1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Latar Belakan Belakang g
Suatu logam mempunyai mempunyai sifat-sifat sifat-sifat tertentu tertentu yang dibedakan dibedakan atas sifat fisik, mekanik, mekanik, thermal , dan korosif. Salah satu yang penting dari sifat tersebut adalah sifat mekanik. Sifat meka mekani nik k terdi terdiri ri dari dari keul keuleta etan, n, keke kekera rasan san,, keku kekuat atan an,, dan dan ketan ketangg gguh uhan an.. Sifat Sifat meka mekani nik k merupakan salah satu acuan untuk melakukan proses selanjutnya terhadap suatu material, contohnya untuk dibentuk dan dilakukan proses permesinan. Untuk mengetahui sifat mekanik pada suatu logam harus dilakukan pengujian terhadap logam tersebut. Salah satu pengujian yang dilakukan adalah pengujian tarik. Dalam pembuatan suatu konstruksi diperlukan material dengan spesifikasi dan sifatsifat yang khusus pada setiap bagiannya. Sebagai contoh dalam pembuatan konstruksi sebuah jembatan. Diperlukan material yang kuat untuk menerima beban diatasnya. Material juga harus elastis agar pada saat terjadi pembebanan standar atau berlebih tidak patah. Salah satu contoh contoh material material yang yang sekaran sekarang g banyak banyak diguna digunakan kan pada pada konstru konstruksi ksi bangun bangunan an atau umum umum adalah logam. Meskipun dalam proses pembuatannya telah diprediksikan sifat mekanik dari logam tersebut, kita perlu benar-benar mengetahui nilai mutlak dan akurat dari sifat mekanik logam tersebut. Oleh karena itu, sekarang ini banyak dilakukan pengujian-pengujian terhadap sampel dari material. Pengu Pengujian jian ini dimaks dimaksudk udkan an agar agar kita kita dapat dapat menget mengetahu ahuii besar besar sifat sifat mekani mekanik k dari dari material, sehingga dapat dlihat kelebihan dan kekurangannya. Material yang mempunyai sifat mekanik lebih baik dapat memperbaiki sifat mekanik dari material dengan sifat yang kurang baik dengan cara alloying . al ini dilakukan sesuai kebutuhan konstruksi dan pesanan. Uji Uji tarik tarik adal adalah ah suat suatu u meto metode de yang yang digu diguna naka kan n untu untuk k meng menguji uji keku kekuat atan an suat suatu u bahan!material dengan cara memberikan beban gaya yang sesumbu. asil yang didapatkan dari dari peng penguj ujia ian n tari tarik k sang sangat at pent pentin ing g untu untuk k rekay rekayasa asa tekni teknik k dan dan desai desain n prod produk uk kare karena na mengah mengahsil silkan kan data data kekuata kekuatan n materia material. l. Penguj Pengujian ian uji tarik tarik diguna digunakan kan untuk untuk menguk mengukur ur ketahanan suatu material terhadap gaya statis yang diberikan secara lambat. Salah satu cara untuk mengetahui besaran sifat mekanik dari logam adalah dengan uji tarik. Sifat mekanik yang dapat diketahui adalah kekuatan dan elastisitas dari logam tersebut. Uji tarik banyak dilakukan untuk melengkapi informasi rancangan dasar kekuatan suatu bahan dan sebagai
2
2
data pendukung bagi spesifikasi bahan. "ilai kekuatan dan elastisitas dari material uji dapat dilihat dari kur#a uji tarik. Pengujian tarik ini dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat mekanis suatu material, khususnya khususnya logam diantara diantara sifat-sifat sifat-sifat mekanis mekanis yang dapat diketahui diketahui dari hasil pengujian tarik adalah sebagai berikut$ %. &eku &ekuat atan an tari tarik k
1
'. &uat &uat lulu luluh h dar darii mate materia riall (. &eul &eulet etan an dari dari mate materia riall ). Modulus elastic dari elastic dari material *. &elent &elenting ingan an dari dari suat suatu u mater material ial +. &eta &etang nggu guha han n. Pengu Pengujian jian tarik tarik banyak banyak dilaku dilakukan kan untuk untuk meleng melengkap kapii inform informasi asi rancang rancangan an dasar dasar kekuatan suatu bahan dan sebagai data pendukung bagi spesifikasi bahan. &arena dengan pengujian tarik dapat diukur ketahanan suatu material terhadap gaya statis yang diberikan secara perlahan. Pengujian tarik ini merupakan salah satu pengujian yang penting untuk dilakukan, karena dengan pengujian ini dapat memberikan berbagai informasi mengenai sifatsifat logam. Dalam bidang industri diperlukan pengujian tarik ini untuk mempertimbangkan faktor metalurgi dan faktor mekanis yang tercakup dalam proses perlakuan terhadap logam jadi, untuk memenuhi proses selanjutnya. Oleh Oleh karena karena pentin pentingny gnyaa penguj pengujian ian tarik tarik ini, ini, kita kita sebaga sebagaii mahasis mahasisa a metalu metalurgi rgi hendaknya mengetahui mengenai pengujian ini. Dengan adanya kur#a tegangan regangan kita dapat mengetahui kekuatan tarik, kekuatan luluh, keuletan, modulus elastisitas, ketangguhan, dan lain-lain. Pada pegujian tarik ini kita juga harus mengetahui mengetahui dampak pengujian terhadap sifat mekanis dan fisik suatu logam. Dengan mengetahui parameter - parameter tersebut maka kita dapat data dasar mengenai kekuatan suatu bahan atau logam.
