L3_lp_e_05_13716033_farhan Adi Farrasandi.docx

LAPORAN PRAKTIKUM MT3203 LABORATORIUM TEKNIK MATERIAL 3 Modul E Modulus Young dan Porositas Keramik Oleh: Farhan Adi Farrasandi 13716033 Kelompok 5 Fuja Aprianto

13716021

Farhan Adi Farrasandi

13716033

Naufal Hanif Hawari

13716049

M. Iqbal Aufarafi Utaya

13716052

Aisyah Rahma Giffari

13716061

Tanggal Praktikum

12 Februari 2019

Tanggal Pengumpulan Laporan

17 Februari 2019

Asisten (NIM)

Razief Muhammad Irsyadillah (13715046)

LABORATORIUM TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI PROGRAM STUDI TEKNIK MATERIAL FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2019

Tujuan Praktikum Tujuan dari praktikum ini adalah: 1. Mencari nilai Modulus Elastisitas (E) pada tiap spesimen hasil pengujian 3 point bending 2. Menganalisis hubungan antara Modulus Elastisitas dan Porositas dalam produk keramik 3. Menganalisis kelebihan dan kekurangan metode 3 point bending

Data Praktikum Mula-mula, sejumlah 4 spesimen keramik diukur dimensinya. Berikut data dimensi yang diperoleh dari keempat spesimen: Tabel 2.1. Dimensi Pada Tiap Spesimen Spesimen Panjang

Lebar

Tebal (d)

(l)(mm)

(b)(mm)

(mm)

1

120,9

21,667

7,3

2

119,7

20,75

7,2167

3

119,067

20,7167

7,5

4

120,4

20,88

7,633

Setelah diukur, keempat spesimen tersebut diberi pembebanan dengan metode 3 point bending dengan pembebanan beragam, yaitu 1 kg, 2 kg, dan 2,5 kg yang telah dikonversi menjadi satuan Newton (N) :

Tabel 2.2. Defleksi Spesimen Setelah Diberi Pembebanan 3 Point Bending Spesimen

Massa

Beban (N)

(kg)

1

2

3

4

defleksi 1

defleksi 2

defleksi 3

rata-rata

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

1

9,8066

0,037

0,035

0,037

0,0363

2

19,6132

0,084

0,076

0,073

0,0776

2,5

24,5165

0,093

0,093

0,092

0,0926

1

9,8066

0,049

0,042

0,039

0,0433

2

19,6132

0,073

0,063

0,063

0,0663

2,5

24,5165

0,081

0,078

0,091

0,0833

1

9,8066

0,03

0,036

0,037

0,0343

2

19,6132

0,063

0,058

0,064

0,0616

2,5

24,5165

0,075

0,069

0,066

0,07

1

9,8066

0,031

0,032

0,031

0,0313

2

19,6132

0,058

0,058

0,052

0,056

2,5

24,5165

0,073

0,068

0,067

0,0693

Selanjutnya, data dari Tabel 2.2. diplot ke dalam grafik perbandingan pembebanan dengan defleksi pada tiap spesimen:

Beban vs Defleksi

Beban (N)

30 y = 399.09x - 4.1041 25 R² = 0.9883 y = 388.41x - 2.3051 R² = 0.9996 20

y = 371.09x - 5.8949 R² = 0.9893

y = 256.04x + 0.3407 R² = 0.9946

15 10 5 0 0

0.02

0.04

Spesimen 1 Spesimen 3

0.06

Defleksi (mm)

0.08

0.1

Spesimen 2 Spesimen 4

Gambar 2.1. Kurva Perbandingan Antara Pembebanan dengan Defleksi

Pengolahan Data Setelah data diatas diplot dalam grafik persamaan linear, diperoleh persamaan y = mx + c, dimana m adalah gradien yang menyatakan perbandingan antara Wi (gaya pembebanan) dengan ∆ (besar defleksi). Rumus untuk menghitung Modulus Elastisitas (E) dinyatakan dalam persamaan: E=

Wi L3 4∆bd3

m=

Wi ∆

Sehingga persamaan Modulus Elastisitas dapat ditulis:

E=

m L3 4bd3

Keterangan: L

: jarak antar penumpu (mm)

b

: lebar spesimen di bagian tengah (mm)

d

: ketebalan spesimen di bagian tengah (mm)

m

: perbandingan gaya pembebanan dengan defleksi (N/mm)

Berdasarkan grafik 2.1., berikut nilai m yang diperoleh dari tiap spesimen: Spesimen 1: 256,04 Spesimen 2: 371,09 Spesimen 3: 399,09 Spesimen 4: 388,41

Dengan jarak antar tumpuan 102 mm, berikut perhitungan Modulus Elasatisitas dari tiap spesimen:

