BAB IV

PENGUJIAN TARIK

4.1 Definisi Kekuatan Tarik

Tarikan merupakan sebuah gaya yang diberikan kepada suatu material berupa

gaya tarik yang berlawanan arah.

Kekuatan tarik merupakan kemampuan suatu material untuk menerima gaya

atau tegangan berupa tarikan sampai material tersebut patah.

Dari pengertian di atas dapat disimpulkan bahwa uji tarik adalah salah satu

metode pengujian bahan guna mengetahui kekuatan tarik suatu material. Uji tarik

dilakukan dengan cara penarikan uji dengan gaya tarik secara terus menerus,

sehingga material (perpanjangannya) terus menerus meningkat dan teratur sampai

putus dengan tujuan untuk menentukan nilai tarik. Dalam pengujian tarik suatu

material dapat diketahui apakah material itu ductile (ulet) atau brittle (getas).

Ductile (ulet) sendiri merupakan sifat dari material yang mampu

berdeformasi terhadap beban tarik sebelum benar - benar patah (rupture).

Brittle (getas) merupakan sifat material yang tidak mampu berdeformasi

plastis sebelum material itu patah.

4.2. Hubungan Tegangan dan Regangan

Tegangan merupakan tahanan material terhadap gaya atau beban serta diukur

dalam bentuk gaya per satuan luas. Tegangan dapat dirumuskan :

σT = FA0

Dimana :

σ𝑇 = Tegangan tarik

F = Gaya

A0 = Luas penampang awal

Regangan adalah perubahan ukuran atau bentuk material dari panjang awal

sebagai hasil dari gaya yang menarik atau yang menekan pada material. Regangan

dapat dirumuskan : ℰ= Δll0

Dimana :ℰ= Regangan (%) 𝑙0= Panjang awal (mm)

Δl = Pertambahan panjang (mm)

Gambar 4.1 Grafik Tegangan dan ReganganSumber : ebook Uji Tarik UNY http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/Bab

%202%20Tarik.pdf

Batas elastis σE (elastic limit) merupakan batas tegangan dimana material

masih bisa kembali lagi ke bentuk semula apabila bahan dihilangkan. Pada daerah

batas elastis ini berlaku hukum Hooke, yaitu bahwa tegangan sebanding dengan

regangan, namun kesebandingan ini tidak berlaku diseluruh grafik. Kesebandingan

antara tegangan dan regangan berakhir setelah melewati batas.

Batas proporsional σp (proportional limit) merupakan batas dimana material

apabila diberi tegangan tidak bisa kembali ke panjang semula bila tegangannya

dihilangkan maka akan terjadi deformasi secara permanen.

Tegangan luluh bawah σly (lower yield stress) merupakan tegangan rata -

rata sebelum memasuki fase deformasi plastis.

Tegangan luluh atas σuy (upper yield stress) merupakan tegangan

maksimum sebelum memasuki peralihan dari fase elastis ke fase plastis.

Regangan luluh εy (yield strain) merupakan regangan permanen saat bahan

akan memasuki fase deformasi plastis.

Regangan elastis εe (elastic strain) Regangan yang diakibatkan perubahan

elastis bahan. Pada saat beban dilepaskan regangan ini akan kembali ke posisi

semula.

Regangan plastis εp (plastic strain) Regangan yang diakibatkan perubahan

plastis. Pada saat beban dilepaskan regangan ini tetap tinggal sebagai perubahan

permanen bahan.

Tegangan tarik maksimum TTM (UTS, ultimate tensile strength) pada titik C

merupakan besar nilai tegangan maksimum suatu material yang didapatkan dalam uji

tarik. Setelah melewati titik ini, tegangan akan menurun bersamaan dengan

bertambahnya regangan sampai pada titik patah.

Kekuatan patah (breaking strength) pada titik D merupakan titik dimana

terjadinya patahan akibat bertambahnya beban yanag menyebabkan material

meregang dengan sangat cepat dan luas penanmpang bahan bertambah kecil.

Gambar 4.2 Grafik Metode OffsetSumber : Pengantar Material Teknik (2010:31)

Daerah yield pada material yang bersifat getas sangat sulit ditemukan. Oleh

karena itu untuk menemukan daerah yieldnya, dilakukan dengan cara menarik garis

lurus sejajar garis elastis sebesar 0,2% regangannya. Cara ini disebut metode offset.

Grafik 4.3 Grafik tegangan - regangan pada bajaSumber : Material Science (2004 : 222)

Dari grafik diatas dapat disimpulkan bahwa kadar karbon pada baja dapat

mempengaruhi kekuatan tarik pada baja tersebut.

1. Pada baja karbon rendah mengandung karbon sebesar ≤ 0,25%

2. Pada baja karbon menengah mengandung karbon sebesar 0,25% - 0,6%

3. Pada baja karbon tinggi mengandung karbon sebesar 0,6% - 1,3%

4.3 Elastisitas dan Plastisitas

a. Elastisitas

Kemampuan suatu material untuk kembali ke ukuran semula saat tegangan

yang diberikan dihilangkan. Sifat mekanis daerah elastis pada diagram tegangan-

regangan:

1. Tegangan Elastic + modulusyoung

Merupakan kemampuan untuk menerima beban tanpa terjadi deformasi

plastis (ditunjukkan oleh titik luluh) dan digunakan sebagai harga batas beban bila

digunakan dalam suatu perencanaan. Sedangkan modulusyoung dapat diartikan

secara sederhana, yaitu adalah hubungan besaran tegangan dan regangan tarik.

