herdi susanto buku ajar material teknik 2 · 7,1-$8$1 3867$.$ .hwdqjjxkdq %dkdq .hwdqjjxkdq edkdq...

$: Herdi Susanto Buku Ajar Material Teknik 2 · 7,1-$8$1 3867$.$ .hwdqjjxkdq %dkdq .hwdqjjxkdq edkdq dgdodk vxdwx xnxudq hqhujl \dqj glshuoxndq xqwxn phpdwdkndq vxdwx edkdq %dkdq \dqj$
Sub Modul Praktikum

PRAKTIKUM UJI KETANGGUHAN BAHAN

Tim Penyusun Herdi Susanto, ST, MT

NIDN :0122098102 Joli Supardi, ST, MT

NIDN :0112077801

Mata Kuliah FTM 006 Material Teknik + Praktikum

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS TEUKU UMAR

TAHUN 2015

4

PRAKATA

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah

menganugerahkan keberhasilan bagi kami dalam menyelesaikan

penyusunan buku Modul Praktikum Material Teknik dengan Sub Modul

Praktikum Uji Ketangguhan Bahan , yang di adaopsi dari Penelitian

Mandiri dengan judul “Rancang Bangun Alat Uji Impact Tipe

Charpy ”.

Ucapan terima kasih kami haturkan kepada Universitas Teuku

Umar dukungan moril dan pencerahan diri sehingga penelitian dapat

terlaksana dengan dengan telaksana penelitian sehingga buku Sub Modul

Praktikum ini dapat disusun oleh tim penyusun Kemudian, kami

ucapkan terima kasih kepada pihak Fakultas Teknik dan terutama

kepada Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan kerja sama yang

sangat baik bagi kelancaran penyusunan buku ini.

Tidak lupa pula kami haturkan terima kasih kepada seluruh tim

penyusun buku dan peneliti mulai darimahasiswa tugas akhir sampai

dengan staf pengajar yang telah mencurahkan seluruh tenagadan

pikirannya dalam menyelesaikan penelitian ini.

Terima kasih juga kami ucapkan kepada semua pihak

yang telah membantu keberhasilan penyusunan buku ini ini yang

kiranya tidak mungkin kami sebutkan satu persatu di sini.

Akhirnya, semoga buku modul praktikum ini bisa menjadi

rujukan untuk kegiatan praktikum mahasiswa

Meulaboh, 30 Desember 2015 Tim Penyusun

BAB I

TINJAUAN PUSTAKA

1.1. Ketangguhan Bahan

Ketangguhan bahan adalah suatu ukuran energi yang diperlukan untuk

mematahkan suatu bahan. Bahan yang bersifat ulet akan memerlukan energi

perpatahan yang lebih besar dan mempunyai sifat tangguh yang lebih baik dari

pada bahan yang bersifat getas dengan kekuatan bahan yang sama. Penurunan

ketangguhan bahan sangat beresiko dan dapat berakibat fatal, oleh karena itu

ketangguhan perlu diukur atau dikuantifikasi secara konvensional, hal tersebut

dilakukan dengan uji impak atau benturan.

Pengujian impak bertujuan untuk mengukur berapa energi yang dapat

diserap suatu material sampai material tersebut patah. Pengujian impak

merupakan respon terhadap beban kejut atau beban tiba-tiba (beban impak) [3].

Dalam pengujian impak terdiri dari dua teknik pengujian standar yaitu Charpy

dan Izod. Pada pengujian standar Charpy dan Izod, dirancang dan masih

digunakan untuk mengukur energi impak yang juga dikenal dengan ketangguhan

takik [3].

1.2. Metode Izod

Menggunakan batang impak kantilever. Benda uji izod sangat jarang

digunakan pada saat sekarang ini. Pada benda uji izod mempunyai penampang

lintang bujur sangkar atau lingkaran dan bertakik V didekat ujung yang di jepit.

