MAKALAH MATERIAL TEKNIKMengenai MEKANISME PENGUATAN MATERIAL

Di susun oleh :Nama : Hera RosdianaNIM: 4412216186Jurusan : Teknik IndustriDosen : Hendri Sukma, ST.MT

FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS PANCASILA2013

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas limpahan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini untuk penyelesain tugas dari mata kuliah Material Teknik.Makalah ini dapat terselesaikan tidak lepas karena bantuan dan dukungan dari berbagai pihak yang dengan tulus dan sabar memberikan sumbangan baik berupa ide, materi pembahasan dan juga bantuan lainnya yang tidak dapat dijelaskan satu persatu.Makalah ini disusun untuk membantu proses pembelajaran mahasiswa khususnya untuk mahasiswa Teknik Industri. Makalah ini membahas tentang Mekanisme Penguatan Material, yang terdiri dari Pengerasan Regang (Strain Hardening), Pengerasan Endapan ( Precepitation hardening), Penghalusan Butir (Grain Size Reduction), Paduan Larutan Padat (Solid Solution Strengthening). Penulis menyadari makalah ini masih jauh dari kesempurnaan, maka dari itu saya berharap kepada Bapak Dosen untuk memberikan kritik dan saran untuk penyempurnaan makalah ini. Sebagai penulis, saya berharap semoga makalah ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca.

Jakarta, Oktober 2013

Penulis

DAFTAR ISIHalamanHALAMAN JUDUL................................................................................................................iKATA PENGANTAR.............................................................................................................iiDAFTAR ISI...........................................................................................................................iiiBAB I.PENDAHULUAN1.1Latar Belakang...........................................................................................................11.2Tujuan........................................................................................................................2BAB II. PEMBAHASAN 2.1Pengerasan Regang (Strain Hardening)....................................................................42.2.Pengerasan Endapan (Precepitation Hardening).......................................................132.3Penghalusan Butir (Grain size Reduction )................................................................82.4Penguatan Larutan Padat ( Solid Solutir Strengthening )..........................................9BAB III. Kesimpulan

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang a. Pengujian kekerasan Makna nilai kekerasan suatu material berbeda untuk kelompok bidang ilmu yang berbeda. Bagi insinyur metalurgi nilai kekerasan adalah ketahanan material terhadap penetrasi sementara untuk para insinyur disainnilai tersebut adalah ukuran dari tegangan alir, untuk insinyur lubrikasi kekerasan berarti ketahanan terhadap mekanisme keausan, untuk parainsinyur mineralogi nilai itu adalah ketahanan terhadap goresan, dan untuk para mekanik work-shop lebih bermakna kepada ketahanan material terhadap pemotongan dari alat potong. Begitu banyak konsep kekerasan material yang dipahami oleh kelompok ilmu, walaupun demikian konsep-konsep tersebut dapat dihubungkan pada satu mekanisme yaitu tegangan alir plastis dari material yang diuji.Uji keras merupakan pengujian yang paling efektif karena dengan pengujian ini, kita dapat dengan mudah mengetahui gambaran sifat mekanik suatu material. Meskipun pengukuran hanya dilakukan pada satu titik, atau daerah tertentu saja, nilai kekerasan cukup valid untuk menyatakan kekuatan suatu material. Dengan melakukan uji keras, material dapat dengan mudah digolongkan sebagai material ulet atau getas.Uji keras juga dapat digunakan sebagai salah satu metode untuk mengetahui pengaruh perlakuan panas dan perlakuan dingin terhadap material. Material yang telah mengalami cold working, hot working, dan heat treatment, dapat diketahui gambaran perubahan kekuatannya, dengan mengukur kekerasan permukaan suatu material. Oleh sebab itu, dengan uji keras kita dapat dengan mudah melakukan quality control terhadap material. Prinsip metode apapun uji kekerasan adalah memaksa indentor suatu ke permukaan sample diikuti dengan mengukur dimensi indentasi (kedalaman atauaktual luas permukaan indentasi). Kekerasan bukan milik fundamental dan nilainya tergantung pada kombinasi kuat luluh, kekuatan tarik dan modulus elastisitas.

