bab iii final
DESCRIPTION
metfisTRANSCRIPT
-
LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN
Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2014/2015
Kelompok 10 Pengujian Kekuatan Kejut
BAB III
PENGUJIAN KEKUATAN KEJUT
3.1 Tujuan Pengujian
1. Mengetahui daya tahan logam terhadap beban dinamis yang menyebabkan
terjadinya patahan
2. Mengetahui bentuk patahan
3. Mengetahui pengaruh perlakuan panas terhadap kekuatan kejut
4. Mengetahui cara pengujian kekuatan kejut
3.2 Teori Dasar Pengujian
Kekuatan kejut(impact) adalah kemampuan suatu bahan untuk menahan beban
dinamis atau mendadak yang dapat menyebabkan rusak atau patah.
3.2.1 Macam-macam Metode Pengujian Impact
Percobaan impact yang digunakan untuk menghitung besarnya ketahanan
impact suatu logam tergantung dari kerapuhan metal dan penggunaannya ada 3
macam, yaitu:
a. Percobaan Pukul Takik (Beam impact test)
Pengujian ini digunakan untuk mengetahui kemampuan suatu logam untuk
menahan pukulan suatu logam. Percobaan ini memakai spesimen yang bertakik,
cara pembebanan ini ada 2 yaitu:
1. Cara Pembebanan Charpy (Charpy Impact Testing)
Pada percobaan ini benda kerja mempunyai ukuran yang standar, takik
diletakkan pada landasan dengan posisi takik membelakangi pendulum yang
akan memberi beban kejut sehingga mengenai bagian punggung notch. Notch
yang digunakan umumnya bersudut 45 derajat.Percobaan ini sesuai untuk
material yang ductile.
-
LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN
Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2014/2015
Kelompok 10 Pengujian Kekuatan Kejut
Gambar 3.1 Pembebanan Charpy
Sumber: Dieter,E George (1986: 473)
2. Cara Pembebanan Izod
Salah satu bagian benda uji dijepit pada bibir takik dan posisi takik
berhadapan dengan pendulum yang akan memberi beban kejut. Percobaan ini
sesuai untuk material yang brittle (rapuh). Percobaan ini banyak digunakan di
Inggris
Gambar 3.2 Pembebanan Izod
Sumber: Dieter,E George (1986: 473)
b. Percobaan Tarik Kejut (Tension Impact Test)
Salah satu ujung spesimen dijepit pada ujung yang lain dan diberi beban
tarik secara kejut. Percobaan ini biasanya digunakan pada bahan yang bersifat ulet.
Spesimen bisa diberi notch atau tidak.
c. Percobaan Puntir Kejut (Torsion Impact Test)
Salah satu spesimen dijepit dan pada ujung yang lain diberi beban puntir
secara kejut. Dalam hal ini masih ada batas mulur dan batas patah tetapi tak ada
kontraksi. Tegangan puntir pada titik beratnya sama dengan nol dan semakin keluar
semakin bertambah.
-
LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN
Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2014/2015
Kelompok 10 Pengujian Kekuatan Kejut
3.2.2 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kekuatan Impact
1. Bentuk dan ukuran Notch
Notch yang semakin kecil menyebabkan sering terjadinya patahan karena takik
merupakan tempat pemusatan tegangan saat benda diberi beban kejut.
Gambar 3.3 Tabel pengaruh sudut Notch
Sumber: Harner E. Davis, The Testing of Engineer Material , Mc Graw Hill
2. Kadar karbon
Gambar 3.4 Pengaruh Kadar Karbon Terhadap Impact
Sumber : Dieter,E George (1986: 478)
Semakin tinggi kadar karbon maka impactstrength-nya semakin rendah karena
sifat karbon adalah getas dan keras.
