BAB I UJI TARIK (TENSILE TEST) 1.1.
PENDAHULUAN
Dalam kehidupan sehari-hari pemakaian logam berdasarkan penggunaan yang dimiliki logam tersebut contoh pada pembuatan konstruksi jembatan dibutuhkan logam yang kuat dan tanggguh berbeda dengan pemakaian logam untuk pagar rumah yang tidak terlalu memperhatikan sifat mekaniknya. Contoh – contoh contoh sifat mekanik adalah kekuatan tarik, kekerasan, keuletan, dan ketangguhan. Pengujian sifat mekanik ini dapat dilakukan dengan pengujian mekanik. Adapun beberapa sifat mekanik dari suatu materil antara lain : Kekuatan ( Strength ) Elastisitas ( Modulus elastisitas ) Keuletan ( Ductility ) Kekerasan ( Hardness ) Kelelahan ( Fatique ) Kekakuan Pengujian mekanik ini bertujuan untuk mengetahui sifat-sifat mekanik dari bahan atau material dalam bentuk kekerasan, kekuatan, kekakuan, ataupun ketangguhan. Kekerasan adalah kemampuan untuk tahan terhadap goresan, pengikisan dan penetrasi. Kekuatan adalah kemampuan suatu bahan untuk menerima tegangan tanpa menyebabakan menyebabakan bahan menjadi patah. Kekakuan adalah kemampuan suatu bahan untuk menerima tegangan atau beban tanpa mengakibatkan terjadinya deformasi. Ketangguhan adalah kemampuan suatu bahan untuk menyerap sejumlah energi tanpa menyebabkan kerusakan. [1]
Salah satu pengujian yang digunakan untuk mengetahui sifat mekanis logam adalah uji tarik (tensile test). Uji tarik adalah suatu metode yang digunakan untuk menguji kekuatan suatu bahan material dengan cara memberikan beban gaya berlawanan arah. 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 ini banyak dilakukan untuk melengkapi data informasi rancangan dasar kekuatan suatu bahan dan sebagai pendukung bagi spesifikasi bahan. Pengujian tarik merupakan salah satu yang paling penting dilakukan, karena dengan pengujian ini dapat memberikan 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. Salah satu dari uji penelitian sifat mekanik dari suatu material adalah uji tarik (tensile test). Uji tarik merupakan salah satu pengujian terhadap material. Uji tarik ini dilakukan dengan memberikan gaya yang sama pada dua sisi benda uji secara berlawanan arah. Uji tarik ini dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat mekanis
dari
material,
sehingga
diharapkan
dapat
digunakan
untuk
mempertimbangkan mempertimbangkan dalam pemilihan material yang tepat. Pada pengujian tarik ini menggunakan
unaxial testing machine.
Sedangkan spesimen yang digunakan adalah baja ST-60 dan baja ST-40. Pada pengujian ini dilakukan dengan mencekam spesiman pada kedua sisinya secara berlawanan sampai spesimen itu patah. Pada pengujian ini dapat diketahui F yield (gaya pada saat yield), F maksimal (gaya terbesar yang mampu ditahan material), Fpatah (gaya pada saat patah). Pada uji tarik, beban uji diberi beban gaya tarik secara kontinu hingga bahan tersebut mengalami patahan, bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan mengenai perpanjangan yang dialami bahan uji. Hasil yang dapat diperoleh dari
Salah satu pengujian yang digunakan untuk mengetahui sifat mekanis logam adalah uji tarik (tensile test). Uji tarik adalah suatu metode yang digunakan untuk menguji kekuatan suatu bahan material dengan cara memberikan beban gaya berlawanan arah. 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 ini banyak dilakukan untuk melengkapi data informasi rancangan dasar kekuatan suatu bahan dan sebagai pendukung bagi spesifikasi bahan. Pengujian tarik merupakan salah satu yang paling penting dilakukan, karena dengan pengujian ini dapat memberikan 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. Salah satu dari uji penelitian sifat mekanik dari suatu material adalah uji tarik (tensile test). Uji tarik merupakan salah satu pengujian terhadap material. Uji tarik ini dilakukan dengan memberikan gaya yang sama pada dua sisi benda uji secara berlawanan arah. Uji tarik ini dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat mekanis
dari
material,
sehingga
diharapkan
dapat
digunakan
untuk
mempertimbangkan mempertimbangkan dalam pemilihan material yang tepat. Pada pengujian tarik ini menggunakan
unaxial testing machine.
Sedangkan spesimen yang digunakan adalah baja ST-60 dan baja ST-40. Pada pengujian ini dilakukan dengan mencekam spesiman pada kedua sisinya secara berlawanan sampai spesimen itu patah. Pada pengujian ini dapat diketahui F yield (gaya pada saat yield), F maksimal (gaya terbesar yang mampu ditahan material), Fpatah (gaya pada saat patah). Pada uji tarik, beban uji diberi beban gaya tarik secara kontinu hingga bahan tersebut mengalami patahan, bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan mengenai perpanjangan yang dialami bahan uji. Hasil yang dapat diperoleh dari
pengujian uji tarik ini adalah: regangan, tegangan, elastisitas, batas proporsional, yield point, yield strength, kontraksi, ultimate tensile strength, kurva tegangan – regangan, perpatahan. Untuk mengetahui sifat-sifat suatu bahan adalah dengan melakukan suatu pengujian terhadap bahan-bahan tersebut. Pengujian yang dilakukan ditujukan untuk mengetahui berbagai sifat-sifat seperti struktur sifat pengolahan , sifat mekanik, sifat termal, sifat dalam medan listrik, struktur atom, komposisi kimia dan lain-lain. Disamping itu untuk mengetahui seluruh sifat dari suatu bahan diperlukan suatu pengujian yang rumit dan panjang. Salah satu dari sekian banyak pengujian terhadap material, yang sering digunakan adalah pengujian untuk mengetahui sifat mekanik atau pengujian mekanik. Dan salah satu dari uji penelitian sifat mekanik adalah uji tarik. Pada uji tarik, beban uji diberi beban gaya tarik secara kontinu hingga bahan tersebut mengalami patahan, bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan mengenai perpanjangan yang dialami bahan uji. Hasil yang dapat diperoleh dari pengujian uji tarik ini adalah: regangan, tegangan, elastisitas, batas proporsional, yield point, yield strength, kontraksi, ultimate tensile strength, kurva tegangan – regangan, perpatahan.
1.1.1
Latar Belakang Dalam merancang suatu produk baru, kita harus mengetahui karakteristik dari bahan yang akan digunakan dan sesuai dengan model serta kekuatan dari produk yang akan dibuat. Karena kehandalan suatu produk salah satunya ditentukan oleh sifat dari bahan yang akan digunakan. Bahan penentu utama kekuatan suatu produk adalah kekuatan dari bahannya selain bentuk dan cara memproduksinya. Disamping itu kita juga harus mengetahui sifat-sifat bahan atau material. Salah satunya pengujian yang dapat kita lakukan untuk mengetahui kekuatan suatu material adalah uji tarik. Pengujian mekanik ini bertujuan untuk mengetahui sifat-sifat mekanik dari bahan atau material dalam bentuk kekerasan, kekuatan, kekakuan, ataupun ketangguhan.
-
Kekerasan adalah kemampuan untuk tahan terhadap goresan, pengikisan dan penetrasi.
-
Kekuatan adalah kemampuan suatu bahan untuk menerima tegangan tanpa menyebabakan bahan menjadi patah.
-
Kekakuan adalah kemampuan suatu bahan untuk menerima tegangan atau beban tanpa mengakibatkan terjadinya deformasi.
-
Ketangguhan adalah kemampuan suatu bahan untuk menyerap sejumlah energi tanpa menyebabkan kerusakan. [1]
Sifat bahan yang lainnya yaitu sifat magnet yang dapat diuji dengan menggunakan magnet kemudian didekatkan ke benda uji. Sifat magnet terdiri dari: 1.