1.3. Metode Charpy

Menggunakan batang impak yang ditumpu pada kedua ujungnya. Benda

uji charpy mempunyai luas penampang lintang bujur sangkar dan memiliki takik

V – 450, dengan jari-jari dasar 0,25 mm dan kedalaman 2 mm. Benda uji

diletakkan pada tumpuan dalam posisi mendatar dan bagian yang bertakik diberi

beban impak dengan ayunan bandul. Benda uji akan melengkung dan patah pada

laju regangan yang tinggi [4].

Menurut ASTM, standarisasi Notched Bar Test adalah ASTM E 23-01,

kedua metode di atas dapat di lihat pada gambar 1.1.

Gambar 1.1. Metode Pengujian Impak Sumber : Calliester, 2007

1.4. PengujianAlat Uji Impak Metode Charpy

Dalam menentukan ketahanan logam terhadap pembebanan kejut (Impact

Strenght), prinsipnya adalah berapa besar gaya kejut yang dibutuhkan untuk

mematahkan benda uji dibagi dengan luas penampang bahan [5].

Spesimen Charpy berbentuk batang dengan penampang lintang bujur

sangkar dengan takikan V oleh proses permesinan (gambar 1.2.a). Mesin

pengujian impak diperlihatkan secara skematik dengan (gambar 1.2.b). Beban

didapatkan dari tumbukan oleh palu pendulum yang dilepas dari posisi ketinggian

h. Spesimen diposisikan pada dasar seperti pada (gambar 1.2.b) tersebut. Ketika

dilepas, ujung pisau pada palu pendulum akan menabrak dan mematahkan

spesimen ditakikannya yang bekerja sebagai titik konsentrasi tegangan untuk

pukulan impak kecepatan tinggi. Palu pendulum akan melanjutkan ayunan untuk

mencapai ketinggian maksimum h’ yang lebih rendah dari h. Energi yang

diserap dihitung dari perbedaan h’ dan h (mgh – mgh’), adalah ukuran dari

energi impak. Posisi simpangan lengan pendulum terhadap garis vertikal sebelum

dibenturkan adalah α dan posisi lengan pendulum terhadap garis vertikal setelah

membentur spesimen adalah β.

Gambar 1.2. Metode Impak Type Charpy Sumber : Calliester, 2007

1.5. Prinsip Dasar Mesin Uji Impak

Apabila pendulum dengan berat G dan pada kedudukan h1 dilepaskan,

maka akan mengayun sampai kedudukan posisi akhir 4 pada ketinggian h2 yang

juga hampir sama dengan tinggi semula (h1), dimana pendulum mengayun bebas.

Pada mesin uji yang baik, skala akan menunjukkan usaha kilogram meter (kg.m)

pada saat pendulum mencapai kedudukan 4. seperti terlihat pada Gambar 1.3.

Gambar 1.3. Prinsip Dasar Mesin Uji Impak

Apabila batang uji dipasang pada kedudukannya dan pendulum dilepaskan,

maka pendulum akan memukul batang uji dan selanjutnya pendulum akan

mengayun sampai kedudukan 3 pada ketinggian h2.

Usaha yang dilakukan pendulum waktu memukul benda uji atau usaha

yang diserap benda uji sampai patah dapat diketahui dengan menggunakan

persamaan 1.1, [5, 6, 3]:

W1 = G x h1 (Kg.m) ........................................................................ 1.1

Atau dengan menggunakan persamaan 1.2 :

W1 = G x λ (1 – cos α) (Kg.m) ....................................................... 1.2

Dimana :

W1 = Usaha yang dilakukan (Kg.m)

G = Berat pendulum (Kg)

h1 = Jarak awal antara pendulum dengan benda uji (m)

λ = Jarak lengan pengayun (m)

cos λ = Sudut posisi awal pendulum

Sedangkan sisa usaha setelah mematahkan benda uji dapat dihitung

dengan menggunakan persamaan 1.3 :

W2 = G x h2 (Kg.m) ........................................................................ 1.3

Atau dengan menggunakan persamaan 1.4 :