b. Pengujian Kelelahan (fatigue)Kegagalan suatu material selama ini kebanyakan disebabkan oleh beban dinamik. Pembebanan dinamik adalah suatu pembebanan dengan melibatkan tegangan aksial (tarik-tekan), fleksural (bending) dan torsional (puntiran) yang berfluktuasi. Meskipun tegangan yang diterima oleh material lebih rendah dari harga tegangan luluhnya, kegagalan dapat saja terjadi pada suatu saat. Kegagalan yang disebabkan oleh beban dinamik ini disebut dengan fatigue failures. Banyak komponen dan elemen mesin didesain dengan memberikan perhatian yang besar terhadap beban yang dinamik. Contoh komponen yang mengalami beban dinamik adalah jembatan, kompresor, Turbine Blade, serta pompa. Dengan berjalannya waktu, serta periode pembebanan yang berulang-ulang, setiap komponen itu akan dapat mengalami kegagalan tanpa ada tanda yang jelas dan mudah diamati.c. Pengujian Tumbukan (Impact)Pengujian tumbukan (impact) adalah suatu cara untuk mengetahui sifat- sifat material dengan hasil produksi yang diseleksi. Pada pengujian ini kita ingin mengetahui bagaimana jika suatu bahan mengalami pembebanan tiba- tiba, apakah dapat di tanggulangi atau tidak. Dalam kehidupan sehari- hari banyak kita jumpai aplikasi yang dapat dilakukan pada aplikasi tumbukan, akan tetapi orang yang melakukannya tidak mengetahui bahwa yang dilakukan merupakan aplikasi dari percobaan tumbukan. Alat tersebut dapat kita jumpai pada perbengkalan dan pertukangan.Sering kita jumpai juga berbagai problema dalam perancangan,karena kurangnya data- data dalam mengetahui sifat suatu specimen.Oleh karena itu untuk menguji ketangguhan suatu material maka kita melakukan test yang disebut Impact test.1.2 Tujuan 1. Mengetahui macam-macam metode pengujian keras, lelah dan impact serta aplikasinya. 2. Mengetahui kelebihan dan kekurangan metode pengujian kekerasan, kelelahan dan tumbukan (impact).3. Memahami mekanisme dan bentuk patahan suatu material akibat fatigue failure.4. Mengetahui prosedur dan standar pengujian keras

BAB II PEMBAHASAN

2.1 Pengujian Kekerasan Kekerasan (hardness) adalah salah satu sifat mekanik (Mechanical properties) dari suatu material. Kekerasan suatu material harus diketahui khususnya untuk material yang dalam penggunaanya akan mangalami pergesekan (frictional force) dan deformasi plastis. Deformasi plastis sendiri suatu keadaan dari suatu material ketika material tersebut diberikan gaya maka struktur mikro dari material tersebut sudah tidak bisa kembali ke bentuk asal artinya material tersebut tidak dapat kembali ke bentuknya semula. Lebih ringkasnya kekerasan didefinisikan sebagai kemampuan suatu material untuk menahan beban identasi atau penetrasi (penekanan).

Mengapa diperlukan pengujian kekerasan?

Di dalam aplikasi manufaktur, material dilakukan pengujian dengan dua pertimbangan yaitu untuk mengetahui karakteristik suatu material baru dan melihat mutu untuk memastikan suatu material memiliki spesifikasi kualitas tertentu.Didunia teknik.

Manfaat uji kekerasan: Mudah Murah Cepat Non-destruktif Dapat diterapkan untuk sampel dari berbagai dimensi dan bentuk Secara umum, terdapat tiga jenis pengukuran kekerasan sesuai dengan sifat pengujiannya, yaitu:1. Pengujian keras dengan metode goresan Pengujian keras dengan metode gores mengukur kemampuan suatu material dengan menggoreskan material uji kepada spesimen. Skala yang digunakan adalah skala Mohs, yang terdiri atas 10 nilai berupa material standar yang diurutkan sesuai kemampuannya untuk digoreskan. Material uji dari yang paling lunak sampai dengan yang paling keras:1 = Talk / gips 6 = Orthoclase (feldspar )2 = Gypsum 7 = Quartz3 = Calcite 8 = Topaz4 = Fluorite 9 = Corundum 5 = Apatite 10 =IntanKelemahan dari skala Mohs adalah intervalnya kurang spesifik (nilai kekerasan benda kurang akurat).2. Pengujian keras dengan metode dinamik Pengujian keras dengan metode dinamik digunakan dengan mengetahui energi impak yang dihasilkan oleh indentor yang dijatuhkan pada permukaan spesimen. Alat yang digunakan dalam pengujian ini adalah Schetoroscope Shore, yang mengukur kekerasan dari tingginya pantulan indentor berbentuk bola yang dipantulkan ke spesimen.3. Pengujian keras dengan metode indentasi Pengujian keras dengan metode indentasi mengukur ketahanan suatu material terhadap gaya yang diberikan oleh indentor, dengan memperhatikan besar beban yang diberikan dan besar indentasi. Kekerasan tipe ini adalah yang paling sering diteliti dalam material teknik.

Tipe Kekerasan Indentasi di bagi atas :

1. Brinnel (HB / BHN)Pengujian kekerasan dengan metode Brinnel bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap bola baja (identor) yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut (spesimen). Idealnya, pengujian Brinnel diperuntukan untuk material yang memiliki permukaan yang kasar dengan uji kekuatan berkisar 500-3000 kgf. Identor (Bola baja) biasanya telah dikeraskan dan diplating ataupun terbuat dari bahan Karbida Tungsten.Uji kekerasan brinnel dirumuskan dengan :Gambar 1.1 Pengujian BrinnelGambar 1.2 Perumusan untuk pengujian BrinellDimana :D = Diameter bola (mm)d = impression diameter (mm)F = Load (beban) (kgf)HB = Brinell result (HB)

2. Rockwell (HR / RHN)Pengujian kekerasan dengan metode Rockwell bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap indentor berupa bola baja ataupun kerucut intan yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut.