Permeabilitas yaitu ukuran kemampuan suatu material berpori untuk mengalirkan medan magnet.
2.
Koersivitas merupakan koefisien dari magnetic stripe yang menunjukkan sejumlah gaya yang diperlukan sebelum jenuhnya (saturasi) magnet dan diukur dalam satuan Oersted (Oe). Ada 2 koefisien magnetic stripe yang umum di pakai yaitu hico ( high coercivity) dan loco ( low coercivity)
3.
Histerisis terjadi pada bahan feromagnetik dan bahan feroelektrik, serta deformasi dari beberapa bahan (seperti karet gelang dan bentuk-memori paduan) dalam menanggapi kekuatan yang bervariasi.
Sifat kimia bahan diuji dengan spektrometer, yaitu alat untuk mengukur spektrum cahaya dan mengukur panjang gelombang serta intensitasnya. Sifat kimia terdiri dari: 1. Reaksi kimia Dalam reaksi kimia, ikatan antara atom-atom akan dipecah dan akan membentuk substansi baru dengan ciri-ciri yang berbeda. Dalam tanur tinggi, besi oksida yang direaksikan dengan karbon monoksida akan membentuk besi dan karbon dioksida. 2. Ketahanan korosi
Bahan korosif merupakan salah satu bahan yang dapat merusak dan mengakibatkan cacat permanen pada jaringan yang terkena bahan korosif .
Sifat fisik adalah sifat yang dapat diukur dan diteliti tanpa mengubah komposisi atau susunan dari zat tersebut terdiri dari : 1.
Ukuran
2.
Massa jenis
3.
Struktur
Sifat teknologi yaitu kemampuan material untuk dibentuk atau diproses. Produk dengan kekuatan tinggi dapat dibuat dibuat dengan proses pembentukan, misalnya dengan pengerolan atau penempaan. Produk dengan bentuk yang rumit dapat dibuat dengan proses pengecoran dari : 1. Mampu mesin 2. Mampu keras [2] 1.1.2
Tujuan Praktikum Praktikum ini bertujuan untuk: 1. Melakukan pengujian tarik maksimum pada “universal Testing Machine.” 2. Menentukan
besarnya
tegangan
tarik
maksimum
(UTS),
tegangan
luluh,tegangan patah,tegangan sebenarnya,True UTS,True Rupture. 3. Menentukan regangan. 4. Menentukan Modulus Elastisitas. 5. Menentukan kontraksi atau prosentase pengecilan penampang. 6. Menentukan dan menggambarkan kurva tegangan regangan untuk spesimen uji 7. Menganalisa regangan yang terjadi di specimen dengan pengujian. 8. Menentukan jenis patahan.
1.2 Dasar Teori
Karbon mempunyai pengaruh dalam sifat baja, semakin banyak karbon maka akan memperkuat baja itu sendiri. Sebaliknya, apabila material mempunyai karbon yang sedikit, maka material itu cenderung lebih lunak.
Karakteristik Baja Karbon
Gambar 1.1. Klasifikasi baja menurut kadar karbon
[2] a. Karbon rendah Campuran logam yang mempunyai kandungan karbon dibawah 0,25% disebut dengan baja karbon rendah. Baja ini bersifat lunak dan mempunyai ductility yang tinggi. b. Karbon Menengah Campuran karbon pada logam diantara 0,25%-0,6%. Logam ini mempunyai kekerasan yang lebih tinggi dari baja karbon rendah dan mempunyai ductility yang lebih rendah dari baja karbon rendah.
c. Karbon tinggi Campuran karbon pada logam diantara 0,6%-1,4%. Logam ini mempunyai kekerasan yang tinggi dan mempunyai ductility yang rendah. AISI-SAE
Standarisasi dengan sistem AISI dan juga SAE merupakan tipe standarisasi dengan berdasarkan pada susunan atau komposisi kimia yang ada dalam suatu baja. Ada beberapa ketentuan dalam Standarisasi baja berdasarkan AISI atau SAE, yaitu : Dinyatakan dengan 4 atau 5 angka:
1.
Angka pertama menunjukkan jenis baja.
2.
Angka kedua menunjukkan: a. Kadar unsur paduan untuk baja paduan sederhana. b. Modifikasi jenis baja paduan untuk baja paduan yang kompleks.
3.
Dua angka atau tiga angka terakhir menunjukkan kadar karbon perseratus persen.
4.
Bila terdapat huruf di depan angka maka huruf tersebut menunjukkan proses pembuatan bajanya.
Contoh standarisasi Baja karbon dengan AISI-SAE : SAE 1045, berarti : Angka 1 : Baja Karbon Angka 0 : Persentase bahan alloy (tidak ada) Angka 45 : Kadar karbon (0.45% Karbon)
Tabel 1.1 Baja kualitas tinggi Standard AISI dan SAE
1.2.1
Baja ST 40 DAN ST 60
ST 40 merupakan kependekan dari stahl 40 yang artinya bahwa baja ini dengan kekuatan tarik ≤ 40 kg/mm².( Diawali dengan ST dan diikuti bilangan yang menunjukkan kekuatan tarik minimumnya dalam kg/mm²) Baja ST 40 termasuk baja karbon rendah dengan kandungan karbon kurang dari 0,25 %, Baja ST 40 ini secara teori mempunyai nilai kekerasan yang lebih rendah dibandingkan dengan besi cor,dengan adanya perlit dan ferit karena perlit yang ada lebih banyak daripada ferit.
Sifat mekanik baja ST 40: Kekuatan tarik 42 – 50 kgf/mm
2
Perpanjangan minimal 20 % dari panjang semula Kandungan karbon <0,25 % Yield Strength minimal 23 kgf/mm
2
Ultimate Strength 50 kgf/mm2 Kekerasan yang diperoleh dengan metode Brinell 129 – 140 kgf/mm
2
Aplikasi baja ST 40 antara lain : Digunakan untuk kawat,paku,wire mesh,peralatan automotif dan sebagai
bahan baku welded fabrication (kisi-kisi jendela atau pintu dan jeruji) Aplikasi khusus seperti untuk kawat elektroda berlapis untuk keperluan
pengelasan
Gambar 1.2 Kawat ST 40
[3]
Gambar 1.3 Paku ST 40
[4]
Tabel 1.2. Komposisi Kimia Baja ST 40
[5]
Gambar 1.4 Material Baja ST 40 [6]
ST 60 merupakan kependekan dari stahl(baja) 60 yang artinya 2,
mempunyai kekuatan tarik 60 kg/mm Baja ST 60 ialah baja dengan kandungan C maksimum 0,452%, S = 0,009%, P = 0,011%,(Metalic Material Specification hand book, Robert B Ross) baja karbon rendah yang mempunyai kekuatan tarik sebesar 60 kg/mm atau 60 MPa.
Tabel 1.3 Komposisi Kimia Baja ST 60
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Nama Unsur Iron/Ferro Manganese Carbon Silicon Chromium Tungsten Nikel Phosporus Sulfur Niobium Copper Molybdenum Aluminium Vanadium Titanium
Simbol Fe Mn C Si Cr W Ni P S Nb Cu Mo Al V Ti
Nilai 98,41 0,692 0,452 0,220 0,113 0,04 0,047 0,011 0,009 0,01 0,004 0,004 0 0 0 [7]
Gambar 1.5 Struktur mikro baja ST 60
[6] Baja ini mempunyai kandungan karbon 0,452%C. yang termasuk baja karbon menengah. Menurut TJ Rajan (1997), baja ST 60 adalah baja yang memiliki kadar karbon 0,3%C sampai 0,6%C Sifat mekanik baja ST 60:
Tegangan Luluh () 1100 Mpa
Kekuatan Tarik 1174 Mpa
Perpanjangan (e). 13 %
Area Reduksi (A) 53,8 %
Memiliki kekuatan tarik sebesar 60 kgf/mm.
Kandungan karbon dalam kategori sedang antara 0,25% < C < 0,55%.
