BAB 1

PENGUJIAN TARIK

1.1 Tujuan Praktikum

1. Untuk membandingkan kekuatan maksimum beberapa jenis logam (besi tuang,

baja, tembaga dan alumunium.

2. Untuk membandingkan titik-titik luluh logam-logam tersebut.

3. Untuk membandingkan tingkat keuletan logam-logam tersebut melalui % elongasi

dan % pengurangan luas.

4. Untuk membandingkan fonomena necking pada logam-logam terbut.

5. Untuk membandingkan modulus elastisitas dari logam-logam tersebut.

6. Untuk membuat, membandingkan serta menganalisis kurva tegangan regangan,

baik kurva rekayasa maupun kurva sesungguhnya dari beberapa jenis logam.

7. Untuk membandingkan tampilan perpatahan (fractografi )logam-logam tersebut

dan menganalisianya berdasarkan sifat-sifat mekanis yang telah dicapai.

1.2 Pengantar

Tujuan dari dilakukannya suatu pengujian mekanis adalah untuk menentukan respon

material dari suatu konstruksi, komponen atau rakitan fabrikasi pada saat dikenakan

beban atau deformasi dari luar. Dalam hal ini akan ditentukan seberapa jauh

perilaku inheren (sifat yang lebih merupakan ketergantugan atas fenomena atomic

maupun mikroskopis dan bukan dipengaruhi bentuk atau ukuran benda uji) dari

material terhadap pembebanan tersebut. Di antara semua punjian mekanis tersebut,

pengujian tarik merupakan jenis pengujian yang paling banyak diguakan digunakan

karena mampu memberikan informasi representative dari perilakun mekanis

material.

1.3 Prinsip Pengujian

Sampel atau benda uji dengan ukuran dan bentuk tertentu ditarik dengan beban

kontinyu sambil diukur pertambahan panjangnya. Data yang didapat berupa

perubahan panjang dan perubahan beban yang selanjutnya ditampilkan dalam

bentuk grafik tegangan-regangan, sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 1.1. Data-

data penting yang diharapkan didapat dari pengujian tarik ini adalah: perilaku

mekanik material dan karakteristik perpatahan.

II.1. Perilaku mekanik material

Pengujian tarik yang dilakukan pada suatu material padatan (Logam dan Nonlogam)

dapat memberikan keterangan yang relatif lengkap mengenai perilaku material

tersebut terhadap pembebasan mekanis. Informasi penting yang bisa didapat

adalah:

a) Batas Proposional (Proportionality Limit)

b) Batas Elastisitas (Elastic Limit)

c) Titik luluh (Yeild Point) dan Kekuatan Luluh (Yeid Strength)

d) Kekuatan Tarik Maksimum (Ultimate Tensile Strength)

e) Kekuatan putus (breaking strength)

f) Keuletan (ductility)

g) Modulus Elastisitas(Modulus Young)

h) Modulus Kelentingan (modulus of resilience)

i) Modulus Ketangguhan (modulus of toughness)

j) Kurva tegangan rekayasa dan sesugguhnya

a. Batas proposional (Proportionality Limit)

2

Merupakan daerah batas dimana tegangan dan regangan mempunyai hubungan yang

saling proposionalitas satu dengan lainnya. Setiap penambahan tegangan akan diikuti

pula oleh penambahan regangan secara proposional dalam hubungan linier .

(bandingkan dengan hubungan y =mx ; dimana y mewakili tegangan ; x mewakili

regangan dan m mewakili slope kemiringan dari modulus kekakuan). Titik P pada kurva

menunjkan batas proporsionalitas dari kurva tegangan-regangan.

b. Batas elastis (Elastic Limit)

Daerah elastic adalah daerah dimana bahan akan kembali kepada panjang semula

apabila tegangan luar dihilangkan. Daerah proposionalitas merupakan bagian dari batas

plastic ini ini. Selanjutnya bila bahan tersebut terus menerus diberikan tegangan

(deformasi dari luar) maka batas elastis akan terlampaui pada akhirnya sehingga bahan

tidak akan kembali kepada ukuran semula. Dengan kata lain, dapat didefinisikan bahwa

batas elastis adalah suatu titik dimana tegangan yang diberikan akan menyebabkan

deformasi permananen (plastis) untuk pertama kalinya.Kebanyakan material memiliki

batas elastis yang hampir berhimpitan dengan batas proporsionalitasnya.

c. Titik Luluh dan Kekuatan Luluh (Yield Strength)

Titik ini merupakan suatu batas dimana material akan terus mengalami deformasi

tanpa adanya penambahan beban. Tegangan (stress) yang mengakibatkan bahan

menunjukan mekanisme luluh ini disebut tegangan luluh (yield stress).