3. Unsur Paduan
Baja dengan paduan yang berbeda akan menyebabkan susunan atom yang
berlainan dengan logam induknya. Karena susunannya berbeda dari sifat mekanik
baja karena pengaruh paduan yang berbeda. Paduan ini mempengaruhi nilai impact
strength
-
LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN
Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2014/2015
Kelompok 10 Pengujian Kekuatan Kejut
4. Homogenitas Arah Orientasi
Homogenitas berpengaruh pada gaya ikatan antar atom. Sehingga berpengaruh
pada harga impact strength-nya. Semakin tinggi tingkat homogenitas suatu material
maka semakin tinggi pula harga impact strength-nya.
5. Ukuran Butir Kristal
Ukuran butir yang besar bersifat lebih ductile dari ukuran butir yang kecil. Hal
ini karena butir yang besar memiliki batas butir yang lebih sempit sehingga bila
diberi gaya kejut maka pertemuan batas butir akan membuat gaya yang diterima
lebih merata sehingga deformasi lebih rendah dan impact strength tinggi.
Gambar 3.5 : Ukuran butir terhadap impact
Sumber: Dieter,E George (1986: 242)
6. Temperatur Pemanasan
Dengan naiknya suhu pemanasan maka energi yang diperlukan untuk
mematahkan spesimen semakin besar. Impacttest sebaliknya dilakukan pada suatu
daerah yang mempunyai temperatur yang berbeda sehingga dapat sekaligus
mempelajari pengaruh temperatur tersebut.
-
LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN
Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2014/2015
Kelompok 10 Pengujian Kekuatan Kejut
Gambar 3.6 Grafik Temperatur Pemanasan
Sumber: : Dieter,E George (1986: 253)
7. Heat treatment / Perlakuan Panas
Heat treatment adalah salah satu proses untuk mengubah struktur logam
dengan cara memanaskan spesimen pada Dapur Listrik ( tungku ) pada temperatur
rekristalisasi selama periode waktu tertentu kemudian didinginkan pada media
pendingin seperti udara, air, garam, yang masing-masing mempunyai kecepatan
pendinginan yang berebeda-berbeda , dari tingkat kekerasannya dari yang impact
strength lemah ke kuat adalah Hardening , Tempering , Tanpa perlakuan ,
Normalizing ,dan Annealing.
8. Ketebalan bahan
Untuk uji impact charpy mempunyai kekurangan pada ukuran benda yang
kecil dan sering tidak menyerupai keadaan sebenarnya. Pada suhu tertentu, benda
uji standar menunjukkan energi impact yang tinggi namun benda yang sama di
struktur menunjukkan sifat ketangguhan rendah dan impact strength rendah.
-
LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN
Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2014/2015
Kelompok 10 Pengujian Kekuatan Kejut
Gambar 3.6 Grafik Ketebalan Bahan
Sumber: : Dieter,E George (1986: 484)
9. Kekerasan
Semakin tinggi tingkat kekerasan suatu material maka harga impact strength-
nya semakin rendah karena semakin tinggi kekerasan material cenderung bersifat
semakin getas.
Gambar 3.7 Grafik Kekerasan
Sumber: Sidney , H Avner
-
LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN
Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2014/2015
Kelompok 10 Pengujian Kekuatan Kejut
3.3 Pelaksanaan Pengujian
3.3.1 Alat dan Bahan yang Digunakan
Spesifikasi alat yang digunakan dalam pengujian kejut
a. Charpy Impact Testing Machine
Digunakan untuk mengukur kekuatan kejut.
Gambar 3.8 : Charpy Impact Testing Machine
Sumber : Laboratorium Pengujian Bahan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Brawijaya
b. Kertas Gosok
Digunakan untuk membersihkan spesimen dari kotoran dan kerak.