Memiliki nilai kekerasan antara 170-195 (kgf / mm²).
Aplikasi baja ST 60 antara lain : 1.
Digunakan sebagai bahan baku connecting rods , crank pins, axles.
2.
Aplikasi khusus seperti untuk crankshaft, rel kereta api, obeng, auger bits dan boiler.
Gambar 1.6 Connecting Rod Baja ST-60
[8]
Gambar 1.7 Crank pins ST-60
[8]
1.2.2
Tegangan Tegangan ( Stress )
Tegangan didefinisikan sebagai tahanan terhadap gaya-gaya luar. Ini diukur dalam bentuk gaya yang ditimbulkan per satuan luas. Dalam praktek teknik, gaya umumnya diberikan dalam pound atau newton, dan luas yang 2
2
menahan dalam inch atau mm . Akibatnya tegangan biasanya dinyatakan dalam 2
2
pound/inch yang sering disingkat psi atau Newton/mm (Mpa). Tegangan yang dihasilkan pada keseluruhan benda tergantung dari gaya yang bekerja,
Gambar.1.8 Ilustrasi bagaimana uji tarik menghasilkan sebuah perpanjangan dan regangan
[2]
Adapun yang dimaksud dengan tegangan adalah perbandingan antara beban proporsional yang diberikan terhadap luas penampang atau dapat dirumuskan sebagai berikut :
Dimana :
=
2
= tegangan ( N/mm )
F
= beban proporsional (N) 2
Ao = luas penampang (mm ) [9]
1.2.2.1 Tegangan Sebenarnya ( True Stress )
Adalah total beban dibagi luas penampang spesimen akhir, tegangan ini merupakanhasil pengukuran tegangan sesungguhnya pada benda uji. σ
1
=
F Au
2
dimana :
2
= tegangan ( N/mm )
F = beban proporsional (N) Au = luas penampang ( mm ) [2]
Gambar 1.9 Ilustrasi Material saat Rupture
1.2.2.2 Tegangan Engineering ( Engineering Stress)
Tegangan engineering adalah perbandingan antara beban proporsional yang diberikan terhadap luas penampang,atau dapat dirumuskan sebagai berikut: =
dimana
F A0
2 : = tegangan ( N/mm )
F = beban proporsional (N) 2
Ao = luas penampang mula-mula (mm ) [1]
Gambar 1.10 Ilustrasi Engineering Stress
Gambar 1.11 Kurva Tegangan Regangan
Gambar 1.12 Perbandingan Kurva engineering stress dengan true stress
1.2.3
Regangan
Adalah perbandingan antara pertambahan panjang ( L ) dengan panjang mula-mula. Regangan dapat dinyatakan dalam prosntase pertamban panjang, satuannya adalah (%) atau mm/mm atau in/in. Regangan dirumuskan :
L
e =
=
Lo
Lu Lo
100%
100%
Lo
Dimana : e
=
regangan (%)
Lu
=
panjang sesudah patah (m, mm)
Lo
=
panjang mula – mula (m, mm) [1]
Gambar 1.13 Ilustrasi Regangan
[10]
1.2.3.1 Regangan Sebenarnya ( True Strain)
Regangan Sebenarnya adalah perubahan panjang dibagi panjang spesimen mula – mula, regangan ini merupakan hasil pengukuran sebenarnya yang terjadi pada benda uji.
ln
Lu
ln
Lo
Ao Au
dimana :
= regangan (%)
Lu = panjang sesudah patah (m, mm) Lo = panjang mula – mula (m, mm) 2
2
Au = luas penampang benda setelah mengalami pengujian (m ,mm ) 2
2
Ao = luas penampang benda saat keadaan awal (m , mm ) Sedang hubungan antara regangan nominal dengan regangan
yang
sebenarnya u = ln ( e + 1 ) [11]
1.2.3.2 Regangan Engineering ( Engineering Strain)
Regangan Engineering adalah perubahan panjang dibagi panjang spesimen mula – mula, regangan ini merupakan hasil pengukuran secara teoritis
=
Lu Lo
100%
Lo
dimana :
= regangan (%)
Lu = panjang sesudah patah (m, mm) Lo = panjang mula – mula (m, mm)
Regangan juga dapat dipengaruhi oleh luas penampang bahan material, yang dirumuskan sebagai berikut :
e
Ao Au Ao
100%
Keterangan: e = regangan Au = luas penampang benda setelah mengalami
2
2
pengujian (m , mm ) 2
2
Ao = luas penampang benda saat keadaan awal (m , mm ) [2]
/2
Lo
wo
/2 L /2
L /2
Gambar 1.14 Engineering strain
[2]
1.2.4 Elastisitas Deformasi adalah perubahan bentuk luar suatu material yang diakibatkan adanya gaya yang bekerja atau dikenakan pada material tersebut. Benda yang telah terdeformasi tidak dapat kembali ke bentuk semula. Hal-hal yang mempengaruhi deformasi yaitu dislokasi butir. Deformasi elastis terjadi pergerakan dislokasi tidak sampai batas permukaan
Gambar 1.15. Dislokasi elastis
bonds stretch return to initial
F
Gambar 1.16 Elastic Deformation
[4]
1.2.4
Plastisitas Deformasi Plastis berhubungan dengan pergerakan dislokasi dalam jumlah yang sangat besar. Artinya: Deformasi plastis akan tertahan jika pergerakan dislokasi terhambat Deformasi plastis terjadi jika pergerakan dislokasi sampai permukaan. Sehingga ketika tegangan diberi dan dilepas tidak dapat kembali kebentuk semuala.
[3]
Gambar 1.17 screw dislocation
[3]
.
Gambar 1.18. Grafik Elastisitas dan Plastisitas Material
1.2.6 Modulus Elastisitas Modulus elastisitas adalah ukuran kekakuan suatu bahan. Makin besar modulus, makin kecil regangan elastis yang dihasilkan akibat pemberian
tegangan. Modulus elastisitas ditentukan oleh gaya ikat antar atom. Karena gaya-gaya ini tidak dapat diubah tanpa terjadi perubahan mendasar sifat bahannya, maka modulus elastisitas merupakan salah satu dari banyak sifatsifat mekanik yang tidak diubah. Modulus elastisitas baja ST 40 adalah sekitar 197-220Gpa dan ST 60 sekitar 300-340Gpa. Dalam hukum Hooke dinyatakan bahwa tegangan berbanding lurus dengan regangan, perbandingann ini
disebut modulus
elastisitas atau modulus young
e
Keterangan: E: Modulus Elastisitas ( MPa ) 2
2
: Tegangan ( N/m , MPa, kgf/mm ) e: Regangan ( % / mm ) Modulus elastisitas merupakan nilai rancangan yang penting dan digunakan bagi ahli teknik jika ingin merencanakan konstruksi.Hal ini disebabkan karena modulus elatisitas diperlukan untuk menghitung lenturan batang dan anggota struktur yang lain. Modulus elastis ditentukan oleh gaya ikat antar atom, karenan gaya yang tidak dapat diubah tanpa terjadi perubahan mendasar sifat bahannya, maka modulus elastisitas merupakan salah satu sifat mekanik yang tidak mudah diubah. Sifat ini hanya sedikit berubah oleh adanya penambahan paduan, perlakuan panas atau pengerjaan dingin. Modulus biasanya diukur pada suhu tinggi dengan metode dinamik. Berikut ini adalah table nilai E untuk berbagai material.