3

Gejala luluh umunya ditunjukan oleh logam-logam ulet dengan struktur Kristal BCC dan

FCC yang membentuk interstitial solid solution dari atom-atom carbon, boron,

hydrogen dan oksigen. Interaksi antara dislokasi dan atom-atom tersebut

menyebabkan baja ulet seperti mild steel menunjukan titik luluh bawah (lower yield

point) dan titik luluh atas (upper yield point).

Baja berkekuatan tinggi dan besi tuang yang getas umunya tidak memperhatikan batas

luluh yang jelas. Untuk menentukan luluh material seperti ini maka digunakan suatu

metode yang dikenal sebagai metode offset. Dengan metode ini yield strength

ditentukan sebagai tegangan dimana behan memperlihatkan batas penyimpangan

tertentu dari proporsionalitas tegangan dan regangan. Umumnya garis offset OX

diambil 0.1 - 0.2% dari tegangan total dimulai dari titik O, dan ditarik keatas sejajar

dengan garis proporsional hingga berpotongan dengan kurva. Kekuatan luluh atau titik

luluh merupakan suatu gambaran kemampuan suatu bahan menahan deformasi

permanen bila digunakan dalam penggunaan struktural yang melibatkan pembebanan

mekanik seperti tarik, tekan, bending atau puntiran. Disisi lain, batas luluh ini harus

dicapai ataupun dilewati bila bahan (logam) dipakai dalam proses manufaktur produk-

produk logam seperti proses rolling, drawing, streching dan sebagainya. Dapat

disimpulkan bahwa titik luluh adalah suatu tingkat tegangan yang:

Tidak boleh dilewati dalam penggunaan struktrural (in service)

Harus dilewati dalam proses manufaktur logam (forming process)

4

d. Kekuatan Tarik Maksimum (Ultimate Tensile Strength)

Merupakan tegangan maksimum yang dapat ditanggung oleh material sebeluim

terjadinya perpatahan (fracture). Nilai kekuatan tarik maksimum ditentukan

dari beban maksimum dibagi luas penampang awal .

Pada bahan ulet tegangan maksimum ini ditunjukkan oleh titik M (kurva tegangan-

regangan) dan selajutnya bahan akan terus berdeformasi hingga titik B. Bahan yang

bersifat getas memberikan perilaku yang berbeda dimana tegangan maksimum

sekaligus tegangan perpatahan. Dalam kaitannya dengan penggunaan struktural

maupun proses forming bahan, kekuatan maksimum adalah batas tegangan yang

sama sekali tidak boleh dilewati.

Dengan kata lain Tegangan tarik adalah nilai yang paling sering dituliskan sebagai

hasil suatu uji tarik, tetapi pada kenyataannya nilai tersebut kurang bersifat

mendasar dalam kaitannya dengan kekuatan bahan. Untuk logam-logam yang liat

kekuatan tariknya harus dikaitkan dengan beban maksimum, di mana logam dapat

menahan beban sesumbu untuk keadaan yang sangat terbatas. Akan ditunjukkan

bahwa nilai tersebut kaitannya dengan kekuatan logam kecil sekali kegunaannya

untuk tegangan yang lebih kompleks, yakni yang biasanya ditemui. Untuk berapa

lama, telah menjadi kebiasaan mendasarkan kekuatan struktur pada kekuatan tarik,

dikurangi dengan faktor keamanan yang sesuai.

