Laporan Praktikum Material Teknik ( Uji Mekanik)
Kelompok 1
Afina Khaerunnisa / 215421001 Agus Budi Prasetyo/ 215421002 Didi Ependi / 215421003 Frida Damayanti / 215421004
4DEA
Praktikum 1
Uji Kekerasan 1.1.1
Tujuan 1. Mengetahui perbandingan kekerasan dari material yang berbeda bahan. 2. Mengetahui perbandingan kekerasan dari material yang telah megalami perlakuan panas.
1.1.2
Landasan Teori a. Kekerasan (Hardness) Kekerasan ialah kemampuan logam menerima penetrasi Kemampuan dari atom-atom di daerah pengujian mempertahankan kedudukannya Pengujian kekerasan mengacu kepada kemampuan terhadap bengkok, mampu gores, mampu abrasive, dan kemampuan terhadap pemotongan. Pengujian kekerasan menggunakan indentor kecil yang diberikan gaya tertentu sesuai dengan penggunaanya. Hasil jejak penekanan berupa kedalaman atau luas menunujukan hasil penetrasi yang dalam atau luas penetrasinya besar. Ada 4 macam metode untuk menguji kekerasan yaitu Brinell, Rockwell, Vickers dan Knoop Microhardness. 1. Brinell Indentor berupa bola baja
Batas maksimum kekerasan yang dapat diuji ialah 300HB Jarak antar pengujian dan jarak pengujian terhadap sisi benda ialah 3x diameter bola baja
Ketebalan minimum sampel ialah 10h (h merupakan kedalaman hasil penekanan) 2. Rockwell Pengujian kekerasan Rockwell dilakukan berdasarkan harga kedalaman penetrasi yang dihasilkan dari gaya utama (major) sedangkan gaya luar yang sebelumnya digunakan disebut gaya minor. Gaya minor diberikan unruk mengurangi pengaruh dari material yang kasar serta material asing yang berada pada permukaan benda uji. Gaya minor digunakan pertama dan menjadi basic/dasar pengujian atau posisi yang stabil untuk melakukan pengujian. Setelah itu dulakikan pemberian gaya utama (major). Selama penujian benda uji tidak boleh bergerak, setelah itu gaya utama dihilangkan dan dial gauge pada alat akan menunjukan harga kekerasan dari Rockwelll. Seluruh operasi pengujian memerlukan waktu 5-30 detik. Nilai – nilai kekerasan dari pengujian ini tergantung dari kedalaman yang dihasilkan gaya minor dan major Indenter kerucut intan yang bersudut 120 o dengan radius ujung 0,2mm digunakan untuk material baja keras dan baja karbida. Sedangkan indenter bola baja diameter 1/16, 1/8,
¼, dan ½ inch biasanya
digunakan untuk menguji material seperti baja lunak, tembaga paduan, aluminium paduan, dan bearing metal. Tujuan dan jenis penggunaan indenter tertera dalam tabel di bawah. Penggunaan gaya minor selalu 10kg pada semua jenis pengujian Rockwell. Rockwell B Indentor berupa bola baja diameter 1/16”, pembebanan 60-100 kg. mengukur kekerasan 0-100 HRb.
Rockwell C Identor berupa intan kerucut <120̊ radius puncak 0.2 mm, pembebanan 150 kg. mengukur kekerasan 0-70 HRc.
3. Vickers Pengujian untuk benda tipis yang keras, indentor berupa intan iramid <136̊. Beban yang dikenakan ialah 0-1000gram. 4. Knoop Microhardness Pengujian untuk material kekerasan rendah, biasanya utuk mengukur material yang getas seperti keramik.
Dari keempat pengujian yang paling sering dilakukan adalah Rockwell dan brinell, hal ini dikarenakan : a. Pengujian kekerasan makro paling mudah digunkan dan tidak memerlukan keahlian operator yang tinggi. b. Harga kekerasan dapat diketahui dengan cepat dengan persiapan sample yang minim. c. Untuk pengujian Rockwell tidak diperlukan kaca pembesar, harga kekerasan dapat langsung diketahui dengan menbaca skala kekerasan yang ada pada alat. d. Dapat menggunakan gaya dan diameter indenter yang berbeda – beda, harga kekerasan juga menunjukan kekuatan uji tarik dari sebagian besar material metal dan material paduan termasuk material bearing lunak dan baja keras. b. Perlakuan Panas (Heat Treatment) Perlakuan panas adalah proses pengubahan struktur dan sifat mekanik bahan dalam keadaan padat dengan cara memanaskan dan kemudian mendinginkan bahan dengan kecepatan pendinginan tertentu sesuai dengan kandungan komposisi pada bahan tersebut. Jenis dari perlakuan panas diantaranya : i. Hardening Hardening ialah mengeraskan suatu material agar tahan aus, tahan gesek, tahan gores serta agar umur pemakaian suatu part lama. ii. Annealing Annealing dilakukan untuk memperbaiki mampu mesin dan mampu bentuk, memperbaiki keuletan, menurunkan atau menghilangkan ketidakhomogenan struktur, memperhalus ukuran butir, menghilangkan tegangan dalam dan menyiapkan
struktur
baja
untuk
proses
perlakuan
panas.
(Rochim
Suratman, :Paduan Proses Perlakuan Panas”) iii. Normalizing Normalizing ialah proses untuk menyeragamkan butiran pada seluruh bagian benda setelah mengalami perbaikan yang mengubah sifat seperti pengelasan serta menghaluskan butiran. Normalizing tidak menjadikan benda lunak seperti halnya annealing. Selain itu normalizing dapat memperbaiki sifat mekanik dari baja tuang, tetapi lebih getas daripada baja yang mengalami annealing.
iv.
Tempering Tempering adalah proses memanaskan kembali baja (logam) yang dikeraskan hingga temperature dibawah titik kritis yang diikuti dengan pendinginan yang lambat. Proses tempering akan menurunkan kekerasan dan kegetasan baja tetapi akan meningkatkan keuletan dan ketangguhan baja.
