Laporan Praktikum Material Teknik

Modul C Uji Puntir

oleh:

Nama : Dini Adilah Prabowo

NIM : 13111075

Kelompok : 7

Anggota (NIM) : 1. Rafiandy (13111023)

2. Caesar Esarogo (13111027)

3. Novianto Arif Setiawan (13111029)

4. M. Suyudhi Suryakusuma (13111037)

5. Dini Adilah Prabowo (13111075)

6. Arya Wijaya (13111094)

7. Muhammad Ihsan (13111113)

8. Steven (13111121)

Tanggal Praktikum : 26 Maret 2013

Tanggal Penyerahan Laporan : 1 April 2013

Nama Asisten (NIM) : Agung (13709004)

Laboratorium Metalurgi dan Teknik Material

Progam Studi Teknik Material

Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara

Institut Teknologi Bandung

2013

BAB I PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Ada dua jenis tegangan yang dapat bekerja pada suatu material, yaitu

tegangan normal dan tegangan geser. Keberadaan hanya salah satu di antara

keduanya atau keduanya akan menghasilkan respon yang berbeda-beda. Pada

tegangan normal ada tegangan akibat gaya uniaksial juga akibat momen lentur,

sedangkan pada tegangan geser ada tegangan akibat gaya geser juga akibat

momen puntir. Contoh nyata perbedaan respon yang dapat terlihat adalah pada

deformasi yang terjadi. Pada percobaan uji puntir ini akan terbukti perbedaan

tersebut. Pada akhirnya akan menimbulkan perbedaan kekuatan suatu material,

tingkat modulus elastisitas material, durasi terjadinya kegagalan, dan sifat lainnya.

2. Tujuan Praktikum 1) Mengetahui standar dan prosedur uji puntir.

2) Mengetahui pengaruh tegangan geser terhadap sifat mekanik material.

3) Mampu menghitung besaran-besaran sifat mekanik material dari uji puntir.

4) Memahami mekanisme terbentuknya patahan material oleh tegangan geser.

BAB II TEORI DASAR

Sifat-sifat mekanik yang dapat diukur dari uji puntir adalah modulus geser (G),

ultimate torsional shearing strength (Ssut), dan yield torsional shearing strength (Ssy).

Berikut adalah penjelasan mengenai sifat-sifat tersebut:

a. Modulus geser Tingkat keelastisan suatu material dalam menerima momen puntir, di mana dengan

mereferensikan kurva tegangan geser (akibat momen puntir) terhadap deformasi

sudut dapat dihitung harganya, menggunakan persamaan: τ = Gγ (1)

dengan: τ adalah tegangan geser akibat momen puntir

G adalah modulus geser

γ adalah besarnya deformasi sudut

b. Ultimate torsional shearing stength (modulus of rupture) Tegangan geser (akibat momen puntir) terbesar yang dapat dicapai selama uji puntir

sebelum spesimen mengalami kegagalan. Nilainya bisa dihitung dari nilai Sut yang

diperoleh dari uji tarik pada material yang sama.

c. Yield torsional shearing strength Kekuatan luluh yang dimiliki material dari uji puntir. Ketika tegangan yang diterima

melebihi nilai Ssy ini material akan mulai terdeformasi plastis. Nilainya juga bisa

dihitung dari nilai Sy yang diperoleh dari uji tarik pada material yang sama. Selain itu

bisa juga digunakan offset 0,4 rad/m pada kurva τ-γ.

Spesimen pada uji puntir ini serupa dengan pada uji tarik, namun di mesin yang

digunakan dalam uji tarik spesimen diletakkan vertikal, berbeda dengan pada uji puntir

yang diletakkan horizontal. Momen puntir hanya diberikan pada salah satu ujung

spesimen saja, karena pembebanan pada kedua ujung akan memberikan hasil sudut

puntir yang tidak konstan. Bantuan sederhana yang dapat digunakan untuk mengukur

sudut puntir dan jumlah putaran yang terjadi sebelum kegagalan adalah dengan

membuat garis lurus dengan tinta pada spesimen sebelum pengujian. Berikut ini adalah

gambar spesimen pada uji puntir.