1.2
Tujuan Tu juan Percobaan
2
2
data pendukung bagi spesifikasi bahan. "ilai kekuatan dan elastisitas dari material uji dapat dilihat dari kur#a uji tarik. Pengujian tarik ini dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat mekanis suatu material, khususnya khususnya logam diantara diantara sifat-sifat sifat-sifat mekanis mekanis yang dapat diketahui diketahui dari hasil pengujian tarik adalah sebagai berikut$ %. &eku &ekuat atan an tari tarik k
1
'. &uat &uat lulu luluh h dar darii mate materia riall (. &eul &eulet etan an dari dari mate materia riall ). Modulus elastic dari elastic dari material *. &elent &elenting ingan an dari dari suat suatu u mater material ial +. &eta &etang nggu guha han n. Pengu Pengujian jian tarik tarik banyak banyak dilaku dilakukan kan untuk untuk meleng melengkap kapii inform informasi asi rancang rancangan an dasar dasar kekuatan suatu bahan dan sebagai data pendukung bagi spesifikasi bahan. &arena dengan pengujian tarik dapat diukur ketahanan suatu material terhadap gaya statis yang diberikan secara perlahan. Pengujian tarik ini merupakan salah satu pengujian yang penting untuk dilakukan, karena dengan pengujian ini dapat memberikan berbagai informasi mengenai sifatsifat logam. Dalam bidang industri diperlukan pengujian tarik ini untuk mempertimbangkan faktor metalurgi dan faktor mekanis yang tercakup dalam proses perlakuan terhadap logam jadi, untuk memenuhi proses selanjutnya. Oleh Oleh karena karena pentin pentingny gnyaa penguj pengujian ian tarik tarik ini, ini, kita kita sebaga sebagaii mahasis mahasisa a metalu metalurgi rgi hendaknya mengetahui mengenai pengujian ini. Dengan adanya kur#a tegangan regangan kita dapat mengetahui kekuatan tarik, kekuatan luluh, keuletan, modulus elastisitas, ketangguhan, dan lain-lain. Pada pegujian tarik ini kita juga harus mengetahui mengetahui dampak pengujian terhadap sifat mekanis dan fisik suatu logam. Dengan mengetahui parameter - parameter tersebut maka kita dapat data dasar mengenai kekuatan suatu bahan atau logam.
1.2
Tujuan Tu juan Percobaan
3
ujuan ujuan dari percobaan percobaan ini adalah untuk untuk mengetahui mengetahui kekuatan kekuatan bahan logam melalui melalui pemahaman dan pendalaman kur#a hasil uji tarik.
1.3
Batasan Masala
atasan masalah masalah dalam percobaan percobaan ini yaitu melakukan melakukan pengujian pengujian pada sampel sampel yang berbentuk pelat dan kaat sampai sampel sa mpel tersebut putus. Dari hasil pengujian yang diperoleh, mencari berapa besar yield besar yield strength, tensile strength dan strength dan persentase elongasinya.
1.!
"#ste$at#ka Penul#san
Penulisan laporan ini dibagi menjadi lima bab. ab / menjelaskan mengenai latar belakang, tujuan percobaan, batasan masalah, sistematika penulisan. ab // menjelaskan mengenai tinjauan pustaka yang berisi mengenai teori singkat dari percobaan yang dilakukan, ab /// menjela menjelaska skan n mengen mengenai ai metode metode penelit penelitian ian,, ab /0 menjela menjelaska skan n mengen mengenai ai data data percobaan, ab 0 menjelaskan mengenai pembahasan dan ab 0/ menjelaskan mengenai kesimpulan dari percobaan. Selain itu juga di akhir laporan terdapat lampiran yang memuat contoh perhitungan, jaaban pertanyaan dan tugas serta terdapat juga blangko percobaan.
4
BAB II LANDASAN TEORI
2.1
Landasan Teori
Uji tarik adalah suatu metode yang digunakan untuk menguji kekuatan suatu bahan!material dengan cara memberikan beban gaya yang sesumbu 12skeland, %34*5. asil yang didapatkan dari pengujian tarik sangat penting untuk rekayasa teknik dan desain produk karena mengahsilkan data kekuatan material. Pengujian uji tarik digunakan untuk mengukur ketahanan suatu material terhadap gaya statis yang diberikan secara lambat.
6ambar '.%. Mesin uji tarik dilengkapi spesimen ukuran standar.
5
Seperti pada gambar % benda yang di uji tarik diberi pembebanan pada kedua arah sumbunya. Pemberian beban pada kedua arah sumbunya diberi beban yang sama besarnya. Pengujian tarik adalah dasar dari pengujian mekanik yang dipergunakan pada material. Dimana spesimen uji yang telah distandarisasi, dilakukan pembebanan uniaxial sehingga spesimen uji mengalami peregangan dan bertambah panjang hingga akhirnya patah. Pengujian tarik relatif sederhana, murah dan sangat terstandarisasi dibanding pengujian lain. al-hal yang perlu diperhatikan agar penguijian menghasilkan nilai yang #alid adalah7 bentuk dan dimensi spesimen uji, pemilihan grips dan lain-lain.
2. Pengujian Mekanik Pengujian mekanik adalah pengujian untuk melihat pengaruh atau respon material terhadap pembebanan. Pembebanan pada aterial dapat berupa beban tarik, tekan, bending, torsi atau kombinasinya. Pembebanan itu sendiri dapat berupa beban statik atau beban dinamik. eban berubah menurut fungsi aktu disebut dengan beban dinamik, sedangkan yang tidak berubah menurut fungsi aktu disebut dengan beban statik. Salah satu pengujian mekanik yang cukup penting adalah pengujian tarik. Pengujian tarik sutu benda uji 8 spesimen 9 akan menghasilkan suatu kur#a 8 diagram 9 tarik, yaitu kur#a antara beba tarik 8 P 9 terhadap perubaha panjang 8 :; 9. &ur#a tersebut kemudian diubah menjadi diagram tegangan < regangan teknis 8 =-e 9 dan diagram tegangan < regangan sebenarnya 8 = - ɛ 9. /nformasi tentang beberapa sifat mekanik material akan diperoleh dari pengujian tarik, seperti %. '. (. ). *.