1.1.3
Alat dan Bahan 1. Spesimen uji 6 buah 2. Indentor kerucut dan bola baja 3. Mesin uji kekerasan universal
1.1.4
Langkah Kerja 1. Siapkan specimen uji, tiga specimen menggunakan material S45C, dan tiga menggunakan material VCN. 1 pasang tidak mendapat perlakuan panas, 1 pasang mendapat perlakuan panas berupa hardening dan 1 pasang lagi mendapat perlakuan panas berupa annealing. 2. Tentukan indentor, gunakan kerucut intan untuk pengujian Rockwell C dan gunakan bola baja 1/16 inch untuk pengujian Rockwell B. 3. Pasang indentor pada rahang atas. 4. Atur pembebanan pada mesin sesuai dengan cara pengujian. 5. Letakkan specimen pada landasan dan naikan landasan sehingga specimen terjepit oleh rahang atas. 6. Amati penunjuk digital pada display yang tersedia, hentikan pergerakan penaikan specimen sampai indicator menunjukan lampu hijau dan tahan selama ±3 detik.
7. Tunggu hingga angka yang menunjukan nilai harga kekerasan berhenti, 8. Catat hasil pengujian
1.1.5
Hasil Praktikum No
1 2 3 4 5 Σ
1.1.6
Normal (HRb) 90 90,8 90,1 91,8 91,9 90,92
S45C Hardening (HRc) 55 57,1 52 54,9 56 55
Annealing (HRb) 86,2 86,2 86,9 87,9 86,4 86,72
Normal (HRc) 43,8 44 43,2 43,8 43,5 43,66
VCN Hardening (HRc) 51,8 52,5 50,4 50,8 52,2 51,54
Annealing (HRc) 35,8 38,6 39,2 38,2 37,3 37,82
Kesimpulan Harga kekerasan dari setiap material itu berbeda-beda. Harga kekerasan S45C lebih rendah dari VCN karena perbedaan dari kandungan karbonnya. Selain itu, harga kekerasan dari material yang mendapat perlakuan panas akan berbeda dari harga kekerasan awal material tersebut. Hal ini disebabkan oleh perubahan struktur dari material itu sendiri.
Uji Tarik 1.2.1 Tujuan a. Dapat mengolah data dari hasil pengujian tarik. b. Menganalisis kurva tegangan – regangan dari material yang telah diuji.
1.2.2 Landasan Teori Uji tarik merupakan salah satu pengujian yang dilakukan pada material untuk mengetahui karekteristik dan sifat mekanik material terutama kekuatan dan ketahanan terhadap beban tarik. Dari pengujian ini, maka kita bisa menentukan apakah material seperti ini cocok tidak dengan kebutuhan penggunaan dimana sering dialami oleh material tersebut beban tarik. Pengujian tarik yaitu pengujian dilakukan pada material dengan memberikan gaya penarikan dengan kecepatan konstan yang lambat (quasi static) sampai material putus. Melalui uji tarik dapat dilihat perilaku elastic dan plastic material. Data yang dapat diambil dari hasil pengujian tarik antara lain : a. Kuat tarik (tensile strength) [σu] b. Batas luluh (yield point) [σy] c. Perpanjangan (elongation) [e] d. Reduksi penampang [A] e. Modulus elastisitas [E] Dari hasil pengujian akan didapatkan kurva gaya-gaya perpanjangan. Dari kurva tersebut dapat diolah menjadi kurva tegangan-regangan teknik mengacu pada dimensi awal specimen. Selanjutnya dapat diolah menjadi kurva tegangan –regangan sebenernya dengan memasukan nilai dimensi specimen sebenarnya pada saat ditarik/mengalami deformasi.
Fenomena deformasi yang dilihat selama penguian tarik antara lain : a. Elastisitas b. Fenomena luluh c. Plastisitas d. Necking e. Bidang patah.
1.2.3 Bahan Data Spesimen : -
Panjang uji awal (gage length)
: 25 mm
-
Diameter uji awal (Do)
: 6.37 mm
-
Panjang akhir setelah putus
: 33.96 mm
-
Diameter akhir setelah putus
: 3.6 mm
-
Kekerasan sebelum di tarik
: 37 HRA
-
Kekerasan setelah ditarik
: 45 HRA
Data F-ΔL dari alat uji No 1 2 3 4 5 6 7
delta l (mm) 0 2,3 2,8 3,5 4,5 6,3 7,8
P (Kg) 0 1002 1112,4 1217,3 1320,4 1415,1 1440,4
8,3 8,9 9,7 9,8 10,2 10,5 11,4 11,7 12 12,4 12,7
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1440,5 1432,6 1425,5 1420,9 1401,1 1372,3 1275,7 1200,6 1130,2 994,5 910,2
Data Di, ΔLi dan Pi saat necking hingga putus No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Di (mm) 5,38 5,31 5,2 5,15 5,02 4,91 4,82 4,73 4,6 4,29 4,16 4,08 3,92
Li (mm) 10 10,4 10,6 10,8 10,11 11,2 11,4 11,6 11,7 11,9 12 12,2 12,4
Pi (Kg) 1400 1390 1372 1349 1330 1300 1270 1240 1200 1150 1120 1100 1090
1.2.4 Hasil Praktikum 1.
Tegangan-regangan teknis (engineering strees-strain) No 1 2 3 4 5 6 7
Δl (mm) 0 2,3 2,8 3,5 4,5 6,3 7,8
P(kg)
F (N)
0 1002 1112,4 1217,3 1320,4 1415,1 1440,4
0 10020 11124 12173 13204 14151 14404
Ao (mm^2) 31,87 31,87 31,87 31,87 31,87 31,87 31,87
σ = F/A0 0 314,41 349,05 381,97 414,32 444,04 451,97
lo (mm) 25 25 25 25 25 25 25
e=Δl/lo 0,00 0,09 0,11 0,14 0,18 0,25 0,31
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
2.
