1
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Logam merupakan salah satu bahan yang sangat penting dan paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan kebutuhan bahan teknik. Dalam kehidupan sehari-hari logam berdasarkan sifat yang dimiliki logam tersebut. Contohnya pada permukaan jembatan dibutuhkan logam yang kuat dan tangguh. Contoh-contoh sifat mekanik adalah kekuatan tarik, kekerasan, dan ketangguhan. Pengujian sifat-sifat mekanik ini dapat dilakukan dengan pengkajian mekanik. Salah satu untuk yang digunakan dalam mengetahui sifat mekanis logam adalah uji tarik. Uji tarik digunakan untuk melengkapi informasi rancangan dasar kekuatan suatu bahan dan sebagai data pendukung sebagai spesifikasi bahan. Karena 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, dengan pengujian ini dapat memberikan berbagai informasi mengenai sifat-sifat logam. Dan dibidang industri juga diperlukan pengujian tarik ini untuk mempertimbangkan faktor metalurgi dan faktor mekanis yang tercakup dalam proses perlakuan terhadap logam jadi. Dengan adanya kurva tegangan regangan kita dapat mengetahui kekuatan tarik, kekuatan luluh, keuletan, modulus elastisitas, ketangguhan, dan lain-lain. Pada pegujian tarik ini kita juga juga harus 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 Percobaan
2
Mahasiswa mampu menganalisis hasil uji tarik logam sebagai respon mekanis terhadap deformasi dari luar dan mampu menganalisis karateristik perpatahan yang dihasilkan.
1.3
Batasan Masalah
Batasan masalah dari percobaan pengujian tarik adalah: Variabel bebas : temperatur serta jenis sampelnya sampelnya yaitu pelat pelat baja dan kawat baja Variabel terikat : jenis patahan yang terjadi
1.4
Sistematika Penulisan
Penulisan laporan ini dibagi menjadi enam bab. Dimana BAB I menjelaskan mengenai latar belakang, tujuan percobaan, batasan masalah, sistematika penulisan. BAB II menjelaskan mengenai tinjauan pustaka yang berisi mengenai definisi dan metode, BAB III menjelaskan mengenai prosedur percobaan, BAB IV menjelaskan men jelaskan mengenai pembahasan dan BAB V menjelaskan mengenai kesimpulan dan saran dari percobaan. Selain itu juga di akhir laporan terdapat lampiran yang memuat jawaban pertanyaan, tugas serta terdapat juga blangko percobaan.
2
Mahasiswa mampu menganalisis hasil uji tarik logam sebagai respon mekanis terhadap deformasi dari luar dan mampu menganalisis karateristik perpatahan yang dihasilkan.
1.3
Batasan Masalah
Batasan masalah dari percobaan pengujian tarik adalah: Variabel bebas : temperatur serta jenis sampelnya sampelnya yaitu pelat pelat baja dan kawat baja Variabel terikat : jenis patahan yang terjadi
1.4
Sistematika Penulisan
Penulisan laporan ini dibagi menjadi enam bab. Dimana BAB I menjelaskan mengenai latar belakang, tujuan percobaan, batasan masalah, sistematika penulisan. BAB II menjelaskan mengenai tinjauan pustaka yang berisi mengenai definisi dan metode, BAB III menjelaskan mengenai prosedur percobaan, BAB IV menjelaskan men jelaskan mengenai pembahasan dan BAB V menjelaskan mengenai kesimpulan dan saran dari percobaan. Selain itu juga di akhir laporan terdapat lampiran yang memuat jawaban pertanyaan, tugas serta terdapat juga blangko percobaan.
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengujian Tarik
Pengujian tarik adalah suatu metode yang digunaan untuk menguji kekuatan suatu logam / material dengan cara memberikan beban gaya yang akan digunakan adalah hal yang sangat penting. Oleh karena itu pengetahuan tersebut juga harus diiringi dengan mengetahui cara menentukan nilai mutu dari suatu material itu sendiri. Pemilihan suatu material merupakan tahap yang penting, pemilihan bahan juga uji (material test). Material test merupakan pengujian terhadap material / bahan baik itu berupaya uji tarik (tensile test, maupun uji lentur (banding test). Pengujian-pengujin ini biasanya digunakan oleh sebuah mesin yang disebut testing machine dan dapat diganti dengan servo puler. Material logam memiliki sifat fisik, mekanik maupun kimiawi. Salah satu sifat yang terpenting adalah sifat mekanik, yang terdiri atas keuletan, kekerasan, kekeuatan serta ketangguhan. Pengujian ini sangat sederhana, tidak mahal dan sudah mengalami standarisasi di seluruh dunia, misalnya di Amerika dengan ASTM E8 dan Jepang dengan JIS 2241. Dengan menarik suatu bahan kita akan segera mengetahui bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap tenaga tarikan dan mengetahui sejauh mana material itu bertambah panjang. Alat eksperimen untuk uji tarik ini harus memiliki cengkeraman (grip) (grip) yang kuat dan kekakuan yang tinggi (highly stiff). Brand terkenal untuk alat uji tarik antara lain adalah antara lain adalah Shimadzu, Shimadzu, Instron dan Instron dan Dartec Dartec..