W2 = G x λ (1 – cos β) (Kg.m) ...................................................... 1.4

Dimana :

W2 = Sisa usaha setelah mematahkan benda uji (Kg.m)


H2 = Jarak akhir antara pendulum dengan benda uji (m)


cos β = Sudut posisi akhir pendulum

Besarnya usaha yang diperlukan untuk memukul patah benda uji dapat

diketahui melalui persamaan 1.5 :

W = W1 – W2 (Kg.m) ................................................................... 1.5

Sehingga dari persamaan diatas diperoleh persamaan 1.6 :

W2 = G x λ (cos β – cos λ) (Kg.m) ................................................. 1.6

dimana :

W = Usaha yang diperlukan untuk mematahkan benda uji (Kg m)

W1 = Usaha yang dilakukan (Kg m)

W2 = Sisa usaha setelah mematahkan benda uji (Kg m)



cos λ = Sudut posisi awal pendulum


Besarnya harga impak setelah dilakukan pengujian dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan 1.7:

K = 0A

W ........................................................................................ 1.7

dimana :

K = Nilai impak (Kg m/mm2)


Ao = Luas penampang di bawah takikan (mm2)

Pengujian impak dapat di identifikasi sebagai berikut [5,7]:

1. Material yang getas, bentuk patahannya akan permukaan merata, hal ini

menunjukkan bahwa material yang getas akan cenderung patah akibat

tegangan normal.

2. Material yang ulet akan terlihat meruncing, hal ini menunjukkan bahwa

material yang ulet akan patah akibat tegangan geser.

3. Semakin besar posisi sudut β akan semakin getas, demikian

sebaliknya. Artinya pada material getas, energi untuk mematahkan

material cenderung semakin kecil, demikian sebaliknya.

BAB II

METODE PELAKSANAAN PRAKTIKUM

2.1. Waktu dan Tempat Penelitian

Praktikum dilaksanakan di Laboratorium / workshop Universitas Teuku

Umar (Workshop M UTU). Setiap kejadian, respon dan hasil yang diperoleh

selama menjalankan kegiatan dicatat dalam dokumentasi dengan bantuan

komputer untuk menjamin akuntabilitas hasil penelitian.

2.2. Bahan dan Alat

Pada penelitian ini menggunakan bahan dan yang terbuat dari kuningan ,

baja karbon dan tembaga.

2.2.1. Spesimen Uji

Dimensi dan ukuran spesimen dibuat berdasarkan standar ASTM E 23-

02 tipe A, seperti terlihat pada gambar 2.1.

10 mm 450

Gambar 2.1.Dimensi dan ukuran spesimen uji impak charpy.

Sumber : ASTM E 23-02.

55 mm 10 mm

2.3. Alat Praktikum

Peralatan Alat uji yang di gunakan pada praktikum ini adalah Alat uji

impak Machine dengan spesifikasi seperti yang di tunjukan pada gambar 2.2.

Gambar 2.2. Alat Uji Impak Sumber : Farizal dan Jufrianto, 2013

Keterangan :

Skala pengukur energy impak Pengunci Pendulum Rellintasan Pendulum Kerangka utama Kerangka penyangga Bandul dan Pedal rem 2.4. Peralatan Kerja

Peralatan kerja yang digunakan dalam pembuatan spesimen kuningan alat uji

impak tipe charpy adalah sebagai berikut :

2.4.1. Gergaji Tangan dan Ragum

Alat pendukung kerja ini yang digunakan dalam proses pemotongan

(spesimen), dengan mengunakan ragum ini untuk mengikat spesimen sewaktu di

potong, untuk alat pemotongan spesimen dengan mengunakan gergaji tangan,

2.4.2. Jangka sorong.

Jangka sorong ini digunakan untuk menggukur panjang dan lebar, juga

menggukur kedalaman takik spesimen sampai dengan 200 mm, ketelitian 0,05

mm

2.4.3. Kikir Tangan

Alat pendukung kerja yang digunakan dalam proses pembuatan spesimen

untuk membuat takikan pada spesimen dengan penampang sudut 450 kikir ini

mempunyai panjangnya 10 mm,

2.5. Pengujian alat uji impak type charpy

Pengujian alat uji impak menggunakan material kuningan dengan

langkah- langkah pengujian sebangai berikut:

1. Mengangkat Bandul 1400 dengan cara memutar melawanan arah jarum

jam secara pelahan-lahan.