Gambar 3.1 Spesimen uji puntir

Dalam perhitungan sifat-sifat mekaniknya dibutuhkan beberapa persamaan, di

antaranya:

1. Momen puntir: ∫ 휏푐푑퐴 = ∫ 푐 푑퐴

dengan ∫ 푐 푑퐴 adalah momen inersia polar (J), maka:

Mτ = , maka didapat tegangan geser akibat momen puntir adalah:

휏 = (2)

dengan c adalah jarak titik yang ditinjau terhadap pusat penampang

J adalah momen inersia polar penampang

Persamaan ini hanya berlaku selama fase elastis Untuk momen puntir pada fase plastis didapat dari:

Diketahui bahwa regangan geser didapat dari γ = rθ’ dan θ’ = θ/L, maka

Mτ = ∫ 휏푟푑퐴 = 2휋 ∫ 휏푟 푑푟

Kini didapat bahwa tegangan geser adalah fungsi dari regangan geser, τ = f(γ).

Kemudian didapat persamaan:

3푀휏(휃 ) + (휃 )푑푀휏푑휃′ = 2휋푟 (휃 ) 휏

Didapat pula:

휏 = 휃 + 3푀휏

Dengan bantuan kuva berikut, persamaan tersebut menjadi:

휏 = (퐵퐶 + 3퐶퐷)

Gambar 3.2 Kurva momen puntir terhadap sudut putar

2. Momen inersia polar: ∫ 푐 푑퐴 = ∫ 푐 푑(휋푐 )

J = 2π ∫ 푐 푑푐

J = (3)

dengan r merupakan jarak terjauh dari pusat penampang (spesimen memiliki

penampang lingkaran dengan r adalah jari-jari) maka akan didapat nilai J terbesar

adalah pada permukaan spesimen.

Jmax =

휏 = dengan M terbesar, maka akan diperoleh:

휏 =

3. Regangan geser: γ =

(4)

dengan γ adalah regangan geser

dφ adalah perubahan sudut

C adalah jarak titik yang ditinjau terhadap pusat penampang

dL adalah perubahan panjang

4. Sudut putar: γ = → φ =

, dengan τ = Gγ dan τ =

φ = (5)

Pengujian untir dengan tarik memilik perbedaan yang sangat mendasar. Berikut ini

adalah perbedaannya.

Uji Tarik Uji Puntir

Perbedaan dari uji tarik dan uji puntir juga dapat dibuktikan dari diagram Mohr yang

berbeda. 1. Uji puntir

τmax

τmax

σ1

σ3

45o

2. Uji tarik

Perbedaan kegagalan pada material ulet dan getas juga dapat dijelaskan mengenai

diagram Mohr tersebut.

1. Material ulet Material ulet mengalami kegagalan akibat tegangan geser. Pada pembebanan

puntir, τmax bergerak menuju -τmax dengan sudut 2θ = 180o sama dengan 90o. Pada

pembebanan tarik memilik τmax sudut 2θ = 90o sama dengan 45o terhadap sumbu σ.

(a) (b)

Gambar 3.3 Bentuk patahan pada material ulet akibat (a) uji puntir dan (b) uji tarik

2. Material getas Material getas mengalami kegagalan akibat tegangan normal. Pada pembebanan

puntir, τmax bergerak menuju σmax dengan sudut 2θ = 90o sama dengan 45o. Pada

pembebanan tarik σmax memilik sudut 2θ = 180o sama dengan 90o terhadap sumbu

σ.