Rumus modulusyoung

E=Tensile StressTensile Strain =

σE =

F / A 0Δl / l0 =

F . l 0A 0. Δl

Dimana :

E = Modulusyoung

F = Gaya yang diberikan (N)

A0 = Luas penampang beban mula-mula (mm2)

Δl = Pertambahan panjang bahan (mm)

L0 = Panjang mula-mula bahan (mm)

2. Kekakuan

Merupakan kemampuan bahan menerima beban atau ketegangan tanpa

menyebabkan perubahan bentuk (deformasi atau defleksi).

3. Resilient (kelenturan)

Grafik 4.4 Grafik resilince (kelenturan)Sumber : Kekuatan bahan (2008:106)

Resilience merupakan kemampuan menyerap energi tanpa menyebabkan

terjadinya deformasi plastis. Biasanya dinyatakan dalam modulus resilient (energi

yang diserap untuk meregangkan satu satuan volume bahan sampai batas plastis).

Ur = σ y2

2 E

Dimana :

Ur = Modulus Resilience

σy2 = Yield point

E = Modulus elastisitas

b. Plastisitas

Kemampuan suatu material untuk mengalami sejumlah deformasi plastis

(permanen) tanpa mengalami patah dan dinyatakan dalam presentase

perpanjangan atau presentase pengurangan luas penampang. Keuletan

menunjukkan kemampuan logam untuk dibentuk tanpa mengalami patah,

sehingga penting untuk proses pembentukan logam. Di samping itu untuk logam

yang memiliki kualitas tinggi, kerusakan dapat diketahui secara dini dengan

melihat deformasi yang mendahului bahan tersebut patah. Sifat mekanik daerah

plastis :

1. Keuletan

Merupakan kemampuan suatu material untuk berdeformasi plastis tanpa

mengalami patah dan dinyatakan dalam presentase perpanjangan atau presentase

pengurangan luas penampang. Keuletan menunjukkan kemampuan logam untuk

dibentuk tanpa mengalami patah/retak. Untuk logam yang memiliki kualitas

tinggi, kerusakan dapat diketahui secara dini dengan melihat deformasi yang

mendahului bahan tersebut retak/patah.

2. Ketangguhan

Ketangguhan dinyatakan dalam modulus ketangguhan (banyaknya energi

yang diperlukan untuk mematahkan bahan persatuan volume) dan sangat sulit

untuk diukur karena dipengaruhi oleh cacat, bentuk, ukuran bahan, dan kondisi

pembebanan.

Gambar 4.5 Grafik ketangguhanSumber : Kekuatan bahan (2008:106)

4.4 Mekanisme Deformasi dan Slip

Mekanisme deformasi dan slip ada 4 tahap, yaitu:

1. Deformasi elastis

Deformasi elastis adalah deformasi yang segera hilang setelah gaya luar yang

mengenainya ditiadakan.

2. Deformasi plastis

Deformasi plastis adalah deformasi suatu benda yang tidak dapat kembali ke

keadaan semula walaupun beban itu dihilangkan. Kemungkinan yang

menyebabkannya adalah:

1. Sliding bidang atom yang satu dengan yang lain

2. Ikatan atom-atomnya pecah, bidang atom yang slip (disebut bidang slip),

tergantung pada kondisi pembebanan. Kebanyakan logam-logam dengan

struktur kristal BCC, FCC, HCP terjadi bidang slip

Pada saat terjadinya deformasi plastis maka melibatkan pergerakan sejumlah

dislokasi. Proses dimana deformasi terjadi karena gerakan dislokasi disebut

bidang slip. Kombinasi antara bidang slip dan arah slip disebut slip sistem.

Slip sistem memberi dampak pada struktur kristal dari logam demikian juga

distorsi atom yang mengikuti gerakan dislokasi menjadi minimum.

3. Creep (Mulur)

Creep merupakan kecenderungan suatu logam untuk mengalami deformasi

plastik bila pembebanan yang besarnya relatif tetap dilakukan dalam waktu

yang lama pada suhu yang tinggi. Proses creep dapat dibagi menjadi 3, yaitu:

a. Creep Primer

Tahap di mana hambatan mulur bahan bertambah besar akibat pemulihan

dari deformasi yang terjadi.

b. Creep Sekunder

Tahap mulur yang kedua ini disebut mulur sekunder, proses dengan laju

mulur hampir tetap. Hal ini disebabkan oleh terjadinya keseimbangan

antara kecepatan proses pengerasan regang dan proses pemulihan. Mulur

sekunder biasa dinyatakan sebagai mulur keadaan setimbang (steady

state).

c. Creep Tersier

Mulur yang ketiga ini biasa terjadi pada uji beban tetap pada temperatur

dan tegangan-regangan yang tinggi. Mulur ini terjadi apabila terdapat

pengurangan efektif pada luas penampang lintang yang disebabkan oleh

penyempitan setempat atau pembentukan rongga internal.