$
&ekuatan tarik ! tensile strength &euletan ! ductility egangan luluh ! yield stress Modulus elastisitas ! modulus of elasticity egangan putus ! fracture stress
. Deformasi Deformasi terjadi bila bahan mengalami gaya. Selama deformasi, bahan menyerap energi sebagai akibat adanya gaya yang bekerja sepanjang deformasi. Sekecil apapun gaya yang bekerja, maka benda akan mengalami perubahan bentuk dan ukuran. Perubahan ukuran secara fisik ini disebut deformasi. Deformasi ada dua macam yaitu deformasi elastis dan deformasi plastis. >ang dimaksud deformasi elastis adalah deformasi yang terjadi akibat adanya beban yang jika beban ditiadakan, maka material akan kembali keukuran semula. Sedangkan deformasi plastis adalah deformasi yang bersifat permanen jika bebannya dilepas.
6
Penambahan beban pada bahan yang telah mengalami kekuatan tertinggi tidak dapat dilakukan, karena pada kondisi ini bahan telah mengalami deformasi total. ?ika beban tetap diberikanmaka regangan akan bertambah dimana material seakan menguat yang disebut dengan penguatan regangan 8 strain hardening 9 yang selanjutnya benda akan mengalami putus pada kekuatan patah. Disamping itu dari pengujian tarik dapat diamati beberapa fenomena yang terjadi selama deformasi, antara lain $
6ambar '.' Diagram tegangan - regangan
%. @lastisitas adalah suatu regangan yang dapat balik 8re#ersible9. ?ika suatu tegangan diberikan dalam bentuk tarik, material menjadi sedikit lebih panjang, dan bila beban ditiadakan material tersebut akan kembali ke dimensi semulanya.
'. Plastisitas Plastisitas adalah sifat yang dimiliki oleh suatu material, yaitu ketika beban yang diberikan kepada suatu benda ! material hingga mengalami perubahan bentuk kemudian dihilangkan lalu benda tidak bisa kembali sepenuhnya ke bentuk semula. Peningkatan
7
pembebanan yang melebihi kekuatan luluh 8 yield strength9 yang dimiliki plat mengakibatkan aliran deformasi permanen yang disebut plastisitas.
(. Aenomena luluh Aenomena titik luluh adalah titik dimana deformasi elastis berubah menjadi deformasi plastis pada batas elastis atau batas proporsional. ). idang patah *. Pengecilan penampang setempat 8 necking 9 +. Modulus Young Modulus Young , disebut juga dengan modulus tarik adalah ukuran kekakuan suatu bahan elastis yang merupakan ciri dari suatu bahan. Modulus Young didefinisikan sebagai rasio tegangan dalam sistem koordinat kartesian terhadap regangan sepanjang aksis pada jangkauan tegangan di mana hukum ooke berlaku.1%5 Dalam mekanika benda padat, kemiringan 8 slope9 pada kur#a tegangan-regangan pada titik tertentu disebut dengan modulus tangen. Modulus tangen dari kemiringan linear aal disebut dengan modulus Young . "ilai modulus Young bisa didapatkan dalam eksperimen menggunakan uji kekuatan tarik dari suatu bahan. Pada bahan anisotropis, modulus Young dapat memiliki nilai yang berbeda tergantung pada arah di mana bahan diaplikasikan terhadap struktur bahan. Modulus Young adalah penggambaran modulus elastis yang paling umum. Modulus elastis yang lainnya adalah modulus curah 8bulk modulus9 dan modulus geser . Modulus Young dinamai berdasarkan ilmuan /nggris abad ke %3, homas Young . "amun konsep yang sama dikembangkan terlebih dahulu oleh ;eonhard @uler pada tahun %B'B, dan eksperimen pertama yang memanfaatkan konsep yang sama dengan modulus Young dilakukan oleh 6iordano Ciccati pada tahun %B4'. 1'5 2. Sifat Mekanik di daerah @lastis %.
&ekuatan elastis $ kemampuan batang untuk menerima beban ! tegangan tanpa berakibat
'.
terjadinya
deformasi plastis
8perubahan
bentuk yang
permanen9.
Ditunjukkkan oleh titik luluh 8 yield 9. &ekakuan (stiffness) $ suatu batang yang memiliki kekakuan tinggi bila mendapat beban 8dalam batas elastisnya9 akan mengalami deformasi plastis, tetapi hanya sedikit.
8
(.
Cesilience $ kemampuan bahan untuk menyerap energi tanpa menyebabkan terjadinya deformasi plastis. Dinyatakan dengan besarnya luasan di baah grafik daerah elastik 8Modulus Resilien9.
. entuk dan Dimensi Spesimen uji Spesimen uji harus memenuhi standar dan spesifikasi dari 2SM @4 atau D+(4. entuk dari spesimen penting karena kita harus menghindari terjadinya patah atau retak pada daerah grip atau yang lainnya. ?adi standarisasi dari bentuk spesimen uji dimaksudkan agar retak dan patahan terjadi di daerah gage length. . Grip and Face election
Face dan grip adalah faktor penting. Dengan pemilihan setting yang tidak tepat,
spesimen uji akan terjadi slip atau bahkan pecah dalam daerah grip 8 !a" break 9. /ni akan menghasilkan hasil yang tidak #alid . Face harus selalu tertutupi di seluruh permukaan yang kontak dengan grip. 2gar spesimen uji tidak bergesekan langsung dengan face. eban yang diberikan pada bahan yang di uji ditransmisikan pada pegangan bahan yang di uji. Dimensi dan ukuran pada benda uji disesuaikan dengan estEndar baku pengujian.
6ambar '.( Dimensi dan ukuran spesimen untuk uji tarik
9
&ur#a tegangan-regangan teknik dibuat dari hasil pengujian yang didapatkan.