4
Gambar 2.1. Mesin uji tarik.
Hasil yang didapatkan dari pengujian tarik sangat penting untuk rekayasa teknik dan desain produk karena menghasilkan data kekuatan material. Pengujian uji tarik digunakan untuk mengukur ketahanan suatu material terhadap gaya statis yang diberikan secara lambat. Sifat mekanis logam yang dapat diketahui setelah proses pengujian ini seperti kekuatan tarik, keuletan dan ketangguhan. Pengujian tarik banyak dilakukan untuk melengkapi informasi rancangan dasar kekuatan suatu bahan dan sebagai data pendukung bagi spesifikasi bahan. Karena dengan pengujian tarik dapat diukur ketahanan suatu material terhadap gaya statis yang diberikan secara perlahan. Sifat mekanik bahan adalah hubungan antara respons atau deformasi bahan terhadap beban yang bekerja. Sifat mekanik berkaitan dengan kekuatan, kekerasan, keuletan dan kekakuan. Untuk mengetahui sifat-sifat suatu bahan, tentu kita harus mengadakan pengujian terhadap bahan tersebut. Ada empat jenis uji coba yang biasa dilakukan, yaitu uji tarik (tensile test), uji tekan (compression test), uji torsi (torsion test) dan uji geser (shear test). Dalam tulisan ini kita akan membahas tentang uji tarik dan sifat-sifat mekanik logam yang didapatkan dari interpretasi hasil uji tarik.
5
Pengujian tarik ini merupakan salah satu pengujian yang penting untuk dilakukan, karena dengan pengujian ini dapat memberikan berbagai informasi mengenai sifat-sifat logam. Dalam bidang industri juga diperlukan pengujian tarik ini untuk mempertimbangkan faktor metalurgi dan faktor mekanis yang tercakup dalam proses perlakuan terhadap logam jadi, untuk memenuhi proses selanjutnya. Uji tarik adalah suatu metode yang digunakan untuk menguji kekuatan suatu bahan/material dengan cara memberikan beban gaya yang sesumbu. Hasil yang didapatkan dari pengujian tarik sangat penting untuk rekayasa teknik dan desain produk karena mengahasilkan data kekuatan material. Pengujian tarik digunakan untuk mengukur ketahanan suatu material terhadap gaya statis yang diberikan secara lambat.
Gambar 2.2. Gambar spesimen uji tarik standar ASTM E8.
Banyak hal yang dapat dipelajari dari hasil uji tarik. Bila kita terus menarik suatu bahan (dalam hal ini suatu logam) sampai putus, kita akan mendapatkan profil tarikan yang lengkap yang berupa kurva seperti digambarkan pada gambar 1. Kurva ini menunjukkan hubungan antara gaya tarikan dengan perubahan panjang. Profil ini sangat diperlukan dalam desain yang memakai bahan tersebut.
=
........................................................... (2.1)
6
Dengan ; S = Tegangan ( Newton ) P = Beban ( Kg ) A0 = Luas penampang ( mm 2 )
Regangan yang digunakan untuk kurva uji tarik adalah regangan linier rata-rata yang diperoleh dengan cara membagi perpanjangan panjang ukur ( gage length) benda uji dengan panjang awal e = L f - L0 L0
............................................................... (2.2)
Dengan ; e = Regangan L f = Panjang setelah deformasi ( mm ) L0 = Panjang awal ( mm ) Karena tegangan dan regangan diperoleh dengan cara membagi beban dan perpanjangan dengan faktor yang konstan, sehingga dapat digambarkan kurva pada Gambar 2.3
Gambar 2.3 Kurva tegangan regangan
Bentuk dan besaran pada kurva tegangan-regangan suatu logam tergantung pada komposisi, perlakuan panas deformasi plastik yang pernah dialami, laju regangan suhu dan keadaan tegangan yang menentukan selama pengujian
7
parameter-parameter yang digunakan untuk menggambarkan kurva teganganregangan logam adalah kekuatan tarik, kekuatan luluh atau tarik luluh, persen perpanjangan dan pengurangan luas penampang. Parameter pertama adalah parameter kekuatan sedangkan yang terakhir menyatakan kekuatan bahan. Pengujian dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat mekanik suatu material, khususnya logam diantara sifat-sifat mekanik yang dapat diketahui dari hasil pengujian tarik adalah sebagai berikut: 1. Kekuatan tarik 2. Kuat luluh dari material 3. Keuletan dari material 4. Modulus elastic dari material 5. Kelentingan dari suatu material 6. Ketangguhan.
2.2
Perilaku Mekanik Material 2.2.1 Kekuatan Tarik
Kekuatan tarik atau kekuatan tarik maksimum (Ultimate Tensile Strength) (UTS) adalah beban maksimum dibagi luas penampang lintang awal benda uji.
