BAB I

PENDAHULUAN

I. LATAR BELAKANG

Dalam sebuah proses pemesinan dan pembentukan, sifat – sifat material

diperlukan untuk diketahui agar dapat dimaksimalkan penggunaannya dengan

material tersebut. Salah satu jenis material yang digunakan dalam proses

pemesinan adalah logam. Logam merupakan jenis material yang kaku dan bersifat

getas pada temperatur tertentu. Terkadang dalam proses tersebut, material logam

mengalami berbagai proses pembentukan yang salah satunya adalah proses

bending.

Untuk itu perlu diketahui sifat dari material logam yang digunakan dan

pada uji bending, dapat diketahui modulus elastisitas dan kekuatan lenturnya

sehingga dapat diprediksi penggunaan material logam agar tidak terdeformasi

dalam sistem tersebut. Material tersebut dalam sistem, contohnya sebagai

komponen mesin akan mengalami pembebanan yang akan mengakibatkan

bending. Proses bending akan diikuti oleh direct stress, transverse shear, dan

torsional shear. Untuk itu perlu dilakukan uji bending untuk mengetahui

ketahanan material yang digunakan dari ketiga gaya tersebut.

II. TUJUAN PERCOBAAN

1. Menentukan modulus elastisitas material

2. Menentukan flextural strenght (kekuatan lentur) material

`

BAB II

III. TEORI DASAR

Uji bending adalah pengujian yang dilakukan dengan pemberian beban

pada material yang diuji untuk mengetahui kekakuan suatu material pada daerah

elastis. Kekakuan atau ketahanan suatu material terhadap deformasi saat diberi

beban pada daerah elastis dapat disebut juga dengan modulus elastisitas. Harga

modulus elastisitas (E) dapat menujukkan sifat keuletan dan kegetasan dari

material.

Pada uji bending akan dilakukan pembebanan untuk mengakibatkan gaya

bending pada material yang diuji. Pada pembebanan ini akan terjadi tegangan

tarik, tekan dan geser. Maka dari itu harus diketahui beban maksimum dari

material yang diuji agar tegangan atau beban yang diberikan tidak melebihi beban

maksimum tersebut. Dalam pengujian bending terdapat dua macam metode yaitu

three point bending dan four point bending .

Pada three point bending, terdapat dua tumpuan gaya pada spesimen dan

satu gaya beban yang diberikan pada bagian tengah spesimen. Gaya beban

tersebut mempunyai jarak ½ L. Panjang L disini adalah jarak yang diukur dari

satu tumpuan ke tumpuan lain dan bukan merupakan panjang spesimen.

Untuk four point bending, terdapat dua tumpuan gaya pada spesimen dan

dua gaya beban yang diberikan pada dua titik yang berjarak ⅓L dan ⅔L. Sama

dengan three point bending, panjang L disini juga merupakan jarak yang diukur

dari satu tumpuan ke tumpuan lainnya. Pada four point bending terjadi

pembebanan momen lentur murni sehingga gaya geser yang dibekerja pada

spesimen = 0.

Berikut ini adalah gambar dari three point bending dan four point bending

serta diagram momen lentur dan gaya geser yang dihasilkan

Pada pembebanan dalam uji bending, untuk mendapat kondisi setimbang

(ΣM = 0) adalah dengan sifat momen kopel dimana terhadap gaya momen yang

dihasilkan oleh beban dengan momen yang sama besar dalam luas penampang

yang ditinjau. Karena pembebanan ini terjadi pada daerah elastis, maka akan

terjadi tegangan di penampang yang ditinjau dengan formula :

dimana σ = Tegangan Normal

M = Momen lentur di penampang melintang yang ditinjau

c = Jarak dari sumbu netral ke elemen yang ditinjau

I = Momen inersia penampang

Sedangkan untuk spesimen yang memiliki luas penampang segiempat dan

lingkaran, momen inersia yang dimiliki tiap spesimen tersebut berbeda, dimana

momen inersia segiempat adalah I =

bh3

12 dimana b adalah lebar spesimen dan h

adalah tinggi spesimen. Sedangkan untuk spesimen berpenampang lingkarang

memiliki momen inersia I =

πr 4

4 .

