Laporan Awal

Laporan Awal

Praktikum Karakterisasi Material 1

PENGUJIAN IMPAK(IMPACT TEST)

Nama : Rhidiyan WarokoNPM : 0806331935Kelompok : 7

Laboratorium Metalurgi Fisik

Departemen Teknik Metalurgi dan Material

Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Depok 2010Modul 3Pengujian Impak(Impact Test)I. Tujuan Praktikum Pengujian ImpakBerikut adalah tujuan Praktikum Karakterisasi Material 1 untuk Modul 3 mengenai pengujian impak, yaitu sebagai berikut:

Praktikan dapat memahami prinsip dasar dari pengujian impak pada material logam.

Praktikan dapat menentukan harga impak dari suatu material logam berdasarkan data yang diperoleh dari pengujian impak logam tersebut.

Praktikan dapat mengetahui dan menganalisa temperatur transisi perilaku kegetasan dari material baja struktural.

Praktikan dapat melakukan analisa terhadap permukaan patahan (fraktografi) dari sampel pengujian impak yang diuji pada berbagai variasi temperatur.

Praktikan dapat menganalisa hasil pengujian impak dari suatu material logam sebagai fungsi dari temperatur dan karakterisasi dari perpatahan yang dihasilkan.

II. Dasar Teori Pengujian ImpakPengujian impak merupakah pengujian sifat mekanis material yang dirancang untuk mengukur ketahanan material tersebut saat mengalami beban kejut. Salah satu sifat mekanis penting yang dapat diamati pada pengujian impak ini adalah ketangguhan (tougness). Ketangguhan (toughness) merupakan sifat mekanis material yang menggambarkan kemampuan material tersebut untuk menyerap jumlah energi secara maksimum sebelum material tersebut mengalami kegagalan saat mengalami pembebanan mekanis. Ketangguhan (toughness) merupakan kombinasi dari dua sifat mekanis penting pada material, yaitu kekuatan (strength) dan keuletan (ductility). Prinsip Pengujian:

Prinsip dasar dari pengujian impak ini adalah proses penyerapan energi potensial dari pendulum beban yang berayun dari suatu ketinggian tertentu yang kemudian menumbuk benda uji (spesimen) dengan kecepatan yang cukup tinggi atau pembebanan dilakukan secara tiba-tiba sehingga benda uji (spesimen) akan mengalami deformasi. Besarnya energi potensial yang diserap oleh benda uji (spesimen) dari pembebanan kejut ini dapat dihitung melalui persamaan sebagai berikut:

di mana:

E: Energi potensial yang diserap oleh spesimen (Joule)

m: Massa dari pendulum beban (kg)

g: Konstanta gravitasi (9,8 m/s2)

h0: Ketinggian awal pendulum (meter)

h1: Ketinggian akhir pendulum (meter)

Setelah nilai energi potensial yang diserap benda uji diketahui maka selanjutnya dapat ditentukan besarnya Harga Impak (HI) spesimen tersebut yang diuji dengan metode Charpy melalui persamaan berikut:

di mana:HI: Harga Impak (Joule/mm2)

E : Energi potensial yang diserap oleh spesimen (Joule) A: Luas penampang spesimen di bawah takik (mm2)Harga Impak (HI) merupakan suatu besaran kuantitatif yang mencerminkan ukuran ketahanan impak atau ketangguhan dari suatu material. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi harga impak dari suatu material adalah sebagai berikut:

Temperatur

Semakin rendah temperatur uji spesimen maka semakin rendah pula Harga Impak (HI) dari spesimen tersebut.

Ukuran butir material

Semakin halus ukuran butir material maka semakin tinggi pula Harga Impak (HI) dari material tersebut.

Proses pengerjaan material

Komposisi material

Material logam murni memiliki Harga Impak (HI) yang lebih rendah daripada paduan logam.

Benda uji (spesimen) dari pengujian impak ini memiliki bentuk yang khusus. Pada spesimen pengujian impak ini terdapat takik (notch) yang berfungsi sebagai bagian yang mengkonsentrasikan tegangan (stress concentration) sehingga perpatahan diharapkan akan terjadi di bagian takik (notch) tersebut. Bentuk dari takik (notch) bermacam-macam seperti takik model V, takik model U dan takik model lubang kunci (key hole). Bentuk takik yang digunakan tergantung pada standar pengujian impak yang digunakan. Secara umum uji impak dikelompokan ke dalam dua golongan, yaitu:Karakteristik Benda Uji (Spesimen):Secara umum benda uji (spesimen) pengujian impak dikelompokkan ke dalam dua golongan metode standar pengujian impak, yaitu spesimen metode Charpy dan spesimen metode Izod. Berikut adalah penjelasan dari keduanya:

Karakterisasi Spesimen dan Mekanisme Pengujian Metode Charpy:

Dimensi ukuran dari benda uji (spesimen): Tinggi: 10 mm

Lebar: 10 mm

Panjang: 55 mm Posisi benda uji (spesimen) adalah horizontal dan tidak dijepit.