2. Meletakkan benda uji (spesimen) pada tempat tumpuan dengan benar-

benar pada posisi tegah, dimana pisau pada bendul spesimen sejajar

dengan takikan benda tersebut.

3. Menyetel posisi jarum skala ukuran di 00

4. Sebelum di tarik kunci bandul pada pendulum harus ditekan pedal rem

atau di tekan dengan kaki.

5. Tarik pengunci bandul atau melepaskan untuk mengayun dan

mematahkan spesimen benda uji.

Pengujian Alat Uji

Validasi Alat Uji

Analisa Data

Kesimpulan Penelitian

Selesai

Mulai

6. Pedal rem di lepaskan untuk menghentikan bandul.

7. Melihat dan mencatat hasil data pengujian yang di tujukan oleh jarum

penunjuk pada busur derajat.

8. Masukan data energi impak yang telah di uji pada tabel berikut.

2.8. Diagram Alir Praktikum

Rangkaian kegiatan yang dilakukan dalam praktikum ini dapat dilihat

dalam gambar 2.6.

Gambar 3.6. Diagram alir penelitian

Persiapan dan Pembuatan Spesimen

ASTM E 23

3.9. Proses Pembuatan Spesimen

3.9.1. Pemotongan spesimen.

Spesimen kuningan ini merupakan campuran dari tembaga dan seng,

Tembaga merupakan komponen utama dari kuningan dan kuningan biasanya di

klasifikasikan sebangai paduan tembaga dengan bedasarkan ASTM E 23-02

dengan dimensi 10 mm x 10 mm x 55 mm

3.9.2. Proses meratakan spesimen

Kertas Atlas Brand ini untuk meratakan pinggir spesimen alat uji dalam

penelitian ini dengan mengunakan ukuran kertas gosok P400 dan P600

3.9.3. Proses Pembuatan Takik.

Spesimen kuningan ini setelah di ukur dan pemotongan maka harus dibuat

takik pada ukuran tengah- tengah spesimen dengan kedalaman takik 2 mm

3.9.4. Proses pengukuran Spesimen.

Dengan selesainya proses pemotongan, maka di lanjutkan denga proses

meratakan dengan mengunakan kertas Atlas Brand, dengan dua cara, yang

pertama dengan mengunakan kertas Atlas Brand P 400, yang ke dua mengunakan

kertas Atlas Brand P 600, sehingga baru proses pengukuran spesimen, dengan

pengukuran, panjang, dan lebar, juga ukuran takik,

3.10. Proses Pengujian

Langkah-langkah dalam proses pengujian alat uji impak tipe charpy adalah

sebagai berikut :

3.10.1.Proses mengangkat bandul pada pengunci.

