Tensile Testing.docx

TES TARIK Tujuan : 

Pelajar wajib memahami prinsip uji Tarik uniaksial dan meningkatkan praktik dalam mengoperasikan mesin uji Tarik untuk mencapai yang diperlukan sifat Tarik



Pelajar sanggup menjelaskan hubungan beban-ekstensi dan tegangan-regangan dalam table grafik



Untuk mengevaluasi nilai kekuatan tarik utama, kekuatan luluh,% perpanjangan, strain fraktur dan Young's Modulus dari logam yang dipilih ketika mengalami pemuatan tarik uniaksial.



Pelajar dapat menjelaskan karakteristik deformasi dan fraktur bahan yang berbeda seperti aluminium, baja atau kuningan ketika mengalami beban tarik uniaksial.

1. Ulasan Literatur 1.1 Uji tarik uniaksial Uniaxial dikenal sebagai uji tarik dasar adalah tes teknik dasar dan universal untuk mencapai materi parameter seperti kekuatan ultimate, kekuatan luluh,% perpanjangan,% area reduksi dan modulus muda. Parameter penting ini diperoleh dari pengujian tarik standar yang berguna untuk pemilihan material teknik untuk aplikasi apa pun yang diperlukan. Pengujian tarik dilakukan dengan menerapkan beban longitudinal atau aksial pada ekstensi tertentu tingkat ke spesimen standar dengan dimensi yang diketahui (mengukur panjang dan luas penampang) tegak lurus dengan arah beban) sampai kegagalan. Beban tarik dan ekstensi yang diterapkan dicatat selama tes untuk perhitungan stres dan ketegangan. Berbagai standar universal yang disediakan oleh Masyarakat Profesional sebagai American Society of Testing and Materials (ASTM), standar Inggris, Standar JIS dan standar DIN menyediakan pengujian dipilih berdasarkan penggunaan preferensial. Setiap standar dapat berisi berbagai standar uji yang sesuai untuk berbagai bahan, dimensi dan fabrikasi sejarah. Misalnya, ASTM E8: adalah metode uji standar untuk pengujian tegangan bahan logam dan ASTM B557 adalah metode uji standar pengujian tegangan salah dan aluminium cor dan produk magnesium alloy

Spesimen standar disiapkan dalam bentuk bulat atau persegi sepanjang panjang pengukur sebagai ditunjukkan dalam gambar 1 a) dan b) masing-masing, tergantung pada standar yang digunakan. Kedua ujung spesimen harus memiliki panjang yang cukup dan kondisi permukaan sedemikian rupa sehingga mereka mencengkeram dengan kuat selama pengujian. Panjang pengukur awal: Standar (di beberapa negara) dan bervariasi dengan diameter (Do) atau area cross-sectional (Ao) dari spesimen seperti yang tercantum dalam tabel 1. Ini karena jika panjang pengukur terlalu panjang,% elongation mungkin diremehkan dalam kasus ini. Panas apa saja perawatan harus diterapkan pada spesimen sebelumnya untuk permesinan untuk menghasilkan spesimen akhir siap untuk pengujian. Ini telah dilakukan untuk mencegah timbangan oksida permukaan yang mungkin bertindak sebagai stres konsentrasi yang mungkin selanjutnya mempengaruhi sifat tarik akhir karena kegagalan prematur. Mungkin ada beberapa pengecualian, misalnya, pengerasan permukaan atau pelapisan permukaan pada bahan. Proses ini harus digunakan setelah pemesinan spesimen untuk memperoleh tensile hasil properti yang mencakup spesimen kondisi permukaan aktual.

