MODUL 1

PENGUJIAN TARIK

I.Tujuan Praktikum

1. Untuk membandingkan kekuatan tarik maksimum beberapa jenis logam (besi tuang, baja, tembaga, dan aluminium).

2. Untuk membandingkan titik luluh logam-logam tersebut.

3. Untuk membandingkan tingkat keuletan logam-logam tersebut, melalui penghitungan % elongasi dan % pengurangan luas.

4. Untuk membandingkan fenomena necking pada logam-logam tersebut.

5. Untuk membandingkan modulus elastisitas dari logam-logam tersebut.

6. Untuk membuat, membandingkan serta menganalisis kurva tegangan-regangan rekayasa maupun sesungguhnya dari beberapa jenis logam.

7. Untuk membandingkan tampilan perpatahan (fraktografi) logam-logam tersebut dan menganalisanya berdasarkan sifat-sifat mekanik yang telah dicapai.II. Dasar TeoriSetiap material memiliki karakteristik tersendiri dalam hal memberikan respon terhadap beban yang diberikan. Respon material tersebut merupakan sifat mekanis sangat penting untuk diketahui karena berkaitan dengan penggunaan dan aplikasi material tersebut dan menjadi dasar pentingnya pengujian sifat mekanis. Data yang didapat memberikan informasi mengenai karakteristik dan cacat pada material. Bentuk pengujian mekanis yang biasa digunakan adalah pengujian tarik karena informasi yang didapatkan dari pengujian ini dapat menunjukkan perilaku mekanis material berupa kekerasan, keuletan serta ketangguhan.Prinsip pengujian tarik ini adalah pemberian beban statis yang meningkat secara perlahan pada sampel di mesin uji tarik hingga sampel berdeformasi dan patah. Data diperoleh berupa grafik tegangan-regangan akibat adanya pertambahan beban dan elongasi panjang sampel.

Grafik tegangan-regangan akan menunjukkan perilaku mekanik dari material yang diuji serta sampel yang telah patah akan menunjukkan karakteristik perpatahan material tersebut

Sebelum pengujian, sampel harus dipreparasi baik dari bentuk maupun ukuran. Pada bagian tengah sampel uji mempunyai luas penampang lebih kecil dibandingkan kedua ujung yang akan diapit oleh mesin. Hal ini dilakukan agar patahan yang diinginkan terjadi di bagian tengah. Panjang pada bagian tengah ini disebut dengan panjang ukur atau gauge length. Di gauge length ini akan diukur elongasinya baik secara manual atau dengan ekstensometer.II.1 Perilaku Mekanik Material

Batas Proporsionalitas

Batas proporsionalitas adalah batas daerah dimana antara tegangan dan regangan menunjukan hubungan linier atau berbanding lurus. Pada grafik di bawah, titik P menunjukkan batas proporsional. Hubungan antara tegangan dan regangan dapat dinyatakan dengan hukum Hooke atau hokum modulus kekakuan:

= E .

= tegangan; E = modulus Young; = regangan

Batas ElastisBatas elastis merupakan titik ujung dari daerah deformasi elastis. Daerah elastis sendiri didefinisikan sebagai daerah deformasi dimana benda dapat kembali ke posisi panjang semula setelah ditarik. Hal ini terjadi karena pada deformasi elastis hanya terjadi perubahan kecil pada jarak antar atom dan peregangan ikatan atom. Ketika beban yang diberikan melampaui daerah elastis, material baru mengalami deformasi plastis, yaitu deformasi permanen di mana ketika beban dilepas, sampel tidak kembali ke bentuk awalnya karena terjadi pemutusan ikatan atom dengan atom tetangganya dan pembentukan ikatan dengan atom tetangga yang baru. Batas proporsional masih berada di dalam daerah elastis ini. Namun, tidak jarang dijumpai material yang memiliki batas proporsional yang berdekatan dengan batas elastisnya.Titik Luluh dan Kekuatan Luluh

