bab iii final

LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2014/2015

Kelompok 10 Pengujian Kekuatan Kejut

BAB III

PENGUJIAN KEKUATAN KEJUT

3.1 Tujuan Pengujian

1. Mengetahui daya tahan logam terhadap beban dinamis yang menyebabkan

terjadinya patahan

2. Mengetahui bentuk patahan

3. Mengetahui pengaruh perlakuan panas terhadap kekuatan kejut

4. Mengetahui cara pengujian kekuatan kejut

3.2 Teori Dasar Pengujian

Kekuatan kejut(impact) adalah kemampuan suatu bahan untuk menahan beban

dinamis atau mendadak yang dapat menyebabkan rusak atau patah.

3.2.1 Macam-macam Metode Pengujian Impact

Percobaan impact yang digunakan untuk menghitung besarnya ketahanan

impact suatu logam tergantung dari kerapuhan metal dan penggunaannya ada 3

macam, yaitu:

a. Percobaan Pukul Takik (Beam impact test)

Pengujian ini digunakan untuk mengetahui kemampuan suatu logam untuk

menahan pukulan suatu logam. Percobaan ini memakai spesimen yang bertakik,

cara pembebanan ini ada 2 yaitu:

1. Cara Pembebanan Charpy (Charpy Impact Testing)

Pada percobaan ini benda kerja mempunyai ukuran yang standar, takik

diletakkan pada landasan dengan posisi takik membelakangi pendulum yang

akan memberi beban kejut sehingga mengenai bagian punggung notch. Notch

yang digunakan umumnya bersudut 45 derajat.Percobaan ini sesuai untuk

material yang ductile.




Gambar 3.1 Pembebanan Charpy

Sumber: Dieter,E George (1986: 473)

2. Cara Pembebanan Izod

Salah satu bagian benda uji dijepit pada bibir takik dan posisi takik

berhadapan dengan pendulum yang akan memberi beban kejut. Percobaan ini

sesuai untuk material yang brittle (rapuh). Percobaan ini banyak digunakan di

Inggris

Gambar 3.2 Pembebanan Izod


b. Percobaan Tarik Kejut (Tension Impact Test)

Salah satu ujung spesimen dijepit pada ujung yang lain dan diberi beban

tarik secara kejut. Percobaan ini biasanya digunakan pada bahan yang bersifat ulet.

Spesimen bisa diberi notch atau tidak.

c. Percobaan Puntir Kejut (Torsion Impact Test)

Salah satu spesimen dijepit dan pada ujung yang lain diberi beban puntir

secara kejut. Dalam hal ini masih ada batas mulur dan batas patah tetapi tak ada

kontraksi. Tegangan puntir pada titik beratnya sama dengan nol dan semakin keluar

semakin bertambah.




3.2.2 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kekuatan Impact

1. Bentuk dan ukuran Notch

Notch yang semakin kecil menyebabkan sering terjadinya patahan karena takik

merupakan tempat pemusatan tegangan saat benda diberi beban kejut.

Gambar 3.3 Tabel pengaruh sudut Notch

Sumber: Harner E. Davis, The Testing of Engineer Material , Mc Graw Hill

2. Kadar karbon

Gambar 3.4 Pengaruh Kadar Karbon Terhadap Impact

Sumber : Dieter,E George (1986: 478)

Semakin tinggi kadar karbon maka impactstrength-nya semakin rendah karena

sifat karbon adalah getas dan keras.

3. Unsur Paduan

Baja dengan paduan yang berbeda akan menyebabkan susunan atom yang

berlainan dengan logam induknya. Karena susunannya berbeda dari sifat mekanik

baja karena pengaruh paduan yang berbeda. Paduan ini mempengaruhi nilai impact

strength




4. Homogenitas Arah Orientasi

Homogenitas berpengaruh pada gaya ikatan antar atom. Sehingga berpengaruh

pada harga impact strength-nya. Semakin tinggi tingkat homogenitas suatu material

maka semakin tinggi pula harga impact strength-nya.

5. Ukuran Butir Kristal

Ukuran butir yang besar bersifat lebih ductile dari ukuran butir yang kecil. Hal

ini karena butir yang besar memiliki batas butir yang lebih sempit sehingga bila

diberi gaya kejut maka pertemuan batas butir akan membuat gaya yang diterima

lebih merata sehingga deformasi lebih rendah dan impact strength tinggi.

