impact test

VI UJI TUMBUK (IMPACT TEST)

6.1Sub KompetensiKemampuan yang akan dimiliki oleh mahasiswa setelah memahami isi modul

ini adalah sebagai berikut :

1) Mahasiswa mampu menganalisa pengaruh takikan (notch) terhadap

kekuatan material.

2) Mahasiswa mampu menganalisa energi dan kekuatan Impact dari hasil

pengujian suatu material.

3) Mahasiswa mampu menganalisa pengaruh temperatur terhadap kekuatan

material.

4) Mahasiswa mampu menganalisa temperatur transisi suatu material.

5) Mahasiswa mampu menganalisa jenis patahan suatu material.

6.2Uraian MateriBeberapa peralatan pada otomotif dan transmisi serta bagian-bagian pada

kereta api, akan mengalami suatu beban kejutan dalam operasinya. Maka dari

itu ketahanan suatu material terhadap beban mendadak, serta faktor-faktor

yang mempengaruhi sifat material tersebut perlu diketahui dan diperhatikan.

Pengujian ini berguna untuk melihat efek-efek yang ditimbulkan oleh adanya

takikan, bentuk takikan, temperatur, dan faktor-faktor lainnya. Impact test

bisa diartikan sebagai suatu tes yang mengukur kemampuan suatu bahan

dalam menerima beban tumbuk yang diukur dengan besarnya energi yang

diperlukan untuk mematahkan spesimen dengan ayunan sebagaimana

ditunjukkan pada Gambar 6.1.

1

ho

ℓa

h1

ℓcos αb

ho

c

ℓ

Gambar 6.1 Mesin Uji Impact

Bandul yang mempunyai ketinggian tertentu berayun dan memukul spesimen.

Berkurangnya energi potensial dari bandul sebelum dan sesudah memukul

benda uji merupakan energi yang diserap oleh spesimen sebagaimana

ditunjukkan pada Gambar 6.2.

(1) (2)

Gambar 6.2 Sketsa Perhitungan Energi Impact Teoritis

Keterangan :

ho = Ketinggian bandul sebelum dilepas (m)

h1 = Ketinggian bandul setelah dilepas (m)

ℓ = Panjang lengan bandul (m)

α = Sudut awal (o)

β = Sudut akhir (o)

2

Anvill

Pointer End of SwingAnvill

Besarnya energi impact (joule) dapat dilihat pada skala mesin penguji.

Sedangkan besarya energi impact dapat dihitung dengan persamaan sebagai

berikut :

Eo =W.ho..........................................................................................(6.1)

E1 =W.h1..........................................................................................(6.2)

∆E = Eo - E1

= W (ho - h1)................................................................................(6.3)

dari (gambar 2.2) didapatkan

ho = ℓ - ℓcos α

= ℓ (1 - cos α)..............................................................................(6.4)

h1 = ℓ - ℓ cos β

= ℓ (1 - cos β)..............................................................................(6.5)

Dengan substitusi persamaan 6.4 dan 6.5 pada 6.3 didapatkan :

∆E = W ℓ(cosβ – cosα).....................................................................(6.6)

dimana : Eo = Energi awal (J)

E1 = Energi akhir (J)

W = Berat bandul (N)

ho = Ketinggian bandul sebelum dilepas (m)

h1 = Ketinggian bandul setelah dilepas (m)

ℓ = panjang lengan bandul (m)

α = sudut awal (o)

β = sudut akhir (o)

Untuk mengetahui kekuatan impact atau impact strength (Is) maka energi

impact tersebut harus dibagidengan luas penampang efektif spesimen (A)

sehingga :

Is= ∆E/A

= Wℓ(cos β - cos α)/A......................................................................

(6.7)

Pada suatu konstruksi, keberadaan takik atau nocth memegang peranan yang

amat berpengaruh terhadap kekuatan impact. Adanya takikkan pada kerja

3

yang salah seperti diskontinuitas pada pengelasan, atau korosi lokal bisa

bersifat sebagai pemusat tegangan (stress concentration). Adanya pusat

tegangan ini dapat menyebabkan material brittle (getas), sehingga patah pada

beban di bawah yield strength.

Ada tiga macam bentuk takikan pada pengujian impact yakni takikan V, U

dan key hole sebagaimana ditunjukkan pada (gambar 6.3) di bawah ini.

Gambar 6.3 Jenis Takikan pada Spesimen Uji Impact

Fracture atau kepatahan pada suatu material dapat digolongkan sebagai

brittle (getas) atau ductile (ulet). Suatu material yang mengalami kepatahan

tanpa mengalami deformasi plastis dikatakan patah secara brittle. Sedangkan

apabila kepatahan didahului dengan suatu deformasi plastis dikatakan

mengalami ductile fracture. Material yang mengalami brittle fracture hanya

mampu menahan energi yang kecil saja sebelum mengalami kepatahan.