Tabel 1.4. Nilai Modulus Elastisitas untuk beberapa material Material
E
G
Poisson’s Ratio
(modulus of
( shear
()
elasticity)
modulus )
(GPa)
(GPa)
Cast iron
110
51
0.17
Steel (mild)
207
82
0.26
Alumunium
70
25
0.33
Copper
110
44
0.36
Brass 70/30
100
37
Nickel (cold
215
80
0.30
drawn) Titanium
107
Zirconium
94
36
Lead
18
6.2
0.40
Granite
46
19
0.20
Glass
69
22
0.23
Alumina sintered
325
0.16
Concrete
10-38
0.15
Nylon
2.8
0.4
Phenolic resin
5-7
Rubber, hard
2.8
0.43
P.V.C
3.5
0.4 [13]
Tabel 1.5. Nilai kekuatan tarik beberapa logam
Tabel 1.6. Modulus elastisitas dan kadar carbon dari beberapa jenis baja
\
Modulus elastisitas suatu bahan penting sekali bagi ahli teknik jika merencanakan kontruksi. Modulus elastisitas merupakan salah satu sifat mekanik yang tidak mudah diubah. Sifat ini hanya sedikit berubah oleh adanya penambah paduan, perlakuan panas atau pengerjaan dingin.
1.2.7 Batas Proporsional dan Batas Elastisitas Batas proporsional adalah tegangan tertinggi untuk daerah hubungan proporsional antara tegangan – regangan. Harga ini diperoleh dengan cara mengamati penyimpangan dari garis lurus kurva tegangan – regangan. Sedangkan batas 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 suatu batas yang sama dengan batas elastik -6
sejati ( 2 x 10 inci/inci ) yang diperoleh dengan cara pengukuran regangan mikro. Batas elastik lebih besar daripada batas proporsional. Pengukuran batas elastik memerlukan prosedur pengujian yang diberi beban.
Gambar 1.19 Batas Proporsional dan Elastisitas
[15]
1.2.8 Ultimate Tensile Strength Tegangan tarik adalah tegangan maksimum yang ditahan oleh batang uji sebelum patah. Tegangan tarik juga dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara beban maksimum yang dicpai serlama percobaaan tarik dan penampang batang mula-mula. Tegangan tarik dirumuskan sebgai berikut:
u
F m Ao
Keterangan : u : Tegangan Tarik ( N / mm 2 ) Fm: Beban maximum ( N ) 2
Ao: Penampang batang mula-mula ( mm )
Tabel 1.7. Tegangan Tarik Maksimal
[17]
Untuk logam-logam yang liat tegangan tariknya harus dikaitkan dengan beban maksimum, dimana logam dapat menahan beban sesumbu untuk keadaan yang sangat terbatas. Kekuatan tarik berguna untuk keperluan spesifikasi dan kontrol kualitas bahan. Untuk bahan-bahan yang getas, kekuatan tarik merupakan kriteria yang tepat untuk keperluan
perancangan.
Gambar 1.20 Kurva kekuatan tarik [16] Kurva ini menjelaskan pada daerah elastik tegangan berbanding linear dengan regangan. Namun apabila bahan melampaui nilai yang berkaitan dengan kekuatan luluh, benda mengalami deformasi permanen.Untuk bahan yang getas UTS sama dengan tegangan patah.
Gambar 1.21. Kurva tegangan regangan untuk bahan getas. [16]
1.2.9 Yield Point Yield Point adalah suatu keadaan dimana regangan meningkat sekalipun
tidak ada peningkatan tegangan. Pada baja lunak, jika beban yang bekerja pada tersebut diteruskan hingga diluar batas elastis akan terjadi perpanjangan permanent bahkan pada suatu saat dapat terjadi perpanjangan tanpa ada penambahan beban (batang atau baja lunak bertaambah panjang deengan sendirinya).
Keadaaan ini berlangsung hanya beberapa saat. Yield point
berada di antara batas proporsional dan batas elastic. Posisi yield point ditunjukan gambar di bawah ini:
Yield point
Gambar 1.22. Yield Point
1.2.10 Yield Strength (Kekuatan Luluh) Kebanyakan struktur dirancang untuk memastikan bahwa deformasi elastis hanya akan terjadi ketika dikenai tegangan. Sebuah struktur atau komponen yang telah mengalami deformasi plastis, atau mengalami perubahan permanen dalam bentuk, mungkin tidak mampu berfungsi sebagaimana biasanya. Oleh karena itu untuk mengetahui tingkat stress (tegangan) di mana deformasi plastis dimulai, atau di mana fenomena yielding (luluh) terjadi. Untuk logam fenomena ini bertahap
dari elastis
plastis transisi, titik luluh dapat ditentukan sebagai titik awal dari linearitas dari kurva tegangan-regangan, ini biasanya disebut batas proporsional. Tegangan sesuai dengan perpotongan garis ini dan kurva teganganregangan seperti kurva di wilayah plastis didefinisikan sebagai kekuatan luluh. Perubahan elastis plastis sangat didefinisikan dengan baik dan terjadi tiba-tiba yang disebut sebagai fenomena titik luluh. Pada titik luluh atas (upper yield point ), deformasi plastis dimulai dengan penurunan aktual dalam tegangan. Deformasi kontinu berfluktuasi secara sedikit tentang beberapa nilai tegangan konstan, disebut titik luluh bawah; tegangan meningkat sebagaimana ketika regangan meningkat. Untuk logam yang menampilkan efek ini, kekuatan yield diambil sebagai rata-rata tegangan yang berhubungan dengan titik luluh rendah. Besarnya kekuatan luluh untuk logam adalah besar ketahanannya pada deformasi plastis. Yield plastis dapat berkisar dari 35 MPa (5000 psi) untuk lowstrength suatu aluminium lebih dari 1400 MPa (200.000 psi) untuk kekuatan tinggi baja.
Gambar 1.23. Yield Strength
1.2.11 Kontraksi / Necking Kontraksi adalah pengerutan atau pengecilan luas penampang pada batas penampang. Kontraksi disebut juga dengan perbandingan antara pertambahan luas ( ∆ A ) dengan luas mula-mula.
C
Keterangan : C
Ao
Au
Au
x100 % 2
= kontraksi ( % / mm ) 2
Ao = luas penampang mula-mula ( mm ) 2
Au = luas penampang setelah patah ( mm ) [2]
Gambar 1.24. Beberapa pengujian dan evaluasi bahan industri
Pada diagram diatas menunjukkan adanya proses kontraksi dan necking . Necking terjadi pada saat tegangan maksimum. Hal ini dikarenakan karena
pada saat tegangan maksimum maka bebanpun mencapai maksimum pada batang uji sehingga terjadi pengecilan penampang setempat ( local Necking ), dan pertambahan panjang akan terjadi di sekitar necking tersebut. Peristiwa seperti ini hanya terjadi pada logam yang ulet, sedang pada logam-logam yang lebih getas tidak terjadi necking dan logam itu akan putus pada saat beban maksimum. [20]
1.2.12 Skema perubahan struktur atom pada perpatahan.
Gambar 1.25. Tahapan perpatahan [2] Dari gambar 1.14 diatas kita dapat melihat bagaimana cara terjadinya perpatahan : a.
Menunjukkan serat atau butiran masih membentuk, pada tempatnya masing-dan diameter batang uji mulai mengecil.
b.
Menunjkkan serat atau butiran mudah memisah menuju tempat masing-masing.
c.
Menunjukkan batang uji mulai retak.
d.
Menunjukkan batang uji sudah mulai akan patah.
e.
Menunjukkan batang uji sudah patah.
Jenis-jenis perpatahan Jenis-jenis perpatahan yang terjadi dalam pengujian : a. Material dengan keuletan tinggi (Gambar 1.19a)
Pada patahan ini material mengalami necking sebelum patah, hal ini terjadi karena material memiliki keuletan yang tinggi. Sehingga material mengalami peregangan hingga akhirnya patah. Contoh : ST 37.11 dan ST 40. b. Material dengan keuletan sedang (Gambar 1.19b) Pada patah jenis ini, material tidak mengalami necking, hanya saja material juga mengalami sedikit peregangan sebelum patah. Contoh : ST 60 c. Material getas (Gambar 1.19c) Pada patah ini material tidak mengalami necking, karena material tidak memiliki keuletan, sehingga langsung patah. Bentuk perpatahannya datar. Contoh : besi cor.
