 mm2 = 23.41 kgf/mm2 20 ɛy = • Αu = σu = ɛu = • * . " & 100 % = . ,-! " -0-1 -0-1 = 113.78 mm2 ".". "## . & 100% ! "## " = = 0.54 % = 32.08 kgf/mm2 = % -0-1 ɛpatah = # & 100 % = -0-1 σpatah = ! "## "..$ . Αpatah = & 100% " ".". = / ,-! . = %,-! "## " .2# = 7.79 % = 113.21 mm2 = 28.73 kgf/mm2 ". & 100 % = "## & 100% = 8.30 % Besi • . Αp = σp = % ɛy = • . Αu = σu = %* = * * " "# ." . & 100 % = . ,-! %,-! / = = #. " " ".#+ ! " = * . " = 112.85 mm2 = 23.28 kgf/mm2 .$ & 100 % = Αy = σy = " $. = ɛp = • ".#+ ! " = .# .# " " ..2" 22.+$ = 0.17 % = 112.66 mm2 = 26.86 kgf/mm2 ".#+ ! " . & 100% & 100% = 0.34 % = 98.48 mm2 = 56.04 kgf/mm2 21 ɛu = • ,-! . Αpatah = % -0-1 -0-1 -0-1 ɛpatah = & 100% " ".#+ ! " = -0-1 σpatah = + .2" & 100 % = = 98.91 mm2 " # # .." = = 13.63 % = 50.78 kgf/mm2 2$.$ + & 100 % = & 100% " = 14.20 % Baja • . Αp = σp = % = ɛy = • Αu = σu = ɛu = • . Αy = σy = 2+. 2 +"#2. ."2 * %* = * * ,-! = ,-! = 43.45 kgf/mm2 .. 2# ### 2$.+$ -0-1 % -0-1 -0-1 = = = 01.97 % = 98.48 mm2 = 60.92 kgf/mm2 + .$ & 100 % = -0-1 & 100% "" .$ . = 1.48 % = 110.85 mm2 ".#+ ! 2# = / ɛpatah = . #.$ %,-! σpatah = 2 .. +$ & 100% 2# & 100 % = . Αpatah = #+. 2 ".#+ ! 2# = = 111.39 mm2 = 38.69 kgf/mm2 & 100 % = ɛp = • ".#+ ! 2# = 2# & 100% ".#+ ! 2# " # . 2".$ = 14.78 % = 93.66 mm2 = 60.45 kgf/mm2 & 100 % = # 2# & 100% = 20.69 % 22 Aluminium Besi Baja 3. Tabel hasil perhitungan harga: Bahan uji No Keterangan Alumunium Besi Baja 1 Tegangan proporsional (σp) (kg/ mm²) 21.35 23.16 38.12 2 Tegangan yield (σy) (kg/ mm²) 23.29 26.77 42.60 3 Tegangan ultimate (σu)(kg/ mm²) 29.76 49.32 53.07 4 Tegangan patah (σpatah) (kg/ mm²) 26.52 44.38 50.08 5 Regangan proporsional (εp) (%) 0.36 0.17 1.36 6 Regangan yield (εy) (%) 0.54 0.34 1.97 23 7 Regangan ultimate (εu) (%) 7.79 13.63 14.78 8 Regangan patah (εpatah) (%) 8.30 14.20 20.69 9 Kekuatan tarik (UTS) (kg/mm2) 29.76 49.32 53.07 10 Kekuatan luluh (kg/mm2) 23.29 26.77 42.60 11 Kekuatan patah (kg/mm2) 2.48 7.04 10.98 12 Perpanjangan (∆L) (mm) 25.00 45 60 13 Reduksi penampang (∆A) (mm2) 44.15 62.80 56.32 Aluminium σp = σy = σu = % %* = %,-! σpatah = $. = %3 = 21.35 kgf/mm2 . $ . + . " = = = 23.29 kgf/mm2 # . " .2 . ɛp = ɛy = x 100 % = * x 100 % = ,-! = 29.76 kgf/mm2 ɛu = = 26.52 kgf/mm2 ɛpatah = 3 .#$ "## . " "## x 100 % = 0.36 % x 100 % = 0.54 % ".". 100 % = 100 % = "## 100 % = 7.79 % "## 100 % = 8.30 % Kekuatan tarik (UTS) = σu = 29.76 kgf/mm2 Kekuatan luluh = σy = 23.29 kgf/mm2 Kekuatan putus = σu 04 = 29.76 325−300 = 2.48 kgf/mm2 300 Perpanjangan (∆L) = lf – lo = 325 – 300 = 25 mm Reduksi penampang (∆A) = Ao – Ai = 122.65 – 78.50 = 44.15 mm2 Besi σp = σy = % %* $. = = ".#+ "# ." ".#+ = 23.16 kgf/mm2 = 26.77 kgf/mm2 ɛp = ɛy = x 100 % = * x 100 % = #. " " .# " x 100 % = 0.17 % x 100 % = 0.34 % 24 σu = %,-! σpatah = %3 . = ".#+ = 49.32 kgf/mm2 # .." = ɛu = = 44.38 kgf/mm2 ".#+ ,-! 100 % = 3 ɛpatah = + .2" " 100 % = + " 100 % = 13.63 % 100 % = 14.2 % Kekuatan tarik (UTS) = σu = 49.32 kgf/mm2 Kekuatan luluh = σy = 26.77 kgf/mm2 04 Kekuatan putus = σu = 49.32 360−315 = 7.04 kgf/mm2 315 Perpanjangan = Lf – lo = 360 – 315 = 45 mm Reduksi penampang (∆A) = Ao – Ai = 113.04 – 50.24 = 62.80 mm2 Baja σp = σy = σu = % %* = %,-! σpatah = +"#2. = %3 = 38.12 kgf/mm2 ".#+ +$ . ".#+ = = = 42.60 kgf/mm2 ### ".#+ . ".#+ ɛp = ɛy = x 100 % = * ɛu = = 50.08 kgf/mm2 ɛpatah = 3 100 % = x 100 % = 1.36 % 2# .. x 100 % = ,-! = 53.07 kgf/mm2 +. 2 2# x 100 % = 1.97 % + .$ 100 % = 2# # 2# 100 % = 14.78 % 100 % = 20.69 % Kekuatan tarik (UTS) = σu = 53.07 kgf/mm2 Kekuatan luluh = σy = 42.60 kgf/mm2 Kekuatan putus = σu 04 = 53.07 350−290 = 10.98 kgf/mm2 290 Perpanjangan = Lf – lo = 350 – 290 = mm Reduksi penampang (∆A) = Ao – Ai = 113.04 – 56.72 = 56.32 mm2 25 4. Bentuk batang uji tarik menurut ASTM (American Society for Testing and Material) 5. Sumber kesalahan dan pengaruh terhadap hasil pengujian: • • Ketidaktelitian dalam melihat nilai pengukuran, Pengamatan skala pembebanan pada dial indicator kurang teliti sehingga pembacaan skala beban grafik hasil pengujian terdapat kesalahan, • Jarak penjepit kedua ujung spesimen tidak sama sehingga perpatahan tidak terjadi pada posisi tengah benda uji. F. Analisa Data Bahan uji No Keterangan Alumunium Besi Baja 1 Tegangan proporsional (σp) (kg/ mm²) 21.35 23.16 38.12 2 Tegangan yield (σy) (kg/ mm²) 23.29 26.77 42.60 3 Tegangan ultimate (σu)(kg/ mm²) 29.76 49.32 53.07 4 Tegangan patah (σpatah) (kg/ mm²) 26.52 44.38 50.08 5 Regangan proporsional (εp) (%) 0.36 0.17 1.36 6 Regangan yield (εy) (%) 0.54 0.34 1.97 7 Regangan ultimate (εu) (%) 7.79 13.63 14.78 8 Regangan patah (εpatah) (%) 8.30 14.20 20.69 9 Kekuatan tarik (UTS) (kg/mm2) 29.76 49.32 53.07 10 Kekuatan luluh (kg/mm2) 23.29 26.77 42.60 11 Kekuatan patah (kg/mm2) 2.48 7.04 10.98 12 Perpanjangan (∆L) (mm) 25.00 45.00 60.00 26 13 Reduksi penampang (∆A) (mm2) 44.15 62.80 56.32 Alumunium Pada alumunium memiliki kekuatan tarik 29.76, kekuatan luluh 23.29 dan kekuatan putus 2.48 yang kecil karena alumunium memiliki karakter yang getas dan lunak. Dan pada alumunium sedikit mengandung struktur karbon, pada alumunium struktur mikronya relative padat sehingga memiliki perpanjangan yang tinggi. Besi Pada besi memiliki memiliki kekuatan tarik 49.32, kekuatan luluh 26.77, dan kekuatan putus 7.04. Besi memilki struktur kristal baik, dan memiliki kandungan karbon yang sesuai,sehingga modulus elastisitas tinggi dimana harga ɛ specimen akan semakin kaku. Baja Pada baja ini memiliki kekuatan tarik 53.07, kekuatan luluh 42.60, dan kekuatan putus 10.98. Baja ini memiliki kadar karbon kurang dari 2%, fasa dan struktur mikronya adalah ferrit dan perlit, baja ini memiliki sifat mekaniknya yg lunak sehingga memiliki keuletan dan ketahanan yg cukup baik. G. Kesimpulan • Kekuatan tarik akan naik seiring naiknya kadar karbon dan jenis bahan paduannya. • Kekuatan dapat di tunujukan dengan modulus elastisitas dimana besar harga ε spesimen akan semakin kaku. • Dalam pengujian tarik pada spesimen akan mengalami dua proses yaitu pertambahan panjang dan patah. • Daerah elastis adalah daerah dimana spesimen di berikan beban kemudian beban tersebut di hilangkan maka bentuk spesimen akan kembali pada bentuk semula tanpa mengalami kerusakan sekecil apapun. • Daerah plastis adalah daerah di mana beban yang di berikan di hilangkan maka benda tidak akan kembali kebentuk semula. • Pada uji tarik terdapat beberapa titik yang spesifik yaitu titik yield dan titik maksimum ( ultimate). • Benda atau spesimen dapat di gunakan pada uji tarik antara lain alumunium dan baja.