Pengujian Bahan

Pengujian bahan

               

DI SUSUN OLEH

Imaniah

M.ED.Dienulhasanal Haq

Muslim

Roli Gunadi

Septera

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

2013 / 2014

BAB I

PENDAHULUAN

A.  LATAR BELAKANG

      Ilmu logam adalah ilmu mengenai bahan-bahan logam dimana ilmu ini berkembang bukan berdasarkan teori saja melainkan atas dasar pengamatan, pengukuran dan pengujian.

      Pengujian bahan logam saat ini semakin meluas baik dalam konstruksi, permesinan, bangunan, maupun bidang lainnya.  Hal ini disebabkan karena sifat logam yang bisa diubah, sehingga pengetahuan tentang metalurgi terus berkembang.

      Untuk mengetahui kualitas suatu logam, pengujian sangat erat kaitannya dengan pemilihan bahan yang akan dipergunakan dalam konstruksi suatu alat, selain itu juga bisa untuk membuktikan suatu teori yamg sudah ada ataupun penemuan baru dibidang metalurgi. Dalam proses perencanaan, dapat juga ditentukan jenis bahan maupun dimensinya, sehingga apabila tidak sesuai dapat dicari penggantinya yang lebih tepat. Disamping tidak  mengabaikan faktor  biaya produksi dan kualitasnya.

                  Adapun pengujian yang akan kita lakukan adalah:

  Uji Kekerasan

  Uji Jomini

  Uji Struktur Mikro

  Uji Impak

  Uji Tarik

B.  MAKSUD DAN TUJUAN

1.  Maksud Pengujian

            Melalui praktikum ini, mahasiswa diharapkan dapat :

a)     Mengenal alat pengujian, mengetahui bagaimana cara menggunakan, kemampuan dan sifat-sifatnya.

b)     Untuk mengetahui parameter - parameter pengujian

c)      Untuk mengetahui perhitungan suatu pengujian material yang dikaitkan dengan penggunaanya didalam praktek.

d)      Mengetahui sifat – sifat karakteristik dan spesifik dari material logam.

e)      Mempratekkan teori – teori yang diperoleh dalam mata kuliah ilmu logam kedalam praktikum pengujian material

f)       Melengkapi syarat mata kuliah dan syarat mengikuti Praktek Kerja Nyata.

g)      Menambah pengetahuan dan kemampuan menyusun suatu laporan.

2.      Tujuan Pengujian

      Melalui pengujian ini diharapkan dapat mengetahui sifat – sifat logam seperti sifat mekanik, sifat fisik dan lain sebagainya. Sifat mekanik adalah kemampuan suatu bahan untuk menerima beban atau gaya tanpa menimbulkan kerusakan pada benda tersebut. Beberapa sifat mekanik antara lain :

  KEKUATAN ( STRENGHT )

Menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa menyebabkan bahan menjadi patah, kekuatan ini terdiri dari : kekuatan tarik, kekuatan tekan, kekuatan geser, dan lain sebagainya.

  KEKERASAN ( HARDNESS )

Menyatakan kemampuan bahan untuk tahan terhadap goresan, pengikisan

( abrasi ).Sifat ini berkaitan terhadap sifat tahan aus ( wear resistance ).

  KEKENYALAN ( ELASTICITY )

Menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk yang permanent setelah tegangan dihilangkan. Tetapi apabila tegangan melampaui batas maka perubahan bentuk akan terjadi walaupun beban dihilangkan.

  KEKAKUAN ( STIFNESS )

Adalah kemampuan bahan untuk menerima tegangan atau beban tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk atau defleksi.

  PLASTISITAS ( PLASTICITY )

Menyatakan kemampuan bahan untuk mengalami sejumlah deformasi plastis   ( yang permanent ) tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan. Sifat ini sering disebut sebagai keuletan ( ductility ).

  KETANGGUHAN ( TOUGHNESS )

Menyatakan kemampuan bahan untuk menyerap sejumlah energi tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan atau banyaknya energi yang diperlukan untuk mematahkan suatu bahan.

   MERANGKAK ( CREEP )

Merupakan kecenderungan suatu logam untuk mengalami deformasi plastis yang besarnya merupakan fungsi waktu pada saat menerima beban yang besarnya relatif besar.

  KELELAHAN ( FATIQUE )

Merupakan kecenderungan dari logam untuk patah bila menerima tegangan berulang – ulang yang besarnya masih jauh dibawah batas kekuatan elastisnya.

BAB II

PENGUJIAN BAHAN

A.   SIFAT MEKANIS BAHAN

1. Sifat  mekanis logam
          Sifat mekanik suatu bahan adalah kemampuan bahan untuk menahan beban-beban yang dikenakan kepadanya. Dimana beban-beban tersebut dapat berupa beban tarik, tekan, bengkok, geser, puntir,atau beban kombinasi.beberapa sifat mekanis logam antara lain:
Ø Kekuatan (strenght)
Menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa menyebabkan bahan tersebut menjadi patah.
Ø  Kekerasan (hardness)
Dapat didefinisikan sebagai kemampuan bahan untuk tahan terhadap goresan , pengikisan (abrasi), penetrasi. Sifat ini berkaitan erat dengan sifat keausan (wear resistance).
Ø Kekenyalan (elasticity)
Menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk yang permanen setelah tegangan dihilangkan.
Ø Kekakuan (stiffness)
menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan / beban tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk (deformasi) atau defleksi.
Ø Plastisitas (plasticity)
Menyatakan kemampuan bahan untuk mengalami sejumlah deformasi plastis (yang permanen) tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan. Sifat ini sangat diperlukan bagi bahan yang akan diproses dengan berbagai proses pembentukan seperti, forging, rolling, extruding dan sebagainya. Sifat ini sering juga disebut sebagai keuletan atau kekenyalan (ductility). Bahan yang mampu mengalami deformasi plastis yang cukup tinggi dikatakan sebagai bahan yang mempunyai keuletan atau kekenyalan tinggi, dimana bahan tersebut dikatakan ulet atau kenyal (ductile).