Perbedaan permukaan kedua jenis patahan sebagaimana ditunjukkan pada

Gambar 6.4

Gambar 6.4 Pola Patahan Pada Penampang Spesimen Uji Impact

6.2.1 Metode Pengujian Impact

Metode pengujian impact dibedakan menjadi 2 yaitu:

1) Metode Charpy

4

Pada metode sebagaimana ditunjukkan pada (gambar 6.5a), spesimen

diletakkan mendatar dan kedua ujung spesimen ditumpu pada suatu

landasan. Letak takikan (notch) tepat ditengah dengan arah pemukulan

dari belakang takikan. Biasanya metode ini digunakan di Amerika dan

banyak negara yang lain termasuk Indonesia.

2) Metode Izod

Pada metode ini sebagaimana ditunjukkan pada (gambar 6.5b), spesimen

dijepit pada salah satu ujungnya dan diletakkan tegak. Arah pemukulan

dari depan takikan. Biasanya metode ini digunakan di Inggris

sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 6.5

Gambar 6.5 Metode Pengujian Charpy Dan Izod

6.2.2 Temperatur Transisi

Kemampuan suatu material untuk menahan energi impact sangat

dipengaruhi oleh temperatur kerja. Pengaruh temperatur terhadap kekuatan

impact setiap jenis material berbeda-beda. Baja karbon merupakan salah

satu contoh logam yang kekuatan impact-nya turun drastis bila berada pada

temperatur yang sangat dingin (-1000 C). Sebaliknya aluminium adalah

contoh logam yang masih mempunyai kekuatan impact yang cukup tinggi

pada temperatur yang sangat dingin tersebut. Pada umumnya kenaikan

temperatur akan meningkatkan kekuatan impact logam, sedangkan

penurunan temperatur akan menurunkan kekuatan impact-nya. Diantara

5

kedua kekuatan impact yang ekstrim tersebut ada suatu titik temperatur

yang merupakan transisi dari kedua titik ekstrim tersebut yaitu suatu

temperatur yang menunjukkan perubahan sifat material dari ductile menjadi

brittle. Titik temperatur tersebut disebut “temperatur transisi” Gambar 6.6

sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 6.6.

Gambar 6.6

Temperatur Transisi

Apabila temperatur operasi dari suatu peralatan berada di bawah temperatur

transisi dari material yang digunakan, maka adanya crack pada material

fracture akan menyebabkan kerusakan pada peralatan, sedangkan apabila

temperatur operasi terendah masih diatas temperatur transisi dari material,

maka brittle fracture bukan merupakan masalah.

6.3 AlatPeralatan yang digunakan pada uji impact adalah :

1) Mesin Uji Impact

2) Thermo couple

3) Kompor listrik dan panci

4) Stopwatch

5) Jangka sorong

6) Kikir

7) Stamping

8) Ragum

9) Tang

6

6.4 BahanBahan yang digunakan pada uji impact adalah :

1) Spesimen uji impact untuk temperatur panas (1 buah)

2) Spesimen uji impact untuk temperatur kamar (1 buah)

3) Spesimen uji impact untuk temperatur dingin (1 buah)

6.5 Prosedur KeselamatanSebelum praktikum pengujian bahan dilaksanakan, mahasiswa harus

meyakinkan dahulu telah melengkapi diri dengan APD (Alat Pelindung

Diri) sebagai berikut :

1) Pakaian dan celana bengkel.

2) Safety shoes.

3) Kaca mata pelindung harus digunakan bila melakukan penggerindaan

dengan gerinda mesin.

4) Sarung tangan.

6.6 Langkah Kerja1) Menyiapkan Spesimen

a) Bersihkan permukaan benda kerja dengan hand grinder.

b) Ulangi langkah di atas untuk seluruh spesimen.

2) Kodifikasi

a) Ambil stamping dan tandai tiap spesimen dengan kode 1 digit (kanan

dan kiri).

b) Digit menunjukkan temperatur kerja :

4 = Temperatur Dingin

5 = Temperatur Panas

6 = Temperatur Ruangan

3) Pengukuran Dimensi

a) Ambil spesimen, kemudian ukur dimensinya.

b) Catat kode spesimen dan data pengukurannya pada lembar kerja.

c) Ulangi langkah di atas untuk seluruh spesimen.

4) Pengkondisian Spesimen Pada Temperatur Kerja

7

a) Temperatur dingin

1) Siapkan es batu dan masukkan ke dalam termos.

2) Masukan spesimen yang berkode 4 (dingin) ke dalam termos.