Gambar 3.9 : Kertas gosok
Sumber : Laboratorium Pengujian Bahan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Brawijaya
-
LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN
Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2014/2015
Kelompok 10 Pengujian Kekuatan Kejut
Komposisi Kimia Spesimen
Spesimen yang digunakan pada pengujian ini adalah Bohler Spesial
K. Bentuk dan dimensi sesuai Standar ASTM A 370 v notch . Komposisi
dari bahannya adalah :
1. C = 2,0 %
2. Cr = 1,2 %
3. Mn = 0,3 %
4. Si = 0,2 %
Pergeseran titik Eutectoid
Tabel 3.1 Pergeseran titik eutectoid
Komposisi
Bahan Prosentase Bahan
Titik Eutectoid
Bahan
Komposisi
Eutectoid
Cr
Mn
Si
1,2 %
0,3 %
0,2 %
840 oC
727 oC
735 oC
0,375 %
0,73 %
0,72 %
Sumber : Laboratorium Pengujian Bahan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Brawijaya
% 59 , 0 735 727 840
) 72 , 0 735 ( ) 73 , 0 727 ( ) 375 , 0 840 ( %
3 , 754 72 , 0 73 , 0 375 , 0
) 72 , 0 735 ( ) 73 , 0 727 ( ) 375 , 0 840 (
x x x C
C x x x
Tc o
-
LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN
Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2014/2015
Kelompok 10 Pengujian Kekuatan Kejut
Gambar 3.10. Pergeseran Titik Eutectoid
Sumber : Dokumentasi Pribadi
Bentuk Dan Dimensi Spesimen
Skala : 1 : 1
Satuan : Milimeter
Gambar 3.11 : Bentuk dan Dimensi Spesimen
Sumber : Dokumentasi Pribadi
-
LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN
Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2014/2015
Kelompok 10 Pengujian Kekuatan Kejut
3.3.2 Prosedur Pengujian
1. Benda kerja diberi heat treatment.
2. Spesimen dibersihkan dari kotoran dan kerak.
3. Dilakukan dry run test sebagai berikut:
Pendulum alat uji Charpy diatur agar benar benar dalam keadaan bebas dan
dan dalam keadaan diam.
Lengan pengikat diturunkan dengan roda pemutar.
Tombol pengunci ditekan selanjutnya jika kedudukan lengan pengikat sudah
tepat terhadap pendulum, pengunci dapat dilepas tanpa menggeser kedudukan
pendulum.
Kedua jarum penunjuk di atur posisi vertikal
Pendulum beserta lengannya di dengan roda pemutar sehingga jarum luar
menunjukkan skala yang sesuai dengan kedudukan pendulum dalam posisi
horizonal (90o).
Dilakukan Dry Run Test untuk mengetahui energi yang dilepaskan mesin
karena kerugian mekanik. Dilakukan pencatatan sudut yang ditunjuk oleh
jarum.
4. Dilakukan pengujian sebagai berikut:
Spesimen diletakkan pada tempatnya sehingga bagin punggung takik tepat pada
posisi jatuhnya pendulum.
Dilakukan pengujian seperti pada Dry Run Test
3.4 Hipotesa
Dari berbagai perlakuan yang menyebabkan kekerasan yang paling
tinggi adalah dari metode pendinginannya, dari yang paling keras Hardening
, Tempering , Tanpa perlakuan , Normalizing ,dan Annealing. Semakin keras
dan cepat laju pendinginannya menyebabkan benda semakin getas,
menurunkan ketahanan kejutnya
-
LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN
Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2014/2015
Kelompok 10 Pengujian Kekuatan Kejut
3.5 Pengolahan Data
3.5.1 Data Kelompok
Untuk mencari nilai energi patah yang diperlukan untuk mematahkan spesimen
tiap satuan luas penampang dapat menggunakan rumus-rumus berikut :
- Spesimen dengan perlakuan Hardening 9000.
R = 600 mm o = 90
G = 24 kg o = 5
fo = 600 mm2 = 8
a. Energi yang diperlukan secara ideal
Ao = (m.g.h1) (m.g.h2)
= G (h1 - h2)
= G.R ( cos (o- ) cos o )
= 24 x 600 ( cos (90-8) cos 90 )
= 14400 (cos 82 cos 90 )
= 2004.09 kg.mm
b. Kerugian energi pada alat
F = G.R ( cos (o- o) cos o )
= 24 x 600 ( cos(90-5) cos 90 )
= 14400 (cos 85 cos 90 )
= 1255.04 kg.mm
c. Energi aktual yang diperlukan
A = Ao F = 2004.09 1255.04 = 749.05 kg.mm
d. Energi patah yang diperlukan untuk mematahkan spesimen tiap satuan luas
penampang .