Gambar 2.1 Pengujian Rockwell

Untuk mencari besarnya nilai kekerasan dengan menggunakan metode Rockwell dijelaskan pada gambar 2.2, yaitu :1. Benda uji ditekan oleh indentor dengan beban minor (Minor Load F0) setelah itu ditekan dengan beban mayor (major Load F1). 2. pada langkah 2 dan 3 beban mayor diambil sehingga yang tersisa adalah minor load dimana pada kondisi 3 ini indentor ditahan seperti kondisi pada saat total load F yang terlihat pada Gambar 2.2.Besarnya minor load maupun major load tergantung dari jenis material yang akan di uji, jenis-jenisnya bisa dilihat pada Tabel 1

Gambar 2.2 Prinsip kerja metode pengukuran kekerasan Rockwell

Dibawah ini merupakan rumus yang digunakan untuk mencari besarnya kekerasan dengan metode Rockwell.HR = E - eDimana :F0 = Beban Minor(Minor Load) (kgf)F1 = Beban Mayor(Major Load) (kgf)F = Total beban (kgf)e = Jarak antara kondisi 1 dan kondisi 3 yang dibagi dengan 0.002 mmE = Jarak antara indentor saat diberi minor load dan zero reference line yang untuk tiap jenis indentor berbeda-beda yang bias dilihat pada table 1HR = Besarnya nilai kekerasan dengan metode hardnessTabel dibawah ini merupakan skala yang dipakai dalam pengujian Rockwell skala dan range uji dalam skala Rockwell.

Kekerasan Rockwell dapat dibagi menjadi : Rockwell A Penetrator berupa kerucut intan dengan pembebanan 60 Kg. Biasa digunakanuntuk jenis-jenis logam yang sangat keras. Rockwell B Indentor berupa bola baja dengan diameter 1,6 mm dan pembebanan 100 Kg.Biasa digunakan untuk material-material yang lunak. Rockwell C Indentor berupa kerucut intan dengan pembebanan 150 Kg. Biasa digunakan untuk logam-logam yang diperkeras dangan pemanasan.Pengkategorian ini berdasarkan kombinasi jenis indentor yang digunakan dengan beban yang diberikan.Pengkategorian ini dimaksudkan agar penguji manggunakan jenis kombinasi yang tepat pada benda uji sesuai dengak sifat yangdimiliki oleh benda uji tersebut.

3. Vikers (HV / VHN)

Pengujian kekerasan dengan metode Vickers bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam yaitu daya tahan material terhadap indentor intan yang cukup kecil dan mempunyai bentuk geometri berbentuk piramid seperti ditunjukkan pada gambar 3. Beban yang dikenakan juga jauh lebih kecil dibanding dengan pengujian rockwell dan brinel yaitu antara 1 sampai 1000 gram.Angka kekerasan Vickers (HV) didefinisikan sebagai hasil bagi (koefisien) dari beban uji (F) dengan luas permukaan bekas luka tekan (injakan) dari indentor(diagonalnya) (A) yang dikalikan dengan sin (136/2).Seperti gambar dibawah ini :

Gambar 3.1 Skematis prinsip indentor dengan metode Vickers

Prinsip pengujian adalah sama dengan Brinell, walaupun jejak yang dihasilkan berbentuk bujursangkar berdiagonal. Panjang diagonal diukur dengan skala padamikroskop pengukur jejak. Nilai kekerasan suatu material diberikan oleh:

VHN = 1.854 P dPengujian metode Vickers akan memberikan dampak hasil yang berbeda-bedatergantung pada elestisitas material. Apabila material lunak atau keelastisitasannya tinggi, maka hasil indentasi akan mengempis. Dan pada material yang kaku, maka akan berbentuk menggembung. Metode ini biasa dilakukan untuk mengukur kekerasan mikro dari material.

Gambar 3.2 Distorsi oleh indentor pyramid intan karena efek elastisitas;(a)Indentasi sempurna; (b)Indentasi mengempis; (c)Indentasi menggembung

Keuntungan metode Vickers : Indentor dibuat dari bahan yang cukup keras, sehingga dimungkinkan dilakukanuntuk berbagai jenis logam. Memberikan hasil berupa skala kekerasan yang kontinu dan dapat digunakanuntuk menentukan kekerasan pada logam yang sangat lunak dengan kekerasanDPH 5 hingga logam yang sangat keras dengan DPH 1500 Dapat dilakukan untuk benda-benda dengan ketebalan yang sangat tipis, sampai0.006 inchi Harga kekerasan yang didapat dari uji Vickers tidak bergantung pada besar beban indentorKerugiannya :Pengujian ini tidak dapat digunakan untuk pengujian rutin karena pengujiantersebut lama, memerlukan persiapan permukaan benda uji yang teliti, dan rentanterhadap kesalahan perhitungan panjang diagonal