6ambar '.). ontoh kur#a uji tarik
egangan yang digunakan pada kur#a adalah tegangan membujur rata-rata dari pengujian tarik. egangan teknik tersebut diperoleh dengan cara membagi beban yang diberikan dibagi dengan luas aal penampang benda uji. Dituliskan seperti dalam persamaan '.% berikut
$
s F P!2G......................................................................................... 8 '.% 9
&eterangan
$
10
s $ besarnya tegangan 8kg!mm'9 P $ beban yang diberikan 8kg9 2G $ ;uas penampang aal benda uji 8mm '9
Cegangan yang digunakan untuk kur#a tegangan-regangan teknik adalah regangan linier rata-rata, yang diperoleh dengan cara membagi perpanjangan yang dihasilkan setelah pengujian dilakukan dengan panjang aal. Dituliskan seperti dalam persamaan '.' berikut. &eterangan
$
e $ esar regangan ; $ Panjang benda uji setelah pengujian 8mm9 ;o $ Panjang aal benda uji 8mm9
entuk dan besaran pada kur#a tegangan-regangan suatu logam tergantung pada komposisi, perlakuan panas, deformasi plastik, laju regangan, temperatur dan keadaan tegangan yang menentukan selama pengujian. Parameter-parameter yang digunakan untuk menggambarkan kur#a tegangan-regangan logam adalah kekuatan tarik, kekuatan luluh atau titik luluh, persen perpanjangan dan pengurangan luas. Dan parameter pertama adalah parameter kekuatan, sedangkan dua yang terakhir menyatakan keuletan bahan. egangan tarik adalah nilai yang paling sering dituliskan sebagai hasil suatu uji tarik, tetapi pada kenyataannya nilai tersebut kurang bersifat mendasar dalam kaitannya dengan kekuatan bahan. Untuk logam-logam yang liat kekuatan tariknya harus dikaitkan dengan beban maksimum, di mana logam dapat menahan beban sesumbu untuk keadaan yang sangat terbatas. 2kan ditunjukkan baha nilai tersebut kaitannya dengan kekuatan logam kecil sekali kegunaannya untuk tegangan yang lebih kompleks, yakni yang biasanya ditemui. Untuk berapa lama, telah menjadi kebiasaan mendasarkan kekuatan struktur pada kekuatan tarik, dikurangi dengan faktor keamanan yang sesuai. &ecenderungan yang banyak ditemui adalah menggunakan pendekatan yang lebih rasional yakni mendasarkan rancangan statis logam yang liat pada kekuatan luluhnya. 2kan tetapi, karena jauh lebih praktis menggunakan kekuatan tarik untuk menentukan kekuatan bahan, maka metode ini lebih banyak dikenal, dan merupakan metode identifikasi bahan yang sangat berguna, mirip dengan kegunaan komposisi kimia untuk mengenali logam atau bahan. Selanjutnya, karena kekuatan tarik mudah ditentukan dan merupakan sifat yang mudah dihasilkan kembali 8reproducible9. &ekuatan tersebut berguna untuk keperluan spesifikasi dan kontrol kualitas bahan. &orelasi empiris yang diperluas antara kekuatan tarik dan sifat-sifat
11
bahan misalnya kekerasan dan kekuatan lelah, sering dipergunakan. Untuk bahan-bahan yang getas, kekuatan tarik merupakan kriteria yang tepat untuk keperluan perancangan. egangan di mana deformasi plastik atau batas luluh mulai teramati tergantung pada kepekaan pengukuran regangan. Sebagian besar bahan mengalami perubahan sifat dari elastik menjadi plastik yang berlangsung sedikit demi sedikit, dan titik di mana deformasi plastik mulai terjadi dan sukar ditentukan secara teliti. elah digunakan berbagai kriteria permulaan batas luluh yang tergantung pada ketelitian pengukuran regangan dan data-data yang akan digunakan entuk kur#a tegangan-regangan pada daerah elastis tegangan berbanding lurus terhadap regangan. Deformasi tidak berubah pada pembebanan, daerah remangan yang tidak menimbulkan deformasi apabila beban dihilangkan disebut daerah elastis. 2pabila beban melampaui nilai yang berkaitan dengan kekuatan luluh, benda mengalami deformasi plastis bruto. Deformasi pada daerah ini bersifat permanen, meskipun bebannya dihilangkan. egangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan deformasi plastis akan bertambah besar dengan bertambahnya regangan plastik. Pada tegangan dan regangan yang dihasilkan, dapat diketahui nilai modulus elastisitas. Persamaannya dituliskan dalam persamaan
@F
σ e
&eterangan
$
......................................................................................... 8 '.' 9
@ $ esar modulus elastisitas 8kg!mm'9, e $ regangan = $ egangan 8kg!mm '9
Pada mulanya pengerasan regang lebih besar dari yang dibutuhkan untuk mengimbangi penurunan luas penampang lintang benda uji dan tegangan teknik 8sebanding dengan beban F 9 yang bertambah terus, dengan bertambahnya regangan. 2khirnya dicapai suatu titik di mana pengurangan luas penampang lintang lebih besar dibandingkan pertambahan deformasi beban yang diakibatkan oleh pengerasan regang. &eadaan ini untuk pertama kalinya dicapai pada suatu titik dalam benda uji yang sedikit lebih lemah
12
dibandingkan dengan keadaan tanpa beban. Seluruh deformasi plastis berikutnya terpusat pada daerah tersebut dan benda uji mulai mengalami penyempitan secara lokal. &arena penurunan luas penampang lintang lebih cepat daripada pertambahan deformasi akibat pengerasan regang, beban sebenarnya yang diperlukan untuk mengubah bentuk benda uji akan berkurang dan demikian juga tegangan teknik pada persamaan 8%9 akan berkurang hingga terjadi patah. Dari kur#a uji tarik yang diperoleh dari hasil pengujian akan didapatkan beberapa sifat mekanik yang dimiliki oleh benda uji, sifat-sifat tersebut antara lain 1Dieter, %33(5$ %. &ekuatan tarik '. &uat luluh dari material (. &euletan dari material ). Modulus elastic dari material *. &elentingan dari suatu material +. &etangguhan. 2.2 %ekuatan Tar#k
&ekuatan yang biasanya ditentukan dari suatu hasil pengujian tarik adalah kuat luluh 8Yield trength9 dan kuat tarik 8$ltimate %ensile trength9. &ekuatan tarik atau kekuatan tarik maksimum 8$ltimate %ensile trength ! US9, adalah beban maksimum dibagi luas penampang lintang aal benda uji.