=
0
=749.05 .
600 2
= 1,24 .
2
-
LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN
Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2014/2015
Kelompok 10 Pengujian Kekuatan Kejut
3.5.2 Data Antar Kelompok
Untuk data perhitungan antar kelompok dengan perlakuan beda dan
suhu sama terdapat pada tabel dibawah ini :
Tabel 3.2 Data Data Hasil Pengujian Berbagai Macam Perlakuan
No Perlakuan o
Energi
Ideal
(kg.mm)
Kerugian
Energi
(kg.mm)
Energi
Aktual
(kg.mm)
Energi
Patah
(kg.mm/mm2)
1 Tanpa
Perlakuan 4o 7o 1867.53 1117.11 750.42 1.25
2 Hardening
(900oC) 5o 8o 2004.09 1255.04 749.05 1,24
3 Annealing
(900oC) 4o 10,5o 2624.19 1004.49
1619.7
2.69
4 Tempering
(900oC) 4o 13o 3239.29 1004.49
2234.8
3.72
5 Normalizing
(900oC) 4o 8o 2004.09 1004.49 999.6 1.66
-
LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN
Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2014/2015
Kelompok 10 Pengujian Kekuatan Kejut
3.6. Pembahasan
Data Kelompok
Gam
bar
3.6
: G
rafi
k H
ub
ungan
Dua
Per
lakuan
Pan
as D
engan
En
ergi
Pat
ah
Gra
fik 3
.1. G
rafi
k H
ubun
gan
Dua
Per
lakuan
Pan
as d
engan
Ener
gi
Pat
ah
-
LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN
Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2014/2015
Kelompok 10 Pengujian Kekuatan Kejut
Dari grafik di atas menjelaskan tentang perbandingan tingkat kekuatan kejut
dua perlakuan panas yang diberikan, dan diperoleh nilai energi kejut dari Hardening
lebih rendah daripada Tanpa Perlakuan.
Dari grafik didapatkan nilai energi patah tanpa perlakuan sebesar 1,25
kgmm/mm2 dan energi kekuatan kejut Hardening sebesar 0,84 kg.mm/mm2. Dari nilai
tersebut, nilai dan grafik energi patah dua perlakuan ini sesuai dengan teori yang
menyatakan nilai dari tanpa perlakuan lebih besar daripada nilai Hardening. Hal ini
dikarenakan pada Hardening menghasilkan struktur yang lebih keras dan juga getas
jika dibandingkan dengan Tanpa Perlakuan. Selain itu, kandungan karbon dari
Hardening lebih tinggi karena semakin tinggi kandungan dari karbon, kekuatan kejut
semakin rendah yang disebabkan dari sifat karbon sendiri yang keras dan getas. Nilai
kekerasan dari Hardening juga lebih tinggi dibandingkan dengan yang tanpa
perlakuan. Semakin keras dan getas suatu material, maka kekuatan kejutnya semakin
rendah.
Gam
bar
3.1
Hubung
an E
ner
gi
Pat
ah A
nta
ra S
pes
imen
Den
gan
Per
lakuan
Pan
as D
eng
an S
pes
imen
T
anpa
Per
laku
anP
anas
Gra
fik 3
.1 G
rafi
k H
ubun
gan
Dua
Per
lakuan
Pan
as D
engan
Ener
gi
Pat
ah
-
LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN
Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2014/2015
Kelompok 10 Pengujian Kekuatan Kejut
Data Antar Kelompok
Gra
fik 3
.2. G
rafi
k H
ubun
gan
Mac
am
Mac
am P
erla
kuan
Pan
as d
engan
En
ergi
Pat
ah
-
LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN
Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2014/2015
Kelompok 10 Pengujian Kekuatan Kejut
Dari grafik tersebut juga dijelaskan tingkat kekuatan kejut dari masing
masing perlakuan panas yang diberikan. Dan telah diperoleh energi kejut dari yang
tertinggi sampai terendah adalah Tempering, Annealing, Normalizing, Tanpa
Perlakuan, dan Hardening.