3) Tunggu ± 10 menit kemudian ukur temperatur spesimen dalam

termos.

4) Catat pada lembar kerja, temperatur sesaat sebelum spesimen

diambil untuk diuji impact.

b) Temperatur panas

1) Masukkan air ke dalam panci dan letakkan di atas kompor listrik

yang telah dinyalakan.

2) Tunggu sampai air mendidih dan masukkan spesimen berkode 5

(panas) ke dalam panci dan tunggu ± 5 menit hingga air mendidih.

3) Ukur temperatur air sesaat sebelum spesimen diambil untuk diuji

impact (suhu 92,90 oC)

4) Catat pada lembar kerja.

c) Temperatur ruangan

Untuk temperatur kamar pada (suhu 28,00 oC) spesimen berkode 6

(ruangan) bisa langsung diuji.

5) Pengujian pada Mesin Uji Impact

a) Catat data mesin pada lembar kerja.

b) Tempatkan bandul pada posisi awal untuk pengujian.

c) Atur jarum penunjuk pada posisi 0.

d) Ambil spesimen dan letakkan pada tempatnya secara tepat dan cepat,

terutama untuk kondisi panas dan dingin.

e) Letakkan tangan kiri pada pen pengunci beban dan tangan kanan pada

rem.

f) Tekan pen pengaman dan pen pengunci beban, sehingga bandul

meluncur menumbuk spesimen.

g) Tekan rem dengan tangan kanan ketika bandul hendak mengayun untuk

yang kedua kalinya.

8

h) Amati dan catat besarnya sudut dan besarnya energi yang ditunjukkan

oleh jarum penunjuk.

i) Ulangi langkah di atas untuk seluruh spesimen.

6) Menentukan panjang lengan bandul

a) Angkat bandul sehingga membentuk sudut 10odari garis tegak.

b) Lepaskan bandul sehingga berayun.

c) Ukur dengan stopwatch waktu yang dibutuhkan untuk 50 ayunan (T50).

d) Hitung lengan bandul dengan menggunakan persamaan berikut :

T = 2√( ℓ / g) .................................................................(6.8)

dimana: T = Periode (detik) = T50 / 50

ℓ = Panjang lengan bandul (m)

g = Percepatan gravitasi (m/det2)

6.7 Hasil Pengujian dan Analisa6.7.1 Hasil Pengujian

1) Pada temperatur 12,30 0 C (dingin)

Jenis patahan yang ditimbulkan adalah ulet (ductile) seperti yang

ditunjukkan oleh gambar di bawah ini.

Gambar 2.9 Spesimen pada

Kondisi Dingin Setelah Mengalami Pengujian

2) Pada tempratur 45,50oC (panas)

Jenis patahan yang ditimbulkan adalah ulet (ductile)seperti yang


9

Gambar 2.7 Spesimen pada Kondisi Panas

Setelah Mengalami Pengujian

3) Pada temperatur 27,500C (ruangan)

Jenis patahan yang ditimbulkan adalah ulet (ductile) seperti yang


Gambar 2.8 Spesimen

pada Kondisi Ruangan Setelah Mengalami Pengujian

10

a. Spesimen 4 c. Spesimen 6b. Spesimen 5

Gambar 2.10 Menunjukkan sudut dan energi Impact pada spesimen

2.7.2 Analisa

Perhitungan Kekuatan Impact (J/mm2) sesuai Pengujian

1) Spesimen 4 (dingin) temperatur 12,30 oC

Diketahui :

Eimpact(E) = 149,20 J

Luas Penampang (A) = 78,00 mm2

Maka kekuatan Impact

2) Spesimen 5 (panas) temperatur 45,50oC

Diketahui :




I = E/A

= 149,250 J/76,00 mm2

= 1,96 J/mm2

3) Spesimen 6 (ruangan) temperatur 27,50 oC

Diketahui:


Luas Penampang (A) = 71,51mm2


I = E/A

= 148,80 J/71,51 mm2

= 2,07 J/mm2

I = E/A

= 148,20 J/78,00 mm2

= 1,91 J/mm2

Perhitungan Kekuatan Impact (J/mm2) sesuai Teori

Mencari panjang lengan (L)

Waktu 50 periode (T50) = 90 detik

Periode 90/50 = 1,8 detik

11

T = 2 π √ Lg

1,8 = 2 π √ L9,8

1,82 = 42. L

9,8

L = 0,805 m

Berat bandul (W) = 96,5 N

Sudut Awal (α) = 160,43o

1) Spesimen 4 (dingin) temperatur 12,30 oC

Diketahui :