S u
Dengan ; S u
P maks Ao
................................................................ (2.3)
= Kuat tarik (Newton)
P mak s
= Beban maksimum (Kg)
A0
= Luas penampang awal (mm2)
Untuk logam-logam yang ulet kekuatan tariknya harus dikaitkan dengan beban maksimum dimana logam dapat menahan sesumbu untuk keadaan yang sangat terbatas. 2.2.2 Pengukuran Batas Luluh ( Yielding)
8
Batas luluh adalah titik yang menunjukkan perubahan dari deformasi elastis ke deformasi plastis.Tegangan dimana deformasi atau batas luluh mulai teramati tergantung pada kepekaan pengukuran regangan.Telah digunakan berbagai kriteria permulaan batas luluh tergantung pada ketelitian pengukuran tegangan dan data-data yang digunakan. 1. Batas elastis sejati 2. Batas proposional 3. Batas elastik 4. Kekuatan luluh 2.2.3 Pengukuran Keliatan (keuletan)
Keuletan adalah kemampuan suatu bahan untuk menahan beban pada daerah plastis tanpa terjadi perpatahan. Secara umum pengukuran keliatan dilakukan untuk memenuhi kepentingan tiga buah hal : 1. Untuk menunjukan perpanjangan di mana suatu logam dapat berdeformasi tanpa terjadi patah dalam suatu proses suatu pembentukan logam, misalnya pengerolan dan ekstrusi. 2. Untuk memberi petunjuk secara umum kepada perancang mengenai kemampuan logam untuk mengalir secara pelastis sebelum patah. 3. Sebagai petunjuk adanya perubahan permukaan kemurnian atau kondisi pengolahan. 2.2.4 Modulus Elastisitas
Modulus Elastisitas 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 elastisitas dapat ditulis sebagai berikut. Mo = σ / ε
.............................................................. (2.4)
9
Dengan ;
σ = tegangan (Newton) ε = regangan
2.2.5 Kelentingan ( resilience)
Kelentingan adalah kemampuan suatu bahan untuk menyerap energi pada waktu berdeformasi secara elastis dan kembali ke bentuk awal apabila bebannya dihilangkan. Kelentingan biasanya dinyatakan sebagai modulus kelentingan, yakni energi regangan tiap satuan volume yang dibutuhkan untuk menekan bahan dari tegangan nol hingga tegangan luluh σ 0. Untuk menentukan nilai modulus kelentingan dapat dapat digunakan persamaan sebagai berikut.
U0 = ½ σx ex ................................................................... (2.5)
Dengan ; U0 = kelentingan (N mm) σ = tegangan (Newton) e = elongasi (mm) 2.2.6 Ketangguhan ( Toughness)
Ketangguhan suatu bahan adalah kemampuan suatu bahan untuk menyerap energi pada daerah plastik. Pada umumnya ketangguhan diperlukan untuk material seperti roda gigi, rantai, dan cangkuk kran. Hal ini dikarenakan material tersebut sering digunakan untuk menahan beban di atas tegangan luluh tanpa terjadi patah, sehingga diperlukan ketangguhan dari maetrial tersebut. Prameter dari ketangguhan terdiri dari dua hal yakni tegangan dan keuletan. Pada Gambar 2.3 merupakan kurva yang menunjukan perbandingan antara tegangan-regangan untuk bahan dengan ketanguhannya yang tinggi dan rendah. Dalam kurva ini yang menjadi perbandingan ketangguhannya adalah baja karbon tinggi dan baja karbon rendah. Pada kurva dapat dianalisa bahwa pada baja karbon tinggi memiliki kekerasan yang tinggi tetapi mempunyai sifat yang sangat getas dan memiliki nilai ketangguhan yang rendah, lain halnya dengan baja karbon
10
rendah, baja ini mempunyai nilai kekerasan yang sangat kecil tetapi baja ini tidak mudah patah atau mempunyai nilai ketangguhan yang sangat tinggi.
Baja karbon tinggi
Baja karbon rendah σ
Offsee etet
ε
Gambar 2.4 Kurva tegangan regangan baja karbon rendah dan baja karbon tinggi
Pada percobaan uji tarik ada beberapa faktor yang dapat menggagalkan proses pengujian: 1. Ketidakstabilan pada mesin uji tarik Faktor yang pertama ini sangat berpengaruh sekali pada proses uji tarik, karena kalau mesin uji tarik mengalami ketidak stabilan maka pengujian dinyatakan gagal karena hasil pengujiannya tidak sesuai dengan standar. 2. Persiapan sampel yang akan di uji Permukaannya terlalu kasar maka akan menimbulkan inisial crack atau cacat apabila sampel tersebut mengalami cacat daerah putus bisa tidak
11
terjadi pada daerah gage length, kalau kejadiannya seperti ini percobaan tersebut akan mengalami kegagalan, oleh karena itu tingkat kehalusan harus di perhitungkan
2.3
Bentuk Perpatahan Material
Sampel hasil pengujian tarik dapat menunjukkan beberapa tampilan perpatahan seperti ditunjukkan oleh Gambar di bawah ini :
Gambar 2.5. Alur perpatahan sampel uji tarik.