B. PENGUJIAN BAHAN

           Melalui pengujian kita dapat mengetahui sifat – sifat mekanik logam dan sifat fisik lainnya.Seperti kekerasan,kekuatan,kekenyalan,kekakuan dan plastisitas bahan.Adapun jenis pengujiannya antara lain:

1.   Pengujian Destruktif

             Sesuai dengan namanya pengujian ini bersifta merusak bahan yang diuji sehingga bahan yang diuji akan rusak atau cacat. Bahan yang diuji adalah bahan yang telah memenuhi bentuk dan jenis secara internasional .

umumnya ada beberapa pengujian destruktif  yaitu:

1.1  Pengujian Kekerasan      

      Salah satu sifat mekanik dahan yang penting adalah kekerasan. Untuk mengetahui nilai kekerasan dari suatu bahan, dilakukan pengujian kekerasan menurut suatu metode tertentu.

            Pengujian kekerasan ini bertujuan :

         1.   Untuk memperoleh harga kekerasan suatu logam.

         2.   Untuk mengetahui perubahan suatu sifat dan perubahan suatu kekerasan dari logam   setelah di Heat Treatment.

         3.   Untuk mengetahui kekerasan baja terhadap kecepatan pendinginan.

         4.   Untuk mengetahui perbedaan kekerasan yang disebabkan oleh media pendingin.

Pengertian Kekerasan

            Kekerasan suatu bahan pada umumnya, menyatakan terhadap deformasi dan untuk logam dengan sifat tersebut merupakan ukuran ketahanannya terhadap deformasi plastik atau deformasi permanen. apabila yang menyatakan kekerasan sebagai ukuran terhadap lekukan dan ada pula yang mengartikan kekerasan sebagai ukuran kemudahan dan kuantitas khusus yang menunjukkan sesuatu mengenai kekuatan dan perlakuan panas dari  suatu logam.

         Terdapat 3 jenis ukuran kekerasan secara umum, yang bergantung pada cara pengujian ketiga jenis tersebut adalah:

1.    Kekerasan goresan ( Stracht Hardness ), adalah kekerasan yang diukur dari hasil goresan yang terdapat pada benda kerja. misalnya cara pengujian MOHS.

2.    Kekerasan Lekukan ( Identation Hardness ), adalah harga kekerasan yang diukur dari hasil lekukan yang terdapat pada benda kerja.

3.    Kekerasan Pantulan ( Rebound ) atau kekerasan dinamik ( Dinamic Hardness ), adalah harga kekerasan yang diukur dari hasil pantulan yang lakukan pada saat pengujian.

Misalnya cara penekanan : BRINELL,  MEYER, VICKERS, ROCKWELL, dan      lain-lain.

      Penentuan kekerasan untuk keperluan industri biasanya digunakan metode. Pengukuran ketahanan penetrasi bola kecil, kerucut atau piramida. Pengujian kekerasan adalah salah satu dari sekian banyak pengujian yang dipakai. Karena dapat dilaksanakan pada benda uji yang kecil tanpa kesukaran mengenai spesifikasinya.

Pengukuran kekerasan digolongkan dalam kelompok pengujian tak merusak. dan diterapkan untuk inspeksi sebagai suku cadang karena kekerasan dengan kekuatan tarik sedang ketahanan aus berbanding terbalik dengan kekerasan.

-                      Pengaruh Proses Perlakuan Panas Terhadap Kekerasan

            Macam-masam proses perlakuan panas

1. Thermal Treatments.

2. Thermochemical Treatment.

3. Inovatif Surface Treatment.

      Pada tiap perlakuan panas diatas mempunyai pengaruh yang berbeda – beda pada kekerasan misalnya thermochemical treatments, pengaruhnya terhadap kekerasan hanya pada kedalaman tertentu dari benda kerja, sesuai dengan yang diinginkan pada pengujian kekerasan yang dilakukan, perlakuan panas yang digunakan adalah thermal treatment yang meliputi : annealing ( full annealing, recrystalization annealing, stress relief annealing ), normalizing, hardening, tempering.

      Tiap-tiap perlakuan panas memberikan efek yang berbeda pada bahan yang dikenai, sedangkan pada thermal treatment prosesnya meliputi:

1. Hardening

            Adalah proses pemanasan logam ( baja ) diatas temperature kritis untuk beberapa waktu, lalu dicelupkan kedalam media pendingin, dengan cara seperti ini tingkat kekerasan akan meningkat. Hardening juga dapat didefinisikan sebagai suatu proses yang bertujuan untuk mendapatkan struktur martensite yang keras dengan sifat kekerasan yang tinggi dan kekenyalan yang rendah.