( pada pengujian di gunakan baja ST 37 dan baja ST 42). 27 BAB II PENGUJIAN KEKERASAN A. Tujuan Pengujian Untuk mengukur ketahanan material terhadap deformasi plastis yang terlokalisasi (lengkungan kecil atau goresan). B. Dasar Teori Kekerasan sebenarnya merupakan suatu istilah yang sulit didefinisikan secara tepat, karena setiap bidang ilmu dapat memberikan definisinya sendiri – sendiri yang sesuai dengan persepsi dan keperluannya. Karenanya juga cara pengujian kekerasan ada bermacam – macam tergantung konsep yang dianut. Dalam engineering, yang menyangkut logam, kekerasan sering dinyatakan sebagai kemampuan untuk menahan indentasi/penetrasi/abrasi. Ada beberapa cara pengujian kekerasan yang terstandart yang digunakan untuk menguji kekerasan logam, pengujian Brinell, Rockwell, Vickers dll.2 1. Pengujian Kekerasan Brinell Pegujian Brinell adalah salah satu cara pengujian kekerasan yang paling banyak digunakan. Pada pengujianBrinell digunakan bola baja yang dikeraskan sebagai indentor. Indentor ini ditusukkan ke permukaan logam yang diuji dengan gaya tekan tertentu selama waktu tertentu pula (antara 10 sampai 30 detik). Karena penusukan (indentasi) itu maka pada permukaan logam tersebut akan terjadi tapak tekan yang berbentuk tembereng bola. Kekerasan Brinell dihitung sebagai : ;<= = >-*- 0?@-A /-B 0? -@ 0?@-A ;<= = C D E⁄2 . 〈E − G(E − H )2〉 Dimana: P = gaya tekan (kg) D = diameter bola indentor (mm) d = diameter tapak tekan (mm) 28 Biasanya pada pengujian kekerasan Brinell yang standart digunakan bola baja yang dikeraskan berdiameter 10 mm, gaya tekan 3000 kgf (untuk pengujian kekerasan baja), atau 1000 atau 500 kgf (untuk logam non ferrous, yang lebih lunak), dengan lama penekanan 10 – 15 detik. Tetapi mengingat kekerasan bahan yang diuji dan juga tebal bahan (supaya tidak terjadi indentasi yang terlalu dalam atau terlalu dangkal), boleh digunakan gaya tekan dan indentor dengan diameter yang berbeda asalkan selalu dipenuhi persyaratan P/D2 = konstan. Dengan memenuhi persyaratan tersebut maka hasil pengukuran tidak akan berbeda banyak bila diuji dengan gaya tekan/diameter bola indentor yang berbeda. Harga konstanta ini untuk baja adalah 30, untuk tembaga/paduan tembaga 10 dan untuk aluminium/paduan aluminium 5. Untuk pengujian logam yang sangat keras (> 500 BHN) bahan indentor dari baja yang dikeraskan tidak cukup baik, karena indentor itu sendiri mungkin mulai terdeformasi, maka digunakan bola dari karbida tungsten, yang mampu mengukur sampai kekerasan sekitar 650 BHN. 2. Pengujian kekerasan Rockwell Pada pengujian Brinell harus dilakukan pengukuran diameter tapak tekan secara manual, sehingga ini memberi peluang untuk terjadinya kesalahan pengukuran, disamping juga akan memakan waktu. Pada cara Rrockwell pengukuran langsung dilakukan oleh mesin, dan mesin langsung menunjukkan angka kekerasan dari bahan yang diuji. Cara ini lebih cepat dan akurat. Pada cara Rockwell yang normal, mula – mula permukaan logam yang diuji ditekan oleh indentor dengan gaya tekan 10 kg, beban awal (minor load Po), sehingga ujung indentor menembus permukaan sedalam h (lihat gambar 2.1). Setelah itu penekanan diteruskan dengan memberikan beban utama (major load P) selama beberapa saat, kemudian beban utama dilepas, hanya tinggal beban awal, pada saat ini kedalaman penetrasi ujung indentor adalah h1. 29 Gambar 2.1 Proses uji rockwell Kekerasan diperhitungkan berdasarkan perdaan kedalaman penetrasi ini. Karena yang diukur adalah kedalaman penetrasi, maka pengukuran dapat dilakukan dengan menggunakan dial indicator, dengan sedikit modifikasi yaitu piringan penunjuknya menunjukkan skala kekerasan Rockwell. Dengan cara Rockwell dapat digunakan beberapa skala, tergantung pada kombinasi jenis indentor dan besar beban utama yang digunakan. Macam skala dan jenis indentor serta besar beban utama dapat dilihat pada Tabel 2.1 di bawah. Untuk logam biasanya digunakan skala B atau C, dan angka kekerasannya dinyatakan dengan RB dan RC. untuk skala B harus digunakan indentor berupa bola baja berdiameter 1/10″ dan beban utama 100 kgf. kekerasan yang dapat diukur dengan Rockwell B ini sampai RB 100, bila pada suatu pengukuran diperoleh angka di atas 100 maka pengukuran harus diulangi dengan menggunakan skala lain. Kekerasan yang diukur dengan skala B ini relatif tidak begitu tinggi, untuk mengukur kekerasan logam yang keras digunakan Rockwell C (amapai angka kekerasan RC 70) atau Rockwell A (untuk yang sangat getas). Table 2.1 Loads and indentors for Rockwell hardness tests. Test A Load Kilograms 60 B 100 C 150 Brale D 100 Brale Indentor Brale ″ ball 30 F 60 ″ ball G 150 ″ ball Di samping Rockwell yang normal ada pula yang disebut superficial Rockwell, yang menggunakan beban awal 3kg, indentor kerucut intan (diamond cone, brale) dan beban utama 15, 30 atau 45 kg. Superficial Rockwell digunakan untuk specimen yang tipis. 3. Pengujian kekerasan Vickers Prinsip dasar pengujian ini sama dengan pengujian Brinell, hanya saja di sini digunakan indentor intan yang berbentuk piramid beralas bujur sangkar dan sudut puncak antara dua sisi yang berhadapan 136o. tapak tekannya tentu akan berbentuk bujur sangkar, dan yang diukur adalah panjang kedua diagonalnya lalu diambil rata– rata. Angka kekerasan Vickers dihitung dengan : HVN = {2P sin (α/2)} / d2 = 1,854 P / d2 Dimana: P = gaya tekan (kgf) d = diagonal tapak tekan rata–rata (mm) α = sudut puncak indentor = 136o Gambar 2.2 The vicker diamond-pyramid indentor 31 Hasil pengujian kekerasan Vickers ini tidak tergantung pada besarnya gaya tekan (tidak seperti pada Brinell), dengan gaya tekan yang berbeda akan menunjukkan hasil yang sama untuk bahan yang sama. Dengan demikian juga Vickers dapat mengukur kekerasan bahan mulai dari yang sangat lunak (5 HV) sampai yang amat keras (1500 HV) tanpa perlu mengganti gaya tekan. Besarnya gaya tekan yang digunakan dapat dipilih antara 1 sampai dengan 120 kg, tergantung pada kekerasan/ketebalan bahan yang diuji agar diperoleh tapak tekan yang mudah diukur dan tidak ada anvil effect (pada benda yang tipis). 