Gambar 1.26. Jenis-jenis patahan [2]
Gambar 1.27. Macam-macam Patahan
[12]
1.
Flat Granular cleavage
Perpatahan jenis ini terjadi pada spesimen yang tidak ulet. Perpatahan jenis ini terjadi pada bahan dengan karakteristik nilai kontraksi yang sangat kecil, regangan yang sangat kecil, modulus elastisitas yang sangat besar. Contoh : besi cor, baja karbon tinggi 2.
Cup – cone silky
Perpatahan jenis ini terjadi pada spesimen yang memiliki modulus elastisitas
relatif kecil, sering terjadi pada baja karbon rendah .
Contoh : tembaga, baja karbon rendah 3.
Partial cup cone silky
Perpatahan jenis ini hampir sama dengan jenis perpatahan Cup – cone silky, perbedaannya adalah pada Partial cup cone silky ada sebagian spesimen yang terbawa patahan salah satu spesimen. Contoh : aluminium, plastis 4.
Star fracture
Perpatahan jenis ini terjadi pada spesimen ulet, hal ini bisa dianalisa dari necking atau penyempitan yang relatif panjang. Contoh :baja karbon sedang 5.
Irregular Fibrous
Perpatahan jenis ini terjadi pada spesimen ulet yang memiliki kandungan karbon dan struktur mikro yang tidak seragam. Contoh : baja karbon rendah, aluminium 6.
Cup-cone silky ( flat speciment )
Perpatahan jenis ini sama dengan perpatahan pada Cup-cone silky, hanya saja terjadi pada spesimen yang berbentuk balok
Dilihat dari struktur atomnya
Gambar 1.28 Patahan mterial dilihat dari struktur atomnya Penjelasan Gambar: a. Pertama atom masih berbentuk butir normal, tetapi ikatan antar atom tersebut mulai renggang dan menimbulkan kekosongan butir b. Karena tegangan bertambah, kekosongan butir juga bertambah dan makin renggang mengikuti batas butir c. Kekosongan butir menjadi satu area dan segaris serta mengikuti batas butir d. Terjadilah patahan
1.2.13 Kelentingan Kemampuan
suatu
bahan
untuk
menyerap
energi
pada
waktu
berdeformasi secara elastis dan kembali kebentuk awal apabila bebannya dihilangkan disebut kelentingan. Kelentinganya biasanya dinyatakan sebagai
modulus kelentingan, yakni energi regangan tiap satuan volume yang dibutuhkan untuk menekan bahan dari tegangan nol hingga tegangan luluh 0. [12] U R
1 2
Soeo
1 2
So
Keterangan :
S0 E
S0
2
2 E
σy = Yield Strength eo = Zero-gage-length elongation
Tabel 1.8. Nilai Modulus Kelentingan Beberapa Bahan Bahan
Modulus kelentingan (Psi)
Baja karbon rendah
33,7
Baja pegas karbon tinggi
3,20
Aluminium
17
Tembaga
5,3
Karet
3,00
Polimer arkilik
4 [12]
Gambar. 1.29 . Modulus Kelentingan [2]
1.2.14 Ketangguhan Ketangguhan suatu bahan adalah kemampuan menyerap energi pada daerah plastis. Kemampuan untuk menahan beban yang kadang – kadang di atas tegangan luluh tanpa terjadi patah, dan khususnya diperlukan pada bagian – bagian rantai, roda gigi, kopling mobil barang, dan cangkung kran. Rumus ketangghan = UT = u ef
atau = (( o+u )/2 )ef ( untuk material ulet) dan
UT = 2/3 u.ef
( untuk material getas )
Dimana = UT = Ketangguhan 2
u = tegangan maksimum ( N/mm ) 2
o = tegangan mula (N/mm ) e = regangan [12]
1.2.15 Mulur Mulur adalah perubahan struktur sebagai dari ketergantungan deformasi terhadap waktu. Dan ini erat kaitannya dengan pengaruh temperature terhadap benda uji. proses aktivasi termal menyebabkan terjadinya perubahan struktur misalnya penyepuhan regang, pengendapan, atau kristalisasi. Dan perlu diketahui bahwa pada logam kubik terpusat ruang (kpr) jika temperaturnya turun maka, sedangkan untuk nikel tegangan luluhnya hanya sedikit dipegaruhi oleh temperarur.pada logam – logam lain yang tidak begitu dipengaruhi oleh temperature tetapi eksponen pengerasan regang mengecil dengan bertambahnya temperature. Hasil yang didapatkan adalah kurva tegangan dan regangan menjadi datar apabila temperaturnya bertambah besar dan ketergantungan kekuatan tarik terhadap temperature lebih besar dibanding kekuatan luluhnya. Dan semakin tinggi temperatur maka deformasi
tarik sulit diketahui karena terbentuknya penyempitan setempat pada benda uji. [12] Perpanasan permanen terjadi jika diberikan suatu tegangan yang melampaui batas elastis. Perpanjangan tersebut dinamakan deformasi plastis dan tegangan terendah dimana deformasi plastis terjadi disebut tegangan mulur. Pada bahan berkristal , mulurnya sangat berbeda. Unsur mulur utama didalam kristal adalah: 1.
Slip (pergeseran)
Paling sering teramati.Slip merupakan deformasi plastis.Slip terjadi dalam arah yang diduduki atom lebih banyak.Bidang slip adalah bidang yang paling banyak diduduki atom atau bidang berikutnya kurang diduduki atom. Fungsi dari bidang slip yaitu :
Mengetahui mudah atau tidaknya benda terdeformasi
Mengetahui ketahanan struktur atom tersebut
Tabel 1.10. Sistem Slip pada Kristal Utama
[21]
2. Kembaran(Twinning) Kembaran merupakan mekanisme mulur yang lain didalam bahan logam. Umumya karena tegangan yang menyebabkan kembaran lebih besar daripada tegangan yang diperlukan untuk slip didalam kristal dimana tegangan mulur bertambah pada temperatur rendah.Kadang kembaran mendahului slip deformasi temperatur rendah.Pada bagian kembaran,menunjukkan orientasi yang berbeda dari kristal sekelilingnya,karena itu dapat diamati walaupun setelah dipoles dan
di tes ulang.Tidak ada perubahan orientasi kristal pada slip,Tetapi dapat terjadi tangga pada permukaan.yang tidak terlihat setelah pemolisan ulang.
Gambar 1.30. menunjukan perbedaan antara slip dan kembaran. (a) Garis slip pada alumunium akibat dideformasi pada temperature kamar. (b) Deformasi kembar akibat kecepatan tinggi pada Fe pada 196 K. 3. Mulur Tak Continue Mulur terjadi secara tidak continue pada baja sampai baja karbon medium, logam bcc yang mengandung ketidak murnian seperti C, N, dsb dan berbagai paduan seperti Al-Mg, Al-Cu, Al-Li, Cu-Zn dst.
Gambar 1.31. Perkembangan Deformasi Tak Continue ( Lueders ) a.
Kurva tegangan-regangan besi murni.
b.
Perambatan deformasi Lueders (daerah-daerah), pada permukaan batang uji dengan regangan 1-5 pada batas mulur.
4. Mulur Continue Tegangan mulur yang continue ditentukan oleh besarnya regangan sisa, kekuatan mulur didapat pada tegangan yang menyebabkan perpanjangan 0.2%. Seperti telah dikemukakan terdahulu, bagian lurus dari kurva dan modulus elastis tidak akan berubah karena deformasi plastis, oleh karena itu untuk mendapatkan
tegangan mulur, ukuran deformasi 0.2% dari pada sumbu tegangan, kemudian tarik sejajar dengan bagian kurva yang lurus memotong kurva pada titik C, tinggi titik C menyatakan tegangan mulur. Cara ini dinamakan metode offset .
