LAPORAN
“MAKALAH PENGETAHUAN BAHAN” UJI TARIK DAN UJI IMPACT
Disusun oleh : KELOMPOK 3 ADE G S 208131001 CANDR CANDRA A BILL BILLY Y A 2081 208131 31006 006 IRNA JANUATI 208131014 ROBBI RAHMAN F 208131020 208131020 TAUFIK NASRUL A 208131023 GHENY GHENY FAUZ FAUZANA ANA 207341 207341037 037 KELAS : 2MEA
TEKNIK MANUFAKTUR POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANDUNG Jl. Kanayakan no. 21, DAGO 40235, Tromol Pos 851 BANDUNG 40008 Phone : 62 022 2500241 Fax : 62 022 2502649 Homepage : http ://www.polman.com, E-mail :
[email protected]
BAB I
BAB I PENDAHULUAN
Pengujian bahan merupakan suatu dasar penelitian dengan tujuan untuk mengetahui sifat-sifat dari sebuah bahan uji, sehingga penggunaan semaksimal dan seaman mungkin bisa dilakukan, dan kerusakan yang mengakibatkan kerugian di dalam bidang teknologi dan ekonomi bisa dihindarkan. Untuk mengetahui sifat-sifat suatu bahan, tentu kita harus mengadakan mengadakan pengujian terhadap bahan tersebut. tersebut. Ada empat jenis uji coba yang biasa dilakukan, yaitu uji tarik (tensile test), test) , uji tekan (compression test), 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. Hasil pengujian sebagai informasi keadaan bahan atau sifat bahan selalu diberikan kepad kepada a indust industri ri sebag sebagai ai pemak pemakai ai baha bahan, n, sehin sehingg gga a penu penulis lisan an hasil hasil peng penguji ujian an haru harus s disesuai disesuaikan kan dengan dengan standar standar penguji pengujian an yang yang telah telah ditentuk ditentukan an oleh standar standar industri industri dari masing-masing negara atau standar industri internasional, yang kita kenal dengan ISO. Dalam kesempatan kali ini, makalah ini akan menjelaskan mengenai uji tarik dan uji impact(kejut).
1.
UJI TARIK ( TENSILE TEST ) Uji tarik mungkin adalah cara pengujian
baha bahan n yang yang pali paling ng mend mendas asar ar.. Peng Penguj ujia ian n ini ini sang sangat at
sede sederh rhan ana, a,
tida tidak k
maha mahall
dan dan
suda sudah h
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 bagaimana bahan
tersebut tersebut bereaks bereaksii terhadap terhadap tenaga tenaga tarikan 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, Instron
dan Dartec.
dan Dartec. 2.
UJI KEJUT ( IMPACT IMPACT TEST ) Sebuah buah
memb member erik ikan an
tes
yang
info inform rmas asii
dira iranca ncang
tent tentan ang g
untuk tuk
baga bagaim iman ana a
spesimen bahan yang diketahui akan merespon tegan gangan
yang
tiba iba-tib -tiba, a,
misa isalnya nya
shock. ck.
Banyak Banyak kompone komponen n yg akan mendapat mendapat beban beban impact impact (dynamic (dynamic loading) loading) dlm pengope pengoperas rasian. ian. Uji Uji
keju kejutt
dike dikem mbang bangka kan n
utk utk
mene menent ntuk ukan an
kekuatan kejut (impact toughness) bahan logam dan non logam terhadap beban kejut.
BAB II
BAB II ISI 1.
Meng Mengap apa a mel melak akuk ukan an Uji Uji Tar Tarik ik? ?