4. Kekerasan Meyer Meyer mengukur kekerasan dengan cara yang hampir sama seperti Berinell, juga menggunakdan indentor bola, hanya saja angka kekerasannya tidak dihitung dengan luas permukaan tapak tekan, tetapi dihitung dengan luas proyeksi tapak tekan. Angka kekerasan Meyer: Pm = 4P / (π d2) Dimana: P = gaya tekan (kgf) d = diameter tapak tekan (mm) Dengan cara ini hasil hasil pengukuran tidak lagi terpengaruh oleh besarnya gaya tekan yang digunakan untuk menekan indentor (jadi tidak seperti Brinell). Hasilnya akan sama walaupun pengukuran dilakukan dengan gaya tekan berbeda. Walapun demikian ternyata pengujian Meyer tidak banyak digunakan. 5. Microhardness test kepeluan metalurgik seringkali diperlukan pengukuran kekerasan pada daerah yang sangat kecil, misalnya pada salah satu strukturmikro, atau pada lapisan yang sangat tipis misalnya pada lapisan pada lapisan electroplating. Untuk itu pengujian dilakukan dengan gaya tekan yang sangat kecil, di bawah 1000 gram, menggunakan mesin yang dikombinasi dengan mikroskop. Cara yang biasa digunakan adalah Mikro Vickers atau Knoop. Pada Mikro Vickers, indentor yang digunakan juga sama seperti pada Vickers biasa, juga cara perhitungan angka kekerasannya, hanya saja gaya tekan yang 32 digunakan kecil sekali, 1 sampai 1000 gram, dan panjang diagonal indentasi diukur dalam micron. Pada Knoop microhardness test, digunakan indentor pyramid intan dengan alas berbentuk belah ketupat yang y perbandingan panjang diagonalnya 1 : 7 (Gambar 2.3) Gambar 2.3 The knoop diamond-pyramid diamond pyramid indentor Angka kekerasan Knoop dihitung sebagai berikut : HK = 14,299 P/l2 dimana: P = gaya tekan (gr) l = panjang diagonal tapak tekan yang panjang (mikron) Mengingat engingat bentuk indentornya maka Knoop akan menghasilkan indentasi yang sangat dangkal (dibandingkan dengan Vickers), sehingga sangat cocok untuk pengujian kekerasan pada lapisan yang sangat tipis dan/atau getas. Perbandingan pemakaian hardness test t Setiap cara pengujian yang diuraikan di atas mempunyai kelebihan dan kekurangan. Cara pengujian kekerasan yang normal mempunyai beberapa persamaan dalam persyaratan/prosedur, antara lain bahwa permukaan yang diuji harus cukup halus dan rata, specimen harus cukup tebal (tidak kurang dari 6 mm untuk Brinell standart, 1,5 mm untuk Rockwell normal). Specimen harus dapat ditumpuh dengan baik dan permukaan yang diuji 33 harus horizontal. Titik pengujian tidak boleh terlalu berdekatan dan tidak terlalu dekat dengan tepi specimen. Brinell standart akan mengakibatkan terjadinya indentasi yang cukup besar, karena itu biasanya tidak digunakan pada permukaan dari finished product dan benda yang kecil/tipis. Rockwell hanya meninggalkan bekas yang sangat kecil sehingga tidak mengakibatkan cacat pada permukaan, tetapi karena penggunaan indentor yang kecil ini. Rockwell tidak baik digunakan pada bahan yang tidak homogen, seperti pada besi tuang kelabu dimana terdapat bagian – bagian yang sangat lunak (grafit). Untuk ini sebaiknya digunakan Brinell, di samping itu Brinell tidak menuntut kehalusan permukaan yang terlalu tinggi, cukup dengan geinda kasar. Pada Brinell dan Vickers dilakukan pengukuran tapak tekan secara manual, akan memakan waktu dan member peluang untuk terjadinya kesalahan pengukuran. Kadang – kadang pengukuran tapak tekan ini tidak mudah, karena ada kemungkinan terjadi sinking dan ridging (Gambar 2.4). Sinking terjadi pada logam yang dianil sedang ridging terjadi pada logam yang dideformasi dingin. Gambar 2.4a Gambar 2.4b Vickers dapat mengukur kekerasan mulai dari yang sangat lunak sampai yang keras, tidak terpengaruh oleh besarnya gaya tekan yang dipakai, sangat mudah untuk membandingkan kekerasan bahan yang satu dengan lainnya karena hanya ada satu skala saja. Tetapi Vickers sangat sensitive terhadap kekasaran permukaan, sehingga diperlukan persiapan yang lebih teliti untuk menghaluskan permukaan. Karenanya biasanya Vickers hanya digunakan dalam laboratorium penelitian. 34 Demikian pula dengan microhardness test dan Rockwell superficial, memerlukan persiapan specimen yang sangat teliti, perlu dilakukan grinding mulai dari yang kasar sampai yang halus, dilanjutkan dengan polishing, seperti halnya yang dilakukan pada persiapan specimen metallografy. Bahkan mungkin diperlukan etching. Tetapi cara pengujian ini dapat digunakan untuk benda yang sangat tipis dan untuk daerah yang sangat kecil. Ini juga hanya untuk laboratorium. Tabel 2.2 Penggunaan jenis pengujian kekerasan ROCKWELL SUPERFICIAL BRINELL ROCKWELL Structural steel and other rolled section Finished parts, such as bearings, bearig races, valves, nuts, bolts, gear pullers, rolls, pins, pivots, stops, etc. Most castings including steel, cast iron, and alunimiun Most forgings Cutting tools, such as saws, knives, chisels, scissors. Same as standard Rockwell except where shallower penetration is necessary, as in : VICKERS Same as Rockwell and Rockwell superticial except where higher accuracy or shallower penetration is necessary. as in Plated surfaces. Thn materials down to 0,06 in. Thin casehardened parts. 