1440,5 1432,6 1425,5 1420,9 1401,1 1372,3 1275,7 1200,6 1130,2 994,5 910,2
14405 14326 14255 14209 14011 13723 12757 12006 11302 9945 9102
31,87 31,87 31,87 31,87 31,87 31,87 31,87 31,87 31,87 31,87 31,87
452,01 449,53 447,30 445,86 439,64 430,61 400,29 376,73 354,64 312,06 285,61
25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25
0,33 0,36 0,39 0,39 0,41 0,42 0,46 0,47 0,48 0,50 0,51
Tegangan-regangan sebenarnya sebelum necking (true stress-strain) No 1 2 3 4 5 6 7
3.
8,3 8,9 9,7 9,8 10,2 10,5 11,4 11,7 12 12,4 12,7
Δl (mm) 0 2,3 2,8 3,5 4,5 6,3 7,8
P(kg)
F (N)
0 1002 1112,4 1217,3 1320,4 1415,1 1440,4
0 10020 11124 12173 13204 14151 14404
Ao (mm^2) 31,87 31,87 31,87 31,87 31,87 381,97 381,97
σ = σ (1+e) 0,00 343,34 388,15 435,45 488,90 555,93 592,99
lo (mm) 25 25 25 25 25 25 25
e=ln(1+e) 0,00 0,09 0,11 0,13 0,17 0,22 0,27
Tegangan-regangan sebenarnya setelah necking No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
D1 (mm) 5,38 5,31 5,2 5,15 5,02 4,91 4,82 4,73 4,6 4,29 4,16 4,08 3,92
A1 (mm^2) 22,73 22,15 21,24 20,83 19,79 18,93 18,25 17,57 16,62 14,45 13,59 13,07 12,07
Δli (mm) 10 10,4 10,6 10,8 11,1 11,2 11,4 11,6 11,7 11,9 12 12,2 12,4
Pi (kg)
Fi (N)
σ = F/A1
e=Δli/li
1400 1390 1372 1349 1330 1300 1270 1240 1200 1150 1120 1100 1090
14000 13900 13720 13490 13300 13000 12700 12400 12000 11500 11200 11000 10900
615,85 627,68 646,04 647,60 671,98 686,58 696,02 705,68 722,06 795,60 824,03 841,36 903,16
0,29 0,31 0,31 0,32 0,33 0,33 0,34 0,34 0,34 0,35 0,35 0,36 0,37
4.
Nilai konstanta tegangan dan nilai koefisien pengerasan regangan σo = k x Ԑn log σ = nlog Ԑ + log K
Log True Strain vs True Stress 2,95 2,9
2,85
y = 0,5282x + 3,0951
2,8 2,75 2,7
2,65 2,6 2,55 2,5 -1,2
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
n (koef.pengerasan regangan) = 0.5282 K (konstanta kekuatan) = 1244.8 kg/mm2
Eng stres vs Eng.Strain 350,00 y = 3417,5x - 5E-14
300,00 250,00 200,00 150,00 100,00
50,00 0,00 -50,00
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
E = 3417.5 N/mm2 5.
Nilai kekuatan tarik bahan diuji Nilai kekuatan tarik suatu bahan adalah batas sebuah material mengalami kegagalan. 𝜎𝑢 =
14405 𝑁 31,87 𝑚𝑚2
= 452,01 N/mm2
6.
Nilai kekuatan luluh Nilai kekuatan luluh suatu bahan di dapat sebelum bahan mengalami deformasi plastis. 10020 𝑁
𝜎𝑦 = 31,87 𝑚𝑚2 = 314, 41 N/mm2
7.
Nilai pemuluran (keuletan) bahan. 𝑒=
8.
(𝑙 − 𝑙𝑜) 33,96 − 25 = = 36 % 𝑙𝑜 25
Kurva tegangan-regangan teknik (engineering stress-strain curve)
Kurva Tegangan-Regangan Teknik 500,00
450,00 400,00 350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
9.
Kurva tegangan-regangan sebenarnya (true stress-strain curve)
Kurva Tegangan-Regangan Sebenarnya 900,00
800,00 700,00 600,00 500,00 400,00 300,00 200,00 100,00 0,00 0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
10. Analisis
Kurva Tegangan-Regangan 900,00 800,00 700,00 600,00 500,00
Engineering
400,00
TRUE
300,00 200,00 100,00 0,00 0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
material yang diujikan termasuk material ulet ditandai dengan adanya pemuluran. Kurva engineering data diambil dari mesin, sedangkan data kurva true diambil secara manual sehingga hasilnya berbeda.