Banyak hal yang dapat kita pelajari dari hasil uji tarik. Bila kita terus menarik suatu bahan (dalam (dalam hal ini suatu logam) logam) sampai sampai putus, putus, kita akan mendapa mendapatkan tkan profil tarikan tarikan yang lengkap yang berupa kurva seperti digambarkan digambarkan pada Gbr.1. Kurva ini
menunjukkan menunjukkan
hubungan hubungan antara gaya tarikan dengan perubahan perubahan panjang. Profil ini sangat diperlukan diperlukan dalam desain yang memakai bahan tersebut
Biasanya yang menjadi fokus perhatian adalah kemampuan maksimum bahan tersebut dalam menahan menahan beban. Kemampuan Kemampuan
ini umumnya disebut "Ultimate Tensile Strength"
disingkat dengan UTS, dalam bahasa Indonesia disebut tegangan tarik maksimum. Hukum Hooke (Hooke's Law ) Untuk hampir semua logam, pada tahap sangat awal dari uji tarik, hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut. Ini disebut daerah linier atau linear zone. zone. Di daerah daerah ini, kurva pertambaha pertambahan n panjang panjang vs beban beban mengikuti aturan Hooke sebagai berikut:
rasio tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan
Stress adalah beban dibagi luas penampang bahan dan strain adalah pertambahan panjang
Stress adalah beban dibagi luas penampang bahan dan strain adalah pertambahan panjang dibagi panjang awal bahan.
Hubungan antara stress dan strain dirumuskan: E=σ/ε Untuk memudahkan pembahasan, Gbr.1 kita modifikasi sedikit dari hubungan antara gaya tarikan dan pertambahan panjang menjadi hubungan antara tegangan tegangan dan regangan (stress vs strain). strain ). Selanjutnya kita dapatkan Gbr.2, yang merupakan kurva standar ketika melakukan eksperimen uji tarik.
E adalah gradien kurva dalam daerah linier, di mana
perbandingan tegangan (σ) dan regangan (ε) selalu tetap.
E
diberi nama
"Modulus
Elastisitas" atau "Young Modulus" . Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan stress seperti ini kerap disingkat kurva SS ( SS curve). curve ).
Bentuk Bentuk bahan bahan yang yang diuji, diuji, untuk untuk logam logam biasanya biasanya dibuat spesimen dengan dimensi seperti
Bentuk Bentuk bahan bahan yang yang diuji, diuji, untuk untuk logam logam biasanya biasanya dibuat spesimen dengan dimensi seperti pada Gbr.3 berikut.
Perubahan panjang dari spesimen dideteksi lewat pengukur regangan (strain gage) yang ditempelkan pada spesimen seperti diilustrasikan pada Gbr.4. Bila pengukur regangan ini mengalami perubahan panjang dan penampang, terjadi perubahan nilai hambatan listrik yang dibaca oleh detektor dan kemudian dikonversi menjadi perubahan regangan. Detail profil uji tarik dan sifat mekanik logam Sekarang akan kita bahas profil data dari tensile test secara lebih detail. Untuk keperluan kebanyakan analisa teknik, data yang didapatkan dari uji tarik dapat digeneralisasi seperti pada Gbr.5 2.
Kita akan membahas istilah mengenai sifat-sifat mekanik bahan dengan berpedoman pada hasil uji tarik seperti pada Gbr.5. Asumsikan bahwa kita melakukan uji tarik mulai dari titik O sampai D sesuai dengan arah panah dalam gambar. Batas elastisσE ( elastic limit ) Dalam Gbr.5 dinyatakan dengan titik A. Bila sebuah bahan diberi beban sampai pada titik A, kemudian kemudian bebannya bebannya dihilangkan dihilangkan,, maka bahan tersebut akan kembali ke kondisi kondisi semula semula (tepatnya (tepatnya hampir kembali ke kondisi semula) semula) yaitu yaitu rega regang ngan an “nol “nol”” pada titik O (lihat inset dalam Gbr.5). 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 sehingga masih masih disebut disebut perubahan perubahan elastis yaitu kurang kurang dari 0.03%, tetapi tetapi sebagian sebagian referensi menyebutkan 0.005% . Tidak ada standarisasi yang universal mengenai nilai ini. [1] Batas proporsional proporsional
proportional limit ) p ( proportional
σ
Titik sampai di mana penerapan hukum Hook masih bisa ditolerir. Tidak ada standarisasi tentang nilai ini. Dalam praktek, biasanya batas proporsional proporsional sama dengan batas elastis. Deformasi plastis ( plastic plastic deformation) deformation) Yaitu perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula. Pada Gbr.5 yaitu bila bahan ditarik sampai melewati batas proporsional dan mencapai mencapai daerah landing . Tegangan luluh atas
stress) uy (upper yield stress)
σ
Tegangan Tegangan maksimum sebelum bahan bahan memasuki memasuki fase daerah landing landing peralihan peralihan deformasi elastis ke plastis. Tegangan luluh bawah
stress) ly (lower yield stress)
σ
Tegangan rata-rata daerah landing sebelum benar-benar memasuki fase deformasi plastis. Bila hanya disebutkan tegangan luluh (yield stress), stress), maka yang dimaksud adalah tegangan ini. Regangan luluh
εy
(yield strain) strain)
Regangan Regangan permanen saat bahan bahan akan memasuki fase deformasi plastis. Regangan elastis
εe
(elastic strain) strain)
Regangan yang diakibatkan perubahan elastis bahan. Pada saat beban dilepaskan
regangan ini akan kembali ke posisi semula. Regangan plastis
εp
( plastic plastic strain) strain)
Regangan yang diakibatkan perubahan plastis. Pada saat beban dilepaskan regangan ini tetap tinggal sebagai perubahan permanen bahan.
