BAB 3PENGUJIAN IMPAK

I. Tujuan Praktikuma. Menjelaskan tujuan dan prinsip dasar pengukuran harga impak darl logamb. Mengeahui temperatr transisi perilaku kegetasan baja struktral ST 42.c. Menganalisa permukaan perpatahan (fractogafi) sampel impak yang diuji pada beberapa temperatur.d. Membandingkan nilai impak beberapa jenis logam.e. Menjelaskan perbedaan metode Charpy dan Izod.f. Untuk mengetahui respon atau ketahanan bahan terhadap pembebanan yang datang secara tiba-tiba dan mementukan kecenderungan bahan bersifat getas.

II. Dasar TeoriPengujian impak merupakan suatu pengujian yang mengukur ketahanan bahan terhadap beban kejut. Pengujian ini merupakan suatu upaya untuk mensimulasikan kondisi operasional material yang sering ditemui dalam perlengkapan transportasi atau konstruksi dimana beban uji mengalami deformasi.Pada pengujian impak ini, kita mengukur energi yang diserap untuk mematahkan benda uji. Kita mengunakan pendulum beban yang berayun dari suatu ketinggian tertentu dan menmbu benda uji hingga mengakibatkan perpaahan. Setelah benda uji patah, bandul akan berayun kembali. Dan banyaknya energi yang diserap oleh bahan untuk terjadinya perpatahan merupakan ukuran ketahanan impak atau ketangguhan bahan tersebut. Pada gambar di atas dapat dilihat bahwa setelah benda uji patah akibat deformasi, bandul pendahuluan melanjutkan ayunan hingga posisi .

Gambar 1. Skematik pengujian impak dengan benda uji Charpy

Bila bahan tersebut tangguh yaitu makin mampu menyerap energi lebih besar maka makin rendah posisi . Suatu material dikatakan tangguh bila memiliki kempuan menyerap suatu beban kejut yang besar tanpa terjadinya retak atau deformasi dengan mudah.

A. Charpy dan IzodPada pengujian impak energi yang diserap oleh benda uji biasanya dinyatakan dalam satuan joule dan dibaca langsung pada skala (dial) penunjuk yang telah dikalibrasi yang terdapat pada mesin penguji. Harga impak (HI) suatu bahan yang diuji dengan metode Charpy :

EHI = ------- Ad

dimana, E = energi yang diserap (joule) A = luas penampang di bawah takik ()E = P(Ho-H1)P = beban yang diberikan (newton)Ho = ketinggian awalH1= ketinggian akhir bandulBenda uji dikelompokan menjadi 2 golongan standar (ASTM E-23) yaitu batang uji Charpy (Metode Charpy USA) dan batang uji Izod (Metode Izod Inggris dan Eropa).Secara umum benda uji impak dikelompokkan ke dalam dua golongan sampel standar yaitu : batang uji Charpy yang biasanya digunakan di Amerika sedangkan batang uji Izod digunakan di Inggris dan Eropa. Benda uji Charpy memiliki luas penampang lintang bujur sangkar (10 X 10 mm) dan panjang 55 mm memiliki takik (notch) berbentuk V dengan sudut , jari-jari dasar 0,25 mm dan kedalaman 2 mm. Benda uji Izod mempunyai penampang lintang bujur sangkar atau lingkaran dengan bentuk takik V di dekat ujung yang dijepit, ukurannya untuk Izod 10 x 10 x 75 mm (tinggi x lebar x panjang). Perbedaan pembebanan antara metode Charpy dan Izod seperti gambar di bawah.

Takik Charpy V Gambar.2 Skema Pembebanan impak pada benda uji charpy (a) dan Izod (b)

B. Jenis PerpatahanTakik (nocth) dalam benda uji standar ditunjukkan sebagai suatu konsentrasi tegangan sehingga perpatahan diharapkan akan terjadi di bagian tersebut. Selain bentuk V dengan sudut , takik dapat pula berbentuk lubang kunci (key hole). Secara umum perpatahan dibagi tiga yaitu:

1. Perpatahan Berserat (Fibrous Fracture) Melibatkan mekanisme pergeseran bidang-bidang kristal di dalam bahan yang ulet (ductile). Ditandai dengan permukaan patahan berserat yang berbentuk dimpel yang menyerap cahaya dan berpenampilan buram.2. Perpatahan Granular (Kristalin) Dihasilkan oleh mekanisme pembelahan (cleavage) pada butir-butir dari bahan yang rapuh (brittle). Ditandai dengan permukaan patahan yang datar yang mampu memberikan daya pantul cahaya yang tinggi (mengkilat).3. Perpatahan Campuran (Berserat dan Granular)Merupakan kombinasi dua jenis perpatahan.