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. Tampilan foto SEM dari perpatahan ulet diberikan oleh Gambar berikut:
12
Gambar 2.6. Perpatahan ulet.
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 memiliki permukaan patahan yang bercahaya dan mulus.
Gambar 2.7. Perpatahan getas.
2.4
Kurva Tegangan Regangan Sesungguhnya
Kurva tegangan regangan teknik tidak memberikan indikasi karekteristik deformasi yang sesungguhnya, karena kurva tersebut semuanya berdasarkan pada dimensi awal benda uji, sedangkan selama pengujian terjadi perubahan dimensi.
13
Pada tarik untuk logam liat, akan terjadi penyempitan setempat pada saat beban mencapai harga maksimum. Karena pada tahap ini luas penampang lintang benda uji turun secara cepat, maka beban yang dibutuhkan untuk melanjutkan deformasi akan segera mengecil. Kurva tegangan regangan teknik juga menurun setelah melewati beban maksimum. Keadaan sebenarnya menunjukkan, logam masih mengalami pengerasan regangan sampai patah sehingga tegangan yang dibutuhkan untuk melanjutkan deformasi juga bertambah besar. Tegangan yang sesungguhnya ( s) adalah beban pada saat manapun dibagi dengan luas penampang lintang benda uji, Ao dimana beban itu bekerja.
Gambar 2.7. Perbandingan antara engineering stress-strain curve Dengan true stress-strain curve.
2.5
Profil Uji Tarik dan Sifat Mekanik Logam
Pengujian tarik ialah peregangan dari suatu batang uji yang secara kontinu bertambah akibat beban yang bekerja pada batang uji sampai batang uji tersebut putus. Pengujian ini merupakan salah satu bentuk pengujian merusak dan umum dilakukan pada bahan bahan Iogam yang akan digunakan dalam lapangan teknik. Dengan pengujian ini akan dapat diketahui; tegangan tarik. Perpanjangan (regangan), penyusutan penampang (kontraksi), modulus elastis, tegangan mulur atau tegangan uji dari batang uji. Semua batang uji sudah dinormalisasikan. dan
14
beban tarik yang bekerja meningkat secara teratur sampai batang uji putus. Beban yang digunakan dalam perhitungan tegangan tarik dari bahan adalah beban maksimum yang dapat ditahan oleh bahan uji tarik tersebut
Gambar2.9. Profil data hasil uji tarik.
1. Batas Elastis σE ( Elastic Limit ) Dalam gambar 7 dinyatakan dengan titik A. Bila sebuah bahan diberi beban sampai pada titik A, kemudian bebannya dihilangkan, maka bahan tersebut akan kembali ke kondisi semula (tepatnya hampir kembali ke kondisi semula) yaitu regangan nol. pada titik O (lihat inset dalam gambar 7). Tetapi bila beban ditarik sampai melewati titik A, hukum Hooke tidak lagi berlaku dan terdapat perubahan permanen dari bahan. Terdapat konvensi batas regangan permamen ( permanent strain) sehingga masih disebut perubahan elastis yaitu kurang dari 0.03%, tetapi sebagian referensi menyebutkan 0.005% . Tidak ada standarisasi yang universal mengenai nilai ini. 2. Batas Proporsional σ p ( Proportional Limit ) Titik sampai di mana penerapan hukum Hooke masih bisa ditoleransi. Tidak ada standarisasi tentang nilai ini. Dalam praktek, biasanya batas proporsional sama dengan batas elastis.
15
3. Deformasi Plastis ( Plastic Deformation) Yaitu perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula. Pada gambar 7 yaitu bila bahan ditarik sampai melewati batas proporsional dan mencapai daerah landing . 4. Tegangan Luluh Atas σuy (Upper Yield Stress) Tegangan maksimum sebelum bahan memasuki fase daerah landing peralihan deformasi elastis ke plastis. 5. Tegangan Luluh Bawah σly ( Lower Yield Stress) Tegangan rata-rata daerah landing sebelum benar-benar memasuki fase deformasi plastis. Bila hanya disebutkan tegangan luluh ( yield stress), maka yang dimaksud adalah tegangan ini. 6. Regangan Luluh εy (Yield Strain) Regangan permanen saat bahan akan memasuki fase deformasi plastis. 7. Regangan Elastis εe ( Elastic Strain) Regangan yang diakibatkan perubahan elastis bahan. Pada saat beban dilepaskan regangan ini akan kembali ke posisi semula. 8. Regangan Plastis ε p ( Plastic Strain) Regangan yang diakibatkan perubahan plastis. Pada saat beban dilepaskan regangan ini tetap tinggal sebagai perubahan permanen bahan. 9. Regangan Total (Total Strain) Merupakan gabungan regangan plastis dan regangan elastis, εT = εe+ε p
………………………………………………(2.6)
Perhatikan beban dengan arah OABE. Pada titik B, regangan yang ada adalah regangan total. Ketika beban dilepaskan, posisi regangan ada pada titik E dan besar regangan yang tinggal (OE) adalah regangan plastis.