13
6ambar '.* &ekuatan tarik
Su F di mana
u
Pmaks Ao
......................................................................................... 8 '.( 9
$
F &uat tarik
& mak s F eban maksimum '
F ;uas penampang aal
Untuk logam-logam yang liat kekuatan tariknya harus dikaitkan dengan beban maksimum dimana logam dapat menahan sesumbu untuk keadaan yang sangat terbatas. egangan tarik adalah nilai yang paling sering dituliskan sebagai hasil suatu uji tarik, tetapi pada kenyataannya nilai tersebut kurang bersifat mendasar dalam kaitannya dengan kekuatan bahan. Untuk logam-logam yang liat kekuatan tariknya harus dikaitkan dengan beban maksimum, di mana logam dapat menahan beban sesumbu untuk keadaan yang sangat terbatas. 2kan ditunjukkan baha nilai tersebut kaitannya dengan kekuatan logam kecil sekali kegunaannya untuk tegangan yang lebih kompleks, yakni yang biasanya ditemui. Untuk berapa lama, telah menjadi kebiasaan mendasarkan kekuatan struktur pada kekuatan tarik, dikurangi dengan faktor keamanan yang sesuai.
14
&ecenderungan yang banyak ditemui adalah menggunakan pendekatan yang lebih rasional yakni mendasarkan rancangan statis logam yang liat pada kekuatan luluhnya. 2kan tetapi, karena jauh lebih praktis menggunakan kekuatan tarik untuk menentukan kekuatan bahan, maka metode ini lebih banyak dikenal, dan merupakan metode identifikasi bahan yang sangat berguna, mirip dengan kegunaan komposisi kimia untuk mengenali logam atau bahan. Selanjutnya, karena kekuatan tarik mudah ditentukan dan merupakan sifat yang mudah dihasilkan kembali 8reproducible9. &ekuatan tersebut berguna untuk keperluan spesifikasi dan kontrol kualitas bahan. &orelasi empiris yang diperluas antara kekuatan tarik dan sifat-sifat bahan misalnya kekerasan dan kekuatan lelah, sering dipergunakan. Untuk bahan-bahan yang getas, kekuatan tarik merupakan kriteria yang tepat untuk keperluan perancangan. Perubahan ukuran secara fisik ini disebut deformasi. Deformasi ada dua macam yaitu deformasi elastis dan deformasi plastis. >ang dimaksud deformasi elastis adalah deformasi yang terjadi akibat adanya beban yang jika beban ditiadakan, maka material akan kembali keukuran semula. Sedangkan deformasi plastis adalah deformasi yang bersifat permanen jika bebannya dilepas. Penambahan beban pada bahan yang telah mengalami kekuatan tertinggi tidak dapat dilakukan, karena pada kondisi ini bahan telah mengalami deformasi total. ?ika beban tetap diberikanmaka regangan akan bertambah dimana material seakan menguat yang disebut dengan penguatan regangan 8 strain hardening 9 yang selanjutnya benda akan mengalami putus pada kekuatan patah. egangan di mana deformasi plastik atau batas luluh mulai teramati tergantung pada kepekaan pengukuran regangan. Sebagian besar bahan mengalami perubahan sifat dari elastik menjadi plastik yang berlangsung sedikit demi sedikit, dan titik di mana deformasi plastik mulai terjadi dan sukar ditentukan secara teliti. elah digunakan berbagai kriteria permulaan batas luluh yang tergantung pada ketelitian pengukuran regangan dan data-data yang akan digunakan, seperti $ %.
atas elastik sejati berdasarkan pada pengukuran regangan mikro pada skala regangan ' H %G -+ inci!inci. atas elastik nilainya sangat rendah dan dikaitkan dengan gerakan
beberapa ratus dislokasi. '. atas proporsional adalah tegangan tertinggi untuk daerah hubungan proporsional antara tegangan-regangan. arga ini diperoleh dengan cara mengamati penyimpangan (.
dari bagian garis lurus kur#a tegangan-regangan. atas elastik adalah tegangan terbesar yang masih dapat ditahan oleh bahan tanpa terjadi regangan sisa permanen yang terukur pada saat beban telah ditiadakan. Dengan bertambahnya ketelitian pengukuran regangan, nilai batas elastiknya menurun hingga
15
suatu batas yang sama dengan batas elastik sejati yang diperoleh dengan cara pengukuran regangan mikro. Dengan ketelitian regangan yang sering digunakan pada kuliah rekayasa 8%G-) inci!inci9, batas elastik lebih besar daripada batas proporsional. Penentuan batas elastik memerlukan prosedur pengujian yang diberi beban-tak diberi beban 8loadingunloading 9 yang membosankan. 2.3
%ekuatan lulu & yield strength'
Salah satu kekuatan yang biasanya diketahui dari suatu hasil pengujian tarik adalah kuat luluh 8Yield trength9. &ekuatan luluh 8 yield strength9 merupakan titik yang menunjukan perubahan dari deformasi elastis ke deformasi plastis 1Dieter, %33(5. esar tegangan luluh dituliskan seperti pada persamaan '.), sebagai berikut.