Pada hasil pengujian ini, didapatkan bahwa Tempering yang memiliki energi
kejut paling tinggi yaitu 3.27 kgmm/mm2. Annealing nilainya 2.69 kgmm/mm2, hal
ini tidak sesuai dengan teori yang meyatakan bahwa Annealing memiliki energi kejut
tertinggi. Pada Annealing, material dipanaskan untuk meningkatkan keuletan,
menghilangkan tegangan dalam, menghaluskan ukuran butir dan meningkatkan sifat
mampu mesin. Oleh karena itu, Annealing memiliki tingkat keuletan yang cukup
tinggi dan lebih besar dibandingkan dengan Normalizing sehingga energi untuk
mematahkan spesimen tersebut pada uji impact juga besar.
Dari grafik di atas juga didapatkan bahwa nilai Hardening memiliki energi kejut
yang lebih rendah dibandingkan Tanpa Perlakuan dan Normalizing yaitu sebesar 1,24
kgmm/mm2 sedangkan Tanpa Perlakuan sebesar 1,25 kgmm/mm2 dan Normalizing
sebesar 1.66 kgmm/mm2. Hal ini sesuai dengan teori yang menyatakan bahwa
Hardening memiliki energi kejut yang terendah karena pendinginan dengan media
pendingin menghasilkan struktur yang keras dan getas sehingga mudah patah apabila
diberikan beban dinamis.
Ada penyimpangan data yang terjadi, dimana energi kejut Tempering paling besar
dibandingkan Annealing. Hal ini dikarenakan oleh adanya faktor temperature
pemanasan yang menyebabkan butiran yang dihasilkan pada tempering ukuran
butirnya besar besar sehingga memiliki kekuatan impact yang besar juga. Arah
orientasi yang homogen membuat kekuatan impact menjadi besar , lalu pemanasan
yang melewati suhu optimum dapat menurunkan kekerasan.
-
LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN
Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2014/2015
Kelompok 10 Pengujian Kekuatan Kejut
3.7 Kesimpulan Dan Saran
3.7.1 Kesimpulan
1. Sifat mekanik spesimen dipengaruhi oleh perlakuan panas yang di alami spesimen
tersebut.
2. Urutan energi patah pada uji kejut spesimen berdasarkan hasil pengujian adalah
Tempering , Annealing, Normalizing, Tanpa Perlakuan dan Hardening. Urutan
energi patah pada spesimen uji kejut berdasarkan teori tidak sesuai. Sehingga
hasil pengujian ada penyimpangan dari dasar teori.
3. Dari grafik, yang mengalami Tempering memiliki energi kejut tertinggi karena
butiran yang terbentuk homogen. Annealing memiliki energi kejut tertinggi
kedua karena struktur yang dihasilkan homogen dan Hardening yang terendah
karena strukturnya yang getas dan keras.
3.7.2 Saran
1. Alat alat pengujian di Laboratorium Pengujian Bahan ditambah dan
diperbaharui agar meningkatkan kinerja dari praktikan.
2. Asisten tidak mengganti jadwal asistensi setelah membuat janji dengan praktikan.
3. Praktikan harus lebih memahami dan mengerti materi praktikum.
4. Praktikan harus teliti dalam mengambil data pengujian kejut.
5. Sebaiknya pada pengujian kejut tidak hanya mengunakan pembebanan Charpy
karena hasil pengujian kurang tepat dimanfaatkan dalam perancanaan disebabkan
oleh level tegangan yang diberikan tidak merata