Gambar 3.5 : Ukuran butir terhadap impact


6. Temperatur Pemanasan

Dengan naiknya suhu pemanasan maka energi yang diperlukan untuk

mematahkan spesimen semakin besar. Impacttest sebaliknya dilakukan pada suatu

daerah yang mempunyai temperatur yang berbeda sehingga dapat sekaligus

mempelajari pengaruh temperatur tersebut.




Gambar 3.6 Grafik Temperatur Pemanasan

Sumber: : Dieter,E George (1986: 253)

7. Heat treatment / Perlakuan Panas

Heat treatment adalah salah satu proses untuk mengubah struktur logam

dengan cara memanaskan spesimen pada Dapur Listrik ( tungku ) pada temperatur

rekristalisasi selama periode waktu tertentu kemudian didinginkan pada media

pendingin seperti udara, air, garam, yang masing-masing mempunyai kecepatan

pendinginan yang berebeda-berbeda , dari tingkat kekerasannya dari yang impact

strength lemah ke kuat adalah Hardening , Tempering , Tanpa perlakuan ,

Normalizing ,dan Annealing.

8. Ketebalan bahan

Untuk uji impact charpy mempunyai kekurangan pada ukuran benda yang

kecil dan sering tidak menyerupai keadaan sebenarnya. Pada suhu tertentu, benda

uji standar menunjukkan energi impact yang tinggi namun benda yang sama di

struktur menunjukkan sifat ketangguhan rendah dan impact strength rendah.




Gambar 3.6 Grafik Ketebalan Bahan

Sumber: : Dieter,E George (1986: 484)

9. Kekerasan

Semakin tinggi tingkat kekerasan suatu material maka harga impact strength-

nya semakin rendah karena semakin tinggi kekerasan material cenderung bersifat

semakin getas.

Gambar 3.7 Grafik Kekerasan

Sumber: Sidney , H Avner




3.3 Pelaksanaan Pengujian

3.3.1 Alat dan Bahan yang Digunakan

Spesifikasi alat yang digunakan dalam pengujian kejut

a. Charpy Impact Testing Machine

Digunakan untuk mengukur kekuatan kejut.

Gambar 3.8 : Charpy Impact Testing Machine

Sumber : Laboratorium Pengujian Bahan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Brawijaya

b. Kertas Gosok

Digunakan untuk membersihkan spesimen dari kotoran dan kerak.

Gambar 3.9 : Kertas gosok


Brawijaya




Komposisi Kimia Spesimen

Spesimen yang digunakan pada pengujian ini adalah Bohler Spesial

K. Bentuk dan dimensi sesuai Standar ASTM A 370 v notch . Komposisi

dari bahannya adalah :

1. C = 2,0 %

2. Cr = 1,2 %

3. Mn = 0,3 %

4. Si = 0,2 %

Pergeseran titik Eutectoid

Tabel 3.1 Pergeseran titik eutectoid

Komposisi

Bahan Prosentase Bahan

Titik Eutectoid

Bahan

Komposisi

Eutectoid

Cr

Mn

Si

1,2 %

0,3 %

0,2 %

840 oC

727 oC

735 oC

0,375 %

0,73 %

0,72 %


Brawijaya

% 59 , 0 735 727 840

) 72 , 0 735 ( ) 73 , 0 727 ( ) 375 , 0 840 ( %

3 , 754 72 , 0 73 , 0 375 , 0

) 72 , 0 735 ( ) 73 , 0 727 ( ) 375 , 0 840 (

x x x C

C x x x

Tc o




Gambar 3.10. Pergeseran Titik Eutectoid

Sumber : Dokumentasi Pribadi

Bentuk Dan Dimensi Spesimen

Skala : 1 : 1

Satuan : Milimeter

Gambar 3.11 : Bentuk dan Dimensi Spesimen

Sumber : Dokumentasi Pribadi




3.3.2 Prosedur Pengujian

1. Benda kerja diberi heat treatment.

2. Spesimen dibersihkan dari kotoran dan kerak.

3. Dilakukan dry run test sebagai berikut:

Pendulum alat uji Charpy diatur agar benar benar dalam keadaan bebas dan

dan dalam keadaan diam.

Lengan pengikat diturunkan dengan roda pemutar.

Tombol pengunci ditekan selanjutnya jika kedudukan lengan pengikat sudah

tepat terhadap pendulum, pengunci dapat dilepas tanpa menggeser kedudukan

pendulum.

Kedua jarum penunjuk di atur posisi vertikal

Pendulum beserta lengannya di dengan roda pemutar sehingga jarum luar

menunjukkan skala yang sesuai dengan kedudukan pendulum dalam posisi

horizonal (90o).