4. Micro Hardness (knoop hardness)Mikro hardness test tahu sering disebut dengan knoop hardness testing merupakan pengujian yang cocok untuk pengujian material yang nilai kekerasannya rendah. Knoop biasanya digunakan untuk mengukur material yang getas seperti keramik.Banyak masalah metalurgi yang membutuhkan penentuan kekerasan pada permukaan yang sangat kecil, misal penentuan kekerasan pada permukaan terkarburasi, atau penentuan kekerasan pada part jam tangan. Untuk pengujian spesimen-spesimen sangat kecil ini, metode yang paling digunakan adalah indentor Knoop. Metode ini merupakan pengembangan dari Uji Vickers. Indentor Knoop adalah piramida intan, yang membentuk indentasi berbentuk layang-layang dengan perbandingan diagonal panjang-pendek sebesar 7 :1, yang menyebabkan kondisi regangan pada daerah terdeformasi. Nilai kekerasan Knoop (KHN) adalah besarnya beban dibagi dengan luas daerah proyeksi dari indentasi tersebut, sesuai rumus.KHN = P = PALCdengan, P = besar beban (kg)Ap = luas daerah proyeksi dari indentansi (mm2)L= panjang diagonal panjang (mm) C = konstanta indentor Karena hasil indentasi Knoop berbentuk layang-layang, maka Uji Microhardness dapat digunakan untuk menempatkan indentasi dengan posisi lebih dekat daripada indentasi bujur sangkar Vickers. Kelebihan lain dari bentuk panjangnya indentor Knoop adalah kedalaman dan luas daerah indentasi Knoop hanya sekitar 15% dari luas daerah indentasi Vickers untuk panjang diagonal yang sama. Hal ini membuat Knoop lebih baik karena dapat mengukur spesimen yang tipis, atau ketika menguji material getas, yang memiliki kecenderungan untuk patah. Beban kecil yang digunakan oleh metode Knoop, mensyaratkan bahwa persiapan spesimen harus betul-betul baik.

2.2 Pengujian Kelelahan (fatigue)Kelelahan (Fatigue) merupakan ketahanan suatu material menerima pembebanan dinamik. Benda yang tidak tahan terhadap fatik akan mengalami kegagalan pada kondisi pembebanan dinamik (beban berfluktuasi ). Kegagalan fatik biasanya terjadi pada tempat yang konsentrasi tegangannya besar,seperti pada ujung yang tajam atau notch. Tidak ada indikasi awal terjadinya patah fatik dan retakan fatik yang terjadi bersifat halus, maka patah fatik sulit untuk dideteksi dari awal.

Gambar 4.1 Grafik Fatigue

Faktor-faktor Penyebab Patah Fatik :Bersadarkan Penyebab utamanya, yaitu beban (tegangan) yang bekerja, patah Fatik tergantung pada : Besarnya tegangan maksimum yang bekerja. Fluktuasi tegangan yang bekerja, yaitu besarnya amplitudo dari tegangan-tegangan yang bekerja. Siklus tegangan yang bekerja. Adalah banyaknya periode pembebanan yang terjadi.

Selain tegangan, faktor-faktor lain yang dapat mempengaruhi terjadinya patah fatik, antara lain : Konsentrasi tegangan pada suatu bagian benda. Terdapatnya porositas. Korosi akibat lingkungan dan penyelesaian permukaan benda. Kondisi lingkungan dapat menimbulkan terjadinya retakan-retakan pada permukaan benda.Sedangkan proses penyelesaian permukaan seperti Coating yang dapat melindungi permukaan juga dapat mempengaruhi terjadinya retakan retakan. Kedua hal tersebut dapat mempengaruhi nilai kekuatan fatik dari material.