Peralatan yang digunakan untuk pengujian tarik berkisar dari perangkat sederhana hingga kontrol yang rumit sistem. Mesin penguji universal yang umum digunakan, yang digerakkan oleh sekrup mekanik atau sistem hidrolik. Gambar 2 a) mengilustrasikan sekrup-driven yang relatif sederhana mesin menggunakan dua sekrup besar untuk menerapkan beban sedangkan gambar 2 b) menunjukkan pengujian hidrolik mesin menggunakan tekanan oli di piston untuk suplai beban. Jenis mesin ini tidak dapat digunakan hanya untuk ketegangan, tetapi juga untuk uji kompresi, pembengkokan dan puntir. Loop tertutup yang lebih modern mesin servo-hidrolik menyediakan variasi beban, regangan, atau pengujian gerak mesin (stroke) menggunakan akombinasi batang aktuator dan piston. Sebagian besar mesin yang digunakan saat ini terkait dengan sistem yang dikendalikan komputer di mana data beban dan ekstensi dapat ditampilkan

secara grafis bersama dengan perhitungan stres dan ketegangan. Teknik umum yang digunakan untuk mengukur beban dan pemindahan menggunakan sensor memberikan sinyal listrik. Load cell digunakan untuk mengukur beban yang diterapkan saat pengukur regangan digunakan untuk pengukuran regangan. Perubahan dalam dimensi linier sebanding dengan perubahan dalam tegangan listrik pengukur regangan yang menempel pada spesimen.

1.2 Stres dan hubungan regangan Ketika spesimen dikenakan beban tarik eksternal, logam akan mengalami elastis dan deformasi plastik. Awalnya, logam akan merusak secara elastik memberikan hubungan linier beban dan ekstensi. Kedua parameter ini kemudian digunakan untuk perhitungan tegangan dan teknik regangan teknik untuk memberikan hubungan seperti yang diilustrasikan pada gambar 3 menggunakan persamaan 1 dan 2 sebagai berikut :

1.2.1 modulus Young, E Selama deformasi elastis, hubungan tegangan-regangan rekayasa mengikuti Hukum Hook dan kemiringan kurva menunjukkan modulus Young (E) Modulus Young adalah penting di mana pembelokan bahan sangat penting untuk yang dibutuhkan aplikasi rekayasa. Ini untuk contoh: lendutan dalam balok struktural dianggap penting untuk desain dalam komponen atau struktur rekayasa seperti jembatan, bangunan, kapal, dll. Aplikasi raket tenis dan klub golf juga membutuhkan nilai spesifik dari konstanta pegas atau Nilai modulus muda.

1.2.2 Kekuatan hasil, σ y Dengan mempertimbangkan kurva tegangan-regangan di luar bagian elastis, jika beban tarik terus, menghasilkan terjadi pada awal deformasi plastik. Tegangan hasil, σ y, bisa diperoleh dengan membagi beban pada hasil (Py) dengan luas penampang asli dari spesimen (Ao) seperti yang ditunjukkan dalam persamaan 4.

Titik luluh dapat diamati langsung dari kurva beban-ekstensi dari logam BCC seperti besi dan baja atau titanium polikristalin dan molibdenum, dan terutama karbon rendah baja, lihat gambar 3 a). Fenomena perpanjangan titik luluh menunjukkan titik hasil atas diikuti oleh penurunan tekanan atau beban secara tiba-tiba hingga mencapai titik hasil yang lebih rendah. Pada titik leleh elongasi, spesimen terus meluas tanpa perubahan signifikan dalam tingkat stres. Beban Kenaikan kemudian diikuti dengan meningkatnya ketegangan. Fenomena titik leleh ini dikaitkan dengan sejumlah kecil atom interstisial atau subtitusi. Ini misalnya dalam kasus rendah karbon baja, yang memiliki atom-atom kecil karbon dan nitrogen hadir sebagai kotoran. Ketika dislokasi disematkan oleh atom terlarut ini, stres dinaikkan untuk mengatasi stres yang memisahkan diri diperlukan untuk menarik garis dislokasi dari atom terlarut. Pinasi dislokasi ini terkait ke titik hasil atas seperti ditunjukkan pada gambar 4 a). Jika garis dislokasi bebas dari zat terlarut atom, stres yang diperlukan untuk memindahkan dislokasi kemudian tiba-tiba turun, yang berhubungan dengan titik hasil lebih rendah. Selanjutnya, ditemukan bahwa tingkat efek titik leleh dipengaruhi oleh jumlah atom terlarut dan juga dipengaruhi oleh energi interaksi antara atom terlarut dan dislokasi. Aluminium di sisi lain memiliki struktur kristal FCC tidak menunjukkan hasil yang pasti titik dibandingkan dengan bahan struktur BCC, tetapi menunjukkan tegangan teknik yang halus melengkung. Itu menghasilkan kekuatan karena itu punya untuk menjadi dihitung dari itu beban di 0,2% ketegangan terbagi oleh itu asli crosssectional daerah sebagai mengikuti