0,05 to 0,10 in. To estabilish gradients. Cemented carbides Thin material down to 0,05 in. Powered metals Highly finished parts to avoid a removal opetion. Thin casehardned part. to 0,10 in Forming tools Small castings and forgings Sheet metal Large-diameter wire Thin section, such as tubing. Electrical contacts Weak structures. Plastic parts sheel or Case-hardened parts MICROHARDNESS Coatings, such as laquer, varnish, or paint. Forls and very thin materials down to 0,001 in. case Bimetals and laminated materials. Very small parts or areas, such as watch gears, cutting tool edgers, thread crests, pivot points, etc Very brittle or frgile materials (Knoop indenter), such as silicon, germanium, glass, tooth enamel. Plating thickness Opaque, clear, translucent materials. or Powdered metals. Cemented carbides To investigate individual constituents of a metals To determine grain or grain boundary hardness. Konversi angka kekerasan Untuk suatu keperluan praktis kadang – kadang perlu mengadakan konversi atas hasil pengukuran kekerasan suatu cara ke cara lain. Ternyata hal ini tidak mudah karena adanya 35 perbedaan pada prinsip kerja dari masing – masing cara pengukuran kekerasan. Karenanya hubungan konversi ini hanya sekedar suatu hubungan empiric. Dan hubungan knversi inipun hanya berlaku untuk satu jenis logam tertentu saja, sehingga masing –maing logam harus memiliki hubungan konversi sendiri-sendiri. Hubungan konversi yang sudah banyak dibuat adalah hubungan konversi antara Binell 4(BHN), Rockwell 4(RA, RB, RC, superficial) dan Vckers (HV atau VHN atau DPHN) untuk baj, seperti tertera pada Tabel 2.3. Dari tabel tersebut tampak bahwa angka kekerasan Brinell hampir sama dengan angka kekerasan Vickers (Vickers sedikit lebih tinggi, 5-10 %), sedang terhadap Rockwell B, Brinell/Vickers kira-kira dua kali lebih besar, dan terhadap Rockwell C, kira-kira 10 – 13 kali lebih besar. Standard ball Hultgren ball Tungalen carbide ball A scale 60-kg Brale penetrator B scale 100-kg load 1/10-meida ball A scale 150-kg load Brale penetrator D scale 100-kg load Brale penetrator 15-N scale 15-kg load 30-N scale 30-kg load 45-N scale 45-kg load Shere seleroscupe hardness number Diamond pyramid hardness number. Vickers, 50kg load Table 2.3. Approximate Hardness Conversion Number for Steel, Based on DPH (Vickers) ……… ……… ……… … …… …… …… …… …… ........... ........... ........... 767 757 85.6 85.3 85.0 84.7 84.4 ................ ................ ................ ................ ................ 68.0 67.5 67.0 66.4 65.9 76.9 76.5 76.1 75.7 75.3 93.2 93.0 92.9 92.7 92.5 84.4 84.0 83.6 83.1 82.7 75.4 74.8 74.2 73.6 73.1 97 96 96 93 92 940 920 900 880 860 …… …… …… …… …… 745 733 722 710 698 84.1 83.8 83.4 83.0 82.6 ................ ................ ................ ................ ................ 65.3 64.7 64.0 63.3 62.5 74.8 74.3 73.8 73.3 72.6 92.3 92.1 91.8 91.5 91.2 82.2 81.7 81.1 80.4 79.7 72.2 71.8 71.0 70.2 69.4 91 90 88 87 86 840 820 800 780 760 …… ……. 615 610 603 684 670 656 647 638 82.2 81.8 81.3 81.1 80.8 ................ ................ ................ ................ ............... 61.8 61.0 60.1 59.7 59.2 72.1 71.5 70.8 70.6 70.1 91.0 90.7 90.3 90.1 89.8 79.1 78.4 77.6 77.2 76.8 68.6 67.7 66.7 66.2 65.7 84 83 81 … 80 740 720 700 690 680 597 590 585 578 571 630 620 611 601 591 80.6 80.3 80.0 79.8 79.5 ................ ................ ................ ................ ................ 58.8 58.3 57.8 57.3 56.8 69.8 69.4 69.0 68.7 68.3 89.7 89.5 89.2 89.0 88.8 76.4 75.9 75.5 75.1 74.6 65.3 64.7 64.1 63.5 63.0 … 70 …. 77 …. 670 660 650 640 630 564 557 550 542 536 582 573 564 554 545 79.2 78.9 78.6 78.4 78.0 ................ ................ ................ ................ ................ 56.3 55.7 55.2 54.7 54.1 67.9 67.5 67.0 66.7 66.2 88.5 88.2 88.0 87.8 87.5 74.2 73.6 73.2 72.7 72.1 62.4 61.7 61.2 60.5 59.9 75 ….. 74 ….. 72 620 610 600 590 580 527 519 512 503 495 535 525 517 507 497 77.8 77.4 77.0 76.7 76.4 ................ ................ ................ ................ ................ 53.6 53.0 52.3 51.7 51.1 65.8 65.4 64.8 64.4 63.9 87.2 86.9 86.6 86.3 86.0 71.7 71.2 70.5 70.0 69.5 59.3 58.6 57.8 57.0 56.2 …. 71 …. 69 …. 570 560 550 540 530 Diamond pyramid Hardness number Vickers, 50 kg load Brinell hardness numbers 10mm ball 3000-kg load 940 920 900 880 860 840 820 800 780 760 740 720 700 690 680 670 660 650 640 630 620 610 600 590 580 570 560 550 540 530 ……… ……… ……… … ……… ……… ……… … ……… ……… ……… …. ……… ……… ………. .... ……… …. 505 496 488 480 473 465 456 448 Rockwell superficial hardnes number superficial Brale penetrator load Rockwell hardness number 36 520 510 500 490 480 441 433 425 415 405 397 74.1 73.6 73.3 72.8 72.3 71.8 ................ ................ ................ ................ ................ ................ 46.9 46.1 45.3 44.5 43.6 42.7 60.7 60.1 59.4 58.8 58.2 57.5 83.9 83.6 83.2 82.8 82.3 81.8 65.7 64.9 64.3 63.5 62.7 61.9 51.3 50.4 49.4 48.4 47.4 46.4 64 …. 62 …. 59 …. 57 470 460 450 440 430 420 Diamond pyramid hardness number. Vickers, 50kg load 442 433 425 415 405 397 Shere seleroscupe hardness number 442 433 425 415 405 397 45-N scale 45-kg load 520 510 500 490 480 30-N scale 30-kg load …. 67 … 66 …. 15-N scale 15-kg load 55.6 54.7 53.9 53.1 52.2 D scale 100-kg load Brale penetrator 69.0 68.3 67.7 67.1 66.4 A scale 150-kg load Brale penetrator 85.7 85.4 85.0 84.7 84.3 B scale 100-kg load 1/10-meida ball 63.5 62.9 62.2 61.6 61.3 A scale 60-kg Brale penetrator 50.5 49.8 49.1 48.4 47.7 Tungalen carbide ball ................ ................ ................ ................ ................ Hultgren ball 76.1 75.7 75.3 74.9 74.6 Standard ball 488 479 471 460 452 Diamond pyramid Hardness number Vickers, 50 kg load 470 460 450 440 430 420 487 479 471 460 452 410 400 390 380 370 386 379 369 360 350 388 379 369 360 350 386 379 369 360 350 71.4 70.8 70.3 69.8 69.2 .......... .......... .......... (110.0) .......... 41.8 40.8 39.8 38.8 37.7 56.8 56.0 55.2 54.4 53.6 81.4 81.0 80.3 79.8 79.2 61.1 60.2 59.3 58.4 57.4 46.3 44.1 42.9 41.7 40.4 .......... 55 .......... 52 .......... 410 400 390 380 370 360 350 340 330 320 341 331 322 313 303 341 331 322 313 303 341 331 322 313 303 68.7 68.1 67.6 67.0 66.4 (109.0) .......... (108.0) .......... (107.0) 36.6 35.5 34.4 33.3 32.2 52.8 51.9 51.1 50.2 49.4 78.6 78.0 77.4 76.8 76.2 56.4 55.4 54.4 53.6 52.3 39.1 37.8 36.5 36.2 33.9 50 .......... 