1.2.5 Kesimpulan Kemampuan untuk mengolah data uji tarik adalah hal yang sangat penting karena jika ada kesalahan dalam mengolah data dapat menghasilkan nilai yang berbeda dan akan mempengaruhi pemilihan suatu bahan pada sebuah rancangan. Dari pengolahan data diperoleh : a. Nilai kekuatan Tarik adalah 452,01 N/mm2 b. Nilai kekuatan luluh adalah 314, 41 N/mm2 pada beban maksimal 1002 Kg c. Nilai elongasi adalah 36 %
Uji Lentur 1.3.1 Tujuan Dapat mengolah data hasil pengujian lentur. 1.3.2 Landasan Teori Kekakuan pada material merupakan ketahanan suatu material terhadap deformasi ketika diberi beban. Material yang lentur dapat diartikan sebagai material yang dapat mengalami regangan dengan baik bila diberi tegangan atau beban tertentu. Modulus elastisitas (E) adalah harga kekakuan suatu material pada daerah elastis dan perbandingan tegangan dengan regangan pada daerah elastis. Tegangan atau beban yang diberikan pada spesimen uji haruslah dibawah harga beban maksimum agar spesimen tidak mengalami deformasi plastis. Uji lentur digunakan untuk material yang getas, uji lentur lebih disenangi daripada uji tarik, contoh : keramik. Selain itu uji lentur digunakan untuk a. Menentukan kekuatan material pada pembebanan lentur b. Menentukan modulus elastisitas material c. Sebagai acceptance test yang cepat untuk material getas Pengujian lentur (bending) pada umumnya dilakukan dengan dua metode berikut: a) Three point bending b) Four point bending
1.3.3 Bahan Spesimen uji lentur dengan penampang persegi Jenis Material Kekuatan luluh material Dimensi : Panjang (l) Lebar (b) Tebal (t) Jarak tumpuan Laju Pembebanan Beban maksimim pada daerah elastis (kgf) Kekerasan awal Kekerasan akhir No x [Defleksi (mm)] 1 3 2 6 3 8.5 4 10 5 12 6 13.5 7 15 8 17.5 9 19.5 10 21.5 11 25 12 28 13 29.5
ST 37 28.9 kgf/mm^2 315 18.77 18.77 150 . 875.8 33 HRA 41.3 HRA
y [Beban (kg)] 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 6000 7000 8000
1.3.4 Hasil Praktikum 1. Kurva beban vs defleksi
Kurva Beban vs Defleksi 9000 8000 y = 275,9x - 704,86
7000 6000 5000
4000 3000 2000 1000 0 0
5
10
2. Regresi linier y = 275.9x – 704,86 3. Flextural strength benda uji M=
𝑃𝑚𝑎𝑥 𝑥 𝑙 4
=
875.8 𝑥 150 4
= 32842.5 Nmm I=
𝑏 𝑥 ℎ3 12
=
18.77 𝑥 18.773 12
= 10343.7 mm4 σ=
𝑀𝑥𝑡 2𝑥𝐼
=
32842.5 𝑥 18.77 2 𝑥 10343.7
= 29.8 N/mm2 4. Nilai modulus elastisitas E=
𝑀 𝑥 𝐼3 48 𝑥 𝐼
=
32842.5 𝑥 18.773 48 𝑥 10343.7
= 1875.46 N
15
20
25
30
35
1.3.5 Kesimpulan Untuk pengujian benda getas sebaiknya menggunakan uji lentur, karena jika menggunakan uji tarik maka akan langsung patah dan sulit untuk menetukan nilai modulus elastisitasnya. Dari pengolahan data diperoleh : a. Nilai flextural strength benda uji ialah 29.8 N/mm2 b. Nilai modulus elastisitasnya adalah 1875.46 Nk
Uji Impak 1.4.1 Tujuan Dapat mengolah data hasil pengujian lentur. 1.4.2 Landasan Teori Pengujian impak merupakan suatu pengujian yang mengukur ketahanan bahan terhadap beban kejut. Inilah yang membedakan pengujian impak dengan pengujian tarik dan kekerasan dimana pembebab dilakukan secara perlahan-lahan. Pengujian impak merupakan suatu upaya untuk mensimulasikan kondisi operasi material yang sering ditemui dalam perlengkapan transportasi atau kondisi dimana beban tidak selamanya terjadi secara perlahan-lahan melainkan datang secara tiba-tiba, contoh deformasi pada bumper mobil pada saat terjadi tumbukan kecelakaan. Dasar pengujian impak ini adalah penyerapan energi potensial dari pendulum beban yang berayun dari suatu ketinggian tertentu dan menumbuk benda uji sehingga benda uji mengalami deformasi.
Pada pengujian impak ini banyaknya energi yang di serap oleh bahan untuk terjadinya perpatahan merupakan ukuran kerahanan impak atau ketangguhan bahan tersebut. Pada gambar di atas dapat dilihat bahwa setelah benda uji patah akibat deformasi, bandul pendulum melanjutkan ayunan hingga posisi h’. Bila bahan tersebut tangguh yaitu
makin mampu menyerap energi lebih besar maka makin rendah posisi h’. Suatu material dikatakan tangguh bila memiliki kemampuan menyerap beban kejut yang besar tanpa terjadinya retak atau deformasi dengan mudah. Pada pengujian impak, energi yang di serapoleh benda uji biasanya dinyatakan dalam satuan joule dan dibaca langsung pada skala (dial) penunjuk yang telah dikalibrasi yang terdapat pada mesin penguji. Harga impak (HI) suatu bahan yang diuji dengan metode Charpy diberikan oleh : 𝑯𝑰 =
𝑬 𝑨
Dimana E adalah energi yang diserap dalam satuan joule dan A luas penampang di bawah takik dalam satuan mm2. Secara umum benda uji impak dikelompikkan ke dalam dua golongan sampel standar yaitu : Batang uji Charpy sebagaimana telah ditunjukkan pada Gambar 5.1, banyak digunakan di Amerika Serikat dan batang uji Izod yang lazim digunakan di inggris dan Eropa. Benda uji Charpy memiliki luas penampang lintang bujur sangkar (10 x 10mm) dan memiliki takikan (notch) terbentuk V dengan sudut 450, dengan jari-jari dasar 0,25 mm dan kedalaman 2 mm. Benda uji diletakkan pada tumpuan dalam posisi mendatar dan bagian yang bertakik diberi beban impak dari ayunan bandul, sebagaimana telah ditunjukkan oleh gambar di atas. Benda uji Izod mempunyai penampang lintang bujur sangkar atau lingkaran dengan takikan V di dekat ujung yang dijepit. Perbedaan cara pembebanan antara metode Charpy dan Izod ditunjukkan oleh Gambar 5.2 di bawah ini :
Serangkaian uji Charpy pada suatu material umumnya dilakukan pada berbagai temperature sebagai upaysa untuk mengetahui teperatur transisi. Sementara uji impak dengan metode izod umumnya dilakukan hanya pada temperatur ruang dan ditunjukkan untuk material-material yang didisain berfungsi untuk sebagai cantilever. Takik (noch) dalam benda uji standar ditunjukkan sebagai suatu konsentrasi tegangan sehingga perpatahan diharapkan akan terjadi di bagian tersebut. Pengukuran lain yang bisa dilakukan dalam pengujian impak charpy adalah penelaahan permukaan perpatahan untuk menentukan jenis perpatahan (fractografi) yang terjadi. Secara umum sebagaimana analisis perpatahan pada benda hasil uji tarik maka perpatahan impak digolongkan menjadi 3 jenis, yaitu : 1. Perpatahan berserat (fibrous fracture), yang melibatkan mekanisme pergeseran bidang-bidang kristal di dalam bahan (logam) yang ulet (ductile). Ditandai dengan permukaan patahan berserat yang berbentuk dimpel yang menyerap cahaya dan berpenampilan buram. 2. Perpatahan granular/kristalin, yang dihasilkan oleh mekanisme pembelahan (cleavage) pada butirbutir dari bahan (logam) yang rapuh (brittle). ditandai dengan permukaan patahan yang datar yang mampu memberikan daya pantul cahaya yang tinggi (mengkilat). 3. Perpatahan campuran (berserat dan granular). Merupakan kombinasi dua jenis perpatahan di atas.