(a) (b) Gambar 3.4 Bentuk patahan pada material getas akibat (a) uji puntir dan (b) uji tarik

σ (+)

τ (+)

1

3

1’

3’

Pada keadaan awal hanya ada tegangan

geser maksimum, yang ketika dibuat

menjadi principal normal stress terbentuk

arah tekan dan tarik dan nilai tegangan

geser menjadi 0.

τ (-)

σ (+) 1 3

τmax Hanya ada satu tegangan normal bekerja

yaitu dalam bentuk tarikan (σ1).

Karena uji puntir sebenarnya merupakan berasal dari uji tarik, maka bisa dibuat

perbandingan di antara keduanya. Maka itu dapat dianalisis apa keuntungan dan

kekurangan tiap uji.

Keuntungan uji tarik:

Pengolahan data lebih mudah

Lebih mudah mengukur kekuatan luluh

Keuntungan uji puntir:

Hasil pengukuran mengenail plastisitas lebih mendasar

Tidak terjadi necking mempermudah perhitungan deformasi regangan

Laju regangan yang diperoleh tinggi dan konstan

Dapat dilihat pula perbedaan di antara uji tarik dan uji puntir, dilihat dari kurva berikut ini,

bahwa kurva pada uji puntir akan memiliki gradien yang lebih besar (lebih curam)

dibandingkan uji tarik, pada material yang sama. Hal ini menunjukkan pada uji puntir

lebih cepat mencapai nilai τmax, sedangkan pada uji tarik lebih cepat mencapai σmax.

Gambar 3.5 Perbedaan kurva uji puntir dan uji tarik

Dalam memperhitungkan kegagalan ada beberapa kriteria yang digunakan. Untuk

material ulet, digunakan dua kriteria, yaitu:

1. Teori Tegangan Geser Maksimum (biasa disebut kriteria Tresca) Disebutkan bahwa: kegagalan akan terjadi ketika tegangan geser terbesar yang

diterima suatu spesimen adalah sama atau lebih besar dari tegangan geser yang

diterima spesimen lain dengan material yang sama pada saat terjadi kegagalan

statik. Dalam hal ini kekuatan luluh lah yang dilihat. Kekuatan luluh material akibat

tegangan geser bernilai setengah dari kekuatan luluh material akibat tegangan

normal (Ssy = 0,5 Sy), dan pada uji puntir τmax = σmax, maka:

N = = ,

| | =

| | (6)

dengan N adalah faktor keamanan

σ1 dan σ3 adalah tegangan yang bekerja pada bidang 1 dan bidang 3

Sedangkan pada uji tarik:

N = = ,

, | | =

| | (7)

2. Teori Energi Distorsi (biasa disebut kriteria Von Mises-Hencky) Disebutkan bahwa: kegagalan akan terjadi ketika energi distorsi per unit volume

pada suatu spesimen adalah sama atau lebih besar dari energi distorsi per unit

volume pada spesimen lain dengan material yang sama pada saat terjadi kegagalan

statik.

U = Ud + Uh, dengan U adalah energi regangan total, Ud adalah energi regangan

akibat adanya distorsi, dan Uh adalah energi regangan akibat beban hidrostatik.

U = ½ σε = ½ (σ1ε1 + σ2ε2 + σ3ε3) (dengan tegangan bekerja di 3 sumbu)

dengan: ε1 = (σ1 - vσ2 - vσ3); ε2 = (σ2 – vσ1 - vσ3); ε3 = (σ3 – vσ1 – vσ2)

U = [σ12 + σ3

2 + σ32 - 2v(σ1σ2 + σ2σ3 + σ1σ3)]

Dengan Uh selalu sama nilainya sedangkan Ud tidak sama. Maka didapat:

Ud = [σ12 + σ3

2 + σ32 - σ1σ2 - σ2σ3 - σ1σ3] = Sy2

Sy = √휎1 + 휎2 + 휎3 − σ1σ2 − σ2σ3 − σ1σ3 Pada kriteria Von Mises ini ada yang disebut ‘Tegangan Efektif Von Mises’, yaitu

tegangan tarik unikasial yang dapat menghasilkan energi distorsi yang sama dengan

yang dihasilkan oleh kombinasi tegangan yang bekerja.