47 .......... 45 360 350 340 330 320 310 300 295 290 285 294 284 280 275 270 294 284 280 275 270 294 284 280 275 270 65.6 65.2 64.8 64.5 64.2 .......... (105.5) .......... (104.5) .......... 31.0 29.8 29.3 28.5 27.8 48.4 47.5 47.1 46.5 46.0 75.6 74.9 74.6 74.2 73.8 51.3 50.2 49.7 49.0 48.4 32.3 31.1 30.4 29.5 28.7 .......... 42 .......... 41 .......... 310 300 295 290 285 280 275 270 265 260 265 261 256 252 247 265 261 256 252 247 265 261 256 252 247 63.8 63.5 63.1 62.7 62.4 (103.5) .......... (102.0) .......... (101.0) 27.1 26.4 25.6 24.8 24.0 45.3 44.9 44.3 43.7 43.1 73..4 73.0 72.6 72.1 71.6 47.8 47.3 46.4 45.7 45.0 27.9 27.1 26.3 25.3 24.3 40 .......... 33 .......... 37 280 275 270 265 260 255 250 245 240 230 240 238 233 228 219 240 238 233 228 219 240 238 233 228 219 62.0 61.6 61.2 60.7 ........ .......... 99.5 .......... 98.1 96.7 23.1 22.2 21.3 20.3 (18.0) 42.3 41.7 41.1 40.3 .......... 71.1 70.6 70.1 69.6 .......... 44.2 43.4 42.5 41.7 .......... 23.2 22.3 21.1 19.9 .......... .......... 36 .......... 34 33 255 250 245 240 230 220 210 200 190 180 209 200 190 181 171 209 200 190 181 171 209 200 190 181 171 .......... .......... .......... .......... .......... 95.0 93.1 91.5 89.5 87.1 (15.7) (13.4) (11.0) (8.5) (6.0) .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... 32 30 29 28 26 220 210 200 190 180 170 160 150 140 130 162 152 143 133 124 162 152 143 133 124 162 152 143 133 124 .......... .......... .......... .......... .......... 85.0 81.7 78.7 73.0 71.2 (3.0) (0.0) .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... 25 24 22 21 20 170 160 150 140 130 120 110 100 95 90 85 114 105 95 90 86 81 114 105 95 90 86 81 114 105 95 90 86 81 .......... .......... .......... .......... .......... .......... 66.7 62.3 56.2 52.0 48.0 41.0 .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ........... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... 120 110 100 95 90 85 Brinell hardness numbers 10-mm ball 3000-kg load Rockwell superficial hardnes number superficial Brale penetrator load Rockwell hardness number 37 Note. The value in this table shown in bold-faced type correspond to the values shown in the corresponding joint SAE-ASM-ASTM Committee on Hardness Conversions as prioted in ASTM Spec E4S-43T. Hubungan antara kekuatan dan kekerasan Dari pengalaman dapat diketahui bahwa ada hubungan antara kekuatan dan kekerasan suatu logam. Tetapi mencari bentuk hubungan itu secara teoritik bukanlah hal yang mudah. Memang ada beberapa rumusan yang diajukan untuk itu tetapi semuanya masih jauh dari memuaskan. Secara empirik juga banyak diajukan rumusan untuk menyatakan hubungan antara kekuatan dan kekerasan, dan ini biasanya hanya berlaku untuk satu jenis logam tertentu pada kondisi tertentu, misalnya untuk baja karbon (konstruksi) yang dianil. Pada umumnya kekuatan sebanding dengan kekerasan, kekuatan akan naik dengan naiknya kekerasan (bersamaan dengan itu keulatan akan menurun). Hubungan antara kekuatan dan kekerasan dapat dinyatakan sebagai berikut : • untuk baja karbon : UTS = 0,36 BHN (kg/mm2) atau UTS = 500 BHN (psi) • untuk baja paduan : UTS = 0,34 BHN (kg/mm2) Hubungan anatara kekerasan dan kekuatan juga dapat digambarkan dengan suatu grafik seperti terlihat pada gambar 2.5, (hubungan antara angka kekerasan dengan kekuatan tarik untuk baja konstruksi). Dari grafik tersebut terlihat bahwa angka kekerasan Brinell (standar) menunjukkan suatu hubungan yang paling linier. Dengan angka kekerasan yang lain akan terjadi sedikit penyimpangan pada angka kekerasan yang agak tinggi. 38 Gambar 2.5 Approximate relations between hardness number and tensile ultimate strength for structural steels C. Langkah-Langkah Percobaan 1. Metode Brinell Sebelum percobaan 1. Permukaan benda uji (specimen) dibersihkan sehingga permukaan tersebut rata dan sejajar terhadap permukaan meja uji, 2. Catat type, mer, nomor seri, tahun pembuatan dan kemampuan secara keseluruhan, 3. Gambar mesin secara keseluruhan dan catat bagian-bagian utama dari mesin, 4. Catat bagaimana pemakaian mesin, misalnya bagaimana cara meletakkan benda uji, menyetel benda uji ditempat yang tepat, memberikan beban tekan yang akan digunakan, mengukur diameter kedalaman, dan menggunakan mesin, 5. Gambar skematis mesin brinell, 6. Buatlah table atau kolom untuk pengujian brinell, 7. Pasanglah benda uji pada landasan mesin brinell. Saat percobaan 1. Putarlah hand well hingga benda uji menyentuh indentor, 2. Pompalah tuas untuk menaikkan beban yang akan diberikan pada benda uji, 3. Setelah sampai pada beban yang telah ditentukan tahan sekitar 10detik, kemudian lepaskan beban dengan membuka katup beban, 39 4. Lakukan 3-5 kali percobaaan dengan bahan yang sama, sehingga kedalaman indentasi rata-rata dapat ditetapkan, 5. Lihat diameter hasil indentasi pada benda uji tadi, baik secara vertical atau horizontal dengan menggunakan mikroskop (mm), 6. Hasilnya masukkan kedalm table yang telah dibuat, 7. Hasil yang didapatkan tadi dicari nilai rata-rata. 2. Metode Rockwell Sebelum percobaan 1. Permukaan benda uji (specimen) dibersihkan sehingga permukaan tersebut rata dan sejajar terhadap permukaan meja uji, 2. Catat type, mer, nomor seri, tahun pembuatan dan kemampuan secara keseluruhan, 3. Gambar mesin secara keseluruhan dan catat bagian-bagian utama dari mesin, 4. Catat bagaimana pemakaian mesin, misalnya bagaimana cara meletakkan benda uji, menyetel benda uji ditempat yang tepat, memberikan beban tekan yang akan digunakan, mengukur diameter kedalaman, dan menggunakan mesin, 5. Gambar skematis mesin rockwell, 6. Buatlah table atau kolom untuk pengujian rockwell, 7. Siapkan bahan-bahan pengujian Rockwell, - Rockwell A (cone) : untuk bahan non ferrous - Rockwell B (ball) : untuk bahan ferrous - Rockwell C (cone) : untuk bahan ferrous 8. Letakkan landasan mesin pengujian Rockwell, Saat percobaan 1. Perhatikan beban yang diberikan pada mesin uji Rockwell sesuiakan