10. Tegangan Tarik Maksimum TTM (UTS, Ultimate Tensile Strength)
16
Pada gambar 7 ditunjukkan dengan titik C (σ β), merupakan besar tegangan maksimum yang didapatkan dalam uji tarik. 11. Kekuatan Patah (Breaking Strength) Pada gambar 7 ditunjukkan dengan titik D, merupakan besar tegangan di mana bahan yang diuji putus atau patah. 12. Tegangan Luluh Tanpa Batas Jelas Antara Perubahan Elastis dan Plastis Untuk hasil uji tarik yang tidak memiliki daerah linier dan landing yang jelas, tegangan luluh biasanya didefinisikan sebagai tegangan yang menghasilkan regangan permanen sebesar 0.2%, regangan ini disebut offset-strain (lihat gambar 7).
Gambar 2.10. Penentuan tegangan luluh untuk kurva tanpa daerah
linear. 13. Kelenturan ( Ductility) Merupakan sifat mekanik bahan yang menunjukkan derajat deformasi plastis yang terjadi sebelum suatu bahan putus atau gagal pada uji tarik. Bahan disebut lentur (ductile) bila regangan plastis yang terjadi sebelum putus lebih dari 5%, bila kurang dari itu suatu bahan disebut getas (brittle).
14. Derajat Kelentingan ( Resilience)
17
Derajat kelentingan didefinisikan sebagai kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase perubahan elastis. Sering disebut dengan Modulus Kelentingan (Modulus of Resilience), dengan satuan strain energy per unit volume (Joule/m3 atau Pa). 15. Derajat Ketangguhan (Toughness) Kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase plastis sampai bahan tersebut putus. Sering disebut dengan Modulus Ketangguhan (modulus of toughness). Dalam gambar 6, modulus ketangguhan sama dengan luas daerah dibawah kurva OABCD. 16. Pengerasan Regang (Strain Hardening) Sifat kebanyakan logam yang ditandai dengan naiknya nilai tegangan berbanding regangan setelah memasuki fase plastis.
18
BAB III METODE PERCOBAAN
3.1 Diagram Alir Percobaan
Dibawah ini merupakan diagram alir dari percobaan uji penarikan. Menyiapkan bahan uji berbentuk kawat dan lat
Mengatur mesin uji tarik dan menempatkan bahan uji
Memberikan pembebanan hingga bahan patah
Perekaman data
Mencatat beban maksimum dan beban luluhnya
Data
Literatur
Pembahasan
Kesim ulan Gambar 3.1 Diagram Alir Percobaan
3.2
Alat dan Bahan 3.2.1 Alat yang digunakan
a. Contoh benda uji b. Data hasil uji tarik
19
c. Jangka sorong d. Mikrometer Sekrup e. Penggaris f. Ragum 3.2.2 Bahan yang Digunakan
a. Pelat Baja b. Kawat Baja
3.3 Prosedur Percobaan
1. Membuat benda uji dengan ukuran standar. 2. Mengukur panjang Lo (gage length) dan luas penampang irisan benda uji. 3. Memasang benda uji pada regangan (grip) atas dan bawah mesin uji tarik. 4. Menghidupkan mesin, dan melakukan pembebanan tarik sampai benda uji terputus. 5. Mencatat beban luluh dan beban putus yang terdapat pada skala. 6. Melepas benda uji dari pegangan atas dan bawah, kemudian disatukan kembali seperti semula. 7. Mengukur berapa panjang regangan yang terjadi.
