Download - 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
1/23
Pengujian Sifat Mekanik
BAB 2
PENGUJIAN SIFAT MEKANIK
2.1 PENGUJIAN TARIKPengujian tarik bertujuan untuk mengetahui sifat-sifat mekanik danperubahan-perubahan dari suatu bahan uji terhadap pembebanantarik. Pada pengujian ini spesimen ditarik sampai putus dengan waktu
yang relatif pendek dan dengan kecepatan yang tetap.Standar pengujian menurut ASTM E 8-!" sedangkan bentuk danukuran spesimen dapat dilihat pada gambar #.#.
Gambar 2.1. Mesin uji tarik
Gambar 2.2. Bentuk an ukuran s!esimen uji tarik.
"a# s!esimen bu$at an % "b# s!esimen !$at
Materia$ Teknik
10
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
2/23
Pengujian Sifat Mekanik
$ila sep%t%ng specimen misalnya l%gam dikenai beban tarik uniaksial"maka akan terjadi def%rmasi. $ila l%gam tersebut kembali ke bentuksemula setelah gaya yang bekerja dilepaskan disebut e&'rmasi e$astis. Tetapi bila beban dilepaskan dan panjang l%gam tidak
Materia$ Teknik
11
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
3/23
Pengujian Sifat Mekanik
kembali ke bentuk awal maka peristiwa ini disebut e&'rmasi !$astis.
Te(an(an Teknik " En(ineerin( Stress# an Re(an(an Teknik " En(ineerin(
Strain#.• En(ineerin( stress
Suatu batang silinder dikenai daya uniaksial &" seperti gambar #.'
Gambar 2.). Skema !embebanan uniaksia$
maka tegangan teknik didefinisikan sebagai (
)areationseccrossoriginal(A
)forcetensileuniaxialaverage(F
0 ⋅⋅⋅
⋅⋅⋅=σ
• En(ineerin( Strain
)ihat gambar #.'" regangan teknik didefinisikan sebagai (
ε * 00 l/)ll( − * +l ,perubahan panjang sampel A ,panjang awal sampel
• P'issi'n*s Rati'n
Materia$ Teknik
12
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
4/23
Pengujian Sifat Mekanik
)ihat gambar #. b" tegangan tarik z δ menghasilkan regangan aksial/01
Gambar 2.+. Skema !embebanan !aa kubus
dan k%ntraksi lateral dari 203 dan 201. Asumsi is%tr%pic material" 03dan 01 sama nilainya. Persamaannya (
z
y
z
x
al longitudin
lateral
V ε
ε
ε
ε
ε
ε
−=−=−= )(
)(
4asil uji tarik digambarkan dalam diagram yang disebut diagram tegangan 2 regangan. ,gambar #.5
Materia$ Teknik
13
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
5/23
Pengujian Sifat Mekanik
Gambar 2.,. -ia(ram te(an(anre(an(an
Materia$ Teknik
14
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
6/23
Pengujian Sifat Mekanik
6ari hasil uji tarik dapat dihasilkan data-data sbb (a. m%dulus elastisitas ,M%dulus %f elasticityb. kekuatan luluh ,yield strength pada k%ndisi "# 7 %ffsetc. kekuatan tarik maksimum ,ultimate tensile strength
d. persentase perpanjangan sampai putus.
M'u$us e$astisitas E "M'u$us '& e$asti/it0#
6ibagian awal uji tarik l%gam akan mengalami def%rmasi elastis"sehingga jika beban dilepaskan maka spesimen kembali ke bentuksemula. ntuk l%gam def%rmasi elastis biasanya kurang dari 5 7.
ukum ''ke*s menyebutkan bahwa l%gam dan paduannya
menunjukkan hubungan yang linier antara tegangan dan regangan didaerah elastis"
)strain(E)stress( ε⋅=σ
atau
tan)kons(Eε
σ=
6imana E adalah m'u$us e$astisitas atau m'u$us 'un( .