      2. Tempering

            Adalah memanaskan kembali baja yang telah dikeraskan untuk menghilangkan tegangan dalam. Pada proses tempering baja yang telah diheat treatments dipanasi kembali pada suhu 150 ^oC - 650 ^oC.

3. Anealing

            Adalah proses heat treatment dimana pemanasannya dilakukan sampai mencapai temperature tertentu, dan ditahan pada temperature tertentu yang diinginkan, kemudian didinginkan perlahan. Tujuan anealing adalah untuk menghilangkan tegangan dalam. Pada peristiwa ini dilakukan pemanasan sampai diatas suhu kritis ( ±60 ^oC ), kemudian setelah suhu rata didinginkan diudara.

4. Normalizing

            Adalah suatu proses heat treatments yang dilakukan untuk mendapatkan struktur butiran yang halus dan seragam. Pada proses ini dilakukan pemanasan diatas suhu kritis 721 ^oC ( ±60 ^oC ), kemudian setelah merata didinginkan diudara.

                  Pada percobaan kita menggunakan proses annealing yang bertujuan :

  Melunakkan regangan sisa

  Menghaluskan ukuran butir

  Memperbaiki sifat kelistrikan

  Melunakkan dan memperbaiki keuletan

            Secara khusus jenis annealing yang dipergunakan adalah full annealing. Full annealing digunakan untuk membuat baja yang lebih lunak, menghaluskan butir dan dalam beberapa hal dapat memperbaiki machineability. Baja dalam proses pengerjaan mengalami pemanasan sampai temperatur yang tinggi. Biasanya butir kristalnya akan terlalu besar, sehingga sifat mekaniknya kurang baik. Maka butiran kristal tersebut perlu dihaluskan dengan full annealing.

            Pada baja hypoutektoid dipanaskan dengan range temperatur 30 ^oC - 60 ^oC diatas A1 pada dapur pemanas, ditahan pada temperatur itu dan didinginkan secara lambat ( dengan media udara ), sedangkan pada baja hypotektoid perbedaannya hanya pada pemanasan pada range 30 ^oC - 60 ^oC diatas garis A1.

-  Macam – macam Pengujian Kekerasan Yang Dilakukan

            Pengujian yang paling banyak dipakai adalah penekanan-penekanan tertentu pada benda kerja dengan bahan tertentu dengan mengukur ukuran penekanan yang berbentuk diatasnya :

a. Metode Brinel

b. Metode Vickers

c. Metode Rockwell

            Pengujian yang paling banyak dipakai adalah penekanan-penekanan tertentu pada benda kerja dengan bahan tertentu dengan mengukur ukuran penekanan yang berbentuk diatasnya :

a. Metode Brinel

b. Metode Vickers

c. Metode Rockwell

  Metode yang dilakukan pada pengujian ini adalah Metode Brinell dan Metode Vickers.

a)  Uji Kekerasan Rockwell

             Pengujian Rockwell merupakan suatu uji untuk mengetahui tingkat kekerasan. Tingkat kekerasan yang di uji adalah tingkat kekerasan logam baik logam ferrous maupun logam non ferrous dengan menggunakan alat Rockwell Hardness Tester.

-            Flowchart Uji Kekerasan Rockwell

Berikut ini adalah flowchart metodologi pengambilan data untuk praktikum ini:

Gambar 3.1 Flowchart Pengambilan Data Uji Kekerasan 29

Penjelasan Flowchart Metodologi pengambilan data pada simulasi adalah sebagai berikut:

1.      Menentukan Material Logam ferrous (baja karbon) dan logam non ferrous (alumunium dan tembaga).

2.      Memotong Memotong bahan yang akan diuji.

3.      Mengerinda / mengikir Menghaluskan permukaan bahan uji yang telah dipotong.

4.      Mengamplas Menghaluskan bahan uji dari amplas berukuran 100 sampai dengan 1000 sampai permukaan benda rata.

5.      Uji Kekerasan (rockwell) Baja Karbon, Alumunium, dan Tembaga Menguji bahan uji dengan alat Rockwell, yaitu untuk kelompok logam ferrous menggunakan indentor kerucut diamond 120o dan untuk kelompok logam non ferrous menggunakan indentor steel ball berukuran Ø 1/16”.

6.      Pengambilan data Mengambil data yang dihasilkan pada saat menguji bahan, yaitu dengan menetukan beban yang diberikan, dimana untuk baja menggunakan jenis HRa dengan beban yang diberikan 60KP, untuk logam ferrous baja yang telah dilakukan kalibrasi menggunakan jenis HRc dengan beban yang diberikan 150KP, logam non ferrous alumunium dan tembaga menggunakan jenis HRb dengan beban yang diberikan 100KP.

7.      Analisa Menganalisa hasil pengambilan data, yaitu membandingkan hasilnya untuk kelompok logam ferrous dan logam non ferrous untuk dicari mana yang paling keras.

8.      Kesimpulan Menarik kesimpulan menurut tujuan yang telah ditentukan.

 b)  Metode Pengujian Brinel

           Pengujian dengan metode ini dilakukan dengan memberikan penekanan kepermukaan suatu speciment uji. Penekanan ini dilakukan dengan menggunakan suatu penekan (indentor) berbentuk bola.