Batas lelah merupakan batas tegangan suatu spesimen saat spesimen tersebut masih dapat menerima tegangan bolak-balik yang tak hingga tanpa terjadi patah. Batas lelah material dapat ditentukan dari pengujian lelah lentur putar (Rotary bending fatique test ) terhadap beberapa specimen uji. Beban yang diberikan pada masing-masing specimen uji dibuat berbeda-beda.Bentuk penampang patahan akibat pembebanan dinamik dapat dicirikan oleh adanya:a.Retakan awal (Crack inisiation )b.Daerah rambatan retak (Crack growth )c.Daerah beban berlebih (Overload area)Pada konstruksi dan elemen mesin yang menerima beban dinamik, tegangan yang terjadi di dalamnya akan berubah-ubah. Bila besarnya tegangan yang berubah-ubah tersebut melampaui batas lelah material maka kostruksi atau elemen mesin akan rusak pada kurun waktu tertentu.Jenis beban dinamik sinusoidal ditunjukkan pada gambar berikut :a.Beban tegangan bolak-balik (Reversed stress ). b.Beban tegangan berulang (Repeated stress ). c.Beban tegangan tidak beraturan (Random stress )Umur lelah biasanya dinyatakan sebagai jumlah siklus tegangan yang dicapai sampai spesimen atau komponen patah. Dengan demikian umur total tersebut telah mencakup pula tahap awal retakan dan penjalaran retakan yang bila telah cukup jauh penjalarannya akan menyebabkan patah menjadi dua. Selain itu data kelelahan lain yang penting adalah laju penjalaran retakan (crack growth rate). Laju penjalaran retakan inilah yang datanya dapat dipakai untuk memperkirakan umur lelah.Uji lelah yang sederhana dilakukan dengan memberikan pembebanan atau tegangan yang relatif sederhana, yaitu beban uniaksial atau lenturan. Dengan beban tersebut akan diperoleh tegangan tarik dan tegangan tekan yang berfluktuasi. Baja memiliki batas kelelahan (fatigue limit) atau batas ketahanan (endurance limit) yang jelas, sedangkan alumunium tidak mempunyai batas kelelahan yang jelas.Batas kelelahan adalah batas tegangan yang akan memberikan umur lelah yang tidak berhingga. Adanya bagian komponen yang tidak kontinyu, misalnya akibat adanya takikan atau lubang ataupun goresan yang dalam akan menyebabkan pemusatan tegangan.Pengaruh adanya takikan terhadap karakteristik kelelahan dinyatakan dengan faktor takikan terhadap kelelahan (fatigue notch factor) Kf : Harga kekuatan lelah pada kedua jenis spesimen tersebut diatas diambil pada jumlah siklus yang sama.Cara lain untuk menyatakan pengaruh takikan adalah dengan sensitivitas takikan terhadap kelelahan (fatigue notch sensitivity) q : Pada tingkat tegangan yang rendah serta jumlah siklus yang tinggi, banyak logam yang menunjukkan kapekaan terhadap takikan. Disisi lain hal ini tidak berlaku pada logam yang ulet. Tegangan lokal yang tinggi akan menyebabkan terjadinya deformasi plastis setempat, sehingga tegangan yang bekerja menjadi lebih rendah daripada kalau hanya di daerah elastis.Penyebab Kelelahan Kelelahan yang dikontrol oleh tegangan Lengkung rotasi (rotating bending) Getaran (vibration) Penekanan (pressurisation) Kontak Gelinding (rolling contacts) Kelelahan yang dikontrol oleh regangan Siklus termal (thermal cycles) Takikan besar (severe notches) Terbuka/tertutupUmur lelah (fatigue life) biasanya 107 siklus. Perkiraan dari jumlah siklus yang dialami oleh suatu piston mobil lebih dari 100.000 mil (~330.000 km).

Pengukuran Kelelahan Struktur presisi (smooth) dan bertakik (notched): Kelelahan meliputi pertumbuhan inti dan penyebaran retakan (propagation of crack). Karakterisasi dengan umur lelah T-S (Tegangan-Siklus, S-N) atau R-S (Regangan-Siklus, e N). Takikan mengkonsentrasikan tegangan dan regangan. Struktur retak Kelelahan meliputi penyebaran retakan. Karakterisasi dengan laju pertumbuhan retak lelah (fatigue crack growth rate).Tujuan memprediksi umur lelah atau siklus pembebanan maksimum untuk menentukan umur tak terbatas (infinite life).Pengaruh Kekuatan dan Ketangguhan terhadap Kelelahan Peningkatan kekuatan Meningkatkan umur lelah siklus tinggi (penurunan regangan plastis). Menurunkan umur lelah siklus rendah (penurunan ketangguhan).Ketangguhan dan keuletan menurun dengan kenaikan kekuatanMekanisme KelelahanPengertian terhadap mekanisme kelelahan dapat digunakan untuk meningkatkan ketahanan lelah (fatigue resistance). Logam Slip tetap (irreversible) kumulatif Keramik Keretakan dipengaruhi lingkungan Polimer Pemanasan histeresis (hysteresis) Komposit Retakan mikro Penipisan lapisan (delamination) Kerusakan penekananKelelahan pada logam sudah dikenal dengan baik/meluas (lihat artikel)Kelelahan dalam Logam Deformasi plastis terjadi pada butir-butir orentasi yang sesuai, meskipun dibawah batas elastis Pada logam murni langkah slip ekstrusi mengawali terjadinya retakan (memerlukan banyak siklus) Pada logam komesial akumulasi regangan plastis menumbuhkan inti retakan kecil di tempat inklusi (memerlukan sedikit siklus) Batas lelah (fatigue limit) adalah tegangan dibawah dimana sebuah retak dapat menum-buhkan inti tetapi tidak menyebarkan retakan Keuntungan Peningkatan kekuatan Karburisasi Nitridisasi Pengerasan induksi Pengerjaan dingin Tegangan sisa (residual stress) Penembakan mimis (shot-peening) Penembakan mimis (shot-peening) Peningkatan tingkat kebersihan Pengerjaan akhir permukaan Elektropolishing Kerugian Menurunkan kekuatan Nonkarburisasi Pemanasan berlebih Pelunakan (annealling) Tegangan sisa Pelapisan Cr-Ni Rendah tingkat kebersihan Pengerjaan akhir permukaan Permesinan penanda (machining marks)