Selain dengan harga impak yang ditunjukkan oleh alat uji, pengukuran ketangguhan suatu bahan dapat dilakukan dengan memperkirakan berapa persen patahan berserat dan patahan kristalin yang dihasilkan oleh benda uji yang diuji pada temperatur tertentu. Semakin banyak persentase patahn berserat maka dapat di nilai semakin tangguh bahan tersebut. Cara ini dapat dilakukan dengan mengamati permukaan patahan benda uji di bawah mikrosko stereoscan. Informasi lain yang dapat dihasilkan dari pengujian impak adalah temperatur transisi bahan. Temperatur transisi adalah temperatur yang menunjukkan transisi perubahan jenis perpatahan suatu bahan bila di uji pada temperatur yang berbeda-beda. Pada pengujian dengan temperatur yang berbeda –beda maka akan terlihat bahwa pada temperatur ringgi material kan bersifat ulet (ductile) sedangkan pada temperatur rendah material akan bersifat ra[uh atau getas (brittle). Fenomena ini berkaitan dengan vibrasi atom-atom bahan pada temperatur yang berbeda darimana pada temperaure kamar vibrasi itu berada dalam kondisi kesetimbangan dan selanjutnya akan menjadi tinggi bila temperature dinaikkan (energi panas merupakan suatu driving force terhadap pergerakan partikel atom bahan. Vibrasi atom inilah yang berperan sebagai suatu penghalang (obstacle) terhadap pergerakan dislokasi menjadi relatif sulit sehingga dibutuhkan energi yang lebih besar untuk mematahkan benda uji. Sebaliknaya pada temperatur di bawah nol derajat celcius, vibrasi atom relatif sedikit sehingga pada saat bahan dedeformasi pergerakan dislokasi menjadi lebih mudah dan benda uji menjadi lebih mudah dipatahkan dengan energi yang relatif lebih rendah.
Informasi mengenai temperatur transisi menjadi demikian penting bila suatu material akan didisain untuk aplikasi yang melibatkan rentang temperatur yang besar, misalnya dari temperatur di bawah nol derajat celcius hingga temperatur tinggi di atas misalnya dari temperatur di bawah nol derajat celcius hingga temperatur tinggi di atas 100 derajat celcius, vibrasi atom relatif sedikit sehingga pada sat bahan dideformasi pergerakan dislokasi menjadi lebih mudah dan benda uji menjadi lebih mudah dipatahkan dengan energi yang rlatif lebih rendah. Informasi mengenai temperatur transisi menjadi demikian penting bila suatu material akan di disain untuk aplikasi yang melibatkan rentang temperatur yang besar, misalnya dari temperatur di bawah nol derajat celcius hingga temperatur yang besar, contoh sistem penukar panas (heatexchanger). Hampir semua logam berkekuatan rendah dengan struktur kristal FCC seperti tembaga dan aluminium bersifat ulet pada semua temperatur sementara bahan dengan kekuatan luluh yang tinggi bersifat rapuh. Bahan keramik, polimer dan logam - logam BCC dengan kekuatan luluh rendah dan sedang memiliki transisi rapuh - ulet bila temperatur dinaikkan. Hampir semua baja karbon yang dipakai pada jembatan, kapal, jaringan pipa dan sebagainya bersifat rapuh pada temperatur rendah. Gambar a. memberikan ilustrasi efek temperatur terhadap ketangguhan impak beberapa bahan, sedangkan Gambar b. menyajikan bentuk benda uji impak berdasarkan ASTM E-23-56T.
a. Efek temperatur terhadap ketangguhan impak beberapa material.