Sudut akhir (β) = 6,00o



I = W. ℓ (cos β - cos α)/A

= 96,500 N.0,803 m(cos 6,00o – cos 160,43o)/78,00 mm2

= 1,92 J/mm2

2) Spesimen 5(panas) temperatur 45,50oC

Diketahui:




I = W. ℓ (cos β - cos α)/A

= 96,5 N.0,803 m(cos 7,50o – cos 160,43o)/76,00 mm2

= 1,97 J/mm2

3) Spesimen 6 (ruangan) temperatur 27,50oC

Diketahui:




I = W.ℓ (cos β - cos α)/A

= 96,5 N.0,803 m(cos 10,00o – cos 160,43o)/71,51 mm2

12

= 2,08 J/mm2

Tabel 2.1Data spesimen kekuatan impact

Spesimen Dingin(J/mm2)Panas

(J/mm2)

Ruang

(J/mm2)

Kekuatan impact hasil rill

(menurut pengujian)1,78 1,96 2,07

Kekuatan impact teoritis

(menurut teori)1,92 1,97 2,08

Selisih 0,14 0,01 0,01

.

Gambar 2.11 Grafik Kekuatan Impact

13

10.00 20.00 30.00 40.00 50.001.80

1.85

1.90

1.95

2.00

2.05

2.10

1.97

2.08

1.92

1.96

2.07

1.91

Impact Strength Pengujian Impact Strength Teoritis

GRAFIK IMPACT STRENGTH TEORI dan PRAKTEK

Temperatur oC

Kek

uat

an

Im-

pact

(J/

mm

2 )

GRAFIK IMPACT STRENGTH TEORI dan PRAKTEKGRAFIK IMPACT STRENGTH TEORI dan PRAKTEK

Analisa Grafik

Dari gambar 2.11 grafik kekuatan impact, spesimen dengan temperatur

pengujian 27,50 0C mempunyai kekuatan impact yang lebih besar dari

spesimen yang lainnya. Kekuatan impact paling rendah baik dari

perhitungan maupun dari hasil pengujian adalah spesimen dengan

temperatur pengujian 12,300C. Trend kurva gambar 2.11 tidak sesuai

dengan gambar 2.6. Trend kurva pada gambar 2.6 menunjukkan semakin

tinggi temperatur, maka semakin tinggi pula kekuatan impactnya dan

semakin rendah temperatur, maka semakin rendah pula kekuatan impactnya.

Sedangkan trend kurva pada gambar 2.11 menunjukkan temperatur dingin

(spesimen 4) mempunyai kekuatan impact yang lebih rendah dari

temperatur panas maupun temperatur ruangan (spesimen 5 maupun

spesimen 6). Material pada temperatur dingin mempunyai kekuatan impact

lebih rendah. Hal ini terjadi karena pada kondisi temperatur rendah partikel–

partikel merapat yang menyebabkan internal stress tinggi, sehingga apabila

diberi tekanan dari luar, material menjadi mudah patah.Perbedaan hasil

pengujian antara kurva gambar 2.11 dan gambar 2.6 kemungkinan

disebabkan beberapa faktor, seperti jenis bahan, cara pemotongan spesimen

dan sudut takikan.

6.8 KesimpulanUji kekuatan tumbuk (impact test) merupakan salah satu cara untuk

mengukur kekuatan material terhadap beban mendadak. Pengujian ini

dilakukan pada tiga keadaan yang berbeda yakni pada temperatur 45,50oC,

27,50oC, dan 12,30oC. Dari analisa perhitungan di atas, dapat disimpulkan

bahwa perubahan temperatur mempengaruhi kekuatan impact. Selain

temperatur disini juga didapat bahwa luasan spesimen juga berpengaruh

terhadap kekuatan impact.Pada umumnya semakin tinggi temperatur,

kekuatan impact semakin tinggi dan semakin rendah temperatur, kekuatan

impact semakin rendah. Pada pengujian ini terjadi kesalahan pada

pengukuran temperatur panas. Sehingga temperatur panas memiliki kekuatan

impact yang lebih rendah dibanding pada suhu ruang.

14

Daftar Pustaka

- Dosen Metallurgi. 1986.Petunjuk Praktikum Logam. Jurusan Teknik Mesin

FTI. ITS

- Harsono& T.Okamura. 1991.Teknologi Pengelasan Logam. PT. Pradya

Paramita. Jakarta

- M. Munir,Muh. 2000.Modul Praktek Uji Bahan. Vol 1. Jurusan Teknik

Bangunan Kapal. PPNS

- Prasojo, Budi. 2012. Buku Petunjuk Praktek Uji Bahan. Jurusan Teknik

Permesinan Kapal. PPNS

- Suherman, Wachid. 1987.Diktat Pengetahuan Bahan. Jurusan Teknik Mesin

FTI. ITS

15

impact test

Documents