Regangan total (total strain) strain) Merupakan gabungan regangan plastis dan regangan elastis,
T
ε
=
e+εp.
ε
Perhatikan beban dengan arah OABE. Pada titik B, regangan yang ada adalah regangan regangan total. Ketika Ketika beban beban dilepaskan, dilepaskan, posisi posisi reganga regangan n ada pada titik titik E dan besar regangan yang tinggal (OE) adalah regangan plastis. Tegangan tarik maksimum TTM (UTS, ultimate tensile strength) Pada Gbr.5 ditunjukkan dengan titik C (σβ),
merupakan merupakan besar besar teganga tegangan n
maksimum yang didapatkan dalam uji tarik. Kekuatan patah (breaking strength) Pada Gbr.5 ditunjukkan dengan titik D, merupakan besar tegangan di mana bahan yang diuji putus atau patah. Tegangan luluh pada data tanpa batas jelas antara perubahan elastis dan plastis Untuk hasil uji tarik yang tidak memiliki daerah linier dan landing yang jelas, tegangan luluh biasanya didefinisikan sebagai tegangan yang menghasilkan regangan permanen sebesar 0.2%, regangan ini disebut offset-strain (Gbr.6)
Perlu untuk diingat bahwa satuan SI untuk tegangan (stress) adalah Pa (Pascal, 2 N/m ) dan strain adalah besaran tanpa satuan.
3. Istilah lain Selanjutnya akan kita bahas beberapa istilah lain yang penting seputar interpretasi hasil uji tarik. Kelenturan (ductility ) Merupakan sifat mekanik bahan yang menunjukkan derajat deformasi plastis yang terjadi sebelum suatu suatu bahan putus atau gagal pada uji tarik. Bahan disebut lentur (ductile) bila regangan plastis yang terjadi sebelum sebelum putus putus lebih dari 5%, bila kurang kurang dari itu suatu bahan disebut getas (brittle). (brittle). Derajat kelentingan (resilience) resilience) Derajat kelentingan didefinisikan sebagai kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase perubahan elastis. Sering disebut dengan Modulus Kelentingan (Modulus 3 of Resilience), Resilience), dengan dengan satuan satuan strain energy per unit volume (Joule/m atau Pa). Dalam Gbr.1, modulus kelentingan ditunjukkan oleh luas daerah yang diarsir. Derajat ketangguhan (toughness) Kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase plastis sampai bahan tersebut putus. Sering disebut dengan Modulus Ketangguhan (modulus of toughness). Dalam Gbr.5, modulus ketangguhan sama dengan luas daerah dibawah kurva OABCD. Pengerasan regang (strain hardening) Sifa Sifatt
keba kebany nyak akan an
loga logam m
yang yang
dita ditand ndai ai
deng dengan an
naik naikny nya a
nila nilaii
tega tegang ngan an
berbanding regangan setelah memasuki fase plastis. Tegangan sejati , regangan sejati (true stress, true strain) Dalam beberapa kasus definisi tegangan dan regangan seperti yang telah dibahas di atas tidak dapat dipakai. Untuk itu dipakai definisi tegangan dan regangan sejati, yaitu tegangan tegangan dan regangan berdasarkan berdasarkan luas penampang penampang bahan bahan secara secara real time. time. Detail definisi tegangan dan regangan sejati ini dapat dilihat pada Gbr.7.
