A. PENGERTIAN DAN PENJELASAN FATIGUE

Definisi Kelelahan (Fatigue), merupakan kecenderungan dari logam untuk patah bila menerima tegangan berulang–ulang (cyclic stress) yang besarnya masih jauh dibawah batas kekuatan elastiknya. Sebagian besar dari kerusakan yang terjadi pada komponen mesin disebabkan oleh kelelahan ini. Karenanya kelelahan merupakan sifat yang sangat penting, tetapi sifat ini juga sulit diukur karena sangat banyak faktor yang mempengaruhinya.

Mekanisme patah lelah terdiri dari tiga tahap yaitu :1. Tahap awal terjadinya retakan (crack initiation),2. Tahap penjalaran retakan (crack propagation), dan3. Patah akhir atau patah statis akibat dari penampang yang tersisa tidak

mampu lagi menerima beban.Memperkirakan umur lelah suatu komponen adalah sulit. Kesukaran ini

disebabkan oleh banyaknya faktor yang mempengaruhi umur lelah. Faktor-faktor tersebut adalah :

1. Beban, yang terdiri dari :

- Jenis beban: uniaksial, lentur, punter

- Frekuensi siklus beban

- Pola beban: periodik, random

- Besar tegangan

2. Kondisi material.

3. Proses pengerjaan.

4. Bentuk dan ukuran komponen.

5. Temperatur operasi.

6. Kondisi lingkungan.

Umur lelah biasanya dinyatakan sebagai jumlah siklus tegangan yang dicapai sampai spesimen atau komponen patah. Dengan demikian umur total tersebut telah mencakup pula tahap awal retakan dan penjalaran retakan yang bila telah cukup jauh penjalarannya akan menyebabkan patah menjadi dua. Selain itu data kelelahan lain yang penting adalah laju penjalaran retakan (crack growth rate). Laju penjalaran retakan inilah yang datanya dapat dipakai untuk memperkirakan umur lelah.

Uji lelah yang sederhana dilakukan dengan memberikan pembebanan atau tegangan yang relatif sederhana, yaitu beban uniaksial atau lenturan. Dengan beban tersebut akan diperoleh tegangan tarik dan tegangan tekan yang berfluktuasi.

Baja memiliki batas kelelahan (fatigue limit) atau batas ketahanan (endurance limit) yang jelas, sedangkan alumunium tidak mempunyai batas kelelahan yang jelas.

Batas kelelahan adalah batas tegangan yang akan memberikan umur lelah yang tidak berhingga.

Adanya bagian komponen yang tidak kontinyu, misalnya akibat adanya takikan atau lubang ataupun goresan yang dalam akan menyebabkan pemusatan tegangan.

Pengaruh adanya takikan terhadap karakteristik kelelahan dinyatakan dengan faktor takikan terhadap kelelahan (fatigue notch factor) Kf : Harga kekuatan lelah pada kedua jenis spesimen tersebut diatas diambil pada jumlah siklus yang sama.

Cara lain untuk menyatakan pengaruh takikan adalah dengan sensitivitas takikan terhadap kelelahan (fatigue notch sensitivity) q : Pada tingkat tegangan yang rendah serta jumlah siklus yang tinggi, banyak logam yang menunjukkan kapekaan terhadap takikan. Disisi lain hal ini tidak berlaku pada logam yang ulet. Tegangan lokal yang tinggi akan menyebabkan terjadinya deformasi plastis setempat, sehingga tegangan yang bekerja menjadi lebih rendah daripada kalau hanya di daerah elastis.

B. Perhitungan Kelelahan (Fatigue)

Pengukuran Kelelahan (Fatigue)• Struktur presisi (smooth) dan bertakik (notched):

Kelelahan meliputi pertumbuhan inti dan penyebaran retakan (propagation of crack)

Karakterisasi dengan umur lelah T-S (Tegangan-Siklus, S-N) atau R-S (Regangan-Siklus, - N)

Takikan mengkonsentrasikan tegangan dan regangan• Struktur retak

Kelelahan meliputi penyebaran retakan Karakterisasi dengan laju pertumbuhan retak lelah (fatigue crack growth

rate)Tujuan memprediksi umur lelah atau siklus pembebanan maksimum untuk

menentukan umur tak terbatas (infinite life)

Kurva Tegangan-Siklus (S-N Curve)• Kelelahan dibawah tegangan luluh (batas elastis)• Beberapa bahan mempunyai batas lelah (fatigue limit)

Sebuah batas ketahanan (endurance limit) dapat ditentukan dengan membandingkan batas lelah bahan lain

Kurva tegangan-siklusEfek dari Tegangan rerata dari kurva T-S

• Umur lelah ditingkatkan oleh tegangan tekan

Persamaan Goodmana = batas ketahanan pada m

m = tegangan reratafat = batas ketahanan pada m = 0UTS = kekuatan tarik

Perhitungan Umur Lelah

• Contoh: Sebuah lempeng MnS (magnesium sulfate) yang besar diinklusi pada gulungan lempeng panas (hot-rolled plate), tegangan tegak lurus terhadap pengelasan sambungan T.

a = radius cacatDs = jarak/selisih tegangan Ketika retak tumbuh, DK meningkat.Ketika DK meningkat, laju pertumbuhan meningkat

C. Mekanisme Pengujian Fatigue

Pengujian ini dilakukan uji tarik untuk mengetahui nilai dari ultimate tensile strength (UTS). Nilai UTS dari spesimen diperoleh dari data spesifikasi bahan. Setelah diketahui nilai UTS kemudian melakukan pengujian uji fatik dengan mesin uji fatik tipe rotary bending, dengan lama waktu pengujian fatik maksimal selama 3 jam. Adapun langkah-langkah pengambilan data adalah sebagai berikut :

1. Setelah diketahui nilai UTS dari data spesifikasi spesimen, maka dapat ditentukan berat beban yang akan diberikan yaitu sebesar 20%, 30%, 40%, dan 50%, 60% dari nilai UTS spesimen.

2. Memasang spesimen pada mesin uji fatik. 3. Memasang beban. 4. Menghidupkan mesin bersamaan dengan menghidupkan penghitung waktu

untuk memulai pengujian. 5. Melihat putaran motor secara berkala sebanyak ± 5 kali. 6. Saat material patah matikan motor dan penghitung waktu. 7. Catat waktu dan rpm yang diperoleh dari indikator. 8. Tandai material untuk pengujian pertama. 9. Ulangi langkah 2-7 untuk pengujian menggunakan beban selanjutnya. 10. Catat seluruh data dan kejadian selama pengambilan data.