6ambar '.+ itik luluh
>s F
Py Ao
......................................................................................... 8 '.) 9
16
&eterangan 7
>s $ esarnya tegangan luluh 8kg!mm'9 Py $ esarnya beban di titik yield 8kg9 2o $ ;uas penampang aal benda uji 8mm '9
egangan di mana deformasi plastis atau batas luluh mulai teramati tergantung pada kepekaan pengukuran regangan. Sebagian besar bahan mengalami perubahan sifat dari elastik menjadi plastis yang berlangsung sedikit demi sedikit, dan titik di mana deformasi plastis mulai terjadi dan sukar ditentukan secara teliti. &ekuatan luluh adalah tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah kecil deformasi plastis yang ditetapkan. Definisi yang sering digunakan untuk sifat ini adalah kekuatan luluh ditentukan oleh tegangan yang berkaitan dengan perpotongan antara kur#a tegangan-regangan dengan garis yang sejajar dengan elastis ofset kur#a oleh regangan tertentu. Di 2merika Serikat offset biasanya ditentukan sebagai regangan G,' atau G,% persen 8e F G,GG' atau G,GG%9
So F
F ( offset ) Ao
......................................................................................... 8 '.* 9
ara yang baik untuk mengamati kekuatan luluh offset adalah setelah benda uji diberi pembebanan hingga G,'I kekuatan luluh offset dan kemudian pada saat beban ditiadakan maka benda ujinya akan bertambah panjang G,% sampai dengan G,'I, lebih panjang daripada saat dalam keadaan diam. egangan offset di ritania Caya sering dinyatakan sebagai tegangan uji 8 proff stress9, di mana harga ofsetnya G,%I atau G,*I. &ekuatan luluh yang diperoleh dengan metode ofset biasanya dipergunakan untuk perancangan dan keperluan spesifikasi, karena metode tersebut terhindar dari kesukaran dalam pengukuran batas elastik atau batas proporsional.
2.!
Pengukuran %el#atan &keuletan'
17
&euleten adalah kemampuan suatu bahan seaktu menahan beban pada saat diberikan penetrasi dan akan kembali ke baentuk semula.Secara umum pengukuran keuletan dilakukan untuk memenuhi kepentingan tiga buah hal 1Dieter, %33(5$ %. Untuk menunjukan elongasi di mana suatu logam dapat berdeformasi tanpa terjadi patah dalam suatu proses suatu pembentukan logam, misalnya pengerolan dan ekstrusi. '. Untuk memberi petunjuk secara umum kepada perancang mengenai kemampuan logam untuk mengalir secara pelastis sebelum patah. (. Sebagai petunjuk adanya perubahan permukaan kemurnian atau kondisi pengolahan.
2.(
Mo)ulus Elast#s#tas
Modulus @lastisitas adalah ukuran kekuatan suatu bahan akan keelastisitasannya. Makin besar modulus, makin kecil regangan elastik yang dihasilkan akibat pemberian tegangan. Modulus elastisitas ditentukan oleh gaya ikat antar atom, karena gaya-gaya ini tidak dapat dirubah tanpa terjadi perubahan mendasar pada sifat bahannya. Maka modulus elastisitas salah satu sifat-sifat mekanik yang tidak dapat diubah. Sifat ini hanya sedikit berubah oleh adanya penambahan paduan, perlakuan panas, atau pengerjaan dingin. Secara matematis persamaan modulus elastic dapat ditulis sebagai berikut.
σ ε
Mo F Dimana
......................................................................................... 8 '.+ 9
$
s F tegangan J F regangan
abel % arga modulus elastisitas pada berbagai suhu 12skeland, %34*5
18
2.*
%elent#ngan (resilience)
&elentingan adalah kemampuan suatu bahan untuk menyerap energi pada aktu berdeformasi secara elastis dan kembali kebentuk aal apabila bebannya dihilangkan. &elentingan biasanya dinyatakan sebagai modulus kelentingan, yakni energi regangan tiap satuan #olume yang dibutuhkan untuk menekan bahan dari tegangan nol hingga tegangan luluh * o. @nergi regangan tiap satuan #olume untuk beban tarik satu sumbu adalah $
Uo F K =LL
......................................................................................... 8 '.B 9
Dari definisi diatas, modulus kelentingan adalah
Uo F K So eo F %!'So
So E
F
$
SO 2e
2
......................................... 8
'.4 9
Persamaan ini menunjukan baha bahan ideal untuk menahan beban energi pada pemakaian di mana bahan tidak mengalami deformasi permanen, misal pegas mekanik, adalah data bahan yang memiliki tegangan luluh tinggi dan modulus elastisitas rendah. egangan di mana deformasi plastis atau batas luluh mulai teramati tergantung pada kepekaan pengukuran regangan. Sebagian besar bahan mengalami perubahan sifat dari elastik
19
menjadi plastis yang berlangsung sedikit demi sedikit, dan titik di mana deformasi plastis mulai terjadi dan sukar ditentukan secara teliti. &ekuatan luluh adalah tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah kecil deformasi plastis yang ditetapkan. Definisi yang sering digunakan untuk sifat ini adalah kekuatan luluh ditentukan oleh tegangan yang berkaitan dengan perpotongan antara kur#a tegangan-regangan dengan garis yang sejajar dengan elastis ofset kur#a oleh regangan tertentu.
2.+
%etangguan (Toughness)
&etangguhan (%oughness) adalah kemampuan menyerap energi pada daerah plastik. Pada umumnya ketangguhan menggunakan konsep yang sukar dibuktikan atau didefinisikan. Salah satu menyatakan ketangguhan adalah meninjau luas keseluruhan daerah di baah kur#a tegangan-regangan. ;uas ini menunjukan jumlah energi tiap satuan #olume yang dapat dikenakan kepada bahan tanpa mengakibatkan pecah. &etangguhan 8S G9 adalh perbandingan antara kekuatan dan kueletan. Persamaan sebagai berikut.