Dilakukan Dry Run Test untuk mengetahui energi yang dilepaskan mesin

karena kerugian mekanik. Dilakukan pencatatan sudut yang ditunjuk oleh

jarum.

4. Dilakukan pengujian sebagai berikut:

Spesimen diletakkan pada tempatnya sehingga bagin punggung takik tepat pada

posisi jatuhnya pendulum.

Dilakukan pengujian seperti pada Dry Run Test

3.4 Hipotesa

Dari berbagai perlakuan yang menyebabkan kekerasan yang paling

tinggi adalah dari metode pendinginannya, dari yang paling keras Hardening

, Tempering , Tanpa perlakuan , Normalizing ,dan Annealing. Semakin keras

dan cepat laju pendinginannya menyebabkan benda semakin getas,

menurunkan ketahanan kejutnya




3.5 Pengolahan Data

3.5.1 Data Kelompok

Untuk mencari nilai energi patah yang diperlukan untuk mematahkan spesimen

tiap satuan luas penampang dapat menggunakan rumus-rumus berikut :

- Spesimen dengan perlakuan Hardening 9000.

R = 600 mm o = 90

G = 24 kg o = 5

fo = 600 mm2 = 8

a. Energi yang diperlukan secara ideal

Ao = (m.g.h1) (m.g.h2)

= G (h1 - h2)

= G.R ( cos (o- ) cos o )

= 24 x 600 ( cos (90-8) cos 90 )

= 14400 (cos 82 cos 90 )

= 2004.09 kg.mm

b. Kerugian energi pada alat

F = G.R ( cos (o- o) cos o )

= 24 x 600 ( cos(90-5) cos 90 )

= 14400 (cos 85 cos 90 )

= 1255.04 kg.mm

c. Energi aktual yang diperlukan

A = Ao F = 2004.09 1255.04 = 749.05 kg.mm

d. Energi patah yang diperlukan untuk mematahkan spesimen tiap satuan luas

penampang .

=

0

=749.05 .

600 2

= 1,24 .

2




3.5.2 Data Antar Kelompok

Untuk data perhitungan antar kelompok dengan perlakuan beda dan

suhu sama terdapat pada tabel dibawah ini :

Tabel 3.2 Data Data Hasil Pengujian Berbagai Macam Perlakuan

No Perlakuan o

Energi

Ideal

(kg.mm)

Kerugian

Energi

(kg.mm)

Energi

Aktual

(kg.mm)

Energi

Patah

(kg.mm/mm2)

1 Tanpa

Perlakuan 4o 7o 1867.53 1117.11 750.42 1.25

2 Hardening

(900oC) 5o 8o 2004.09 1255.04 749.05 1,24

3 Annealing

(900oC) 4o 10,5o 2624.19 1004.49

1619.7

2.69

4 Tempering

(900oC) 4o 13o 3239.29 1004.49

2234.8

3.72

5 Normalizing

(900oC) 4o 8o 2004.09 1004.49 999.6 1.66




3.6. Pembahasan

Data Kelompok

Gam

bar

3.6

: G

rafi

k H

ub

ungan

Dua

Per

lakuan

Pan

as D

engan

En

ergi

Pat

ah

Gra

fik 3

.1. G

rafi

k H

ubun

gan

Dua

Per

lakuan

Pan

as d

engan

Ener

gi

Pat

ah




Dari grafik di atas menjelaskan tentang perbandingan tingkat kekuatan kejut

dua perlakuan panas yang diberikan, dan diperoleh nilai energi kejut dari Hardening

lebih rendah daripada Tanpa Perlakuan.

Dari grafik didapatkan nilai energi patah tanpa perlakuan sebesar 1,25

kgmm/mm2 dan energi kekuatan kejut Hardening sebesar 0,84 kg.mm/mm2. Dari nilai

tersebut, nilai dan grafik energi patah dua perlakuan ini sesuai dengan teori yang

menyatakan nilai dari tanpa perlakuan lebih besar daripada nilai Hardening. Hal ini

dikarenakan pada Hardening menghasilkan struktur yang lebih keras dan juga getas

jika dibandingkan dengan Tanpa Perlakuan. Selain itu, kandungan karbon dari

Hardening lebih tinggi karena semakin tinggi kandungan dari karbon, kekuatan kejut

semakin rendah yang disebabkan dari sifat karbon sendiri yang keras dan getas. Nilai

kekerasan dari Hardening juga lebih tinggi dibandingkan dengan yang tanpa

perlakuan. Semakin keras dan getas suatu material, maka kekuatan kejutnya semakin

rendah.