Prosedur pengujian Brinell yaitu :

1.      Menentukan besar beban sesuai jenis dan ketebalan bahan.

2.      Memasang indentor pada dudukannya.

3.     Specimen uji diletakkan pada landasan dengan posisi penampang tegak lurus terhadap indentor.

4.      Menaikkan landasan sampai specimen dan indentor bersinggungan.

5.      Melakukan penekanan sampai beban yang telah ditentukan.

6.      Pemberian holding time selama :

a)      15 detik untuk besi dan baja.

b)      30 detik untuk tembaga dan paduannya.

c)      Beberapa menit untuk timah timbel dan paduannya.

7.      Menghilangkan beban dari specimen.

8.      Menghitung diameter bekas indentasi.

9.      Menghitung nilai kekerasan sesuai rumus

Setelah dapat nilai kekerasan Brinnell ( HB ) penulisannya adalah sebagai

berikut :

HB  = A  HB  C /  D  /  E

Dimana  ;  HB =    symbol nilai kekerasan Brinell.

A   =    hasil perhitungan dari rumus.

C   =    besar pembebanan yang dikenakan .

D   =    diameter indentor.

E    =  holding time dalam detik.

      

Misal :  120  HB  10 / 1000 / 5” 

mempunyai arti nilai kekerasan brinall         : 120

diameter indentor                 : 10

besar beban                          : 1000

Data Kekerasan  Brinell.

Bahan                       : ST  37

Media pendingin      : Air

Dimensi                    : - panjang  :  15 mm                - diameter  :  10 mm   

Mesin penguji           : Mesin Brinell Hardness Tester

Tabel 2.1  Kekerasan Brinell

No	Suhu ( oC )	Bahan	Beban (F) ( Kg )	D ( mm )	d ( mm )	Kekerasan  ( HB )
1 2 3 4	725 750 798 800	ST  37 ST  37 ST  37 ST  37	1000 1000 1000 1000	10 10 10 10	3,4 2,8 2,8 2.6	106,869 159,235 159,235 176,928

  Rumus Kekerasan brinell

         HB   =

HB1 =   =    106,869     HB

HB2 =  =    159,235     HB

HB3 =  =    159,235       HB

HB4 =  =    176,928     HB

 c)  Metode Pengujian Vickers

            Kekerasan ini diukur dengan mempergunakan alat penguji vickers. Dalam pengujian ini dipakai piramid dimana dengan sudut bidang duanya 136^o sebagai penekan.

            Hasil pengujian tidak tergantung pada besarnya beban / gaya tekan. Alat ini dapat mengukur kekerasan bahan mulai dari sangat lunak ( 5 VHN ) sampai yang sangat keras ( 1500 VHN ), tanpa perlu mengganti daya tekan dapat dipilih antara      1 – 120 Kg tergantung kekerasan atau ketebalan bahan yang diuji.

      Kekerasan vickers pada prinsipnya sama dengan kekerasan brinell, yaitu beban dibagi luas tapak penekanan.

Rumus Kekerasan Vickers :

    HV      =  =

Dimana :

F              : Force                          ( Kgf  )

D             : Diagonal Tapak          ( mm )

Ө             : Sudut puncak identor ( 136 º )

Prosedur pengujian Vickers yaitu :

1)      Menentukan beban yang akan digunakan.

2)      Memasang indentor piramida intan.

3)      Meletakkan specimen pada landasan sehingga penampangnya tegak lurus terhadap indentor.

4)      Menyetel ketinggian atau kenaikan specimen, agar seratnya terlihat pada microscope kemudian menggeser posisi sensor dengan indentor.

5)      Melakukan penekanan dengan menekan tombol start.

6)      Menuggu speciment ditekan sampai lampu holding padam.

7)      Mengeser posisi indentor dengan sensor kembali, kemudian menghitung diagonal batas penekanan yang terjadi.

8)      Menghitung nilai kekerasan yang sesuai dengan rumus.

Data Kekerasan  Vickers.

Bahan                       : ST  37

Holding                    : 6 menit

Media pendingin      : Air

Dimensi                    : - Panjang       : 15 mm

  - diameter      : 10 mm

Mesin penguji           : Mesin Vickers Hardness Tester

Tabel 2.6  Kekerasan Vickers

No	Suhu (oC)	Bahan	Beban ( F ) ( Kg )	Diagonal ( d ) ( mm )	Kekerasan  ( HV )
1 2 3 4	725 750 798 800	ST  37 ST  37 ST  37 ST  37	3 0 30 30 30	0,5935 0,5515 0,538 0,546	191,79 182,868 192,456 186,57

        

Rumus Kekerasan vickers

            HV = 1,854

HV1 = 1,854    =    191,79    HV

HV2 = 1,854    =    182,868  HV

HV3= 1,854       =    192,456  HV

HV4 = 1,854      =    186,57    HV

1.2. Pengujian Tarik

Pengujian ini merupakan proses pengujian yang biasa dilakukan karena pengujian tarik dapat menunjukkan perilaku bahan selama proses pembebanan. Pada uji tarik , benda uji diberi beban gaya tarik , yang bertambah secara kontinyu, bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan terhadap perpanjangan yang dialami benda uji.