20
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1
Hasil Percobaan
Dari hasil percobaan yang telah dilakukan pada pengujian tarik dengan dua benda uji berbeda, maka didapatkan hasil pengujian sebagai berikut:
Tabel 4.1 Data Hasil Percobaan Uji Tarik Benda Uji Standar
Pelat
Kawat
Fy t/d
0.4
2,25
L
P0
25
50
-
200
P
A0
70
Up
Low
1872
1869
20,919
21,7938
1626,1
1625
25,1936
24,9048
10
228
15,89
YS Fm
1872,3
Ff
580,3
Up
Low
187,2
186,9
TS
FS
187,23
58,03
%El
49% 21,0336
24,438
0,41838
0,4358
0,420672
0,48876
1627,9
537,9
102,33
102,26
102,44
33,85 13,84%
26,0955
27,6879
0,1245
0,1245
0,1304
0,1384
21
Keterangan : t/d
: tebal/diameter sampel (mm)
YS
: yield strength (kg/mm2)
L
: lebar (mm)
TS
: tensile strength (kg/mm2)
Po
: panjang awal sampel (mm)
%El : persentase elongation P
: panjang akhir sampel (mm)
Fy
: gaya pada saat yield(N)
Fm
: gaya maksimum (N)
Ff
: gaya pada saat fracture(N)
4.2
Pembahasan
Untuk grafik regangan-tegangan tersebut, nilai regangan (ε) diperoleh dengan cara nilai perubahan panjang benda uji (∆L) yang dibagi dengan nilai panjang awal benda uji (Po), sedangkan nilai tegangan (σ) diperoleh dengan cara nilai gaya tarikan (F) yang dibagi dengan nilai luas penampang benda uji (Ao). Dalam percobaan uji tarik yang telah dilakukan terhadap kawat dan pelat dengan standar yang telah ditetapkan, kecepatan penarikan diatur pada posisi tertentu, sehingga akan teramati besarnya tegangan yang dialami oleh spesimen kawat dan pelat tersebut sampai terjadinya perpatahan serta besarnya regangan saat benda uji sedang diberi gaya tarik. Tertera nilai pada layar indikator manual control bergerak naik sesuai gaya tarik yang dibutuhkan untuk mematahkan benda uji. Pada awalnya nilai tersebut naik hingga mencapai nilai tertentu yang menjadi nilai maksimal, lalu perlahan nilai tersebut naik dan turun lagi hingga titik dimana benda uji patah. Saat benda uji patah, pada layar indikator manual control akan muncul tulisan Break!, dan setelah itu muncul nilai gaya tarik maksimalnya. Yield strength merupakan suatu batas dimana material akan terus mengalami deformasi tanpa adanya penambahan beban. Tegangan (stress) yang mengakibatkan bahan menunjukkan mekanisme luluh ini disebut tegangan luluh
22
( yield stress). Gejala luluh umumnya hanya ditunjukan oleh logam-logam ulet dengan struktur kristal BCC dan FCC yang membentuk interstitial solid solution dari atom-atom carbon, boron, hydrogen, oksigen. Interaksi antara dislokasi dan atom-atom tersebut menyebabkan baja ulet seperti mild steel menunjukkan titik luluh bawah (lower yield point) dan titik luluh atas (upper point ) berkekuatan tinggi dan besi tuang yang getas umumnya tidak memperlihatkan batas luluh yang jelas. Untuk menentukan kekuatan lulu material seperti ini maka digunakan suatu metode yang disebut metode offset. Dengan metode ini kekuatan luluh (yield strength) ditentukan sebagai tegangan dimana bahan memperlihatkan batas penympangan/deviasi tertentu dari proporsionalitas tegangan dan regangan. Yields stress dapat juga disebut dengan yield point (batas lumer). Tetapi pada umumnya banyak logam yang tidak memiliki titik atau batas lumer yang jelas, terutama pada logam-logam yang rapuh. Apabila pembebanan sudah mencapai titik ultimate stress (batas maksimum) maka tegangan ini merupakan tegangan tarik maksimum yang mampu ditahan oleh benda uji tersebut. Data hasil percobaan pada table 4.1 di atas, dapat digambarkan dalam gambar grafik regangan-tegangan di bawah ini:
Grafik uji tarik benda uji pelat 200 187.23
180
187.2 186.9
160 140 n 120 a g n 100 a g e 80 t
60
58.03
40 20 0
0 0
0.1
0.2
0.3
regangan
Gambar 4.1Grafik Uji Tarik pada Pelat
0.4
0.5
23
Setelah
mendapatkan
data
percobaan
dan
melakukan
perhitungan,
didapatkan hasil bahwa pada kawat yang telah diuji tarik mengalami pertambahan panjang dari 305 mm ke 338 mm sehingga pertambahan panjang yang terjadi adalah 33 mm. Kemudian kawat memiliki gaya pada titik luluh atas (upper yield point) sebesar 1402,4 N dan regangan yang dimiliki adalah 6,70655 N/mm 2, serta memiliki gaya pada titik luluh bawah (lower yield point) sebesar 1401,9 N dan regangan yang dimiliki adalah 6,80938 N/mm 2. Lalu gaya maksimum yang terjadi adalah 1663,5 N, dan gaya yang terjadi saat perpatahan adalah 1304,3 N. Kekuatan luluh (yield strength) kawat pada saat di titik luluh atas adalah 0,02 N/mm2, dan pada saat di titik luluh bawah adalah 0,022 N/mm 2. Dan juga kawat memiliki kekuatan tarik (tensile strength) sebesar 48,135 N/mm 2 dan kekuatan patah (fracture strength) sebesar 48,830 N/mm 2. Dan kawat mempunyai persen elongasi sebesar 10,81 %. Dari data dan grafik diatas dapat disimpulkan bahwa kawat mengalami deformasi yang cukup banyak sehingga kawat tidak langsung patah, hal itu dapat dibuktikan dengan pertambahan panjang yang dialami oleh kawat. Kemudian dari karakteristik perpatahan yang terjadi pada kawat dapat disimpulkan bahwa kawat memiliki karakteristik perpatahan benda ulet. Oleh karena itu, sifat mekanik kawat yang diuji pada pengujian tarik ini adalah memiliki sifat ulet.