Pengu Pengujian jian tarik tarik ialah ialah pereg peregang angan an dari dari suatu suatu batang batang uji yang yang secara secara kontin kontinu u bertam bertambah bah akibat akibat beban beban yang yang bekerj bekerja a pada pada batang batang uji sampai sampai batan batang g uji terseb tersebut ut putus. Pengujian ini merupakan salah satu bentuk "Pengujian Destructive" dan umum dilakukan pada bahan-bahan Iogam yang akan digunakan dalam lapangan teknik.
Deng Dengan an peng penguj ujia ian n ini ini akan akan dapa dapatt dike diketa tahu hui; i; tega tegang ngan an tari tarik. k. perp perpan anjan janga gan n (regangan). penyusutan penampang (kontraksi), modulus elastis, tegangan mulur atau tegangan uji dari batang uji. Semua batang uji sudah dinormalisasikan. dan 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
B. Mesin Uji Tarik Dilihat dari cara pemberian beban atau gaya tarik pada batang uji maka mesin uji tarik dapat dibedakan menjadi 2 yaitu : 1. Mesin uji tarik mekanik. 2. Mesin uji tarik hidrolik. Mesin uji tarik mekanik, pemberian gaya tarik diperoleh melalui sistem mekanik rodaroda gigi yang digerakkan digerakkan dengan tangan tangan ataupun ataupun dengan dengan motor listrik. Kapasitas Kapasitas mesin uji tarik mekanik ini biasanya relatif rendah dibandingkan dengan mesin hidrolik Mesin uji tarik hidrolik. gaya tarik dihasilkan oleh tekanan minyak didalam silindernya. Kapasitas mesin hidrolik relatif besar dan biasanya mesin ini universal sehingga dapat digunakan untuk melaksanakan beberapa macam pengujian diantaranya : - Pengujian tarik - Pengujian tekan - Pengujian geser - Pengujian lengkung
C. Bentuk dan Ukuran Batang Uji Bentuk dan ukuran batang uji sudah dinormalisasikan, dengan kata lain bahwa batang uji harus mengikuti standar-standar tertentu. Dilihat dari bentuk dan jenis bahan, batang uji tarik dapat digolongkan menjadi 2 yaitu : 1. Batang Uji Proporsional
Yang dimaksud dengan batang uji proporsional adalah panjang batang uji ditentukan dengan mempergunakan rumus :
Dimana : Lo = panjang batang uji k = konstanta So = luas penampang batang uji Konstanta (k) untuk baja dan baja tuang adalah 5,65 untuk logam bukan besi adalah 5,65 atau 11,3 dan besi tuang mampu tempa adalah 3,39
1. Batang Uji Sistem Dp Khusus untuk batang uji dengan penampang bulat diberlakukan juga sistem Dp, yaitu perb perban andi ding ngan an anta antara ra diam diamet eter er dan dan bata batang ng uji. uji. Sesu Sesuai ai deng dengan an stan standa darr indu indust stri ri Indonesia (SII), sistem Dp yang dipakai adalah Dp 10, Dp 5 dan Dp 3. Dp 10 artinya bahw bahwa a panj panjan ang g bata batang ng uji uji (Lo) (Lo) adal adalah ah 10 x diam diamet eter er.. Ukur Ukuran an ini ini juga juga adal adalah ah pendekatan dari konstanta k = 11,3. Dp 5 artinya bahwa panjang batang uji (Lo) adalah 5 x diameter atau pendekatan dari k = 5,65 dan Dp 3 artinya bahwa Lo = 3 x diameter atau pendekatan dari k = 3,39. Berikut ini dilengkapi juga dengan tabel standar batang uji berdasarkan SII. 0148 - 76. Tabel la untuk Dp 5 dan Dp 10 Bentuk : Batang uji bulat untuk dijepit. Tabel 1 b untuk Dp 5 dan Dp 10 Bentuk : Batang uji bulat dengan kepala berbahu