b. Bentuk dan dimensi benda uji impak berdasarkan ASTM E23-56T
1.4.3 Bahan Diketahui : a. Massa pendulum (m)
: 50 kg
b. Jarak titik berat pendulum ke poros : 750 mm c. Dimensi specimen
: 55 x 10 x 10 mm
d. Sudut awal pendulum (α)
: 140°
e. Sudut akhir pendulum (β)
: 130°
1.4.4 Hasil Praktikum
ℎ1 = 750 + 750 . sin 55𝑜 = 750 (1 + sin 500 ) = 1324,53 𝑚𝑚 = 1,32 𝑚 ℎ2 = 750 + 750 . sin 40𝑜 = 750 (1 + sin 400 ) = 1232,09 𝑚𝑚 = 1,2 𝑚 𝐸𝑝1 = 𝑚 . 𝑔 . ℎ1 = (50 𝑘𝑔). (10 𝑚/𝑠 2 ). (1,32 𝑚) = 662,267 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 𝐸𝑝2 = 𝑚 . 𝑔 . ℎ2 = (50 𝑘𝑔). (10 𝑚/𝑠 2 ). (1,2 𝑚) = 616,045 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒
𝐸𝐼 = ∆𝐸𝑃 = 𝐸𝑝1 − 𝐸𝑝2 = 46,221 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 𝐸𝐼 𝐴 46,221 = 10 𝑥 (10 − 2)
𝐻𝐼 =
= 0,5778 Joule/mm2
1.4.5 Kesimpulan Dari pengolahan data diperoleh : a. Energi yang diserap sebesar 46,221 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 b. Harga impak sebesar 0,5778 Joule/mm2
Praktikum 2
2.1 Latar Belakang Pengujian tidak merusak (NDT) adalah grup macam teknik analisis yang digunakan dalam ilmu pengetahuan dan industri untuk mengevaluasi sifat dari komponen, material atau sistem tanpa menyebabkan kerusakan. Karena NDT tidak permanen mengubah anggaran yang diperiksa, itu adalah sangat -berharga teknik yang dapat menghemat uang dan waktu dalam evaluasi produk, pemecahan masalah, dan penelitian. NDT umum metode ini termasuk ultrasonik, magnetik-partikel, penetran cair, radiografi, dan pengujian eddy-saat ini. Non destructive testing (NDT) adalah aktivitas tes atau inspeksi terhadap suatu benda untuk mengetahui adanya cacat, retak atau diskontinuitas lain tanpa merusak struktur benda yang di inspeksi. Pada dasarnya, tes ini dilakukan untuk menjamin bahwa material yang kita gunakan memiliki mutu yang baik sesuai dengan standar yang berlaku. NDT ini dijadikan sebagai bagian dari kendali mutu komponen dalam proses produksi terutama untuk indusri fabrikasi. 2.2 Tujuan Berikut adalah beberapa point yang menjadi tujuan dalam melaksanakan praktikum nondestrutif test : 1) Memahami jenis pengujian material Non-Destruktif Test (NDT); 2) Mengetahaui prosedur dan metode pengujian material logam; 3) Mampu menentukan jenis pengujian Non-Destrukti Test yang sesuai untuk setiap kasus yang berbeda.
2.3 Landasan Teori Banyak masyarakat yang masih belum mengetahui tentang NDT ( Non-Destructive Testing ), metode-metode apa yang digunakan dalam NDT, serta equipment atau produkproduk yang menggunakan teknik pengujian NDT. NDT ( Non-Destructive Testing ) adalah salah satu teknik pengujian material tanpa merusak benda ujinya. Pengujian dapat mendeteksi secara dini timbulnya crack atau flaw pada material secara dini, tanpa menunggu material tesebut gagal ditengah operasinya. Keuntungan dari NDT adalah :
Tidak merusak bahan Dilakukan dilapangan (alat-alat portabel) Dapat dilakukan pada bahan sebanyak yang diinginkan (tidak terbatas pada sepotong benda uji) Dari tipe keberadaan crack pada material NDT dapat dibedakan dalam 2 macam, yaitu: inside crack dan surface crack. Pada saat pengujian maka harus sudah ditentukan dahulu targetnya (misal surface crack atau inside crack), baru digunakan metode NDT yang tepat. Untuk inside crack ada 3 metode yang dapat digunakan, yaitu NDT :
Radiography (Xray), dengan menggunakan sinar X untuk mendapatkan gambaran dalam material. Prinsipnya sama dengan sinar X yang digunakan untuk tubuh manusia, tetapi panjang gelombang yang digunakan berbeda (lebih pendek).
Ultrasonics, dengan menggunakan gelombang ultrasonic dengan frequensi antara 0.1 ~ 15 Mhz. Prinsipnya, gelombang ultrasonic dipancarkan dalam material dan gelombang baliknya atau gelombang yang sampai di sisi yang lain di bandingkan dengan kecepatan suara dari material itu sendiri untuk mendapatkan gambaran posisi dari crack.
Accustic emmision
Untuk surface crack ada beberapa metode yang dapat digunakan, yaitu:
Visual Optical, melihat/mencari crack yang berada dipermukaan material dengan bantuan optik.
Liquid Penetrant, yaitu dengan menyemprotkan/mengoleskan cairan berwana pada permukaan material. Pada prinsipnya teknik ini untuk mempermudah penglihatan saja.
Magnetic Particles, cara ini dengan menggunakan serbuk magnetik yang disebarkan di permukaan benda uji. Pada saat crack ada dalam permukaan benda uji, maka akan terjadi kebocoran medan magnet di sekitar posisi crack, sehingga dengan mudah akan bisa dilihat oleh mata. Setelah pengujian magnetic, maka benda uji akan menjadi bersifat magnet, karena pengaruh serbuk magnet tersebut, maka untuk menghilangkan efek itu digunakan metode demagnetization (proses menghilangkan medan magnet pada benda uji), salah satu caranya dengan menggunakan hammering (benda uji dipikul dengan hammer, sehingga timbul getaran yang akan melepaskan partikel magnet)
Eddy current, prisipnya hampir sama dengan teknik medan magnet, tetapi disini medan listrik yang dipancarkan dari arus listrik bolak-balik, ketika ada crack maka medan listrik akan berubah dan perubahannya itu akan terbaca pada alat pengukur impedansi. Prinsip ini erat kaitannya dengan impedansi, maka halinya sangat dipengruhi oleh jarak antara benda uji dengan alat ukurnya.
Contoh-contoh kerusakan diantaranya : a) Korosi
:bereaksi dengan lingkungan dan meninggalkan karat, umumnya reaksi ini terus berlanjut
b) Erosi
: bahan terkikis dengan lambat akibat aliran fluida yang terus-terusan
c) Fatigue
: cacat lelah akibat gaya siklik (berulang terus-terusan)
d) Patah
: akibat tekann atau gaya yang berlebih
e) Retak
: cacat yang harus diperkuat
2.4 Alat dan Bahan Dalam praktikum kali ini kami menggunakan metode liquid penetrant, berikut adalah alat dan bahan yang digunakan, Alat : 1. Ampelas 2. Sikat Kawat Bahan : 1. Benda uji 2. Air & tiner 3. Penetran 4. Developer
2.5 Langkah Kerja Berikut adalah langkah praktikum non destruktif test dengan metode liquid penetrant, antara lain : 1. Pre Cleaning Pre Cleaning dilakukan untuk membersihkan kotoran dan karat yang terdapat pada benda uji.
