Pengujian Tarik

Laporan Awal Praktikum Karakterisasi Material 1 PENGUJIAN TARIK

Rahmawan Setiaji 0706163735 Kelompok 9

Laboratorium Metalurgi Fisik Departemen Metalurgi dan Material FTUI 2009

MODUL 1 PENGUJIAN TARIK I. Tujuan Praktikum 1. Membandingkan

kekuatan

maksimum

beberapa

jenis

logam (besi tuang, baja, tembaga dan alumunium). 2. Membandingkan titik luluh logam-logam tersebut. 3. Membandingkan tingkat keuletan logam-logam tersebut, melalui penghitungan % elongasi dan % pengurangan luas. 4. Membandingkan fenomena necking pada logam-logam tersebut. 5. Membandingkan modulus elastisitas dari logam-logam tersebut. 6. Membuat,

membandingkan

tegangan-regangan,

baik

serta

menganalisis

kurva

rekayasa

kurva

maupun

sesungguhnya dari beberapa jenis logam. 7. Membandingkan tampilan perpatahan (fraktografi) logamlogam tersebut dan menganalisanya berdasarkan sifat-sifat mekanis yang telah dicapai. II. Dasar Teori Kekuatan dipengaruhi

oleh

suatu sifat

struktur fisik

desain

materialnya,

material oleh

sangat

karena

itu

diperlukan pengujian untuk mengetahui sifat-sifat tersebut, salah satunya adalah pengujian tarik (Tensile test). Dalam dunia manufaktur pengetahuan tentang sifat-sifat fisik suatu bahan sangat penting, khususnya dalam mendesain dan menentukan proses

manufakturnya.

Pengujian

tarik

merupakan

jenis

pengujian material yang paling banyak dilakukan karena mampu memberikan

informasi

representatif

dari

perilaku

mekanis

material. Pengujian tarik sangat simple, relatif murah dan sangat memenuhi strandar. Pada dasarnya percobaan tarik ini dilakukan untuk menentukan respons material pada saat dikenakan beban

atau deformasi dari luar (gaya-gaya yang diberikan dari luar, yang dapat menyebabkan suatu material mengalami perubahan struktur, yang terjadi dalam kisi kristal material tersebut). Dalam hal ini akan ditentukan seberapa jauh perilaku inheren, yaitu sifat yang lebih merupakan ketergantungan atas fenomena atomic maupun mikroskopik

dan bukan dipengaruhi bentuk dan

ukuran benda uji. Prinsip pengujian ini yaitu sampel atau benda uji dengan ukuran dan bentuk tertentu diberi beban gaya tarik sesumbu yang bertambah besar secara kontinyu pada kedua ujung specimen tarik hingga putus, bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan mengenai perpanjangan yang dialami benda uji. Tegangan yang dipergunakan pada kurva adalah tegangan membujur rata-rata dari pengujian tarik. Pada spesimen panjang bagian tengahnya biasanya lebih kecil luas penampangnya dibandingkan kedua ujungnya, agar patahan terjadi pada bagian tengah. Panjang ukur (gauge length) adalah daerah dibagian tengah

dimana

elongasi

diukur

atau

alat

extensometer

diletakkan untuk pengukuran. Data yang diukur secara manual, yakni diameter specimen  luas penampang A, dan data yang terekam dari mesin tarik, berupa beban F yang diberikan (load cell) dan strain ε yang terbaca (extensometer), direduksi menjadi kurva tegangan-regangan dimana : σ = F/ A dan σ = ε.Ε

Gambar 1 Kurva tegangan regangan

I. Sifat Mekanik Material a).

Batas proposionalitas (Proportionality Limit) Didefinisikan

sebagai

daerah

dimana

tegangan

dan

regangan mempunyai hubungan proporsionalitas satu dengan lainnya. Setiap penambahan tegangan akan diikuti dengan penambahan regangan secara proporsional dalam hubungan linier

Pada kurva tegangan-regangan pada gambar 1 diatas, titik P merupakan batas proposionalitas. b). Batas elastis (elastic limit) Didefinisikan kembali

kepada

sebagai

daerah

panjang

semula

dimana bila

bahan

akan

tegangan

luar

dihilangkan. Daerah proporsionalitas merupakan bagian dari batas elastik. Bila beban terus diberikan tegangan maka batas

elastis pada akhimya akan terlampaui sehingga bahan tidak kembali seperti ukuran semula. Batas elastis merupakan titik dimana

tegangan

terjadinya

yang

deformasi

diberikan

plastis

akan

untuk

menyebabkan

pertama

kalinya.

Kebanyakan material teknik mempunyai batas elastis yang hampir berhimpitan dengan batas proporsionalitasnya. c). Titik Luluh (Yield Point) dan Kekuatan Luluh (Yield Strength) Didefinisikan sebagai batas dimana sebuah material akan terus mengalami deformasi tanpa adanya penambahan beban.