Penentuan kekuatan luluh pada 0,2% offset atau 0,2% regangan dapat dilakukan oleh menggambar garis lurus sejajar dengan kemiringan kurva tegangan-regangan di bagian linier, memiliki sebuah persimpangan pada sumbu x pada suatu strain sama dengan 0,002 seperti yang diilustrasikan pada gambar 3 b). Sebuah intersepsi antara garis offset 0,2% dan kurva teganganregangan mewakili kekuatan luluh pada 0,2% offset atau 0,2% regangan. Namun offset pada nilai yang berbeda dapat juga dibuat tergantung pada penggunaan spesifik: untuk contoh; dengan 0,1 atau 0,5% offset. Kekuatan luluh dari bahan lunak yang menunjukkan tidak ada

bagian linier kurva tegangan-regangan mereka seperti tembaga lunak atau besi cor abu-abu dapat didefinisikan sebagai tekanan pada total regangan yang sesuai, misalnya, ε = 0005. Kekuatan luluh, yang menunjukkan terjadinya deformasi plastis, dianggap vital untuk desain struktural atau komponen teknik di mana faktor keamanan biasanya digunakan seperti yang ditunjukkan pada persamaan 6. Misalnya, jika kekuatan kerja yang diijinkan σ w = 500 MPa untuk dipekerjakan dengan faktor keamanan 1,8, bahan dengan kekuatan luluh 900 MPa harus dipilih. Harus mencatat bahwa nilai kekuatan luluh juga dapat digantikan oleh kekuatan tarik utama, σ TS, untuk desain rekayasa. Faktor keamanan didasarkan pada beberapa pertimbangan; keakuratan beban yang digunakan dalam struktur atau komponen, perkiraan kerusakan, dan konsekuensi dari struktur yang gagal (kehilangan nyawa, keuangan, kehilangan ekonomis, dll) Umumnya, bangunan membutuhkan faktor keamanan 2, yang agak rendah karena perhitungan beban telah dipahami dengan baik. Mobil memiliki faktor keamanan 2 sementara bejana tekan menggunakan faktor keamanan 3-4.

1.2.3 Kekuatan Tarik Maksimum, σ TS Di luar menghasilkan, pemuatan berkelanjutan mengarah ke peningkatan stres yang diperlukan untuk secara permanen merusakkan spesimen seperti yang ditunjukkan dalam kurva tegangan-

regangan rekayasa. Pada tahap ini, spesimen dikeringkan atau dikeraskan. Tingkat pengerasan regangan tergantung pada alam dari bahan cacat, struktur kristal dan komposisi kimia, yang mempengaruhi dislokasi gerakan. Bahan struktur FCC yang memiliki banyak sistem slip operasi dapat dengan mudah tergelincir dan menciptakan kepadatan dislokasi yang tinggi. Tangling dari dislokasi ini membutuhkan tekanan yang lebih tinggi secara seragam dan plastis merusakkan spesimen, sehingga menghasilkan pengerasan regangan. Jika beban terus diterapkan, kurva tegangan-regangan akan mencapai titik maksimum, yang merupakan kekuatan tarik utama (UTS, σ TS). Pada titik ini, spesimen dapat menahan stres tertinggi sebelum necking terjadi. Ini dapat diamati dengan pengurangan lokal di crosssectional daerah dari spesimen yang umumnya diamati di pusat panjang pengukur seperti yang diilustrasikan angka 5. 1.2.4 Kekuatan Fraktur, σ f Setelah necking, deformasi plastik tidak seragam dan stres menurun sesuai sampai patah. Kekuatan fraktur (σ fraktur) dapat dihitung dari beban pada fraktur dibagi dengan daerah crosssectional asli, Ao, seperti yang dinyatakan dalam persamaan 7.