Mengangkat bandul pada pengunci, dari 00 diangkat pada posisi sudut 1400,

mengangkat bandul dengan cara memutar dan melawan arah jarum jam secara

pelahan-lahan

3.10.2. Proses peletakan spesimen pada tumpuan.

Peletakan benda uji pada tempat tumpuan, alat uji harus benar-benar pada

posisi tegah, dimana pisau pada bendul spesimen sejajar dengan takik, dan posisi

kedudukan takik membelakangi bandul

3.10.3. Proses skala energi impak di 00

Setelah di angkat bandul maka, posisi jarum skala energi impak di 00

3.10.4. Proses penekanan Pengereman bandul.

Sebelum ditarik kunci bandul pada pendulum, maka harus di tekan pedal

rem untuk tidak terjadi pengereman waktu bandul mengayun atau waktu

pengujian spesimen,

3.10.5. Proses penarikan Pengunci Pendulum

Tarik pengunci bandul atau melepaskan pengunci untuk melihat

perpatahan spesimen benda uji yang diletakan pada posisi tumpuan,

3.10.6. Proses pembacaan skala energi impak.

Melihat dan mencatat hasil data pengujian yang ditujukan oleh jarum

penunjuk pada busur derajat

BAB III

PRAKTIKUM KETANGGUHAN BAHAN

3.1. Hasil Praktikum

3.1.1. Hasil spesimen yang telah di uji

Spesimen yang di uji material kuningan nilai skala spesimen I dan III= 660

dan spesimen II= 680

4.1.2. Pengisian data pada tabel energi impak.

Hasil pengujian alat uji impak type (charpy) untuk material kuningan, di

isi pada tabel di bawah ini.

Tabel 4.1. Tabel hasil Perhitungan Derajat Energi Impak

NO Material Nomor Spesimen Derajat Energi impak (0)

1 Kuningan Spesimen 1



3.2. Menghitung energi impak material kuningan

Evaluasi terhadap hasil perhitungan energi impak dilakukan dengan

menghubungkan sudut derajat energi impak terhadap persamaan standar

pengujian impak dari persamaan 2.2 dimana :

W1 = G x λ (1 – cos α) (kg.m) ....................................................... 4.1

Dimana :

W1 = Usaha yang dilakukan (Kg.m)



cos α = Sudut posisi awal pendulum

Data dari alat uji impak diketahui G = 6 Kg, λ = 0,55 m, α = 1400, maka

dihasilkan usaha awal yang dilakukan (W1) adalah :

W1 = G x λ (1 – cos α)

W1 = 6 Kg x 0,55 m (1 – cos 1400)

W1 = 3.3 Kg.m (1 + 0.766)

W1 = 3,3 Kg.m (1.766)

W1 = 5,8278 Kg.m

Usaha awal yang dilakukan oleh alat uji impak tipe charpy yang

direncanakan adalah sebesar 5,8278 Kg.m

Untuk menghasilkan besarnya energi awal alat uji impak tipe charpy

dalam satuan Joule atau N.m maka :

a) Satuan Kg.m dikalikan dengan standar gravitasi bumi 9,80 m/det

menghasilkan 5,8278 Kg.m x 9,80 m/det = 57,11 Kg.m2/s2, jika satuan

Kg.m2/s2 = N.m., maka 57,11 Kg.m2/s2 sama dengan 57,11 N.m

b) Satuan N.m sama dengan satuan Joule ( 1 N.m = 1 Joule), maka kapasitas

maksimum alat uji impak yang direncanakan desainnya ini adalah 57,11

N.m atau 57,11 Joule.

Adapun sisa usaha setelah mematahkan benda uji dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan 2.4 :

W2 = G x λ (1 – cos β) (Kg.m) ....................................................... 4.2

Dimana :

W2 = Sisa usaha setelah mematahkan benda uji (Kg.m)




jika diasumsikan bahwa sudut posisi akhir pendulum setelah pengujian

adalah 660 (β), maka akan dihasilkan sisa usaha setelah mematahkan benda uji

adalah :

1) Spersimen I

W2 = G x λ (1 – cos β)

W2 = 6 Kg x 0,55 kg (1 – Cos 660)

W2 = 3.3 Kg.m (1 - 0,4067)

W2 = 3.3 Kg.m (0,5933)

W2 = 1,9579 Kg.m

2) Spersimen II

W2 = G x λ (1 – cos β)

W2 = 6 Kg x 0,55 kg (1 – Cos 680)

W2 = 3.3 Kg.m (1 - 0,3746)

W2 = 3.3 Kg.m (0,6254)

W2 = 2,063 Kg.m

3) Spesimen III

W2 = G x λ (1 – cos β)

W2 = 6 Kg x 0,55 Kg (1 – Cos 660)

W2 = 3.3 Kg.m (1 - 0,4067)

W2 = 3.3 Kg.m (0,5933)

W2 = 1,9579 Kg.m

Jadi sisa usaha setelah mematahkan benda uji material kuningan oleh alat

uji impak tipe charpy yang direncanakan pada spesimen III adalah sebesar

1,9579 Kg.m.