Untuk mengetahui sifat-sifat mekanik dari suatu material, maka yang harus dilakukan adalah melakukan pengujian terhadap material tersebut. Dalam dunia industri tentu akan menjadi sangat boros bila dilakukan pengujian dari setiap barang yang ingin diketahui sifat mekaniknya. Lalu apa yang dilakukan oleh orang-orang di industri? Mereka melakukan pengujian terhadap spesimen dari barang yang ingin mereka ketahui sifat mekaniknya. Ada beberapa uji mekanik yang bisa dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat material, antara lain; uji tarik (tensile test), uji tekan (compression test), uji torsi/ puntir(torsion test), uji fatigue, dll. Dari sekian pengujian yang dapat dilakukan untuk mengetahui sifat material, uji tarik menjadi pengujian yang paling disukai untuk dilakukan karena dari satu pengujian dapat diketahui lebih banyak sifat material dari satu pengujian tersebut. Dalam artikel kali ini, penulis akan sedikit membahas tentang pengujian tarik dan sifat-sifat material apa saja yang bisa diketahui dari uji tarik.

Uji tarik mungkin dapat dikatakan pengujian yang paling mendasar. Pengujian ini sangat sederhana, tidak mahal dan telah mengalami standarisasi di seluruh dunia, baik dari metode pengujian, bentuk spesimen yang diuji dan metode perhitungan dari hasil pengujian tersebut. Dengan menarik suatu material secara perlahan-lahan, kita akan mengetahui reaksi dari material tersebut terhadap pembebanan yang diberikan dan seberapa panjang material tersebut bertahan sampai akhirnya putus.

Gbr 1.Skema pengujian tarik dari awal pembebanan

1. Mengapa melakukan Uji Tarik?

Dari uji tarik, banyak sifat-sifat yang bisa kita ketahui dibandingkan dengan pengujian lain. Dari hasil penarikan material hingga material tersebut putus, kita dapat mengetahui data yaitu berupa tegangan  tarik versus pertambahan panjang dari material yang kita uji.

Gbr 2. Gambaran singkat uji tarik dan tegangan yang terjadi

Biasanya yang menjadi fokus perhatian adalah kemampuan maksimum bahan tersebut dalam menahan beban. 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. Di daerah ini, kurva pertambahan panjang vs beban mengikuti aturan Hooke sebagai berikut:

rasio tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan

Stress:  σ = F/A           F: gaya tarikan, A: luas penampang

Strain:  ε  = ΔL/L        ΔL: pertambahan panjang, L: panjang awal

Hubungan antara stress dan strain dirumuskan:

E = σ / ε

Selanjutnya  kita dapatkan Gambar, 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).

Gbr 3.Kurva tegangan-regangan

Bentuk bahan yang diuji, untuk logam biasanya dibuat spesimen dengan dimensi seperti pada  gambar di bawah ini.

Gbr 4. Standar specimen yang digunakan

Perubahan panjang dari spesimen dideteksi lewat pengukur regangan (strain gage) yang ditempelkan pada spesimen seperti diilustrasikan pada gambar di atas. Bila pengukur regangan ini mengalami perubahan panjang dan penampang, terjadi perubahan nilai hambatan listrik yang dibaca oleh detektor dan kemudian dikonversi menjadi perubahan regangan.

Gbr 5. Ilustrasi pengukur regangan pada spesimen

2. 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.6.

Gbr.6 Profil data hasil uji tarik

Kita akan membahas istilah mengenai sifat-sifat mekanik bahan dengan berpedoman pada hasil uji tarik seperti pada Gbr.6. Asumsikan bahwa kita melakukan uji tarik mulai dari titik O sampai D sesuai dengan arah panah dalam gambar.

Deformasi plastis (plastic deformation)
Yaitu perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula. Pada Gbr.6 yaitu bila bahan ditarik sampai melewati batas proporsional dan mencapai daerah landing.

Tegangan luluh atas σ_uy (upper yield stress)
Tegangan maksimum sebelum bahan memasuki fase daerah landing peralihan deformasi elastis ke plastis.

Tegangan luluh bawah σ_ly (lower yield stress)
Tegangan rata-rata daerah landing sebelum benar-benar memasuki fase deformasi plastis. Bila hanya disebutkan tegangan luluh (yield stress), maka yang dimaksud adalah tegangan ini.

Regangan luluh ε_y (yield strain)
Regangan permanen saat bahan akan memasuki fase deformasi plastis.

Regangan elastis ε_e (elastic strain)
Regangan yang diakibatkan perubahan elastis bahan. Pada saat beban dilepaskan regangan ini akan kembali ke posisi semula.

Regangan plastis ε_p (plastic strain)
Regangan yang diakibatkan perubahan plastis. Pada saat beban dilepaskan regangan ini tetap tinggal sebagai perubahan permanen bahan.

Regangan total (total strain)
Merupakan gabungan regangan plastis dan regangan elastis, ε_T = ε_e+ε_p. Perhatikan beban dengan arah OABE. Pada titik B, regangan yang ada adalah regangan total. Ketika beban dilepaskan, posisi regangan ada pada titik E dan besar regangan yang tinggal (OE) adalah regangan plastis.

Tegangan tarik maksimum TTM (UTS, ultimate tensile strength)
Pada Gbr.6 ditunjukkan dengan titik C (σ_β), merupakan besar tegangan maksimum yang didapatkan dalam uji tarik.