Gambar 2.3. -ia(ram te(an(anre(an(an untuk e&'rmasi e$astis $inear
"a# %untuk e&'rmasi e$astis n'n $inear "b#
Kekuatan $u$u4 0 "0ie$ stren(t4#
Materia$ Teknik
15
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
7/23
Pengujian Sifat Mekanik
9ekuatan luluh sangat penting nilainya untuk desain struktur suatubangunan karena ini adalah batas dimana material akan menunjukkandef%rmasi palstis. 9arena tidak ada titik yang jelas mulai terjadinya
def%rmasi plastis maka e&'rmasi !$astis itentukan mu$ai ari 5%26 ,khusus untuk SA terjadinya def%rmasi elastis seperti padagambar #.:. "# 7 kekuatan luluh disebut juga sebagai "# 7 '&&set 0ie$ stren(t4 yang ditentukan dari diagram tegangan-teganganteknik. Mula-mula tarik garis yang sejajar dengan garis elastis dititik "# in;in kemudian perp%t%ngan garis tersebut dengandiagram uji tarik akan menghasilkan kekuatan luluhnya. Sedangkan di
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
8/23
Pengujian Sifat Mekanik
ntuk paduan yang liat ,ductile kekuatan tarik maksimum tidakdipakai pada disain teknik karena terlalu banyak def%rmasi plastis
yang terjadi sebalum putus. ?ika di dalam l%gam banyak terdapatp%r%sitas atau inklusi maka kekuatan tarik maksimumunya akan lebih
kecil dibandingkan keadaan yang n%rmal.
Gambar 2.8. Titik kekuatan tarik maksimum M untuk kur>a tegangan-regangan teknik dan tegangan-regangan sebebarnya M@.
Gambar 2.8. Kur9a te(an(an an re(an(an teknik
ari $'(am an !auan $'(am.
Materia$ Teknik
17
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
9/23
Pengujian Sifat Mekanik
Materia$ Teknik
18
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
10/23
Pengujian Sifat Mekanik
Ketan((u4an Materia$
9etangguhan material pada uji tarik merupakan besarnya energi yangdiserap sampai material mengalami patah. Pada diagram tegangan
regangan ketangguhan ditunjukkan %leh luas daerah di bawah kur>ategangan-regangan.
Gambar 2.15. :uas aera4 i ba;a4 kur9a ari ia(ram te(an(an
re(an(an teknik men0atakan ketan((u4an.
2.2 KEKERASAN -AN UJI KERAS
9ekerasan adalah kemampuan material menahan def%rmasi plastis.9ekerasan material menentukan(
o ketahanan aus.o ketahanan g%res.
Macam-macam pengujian kekerasan (=. 6engan cara g%resan - M4S. dengan cara g%resan
menggunakan batu ,ada = jenis batu" mulai dari gips sampaiintan.
#. 6engan cara penekanana. BC9DE))" ASTM E =8-:dengan cara penekanan
menggunakan baja berbentuk b%la atau intanberbentuk kerucut.
b.
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
11/23
Pengujian Sifat Mekanik
c. $B
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
12/23
Pengujian Sifat Mekanik
Tabe$ 1. Perbanin(an antara Brine$$ arness Number "BN#
en(an Tensi$e Stren(t4.
Materia$s BN TS"M!a#
=. =F carb%n steel #'5 :5
#. 8' l%w-all%y steel ## 8'. F= stainless steel #5 8
F. &err%us superall%y ,F= #5 8
5. ductile ir%n" -F-=8 =: F=
. ''-4=F aluminum F =5
:. a. AI'=$ magnesium :' #!
b. AM=A casting magnesium 5' =5
8. Ti-5A=-#.5Sn ''5 8#
!. Aluminum br%n1e" !7 ,c%pper all%y =5 5#
=. M%nel F ,nickel all%y ==-=5 5:!
==. ACF=A 1inc != '#8
=#. 5(5 s%lder ,lead all%y =F.5 F#
='. 6ental g%ld all%y ,precius metal 8-! '=-'8
PENGUJIAN KEKERASAN BRINE::
Tujuan pengujian (= . Menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahanmaterial terhadap tekanan b%la baja yang ditekankan padapermukaan material uji tersebut.
#. Pengujian ini diperuntukkan untuk material yang memilikikekerasan $rinnnel sampai dengan F ,F 4$. )ebih dari itudigunakan pengujian B%ckwell dan ikers.
AGJ9A 9E9EBASAG $B
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
13/23
Pengujian Sifat Mekanik
))'&(&(&
)kg("2#$
22−−π
⋅= atau
))'&(&(&
) ("2040#$
22−−π
⋅=
G%tasi angka kekerasan $rinell ( B-ickers ,tebal minimal =:kali dalamnya bekas penekanan.