Untuk itu tegangan normal maksimum pada penampang yang ditinjau adalah

σ=( PL

4 )( h2 )

( bh3

12 )Setiap pembebanan yang diberikan akan memberikan perubahan defleksi. Besar

defleksi setiap satuan beban yang diberikan dapat dicari dengan :

δ= PL3

48 EI

dimana

P : Beban yang bekerja

L : Panjang Spesimen

B : Lebar spesimen

h : Tebal spesimen

δ : defleksi

E : Modulus elastisitas

I : Momen Inersia penampang

IV. DATA PENGAMATAN

-Material : ST-37

-Dimensi Spesimen

- panjang (l) : 150 mm

- lebar (b) : 19,2 mm

-tinggi (h) : 18,8 mm

-Kekerasan Awal : 64 HRA

-Kekerasan Akhir : 72 HRA

-Jarak tumpuan : 150 mm

-Beban maksimum : 26500 N

Beban (kg) Defleksi (mm)1.000 0,052.000 0,093.000 0,134.000 0,175.000 0,216.000 0,257.000 0,298.000 0,349.000 0,3810.000 0,4211.000 0,4612.000 0,56

V. PENGOLAHAN DATA

Dari data hasil pengamatan percobaan, akan di plot kurva grafik linear sebagai berikut,

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.600

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

f(x) = 22761.2053993114 x + 145.830159358909R² = 0.990828696578415

Kurva P-δ

Defleksi (cm)

Beba

n (N

)

Dari tabel didapatkan nilai,

tanθ=Pδ

¿22761

Nilai inersia penampang

I=bh3

12

I=19,2 x (18,8)3

12

I=10631,4752

Dengan persamaan defleksi, maka nilai modulus elastis adalah,

E= P . L3

48. δ . I

E= tan θ L3

48 I

E= 22761 .1503

48 .10631,4752

E=150532,526 MPa

E=150,53GPa

Sedangkan untuk flextural strength didapat dari

σ=3 PL

2bh2 = 3(26500)150

2 (19.2)18.82 =878.641MPa

VI. ANALISIS DATA

Pada awal pengujian bending, pertama akan ditentukan titik pembebanan,

apakah akan dilakukan three point bending atau four point bending. Dari kedua

metode tersebut terdapat perbedaan harga modulus elastisitas yang didapat

dikarenakan terjadi galat. Selain itu pada kedua metode tersebut terdapat

perbedaan daerah segmen spesimen sehingga terjadi perbedaan momen

maksimum.

Selanjutnya dari spesimen yang diuji akan ditentukan kekuatan luluh agar

diketahui beban maksimum pada batas elastis dari spesimen tersebut. Pada

percobaan ini akan dilakukan three point bending. Pada panjang spesimen (L)

untuk penetapan pembebanan beban, sesuai jarak diantara kedua tumpuan. Karena

jika disesuaikan dengan panjang spesimen dimana peletakkan kedua tumpuan

berada di tiap ujung spesimen, maka akan mengakibatkan tidak setimbangnya

spesimen dan akan mengakibatkan spesimen akan terjatuh ketika terjadi

pembebanan.

Pada penentuan modulus elastisitas, akan diberi pembebanan pada tengah

spesimen dan diukur defleksi yang dihasilkan. kemudian pembebanan dilakukan

hingga mencapai beban maksimum. Beban maksimum didapat sesaat sebelum

spesimen terdeformasi plastis. Hal tersebut terjadi karena kita ingin mengetahui

harga modulus pada daerah elastisnya. Pada percobaan didapat harga modulus

elastisitas (E) baja ST-37 sebesar 150,53 Gpa. Sedangkan menurut literatur

modulus elastisitas (E) baja ST-37 adalah 200 Gpa. Terdapat perbedaan harga

modulus elastisitas dapat disebabkan oleh beberapa faktor yaitu:

1. Penentuan titik saat pemberian beban pada spesimen

2. Kondisi permukaan dari spesimen

3. Tingkat homogenitas dari kandungan spesimen

Pada faktor penentuan titik saat pemberian beban pada spesimen dapat terjadi

ketidaktepatan saat pemberian beban pada ½ L. Dimana titik pada spesimen yang

karena tegangan yang diterima oleh spesimen tidak mencapai maksimumnya. Hal

tersebut juga dapat mempengaruhi tingkat defleksi yang dihasilkan. Sehingga

dapat mempengaruhi harga modulus elastisitas yang dihasilkan. selain penentuan

titik, panjang spesimen juga mempengaruhi karena dapat terjadi ketidaktepatan

dalam pemberian jarak dalam setiap tumpuan sehingga panjang yang dihasilkan

tidak tepat 150 mm.

