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


2/23


$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


3/23


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


4/23


)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


5/23


Gambar 2.,. -ia(ram te(an(anre(an(an

Materia$ Teknik

14


6/23


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


7/23


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


8/23


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


9/23


Materia$ Teknik

18


10/23


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.


11/23


c. $B


12/23


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


13/23


))'&(&(&

)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


14/23


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


15/23


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 (=.


16/23


CABAPEGJ?


17/23


9EGTGJAGo ni>ersal" dapat untuk benda apapun ,material keras atau

lunak.o Daktu yang digunakan lebih singkat" dll.

9EBJ


18/23


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


19/23


)%%(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


20/23


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


21/23


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


22/23


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


23/23


Gambar 2.1,. Sketsa !en(ujian /ree! an kur9a 0an( i4asi$kan.

32

91108124 bab2 pengujian sifat mekanik

Documents