9euntungan ( sederhana" hasil cukup mewakili ,c%c%k untuk materialheter%gen" c%nt%hnya besi c%r atau cast ir%n " dan lebihmurah dari pengujian tarik
9ekurangan ( material uji rusak ,bekas cukup besar" dan material ujiharus mempunyai nilai kekerasan K F 4$.
PENGUJIAN KEKERASAN =I>KERS
Tujuan (
Materia$ Teknik
22
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
14/23
Pengujian Sifat Mekanik
ntuk menentukan kekerasan material dalam bentuk daya tahan materialterhadap diam%nd ; intan berbentuk piramida yang ditekankan padapermukaan material uji tersebut.
AGJ9A 9E9EBASAG ickers tidak dapat digunakan untuk materialdengan struktur yang kurang h%m%gen karena hasil pengujiannyatidak akan menghasilkan harga kekerasan yang sebenarnya.
PENGUJIAN KEKERASAN R?>K@E::
AGJ9A 9E9EBASAG BC9DE))
Materia$ Teknik
23
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
15/23
Pengujian Sifat Mekanik
Pengujian untuk material uji dari baja dipakai indent%r kerucutintan ,diam%nd" pengujian ini dikenal dengan nama B%ckwell-C,C * C%ne * Tirus.
Sedangkan pengujian untuk menguji material dari jenis lainkecuali baja dipakai indent%r berupa b%la baja dan disebut denganpengujian B%ckwell-$ ,$ * $all * $%la. Angka kekerasan B%ckwell,4BC atau 4B$ adalah selisih antara sebuah k%nstanta dandalamnya bekas penekanan permanen ,e dalam mm yang dibagidengan "# mm.
Pr%ses pengujian (=.
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
16/23
Pengujian Sifat Mekanik
CABAPEGJ?
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
17/23
Pengujian Sifat Mekanik
9EGTGJAGo ni>ersal" dapat untuk benda apapun ,material keras atau
lunak.o Daktu yang digunakan lebih singkat" dll.
9EBJ
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
18/23
Pengujian Sifat Mekanik
BEJAGJAG JESEB
6imana ( τ * tegangan geserM* m%men punter6 * diameter luar p%r%sd * diameter dalamγ * regangan geserθ * sudut punter
r * jari-jari punter) * panjang benda uji
CATATAG (Material ulet ,ductile yang mengalami patah karena tegangan geserakan mengalami patahan yang tegak hirus sumbunya" sedang untukmaterial rapuh ,brittle mengami kepatahan dengan sudut F5L,c%nt%h kapur tulis yang patah karena cfipuntir.
2.+. PENGUJIAN KEJUT "IMPA>T #
9etangguhan ,t'u(4ness diukur dari banyaknya energi yang diserapsuatu material sebelum putus. Cara sederhana mengukurketangguhan suatu material adalah dengan menggunakan pengujianimpak. Ada dua met%de impak" yaitu met%de >4ar!0 dan met%deI' .
9etangguhan material juga dipengaruhi %leh temperatur. Jambar
#.=# menunujukkan pengaruh temperatur terhadap energi yangdiserap %leh material pada pengujian impak.
4arga a.
Materia$ Teknik
27
r tan
θ⋅=φ=γ
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
19/23
Pengujian Sifat Mekanik
)%%(g!E
A
E#
21 −⋅⋅=
=
dimana ( E * energi impact yang diserapm * massa bandul;hammer g * gra>itasih=* tinggi awal bandulh#* tinggi bandul setelah menabrak benda ujiA * luas penampang di bawah takikan
Gambar 2.11. S!esimen uji im!a/t "a#% a$at uji im!a/t "b#
Secara umum fracture suatu l%gam dapat diklasifikasikan sebagai (• Material liat ,u/ti$e• Material getas ,britt$e
Materia$ Teknik
28
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
20/23
Pengujian Sifat Mekanik
9edua bentuk di atas dapat diamati dari bentuk petahannya. Padamaterial liat akan terjadi def%rmasi plastis sebelum putus danmembentuk sudut F5° di bekas patahannya"s edangkan pada material
getas tidak tampak adanya def%rmasi plastis.