Gam

bar

3.1

Hubung

an E

ner

gi

Pat

ah A

nta

ra S

pes

imen

Den

gan

Per

lakuan

Pan

as D

eng

an S

pes

imen

T

anpa

Per

laku

anP

anas

Gra

fik 3

.1 G

rafi

k H

ubun

gan

Dua

Per

lakuan

Pan

as D

engan

Ener

gi

Pat

ah




Data Antar Kelompok

Gra

fik 3

.2. G

rafi

k H

ubun

gan

Mac

am

Mac

am P

erla

kuan

Pan

as d

engan

En

ergi

Pat

ah




Dari grafik tersebut juga dijelaskan tingkat kekuatan kejut dari masing

masing perlakuan panas yang diberikan. Dan telah diperoleh energi kejut dari yang

tertinggi sampai terendah adalah Tempering, Annealing, Normalizing, Tanpa

Perlakuan, dan Hardening.

Pada hasil pengujian ini, didapatkan bahwa Tempering yang memiliki energi

kejut paling tinggi yaitu 3.27 kgmm/mm2. Annealing nilainya 2.69 kgmm/mm2, hal

ini tidak sesuai dengan teori yang meyatakan bahwa Annealing memiliki energi kejut

tertinggi. Pada Annealing, material dipanaskan untuk meningkatkan keuletan,

menghilangkan tegangan dalam, menghaluskan ukuran butir dan meningkatkan sifat

mampu mesin. Oleh karena itu, Annealing memiliki tingkat keuletan yang cukup

tinggi dan lebih besar dibandingkan dengan Normalizing sehingga energi untuk

mematahkan spesimen tersebut pada uji impact juga besar.

Dari grafik di atas juga didapatkan bahwa nilai Hardening memiliki energi kejut

yang lebih rendah dibandingkan Tanpa Perlakuan dan Normalizing yaitu sebesar 1,24

kgmm/mm2 sedangkan Tanpa Perlakuan sebesar 1,25 kgmm/mm2 dan Normalizing

sebesar 1.66 kgmm/mm2. Hal ini sesuai dengan teori yang menyatakan bahwa

Hardening memiliki energi kejut yang terendah karena pendinginan dengan media

pendingin menghasilkan struktur yang keras dan getas sehingga mudah patah apabila

diberikan beban dinamis.

Ada penyimpangan data yang terjadi, dimana energi kejut Tempering paling besar

dibandingkan Annealing. Hal ini dikarenakan oleh adanya faktor temperature

pemanasan yang menyebabkan butiran yang dihasilkan pada tempering ukuran

butirnya besar besar sehingga memiliki kekuatan impact yang besar juga. Arah

orientasi yang homogen membuat kekuatan impact menjadi besar , lalu pemanasan

yang melewati suhu optimum dapat menurunkan kekerasan.




3.7 Kesimpulan Dan Saran

3.7.1 Kesimpulan

1. Sifat mekanik spesimen dipengaruhi oleh perlakuan panas yang di alami spesimen

tersebut.

2. Urutan energi patah pada uji kejut spesimen berdasarkan hasil pengujian adalah

Tempering , Annealing, Normalizing, Tanpa Perlakuan dan Hardening. Urutan

energi patah pada spesimen uji kejut berdasarkan teori tidak sesuai. Sehingga

hasil pengujian ada penyimpangan dari dasar teori.

3. Dari grafik, yang mengalami Tempering memiliki energi kejut tertinggi karena

butiran yang terbentuk homogen. Annealing memiliki energi kejut tertinggi

kedua karena struktur yang dihasilkan homogen dan Hardening yang terendah

karena strukturnya yang getas dan keras.

3.7.2 Saran

1. Alat alat pengujian di Laboratorium Pengujian Bahan ditambah dan

diperbaharui agar meningkatkan kinerja dari praktikan.

2. Asisten tidak mengganti jadwal asistensi setelah membuat janji dengan praktikan.

3. Praktikan harus lebih memahami dan mengerti materi praktikum.

4. Praktikan harus teliti dalam mengambil data pengujian kejut.

5. Sebaiknya pada pengujian kejut tidak hanya mengunakan pembebanan Charpy

karena hasil pengujian kurang tepat dimanfaatkan dalam perancanaan disebabkan

oleh level tegangan yang diberikan tidak merata

bab iii final

Documents