Dan besarnya usaha yang diperlukan untuk memukul patah benda uji dapat

diketahui melalui persamaan 2.5 :

W = W1 – W2 (Kg.m) .................................................................... 4.3

dimana :

W = Usaha yang diperlukan untuk mematahkan benda uji (kg.m)

W1 = Usaha yang dilakukan (kg.m)

W2 = Sisa usaha setelah mematahkan benda uji (kg.m)

Dengan menggunakan data diatas dimana W1 = 5,8278 Kg.m dan W2 =

2,063 Kg.m, maka akan dihasilkan usaha yang diperlukan alat uji yang

direncanakan untuk mematahkan benda uji adalah sebesar :

Spesimen II

W = W1 – W2

W = 5,8278 Kg.m – 2,063 Kg.m

W = 3,7648 Kg.m

Spesimen I dan III

W = W1 – W2

W = 5,8278 Kg.m – 1,9579 Kg.m

W = 3,870 Kg.m

Besarnya harga impak setelah dilakukan pengujian dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan 2.7

K = 0A

W ....................................................................................... 4.4

dimana :

K = Nilai impak (Kg m/mm2)


Ao = Luas penampang di bawah takikan (mm2)

Spesimen I dan III adalah W = 0,047 Kg.m dan spesimen II W= 0,048

kg.m, dan luas penampang spesimen yang direncanakan berdasarkan standar

ASTM E 23-07 tipe A, seperti terlihat pada Gambar 4.12.

10 mm 450

Gambar 4.2. Dimensi dan ukuran spesimen uji impak charpy. Sumber : ASTM E 23-02, 2002

Maka diketahui dari gambar 4.12. dimensi dan ukuran spesimen uji impak

charpy adalah luas penampang di bawah takikan A0 adalah :

A0 = t x l (mm2) ............................................................................. 4.5

Dimana :

T = Tinggi spesimen dibawah takik (mm)

L = Lebar spesimen (mm)

55 mm 10 mm

Dari dimensi dan ukuran spesimen type A alat uji impak charpy ASTM E-

23-02, diketahui bahwa T = 8 mm dan L = 10 mm, maka dihasilkan luas

penampang dibawah takikan A0 adalah

A0 = t x l (mm2)

A0 = 8 mm x 10 mm

A0 = 80 mm2

Jika A0 telah diketahui sebesar 80 mm2, maka besarnya harga impak

setelah dilakukan pengujian, adalah :

Spesimen I dan III

K = 0A

W

K = 280

kg.m 3,7648

mm

K = 0,047 kg m/mm2

Spesimen II

K = 0A

W

K = 280

kg.m 3,870

mm

K = 0,048 kg m/mm2

Hasil perhitungan untuk 3 spesimen kuningan yang ditunjukkan pada tabel 4.2

Tabel 4.2. Tabel hasil Perhitungan Energi Impak

NO Material Nomor Spesimen Derajat Energi

impak (0)

Energi Impak

Kg.m/mm2

1 Kuningan Spesimen 1 66 0,047



Maka dapat diketahui bahwa besarnya energi impak terhadap rata-rata

material kuningan adalah :

1) Spesimen I K = 0,047 Kg m/mm2

2) Spesimen II K = 0,048 Kg m/mm2 dan

3) Spesimen III K = 0,047 Kg m/mm2

Krata2 =

= , , ,

Krata2 =

, . /

Krata2 = 0,047 kg.m/mm2.

herdi susanto buku ajar material teknik 2 · 7,1-$8$1 3867$.$ .hwdqjjxkdq %dkdq .hwdqjjxkdq edkdq...

Documents