C. Temperatur TransisiInformasi lain yang didapat dalam percobaan impak adalah temperatur transisi. Temperatur transisi merupakan temperatur yang menunjukan transisi perubahan jenis perpatahan suatu bahan uji bila diuji pada temperatur yang berbeda-beda. Pada temperatur tinggi maka material akan bersifat ulet (ductile) sedangkan pada temperatur rendah material akan bersifat rapuh. Suhu peralihan bahan dapat digolongkan menjadi tiga yaitu seperti gambar di diatas.

Dasar pemikiran penggunaan kurva suhu peralaihan terpusatkan pada penentuan suhu, patah getas terendah untuk level tegangan elastis. Jelas, makin rendah suhu peralihan, makin besar ketangguhan patah suatu bahan.

III. Metodologi Penelitian1. Alat dAn Bahana. Impact testing machine (metode Charpy) kapasitas 30 jouleb. Caliper atau mikrometerc. Stereoscan macroscoped. Termometere. Furnacef. Sampel Uji Impak Baja ST 42 dan Cu-Zn (3 buah)g. Dry Ice

IV. Flow Chart Prosedur Pengujian

Persiapan Benda Uji

Pengukuran Luas penampang dan Kedalaman Takik

Persiapkan benda uji untuk teperatur rendah 1000o

Masukan sampel uji kedalam wadah berisi campuran dry ice, alkohol 70% dan furnace

Pemasangan Benda Uji

Pemasangan Bandul (Skala nol)

Ambil benda uji dan amati dibawah stereoscan macroscope.Pelepasan Bandul & Pencatatan Energi Bandul untuk Mematahkan Banda Uji

Percobaan Pada Suhu -40, 0, Truang, 1000C

Pengamatan dan Penggambaran Perpatahan yang Terjadi

Pengujian Selesai

V. Data dan PembahasanA. Tabel DataNo.Suhu Sampel Uji (oC)a (mm)b (mm)A (mm2)E (Joule)HI (Joule/mm)

1100810802403,000

22581080901,125

3-381080240,300

B. Contoh Perhitungan

Perhitungan Harga Impak

Rumus Umum :

Besi (Fe) untuk temperatur ruangHI = EA = 90 joule 80 mm2 = 1,125 joule/ mm2

C. GrafikGrafik HI vs T (Fe)

D. Pembahasan Prinsip PengujianJika suatu material diberi pembebanan impak (kejut) maka akan terjadi proses penyerapan energi sehingga terjadi deformasi maksimum pada material hingga mengakibatkan perpatahan. Energi tersebut berasal dari impak (dalam pengujian ini menggunakan bandul) yang diayunkan pada ketinggian tertetu.

Secara umum sebagaimana analisis perpatahan pada benda hasil uji tarik maka perpatahan impak digolongkan menjadi 3 jenis, yaitu : Perpatahan berserat (fibrous fracture), yang melibatkan mekanisme pergeseran bidang-bidang kristal di dalam bahan (logam) yang ulet (ductile). Ditandai dengan permukaan patahan berserat yang berbentuk dimpel yang menyerap cahaya dan berpenampilan buram Perpatahan granular / kristalin, yang dihasilkan oleh mekanisme pembelahan (cleavage) pada butir-butir dari bahan (logam) yang rapuh (brittle). Ditandai dengan permukaan patahan yang datar yang mampu memberikan daya pantul cahaya yang tinggi (mengkilat) Perpatahan campuran (berserat dan granular), merupakan kombinasi dua jenis perpatahan di atas.

Analisa grafik HI vs T (Fe)Secara umum didalam literature disebutkan bahwa kenaikan temperature temperature akan menyebabkan kenaikan energi yang diserap karena material menjadi semakin ductile. Namun kenaikan temperature itu juga mamiliki batas yaitu temperature softening. Setelah melewati temperature pelunakan maka jumlah energi yang diserap akan menurun. Berdasarkan grafik diatas maka ada beberapa hal yang dapat disimpulkan sebagai berikut : Secara keseluruhan pada grafik Fe setiap kenaikan temperature diikuti oleh kenaikan jumlah energi yang diserap. Pada temperature 1000 C harga impact adalah sebesar 3,00 Joule/mm2 Pada temperatur 250 C harga impact mengalami peningkatan yaitu sebesar 1,125 Joule/mm2. Pada temperature -30 C Harga impact juga mengalami peningkatan dari sebelumnya yaitu sebesar 0,3 Joule/mm2.Hasil percobaan diatas telah sesuai dengan literature yang ada bahwa setiap kenaikan temperature akan diikuti oleh kenaikan jumlah energi yang diserap. Hal ini mungkin disebabkan karena stuktur Fe yang memiliki stuktur kristal BCC sehingga keuletan dapat mengalami perubahan seiring dengan perubahan temperature. Peningkatan jumlah energi yang diserap akan meningkatkan harga impact pula, karena kenaikan harga impact sebanding dengan kenaikan jumlah energi yang diserap.