Seperti terlihat pada tabel-tabel di atas, bahwa batang uji proporsional mempunyai bentuk-bentuk yang spesiftk serta ukuran-ukuran yang presisi. Pembentukan batang uji ini dilaksanakan dengan proses pemesinan terlebih dahulu. Pada saat pembentukan diusah diusahak akan an agar agar tidak tidak timbul timbul panas panas yang yang terlal terlalu u tingg tinggii yang yang akan akan mengak mengakiba ibatka tkan n perubahan struktur bahan. . Batang Batang uji yang yang mengal mengalami ami penge pengerja rjaan an ini harus harus dengan dengan bentuk bentuk dan menuru menurutt ukuran-ukuran yang ditentukan dan tanda cacat-cacat luar. Selisih maksimum yang diperkenankan antara dua luas penampang pada bagian prisma prismatis tisnya nya adalah adalah 1 %. Bagian Bagian prisma prismatis tis batan batang g uji harus harus licin. licin. Yang dimaks dimaksud ud dengan bagian prismatis adalah bagian batang yang akan diuji dengan kata lain bagian terkecil dari batang uji tarik.
Batang uji dari bahan yang berbentuk batangan atau profil-profil ringan dengan penarnpang yang tidak rnelebihi kernampuan mesin tarik. dapat diuji langsung sesuai dengan dengan bentuk bentuk dan ukuran ukuran penampang penampang asal. Apabila bahan-bah bahan-bahan an tersebut tersebut harus rnelalui pemesinan/pengerjaan terlebih dahulu. proses pengerjaannya sarna dengan batang uji untuk yang proporsional.
D. Diagram Beban Perpanjangan
Deformasi suatu bahan akibat pembebanan dapat ditentukan sesuai dengan Hukum Hooke. Menurut Hooke, deformasi elastis sebuah batang dengan penampang So dan
panjang Lo, jika dibebani dengan gaya tarik atau tekan sebesar P, maka beban akan mengalami: 1. Deformasi elastis berbanding lurus dengan beban P. 2. Deformasi elastis berbanding lurus dengan panjang batang asal Lo. 3. Deformasi elastis berbanding terbalik dengan luas penampang Ao. Dengan Dengan demiki demikian an dapat dapat disimp disimpulk ulkan an bahwa; bahwa; besarn besarnya ya beban beban p, berban berbandin ding g lurus lurus dengan dengan panjan panjang g batang batang Lo atau atau dengan dengan kata kata lain lain "Tega "Tegang ngan an seban sebandin ding g dengan dengan regangan ". Tegangan
Dimana E = modulus elastisitas. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar diagram tarik berikut :
Gambar 5 Gambar 5 b. Diagram beban perpanjangan yang menunjukkan ada batas ulur atas dan batas ulur bawah. → Batas Regang Adakalanya pada pengujian terhadap bahan-bahan tertentu ti dak menunjukkan adanya penguluran. Untuk batang uji seperti ini ditetapkan batas regang (Proof Stress). Batas
regang adalah tegangan yang diperlukan untuk menghasilkan perpanjangan elastis tetap. Beban pada batas regang biasanya ditentukan 0,2% dari panjang ukur Lo ditarik garis lurus sejajar dengan garis modulus pada diagram penarikan. Misalnya panjang ukur batang uji adalah 100 mm, maka untuk menghasilkan 0,2% perpanjangan tetap dari batang uji adalah 0,2% x 100 mm = 0,2 mm. Pada arah perpanjangan diukur jarak dari titik O sebesar 0,2 mm sehingga terdapat titik M. Dari titik M tarik garis sejajar dengan garis modulus hingga bertemu pada titik N (gambar 6). Beban pada N menyatakan besarnya beban yang bekerja pada 0,2% Lo (0,2 Proof Load) jadi tegangan pada batas regang 0.2% adalab :