Kemudian kondisi permukaan spesimen dapat mempengaruhi tingkat

modulus elastisitas yang dihasilkan. Karena permukaan spesimen yang diuji

memiliki permukaan yang tidak rata. Hal tersebut diperjelas saat pengujian keras

untuk mengetahui kekerasan awal, pengujian tersebut tidak dilakukan karena

permukaan spesimen yang tidak rata sehingga harus di-grinding terlebih dahulu.

Maka dari itu dapat disimpulkan bahwa permukaan spesimen memiliki tingkat

porositas (rongga) yang tinggi sehingga akan mempengaruhi nilai modulus

elastisitas yang didapat.

Kandungan atom didalam spesimen akan mempengaruhi tingkat

homogenitas spesimen tersebut. Jika terjadi reaksi kimia berlebih pada spesimen

maka dapat menurunkan energi ikat yang dimiliki atom tersebut. Penurunan

energi ikat tersebut akan menurunkan harga modulus elastisitas yang didapat.

Salah satu reaksi kimia yang terjadi adalah terjadinya karat yang terdapat pada

spesimen tersebut.

Selain itu terdapat faktor eksternal yang juga mempengaruhi perbedaan

nilai modulus elastisitas percobaan terhadap modulus elastisitas literatur yaitu

temperatur, tekanan dan tingkat kelembapan dari ruang laboratorium saat

pengujian berlangsung.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

VII. KESIMPULAN

1. Modulus elastisitas dari baja ST-37 yang didapat dari percobaan ini adalah

150,53 Gpa.

2. Kekuatan flextural yang didapat dari percobaan ini adalah 878.641MPa

VIII. SARAN

1. Sebelum dilakukan pengujian bending, praktikan dikenalkan dahulu uji

keras atau teknik grinding agar dapat menentukan kekerasan awal dan

kekerasan akhir pada spesimen yang diuji, sehingga dapat diketahui

hubungan kenaikan tingkat kekerasan terhadap proses terdeformasinya

suatu material menjadi deformasi plastis.

IX. DAFTAR PUSAKA

Callister, William D. ,Rethwisch, David G. Materials Science and

Engineering. 8th Edition. 2011. JohnWiley& Sons

Hibbeler, R.C. Mechanics Of Materials. 7th Edition. 2011. Pearson Hall

LAMPIRAN

X. TUGAS SETELAH PRAKTIKUM

1. Buat kurva antara P-δ dari data uji lentur, dengan menggunakan

persamaan garis regresi linear.

2. Hitung harga Flexural Stregth dan Modulus Elastis dengan

menggunakan kurva tersebut.

3. Bandingkan harga yang diperoleh dari literature dan percobaan, bila

ada perbedaan jelaskan mengapa hal itu bisa terjadi

4. Bandingkan keadaan kekerasan akhir (setelahdiuji bending padadaerah

yang terdeformasi plastis) dengan kekerasan awal (sebelum diuji

bending) dan jelaskan.

1. kurva antara P-δ dari data uji lentur adalah

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.600

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

Kurva P-δ

Defleksi (cm)

Beba

n (N

)

y=22761 x+145,8

tanθ=Pδ

=22761

2.

E= tan θ L3

48 I

E= 22761 .1503

48 .10631,4752

E=150532,5256 MPa

E=150,53GPa

3. Pada analisis data

4. Kekerasan Awal : 64 HRA

Kekerasan Akhir : 72 HRA

Terdapat perbedaan kekerasan dikarenakan terjadi strain hardening

saat pembebanan pada uji bending.

XII. RANGKUMAN PRAKTIKUM

1. Terdapat dua cara melakukan uji bending 3point dan 4point bending.

Kedua metode ini dapat dipisahkan secara pasti pada titik pembebanan

beban, dimana pada 3 point bending pada 1/2L dan 4 point bending pada

1/3L dan 2/3L. Selain itu pada 4 point bending, permukaan daerah yang

terdeformasi plastis dapat diukur secara pasti karena pada kurva M-X yang

dihasilkan, daerah maksimumnya berupa garis linier, sedangkan pada 3

point bending merupakan titik puncak. Selain itu ketelitian 4 point bending

lebih baik dibandinkan dengan 3 point bending.

2. Sedangkan mengapa dilakukan uji bending adalah karena kurva yang

dihasilkan lebih landai jika dibandingkan dengan kurva uji tarik.

Walaupun sama-sama bertujuan mencari modulus elastisitas, tetapi pada

uji tarik spesimen diuji hingga mengalami necking dan fracture, sedangkan

pada uji bending , material diberi pembebanan hingga terdeformasi plastis,

agar didapat beban maksimum nya.