dengan indentor yang dipakai (lihat table pada mesin), 2. Naikkan landasan mesin hingga benda uji menyentuh indentor (ball atau cone), kemudian naikkan beban hingga mencapai beban minor atau jarum hitam kecil sampai pada titik merah menggunakan indentor cone (intan), 3. Pada mesin uji Rockwell ada dua dial, yaitu berwarna hitam dan merah, yang hitam untuk pengujian yang menggunakan indentor ball, sedangkan yang berwarna merah menggunakan indentor cone, 4. Tentukan tuas beban dari posisi nol ke posisi satu, sambil dibaca dial indikatornya, 40 5. Apabila sudah berhenti jarum pembacanya, catat hasil pada table yang sudah anda persiapkan, 6. Lakukan pengujian ini berulang-ulang, minimal sebanyak 3kali hingga mendapatkan nilai rata-rata. D. Data Hasil Pengujian Pengujian tarik dilakukan untuk mengetahui sifat mekanis (kekerasan) dari material aluminium, besi dan baja sebagai uji dalam penelitian ini. Data ini diperoleh dalam suhu kamar yaitu dengan suhu 30-32 oC. Hasil pengujian kekerasan dengan perlakuan suhu kamar dapat ditunjukan dalam tabel dibawah ini: Tabel 2.4 Data Hasil Pengujian Kekerasan Kondisi No Indentasi HRA Rata² HRA Benda Uji Ket. Indentasi Rockwell A Kg/mm Cone 41 Cone 45 Cone 44 Cone 45 Cone 49 Indentasi HRB 2 Kg/mm 2 P = 60 kg 1 Aluminium (Al) Skala 44.8 Hitam t = 5 detik Kondisi No HRB Rata² Benda Uji Ket. Indentasi Rockwell B Kg/mm 1/16” Ball 75 1/16” Ball 73 1/16” Ball 68 2 Kg/mm P = 100 kg 2 Besi (Fe) t = 5 detik 71.6 2 Skala Merah 41 Kondisi No 1/16” Ball 70 1/16” Ball 72 Indentasi HRC HRC Rata² Benda Uji Ket. Indentasi Rockwell B Kg/mm Cone 48 Cone 45 Cone 50 Cone 49 Cone 48 Indentasi HRA 2 Kg/mm 2 P = 150 kg 3 Baja (FeC) Skala 48 Hitam t = 5 detik E. Pembahasan Soal Sesudah Praktikum 1. Data hasil pengujian Kondisi No HRA Rata² Benda Uji Ket. Indentasi Rockwell A Kg/mm Cone 41 Cone 45 Cone 44 Cone 45 Cone 49 Indentasi HRB 2 Kg/mm 2 P = 60 kg 1 Aluminium (Al) Skala 44.8 Hitam t = 5 detik Kondisi No HRB Rata² Benda Uji Ket. Indentasi Rockwell B Kg/mm 2 Kg/mm 2 42 1/16” Ball 75 1/16” Ball 73 1/16” Ball 68 1/16” Ball 70 1/16” Ball 72 Indentasi HRC P = 100 kg 2 Besi (Fe) Skala 71.6 Merah t = 5 detik Kondisi No HRC Rata² Benda Uji Ket. Indentasi Rockwell B Kg/mm Cone 48 Cone 45 Cone 50 Cone 49 Cone 48 2 Kg/mm 2 P = 150 kg 3 Baja (FeC) 48 t = 5 detik Skala Hitam 2. Pengujian Rocwell, karena pengujiannya mudah dan membutuhkan waktu yang relative singkat dan kemungkinan terjadinya kesalahan sangat kecil, karena penentuan angka kekerasan dilakukan oleh mesin dan langsung dapat dilihat angka kekerasannya dari bahan yang diuji. 3. Pengujian Brinell - Keuntungan: • Mudah untuk dilakukan. • Dapat menguji berbagai macam bahan • Dapat menggunakan berbagai indentor dengan diameter yang berbeda asal memenuhi P/ D² = Konstan • Dapat mengetahui BHN yang besar. - Kerugian: 43 • Karena pengukuran dilakukan secara manual maka kemungkinan kesalahan yang terjadi cukup besar. • Untuk mengukur bahan yang sangat keras (di atas 500 BHN) bahan indentor dari baja tidak cukup baik. • Maksimal pengukuran sampai 650 BHN. Pengujian Rocwell - Keuntungan: • Hasilnya lebih akurat dan prosesnya cepat. • Terdapat 3 skala kekerasan untuk pengujian bahan-bahan yang berbeda. • Dapat digunakan untuk menuji specimen yang tipis. - Kerugian: • Tidak dapat mengetahui nilai BHN. • Karena ada 3 skala yang berbeda maka harus dalakukan beberapa kali percobaan untuk kekerasan suatu bahan. • Karena ujungnya lancip kurang akurat pada bahan yang tidak homogen. 4. Uji Brinell Uji Rockwell 44 5. Pada kekerasan Brineel besarnya diameter indentasi (d) dibatasi yaitu 0,2 D < d <0,7 D agar tidak terjadi indentasi yang terlalu dangkal atau dalam dan juga boleh menggunakan gaya tekan dan indentor dengan diameter yang berbeda, asal memenuhi syarat P/D² = Konstan, sebagai akibat deformasi pada saat penekanan dan terjadinya recovery pada saat beban dibebaskan dari specimen maka terdapat pada hasil indentasi yang tidak sepenuhnya berbentuk bola.Untuk 0,2 D → indentasinya cukup dangkal sehingga kekerasan suatu bahan tidak sepenuhnya dapat dilihat.Untuk 0,7 D → indentasinya terlalu dalam dan hasil kekerasannya akan melebihi kekerasan maksimal suatu bahan. F. Analisa Data Pada gambar diatas di jelaskan bahwa semakin tinggi kadar karbon yang dikandung oleh besi maka bahan tersebut akan samakin keras. Pengujian ini sangat mudah dilakukan, karena membutuhkan waktu yang relative singkat dan kemungkinan terjadinya kesalahan sangat kecil karena penentuan angka kekerasan dilakukan oleh mesin,dan langsung dapat dilihat angka kekerasanya dari bahan yang di uji. Berikut ini adalah penjelasan pada masing-masing jenis specimen: 45 Aluminium Kekerasannya cenderung relative rendah karna alumunium mengandung karbon yang relative sedikit. Pada identor cone, untuk pembebanan beban 60 kg. Allumunium menggunakan Rockwell A, karena aluminum memiliki sifat yang getas. Besi Mempunyai kekerasan yang relative tinggi di banding specimen alumunium, karena besi jenis ini mengandung karbon yang tinggi. Besi jenis ini menggunakan Rockwell skala B dan menggunakan indentor baja 1/16’’, sekala B ini relative tinggi. Baja Specimen ini memiliki kekerasan yang lebih tinggi disbanding kedua specimen diatas, baja ini menggunakan indentor Rockwell skala C, karena pada Rockwell C digunakan untuk mengukur kekerasan yang keras. Anggka kekerasan sampai 70 RC. G. Kesimpulan • Semakin tinggi kadar karbon yang dimiliki maka bahan tersebut semakin keras dan sebaliknya. • Semakin rendah kadar karbon maka bahan tersebut semakin lunak. • Aluminium memiliki tingkat kekerasan lebih rendah dibandingkan besi dan baja. 46 BAB III PENGUJIAN IMPACT A. Tujuan Praktikum Tujuan pengujian impact antara lain: 1. Untuk melihat ketahanan beban terhadap adanya pembebanan tiba-tiba (mendadak), 2. Untuk mengetahui kepekaan logam terhadap adanya notch. B. Dasar Teori Selama Perang Dunia II banyak dijumpai kerusakan pada konstruksi (kapal, jembatan, tanki, pipa dan lain-lain) yang menampakkan pola