$ % N su e f ......................................................................................... 8 '.3 9 2tau
Ur F
So + Su 2
e f ......................................................................................... 8 '.%G 9
Untuk material yang getas
$
2
U F
3
Su e f ......................................................................................... 8 '.%% 9
20
&eterangan
$
U $ ?umlah unit #olume
egangan patah sejati adalah beban pada aktu patah, dibagi luas penampang lintang. egangan ini harus dikoreksi untuk keadaan tegangan tiga sumbu yang terjadi pada benda uji tarik saat terjadi patah. &arena data yang diperlukan untuk koreksi seringkali tidak diperoleh, maka tegangan patah sejati sering tidak tepat nilai.
2., Deta#l -ro#l uj# tar#k )an s#at $ekan#k loga$
Sekarang akan kita bahas profil data dari tensile test secara lebih detail. Untuk keperluan kebanyakan analisa teknik, data yang didapatkan dari uji tarik dapat digeneralisasi seperti pada.
21
6ambar '.B Profil data hasil uji tarik
&ita akan membahas istilah mengenai sifat-sifat mekanik bahan dengan berpedoman pada hasil uji tarik seperti pada 6br.*. 2sumsikan baha kita melakukan uji tarik mulai dari titik O sampai D sesuai dengan arah panah dalam gambar.
a. atas elastis =@ 8 elastic limit 9 Dalam 6br.* dinyatakan dengan titik 2. ila sebuah bahan diberi beban sampai pada titik 2, kemudian bebannya dihilangkan, maka bahan tersebut akan kembali ke kondisi semula 8tepatnya hampir kembali ke kondisi semula9 yaitu regangan nolQ pada titik O 8lihat inset dalam 6br.*9. etapi bila beban ditarik sampai meleati titik 2, hukum ooke tidak lagi berlaku dan terdapat perubahan permanen dari bahan. erdapat kon#ensi batas regangan permamen 8 permanent strain9 sehingga masih disebut perubahan elastis yaitu kurang dari G.G(I, tetapi sebagian referensi menyebutkan G.GG*I . idak ada standarisasi yang uni#ersal mengenai nilai ini.
b. atas proporsional =p 8 proportional limit 9 itik sampai di mana penerapan hukum ook masih bisa ditolerir. idak ada standarisasi tentang nilai ini. Dalam praktek, biasanya batas proporsional sama dengan batas elastis.
c. Deformasi plastis 8 plastic deformation9 >aitu perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula, yaitu bila bahan ditarik sampai meleati batas proporsional dan mencapai daerah landing .
d. egangan luluh atas =uy 8upper yield stress9 egangan maksimum sebelum bahan memasuki fase daerah landing peralihan deformasi elastis ke plastis.
e. egangan luluh baah =ly 8lo"er yield stress9 egangan rata-rata daerah landing sebelum benar-benar memasuki fase deformasi plastis. ila hanya disebutkan tegangan luluh 8 yield stress9, maka yang dimaksud adalah tegangan ini.
f. Cegangan luluh J/ 8 yield strain9
22
Cegangan permanen saat bahan akan memasuki fase deformasi plastis.
g. Cegangan elastis Je 8elastic strain9 Cegangan yang diakibatkan perubahan elastis bahan. Pada saat beban dilepaskan regangan ini akan kembali ke posisi semula.
h. Cegangan plastis J- 8 plastic strain9 Cegangan yang diakibatkan perubahan plastis. Pada saat beban dilepaskan regangan ini tetap tinggal sebagai perubahan permanen bahan.
i.
Cegangan total 8total strain9 Merupakan gabungan regangan plastis dan regangan elastis, J F JeRJp. Perhatikan
beban dengan arah O2@. Pada titik , regangan yang ada adalah regangan total. &etika beban dilepaskan, posisi regangan ada pada titik @ dan besar regangan yang tinggal 8O@9 adalah regangan plastis.
!.
egangan tarik maksimum M ($%, ultimate tensile strength) Ditunjukkan dengan titik 8=9, merupakan besar tegangan maksimum yang
didapatkan dalam uji tarik.
k. &ekuatan patah (breaking strength) Ditunjukkan dengan titik D, merupakan besar tegangan di mana bahan yang diuji putus atau patah.
egangan luluh pada data tanpa batas jelas antara perubahan elastis dan plastis Untuk hasil uji tarik yang tidak memiliki daerah linier dan landing yang jelas, tegangan luluh biasanyadidefinisikan sebagai tegangan yang menghasilkan regangan permanen sebesar G.'I, regangan ini disebut offsetstrain. Perlu untuk diingat baha satuan S/ untuk tegangan (stress) adalah Pa 8Pascal, "!m'9 dan strain adalah besaran tanpa satuan.
2.0.
Ist#la as#l uj# tar#k
Selanjutnya akan kita bahas beberapa istilah lain yang penting seputar interpretasi hasil uji tarik.
23
a. &elenturan 8ductility9 Merupakan sifat mekanik bahan yang menunjukkan derajat deformasi plastis yang terjadi sebelum suatu bahan putus atau gagal pada uji tarik. ahan disebut lentur (ductile) bila regangan plastis yang terjadi sebelum putus lebih dari *I, bila kurang dari itu suatu bahan disebut getas (brittle). b. Derajat kelentingan 8resilience9 Derajat kelentingan didefinisikan sebagai kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase perubahan elastis. Sering disebut dengan Modulus &elentingan (Modulus of Resilience), dengan satuan strain energy per unit #olume 8?oule!m( atau Pa9. Dalam 6br.%, modulus kelentingan ditunjukkan oleh luas daerah yang diarsir. c. Derajat ketangguhan (toughness) &apasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase plastis sampai bahan tersebut putus. Sering disebut dengan Modulus &etangguhan 8modulus of toughness9. Dalam 6br.*, modulus ketangguhan sama dengan luas daerah dibaah kur#a O2D. d. Pengerasan regang (strain hardening) e. Sifat kebanyakan logam yang ditandai dengan naiknya nilai tegangan berbanding regangan setelah memasuki fase plastis.