Titik luluh adalah titik di mana material terus mengalami deformasi tanpa adanya penambahan beban. Hal ini karena beban menjadi bersifat gradual seiring terjadinya reduksi luas penampang. Tegangan yang mengakibatkan material menunjukkan mekanisme luluh ini disebut tegangan luluh.Transisi dari deformasi elastis ke plastis terlihat jelas gejala luluhnya pada logam-logam ulet dengan struktur kristal BCC dan FCC yang membentuk interstitial solid solution dari atom-atom karbon, boron, hidrogen dan oksigen sebagai impurities. Interaksi antar dislokasi dan atom-atom tersebut menyebabkan baja ulet seperti mild steel menunjukan fenomena 2 titik luluh yaitu titik luluh bawah (lower yield point) dan titik luluh atas (upper yield point). Upper Yield terjadi karena dibutuhkan tegangan ekstra untuk dislokasi bergerak melampau atom-atom pengotor sebelum akhirnya material berdeformasi plastis. Pada baja berkekuatan tinggi dan besi tuang yang getas pada umumnya tidak memperlihatkan batas luluh yang jelas sehingga sebuah konvensi diberlakukan, yaitu menarik sebuah garis lurus yang sejajar dengan bagian elastis dari kurva pada posisi regangan sebesar 0,02%, atau biasa disebut metode offset untuk menentukan kekuatan luluh material.

Kekuatan luluh adalah suatu gambaran kemampuan material menahan deformasi permanen bila digunakan dalam penggunaan struktural (in service) yang melibatkan pembebanan mekanik seperti tarik, tekan, bending atau puntiran semisal pada jembatan dan shock breaker. Namun, kekuatan luluh ini menjadi penting dalam proses metal forming seperti proses drawing, stretching, rolling karena tegangan yang diberikan harus melewati titik luluh agar dapat dideformasi.

Ketika logam sudah berada dalam proses pengaplikasian, daerah ini sangat dihindari untuk dicapai karena dapat mengubah desain dan dimensi dari produk sehingga memicu kegagalan pada produk.Kekuatan Tarik Maksimum (Ultimate Tensile Strength)Kekuatan tarik maksimum dalam kurva tegangan-regangan dinyatakan sebagai titik tertinggi dari kurva. Kekuatan tarik maksimum ini merupakan tegangan maksimum yang dapat diterima oleh material sebelum terjadinya necking dan perpatahan.

Besarnya kekuatan tarik maksimum dapat ditentukan dari beban maksimum dibagi luas penampang:

Pada material yang ulet, setelah melewati UTS, material terus berdeformasi hingga titik perpatahan. Sedangkan, pada material yang getas, kekuatan maksimum dan kekuatan patah adalah sama di puncak kurva.Kekuatan Putus (Breaking Strength)

Ditentukan dengan membagi beban saat sampel putus dengan luas penampang awal. Pada material yang ulet, saat kekuatan maksimal dilewati, material terus terdeformasi hingga titik putus. Di antara titik kekuatan maksimal dengan titik putus, terjadi mekanisme penciutan (necking) sebagai akibat adanya suatu deformasi yang terlokalisasi. Sehingga kekuatan putus dari material ulet lebih kecil daripada kekuatan tarik maksimalnya. Berbeda dengan material getas yang kekuatan putusnya sama dengan kekuatan tarik maksimalnya.Keuletan (ductility)Keuletan merupakan sifat mekanis dari material yang menggambarkan besarnya deformasi plastis yang dapat dicapai hingga tanpa terjadinya perpatahan. Sifat mekanis ini dimanfaatkan pada proses pembentukan material. Semakin tinggi keuletan dari material, semakin mudah material itu dibentuk, atau biasa disebut ulet. Namun, semakin rendah keuletan dari material, semakin sulit material itu dibentuk, atau biasa disebut getas.Keuletan material dapat dinyatakan sebagai berikut.Persentase perpanjangan (elongation):

Elongasi, e(%) = [(Lf-L0)/L0] x 100%

di mana Lf adalah panjang akhir dan Lo adalah panjang awal sampel.

Persentase reduksi penampang:

Reduksi penampang, R (%) = [(A0 Af)/A0] x 100%

di mana Af adalah luas penampang akhir dan Ao adalah luas penampang awal sampel.Modulus Kekakuan atau stiffness (Modulus Young)Modulus kekakuan merupakan ukuran kecenderungan sebuah material untuk terdeformasi secara elastis ketika sebuah beban diberikan. Selain itu, modulus kekakuan juga menunjukkan kekakuan pada material. Peningkatan harga modulus menunjukkan penurunan regangan elastis yang dapat terjadi. Pada grafik tegangan-regangan, modulus ini ditunjukkan sebagai kemiringan pada kurva dan dapat dihitung dengan perbandingan tegangan dengan regangan:E=/

Atau

E = tan di mana adalah sudut yang dibentuk oleh daerah elastis kurva tegangan-regangan. Modulus kekakuan ditentukan oleh energi ikat antar atom sehingga modulus kekakuan merupakan sifat dari material yang tidak mudah diubah. Modulus kekakuan dapat ditingkatkan dengan paduan, perlakuan panas, dan cold work.Modulus kelentingan (modulus of resilience)Merupakan energi maksimum yang dapat diserap oleh material tanpa menciptakan distorsi permanen atau kerusakan pada material tersebut sehingga nilainya didapatkan dari luas area segitiga yang dibentuk oleh area elastis pada grafik tegangan-regangan.