Pencegahan Kelelahan Dengan pengikat (fastenings) Ekspansi dingin menggunakan madrel (contoh paku keling) Pelubangan mandiri (autofrettage) Ekspansi dingin oleh penekanan (contoh ketel bertekanan)

1.3 Pengujian ImpactUji impact adalah pengujian dengan menggunakan pembebanan yang cepat (rapid loading). Pengujian impact merupakan pengujian yang mengukur ketahanan bahan terhadap beban kejut. Inilah yang membedakan pengujian impact dengan pengujian tarik dan kekerasan,dimana pembebanan dilakukan secara perlahan-lahan. Pengujian impact juga merupakan suatu upaya untuk mensimulasikan kondisi operasimaterial yang sering ditemui dalam peralatan transportasi atau konstruksi dimana beban tidak selamanya terjadi secara perlahan-lahan melainkan datang secara tiba-tiba, contoh deformasi pada bumper mobil pada saat terjadinya tumbukan kecelakaan.Pada uji impact terjadi proses penyerapan energi yang besar ketika beban menumbuk spesimen. Energi yang diserap material ini dapatdihitung dengan menggunakan prinsip perbedaan energi potensial. Dasar pengujiannya yakni penyerapan energi potensial dari pendulum beban yang berayun dari suatu ketinggian tertentu dan menumbuk benda uji,sehingga benda uji mengalami deformasi. Pada pengujian impact ini banyaknya energi yang diserap oleh bahan untuk terjadinya perpatahan merupakan ukuran ketahanan impact atau ketangguhan bahan tersebut.Sifat keuletan suatu bahan dapat diketahui dari pengujian tarik dan pengujian impact, tetapi dalam kondisi beban yang berbeda. Beban pada pengujian impact seperti yang telah dijelaskan diatas adalah secara tiba-tiba, sedangkan pada pengujian tarik adalah perlahan-lahan. Dari hasil pengujian tarik dapat disimpulkan perkiraan dari hasil pengujian impact.Tetapi dari pengujian impact dapat diketahui sifat ketangguhan logam dan harga impact untuk temperatur yang berbeda-beda, mulai dari temperatur yang sangat rendah (-30 derajat C) sampai temperatur yangtinggi. Sedangkan pada percobaan tarik, temperatur kerja adalah temperatur kamar.Ada dua macam pengujian impak, yaitu1.Charpy2.IzodPerbedaan charpy dengan izod adalah peletakan spesimen. Pengujian dengan menggunakan charpy lebih akurat karena pada izod, pemegang spesimen juga turut menyerap energi, sehingga energi yang terukur bukanlah energi yang mampu di serap material seutuhnya.

Gambar 1. peletakan spesimen metode charpy dan izod

PENGUJIAN IMPACT METODE CHARPY :Batang uji Charpy banyak digunakan di Amerika Serikat, Benda uji Charpy memiliki luas penampang lintang bujur sangkar (10 x 10 mm) dan memiliki takik (notch) berbentuk V dengan sudut 45 derajat, dengan jari-jari dasar 0,25 mm dan kedalaman 2 mm. Benda uji diletakkan pada tumpuan dalam posisi mendatar dan bagian yang bertakik diberi beban impak dari ayunan bandul, Serangkaian uji Charpy pada satu material umumnya dilakukan pada berbagai temperature sebagai upaya untuk mengetahui temperatur transisi. Prinsip dasar pengujian charpy ini adalah besar gaya kejut yang dibutuhkan untuk mematahkan benda uji dibagi dengan luas penampang patahan.. Mula-mula bandul Charpy disetel dibagian atas, kemudian dilepas sehingga menabrak benda uji dan bandul terayun sampai ke kedudukan bawah (gambar titik-titik).

Gambar 2. alat uji impact metode charpyJadi dengan demikian, energi yang diserap untuk mematahkan benda uji ditunjukkan oleh selisih perbedaan tinggi bandul pada kedudukan atas dengan tinggi bandul pada kedudukkan bawah (tinggiayun). Segera setelah benda uji diletakkan, kemudian bandul dilepaskan sehingga batang uji akan melayang (jatuh akibat gaya gravitasi). Bandul ini akan memukul benda uji yang diletakkan semula dengan energi yang sama. Energi bandul akan diserap oleh benda ujiyang dapat menyebabkan benda uji patah tanpa deformasi (getas) atau pun benda uji tidak sampai putus yang berarti benda uji mempunyai sifat keuletan yang tinggi. Permukaan yang patah membantu untuk menentukan kekuatan impact dalam hubungannya dengan temperatur transisi bahan. Daerah transisi yaitu daerah dimana terjadi perubahan patahan ulet ke patahan getas. Bentuk perpatahan dapat dilihat langsung dengan mata telanjang tanpa mikroskop.PENGUJIAN IMPACT METODE IZODMetode uji Izod lazim digunakan di Inggris dan Eropa, Benda uji Izod mempunyai penampang lintang bujur sangkar atau lingkaran dengan takik V di dekat ujung yang dijepit, kemudian uji impact dengan metode ini umumnya juga dilakukan hanya pada temperatur ruang dan ditujukan untuk material-material yang didisain untuk cantilever, perbedaan mendasar charpy dengan izod adalah peletakan spesimen. Pengujiandengan menggunkan izod tidak seakurat pada pengujian charpy, karena pada izod pemegang spesimen juga turut menyerap energi, sehingga energi yang terukur bukanlah energi yang mampu di serap material seutuhnya.