24
BAB III UNAL PA%TI%UM
(.%.
Maksud dan ujuan %. Mendapatkan kur#a uji tarik benda '. Menentukan beberapa sifat mekanik benda uji (. Mengamati fenomena < fenomena fisik yang terjadi selama penarikan
(.'.
Dasar eori Dalam penggunaan ataupun cara kerjanya, maka suatu material ujian menerima beban yang merupakan gaya luar yang akan menimbulkan deformasi. Secara sistematis proses dapat digambarkan sebagai berikut %. +xternal Force '. tress (. Deformasi
(.(.
2lat dan ahan %. igmat 8 jangka sorong 9 '. enda kerja (. 2lat uji tension ). Penggaris
$
25
(.).
;angkah Percobaan %. entuk batang uji menurut standart '. Ukur kekerasan benda uji (. Ukur panjang dan diameter benda uji ). Perkiraan beban tertinggi yang dapat diberikan sebagai tahanan atau reaksi dari bahan terhadap beban luar *. Siapkan mesin uji tarik yang akan digunakan +. atat skala beban pada mesin uji tarik B. atat kecepatan grafik dan catatan diameter benda uji setiap penambahan beban 4. Setelah terjadi perubahan penampang, catat diameter terkecil benda uji pada setiap pengurangan beban
(.*.
&esimpulan %. Dapat mengetahui hal seperti $ %. Yielding '. timatic (. Araktur '. &ekuatan logam untuk tarikan adalah, batas minimal untuk logam sehingga jika dilampauinya akan terjadi banding. (. aja yang kuat akan menghasilkan kur#a yang lebih tinggi di bajar lurak.
(.+.
Data pengujian a. ;oF %(B mm b. ;f F %4' mm c. :; F %4' < %(B Lf − Lo d. @ F F Lo e. f. g. h. i.
Do DfF P.maL Dy Pt F
F %G mm +,4 mm F *)GG F ()GG ('GG
F )+ mm 182 −137 137
F G,((*B F ((,*B I
26
BAB I PETAN4AAN DAN A5ABAN
).%
Pertanyaan %. 2pa yang dimaksud dengan $ a. &ekuatan b. &euletan c. &etangguhan d. Modulus elastisitas '. uatlah diagram ! kur#a $ a. egangan teknik < regangan teknik b. egangan sebenarnya < regangan sebenarnya
).'
?aaban %. 2pa yang dimaksud dengan $ a. &ekuatan adalah, &ekuatan yang biasanya ditentukan dari suatu hasil pengujian tarik adalah kuat luluh 8Yield trength9 dan kuat tarik 8$ltimate %ensile trength9. &ekuatan tarik atau kekuatan tarik maksimum 8$ltimate %ensile trength ! US9, adalah beban maksimum dibagi luas penampang lintang aal benda uji. b. &euleten adalah kemampuan suatu bahan seaktu menahan beban pada saat diberikan penetrasi dan akan kembali ke baentuk semula.Secara umum pengukuran keuletan dilakukan untuk memenuhi kepentingan tiga buah hal, yaitu $ Untuk menunjukan elongasi di mana suatu logam dapat berdeformasi • tanpa terjadi patah dalam suatu proses suatu pembentukan logam, •
misalnya pengerolan dan ekstrusi. Untuk memberi petunjuk secara umum kepada perancang mengenai
•
kemampuan logam untuk mengalir secara pelastis sebelum patah. Sebagai petunjuk adanya perubahan permukaan kemurnian atau kondisi pengolahan
c. &etangguhan (%oughness), adalah kemampuan menyerap energi pada daerah plastik. Pada umumnya ketangguhan menggunakan konsep yang
27
sukar dibuktikan atau didefinisikan. Salah satu menyatakan ketangguhan adalah meninjau luas keseluruhan daerah di baah kur#a teganganregangan. ;uas ini menunjukan jumlah energi tiap satuan #olume yang dapat dikenakan kepada bahan tanpa mengakibatkan pecah. &etangguhan 8SG9 adalh perbandingan antara kekuatan dan kueletan. d. Modulus
@lastisitas,
adalah
ukuran
kekuatan
suatu
bahan
akan
keelastisitasannya. Makin besar modulus, makin kecil regangan elastik yang dihasilkan akibat pemberian tegangan.Modulus elastisitas ditentukan oleh gaya ikat antar atom, karena gaya-gaya ini tidak dapat dirubah tanpa terjadi perubahan mendasar pada sifat bahannya. Maka modulus elastisitas salah satu sifat-sifat mekanik yang tidak dapat diubah. Sifat ini hanya sedikit berubah oleh adanya penambahan paduan, perlakuan panas, atau pengerjaan dingin.
'. uatlah diagram ! kur#a $ a. egangan teknik < regangan teknik b. egangan sebenarnya < regangan sebenarnya
28
. 6ambar ).% a. &ur#a tegangan teknik < regangan teknik
29
6ambar ).% b. &ur#a tegangan sebenarnya < regangan sebenarnya
30
BAB PENUTUP
(.1 %es#$-ulan
%. Menambahkan kadar karbon pada permukaan logam akan menguatkan logam tersebut. '. ;ogam getas memiliki sifat elastis yang rendah. (. Setiap logam memiliki sifat elastis dan plastis.
31
DA6TA PU"TA%A %. http$!!belajarmetalurgi.blogspot.com!'G%%!G'!pendahuluan-dalam-kehidupan-seharihari.html 8Diakses pada tanggal ')-Mei-'G%) pada pukul G%$GG9 '. http$!!id.ikipedia.org!iki!&ekuatanTtarik 8Diakses pada tanggal ')-Mei-'G%) pada pukul G'$G*9 (. Cobert .Aerry. %34+. hemical @ngineering and ooks. ). @ric 2 randes butterorts.%34(. SiLth @dition. Smithells metal Ceferences ook o ;td
iii