E1 = E2 = E3 = E4 =

m L3 4bd3

=

(256,04) (102)3 4(21,667)(7,3)3

m L3

(371,09) (102)3

4bd

4(20,75)(7,2167)3

3 =

m L3 4bd3

=

(399,09) (102)3 4(20,7167)(7,5)3

m L3

(388,41) (102)3

4bd

4(20,88)(7,633)3

3 =

= 8058,997 MPa

= 12623,672 MPa

= 12114,542 MPa

= 11097,231 MPa

Analisis Data Dalam praktikum ini, modulus elastisitas dari 4 buah spesimen keramik dihitung dengan cara memberikan pembebanan menggunakan metode 3 point bending. Dari hasil percobaan dan pengolahan data tersebut, diperoleh modulus elastisitas pada tiap spesimen: E1 = 8058,997 MPa E2 = 12623,672 MPa E3 = 12114,542 MPa E4 = 11097,231 MPa Spesimen 2 memiliki nilai modulus elastisitas terbesar, kemudian diikuti spesimen 3, spesimen 4. Terakhir spesimen 1 memiliki nilai modulus elastisitas terkecil. Secara teoritis, porositas sangat berpengaruh terhadap struktur dan sifat dari keramik yang dihasilkan, seperti ketahanan terhadap crack, densitas, serta konduktivitas termal. Semakin tinggi persentase porositas pada suatu keramik, maka semakin kecil densitas serta konduktivitas termal keramik tersebut. Nilai modulus elastisitas juga dipengaruhi oleh porositas, dimana porositas tersebut dapat mengurangi kekuatan lentur spesimen dengan 2 alasan: 1. Porositas dapat mengurangi dimensi luas penampang melintang pada saat pembebanan. 2. Porositas memicu adanya tegangan permukaan pada spesimen. Pengujian pada praktikum ini menggunakan 3 point bending, sesuai dengan ASTM 674/88, dimana pembebanan diberikan tepat di titik tengah diantara 2 penumpu dengan tujuan memberikan pembebanan flexural.

Gambar 4.1. Perbandingan 3 point bending dengan 4 point bending Kelebihan dari 3 point bending adalah kemudahan dalam persiapan dan pengujian spesimen. Selain itu, penentuan titik pembebanan juga lebih mudah karena pembebanan hanya diletakkan pada titik tengah spesimen. Di sisi lain, 3 point bending juga memiliki kekurangan, diantaranya kesulitan dalam menentukan titik tengah persis untuk pembebanan. Jika posisi tidak di tengah persis, maka penggunaan rumus dapat berubah. Selain itu, pada 3 point bending juga terdapat kemungkinan terjadi pergeseran spesimen, sehingga pada saat pengujian, benda yang diuji dapat patah tidak tepat di tengah sehingga hasil perhitungan kurang akurat. Dalam material alumina-silica, porositas adalah suat hal yang dapat dimanfaatkan, dimana porositas digunakan sebagai isolator panas yang berpengaruh dalam pembuatan material refraktori.

Kesimpulan 1. Nilai Modulus Elastisitas tiap spesimen: E1 = 8058,997 MPa E2 = 12623,672 MPa E3 = 12114,542 MPa E4 = 11097,231 MPa 2. Spesimen 2 memiliki porositas terkecil, sedangkan spesimen 1 memiliki porositas terbesar

Daftar Pustaka 1. Callister, W.D., Materials Science and Engineering: An Introduction, 2000, New York: John Wiley and Sons. 2. ASTM C 674-88 (Reapproved 1999),-Standard Test Methods for Flexural Properties of Ceramic Whiteware Materials, West Conshohocken-Pennyslvania 3. Reed, J.S.,-Principles of Ceramics Processing, 1995, New York : John Wiley and Sons, 4.

Hibbeler, R. C., 2004, Statics and Mechanics of Materials SI Edition, Pearson Education Inc, New Jersey.

Tugas Setelah Praktikum Jawablah soal-soal berikut ini! 1. Ambil sebuah contoh komponen teknik (load bearing engineering component) dari keramik konvensional. Jawab pertanyaan berikut: (a) Sertakan nama dan gambar komponen (b) Jenis material keramik yang digunakan (c) Jelaskan pembebanan yang diterima komponen (d) Jelaskan hubungan antara porositas dan sifat mekanik dan sifat fisik keramik (e) Jelaskan hubungan antara proses pembuatan komponen dengan porositas keramik Tersebut Jawaban: a. Ceramics ball bearing

Sumber: https://www.bocabearings.com

b. Jenis keramik yang digunakan: 

Silicon Nitride (SiN4)



Alumina Oxide (Al2O3)



Zirconia Oxide (ZrO2)



Silicon Carbide (SiC)

c. Pembebanan pada bantalan

Sumber: http://robotsforroboticists.com/bearings/

d. Porositas pada bahan keramik mungkin memiliki pengaruh dramatis pada konduktivitas termal;meningkatkan volume pori sebagian besar akan menghasilkan pengurangan konduktivitas termal. Bahkan, banyak keramik yang digunakan untuk termal isolasi berpori. Perpindahan panas melintasi pori-pori biasanya lambat dan tidak efisien. Pori-pori internal biasanya mengandung udara

statis yang memiliki konduktivitas termal yang sangat rendah- sekitar 0,02 W / m K. Selain itu, konveksi gas di dalam pori-pori juga relatif tidak efektif. e. Porositas berperan penting dalam pembuatan bantalan. Pasalnya, bantalan merupakan komponen mesin yang bersifat refraktori, yaitu harus tahan terhadap temperature tinggi. Oleh karena itu, porositas dapat berfungsi sebagai isolator panas dan berfungsi sebagai reservoir tempat celah bantalan akan diisi oleh pelumas. Dengan bantalan dari keramik, masalah seperti kegagalan prematur, gesekan tidak teratur, dan posisi poros yang tidak akurat dapat teratasi