24
Grafik uji tarik benda kawat 120 102.44 100
102.33 102.44
80 n a g n a g e t
60
40 33.85 20
0
0 0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
regangan
Gambar 4.2 Grafik Uji Tarik pada Kawat
Pada pelat yang telah diuji tarik, pelat mengalami pertambahan panjang sebesar 20 mm dimana panjang awalnya adalah 50 mm sehingga panjang akhirnya adalah 70 mm. Pada pelat memiliki gaya pada titik luluh atas (upper yield strength) sebesar 187,2 N dan regangan yang dialami sebesar 0,418 N/mm 2, serta gaya pada titik luluh bawah (lower yield strength) sebesar 186,9 N dan regangan sebesar 0,436 N/mm 2. Lalu gaya maksimum yang terjadi saat pengujian tarik pada pelat adalah sebesar 1872,3 N dan gaya yang terjadi saat pelat patah adalah sebesar 580,3 N. Berdasarkan hasil pengamatan dan data yang diperoleh juga grafik tegangan-regangan yang didapat pada pengujian tarik pada pelat, dapat dikatakan bahwa pelat memiliki sifat karakteristik perpatahan yang sama dengan kawat yaitu ulet. Hal ini terjadi karena pelat memiliki deformasi yang banyak sehingga tidak langsung patah saat dilakukan pengujian tarik yang dibuktikan dengan pertambahan panjang yang dialami oleh pelat dan terjadinya penyusutan pada pelat. Jika dibandingkan antara kawat dan pelat, dapat dikatakan bahwa pelat memiliki sifat yang lebih ulet dari pada kawat. Hal ini dapat dibuktikan dari persen elongasi yang dialami oleh kawat dan pelat. Persen elongasi yang dialami
25
pelat lebih besar dari pada persen elongasi yang dialami pelat yaitu sebesar 49%, sedangkan persen elongasi padat kawat hanya sebesar 13,84 %. Atau dengan kata lain dapat dikatakan bahwa kawat memiliki sifat lebih getas dari pada pelat. Kemudian selain dari persen elongasi dan karakteristik perpatahan yang terjadi, pelat dapat dikatakan lebih ulet dari pada kawat. Hal ini dapat dilihat dari grafik tegangan-regangan yang didapat dari kedua benda uji tersebut. Dari grafik dapat dilihat jika daerah elastis pelat lebih luas daripada daerah elastis kawat yang ditunjukkan oleh garis linier dari titik nol ke titik luluh pada grafik teganganregangan pelat lebih panjang dari pada garis linier dari titik nol ke titik luluh pada grafik tegangan-regangan kawat. Sehingga dapat dikatakan bahwa pelat lebih ulet dari pada kawat.
26
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari data hasil percobaan dan hasil analisis pada pembahasan dapat disimpulkan bahwa besarnya elongasi pada benda uji pelat adalah 49% sedangkan pada kawat adalah 13,84%. Maka semakin besar persentase elongasi, semakin ulet benda uji tersebut.
5.2 Saran
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan pada pengujian tarik ini, perlu diperhatikan adanya kecermatan dalam menentukan titik yield dan posisi regangan yang dialami material saat titik tersebut, karena jika tidak akan menyebabkan ketidakakuratan data untuk perhitungan serta menghasilkan kurva tegangan regangan yang kurang sempurna.
27
DAFTAR PUSTAKA [FT UNTIRTA] Fakultas Teknik, Universtas Sultan Ageng Tirtayasa. Modul Praktikum Material Teknik. Tempat terbit: FT UNTIRTA; 2016. Djaprie, Sriati. Metalurgi Mekanik . Jakarta: PT Gelora Aksara Pratama. Jakarta. 1993 http://belajarmetalurgi.blogspot.com/2011/02/pendahuluan-dalam-kehidupan sehari-hari.html. [diakses pada tanggal 07-04-2016, 16:50 Wib]. http://www.scribd.com/doc/21704287/pengujian-tarik.htm. [diakses pada tanggal 07-04-2016, 18:00 Wib] https://teknikforever.wordpress.com/2013/04/21/pengujian-tarik-pengujianlogam-teknik/ [diakses pada tanggal 07-04- 2016 21:50]
28
LAMPIRAN A CONTOH PERHITUNGAN
29
Material Kawat
a. Yield Strength (YS) dan Tensile Strength (TS) Pelat
=
= = =
1872 10
() = 187.2 /
1872.3 10
= 187.23/
b. % Elongasi (%El) Pelat
% = % =
−
× 100 %
70 − 50 50
% = 40%
× 100 %
30
LAMPIRAN B JAWABAN PERTANYAAN DAN TUGAS KHUSUS
31
Lampiran B Jawaban Pertanyaan dan Tugas Khusus
1. Apa yang dimaksud dengan pengujian merusak dan tidak merusak, serta sebutkan pengujian-pengujian yang dilakukan tiap metode tersebut! Jawaban : A. pengujian dengan merusak (destructive test) adalah pengujian suatu bahan, tapi hasil akhir bahan tersebut akan cacat/rusak. Contoh pengujian-pengujian yang merusak yaitu: 1. Pengujian Tarik (Tensile Test ) 2. Pengujian Tekan (Compressed Test ) 3. Pengujian Bengkok ( Bending Test ) 4. Pengujian Puntir (Torsion Test ) 5. Pengujian Impak 6. Pengujian Kekerasan B. pengujian tanpa merusak ( non destructive test). Adalah pengujian suatu bahan tanpa menyebabkan cacat/ kerusakan pada bahan. Contoh pengujian yang tidak merusak yaitu: 1. metode liquid penetrant test 2. metode magnetic particle inspection 3. metode visual inspection 4. Pengujian electromagnetic test 5. Pengujian ultrasonic 6. Radiographic inspection 7. Acoustic emission testing 8. Leak test 2. Sebutkan gambaran secara skematis bentuk-bentuk patahan pada hasil uji tarik!