patah getas, padahal konstruksi tersebut terbuat dari logam yang biasanya dikenal cukup ulet, seperti misalnya baja lunak. Ternyata ada tiga factor utama yang menyebabkan kecenderungan terjadinya patah getas, yaitu 1. tegangan yang triaxial, 2. temperatur rendah dan 3. laju peregangan (strain rate) yang tinggi (jadi adalah juga kecepatan pembebanan tinggi). Tegangan yang triaxial dapat terjadi pada takikkan. Ada beberapa cara menguji kecenderungan terjadinya pataah getas yang dilakukaan para peneliti, salah satu yang sering digunakan adalah impact test (pengujiaan pukul-takik). Pada pengujian ini digunakan batang uji yang bertakik (nocth) yang dipukul dengan sebuah bandul. Ada dua cara pengujian yang dapat digunakan yaitu metode Charpy (yang banyak dipakai di Amerika dan negara-negara lain)dan metode Izod yang digunakan di Inggris. Pada metode Izod, batang uji dijepit pada satu ujung sehingga takikkan berada didekat penjepitnya. Bandul/pemukul yang diayunkan dari ketinggian tertentu akan memukul ujung yang lain dari arah takikkan. Gambar 3.1 The principles of the izod and charpy tests 47 Pada metode Charpy, batang uji diletakkan mendatar dan ujung-ujungnya ujung ditahan kearah earah mendatar oleh penahan yang berjarak 40 mm. Bandul berayun akan memukul batang uji tepat dibelakang takikkan. Untuk pengujian ini digunakan sebuah mesin dimana suatu batang dapat berayun dengan bebas. Pada ujung batang dipasang pemukul yang diberi pemberat. berat. Batang uji diletakkan dibagian bawah mesin dan takikkan tepat berada pada bidang lintasan pemukul. Pada pengujian ini bandul pemukul dinaikkan sampai ketinggian tertentu H. pada posisi ini pemukul memiliki energi potensial sebesar WH (W = berat pemukul). pem Dan posisi ini pemukul dilepaskan dan berayun bebas, memukul batang uji hingga patah, dan pemukul masih terus berayun sampai ketinggian H1. Pada posisi ini sisa energi potensial adalah WH1. Selisih antara energi awal dengan energi akhir adalah energi energi yang digunakan untuk mematahkan batang uji. Gambar 3.2 Schematic drawing of an impact testing machine Gambar 3.3 Calculating the ‘energy to fracture’ from an impact test 48 Impact strength, ketahanan batang uji terhadap pukulan (impact) dinyatakan dengan banyaknya energi yang diperlukan untuk mematahkan batang uji, dengan notasi IS atau C, satuannya kg.m atau lb.ft atau joule. Jadi impact strength sebenarnya adalah ketangguhan juga, ketangguhan tehadap beban mengejut dan pada batang uji yang tertakik, notch toughness. Logam yang getas akan memperlihatkan impact strength yang rendah. Hasil pengukuran dengan impact test ini masih tidak dapat digunakan untuk keperluan perhitungan suatu desain, ia hanya dapat digunakan untuk membandingkan sifat suatu bahan dengan bahan lain, apakah suatu bahan mempunyai sifat ketangguhan yang lebih baik daripada bahan lain. Hal ini disebabkan karena banyak sekali faktor yang mempengaruhi impact strength yang tidak dapat dicari korelasinya antara kondisi pengujian dengan kondisi pemakaian. Misalnya saja pada pengujian kecepatan pembebanan sudah tertentu sedang pada pemakaian kecepatan pembebanan dapat bervariasi. Demikian juga halnya dengan triaxial state of stress, yang dipengaruhi oleh bentuk dan ukuran takikan, bentuk dan ukuran benda kerja, tentunya semua ini akan menyebabkan impact strength yang berbeda bila faktor tersebut berbeda. Karena itu untuk pengujian pukul-takik ini bentuk dan ukuran batang uji serta bentuk dan ukuran takikan harus benar-benar sama, barulah hasil pengujian dapat dibandingkan satu sama lain. Bentuk penampang batang uji biasanya bujur sangkar 10 x 10 mm dengan bentuk takikan V (V – notched) atau U (U – notched, atau key hole). V notched biasanya digunakan untuk logam yang dianggap ulet sedang U – notched biasanya digunakan untuk logam yang getas. Bentuk dan ukuran batang uji yang stadar dapat dilihat pada gambar 3.4. Gambar 3.4 Notched bar impact test speciments 49 Selain mengukur impact strength, impact test juga digunakan untuk mempelajari pola perpatahannya, apakah batang uji itu patah dengan pola patah getas (brittle fracture) atau dengan pola patah ulet (ductile fracture) atau kombinasi dari keduanya. Untuk mempelajari ini dilakukan pengamatan visual pada permukaan patahan. Patahan getas tampak berkilat dan berbutir (dinamakan juga granular fracture atau cleavage fracture) sedang patahan ulet tampak lebih suram dan seperti berserabut (dinamakan juga fibrous fracture atau shear fracture). Dari pengamatan ini kemudian dibuat estimasi persentase luas permukaan yang patah getas (cleavage fracture). Hal ketiga yang diukur dengan impact test adalah keuletan (ductility), yang ditunjukkan dengan persentase pengecilan penampang pada patahan. Suatu impact test akan lebih bermakna bila dilakukan pada suatu daerah temperatur pengujian, sehingga dapat dipelajari bagaimana pengaruh temperatur terhadap pola perpatahan suatu bahan dan juga dapat ditentukan temperatur transisi ulet-getas. Perlu diketahui bahwa impact strength cenderung menurun dengan turunnya temperatur, dengan demikian suatu bahan yang pada temperatur relatif tinggi masih bersifat ulet, pada suatu temperatur tertentu yang lebih rendah mulai berubah menjadi getas, dinamakan temperatur transisi. Dari serangkaian pengujian yang dilakukan pada berbagai temperatur dibuat suatu grafik impact strength – temperatur, atau grafik % cleavage fracture – temperatur. Dari grafik tersebut kemudian dapat ditentukan temperatur transisi. Bentuk grafik impact strengthtemperatur dan cara menentukan temperatur transisi dapat dilihat pada gambar 3.5. Gambar 3.5 Various criteria of transition temperature obtained from charpy test 50 Dalam pemilihan bahan, seringkali bukan hanya besarnya impact strength yang perlu diperhatikan, tetapi juga temperatur transisinya. Dalam hal ini lebih disukai bahan yang mempunyai temperatur transisi lebih rendah, walaupun impact strength maksimumnya tidak lebih tinggi. Seperti terlihat pada gambar di bawah, baja B walaupun