σ’ = √휎1 + 휎2 + 휎3 − σ1σ2 − σ2σ3 − σ1σ3 (8)

= ( ) ( ) ( ) ( )

Untuk kasus 2 dimensi σ2 = 0, maka:

σ’ = √휎1 + 휎3 − σ1σ3

σ’ = 휎푥 + 휎푦 − 휎푥휎푦 + 3휏푥푦 (9)

Maka faktor keamanannya adalah: N = (10)

Pada uji puntir τmax = σ1 = - σ3, σ2 = 0

Sy = √3휎1 = √3 τmax → τmax = Ssy = √

= 0,577 Sy

BAB III DATA DAN PENGOLAHAN DATA

A. Data

Spesimen : St37

Gage length : 80,0 mm

Diameter : 7,25 mm

Kecepatan : 0,28 putaran/s

Diameter patahan : 7,00 mm

Mesin uji : Tarno Grocki

Kekerasan rataan : 46,6 HRA

Jumlah puntir : 4,5 putaran

Kekerasan akhir : 55 HRA

Tabel 3.1 Data hasil praktikum

Time (s) Voltage (V) Putaran θ (radian) θ' (radian) γ (radian) Mτ (Nm) τ (MPa)

0 0,03222656 0 0 0 0 0,34998047 4,67735039

0,55 1,40238281 0,154 0,96761054 12,0951317 0,04384485 15,2298773 203,541278

1,04 2,05839844 0,2912 1,82966356 22,8707945 0,08290663 22,354207 298,755122

1,54 2,52601563 0,4312 2,7093095 33,8663688 0,12276559 27,4325297 366,624892

2,03 2,8865625 0,5684 3,57136253 44,6420316 0,16182736 31,3480688 418,95452

2,52 3,15398438 0,7056 4,43341555 55,4176944 0,20088914 34,2522703 457,768024

3,02 3,40675781 0,8456 5,3130615 66,4132687 0,2407481 36,9973898 494,455459

3,51 3,60792969 0,9828 6,17511452 77,1889315 0,27980988 39,1821164 523,653464

4,01 3,79484375 1,1228 7,05476046 88,1845058 0,31966883 41,2120031 550,782096

4,5 3,97667969 1,26 7,91681349 98,9601686 0,35873061 43,1867414 577,173691

5 4,13609375 1,4 8,79645943 109,955743 0,39858957 44,9179781 600,310984

5,54 4,28804688 1,5512 9,74647705 121,830963 0,44163724 46,5681891 622,365399

6,04 4,44242188 1,6912 10,626123 132,826537 0,4814962 48,2447016 644,771324

6,53 4,57570313 1,8284 11,488176 143,6022 0,52055798 49,6921359 664,115711

7,03 4,69175781 1,9684 12,367822 154,597775 0,56041693 50,9524898 680,959842

7,52 4,82167969 2,1056 13,229875 165,373437 0,59947871 52,3634414 699,816651

8,02 4,86425781 2,2456 14,1095209 176,369012 0,63933767 52,8258398 705,996423

8,51 4,13085938 2,3828 14,971574 187,144674 0,67839944 44,8611328 599,551269

9 4,40722656 2,52 15,833627 197,920337 0,71746122 47,8624805 639,663091

9,5 4,94921875 2,66 16,7132729 208,915911 0,75732018 53,7485156 718,327619

10,05 4,45410156 2,814 17,6808835 221,011043 0,80116503 48,371543 646,46651

10,54 4,99902344 2,9512 18,5429365 231,786706 0,84022681 54,2893945 725,556251

11,04 5,1015625 3,0912 19,4225824 242,78228 0,88008577 55,4029688 740,43873

11,53 5,09863281 3,2284 20,2846354 253,557943 0,91914754 55,3711523 740,013516

12,03 5,20410156 3,3684 21,1642814 264,553517 0,9590065 56,516543 755,321208

12,52 4,74511719 3,5056 22,0263344 275,32918 0,99806828 51,5319727 688,7044