Kekuatan patah (fracture strength)
Pada Gbr.6 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.7).

Gbr.7 Penentuan tegangan luluh (yield stress) untuk kurva tanpa daerah linier

Perlu untuk diingat bahwa satuan SI untuk tegangan (stress) adalah Pa (Pascal, N/m²) 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 bahan putus atau gagal pada uji tarik. Bahan disebut lentur (ductile) bila regangan plastis yang terjadi sebelum putus lebih dari 5%, bila kurang dari itu suatu bahan disebut getas (brittle).

Derajat kelentingan (resilience)
Derajat kelentingan didefinisikan sebagai kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase perubahan elastis. Sering disebut dengan Modulus Kelentingan (Modulus of Resilience), dengan satuan strain energy per unit volume (Joule/m³ 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)
Sifat kebanyakan logam yang ditandai dengan naiknya nilai tegangan 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 dan regangan berdasarkan luas penampang bahan secara real time. Detail definisi tegangan dan regangan sejati ini dapat dilihat pada Gbr.8.

Gbr.8 Tegangan dan regangan berdasarkan panjang bahan sebenarnya

Referensi:

1. Material Testing (Zairyou Shiken). Hajime Shudo. Uchidarokakuho, 1983.
2. Material Science and Engineering: An Introduction. William D. Callister Jr. John Wiley&Sons, 2004.
3. Strength of Materials. William Nash. Schaum’s Outlines, 1998.
4. Artikel bapak Azhari Sastranegara

Langkah pengujian kekuatan tarik sebagai berikut :

a. Menyiapkan kertas milimeter block dan letakkan kertas tersebut pada plotter.

b. Benda uji mulai mendapat beban tarik dengan menggunakan tenaga hidrolik diawali 0 kg hingga benda putus pada beban maksimum yang dapat ditahan benda tersebut.

c. Benda uji yang sudah putus lalu diukur berapa besar penampang dan panjang benda uji setelah putus.

d. Gaya atau beban yang maksimum ditandai dengan putusnya benda uji terdapat pada layar digital dan dicatat sebagai data.

e. Hasil diagram terdapat pada kertas milimeter block yang ada pada meja plotter.

f. Hal terakhir yaitu menghitung kekuatan tarik, kekuatan luluh, perpanjangan, reduksi penampang dari data yang telah didapat dengan menggunakan persamaan yang ada.

Gambar 22. Mesin uji tarik.

Keterangan gambar :

1. Batang hidrolik   3. Ragum atas         5. Pembacaan skala

2. Dudukan ragum  4. Ragum bawah    6. Meja plotter

1.3  Pengujian lengkung (Bending Test)

Pengujian ini merupakan salah satu pengujian sifat mekanik bahan yang diletakkan terhadap specimen dan bahan, baik bahan yang akan digunakan pada kontraksi atau komponen yang akan menerima pembebanan terhadap suatu bahan pada satu titik tengah dari bahan yang ditahan diatas dua tumpuan.

Uji lengkung ( bending test ) merupakan salah satu bentuk pengujian untuk menentukan mutu suatu material secara visual. Selain itu uji bending digunakan untuk mengukur kekuatan material akibat pembebanan dan kekenyalan hasil sambungan las baik di weld metal maupun HAZ. Dalam pemberian beban dan penentuan dimensi mandrel ada beberapa factor yang harus diperhatikan, yaitu :
1. Kekuatan tarik ( Tensile Strength )
2. Komposisi kimia dan struktur mikro terutama kandungan Mn dan C.
3. Tegangan luluh ( yield ).
             Berdasarkan posisi pengambilan spesimen, uji bending dibedakan menjadi 2 yaitu transversal bending dan longitudinal bending.

a. Transversal Bending.
          Pada transversal bending ini, pengambilan spesimen tegak lurus dengan arah pengelasan. Berdasarkan arah pembebanan dan lokasi pengamatan, pengujian transversal bending dibagi menjadi tiga :
1. Face Bend ( Bending pada permukaan las )
          Dikatakan face bend jika bending dilakukan sehingga permukaan las
mengalami tegangan tarik dan dasar las mengalami tegangan tekan Pengamatan dilakukan pada permukaan las yang mengalami tegangan tarik. Apakah timbul retak atau tidak. Jika timbul retak dimanakah letaknya, apakah di weld metal, HAZ atau di fussion line (garis perbatasan WM dan HAZ ).
2. Root Bend ( Bending pada akar las )
          Dikatakan roote bend jika bending dilakukan sehingga akar las mengalami tegangan tarik dan dasar las mengalami tegangan tekan .Pengamatan dilakukan pada akar las yang mengalami tegangan tarik, apakah timbul retak atau tidak. Jika timbul retak dimanakah letaknya, apakah di weld metal. HAZ atau di fusion line (garis perbatasan WM dan HAZ)

3. Side Bend ( Bending pada sisi las ).
            Dikatakan side bend jika bending dilakukan pada sisi las .
Pengujian ini dilakukan jika ketebalan material yang di las lebih besar dari 3/8 inchi. Pengamatan dilakukan pada sisi las tersebut, apakah timbul retak atau tidak. Jika timbul retak dimanakah letaknya,apakah di Weld metal, HAZ atau di fusion line (garis perbatasan WM dan HAZ).

b. Longitudinal Bending
            Pada longitudinal bending ini, pengambilan spesimen searah dengan arah pengelasan berdasarkan arah pembebanan dan lokasi pengamatan, pengujian longitudinal bending dibagi menjadi dua :
• Face Bend (Bending pada permukaan las)
Dikatakan face bend jika bending dilakukan sehingga permukaan las mengalami tegangan tarik dan dasar las mengalami tegangan tekan .Pengamatan dilakukan pada permukaan las yang mengalami tegangan tarik, apakah timbul retak atau tidak. Jika timbul retak dimanakah letaknya, apakah di Weld metal, HAZ atau di fusion line (garis perbatasan WM dan HAZ).