memiliki impact strength lebih rendah tetapi disukai karena temperatur transisinya lebih rendah. Hal ini disebabkan karena bila baja B mengalami penurunan temperatur kerja impact strengthnya masih belum banyak menurun, sedang baja A bila mengalami penurunan temperatur kerja impact strengthnya sudah sangat berkurang, cenderung terjadi patah getas, yang mungkin dapat berakibat fatal. Gambar 3.6 Transition-temperature for two steels, showong fallacy of depending on roomtemperature results C. Langkah-Langkah Percobaan Sebelum percobaan 1. Catat merk, type, nomor seri, tahun pembuatan, kemampuan mesin berat dan panjang kampak impact, 2. Sket mesin uji impact dan catat nama bagiannya, 3. Catat cara-cara pemakaian mesin, meletakkan benda uji, menaik turunkan kampak, menahan kampak pada kedudukan siap jatuh dan melepaskan mpenahan kampak, 4. Mencatat besar energy yang ditunjukkan oleh jarim indicator, mengukur suhu benda kerja dan sebagainya, 5. Mencatat jenis logam yang dipergunakan, 6. Menggambarkan bentuk benda uji dalm satuan mm dengan parameter panjang, lebar, tinggi dan dimensi takikan, 7. Menentukan bentuk specimen (menggunakan metode charpy atau metode izod). 51 Saat percobaan 1. Periksa dan siapkan specimen serta table isian pengujian, 2. Periksa dan siapkan mesin yang akan dipakai, naikkan kampak sesuai dengan derajat yang telah ditentukan, 3. Keluarkan specimen yang akan digunakan dari media pendinginan atau pemanas sambil mengukur suhu benda uji. Dengan segera meletakkan pada landasan sehingga suhu specimen pada saat permukaan dalam keadaan tepat, 4. Baca kedudukan jarum yang menyatakan energy total, 5. Hasil percobaan masukkan kedalam table yang telah di persiapkan. D. Data Hasil Pengujian T h P L Gambar 3.7 Sketsa benda uji Tabel 3.1 Data Hasil Pengujian Impact T a b A α1 α2 E HI (oC) (mm) (mm) (mm2) (o) (o) (Joule) (J/mm2) 1 0 8 10 80 110 89 6.98 0.087 2 33 8 10 80 110 80 9.98 0.12 3 100 8 10 80 110 77 10.95 0.14 4 150-200 8 10 80 110 79 10.37 0.13 No 52 (a) (b) (c) (d) Gambar 3.8 (a) bentuk patahan pada temperature 0oC; (b) bentuk patahan pada temperature 33oC; (c) bentuk patahan pada temperature 100oC; (d) bentuk patahan pada temperature 150-200oC E. Pembahasan Soal Sesudah Praktikum 1. Perbedaan dari masing-masing specimen: • Specimen 1(T = 0oC) : energy dan harga impact rendah, terjadi patah getas karena terjadi penurunan suhu pada specimen. • Specimen 2 (T = 33oC) : energy dan harga impact diatas specimen 1, karena suhu specimen lebih tinggi dibandingkan specimen 1. • Specimen 3 (T = 100oC) : energy dan harga impact diatas specimen 1 dan 2, terjadi patah ulet karena peningkatan suhu pada specimen. • Specimen 4 (T = 150 – 200oC) : energy dan harga impak seharusnya lebih tinggi dari pada specimenlainnya dan terjadi patah ulet. 2. Hasil perhitungan harga energi impact: • Specimen 1 (T = 0oC) E = W x l (cos α2 – cos α1) = 26.08 x 0.75 (cos 89o – cos 110o) = 6.98 Joule 53 • Specimen 2 (T = 33oC) E = W x l (cos α2 – cos α1) = 26.08 x 0.75 (cos 80o – cos 110o) = 9.98 Joule • Specimen 3 (T = 100oC) E = W x l (cos α2 – cos α1) = 26.08 x 0.75 (cos 77o – cos 110o) = 10.95 Joule • Specimen 4 (T = 150 – 200oC) E = W x l (cos α2 – cos α1) = 2608 x 0.75 (cos 79o – cos 110o) = 10.37 Joule 3. Hasil perhitungan harga impact strength: • Specimen 1 (T = 0oC) HI = • .2$ $# = 0.087 J/mm2 J = 2.2$ $# = 0.12 J/mm2 Specimen 3 (T = 100oC) HI = • = Specimen 2 (T = 33oC) HI = • J J = #.2 $# = 0.14 J/mm2 Specimen 4 (T = 150 – 200oC) HI = J = #.". $# = 0.13 J/mm2 4. Gambar ductile fracture dan brittle fracture: Specimen 1: Terjadi brittle fracture 54 Specimen 2: Terjadi brittle fracture Specimen 3: Terjadi ductile fracture Specimen 4: Terjadi ductile fracture 5. Yang menyebabkan suatu material mengalami sifat getas: • Terajdi penurunan suhu temperature transisi • Tegangan tarik rendah • Kadar karbon pada material telalu banyak. 6. Ketebalan batang uji tidak berpengaruh terhadap kekuatan impactdari suatu bahan karena makin tebal batang uji semakin besar pula energi yang dibutuhkan tetapi kekuatan Impactnya tetap. 7. Sumber-sumber yang mengakibatkan terjadinya perbedaan antara perhitungan teoritis dengan hasil percobaan : • keadaan suhu batang uji saat percobaan tidak tepat • ukuran specimen percobaan tidak tepat • kadar karbon pada batang uji tidak sama 55 8. Grafik pengaruh suhu terhadap energy impact F. Analisa Data Dari data hasil perhitungan diatas, ditarik kesimpulan bahwa pada temparatur relative lebih tinggi suatu logam masih mempunyai sifat ulet, akan tetapi pada temperatur lebih rendah ( temparatur transisi) logam tersebut mulai berubah menjadi getas. Demikian juga dengan kadar karbon makin tinggi maka makin getas sifat bahan dan sebaliknya. a. Pada specimen I membutuhkan energi lebih kecil dari pada specimen lainnya b. Pada specimen III membutuhkan energi paling besar c. Pada specimen IV memiliki sifat paling ulet dari d specimen lainnya d. Pada specimen I memiliki sifat paling getas dari specimen lainnya. G. Kesimpulan Semakin tinggi rendah suhu kekuatan energy impact semakin tinggi.Sebaliknya semakin tinggia suhu kekuatan energy impact semakin rendah. Dan dari data bahwa pada temparatur relative lebih tinggi suatu logam masih mempunyai sifat ulet, akan tetapi pada temperatur ratur lebih rendah ( temparatur transisi) logam tersebut mulai berubah menjadi getas. Demikian juga dengan kadar karbon makin tinggi maka makin getas sifat bahan dan sebaliknya. 56 DAFTAR PUSTAKA Kehl, George L. 1997. Metallurgy and Metallurgical Engineering Series. Dieter, G. E. Mechanical Metallurgy. Mc. Graw-Hill Book Co. Guy, Albert G. Element of Phisical Metallurgy. Davis, H. E. 1997. Testing and Inpection of Engineering Materials. Mc Graw-Hill Book Co. Avner, S. H. 1974. Introduction to Physical Metallurgy, 2nd edition. Mc Graw-Hill Book Co. Callister, William D. Jr. 1997. Material Science and Engineering, an Introduction. John Wiley & Son Inc. 57

Judul: Praktikum Material Teknik

Oleh: Faishol Mochammad


Ikuti kami