Kecenderungan yang banyak ditemui adalah menggunakan pendekatan yang lebih

rasional yakni mendasarkan rancangan statis logam yang liat pada kekuatan

luluhnya. Akan tetapi, karena jauh lebih praktis menggunakan kekuatan tarik untuk

menentukan kekuatan bahan, maka metode ini lebih banyak dikenal, dan

merupakan metode identifikasi bahan yang sangat berguna, mirip dengan kegunaan

komposisi kimia untuk mengenali logam atau bahan. Selanjutnya, karena kekuatan

tarik mudah ditentukan dan merupakan sifat yang mudah dihasilkan kembali

5

(reproducible). Kekuatan tersebut berguna untuk keperluan spesifikasi dan kontrol

kualitas bahan. Korelasi empiris yang diperluas antara kekuatan tarik dan sifat-sifat

bahan misalnya kekerasan dan kekuatan lelah, sering dipergunakan. Untuk bahan-

bahan yang getas, kekuatan tarik merupakan kriteria yang tepat untuk keperluan

perancangan.

Tegangan di mana deformasi plastik atau batas luluh mulai teramati tergantung pada

kepekaan pengukuran regangan. Sebagian besar bahan mengalami perubahan sifat

dari elastik menjadi plastik yang berlangsung sedikit demi sedikit, dan titik di mana

deformasi plastik mulai terjadi dan sukar ditentukan secara teliti. Telah digunakan

berbagai kriteria permulaan batas luluh yang tergantung pada ketelitian pengukuran

regangan dan data-data yang akan digunakan.

1. Batas elastik sejati berdasarkan pada pengukuran regangan mikro pada skala

regangan 2 X 10-6 inci/inci. Batas elastik nilainya sangat rendah dan dikaitkan

dengan gerakan beberapa ratus dislokasi.

2. Batas proporsional adalah tegangan tertinggi untuk daerah hubungan

proporsional antara tegangan-regangan. Harga ini diperoleh dengan cara

mengamati penyimpangan dari bagian garis lurus kurva tegangan-regangan.

3. Batas elastik adalah tegangan terbesar yang masih dapat ditahan oleh bahan

tanpa terjadi regangan sisa permanen yang terukur pada saat beban telah

ditiadakan. Dengan bertambahnya ketelitian pengukuran regangan, nilai

batas elastiknya menurun hingga suatu batas yang sama dengan batas elastik

sejati yang diperoleh dengan cara pengukuran regangan mikro. Dengan

ketelitian regangan yang sering digunakan pada kuliah rekayasa (10 -4

inci/inci), batas elastik lebih besar daripada batas proporsional. Penentuan

batas elastik memerlukan prosedur pengujian yang diberi beban-tak diberi

beban (loading-unloading) yang membosankan.

e. Kekuatan Putus (Breaking Strength)

Kekuatan putus dapat ditentukan dengan membagi beban pada saat benda uji putus

(Fbreaking) dangan luas penampang awal . Untuk bahan yang bersifat ulet pada saat

6

beban maksimum terlampaui dan bahan terus terdeformasi hingga titik putus, maka

terjadi mekanisme pemciutan (necking) sebagai akibat adanya suatu deformasi yang

terlokalisasi.Pada bahan ulet kekuatan putus adalah lebih kecil daripada kekuatan

maksimum sementara pada bahan getas kekuatan putus adalah sama dengan

kekuatan maksimumnya.

f. Keuletan (ductility)

Keuletan merupakan suatu sifat dimana logam mampu menahan deformasi hingga

terjadinya perpatahan. Bahan disebut lentur (ductile) bila regangan plastis yang

terjadi sebelum putus lebih dari 5%, bila kurang dari itu suatu bahan disebut getas

(brittle).Sifat ini harus dimiliki oleh bahan bila ingin dibentuk melalui proses rolling,

bending, stretching, drawing, hammering, cutting dan sebagainya. Secara umum

dilakukan dengan tujuan sebagai:

Untuk menunjukkan perpanjangan dimana suatu logam dapat berdeformasi

tanpa terjadinya patah dalam suatu proses pembentukan logam, missal

pengerolan dan ekstrusi

Untuk memberi petunjuk umum mengenai kemampuan logam untuk

berdeformasi secara plastis sebelum patah

Sebagai petunjuk adanya perubahan permukaan kemurnian atau kondisi

pengolahan

7

Pengujian tarik memberikan dua metode pengukuran keuletan bahan, yaitu:

• Persentase perpanjangan (elongation)

Diukur sebagai penambahan panjang ukur setelah perpatahan terhadap panjang

awalnya.