1.2.6 Daktilitas tarik Daktilitas tarik spesimen dapat direpresentasikan sebagai% pemanjangan atau pengurangan% di area sebagaimana dinyatakan dalam persamaan yang diberikan di bawah ini

Strain fraktur spesimen dapat diperoleh dengan menggambar garis lurus mulai dari titik fraktur dari kurva tegangan-regangan yang sejajar dengan kemiringan dalam relasi linier. Interupsi dari garis sejajar pada sumbu x menunjukkan regangan fraktur dari spesimen yang sedang diuji.

1.2.7 Pengerasan kerja eksponen, n Selanjutnya, perilaku material di luar wilayah elastis di mana hubungan tegangan-regangan tidak ada penyendiri linier (deformasi plastik seragam) dapat ditampilkan sebagai ekspresi hukum kekuatan sebagai berikut

Nilai-nilai eksponen pengerasan-regangan, n, dari sebagian besar logam berkisar antara 0,10,5, yang dapat Diperkirakan dari kemiringan log benar stres-log strain benar memplot hingga beban maksimum seperti yang ditunjukkan dalam gambar 5. Persamaan 10 kemudian dapat ditulis sebagai berikut

Sedangkan n adalah slope (m) dan nilai K menunjukkan nilai dari true stress pada true strain sama dengan kesatuan seperti yang diilustrasikan pada gambar 6. Nilai tinggi dari eksponen pengencang regangan menandakan suatu kemampuan logam untuk mudah berubah bentuk secara plastis akibat tekanan yang diterapkan. Ini juga sesuai dengan area yang luas di bawah kurva tegangan-regangan hingga beban maksimum. Pernyataan kuasa hukum ini telah dimodifikasi secara bervariasi sesuai dengan bahan yang diminati terutama untuk baja dan baja tahan karat.

1.2.8 Modulus of Resilence, UR Terlepas dari parameter tarik yang disebutkan sebelumnya, analisis area di bawah tegangan melengkung bisa memberikan informatif bahan tingkah laku dan properti. Oleh mengingat itu daerah dibawah itu tegangan regangan melengkung di itu elastis wilayah (segitiga daerah) sebagai bergambar di angka 7, ini daerah mewakili itu disimpan elastis energi atau resiliensi. Itu terakhir aku s itu kemampuan dari itu bahan untuk toko elastis energi yang aku s terukur sebagai Sebuah modulus dari ketahanan, UR, sebagai mengikuti

Signifikansi parameter ini dipertimbangkan dengan melihat penerapan mekanis mata air yang membutuhkan tegangan hasil tinggi dan modulus Young rendah. Misalnya, musim semi karbon tinggi Baja memiliki modulus ketahanan 2250 kPa sedangkan baja karbon sedang hanya 232 kPa.