13,01 5,21679688 3,6428 22,8883874 286,104843 1,03713006 56,6544141 757,163801

13,51 5,18261719 3,7828 23,7680334 297,100417 1,07698901 56,2832227 752,202975

14 5,37011719 3,92 24,6300864 307,87608 1,11605079 58,3194727 779,416649

14,5 5,40722656 4,06 25,5097324 318,871654 1,15590975 58,7224805 784,802689

15,05 4,73925781 4,214 26,4773429 330,966786 1,1997546 51,4683398 687,853973

15,54 4,94335938 4,3512 27,3393959 341,742449 1,23881638 53,6848828 717,477192

16,04 4,69726563 4,4912 28,2190419 352,738023 1,27867533 51,0123047 681,759244

16,53 5,453125 4,6284 29,0810949 363,513686 1,31773711 59,2209375 791,46437

17,02 5,38183594 4,7656 29,9431479 374,289349 1,35679889 58,4467383 781,117504

17,52 4,7421875 4,9056 30,8227938 385,284923 1,39665785 51,5001563 688,279187

18,01 4,86914063 5,0428 31,6848469 396,060586 1,43571962 52,8788672 706,705112

18,51 3,57324219 5,1828 32,5644928 407,05616 1,47557858 38,8054102 518,618934

19 0,015625 5,32 33,4265458 417,831823 1,51464036 0,1696875 2,26780622

Tabel 3.2 Data Tresca dan Von Mises

Tresca Von-Mises Tresca Von-Mises

σ (MPa) ε σ (MPa) ε log σ log ε log σ log ε

9,3547008 0 8,1014085 0 0,9710299 - 0,9085605 -

407,08256 0,0219224 352,54383 0,0253138 2,6096825 -1,659111 2,5472131 -1,596642

597,51024 0,0414533 517,45905 0,0478662 2,7763454 -1,382441 2,713876 -1,319971

733,24978 0,0613828 635,01294 0,0708787 2,8652519 -1,211953 2,8027826 -1,149484

837,90904 0,0809137 725,65052 0,0934311 2,9231969 -1,091978 2,8607275 -1,029509

915,53605 0,1004446 792,87748 0,1159834 2,9616754 -0,998074 2,8992061 -0,935604

988,91092 0,120374 856,42198 0,138996 2,9951572 -0,919467 2,9326878 -0,856998

1047,3069 0,1399049 906,99441 0,1615483 3,020074 -0,854167 2,9576046 -0,791698

1101,5642 0,1598344 953,98257 0,1845609 3,0420098 -0,79633 2,9795404 -0,73386

1154,3474 0,1793653 999,69416 0,2071132 3,0623365 -0,746262 2,9998672 -0,683792

1200,622 0,1992948 1039,7691 0,2301258 3,0794063 -0,700504 3,0169369 -0,638035

1244,7308 0,2208186 1077,9685 0,2549794 3,0950754 -0,655964 3,0326061 -0,593495

1289,5426 0,2407481 1116,7767 0,277992 3,1104357 -0,618437 3,0479663 -0,555968

1328,2314 0,260279 1150,2822 0,3005443 3,1232738 -0,584561 3,0608044 -0,522092

1361,9197 0,2802085 1179,457 0,3235569 3,1341515 -0,552519 3,0716821 -0,490049

1399,6333 0,2997394 1212,118 0,3461092 3,1460143 -0,523256 3,0835449 -0,460787

1411,9928 0,3196688 1222,8217 0,3691218 3,1498325 -0,4953 3,0873631 -0,43283

1199,1025 0,3391997 1038,4533 0,3916741 3,0788563 -0,469545 3,016387 -0,407075

1279,3262 0,3587306 1107,929 0,4142264 3,1069813 -0,445232 3,0445119 -0,382762