Modulus Ketangguhan (Modulus of toughness)

Merupakan kemampuan material dalam menyerap energi hingga terjadinva perpatahan. Secara kuantitatif nilai modulus ketangguhan ditentukan dengan menghitung luas seluruh daerah dibawah kurva tegangan-regangan. Material dengan tingkat ketangguhan yang tinggi sangat diperlukan untuk berbagai aplikasi proses terutama struktural karena material dengan ketangguhan yang tinggi mampu menyerap lebih banyak energi sehingga saat diberi beban besar, material tersebut tidak langsung patah. Kurva Tegangan dan 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 sesungguhnya 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 pada rentang terjadinya pengerasan regangan (strain hardening), yaitu setelah titik luluh terlampaui.

Pada kurva tegangan-regangan rekayasa, dapat diketahui bahwa benda uji secara aktual mampu menahan turunnya beban karena luas area awal Ao bernilai konstan pada saat perhitungan tegangan.=P/Ao.

Sementara pada kurva tegangan-regangan sesungguhnya luas area aktual adalah selalu turun sehingga terjadinya perpatahan dan benda uji mampu menahan peningkatan tegangan karena =P/A.Sehingga notasi true stress dan true strain dapat dituliskan sebagai :

T = F / Adan

T = ln L/Lo

Hubungan antara T dan T dengan E dan E adalah :

II.2 Karakteristik Perpatahan

Ketika sampel uji tarik mencapai kekuatan maksimumnya dan kemudian putus, karakteristik patahannya berbeda untuk material dengan keuletan yang berbeda.

Bentuk perpatahan (a) dan (b) biasanya terjadi pada material yang ulet, di mana terjadi proses necking atau penciutan sebelum perpatahan terjadi. Lalu bentuk (c) biasanya pada material yang getas di mana sama sekali tidak terjadi proses necking penciutan sehingga material langsung patah.

Perpatahan Ulet

Perpatahan ulet mengalami deformasi plastis dahulu sebelum patah. Perpatahan ini memiliki permukaan hasil patahan begitu suram atau gelap (dull) dan morfologi permukaannya berserat (fibrous) serta membentuk cup and cone.

Berikut mekanisme perpatahan ulet dan skemanya:

(a) Saat beban terus diberikan, terjadi proses penciutan awal.(b) Rongga-rongga kecil terbentuk

(c) Rongga-rongga kecil tersebut menyatu dan semakin membesar hingga terbentuk retak karena rongga-rongga tersebut menjadi konsentrasi tegangan

(d) Retak merambat(e) Terjadi perpatahan

Berikut gambar perpatahan ulet berdasarkan SEM:

Perpatahan GetasPada perpatahan getas hanya sedikit sekali atau bahkan tidak terjadi deformasi plastis. Perpatahan getas memiliki karakteristik permukaan patahan yang terang (bright) dan berbutir (granular). Perpatahannya merambat dengan transgranular atau memotong butir atau merambat sepanjang bidang-bidang kristalin membelah atom-atom material (cleavage).

Berikut gambar perpatahan getas berdasarkan SEM:

III. Metodologi Penelitian

III.1. Alat dan Bahan

1.Universal testing machine, Servopulser Shimadzu kapasitas 30 ton

2.Caliper dan/atau micrometer

3.Spidol permanen atau penggores (cutter)

4.Stereoscan macroscope5.Sampel uji tarikIII.2 Flow Chart Proses Pengujian

Daftar Pustaka :Modul Praktikum Desctructive Test (DT) 2014

Tiara Sofyan, Bondan. 2011. Pengantar Material Teknik. Jakarta: Salemba Teknika

http://www.ndted.org/EducationResources/CommunityCollege/Materials/Mechanical/Tensile.htmhttp://www.fea-optimization.com/ETBX/strainlife_help.htmlMemasang sampel pada grip mesin Shimadzu

Memulai penarikan dan mengamati perubahannya

Menandai titik UTS dan titik patah

Melepaskan sampel, mengukur D akhir

Mengamati karakteristik perpatahan, sketsa

Selesai

Mengolah Data uji

Ulangi untuk material lain yang berbeda

Mulai

Mengukur dimensi sampel

Mensketsa dan mencatat ukurannya

Menandai gauge length dengan spidol

_1455168029.unknown

_1455168030.unknown