Faktor yang mempengaruhi kegagalan material pada pengujian impak adalah NotchNotch pada material akan menyebabkan terjadinya konsentrasi tegangan pada daerah yang lancip sehingga material lebih mudah patah. Selain itu notch juga akan menimbulkan triaxial stress.Triaxial stress ini sangat berbahaya karena tidak akan terjadi deformasi plastis dna menyebabkan material menjadi getas. TemperaturPada temperatur tinggi material akan getas karena pengaruh vibrasi elektronnya yang semakin rendah, begitupun sebaliknya. StrainratePada uji impak, strain rate yang diberikan sangat tinggi sehinggadislokasi tidak sempat bergerak, apalagi terjadi deformasi plastis, sehingga material akan mengalami patah trans granular, patahnya ditengah-tengah atom, bulan di batas butir. Karena dislokasi tidak sempat gerak ke batas butir. Kemudian, dari hasil percobaan akan didapatkan energi dan temperatur. Dari data tersebut, kita akan buat diagram harga impak terhadap temperatur. Energi akan berbanding lurus dengan harga impak. Kemudian kita akan mendapakan temperatur transisi. Temperatur transisi adalah range temperature dimana sifat material dapat berubah dari getas ke ulet jika material dipanaskan.

Temperatur transisi ini bergantung pada berbagai hal, salah satunya aspek metalurgi material, yaitu kadar karbon. Material dengan kadar karbon yang tinggi akan semakin getas, dan harga impaknya kecil, sehingga temperatur transisinya lebih besar. Temperatur transisi akan mempengaruhi ketahanan material terhadap perubahan suhu. Jika temperatur transisinya kecil maka material tersebut tidak tahan terhadap perubahan suhu.Pada percobaan ini, ada 10 sampel, 5 baja dan 5 aluminium. 2 baja dipanaskan dan 2 lagi didinginkan. begitu pula dengan aluminium. Dipanaskan. Baja dan aluminium ini dipanaskan dengan menggunakan kompor listrik sampai pada temperatur 200an derajat celcius. Kemudian sampel ini di beri beban impak dan hasilnya keempat sampel ini tidak patah seluruhnya, hanya sebagian. Terjadi pembengkokan pada sampel. Mengapa sampel tidak patah? Hal ini ada pengaruhnya dengan suhu. Suhu yang semakin tinggi menyebabkan vibrasi elektron semakin tinggi sehingga pergerakan elektron menjadi semakin bebas. Dan energi untuk melakukan deformasi elastis semakin rendah. Hal inilah yang menyebabkan spesimen tidak patah, melainkan hanya mengalami deformasi plastis. Pada temperatur kamar. Spesimen nya gas diberi perlakuan apapun. Langsung diberi beban impak dan spesimen nya patah ulet. Temperatur spesimen lebih rendah dari yang semula, sehingga vibrasi elektronnya lebih rendah dan menyebabkan material menjadi agak lebih getas jika dibandingkan dengan spesimen awal. Namun spesimen ini belum getas karena elektronnya masih dapat bergerak hingga deformasi plastis. Didinginkan. Pada pengujian ini, spesimen didinginkan dengan menggunakan nitrogen cair, hingga mencapai suhu minus puluhan derajat. Kemudian spesimen diberi beban impak dan terjadi patah getas. Hal ini terjadi karena vibrasi elektron yang melemah sehingga energi yang dibutuhkan untuk elektron bergeran dan berdeformasi plastis lebih tinggi, sehingga terjadilah patah getas pada material.Hal lain yang biasa dilakukan dalam pengujian impact adalah penelaahan permukaan perpatahan untuk menentukan jenis perpatahan (fracografi) yang terjadi. Secara umum sebagaimana analisis perpatahan pada benda hasil uji tarik maka perpatahan impact digolongkan menjadi 3 jenis, yaitu:1. 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 dimple yang menyerap cahaya dan berpenampilan buram.2. 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).3. Perpatahan campuran (berserat dan granular). Merupakankombinasi dua jenis patahan.