1.2.9 Ketangguhan tarik, UT Ketangguhan tarik, UT, dapat dianggap sebagai area di bawah seluruh kurva teganganregangan yang menunjukkan kemampuan material untuk menyerap energi di wilayah plastik. Dengan kata lain, tarik ketangguhan adalah kemampuan material untuk menahan kekuatan terapan eksternal tanpa mengalami kegagalan. Aplikasi teknik yang membutuhkan ketangguhan tarik tinggi misalnya gigi, rantai dan kait derek, dll. Ketangguhan tarik dapat diperkirakan dari ekspresi sebagai berikut

1.3 Karakteristik fraktur dari spesimen yang diuji Logam dengan daktilitas yang baik biasanya menunjukkan apa yang disebut karakteristik cup and cone fracture diamati pada kedua bagian dari spesimen yang rusak seperti yang diilustrasikan pada gambar 8. Necking dimulai ketika kurva tegangan-regangan telah melewati titik maksimum di mana deformasi plastik tidak lagi seragam. Di daerah necking dalam panjang pengukur spesimen (biasanya berada di tengah), microvoids dibentuk, diperbesar dan kemudian digabungkan satu sama lain saat beban bertambah. Ini menciptakan celah yang memiliki bidang tegak lurus terhadap tegangan tarik yang diterapkan. Tepat sebelum spesimen pecah, bidang geser sekitar 45 Hai ke sumbu tarik dibentuk di sepanjang perangkat spesimen. Bidang geser ini kemudian bergabung dengan bekas retakan untuk menghasilkan cup dan fraktur kerucut sebagai ditunjukkan pada gambar 8. Permukaan fraktur kasar atau berserat tampak abu-abu oleh mata telanjang. Dibawah SEM, jumlah berlebihan dari microvoids diamati seperti yang digambarkan pada gambar 9. Tipe fraktur ini Permukaan menandakan penyerapan energi yang tinggi selama proses fraktur karena sejumlah besar plastik deformasi terjadi, juga menunjukkan daktilitas tarik yang baik. Logam seperti aluminium dan tembaga biasanya menunjukkan perilaku fraktur getas karena tingginya jumlah sistem slip yang tersedia untuk plastik deformasi. Untuk logam rapuh atau logam yang gagal pada suhu yang relatif rendah, permukaan fraktur biasanya tampak cerah dan terdiri dari bidang-bidang datar dari segi-segi yang rapuh ketika diperiksa di bawah SEM sebagai diilustrasikan pada gambar 10. Dalam beberapa kasus, cluster dari segi-segi yang rapuh ini terlihat ketika ukuran butir logamnya cukup besar. Penyerapan energi cukup kecil dalam hal ini yang menunjukkan daktilitas tarik yang relatif rendah karena jumlah deformasi plastis yang terbatas sebelum kegagalan.

Singkatnya, sifat tarik harus dianggap sebagai parameter desain penting untuk pemilihan material teknik untuk aplikasi yang mereka inginkan. Insinyur telah memainkan peran yang signifikan peran dalam bahwa mereka harus dapat menganalisis dan memahami perilaku dan sifat material melalui parameter pengujian mekanis ini. Tabel 2 daftar sifat-sifat tarik berbagai bahan teknik.

2. Bahan dan peralatan 2.1 Spesimen tarik 2.2 kaliper Micrometer atau vernia 2.3 Mesin uji universal 2.4 Stereoskop

3. Prosedur eksperimental 3.1 Spesimen yang disediakan terbuat dari aluminium, baja dan kuningan. Ukur dan rekam dimensi spesimen (diameter dan panjang pengukur) dalam tabel yang disediakan untuk perhitungan stres teknik dan ketegangan rekayasa. Menandai lokasi panjang pengukur sepanjang panjang paralel masing-masing spesimen untuk pengamatan necking dan strain selanjutnya pengukuran. 3.2 Fit spesimen ke Universal Testing Machine (UTM) dan lakukan pengujian. Merekam beban dan ekstensi untuk konstruksi kurva tegangan-regangan dari masing-masing spesimen yang diuji. 3.3 Hitung modulus Young, kekuatan luluh, kekuatan tarik utama, tegangan fraktur,% elongasi dan% area reduksi setiap spesimen dan catat pada tabel yang disediakan. 3,4 Menganalisis permukaan fraktur spesimen rusak menggunakan stereoscope, sketsa dan menggambarkan hasil. 3.5 Diskusikan hasil eksperimen dan berikan kesimpulan.