Gambar 1.32. Hubungan Tegangan-Regangan pada bahan mulur kontinyu [21] Dari kurva di atas batas luluh didapat dengan menarik garis dari 0,02% nilai regangan. Untuk beberapa logam non-ferro dan baja-baja keras, yield point sukar dideteksi begitu pula batas limitnya. Oleh karena itu dinyatakan perpanjangan non proposional adalah misalnya 0.2%. Angka tersebut off-set. [12] a) Kembaran ( twinning ) Kembaran merupakan mekanisme mulur yang lain di dalam bahan logam.
Umumnya karena tegangan yang menyebabkan kembaran lebih
besar daripada tegangan yang diperlukan untuk slip didalam kristal dimana tegangan mulur bertambah pada temperature rendah, kadang kembaran mendahului slip deformasi temperature rendah. Pada bagian kembaran, menunjukkan orientasi yang berbeda dari kristal sekelilingnya, karena itu dapat diamati walaupun setelah dipolis dan dites ulang. Tidak ada perubahan orientasi kristal pada slip, tetapi dapat terjadinya tangga pada permukaan, yang tidak terlihat setelah pemolisan ulang. Gambar 1.18 menunjukkan perbedaan antara slip dan kembaran.
Gambar 1.33. Slip dan kembar pada permukaan kristal. [21] a. Garis slip pada alumunium akibat dideformasi pada temperature kamar. b. Deformasi kembar akibat kecepatan tinggi pada Fe pada 196 K b) Mulur Tak Continue Mulur terjadi secara tidak continue pada baja sampai baja karabon medium, logam bcc yang mengandung ketidak murnian seperti C, N, dsb dan berbagai paduan seperti Al-Mg, Al-Cu, Al-Li, Cu-Zn dst.
Gambar 1.34. Perkembangan Deformasi Tak Continue (Lueders) c.Kurva tegangan-regangan besi murni. d.Perambatan deformasi Lueders (daerah-daerah), pada permukaan batang uji dengan regangan 1-5 pada batas mulur.
c) Mulur yang Continue Tegangan mulur yang continue ditentukan oleh besarnya regangan sisa yang ditunjukkan pada gambar 1.8. kekuatan mulur didapat pada tegangan yang menyebabkan perpanjangan 0.2%.
seperti terlah
dikemukakan terdahulu, bagian lurus dari kurva dan modulus elastis tidak akan berubah karena deformasi plastis, oleh karena itu untuk mendapatkan tegangan mulur, ukurkan deformasi 0.2% dari pada sumbu tegangan, kemudian tarik sejajar dengan bagian kurva yang lurus memotong kurva pada titik C, tinggi titik C menyatakan tegangan mulur. Cara ini dinamakan metode offset atau disebut metode tegangan mulur atau tegangan uji 0.2%.
Gambar 1.35. Hubungan Tegangan-Regangan pada bahan yang mulur kontinu, dan cara memperoleh kekuatan mulur. [21]
Aplikasi Uji Tarik Di Dunia Industri
Aplikasi pengujian tarik salah satunya adalah pada pengujian tulangan (besi beton). Pemeriksaan dimaksudkan untuk mengetahui mutu tulangan besi beton yang dipakai. Diambil sample pada tiap jenis diameter tulangan sepanjang 1 meter. Setiap satu meter besi mewakili 100 ton material besi yang datang. Sampel tersebut kemudian dibawa ke laboratorium untuk dilakukan pengujian kuat tarik dan lengkung statis baja. Pemeriksaan visual tulangan
Yang meliputi pemeriksaan diameter tulangan yang dipakai dengan jangka sorong dan pemeriksaan tulangan terhadap cacat l uar
Pengujian tarik tulangan
Dalam pengujian tarik besi beton akan terukur berapa kekuatan material, pengujian ini ditujukan agar penggunaan material dapat dilasifikasikan sesuai fungsi yang benar
1.2.15 Contoh Soal tentang Uji tarik
Sebuah benda uji logam memiliki penampang segiempat dengan ukuran 10,8 mm x 12,5 mm ditarik dengan gaya 34300 N sehingga hanya menghasilkan deformasi elastis.Diberikan modulus elastis sebesar 79 GPA,Hitung regangannya? Diketahui : Benda uji logam = 10,8 mm x 12,5 mm 9
F= 34300 N
E= 79 GPA = 79 x 10 Pa
Ditanya : e (regangannya) Solusi : -3
A = 12.5 x 10 x 10.8 10 -6
-3ԑ
2
= 135 x 10 m F 34300
= A0 = 135 x 10
= 254.1 10
6
E=
=
ԑ=
-6
= 0.00322
1.3 Metodologi Penelitian
Dalam melakukan penelitan diperlukan prosedur untuk mendapatkan hasil yang maksimal. Maka dari itu dibutuhkan peralatan percobaan yang memadai untuk melakukan penelitian. 1.3.1 Peralatan Percobaan
Peralatan dan bahan yang digunakan dalam pengujian tarik : 1.3.1.1 Alat Alat Pengujian
1. Vernier Caliper
Gambar. 1.36. Vernier Caliper
[23]
2. Spidol/Marker
Gambar 1.37. Spidol/Marker
[23] 3.
Palu dan Batang besi
Gambar 1.38 Palu Besi/Besar
[23] 4. Universal Testing Machine 1. 2. 3.
4.
7.
5.
6.
9.
8. Gambar. 1.39. Universal Testing Machine
[23]
Gambar 1.40. Penggaris ( Universal Testing Machine )
[23] Keterangan : 1. Dial indicator, penunjuk nilai kekuatan spesimen 2. Jarum penunjuk, terdapat 2 jarum : a. Jarum merah : menunjukan pada pengujian tekan b. Jarum hitam
: menunjukan pada pengujian tarik
3. Pencekam atas specimen. 4. Perseneling untuk mengatur kecepatan tarik atau tekan.
5. Tuas untuk memposisikan mesin tarik atau tekan. 6. Pencekam specimen bawah. 7. Penutup upper damping head. 8. Pelepas beban, berisi oli untuk pelumas mesin 9. Pompa hidrolik, pengatur kekuatan tekan/tarik mesin.
1.3.1.2. Bahan
Test piece (batang uji) baja ST-40 dan ST-60 (standar ASTM)
Gambar. 1.41. Baja ST 60 dan ST 40
[23] 1.3.2
Langkah Pengujian Langkah dan Diagram Alir Pengujian
Langkah-langkah pengujian dalam uji tarik ini yaitu : 1. Ambil spesimen batang uji 2. Memberi tanda garis menggunakan spidol ditengah-tengah batang uji 3. Menghitung panjang awal batang (Lo) 3x. 4. Mengukur diameter awal batang uji (Do) 3x 5. Memasang spesimen pada upper damping head 6. Memposisikan hand lever pada posisi tekan 7. Menggerakkan tuas perseneling pada posisi cepat. 8. Menaikkan lower damping head 9. Menunggu sampai posisi lower damping head pas dengan batang uji. 10. Memasang benda kerja pada upper damping head 11. Memastikan batang uji tercekam dengan baik 12. Menggerakan hand lever pada kecepatan persneling paling lambat. 13. Menghidupkan mesin.
14. Mengamati dan membaca besarnya tegangan saat yield, maksimal dan patah serta besarnya. 15. Melepas spesimen dari pencekam. 16. Mengambil gambar spesimen setelah patah 17. Melepas benda kerja dari pencekam. 18. Mengambil gambar spesimen setelah patah. 19. Mengukur panjang dan diameter spesimen setelah patah
Diagram Alir Pengujian: start
Ambil spesimen batang uji
Memberi tanda garis menggunakan spidol ditengah-tengah batang uji
Menghitung panjang awal batang (Lo) 3x
Mengukur diameter awal batang uji (Do) 3x
Memasang spesimen pada upper damping head
Memposisikan hand lever pada posisi tekan
Menggerakkan tuas perseneling pada posisi cepat
Menaikkan lower damping head.