2. Aplikasikan Penetrant Pada tahap ini cairan penetrant mulai digunakan pada benda uji dengan cara menyemprotkannya ke seluruh benda uji. Sebelum melakukan tahapan selanjutnya benda uji yang telah diaplikasikan penetrant harus didiamkan dulu selama 10 menit untuk benda uji biasa dan sekitar 30 menit untuk benda uji coran.
3. Bersihkan benda uji Benda uji dibersihkan menggunakan air.
4. Aplikasikan developer Pengaplikasian developer dimaksudkan untuk mengekspos bagian bagian tertentu yang terdapat cacat.
5. Aplikasikan cleaner Pengaplikasian cleaner untuk menghilangkan developer.
2.6 Hasil Praktikum Hasil praktikum non destruktif test kali ini adalah berupa dokumentasi hasil pengujian yang dapat memperlihatkan letak letak bagian kritis pada benda uji.
2.7 Kesimpulan Kesimpulan dari praktikum non destruktif test yang telah dilakukan adalah metode ini adalah adanya beberapa kelebihan dan kekurangan dari metode NDT liquid penetrant. Kelebihannya antara lain metode yang sangat mudah digunakan, dapat diguakan hampir pada semua jenis material dan relatif murah. Sedangkan kekurangannya yaitu hanya dapat mendeteksi kecacatan pada permukaan, pengujian tidak menghasilkan angka pasti dan sulit digunakan pada benda berpermukaan kasar.
Praktikum 3
3.1 Latar Belakang Pengetahuan metalografi pada dasarnya mempelajari karakteristik structural dan susunan dari suatu logam atau paduan logam. Biasanya tidak melalui suatu keseluruhan potongan disebabkan oleh pembawaan hydrogen atau logam. Terdapat berbagai jenis bahan yang digunakan pada proses manufaktur. Namun, sebelum digunakan dalam industry atau bagian-bagian yang lain, karakteristik struktur atau susunan dari logam atau paduannya yang akan dipakai perlu diketahui. Hal ini berkaitan dengan karakter dari material tersebut. Oleh karena itu, untuk mengetahui struktur yang ada pada sebuah material maka dilakukan uji metalografi pada material tersebut. Sehingga dengan cara ini dapat diperoleh bahan dengan sifat - sifat yang sesuai dengan tujuan tertentu untuk memenuhi kebutuhan teknologi modern yang meningkat.
3.2 Tujuan 1. Mengetahui jenis fasa/struktur mikro dari suatu material. 2. Mengetahui bentuk-bentuk fasa dari logam. 3. Mengetahui salah satu cara melakukan pengujian metalografi suatu material.
3.3 Landasan Teori a. Metalografi Metalografi merupakan disiplin ilmu yang mempelajari karakteristik mikrostruktur dan
makrostruktur
suatu
logam,
paduan
logam
dan
material
lainnya
serta
hubungannya dengan sifat-sifat material, atau biasa juga dikatakan suatu proses umtuk mengukur suatu material baik secara kualitatif maupun kuantitatif berdasarkan informasiinformasi yang didapatkan dari material yang diamati. Metalografi adalah salah satu metoda yang paling banyak digunakan dalam metalurgi untuk mengkarakterisasi bahan Teknik metalografi adalah suatu teknik untuk mengamati dan mempelajari struktur mikro dan makro suatu logam dan paduan dan kaitannya dengan sifat mekanik dengan menggunakan mikroskop optik atau electron.
Untuk pengujian dengan menggunakan mikroskop optik, maka perbesaran yang dapat dilakukan yaitu 1000x perbesaran. Dengan perbesaran tersebut maka dapat dapat mengamati struktur mikro dari suatu material. Sementara itu, untuk mengamati struktur makro dari material tersebut, hanya diperlukan 100x pembesaran.
Struktur Mikro adalah gambar/konfigurasi distribusi fasa-fasa, yang apabila diamati dengan mikroskop optik, dapat dipelajari antara lain: Jenis fasa Bentuk dan ukuran butir (dendritik, equaksial dsb) Bentuk, ukuran dan distribusi inklusi. Mikroporositas, fisure Bentuk, ukuran dan distribusi grafit pada besi cor. Dari jenis fasa dan konfigurasi bentuk butir, dapat dipelajari jenis perlakan apa saja yang pernah dialami oleh logam/paduan tersebut. Struktur Makro adalah gambar/konfigurasi struktur, yang apabila diamati dengan mikroskop optik, dapat dipelajari antara lain: → Bagian yang dikeraskan atau tidak → Logam lasan dan logam induk → Garis aliran deformasi → Distribusi MnS pada baja → Struktur ingot seperti : Outer chill zone, columnar zone, central equaksial zone, flakes dsb Berikut adalah contoh gambar struktur
Dengan demikian berdasarkan pemahaman terhadap struktur mikro dan makro dapat dianalisa Sifat material Perkiraan kasar komposisi kimia Sejarah material
b. Teknik metalografi Metalografi terhadap spesimen Metalografi Metalografi warna » etsa/pengkorosif Heat tinting » dipanaskan Metalografi in-situ » tidak merusak benda uji, dilakukan di tempat contoh : pipa minyak Metalografi replica » dengan menggunakan kertas khusus sehingga membentuk negatifnya
c. Manfaat metalografi
Mengidentifikasi fasa-fasa (metalografi warna/selective etching)
Mempelajari dan mengukur bentuk dan ukuran butir
Mempelajari pengaruh proses perlakuan panas atau pengerjaan mekanik
Analisa kegagalan
d. Proses pengujian metalografi 1. Proses persiapan sampel Proses persiapan sampel terdiri dari a) Penentuan lokasi sampel Merupakan tahap untuk menentukan bagian mana yang diuji/bagian kritis. Hal ini tentunya berkaitan dengan informasi mengenai sample yang diuji. Terdapat beberapa teknik pengambilan sample untuk pengujian metalografi sebagai berikut: Jumlah sampel bergantung pada :
− Ukuran − Kompleksitas − Persyaratan teknik Sampel Lokasi pengambilan sampel mempertimbangkan: − Sejarah material misal : hasil coran, proses pembentukan, proses pengelasan, perlakuan panas − Tujuan analisa misal : analisa kerusakan, homogenitas pendinginan, homogenitas kimia b) Pemotongan Pemotongan sampel meggunakan gerinda potong. Untuk sampel yang kecil perlu dibingkai. Teknik pembingkaian : − Pembikaian tercelup didalam resin atau bakelit atau logam non ferro (temperatur cair randah) − Pembikaian mekanik
c) Penggerindaan Untuk menghaluskan permukaan sampel. d) Pengampelasan Pengampelasan dimulai dari no ampelas yang paling kecil sampai yang paling besar (40 s.d. 2000) + air untuk pendingin. Pembuangan beram menghindari deformasi yang berlebihan.