Tegangan

(stress)

yang

mengakibatkan

menunjukkan mekanisme luluh ini disebut tegangan

bahan luluh

(vield stress).

Gambar 2 Kurva tegangan regangan titik Y merupakan titik luluh

Gejala luluh umumnya hanya ditunjukkan oleh logamlogam ulet dengan struktur kristal BCC dan FCC yang membentuk interstitial solid solution dari atom-atom karbon, boron, hidrogen dan oksigen. Interaksi antar dislokasi dan atom-atom tersebut menyebabkan baja ulet seperti mild steel menunjukan titik luluh bawah (lower yield point) dan titik luluh atas (upper yield point).

Baja berkekuatan tinggi dan besi tuang yang getas pada umumnya tidak memperlihatkan batas luluh yang jelas. Untuk menentukan

kekuatan

luluh

material

seperti

ini

maka

digunakan suatu metode yang dikenal dengan metode offset. Dengan

metode

tegangan

ini

dimana

kekuatan

luluh

bahan

ditentukan

sebagai

memperlihatkan

batas

penyimpangan/deviasi tertentu dari keadaan proporsionalitas tegangan dan regangan. Pada gambar 1.2. garis offset OX ditarik paralel dengan OP, sehingga perpotongan XW dan kurva

tegangan

regangan

memberikan

kekuatan luluh. Umumnya garis

titik

Y

sebagai

offset OX diambil 0,1 – 0,2%

dari regangan total dimulai dari titik O.

Gambar 3 Kurva tegangan regangan bahan getas

Kekuatan

luluh

atau

titik

luluh

merupakan

suatu

gambaran kemampuan bahan menahan deformasi permanen bila digunakan dalam penggunaan struktural yang melibatkan pembebanan mekanik seperti tarik, tekan, bending atau puntiran.

Di sisi lain, batas luluh ini harus dicapai ataupun

dilewati bila bahan dipakai dalam proses manufaktur produkproduk logam seperti proses rolling, drawing, stretching dan sebagainya. Dapat diambil kesimpulan bahwa titik luluh adalah suatu tingkatan tegangan yang tidak boleh dilewati

dalam penggunaan struktural (in service) dan harus dilewati dalam proses manufaktur logam (forming process). d). Kekuatan Tarik Maksimum (Ultimate Tensile Strength) Didefinisikan sebagai tegangan maksmum yang dapat ditanggung oleh material sebelum tejadinya perpatahan (fracture).

Nilai

kekuatan

tarik

ditentukan dari beban maksimum

maksimum

tarik

dapat

dibagi luas penampang,

seperti berikut :

Pada gambar 1 kurva tegangan-regangan, titik M merupakan tegangan maksimum bahan ulet yang akan terus berdeformasi hingga titik B, sedangkan pada bahan getas titik B merupakan tegangan maksimum sekaligus tegangan perpatahan. e). Kekuatan Putus (Breaking Strength) Kekuatan putus ditentukan dengan membagi beban pada saat benda uji putus (Fbreaking) dengan tuas penampang awal (A0). Untuk bahan yang bersifat ulet pada saat beban maksimum M terlampaui dan bahan terus terdeformasi hingga titik putus B maka terjadi mekanisme penciutan (necking) sebagai akibat adanya suatu deformasi yang terlokalisasi. Pada bahan ulet, kekuatan putus lebih kecil dari kekuatan maksimum, dan pada bahan getas kekuatan putus sama dengan kekuatan maksimumnya. f).

Keuletan (Ductility) Didefinisikan

sebagai

sifat

yang

menggambarkan

kemampuan logam menahan deformasi hingga tejadinya perpatahan.

Pengujian

tarik

memberikan

pengukuran keuletan bahan yaitu :

dua

metode

•

Persentase perpanjangan (Elongation) :

dimana : Lf = panjang akhir benda uji L0 = panjang awal benda uji

•

Persentase reduksi penampang (Area Reduction) :

dimana : Af = luas penampang akhir A0 = luas penampang awal

Gambar 4 Kurva deformasi pada uji tarik

g). Modulus elastisitas (modulus Young) Didefinisikan sebagai ukuran kekakuan suatu material, semakin harga modulus ini semakin kecil regangan elastis yang terjadi, atau semakin kaku.

Modulus kekakuan dihitung gradien dari batas proporsional kurva tegangan-regangan :

Makin besar modulus elastisitas maka makin kecil regangan elastic yang dihasilkan akibat pemberian tegangan. Modulus elastisitas ditentukan oleh gaya ikatan antar atom Karena gaya ini tidak dapat diubah tanpa terjadinya suatu perubahan sifatt yang sangat mendasar pada material maka modulus elastisitas merupakan suatu sifat dari material yang tidak mudah diubah. h). Modulus kelentingan (modulus of resilience) Didefinisikan

sebagai

kemampuan

material

untuk

menyerap energi dari luar tanpa terjadinya kerusakan. Nilai modulus

merupakan

luas

segitiga

area

elastis

kurva

tegangan-regangan.(daerah abu-abu)

Gambar 5 modulus resilience

i). Modulus Ketangguhan (Modulus of Toughness) Didefinisikan

sebagai

kemampuan

material

dalam

mengabsorbsi energi hingga terjadinva perpatahan. Secara kuantitatif dapat ditentukan dari luas area keseluruhan di bawah kurva tegangan-regangan hasil pengujian tarik.