Menunggu sampai posisi lower damping head pas dengan batang uji
A
A
Memasang benda kerja pada upper damping head
No
Memastikan batang uji Tercekam dengan baik
Yes
Menggerakan hand lever pada kecepatan persneling paling lambat
Menghidupkan mesin
Menunggu spesimen hingga patah
------
Mengamati dan membaca besarnya tegangan saat yield, maksimal dan patah serta besarnya
Melepas spesimen dari pencekam
Mengambil gambar spesimen setelah patah
Mengukur panjang dan diameter spesimen setelah patah
FINISH
1.4 PEMBAHASAN A. Data Hasil Percobaan
Baja ST 40 Tabel 1.11. Data uji tarik baja ST 40 NO
Do
Lo
Du
Lu
Fy
Fm
Ff
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
(kN)
(kN)
(kN)
1.
12,2
53
7
64,5
U=55
61
40
2.
12,25
53
7,2
64,55
L=54
3.
12,20
53
7
64,5
Ly=13mm
Lm=17mm
Lf=22mm
Baja ST 60 Tabel 1.12. Data uji tarik baja ST 60 NO
Do
Lo
Du
Lu
Fy
Fm
Ff
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
(kN)
(kN)
(kN)
1.
12,4
52,5
9,6
63,5
U=55
96
82
2.
12,3
52,5
9,6
63,4
L=53
3.
12,3
52,4
9,4
63,4
Ly=7,5mm
Lm=17,5mm
Lf=27,5mm
B. Pengolahan Data
Baja ST 40 Tabel 1.13. Pengolahan data Do baja ST 40
2
Standar
Error (E)
Keseksamaan
Do
(Do-Do)
(Do-Do)
deviasi ()
( %)
12,2
- 0,02
0.0004
0.017
0.14
99.86
12,25
0,03
0.0009
12,2
-0,02
0,0004
D0= 12,22
∑= -0,01
∑=0,0017
Standar
Error (E)
Keseksamaan
∑ () √ Error
=
Keseksamaan
= 100% - 0.137 = 99.98%
Ralat Nisbi
= 100% - 99.98% = 0.137
(K)
(%)
= 0.137
Tabel 1.14. Pengolahan data Lo baja ST 40
2
Lo
(Lo-Lo)
(Lo-Lo)
deviasi ()
( %)
53
0
0
0
0
53
0
0
53
0
0
L0= 53
∑= 0
∑=0
(K)
(%)
100
∑ ( ) √
Error
=
=0
Keseksamaan Keseksamaan
= 100% - 0 = 100%
Ralat Nisbi
= 100% - 100% = 100%
Tabel 1.15. Pengolahan data Du baja ST 40
2
Standar
Error (E)
Keseksamaan
Du
(Du-Du)
(Du-Du)
deviasi ( ()
( %)
7
-0.01
0.0001
0.007
0.098
99.902
7.2
0.01
0.0001
7
-0.01
0.0001
Du= 7.1
∑= -0.01
∑= 0.0003
Standar
Error (E)
Keseksamaan
∑ () √
Error
=
Keseksamaan Keseksamaan
= 100% - 0.000985 = 99.99%
Ralat Nisbi
= 100% - 99.99% = 0.000985
(K)
(%)
= 0.000985
Tabel 1.16. Pengolahan data Lu baja ST 40
2
Lu
(Lu-Lu)
(Lu-Lu)
deviasi ( ()
( %)
64,5
-0.02
0.0004
0.017
0.026
64,55
0.03
0.0009
64,5
-0.02
0.0004
Lu= 64.52
∑= -0,01
∑= 0,0017 0,0017
(K)
(%)
99.974
∑ () √
Error
=
= 0.002
Keseksamaan Keseksamaan
= 100% - 0.002 = 99.98%
Ralat Nisbi
= 100% - 99.98% = 0.002
Penghitungan a. Luas Penampang - Luas mula – mula – mula mula Ao
4
d o
2
4
12.22
2
2
117.22mm
Luas Akhir Au
4
d u
2
4
7.1
2
39.572mm
2
- Kontraksi C = ((Ao – ((Ao – Au) Au) /Ao)x 100% =( (117.22 – (117.22 – 39.572) 39.572) /117.22) x 100% = 66.24 % b. Engineering Stress - Kekuatan luluh
y
F y
55
2
117.22
Ao
0.4692kN / mm
= 469.2 Mpa
- Kekuatan luluh low
y
F y Ao
54
2
117.22
0.460kN / mm 460 Mpa
-Kekuatan tarik maksimal
m
F m ax Ao
61 117 117 .22
0.5203 k N / mm
2
520 520 .3 Mpa
- Tegangan patah
f
F f
40
Ao
2
117.22
0.3412kN / mm 341.2 Mpa
c. True stress - True strenght pada saat patah
F f
40
Au
2
39.572
1.011kN / mm 1011 Mpa
d. Engineering Strain Regangan saat yield point e yUp
Ly
13 mm
0.24
55
Lo
Regangan saat maksimum
em
Lm
17 mm
Lo
0.321
53
Regangan saat patah
e f
Lf
L o
22 mm
0.415 415
53
Perpanjangan Perpanjangan (Elongation)
e
L o
Lu
Lo
64 .52 53
x100 100 %
53
x100 100 %
21 .736 736 %
Regangan sebenarnya sebenarnya (True ( True strain)
e 1 ln
e 1 ln
Ao
ln
Au Lu
117 117 .22
1.086 086
39.572 572
ln
64.52
L o
0.1967
53
Modulus elastis
E
y
e y
0.4692 0.245
1.915kN / mm
2
1915 Mpa
Baja ST 60
Tabel 1.17. Pengolahan data Do baja ST 60
2
Standar
Error (E)
Keseksamaan
Do
(Do-Do)
(Do-Do)
deviasi ()
( %)
12.4
0.07
0.0049
0.031
0.251
99.749
12.3
-0.03
0.0009
12.3
-0.03
0.0009
D0= 12.33
∑= 0.01
∑=0.0058
Standar
Error (E)
Keseksamaan
∑ () √ Error
=
Keseksamaan
= 100% - 0.137 = 99.9975%
Ralat Nisbi
= 100% - 99.9975% = 0.0025
(K)
(%)
= 0.0025
Tabel 1.18. Pengolahan data Lo baja ST 60
2
Lo
(Lo-Lo)
(Lo-Lo)
deviasi ()
( %)
52.5
0.05
0.0025
0.0353
0.067
52.5
0.05
0.0025
52.4
-0.05
0.0025
L0= 52.45
∑= 0.05
∑=0.0075
(K)
(%)
99.93
∑ ( ) √
Error
=
= 0.0006
Keseksamaan
= 100% - 0.0006 = 99.99%
Ralat Nisbi
= 100% - 9.99% = 0.001%
Tabel 1.19. Pengolahan data Du baja ST 60
2
Standar
Error (E)
Keseksamaan
Du
(Du-Du)
(Du-Du)
deviasi ()
( %)
9.6
0.07
0.0049
0.0667
0.699
99.301
9.6
0.07
0.0049
9.4
-0.13
0.0169
Du= 9.53
∑= 0.01
∑= 0.0267
Standar
Error (E)
Keseksamaan
∑ () √ Error
=
Keseksamaan
= 100% - 0.22 = 99.978%
Ralat Nisbi
= 100% - 99.978% = 0.22
(K)
(%)
= 0.22
Tabel 1.20. Pengolahan data Lu baja ST 60
2
Lu
(Lu-Lu)
(Lu-Lu)
deviasi ()
( %)
63.5
0.07
0.0049
0.0334
0.053
63.4
-0.03
0.0009
63.4
-0.03
0.0009
Lu= 63.43
∑= 0.01
∑= 0.0067
(K)
(%)
99.947
∑ () √
Error
=
= 0.0005
Keseksamaan
= 100% - 0.0005 = 99.99%
Ralat Nisbi
= 100% - 99.99% = 0.001
Penghitungan a. Luas Penampang - Luas mula – mula Ao
4
d o
2
4
12.33
2
2
119.34mm
- Luas Akhir Au
4
d u
2
4
9.53
2
71.294mm
2
- Kontraksi C = ((Ao – Au) /Ao)x 100% =( (119.34 – 71.294) /71.294) x 100% = 67.39 % c. Engineering Stress - Kekuatan luluh low
y
F y
53
Ao
2
119.34
0.444kN / mm
= 444 Mpa
- Kekuatan luluh up
y
F y
55
Ao
2
119.34
0.461kN / mm 461 Mpa
-Kekuatan tarik maksimal
m
F m ax Ao
96 119 .34
0.804 k N / mm
2
804 Mpa
- Tegangan patah
f
F f
82
2
119.34
Ao
0.687kN / mm 687 Mpa
c. True stress - True strenght pada saat patah
F f
82
Au
2
71.294
1.150kN / mm 1150 Mpa
d. Engineering Strain Regangan saat yield point
e yUp
Ly
7.5mm
0.143
52 .45
Lo
Regangan saat maksimum Lm
em
17 .5mm
0.3336
52 .45
Lo
Regangan saat patah
e f
Lf