e) Polishing Tujuan dari pemolesan ialah menghaluskan dan melicinkan permukaan sampel yang akan diamati. Pemolesan mekanik Merupakan proses pemolesan dengan media partikel abrasive. Beberapa jenis partikel abrasive yang digunakan antara lain Si, AlSO3, dan Emery. Pemolesan kimia Yaitu proses pemolesan dengan menggunakan bahan kimia. Teknik-teknik pemolesan yang khusus Pemolesan khusus dilakukan dengan menggunakan EDM teknik erosi. f) Etsa Permukaan specimen hasil proses poles direaksikan dengan larutan kimia untuk memunculkan mikrostruktur bahan kristalin berdasarkan reaksi kimia Cara mengetsa : − Dicelupkan (immersion Method) − Swabbing (untuk material yang mudah dietsa) − Electrochemical etch (untuk material yang tahan korosi) Cara lain : − Heat Tinting − Metode Interferensi Jenis Etsa − Grain boundary etching didapatkan batas butir saja
− Grain surface etching mendapatkan tinggi rendah butir
Bahan etsa
g) Pengeringan Pengeringan menggunakan pengering. 2. Proses pengamatan sampel Proses pengamatan dilakukan dengan bantuan alat yaitu mikroskop. Prinsip kerja dari alat ini yaitu dengan memberikan cahaya pada benda uji. Cahaya yang diterima benda uji akan mengalami relief hasil pembiasan pantulan cahaya mikroskop terhadap material. Sehingga karena adanya perbedaan ketinggian pada material karena proses etsa maka pada lensa pengamatan akan berbentuk bagian yang terang dan gelap sesuai dengan ketinggian masing – masing butir. Gamabar di bawah ini merupakan ilustrasi dari prinsip pengamatan.
3.4 Alat dan Bahan a. Alat 1. Mesin gerinda
2. Mesin amplas
3. Kertas amplas dari nomor 120-1000
4. Mesin poles 5. Pengering 6. Miskroskop optic
b. Bahan 1. Larutan etsa 2. Pasta alumina 3. Air 4. Alkohol
3.5 Langkah Kerja 1. Gerinda sampel untuk menghilangkan karat. 2. Ampelas sampel mulai dari kertas ampelas 120,180,240,360,600,800 dan 1000, kertas ampelas diganti setelah alur sisa amplas sebelumnya sudah hilang. 3. Poles sampel pada mesin poles yang sebelumnya diberi pasta alumina (media poles), sampel sebaiknya diputar-putar untuk menghindari adanya shadow effect. Pemolesan dilakukan sampai didapatkan permukaan sampel yang rata mengkilt, tidak ada bekas ampelas. 4. Bersihkan benda hasil polishing dengan air mengalir lalu keringkan. 5. Etsa sampel menggunakan cairan etsa lalu bersihkan menggunakan alcohol. 6. Keringkan sampel menggunakan pengering. 7. Amati sampel menggunakan mikroskop optic, pengamatan dilakukan dengan teknik metalografi mikro yaitu pengamatan sampel dengan pembesaran diatas 100 kali. Struktur material akan terlihat dilayar.
3.6 Hasil Praktikum Pembesaran 500x No 1
Gambar
Penjelasan Bahan : VCN Status : tidak mendapat perlakuan panas Keterangan: terdapat ferrit (warna putih) dan perlit (warna hitam) Ferrit < Perlit
2
Bahan : VCN Status : hardening Keterangan: terdapat martensit yang membuat kekerasan material bertambah
3
Bahan : VCN Status : annealing Keterangan: terdapat ferrit (warna putih) dan perlit (warna hitam) Ferrit > Perlit
4
Bahan : S45C Status : tidak mendapat perlakuan panas Keterangan: terdapat ferrit (warna putih) dan perlit (warna hitam) Ferrit < Perlit
5
Bahan : S45C Status : hardening Keterangan: terdapat martensit yang membuat material menjadi lebih keras
6
Bahan : S45C Status : annealing Keterangan: terdapat ferrit (warna putih) dan perlit (warna hitam) Ferrit > Perlit
3.7 Kesimpulan Berdasarkan hasil praktikum yang dilakukan maka dapat disimpukan bahwa pengujian metalografi dilakukan untuk mengetahui struktur mikro yang membentuk suatu material. Sehingga berdasarkan struktur yang dimiliki masing-masing material akan berpengaruh terhadap sifat mekanik material tersebut.Pengujian metalografi terdiri dari 2 tahap yaitu persiapan dan pengamatan. Struktur mikro pada material baja terdapat beberapa jenis diantaranya perlit, ferrit, austenite,martensit, dan bainit.