Elongasi,

dimana Lf adalah panjang akhir dan Lo panjang awal dari benda uji

• Persentase pengurangan penampang (Area Reduction)

Diukur sebagai pengurangan luas penampang (cross section) setelah perpatahan

terhadap luas penampang awalnya.

Reduksi Penampang,

dimana Af adalah luas penampang akhir dan Ao luas penampang awal

g. Modulus Elastisitas (Modulus Young)

8

Merupakan ukuran kekuatan suatu material, semakin besar harga modulus ini maka

semakin kecil tegangan elastic yang terjadi pada suatu tingkat pembebanan tertentu,

atau dapat dikatakan material tersebut kaku (stiff). Modulus kekakuan dapat dihitung

dari slope kemiringan garis elastic yang linier, diberikan oleh:

dimana α adalah sudut yang dibentuk oleh daerah elastis kurva tegangan-regangan.

Modulus elastisitas suatu material ditentukan oleh enegi ikat antar atom-atom,

sehingga besarnya nilai modulus ini tidak dapat dirubah oleh suatu proses tanpa

merubah struktur bahan.

Gambar dibawah ini menunjukkan grafik tegangan regangan beberapa jenis baja:

Σ(ksi)

180 Spring steel (1 % carbon)

100 Hard steel ( 0,6% carbon)

80 Machine steel (0.6% carbon)

Structural steel (0,2 % carbon )

40 Soft steel ( 0,1 % carbon)

20 ε(in./in.)

h. Modulus Kelentingan (modulus of resilience)

Kelentingan adalah kemampuan suatu bahan untuk menyerap energi pada waktu

berdeformasi secara elastis dan kembali kebentuk awal apabila bebannya

dihilangkan [Dieter, 1993]. Kelentingan biasanya dinyatakan sebagai modulus

kelentingan, yakni energi regangan tiap satuan volume yang dibutuhkan untuk

menekan bahan dari tegangan nol hingga tegangan luluh σo.

Mewakili kemampuan material untuk menyerap energi dari luar tanpa terjadinya

kerusakan. Nilai modulus dapat diperoleh dari luas segitiga yang dibentuk oleh area

9

Grafik tegangan-regangan beberapa baja yang memperlihatkan kesamaan modulus kekakuan.

elasitik diagram tegangan-regangan. Pada gambar di bawah ditunjukkan oleh segitiga

putus-putus.

i. Modulus Ketangguhan (modulus of toughness)

Merupakan kemampuan material dlam menyerap energi hingga terjadinya perpatahan.

Secara kuantitaif dapat ditentukan dari luas area keseluruhan di bawah kurva tegangan

regangan hasil pengujian tarik. Pertimbnagkan disain yang mengikut sertakan modulus

ketangguhan menjadi sangat penting untuk komponen-komponen yang mungkin

mengalami pembebanan berlebih secara tidak disengaja. Material dengan modulus

ketangguhan yang tinggi akan mengalami distorsi yang besar karena pembebanan

berlebih, tetapi hal ini tetap disukai dibandingkan material dengan modulus yang

rendah dimana perpatahan akan terjadi tanpa suatu peringatan terlebih dahulu.

j. Kurva tergangan rekayasa dan sesungguhnya

10

Kurva tegangan-regangan rekayasa (engineering stress-strain) didasarkan atas dimensi

awal Ao dan Io) dari benda uji, sementara untuk mendapatkan kurva tegangan-

regangan sesungguhnya diperlukan luas area dan panjang aktual pada saat

pembebanan setiap saat terukur. Perbedaan kedua kurva tidaklah terlalu besar pada

regangan yang kecil, tetapi menjadi signifikan pada rentang terjadinya pengerasan

regangan (strain hardening), yaitu setelah titik luluh terlampaui. Secara khusus

perbedaan menjadi demikian besar didalam daerah necking.