Analisa Temperatur Transisi (Fe)Temperatur transisi merupakan temperatur yang menunjukkan perubahan jenis perpatahan suatu bahan bila diuji pada temperatur yang berbeda-beda. Informasi mengenai temperatur transisi menjadi demikian penting bila suatu material akan didesain untuk aplikasi yang melibatkan rentang temperatur yang besar, misalnya dari temperatur di bawah nol derajat Celcius hingga temperatur tinggi di atas 100 derajat Celcius, contohnya sistem penukar panas (heat exchanger). Hampir semua logam berkekuatan rendah dengan struktur kristal FCC seperti tembaga dan aluminium bersifat ulet pada semua temperatur sementara bahan dengan kekuatan luluh yang tinggi bersifat rapuh. Bahan keramik, polimer dan logam-logam BCC dengan kekuatan luluh rendah dan sedang memiliki transisi rapuh-ulet bila temperatur dinaikkan.Dari grafik pengujian yang diperoleh diperkirakan temperature transisi Fe terjadi pada temperature di antara 00C sampai temperature ruangan. Kenaikan temperatur Fe menunjukkan HI yang cukup tinggi pada material. Harga impak yang tinggi ini memiliki korelasi dengan sifat keuletan pada material. Harga impak yang tinggi menunjukkan bahwa energi yang diserap oleh material selama tumbukan cukup besar dibandingkan dengan material getas. Semakin tinggi harga impak maka material tersebut akan semakin ulet. Fe yang memiliki struktur kristal BCC, memiliki sifat akan menjadi getas pada saat penurunan temperatur.

Analisa Hasil Perpatahan (Fe)Pada Fe setelah diberikan beban kejut maka terjadi perpatahan. Perpatahan yang terjadi ada yang tidak total, dan ada juga yang merupakan perpatahan total. Perpatahan tidak total terjadi pada 3 sample dengan 3 suhu yang berbeda yaitu -30C, 250C, dan 1000C. Bentuk patahan sampel Fe ketika dibawah 00C yaitu -30C yaitu granular dan permukaannya mengkilat, dikarenakan sifatnya yang getas. Pada temperatur yang tinggi (>300C) sampel Fe berserabut dan permukaan gelap, dikarenakan sifatnya yang ulet. Sedangkan pada temperatur transisi (00C - 300C) , bentuknya adalah campuran, berserat dan granular.

VI. Kesimpulan1. Temperatur berpengaruh pada kegetasan suatu material, disamping kecepatan pembebanan, struktur material, dan bentuk/ukuran takik. Makin tinggi temperatur, maka material akan bersifat ductile dan sebaliknya.2. Harga Impak menunjukkan seberapa tangguh material dapat menerima beban yang diberikan secara kejut. Beban yang diberikan bervariasi.3. Semakin besar HI maka, ketahanan impaknya semakin bagus4. Temperatur transisi adalah temperatur yang menunjukkan transisi perubahan jenis perpatahan suatu bahan jika diuji pada temperatur yang berbeda, pada sampel Fe berkisar dari 0oC sampai 300C (temperatur ruangan).5. Pada suhu rendah yang terjadi adalah perpatahan getas dengan ciri-ciri mengkilap, permukaan bergranular. Sedangkan pada suhu tinggi akan terjadi perpatahan ulet dengan ciri-ciri berserabut (fibrous), dan adanya dimple kehitaman.

Daftar Pustaka1. Tata Surdia, pengetahuan Bahan Teknik, edisi ke 2. Prandya Pramita : 19922. Diktat Teori Dasar Parktikum Metalurgi Fisik3. Smallman, RE, Metalurgi Fisik Modern, edisi keempat. Gramedia : 19914. Buku Paduan Kerja Mahasiswa Praktikum Metalurgi Fisik5. Metal Handbook Ninth Edition, Volume 8, Mechanical Testing, ASM,1985.