• Root Bend (Bending pada akar las)
Dikatakan root bend jika bending dilakukan sehingga akar las mengalami tegangan tarik dan dasar las mengalami tegangan tekan .Pengamatan dilakukan pada akar las yang mengalami tegangan tarik, apakah timbul retak atau tidak. Jika timbul retak dimanakah letaknya, apakah di Weld metal, HAZ atau di fusion line (garis perbatasan WM dan HAZ).

Ø  Kriteria kelulusan uji bending
             Untuk dapat lulus dari uji bending maka hasil pengujian harus memenuhi kriteria sebagai berikut :
1. Keretakan maksimal 3 mm diukur dari segala arah pada permukaan.
2. Keretakan maksimal 10 mm dari jumlah semua keretakan terbesar antara 1mm – 3 mm.
3. Keretakan sudut maksimal 6 mm. kecuali keretakan berasal dari beberapa jenis retak maka keretakan maksimal 3mm.

1.4.  Uji impact

Uji impact dilakukan untuk menentukan kekuatan material sebagai sebuah metode uji impct digunakan dalam dunia industry khususnya uji impact charpy dan uji impact izod. Dasar pengujian ini adalah penyerapan energy potensial  dari pendulum beban yang mengayun dari suatu ketinggian tertentu dan menumbuk material uji sehingga terjadi deformasi.

Ø  Sistem Pengujian Pukul Takik

1.    Uji Charphy

Benda uji diletakkan secara mendatar dan ditahan pada sisi kiri & kanan. Kemudian benda dipukul pada bagian belakang takikan, letaknya persis di tengah.Takikan membelakangi pululan.

2.    Uji Izod

Benda uji dijepit pada satu ujungnya pada posisi tegak. Lalu benda uji ini dipukul dari sisi depan pada sisi ujung yang lain

Macam-Macam Patahan :

1.                  Patahan getas :

            Patahan yang tejadi pada bahan yang getas.

            misal : besi tuang

2.                  Patahan liat :

            Patahan yang terjadi pada bahan yang lunak.

            misal : baja lunak, tembaga dsb

3.                  Patahan campuran :

            Patahan yang terjadi pada bahan yang cukup kuat, namun ulet.

            misal : pada baja temper

1.5. Uji struktur

Uji struktur mempelajari struktur material logam untuk keperluan pengujian material logam dipotong-potong kemudian potongan diletakkan dibawah dan dikikisdengan material alat penggores yang sesuai. Untuk pemeriaksaan =nya dilakuakan dengan alat pembesar ataupun mikroskop elektronik.

-          Pengujian dengan larutan ETSA

Tujuan dari pengujian ini adalah untuk memeperjelas batas butir yang ada pada suatu material karena larutan etsa akan memeberi warna tambahan pada batas butir. Namun larutan ini dapat merusak batas butir tersebut.,bertujuan juga untuk mengetahui struktur mikro logam serta sifat – sifatnya. Selain itu juga untuk mengetahui pengaruh Heat Treatment terhadap perubahan struktur mikro dan perubahan sifat logam serta membandingkannya dengan sifat mekanik yang diinginkannya.

1.5.1. Teori Dasar

      Sifat – sifat logam, terutama sifat mekanik sangat dipengaruhi oleh struktur logam disamping komposisi kimianya. Misalnya suatu logam atau paduan  (dengan komposisi kimia tertentu) akan mempunyai sifat mekanik yang berubah – ubah, bila struktur mikronya diubah.

            Struktur mikro dapat diubah dengan jalan memberikan proses perlakuan              panas atau Heat Treatment pada logam atau logam paduan, selain proses perlakuan panas, proses deformasi juga dapat mengubah struktur mikro dari logam atau    logam paduan. Dalam pemeriksaan metalografi ini akan dilakukan dahulu perlakuan   panas, kemudian dilakukan pemeriksaan struktur mikro pada beberapa sample.

Pada pengujian ini menggunakan ST-37 dengan cara dilaku panaskan dengan thermal treatment yang mana terdiri dari annealing ( full annealing, annealing); normalizing, hardening ,tempering.

       Transportasi fasa yang terjadi pada saat pemanasan recrystalization, annealling stress relif dalam proses fullannealing.

      Baja dipanaskan tepat pada Temperatur kritis ( A1 ), belum tampak adanya perubahan struktur mikro.

      baja dipanaskan tepat melewati temperatur kritis (723⁰ C ) akan mengalami reaksi eutektoid, yaitu lamel-lamel ferrit dan sementit dari perlit akan bereaksi menjadi austenit.