Gambar B.1 Bentuk-bentuk patahan pada uji tarik
32
3. Jelaskan perbedaan kurva engineering stress-strain dan kurva true engineering stress-strain! Jawaban : Pada kurva tegang-renggang rekayasa, dapat diketahui bahwa benda uji secara aktual mampu menahan turunnya beban karena luas area aw al (Ao) bernilai konstan pada saat penghitugan tegangan σ=P/Ao. Sementara pada kurva tegang renggang sesunguhnya luas area aktual adalah selalu turun sehingga
terjadinya
perpatahan
dan
benda
uji
mampu
menahan
peningkatan tegangan karena σ=P/A.
Gambar B.2 Kurva engineering stress-strain dan kurva true engineering stress-
strain 4. Jelaskan perbrdaan sifat ulet dan getas serta berikut contoh materialnya! Jawaban : Pada daerah getas memiliki daerah elastis dan plastis yang kecil karena untuk material getas memiliki kemampuan untuk berdeformasinya kecil, baik deformasi elastis maupun plastis. Dapat diukur dengan besarnya regangan plastis yang terjadi setelah batang uji putus contohnya pada baja AISI 4130. Dan untuk yang ulet memiliki daerah elastis dan plastis yang besar karena kemampuan untuk berdeformasinya tinggi, baik deformasi elastis maupun plastis. Contohnya materialnya adalah pada baja HSS ( High Speed Steel). 5. Jelaskan apa yang di maksud metode offset! Jawaban :
33
Metode Offset adalah metode yang digunakan untuk menentukan titik yielding pada material yang tidak diketahui titik yieldingnya. Dengan metode ini kekuatan luluh (yieldstrength) ditentukan sebagai tegangan dimana bahan memperlihatkan batas penyimpangan/deviasi tertentu dari proporsionalitas tegangan dan regangan. 6. Hitung nilai tegangan,regangan,serta moduus young dari data hasil uji tarik yang di dapatkan! Jawaban : Pada Pelat:Dik: TS= 187,23 N P0= 50 mm P= 70 mm Dit: Tegangan, regangan, modulus young ? Jawab : σ = TS = 187,23 N e = ▲ P/P0 = 70-50/50 = 0.4 mm E = σ/e = 187,23/0,4 = 468,075 N/mm Pada kawat Diketahui : TS= 102,44 N P0= 200 mm P = 228 mm Ditanya :Tegangan, regangan, modulus young? Jawab : σ = TS = 102,44 N e = ▲ P/P 0 = 228-200/200 = 0.14 mm E = σ/e = 102,44 /0,14 = 731,71 N/mm 7. Gambarkan grafik hasil uji tarik yang didapatkan serta berikan nilai modulus young,tegangan maksimum (Ultimate Tensile Strength),dan fracure point! Jawaban :
34
Grafik uji tarik benda uji pelat 200 187.23
180
187.2 186.9
160 140 n120 a g n100 a g e 80 t
60
58.03
40 20 0
0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
regangan
Gambar B.3 grafik uji tarik benda uji pelat
Grafik uji tarik benda kawat 120 102.44 100
102.33 102.44
80 n a g n a g e t
60
40 33.85 20
0
0 0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
regangan
Gambar B.4 Grafik Uji Tarik pada Kawat Setelah melakukan perhitungan, didapat bahwa pada benda uji pelat, nilai
modulus young E = σ/e = 187,23/0,4 = 468,075 N/mm Dan material tersebut mengalami UTS (Ultimate Tensil Strengh) pada saat diberi beban sekitar 187,234N Fracture Pointnya ada di 580,3 N
0.16
35
8. Gambarkan secara lengkap ukuran spesimen uji tarik sesuai standar ASTM! Jawaban :
Gambar B.5 Spesimen ASTM
TugasKhusus
Gambarkan benda uji sesuai ASTM!
36
LAMPIRAN C GAMBAR ALAT DAN BAHAN
37
Gambar C.1 Penggaris
Gambar C.2 Pelat Baja
Gambar C.3 Mesin Uji Tarik