Pada kurva tegangan-regangan rekayasa, dapat diketahui bahwa benda uji secara actual

mampu menahan turunnya beban karena luas area awal Ao bernilai konstan pada saat

perhitungan tegangan . Sementara pada kurva tegangan-regangan

sesungguhnya luas area aktual adalah selalu turun sehingga terjadinya perpatahan dan

benda uji mampu menahan peningkatan tegangan karena . Sehingga notasi

true stress & true strain dan hubungannya dengan engineering stress dan engineering

strain dapat dituliskan sebagai:

dan

dibawah ini adalah grafik yang membandingkan antara kurva tegangan regangan

rekayasa dan sesungguhnya.

Σ true stress

Enginnering stress

11

II. 2 Karakteristik Perpatahan

Sampel hasil pengujian tarik dapat menunjukkan beberapa tampilan perpatahan seperti

diilustrasikan oleh gambar dibawah ini:

Material dikatakan ulet bila material tersebut mengalami deformasi elastic dan plastis

sebelum akhirnya putus. Sedangkan material getas tidak mengalami deformasi elastic

sebelum mengalami putus.

3.1 Perpatahan ulet

Tahapan terjadinya perpatahan ulet pada sampel uji tarik:

a. Penyempitan awal

b. Pembentukan rongga2 kecil (cavity)

c. Penyatuan rongga-rongga membentuk suatu retakan.

d. Perambatan retak

e. Perpatahan gesek akhir pada

sudut 45o

12

Tampilan foto SEM dari perpatahan ulet:

3.2 Perpatahan getas (ductile)

Perpatahan getas memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

a. Tidak ada atau sedikit sekali deformasi plastis yang terjadi pada material

b. Retak/Perpatahan merambat sepanjang bidang-bidang kristalin membelah atom-

atom material (transgranular)

c. Pada material lunak dengan butir kasar (coarse-grain) maka dapat dilihat pola –pola

yang dinamakan chevrons ar fan like pattern yang berkembang keluar dari daerah

awal kegagalan

d. Material keras dengan butir halus (fine-grain) tidak memiliki pola-pola yang mudah

dibedakan

e. Material amorphous (seperti gelas) memiliki permukaan patahan yang bercahaya

dan mulus.

13

a) brittle fracture pada besi tuang

b) Cup and cone fracture pada alumunium dan

1.4 Metodologi Penelitian

III.1. Alat dan Bahan

1. Universal testing machine, Servopulser Shimadzu kapasitas 30 ton

2. Caliper dan atau micrometer

3. Spidol permanent atau penggores (cutter)

4. Stereoscan macroscope

5. Sampel Uji tarik

III. 2 Flow Chart Prosedur Pengujian

14

Mengukur dimensi ( diameter

rata-rata) dari benda uji

dengan menggunakan caliper

atau micrometer.

Menandai panjang ukur dengan cutter atau spidol permanen

15

Memasang benda uji pada grip mesin

Shimadzu

Melakukan penarikan hingga terjadi beban

maksimum dilanjutkan dengan necking dan

perpatahan

Menandai titik2 terjadinya beban maksimum dan

perpatahan

Melepaskan benda uji dari mesin grip

Satukan kembali patahan benda uji dan

ukur panjang akhir.

Amati tipe perpatahan dengan menggunakan stereoscan macrosope

Lakukan pengujian pada material lainnya

Menghitung mechanical properties

Selesai

Daftar Pustaka

Geroge E. Dieter, Metalurgi Mekanik, terj. Sriati Djaprie. Erlangga

Lawrence H. Van Vlack, Ilmu dan teknologi Bahan, terj. Sriati Djeprie,

Erlangga,1989.

Sidney H. Avner, introduction to physical Metallurgy, McGrraw Hiil, 1974.

Callister, William D. Material science and Engineering.2007.United State of

America: John Wiley&Sons,inc

Modul Praktikum Ilmu Logam(Destructive test). 2012. Depok: Laboratorium

Metalurgi fisik Departement Metalurgi & Material FTUI

http://sersasih.wordpress.com/2011/07/21/laporan-material-teknik-uji-tarik/

16

17