4. Fracture (Patah)

Fracture atau patah bisa didefinisikan sebagai berpisahnya material

menjadi dua bagian atau lebih karena tegangan yang diberikan.

5. Mekanisme Slip

Secara mikro, perubahan bentuk baik deformasi elastis maupun plastis

disebabkan oleh bergesernya kedudukan atom-atom dari tempatnya semula.

Pada deformasi elastis adanya tegangan akan menggeser atom-atom ke

tempat kedudukannya yang baru, dan atom-atom tersebut akan kembali ke

tempatnya yang semula bila tegangan tersebut ditiadakan. Pada deformasi

plastis, atom-atom yang bergeser menempati kedudukannya yang baru dan

stabil, meskipun beban (tegangan) dihilangkan, atom-atom tersebut tetap

berada pada kedudukan yang baru.Model pergeseran atom-atom tersebut

disebut slip.

Atom-atom logam tersusun secara teratur mengikuti pola geometris

yang tertentu. Adanya tegangan geser yang cukup besar, maka atom akan

bergeser dan berpindah serta menempati posisinya yang baru.Bidang-bidang

atom yang jaraknya berjauhan adalah yang kerapatan atomnya tinggi.Maka,

bidang slip adalah bidang yang rapat atomnya tinggi.Pergeseran atom-atom

ini juga mempunyai arah, yang disebut arah slip.

Gambar 4.6 Bidang slipSumber : Material Science (2004 : 350)

4.5 Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan tarik

1. Kecepatan pedinginan

Semakin cepat pendinginan maka kekuatan material semakin tinggi, hal ini

disebabkan oleh semakin banyak tumbuhnya butiran yang stabil. Karena

banyak tumbuh inti maka kekuatan tarik besar.

2. Heat treatment

Perlakuan panas berpengaruh pada kekuatan tarik. Pada awalnya spesimen

dipanaskan sampai fase austenite kemudian didinginkan. Pendinginan dapat

dilakukan dengan pendinginan cepat memakai media air (quenching). Maka

fasenya akan berubah dari austenite menjadi martensite yang mempunyai

kekerasan dan daya tarik tinggi. Jika dilakukan pendinginan yang lebih

lambat maka fase yang terbentuk pearlite yang lebih halus atau berkurangnya

kekerasannya. Dan jika dilakukan pendinginan yang sangat lambat maka

yang terbentuk adalah bainite yang lunak dan kekuatan tariknya rendah.

3. Unsur paduan

Unsur paduan dapat mempengaruhi mempengaruhi kekuatan tarik. Dengan

unsur paduan titanium dan silikan dapat meningkatkan kekerasan serta

kekuatan tarik, sebaliknya jika dipadukan dengan nikel dan mangan, maka

kekerasan dan kekuatan tariknya akan menurun.

4. Kadar karbon

Penambahan unsur karbon pada besi dapat meningkatkan kekuatan tarik,

tetapi penambahan kadar karbon lebih dari 0,9 malah membuat kekuatan tarik

menurun.

5. Bidang slip

Perubahan dari material metal oleh pergerakan dari luar sepanjang kristal.

Bidang slip dan arah slip terjadi pada bidang grafik dan arah atom yang

paling padat karena slip hanya membutuhkan energi kecil.

Gambar 4.7 Bidang slipSumber : Material Science (2004 : 350)

6. Ukuran butir

Ukuran butir berpengaruh terhadap kekuatan material, semakin kecil ukuran

butir maka bidang yang terbentuk akan didistribusikan ke semua bidang

kontak sehingga kekuatan tarik materialnya tinggi namun pada butiran besar

bidang kontak yang terbentuk sedikit sehingga distribusi tegangan dan

regangan serta kekuatan tariknya rendah.

7. Homogenitas

Homogenitas berpengaruh terhadap kekuatan tarik suatu material. Bila arah

orientasi kristal semakin sama maka material tersebut bersifat semakin ulet

dan mempunyai kekuatan tarik yang semakin rendah. Sebaliknya, jika arah

orientasi kristal heterogen maka materialnya akan bersifat keras dan memiliki

kekuatan tarik yang tinggi. Arah orientasi dipengaruhi oleh kecepatan

pendinginan, bila pendinginan semakin cepat maka arah orietasi semakin

mempunyai arah yang berbeda, sedangkan bila semakin lambat pendinginan

maka arah orientasi akan mempunyai arah yang sama.

8. Dimensi benda

Dimensi benda yang semakin besar atau tebal akan mempunyai kekuatan

tarik yang lebih kuat dibandingkan dimensi benda yang kecil.

9. Impact strength

Impact strength berbanding terbalik dengan tensile strength atau kekuatan tarik.

Suatu material dengan kekuatan impact yang tinggi akan memiliki kekuatan tarik

yang rendah begitu juga sebaliknya