      Perlit ( ferrit sementit ) = austeneaksi ini berlangsung pada temperatur konstan temperatur tidak akan naik sampai seluruh ferrit dan sementit dalam perlit habis menjadi austenit.

      Setelah perlit habis maka mulai terjadi kenaikan temperatur, maka ferrit hypoeutektoid akan mengalami transformasi allotropik ( ferrit BBC menjadi ferrit FCC ), transformasi ini berlangsung pada temperatur konstan. Transfomasi allotropik berlangsung bersamaan dengan naiknya temperatur, makin tinggi temperatur makin banyak ferrit yang bertransformasi menjadi austenit.

      Ferrit hypouetektoid telah berubah seluruhnya menjadi austenit ketika tempertur mencapai titik kritis A3.

   Pada saat penahanan temperature dengan waktu tertentu akan terjadi difusi oleh atom-atom untuk menghomogenkan austenit yang terbentuk.. Pada saat perbandingan austenit akan bertransformasi kembali, sehingga struktur mikro yang terbentuk sesuai dengan laju perbandingan, misalnya perlit kasar, perlit halus, bainit bawah, bainit atas, martensit dsb.

 Transformasi pendinginan lambat dengan media udara :

  Austenit akan mulai membentuk inti ferrit pada saat temperature kritis A3 ( inti ferrit pada batas butir austenit )

  Transformasi ini terjadi karena perubahan allotropic dan besi gamma ke besi alpha. Karena ferrit hanya dapat melarutkan sangat sedikit sekali, maka karbon pada austenit akan semakin banyak bila ferrit semakin banya terbentuk ( dengan turunnya temperatur ).

  Besarnya kandungan karbon dalam austenit dengan menurunnya temperature mengikuti garis temperature kritis A3, sehingga pada saat temperature mencapai temperatur kritis A3, komposisi sisa austenit sama dengan komposisi eutectoid. Pada temperature ini austenit berubah menjadi perlit lamellar.

  Prosesnya dengan tumbuhnya sementit yang kaya karbon  di perlakukan sejumlah besar karbon dari austenit akan mengalami kekurangan karbon dan berubah menjadi ferrit. Untuk berubahnya austenit menjadi ferrit ini dikeluarkan sejumlah karbon yang akan menjadi sementit.

  Dengan demikian akan membentuk struktur yang lamellar yang dinamakan perlit. Perpindahan atom itu berlangsung secara difusi, karenanya membutuhkan waktu yang panjang. Karena itu perlit terjadi pada proses pendinginan yang berlangsung cukup lambat.

  Transformasi austenit menjadi perlit ( reaksi eutectoid ) mengeluarkan sejumlah panas, sehingga reaksi eutectoid berlangsung pada temperature konstan ( temperature akan turun bila reaksi sudah selesai ).

  Saat berada pada temperature kritis transformasi hanya terjadi pada austenit. Ferrit yang terbentuk sebelumnya ( ferrit hypoeutektoid ) tidak mengalami parubahan.

  Pada temperatur yang lebih rendah lagi tidak terjadi transformasi fase.

Proses full annealing ini digunakan untuk membuat baja lebih lunak, menghaluskan butir dan dalam beberapa hal dapat mamperbaiki maehinability. Baja dalam proses pengerjaan mengalami temperature pengerjaan yang tinggi dan dapat menghasilkan butiran-butiran kristal yang terlalu besar sehingga sifat mekaniknya kurang baik. Dengan proses full annealing inilah butiran kristal

 tersebutdihaluskan.   

2.     Pengujian non-destruktif

Pengujian ini tidak merusak dan merupakan bagian dari pengujian bahan. Berainana dengan pengujian destruktif pengujian nendstruktif terdiri dari:

2.1 Penetrant testing

Yaitu pengujian yang digunakan untuk melihat keretakan dan perositas dari suatu bahan. Pengujian dengan penetrant terdiri dari 4 tahap yaitu pembersihan awal, pemberian penetrant,  pembersihan penetrant, dan pemberian developer. Pengujian ini memiliki keuntungan yaitu murah dan cepat dilaksanakan.

2.2 Magnetic particle testing

Pengujian yang juga biasa disebut dengan pengujian menggu-nakan partikel magnetic ini digunakan untuk diskontinuitas yang ada dipermukaan dan dekat permukaan. Pengujian ini dapat kita lakukan  un-

tuk melihat keretakan permukaan pada semua logam induk maupun ion, laminasi fusi yang tidak sempurna, undercut, dan subsurface crack. Jika dibandingkan dengan uji penetrant, pengujian ini dilakuakn untuk diskontinuitas yang lebih dalam.

 

2.3 Ultrasonic testing

Pengujian ini menggunakan metode gelombang suara dengan frekuensi tinggi. Keuntungan dari pengujian ini yaitu dapat dilakukan pada semua bahan dan lebih dalam jika dibandingkan dengan uji magnetic dan uji penetrasi karena menggunakan pantulan gelombang.

2.4  Radiography

Yaitu pengujian dengan menggunakan x-ray untuk mendapatkan gambar dari material. Prinsipnya sama denagn penggunaan pada tubuh material hanya saja menggunakan gelombang yang lebih pendek.

-eddy currentmemiliki prisnsip dasar yang hamper sama dengan teknik medan magnet tetapi disini medan listrik yang dipancarkan adalah arus bolak-balik. Prisnsipnya hamper sama denggan impedensi