Takik (notch) berada tepat di bagian tengah dari panjang spesimen

Kedalaman takik sebesar 2 mm dari permukaan benda uji dan sudut takik 45o.

Bentuk takik (notch) dapat berupa bentuk U, bentuk V atau bentuk key hole (seperti lubang kunci).

Ayunan pendulum beban berasal dari arah belakang takik dengan pembebanan dilakukan dari arah punggung takik.

Pengujian berlangsung lebih cepat karena benda uji tidak perlu dijepit sehingga memudahkan untuk melakukan pengujian pada berbagai variasi temperatur.

Karakterisasi Spesimen dan Mekanisme Pengujian Metode Izod:

Dimensi ukuran dari benda uji (spesimen):

Tinggi: 10 mm

Lebar: 10 mm

Panjang: 75 mm Posisi benda uji (spesimen) adalah vertikal

Benda uji (spesimen) dijepit.

Takik (notch) berada pada jarak 28 mm dari ujung benda uji dengan kedalaman takik 2 mm dari permukaan benda uji dan sudut takik 45o.

Bentuk takik (notch) dapat berupa bentuk U, bentuk V atau bentuk key hole (seperti lubang kunci). Ayunan bandul berasal dari arah depan takik dengan pembebanan dilakukan dari arah muka takik.

Pengujian berlangsung agak lama karena benda uji harus dijepit sehingga pengujian pada temperatur variasi rendah menjadi lebih sulit.

Syarat Pengambilan Benda Uji (Spesimen) Pengujian Impak:Secara umum syarat pengambilan benda uji (spesimen) untuk pengujian impak dari jenis material baja yang telah mengalami proses rolling biasanya diambil melalui 3 jenis orientasi, yaitu sebagai berikut: Orientasi T-L

Orientasi L-T

Orientasi L-S

Gambar 8. Syarat Pengambilan Benda Uji (Spesimen) Pengujian Impak

Pengujian Impak dan Fraktografi:Salah satu metode yang dapat digunakan dalam pengujian impak adalah metode Charpy. Secara umum sebagaimana analisa perpatahan pada benda uji (spesimen) hasil uji tarik maka karakteristik perpatahan hasil pengujian impak dapat digolongkan menjadi 3 jenis model perpatahan, yaitu sebagai berikut:

Perpatahan berserat (fibrous fracture)Perpatahan berserat merupakan karakteristik perpatahan dari material yang bersifat ulet (ductile). Material yang memiliki ductility yang tinggi memiliki bentuk perpatahan yang menunjukkan morfologi permukaan yang fibrous. Ditandai dengan permukaan patahan berserat yang berbentuk dimpel yang menyerap cahaya sehingga berpenampilan buram. Perpatahan granular/kristalinPerpatahan granular/kristalin merupakan karakteristik perpatahan dari material yang bersifat rapuh (brittle). Morfologi hasil perpatahan tampak sangat halus dan mampu memberikan daya pantuk. Perpatahan campuran

Perpatahan campuran merupakan kombinasi kedua jenis perpatahan, yaitu perpatahan berserat dan perpatahan granular.

Selain dengan harga impak yang dihitung berdasarkan hasil pengujian, pengukuran ketangguhan suatu bahan dapat dilakukan dengan memperkirakan persentase patahan berserat dan patahan kristalin yang dihasilkan oleh benda uji (spesimen) yang diuji pada temperatur tertentu. Temperatur Transisi Ulet-Getas Material:

Informasi lain yang dapat dihasilkan dari pengujian impak adalah temperatur transisi bahan. Temperatur transisi adalah temperatur yang menunjukkan transisi atau perubahan jenis perpatahan suatu material apabila diuji pada variasi temperatur. Pada pengujian dengan temperatur yang bervariasi tersebut maka akan terlihat bahwa pada temperatur tinggi material akan bersifat ulet (ductile) sedangkan pada temperatur rendah material akan bersifat rapuh atau getas (brittle). Fenomena ini berkaitan dengan vibrasi atom-atom bahan pada kesetimbangan dan selanjutnya akan menjadi tinggi bila temperatur dinaikkan (energi panas merupakan suatu driving force terhadap pergerakan partikel atom bahan).Semakin tinggi vibrasi atom, maka pergerakan dislokasi akn bergerak relatif lebih mudah sehingga diperlukan enrgi yang lebih besar untuk mematahkan benda tersebut.

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).