27 .5mm
0.524
52 .45
Lo
Perpanjangan (Elongation)
e
Lo
Lu
Lo
x100 %
63.43 52.45 52.45
x100 %
Regangan sebenarnya (True strain)
e1
ln
Ao
ln
Au
e 1 ln
L u
119 .34
0.5152
71.294
ln
L o
63.43
0.19
52.45
Modulus elastis
E
y
e y
0.444 0.143
3.104kN / mm
2
3104 Mpa
20.93%
1.4.3 Analisa Hasil Percobaan 1.4.3.1 Analisis Data
KETERANGAN
BAJA ST-40
BAJA ST-60
Kekuatan luluh upper
330 MPa
405,5 MPa
Kekuatan luluh lower
304 MPa
397 MPa
Kekuatan tarik
462 MPa
638,6 MPa
Tegangan patah
473 MPa
620 MPa
Kontraksi
66,91 %
29,11 %
1430 MPa
876 MPa
True Strain / Regangan Sejati
1110 MPa
344 MPa
Modulus elastisitas
82990 MPa
2141,7 MPa
True
Strength
/
Tegangan
Sejati
Analisis Data
1200
1000
800 Engineering
600
TRUE 400
200
0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Grafik tegangan regangan baja ST 40
Analisa : Pada ST 40 Titik awal dari pengujian tarik, dari titik awal ke yield point tegangan masih sebanding dengan regangan dan belum terjadi deformasi. Mulai dari titik yang bernilai 330 MPa terjadi penurunan tegangan secara tiba-menjadi 304 MPa. Hal ini yang disebut titik luluh atas dan bawah. Awal deformasi plastis ditandai dengan terjadinya penurunan tegangan secara tiba-tiba yang merupakan indikasi titik luluh atas dan bawah.
1400 1200 1000 800 engineering 600
TRUE
400 200 0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Grafik tegangan regangan baja ST 60
Analisa : Pada ST 60 Titik awal dari pengujian tarik, dari titik awal ke yield point tegangan masih sebanding dengan regangan dan belum terjadi deformasi. Mulai dari titik yang bernilai 405,5 MPa terjadi penurunan tegangan secara tiba-menjadi 397 MPa. Hal ini yang disebut titik luluh atas dan bawah. Awal deformasi plastis ditandai dengan terjadinya penurunan tegangan secara tiba-tiba yang merupakan indikasi titik luluh atas dan bawah.
1400 1200 1000 800 600 400
Engineering_ST-40 TRUE_ST-40 engineering_ST-60
200
TRUE_ST-60 0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Analisa: Perbandingan ST 40 dan ST 60 dapat diketahui dari kurva regangan dan tegangan bahwa baja ST 40 memiliki sifat lebih keras dibandingkan baja ST 60.
Pada Pengujian
Pada Spesimen
Lo
Lu
Lf
ST 40
53
64.52
11.52
13
ST 60
52.45
63.43
10.98
13
l
Analisa Perbedaan nilai antara panjang di mesin dengan saat pengukuran dengan penggaris
Perbedaan panjang yang terjadi antara nilai di mesin uji tarik dengan alat ukur penggaris karena pada saat di ukur dengan penggaris kita hanya mengukur panjang specimen dari setelah pengujian penampang yaitu dimulai dari UTS sampai putus Sedangkan apabila dengan mesin uji tarik hasil nilai pengukuran lebih panjang karena pada mesin uji tarik di ukur dari saat benda awal di tarik sampai mengalami patahan.
1.5 KESIMPULAN dan SARAN A. Kesimpulan
1.Uji tarik untuk melengkapi informasi rancangan dasar kekuatan suatu bahan dan sebagai data pendukung bagi spesifikasi bahan. 2. Dari percobaan didapatkan data sebagai berikut : Tabel 1.21. Hasil pengolahan data KETERANGAN
BAJA ST-40 469.2 Mpa
Kekuatan luluh Up Kekuatan luluh low
460Mpa
BAJA ST-60 461 Mpa
444Mpa
Kekuatan tarik
520 .3 Mpa
804 Mpa
Tegangan patah
341.2 Mpa
687 Mpa
Kontraksi
66.24 %
67.39%
True
Strength
/
Tegangan
1011 Mpa
1150 Mpa
Sejati True Strain / Regangan Sejati
1.086
0.5152
1915 Mpa
Modulus elastisitas
3104 Mpa
Secara teori Baja ST-60 seharusnya lebih keras dari ST-40, karena butirannya lebih besar dan kandungan karbonnya lebih banyak dan ini terbukti pada pengujian yang kami lakukan. Kekuatan luluh yang terjadi pada ST-40 l ebih besar dari ST-60, ini juga tidak sesuai dengan teori yang ada. Begitu juga dengan modulus elastisitas, ST 40 lebih besar dari ST 60, ini juga tidak sesuai dengan teori yang ada. Hal-hal semacam ini dapat terjadi karena adanya kesalahan dalam proses penarikan oleh mesin, yaitu terjadi slip pada pencekam spesimen. Juga dikarenakan
beberapa
faktor
lain.
Seperti
ketidaktepatan
pengukuran,
ketidakhomogenan material, serta adanya porous yang terdapat pada material uji.
3. Uji tarik merupakan pengujian yang sederhana untuk mengetahui sifat-sifat mekanis suatu bahan. Sifat-sifat mekanis yang diketahui antara lain : a. Tegangan : i. tegangan luluh ii. tegangan maksimum iii. tegangan patah. b. Regangan : i. regangan luluh ii. regangan maksimum iii. regangan patah c. Modulus elastisitas d. Yield point. e. Kontraksi. 4. Bentuk patahan yang terjadi adalah partial cup and cone untuk baja ST-60 dan partial cup and cone untuk baja ST-40.
Gb. 1.41. Bentuk patahan ST-40
Gb. 1.42. Bentuk Patahan ST-60
5. Hasil pengujian yang kurang tepat antara lain dipengaruhi oleh : a. peralatan uji yang kurang presisi. b. Kurang telitian dalam membaca skala. c. Pemasangan batang uji yang kurang tepat. d. Ketidak homogenan material. e. Adanya porous yang terdapat pada benda uji. f. Penyebaran karbon yang tidak merata. g. Pembentukan filet yang tidak sempurna.
6. Baja ST-40 mempunyai tingkat keuletan yang lebih tinggi dari pada baja ST-60. hal ini disebabkan karena baja ST-60 memiliki kadar karbon yang lebih tinggi dari pada ST-40.
B. Saran
1. Dalam melakukan pengujian, ukurlah perubahan panjang bahan tiap titik, antara lain pada saat tegangan luluh, tegangan maksimum dan tit ik sampel pada waktu mendapatkan perbandingan. 2. Ukur pula diameter benda uji supaya didapat perubahan luas penampang setiap perubahan tegangan. 3. Bagilah tugas untuk setiap orang agar pengujian terhadap tiap titik lebih teliti.