Gambar 6 toughness

j).

Kurva

Tegangan-Regangan

Rekayasa

dan

Sesungguhnya Kurva tegangan-regangan rekayasa didasarkan atas dimensi awal (luas area dan panjang) dari benda uji, sementara untuk mendapatkan kurva tegangan-regangan seungguhnya diperlukan luas area dan panjang aktual pada saat pembebanan setiap saat terukur.

Perbedaan kedua

kurva tidaklah terlalu besar pada regangan yang kecil, tetapi menjadi

signifikan

regangan

(strain

pada

rentang

hardening),

terjadinya

yaitu

setelah

pengerasan titik

luluh

terlampaui. Secara khusus perbedaan menjadi demikian besar di dalam

daerah

necking.

Pada

kurva

tegangan-regangan

rekayasa, dapat diketahui bahwa benda uji secara aktual mampu menahan turunnya beban karena luas area awal A0 bernilai konstan pada saat perhitungan tegangan σ = F/A0. Sementara pada kurva

tegangan-regangan sesungguhnya

luas area aktual adalah selalu turun sehingga terjadinya perpatahan dan benda uji mampu menahan peningkatan tegangan karena σ = F/A. Gambar 1.6. memperlihatkan contoh kedua kurva tegangan-regangan tersebut pada baja karbon rendah (mild steel).

gambar 7

2. Mode Perpatahan Material Sampel hasil pengujian tarik dapat menunjukkan beberapa tampilan perpatahan seperti ditunjukkan oleh Gambar di bawah ini :

Gambar 8 mekanisme perpatahan

Pengamatan kedua tampilan perpatahan ulet dan getas dapat dilakukan baik dengan mata telanjang maupun dengan bantuan stereoscan macroscope. Pengamatan lebih detil dimungkinkan dengan penggunaan SEM (Scanning Electron Microscope). a. Perpatahan Ulet Perpatahan ulet umumnya lebih disukai karena bahan ulet umumnya lebih tangguh dan memberikan peringatan lebih dahulu sebelum terjadinya kerusakan.

Gambar 9 Perpatahan Ulet

Tampilan foto SEM dari perpatahan ulet diberikan oleh Gambar berikut :

Gambar 10 Perpatahan ductile

b. Perpatahan Getas Perpatahan getas memiliki ciri-ciri mempunyai ciri-ciri yang berbeda dengan perpatahan ulet. Pada perpatahan getas tidak ada atau sedikit sekali terjadi deformasi plastis pada material. Perpatahan

jenis

ini

merambat

sepanjang

bidang-

bidang

kristalin membelah atom- atom material. Pada material yang lunak dengan butir kasar akan ditemukan pola chevrons atau fan like pattern yang berkembang keluar dari daerah kegagalan. Material keras dengan butir halus tidak dapat dibedakan sedangkan

pada

material

amorphous

patahan yang bercahaya dan mulus.

memiliki

permukaan

Gambar 11 Patahan brittle

III.Metodologi Penelitian III.1. Alat dan Bahan Alat 1. Universal testing machine, Servopulser Shimadzu kapasitas 30 ton 2. Caliper dan/atau micrometer 3. Spidol permanent atau penggores (cutter) 4. Stereoscan macroscope

Gambar 12 Alat Uji

Bahan 1. Sampel uji tarik (besi tuang, baja, tembaga dan alumunium)

Gambar 13 Sampel Uji

III.2. Flow Chart Prosedur Pengujian

Amati dan catat tandai lepaskan buat tandai pasang Hitung sketsa panjng pada formulasi benda benda benda grafik ukur uji uji uji Material ukur Pengujian mulai ukur dimensi dimensi penarikan selesai benda akhir karakteristik jenis Lain yg sesuai pada dari uji grip nilai-nilai grip titik UTS dan BS perpatahan

Daftar Pustaka 1. Sriati Djaprie, Metalurgi Mekanik, edisi ketiga, jilid 1, Erlangga, 1993. 2. Davis,H.E,Troxell,G.E,Hauck,

GFW.”The

Testing

of

Engineering Materials”.1982. 3. Diktat Teori Dasar Parktikum Karakterisasi Material 1 4. Buku Paduan Kerja Mahasiswa Praktikum Karakterisasi Material 1 5. Louis Cart,”Non Destructive Testing”,ASM, 1995. 6. Metal Handbook Ninth Edition, Volume 8, Mechanical Testing, ASM,1985. 7. Catatan Perkuliahan Pengujian Material 8. Callister,William

D.,

1940-Materials

science

and

engineering : an introduction / William D. Callister, Jr.—7th ed