Gambar 8. Grafik Pengaruh Temperatur terhadap Harga Impak

Faktor-faktor yang memengaruhi kurva DBTT:

a. Struktur kristal

Hampir semua logam berkekuatan rendah dengan struktur kristal FCC (Cu dan Al) dan HCP (Mg, Co, Ti dan Zn) bersifat ulet pada semua temperatur sementara bahan dengan kekuatan luluh yang tinggi bersifat rapuh. Bahan keramik, polimer dan logam-logam BCC (Fe pada suhu kamar, Cr, Mo, Nb dan Tungsten) dengan kekuatan luluh rendah dan sedang memiliki transisi rapuh-ulet bila temperatur dinaikkan. Hampir semua baja karbon yang dipakai pada jembatan, kapal, jaringan pipa dan sebagainya bersifat rapuh pada temperatur rendah. b. Atom interstisiKandungan karbon yang terdapat di dalam paduan baja karbon dapat memengaruhi kurva DBTT. Semakin tinggi kadar karbon, maka kurva DBTT akan semakin smooth dan semakin tinggi temperatur transisinya. c. Ukuran butirUkuran butir memiliki pengaruh yang besar terhadap temperatur transisi. Semakin kecil ukuran butir, maka temperatur transisinya akan semakin rendah. Dengan mengecilkan ukuran butir, kurva DBTT akan bergeser ke kiri sehingga memiliki range suhu operasi yang lebih lebar dari ukuran sebelumnya.

d. Orientasi spesimenUntuk uji impak, sifat anisotropik juga diteliti pada produk hasil rolling dan forging. Perbedaan orientasi dari spesimen dapat mengakibatkan perbedaan energi yang diabsorp.

Arah longitudinal (B) menunjukkan penyerapan energi impak yang terbaik karena crack propagation melalui fibre alignment. Sedangkan arah transversal (C) memberikan penyerapan energi yang terburuk karena crack propagation tegak lurus terhadap arah rolling.III. Metodologi Pengujian ImpakIII.1. Peralatan dan Bahan Pengujian ImpakIII.1.1.Peralatan Pengujian Impak

Berikut adalah peralatan yang digunakan pada pengujian impak, yaitu sebagai berikut:

Mesin pengujian impak metode Charpy dengan kapasitas 30 Joule Caliper Mikrometer Stereoscan macroscope Termometer FurnaceIII.1.2.Bahan Pengujian Impak

Berikut adalah bahan yang digunakan pada pengujian impak, yaitu sebagai berikut:

4 buah sampel pengujian impak dari material baja struktural ST 42

Es kering (dry ice)

III.2 . Diagram Alir (Flow Chart) Proses Pengujian Impak

Daftar Pustaka Diktat Teori Dasar Praktikum Karakterisasi Material 1, Modul 3 Pengujian Impak, Laboratorium Metalurgi Fisik, Departemen Teknik Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Depok : Oktober 2009 Buku Paduan Kerja Mahasiswa Praktikum Karakterisasi Material 1, Modul 3 Pengujian Impak, Laboratorium Metalurgi Fisik, Departemen Teknik Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Depok : Oktober 2009

Callister, William D. 1996. Materials Science and Engineering An Introduction Fourth Edition. The McGraw-Hill Companies : New York,NY Smallman, RE, Metalurgi Fisik Modern Sriati Djaprie, Metalurgi Mekanik jilid 1, Terjemahan, 1990, Jakarta: Erlangga

Gambar 2. Sampel Pengujian Impak Metode Charpy

Gambar 1. Ilustrasi Pengujian Impak dengan Metode Charpy

EMBED PBrush

Gambar 4. Arah Pembebanan Pengujian Impak dengan Metode Charpy

Gambar 3. Ukuran dan Sudut Takik Spesimen

EMBED PBrush

Gambar 6. Dimensi Spesimen Pengujian Impak dengan Metode Izod

Gambar 5. Ilustrasi Pengujian Impak dengan Metode Izod

EMBED PBrush

Gambar 7. Arah Pembebanan Pengujian Impak dengan Metode Izod

Gambar 8. Efek struktur kristal terhadap grafik DBTT

Gambar 9. Efek penambahan atom karbon terhadap grafik DBTT

Gambar 9. Efek pengecilan ukuran butir terhadap grafik DBTT

Gambar 10. Efek orientasi spesimen terhadap grafik DBTT

EMBED Visio.Drawing.6

PAGE

_1317189175.unknown

_1317189439.unknown

_1221814489.vsd

mulai

Mengukur luas area dibawah takik

Menyiapkan sampel uji untuk temperatur rendah & temperatur tingi

Uji sampel dengan berbagai macam temperatur

Memastikan jarum merah pada posisi nol

Menaikkan pendulum

Meleakkan benda uji pada tempatnya

Melepaskan tombol hingga pendulum berayun

Menarik tuas rem

Membaca nilai pada skala

Menghitung nilai impak

Mengamati permukaan patahannya

membuat sketsa patahan, & mengukur luas area getas dan ulet (% luas area di bawah takik)

Mengulangi pengujian untuk sampel lain

selesai