Analisis

Pada baja dan aluminium terdapat perbedaan harga impak. Harga impak baja lebih tinggi daripada aluminium menunjukkan bahwa ketangguhan baja lebih tinggi jika dibandingkan dengan aluminium. Ketangguhan adalah kemampuan material untuk menyerap energy dan berdeformasi plastis hingga patah.Selain suhu, hal lain yang mempengaruhi harga impak suatu material adalah kadar karbonnya. Material yang memiliki kadar karbon yang tinggi akan lebih getas. Hal ini akan mempengaruhi harga impaknya dan temperature transisi. Material yang memiliki kadar karbon tinggi akan memiliki temperature transisi yang lebih panjang jika dibandingkan dengan material yang memiliki kadar karbon rendah. Temperatur transisi yang berbeda-beda ini akan mempengaruhi ketahanan material terhadap perubahan suhu. Material yang memiliki temperature transisi rendah maka material tersebut tidak akan tehan terhadap perubahan suhu.Pada pembebanan impak ini, terjadi proses penyerapan energy yang besar. Penyerapan energy ini akan diubah menjadi berbagai respon material seperti deformasi plastis, efek hysteresis, dan inersia.Sebuah system dengan hysteresis menunjukkan rate-independent memory, yaitu kemampuan suatu material untuk mengingat bentuk atau sifat sebelum material tersebut berubah karena pengaruh gaya dari luar material. Banyak system fisik yang menunjukkan hysteresis yang alami. Misalnya sebuah besi yang diletakkan pada medan magnet akan memiliki sifat magnet, bahkan setelah medan magnetnya dipindahkan. Ketika sekali di magnetisasi, besi tersebut akan tetap memiliki sifat magnet. Untuk menghilangkan sifat magnetnya, dapat dilakukan dengan menempatkannya pada medan magnet yang arahnya berlawanan. Efek hysteresis ini biasanya terjadi jika material diberikan beban yang sangat cepat dan beban tersebut pun dihilangkan dengan cepat.

Efek inersia adalah kemampuan suatu material untuk mempertahankan bentuknya ketika diberikan gaya. Ketika diberikan pembebanan dengan strain rate yang tinggi material tersebut tidak sempat untuk mempertahankan bentuknya dan akhirnya patah .

BAB III KESIMPULAN

Kekerasan adalah ketahanan suatu material terhadap deformasi plastis pada daerah lokal dan permukaan material. Sedangkan kekuatan adalah ketahanan materia terhadap deformasi plastis secara global. Kekerasan suatu material berbanding lurus dengan kekuatannya. Uji keras merupakan pengujian yang paling efektif karena dengan pengujian ini, kita dapat dengan mudah mengetahui gambaran sifat mekanik suatu material. Meskipun pengukuran hanya dilakukan pada satu titik, atau daerah tertentu saja, nilai kekerasan cukup valid untuk menyatakan kekuatan suatu material. Dengan melakukan uji keras, material dapat dengan mudah digolongkan sebagai material ulet atau getas. Uji kelelahan (Fatigue) adalah satu jenis kegagalan (patah) pada komponen akibat beban dinamis (Pembebanan yang berulang-ulang atau berubah-ubah) Kegagalan kelelahan muncul ketika suatu benda mengalami kegagalan (kerusakan) setelah menerima suatu gaya terus-menerus secara berulang-ulang. Suatu objek yang mengalami kegagalan kelelahan biasanya dimulai dengan adanya pecahan mikroskopis pada permukaan objek itu. Seiring berjalannya waktu, pecahan itu akan semakin besar, sampai pada suatu saat "pecahan" itu telah cukup besar untuk menyebabkan suatu kerusakan pada objek tersebu Uji kelelahan terdapat beberapa metode seperti yang sudah di jelaskan dalam bab pembahasan. Pengujian Impact adalah pengujian dengan menggunakan pembebanan yang cepat (rapid loading). Klo ceritanya titanic itu, si kapal kan berada pada suhu rendah, sehingga menyebabkan materialnya menjadi getas dan mudah patah. Uji impak merupakan teknik yang digunakan untuk mengkarakterisasi patahan material yang sulit dilakukan pada uji tarik khususnya untuk material yang memiliki transisi deformasi yang sangat kecil. Suhu mempengaruhi harga impak, semakin tinggi suhu semakin tinggi pula harga impak.Kuningan tidak mempunyai temperatur transisi, oleh karena itu harga impak kuningan pada suhu rendah (=0.24), suhu kamar (=0.29), dan suhu tinggi (=0.27) cenderung sama, tidak berbeda jauh, dan dari hasil patahan terlihat bahwa kuningan bersifat getas. Baja memiliki temperatur transisi, oleh karena itu harga impaknya cenderung berbeda jauh, harga impak pada suhu rendah (=0.44) sifat baja adalah getas, suhu kamar (=0.56), dan suhu tinggi(=0.96) dimana sifat baja menjadi ulet . Hal ini terjadi karena adanya vibrasi atom-atom yang terpengaruh dengan perubahan suhu. Harga impak baja lebih tinggi daripada kuningan, menunjukkan bahwa ketangguhan baja lebih tinggi jika dibandingkan dengan kuningan.1. Patahan ulet ditunjukkan dengan permukaan patahan yang kasar, gelap dan berserabut.Sedangkan patahan getas ditunjukkan dengan permukaan patahan yangmengkilap, halus, dan tidak berserabut.