Gambar 2.12. Pen(aru4 tem!eratur !aa
4ar(a im!ak
2.,. PENGUJIAN :E:A
6idalam pemakaiannya kebanyakan l%gam mengalami beban b%lak-balik;berulang sehingga terjadi kelelahan ,&atiue . Akibatnyasering terjadi kegagalan pada suatu k%nstruksi meskipun beban yangbekerja lebih rendak dibandingkan dengan kekuataan luluhnya ,0ie$
stren(t4 . Tegangan yang menyebabkan terjadinya kegagalan inidisebut &atiue &ai$ure . Peristiwa ini sering terjadi pada benda-benda yang bergerak seperti r%da gigi" p%r%s dan /'nne/tin( r's .
9egagalan fatiOue dimulai dari pengintian dimana terjadi k%nsentrasitegangan seperti pada radius yang kecil;sempit" ujung yang tajam"ataupun adanya takikan ,n't/4 kemudian terjadi perambatan retakdan akhirnya akan putus;gagal. Selama pr%ses perambatan ini akan
Materia$ Teknik
2
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
21/23
Pengujian Sifat Mekanik
ditandai dengan adanya Cbea/4 markD pada permukaan patah darimaterial yang bersangkutan.ntuk mengetahui umur fatiOue material perlu dilakukan pengujian.Salah satu met%de pengujian yang banyak digunakan untuk
mengetahui umur fatiOue adalah seperti pada gambar #.='.
Gambar 2.1). Skema mesin uji &atiue R.R. M''re re9erse
benin(F.
6ata dari pengujian fatiOue dicetak kedalam kur>a yang disebut SN >ur9eF yang terdiri dari tegangan ,S dan siklus ,G. untukalumunium dan paduannya tegangan yang mengakibatkan putusmenurun dengan naiknya jumlah siklus. Sedangkan untuk baja karb%npertama-tama terjadi penurunan tegangan fatiOue dengan kenaikansiklus" tetapi kemudian tidak terjadi penurunan kekuatan fatiOuemeskipun siklus meningkat. Peristiwa ini disebut enuran/e $imitF
dan terletak diantara jumlah siklus =
dan ==
.
9ebanyakan paduan ferr% memiliki harga endurance limit sebesarseten(a4 dari tegangan tariknya. Sedangkan n%n ferr% danpaduannya tidak memiliki endurance limit" dan biasanya kekuatanfatiOue-nya di bawah =;' kekuatan tarik ,tensile strength.Jambar #.=F menunjukkan kur>a SG pada beberapa jenis l%gam.
Materia$ Teknik
30
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
22/23
Pengujian Sifat Mekanik
Gambar 2.1+. Te(an(an 9s jum$a4 sik$us "SN /ur9e# !aa
!en(ujian $e$a4
2.3. PENGUJIAN MU:UR ">REEP #
Pengujian tarik pada temperatur kamar tidak mampu memprediksisifat mekanik suatu l%gam apabila dikenai beban pada temperaturtinggi. Hang dimaksud dengan temperatur tinggi ,e$e9ate tem!erature adalah apabila temperatur yang bekerja =;' s;d kalitemperatur cair abs%lut material yang bersangkutan.Perbedaan dengan pengujian tarik yaitu bahwa pada pengujian mulurbeban yang diberikan tetap;k%nstan.
6engan demikian /ree! dapat didefinisikan sebagai def%rmasi plastis yang terjadi pada temperatur tinggi akibat adanya beban selangwaktu tertentu. Jambar #.=5 menunjukkan cara pengujian creep dankur>a yang dihasilkan dari pengujian tersebut. 9ur>a creep dapatdibagi kedalam tiga bagian.
Haitu ( !rimar0 sta(e yang ditandai dengan adanya penurunan lajuregangan" se/'nar0 sta(e berupa garis lurus dan laju regangan
yang tetap" dan yang terakhir tertiar0 sta(e adanya peningkatanlaju regangan sampai akhirnya putus.
Materia$ Teknik
31
-
8/18/2019 91108124 Bab2 Pengujian Sifat Mekanik
23/23
Pengujian Sifat Mekanik
Gambar 2.1,. Sketsa !en(ujian /ree! an kur9a 0an( i4asi$kan.
32