1436,6552 0,3786601 1244,1799 0,437239 3,1573526 -0,42175 3,0948832 -0,359281

1292,933 0,4005825 1119,7128 0,4625528 3,111576 -0,397308 3,0491067 -0,334839

1451,1125 0,4201134 1256,7003 0,4851052 3,1617011 -0,376633 3,0992317 -0,314164

1480,8775 0,4400429 1282,4775 0,5081178 3,1705191 -0,356505 3,1080498 -0,294036

1480,027 0,4595738 1281,741 0,5306701 3,1702696 -0,337645 3,1078003 -0,275175

1510,6424 0,4795033 1308,2547 0,5536827 3,1791617 -0,319208 3,1166923 -0,256739

1377,4088 0,4990341 1192,871 0,576235 3,1390629 -0,30187 3,0765935 -0,2394

1514,3276 0,518565 1311,4462 0,5987873 3,1802198 -0,285197 3,1177505 -0,222727

1504,4059 0,5384945 1302,8538 0,6217999 3,177365 -0,268819 3,1148957 -0,206349

1558,8333 0,5580254 1349,9892 0,6443522 3,1927997 -0,253346 3,1303303 -0,190877

1569,6054 0,5779549 1359,3181 0,6673648 3,1957905 -0,238106 3,1333211 -0,175637

1375,7079 0,5998773 1191,398 0,6926786 3,1385262 -0,221938 3,0760569 -0,159468

1434,9544 0,6194082 1242,7069 0,715231 3,1568381 -0,208023 3,0943687 -0,145554

1363,5185 0,6393377 1180,8416 0,7382435 3,134661 -0,19427 3,0721917 -0,1318

1582,9287 0,6588686 1370,8565 0,7607959 3,1994614 -0,181201 3,136992 -0,118732

1562,235 0,6783994 1352,9352 0,7833482 3,1937464 -0,168515 3,131277 -0,106045

1376,5584 0,6983289 1192,1345 0,8063608 3,1387946 -0,15594 3,0763253 -0,093471

1413,4102 0,7178598 1224,0492 0,8289131 3,1502682 -0,14396 3,0877989 -0,081491

1037,2379 0,7377893 898,27434 0,8519257 3,0158784 -0,132068 2,953409 -0,069598

4,5356124 0,7573202 3,9279556 0,874478 0,6566359 -0,12072 0,5941666 -0,058251

B. Pengolahan Data 1. Gambar 3.6 Kurva momen puntir terhadap sudut putar

2. Gambar 3.7 Kurva momen puntir terhadap θ’

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20 25 30 35

Mom

en p

untir

(Nm

)

Sudut putar (rad)

0

10

20

30

40

50

60

70

0 100 200 300 400 500

Mom

en p

untir

(Nm

)

θ' (rad/m)

3. Gambar 3.8 Kurva tegangan geser terhadap regangan geser

4. Gambar 3.9 Kurva Tresca dan Von Mises

0100200300400500600700800900

0 0,5 1 1,5 2

Tega

ngan

ges

er (M

Pa)

Regangan geser (rad)

y = 1288,3x + 774,35

y = 966,21x + 670,61

0200400600800

10001200140016001800

0 0,5 1

She

ar s

tress

Shear strain

Tresca

Von Mises

Linear (Tresca)

Linear (Von Mises)

y = 0,3227x + 3,2648

y = 0,3227x + 3,1822

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

-2 -1,5 -1 -0,5 0

She

ar s

tress

(log

)

Shear strain (log)

Tresca

Von Mises

Linear (Tresca)

Linear (Von Mises)

Titik proporsional

BAB IV ANALISIS

A. Pengolahan Data

Pada Tabel 3.1 data awal yang didapat hanyalah durasi (waktu) dan tegangan

listrik (voltase). Dari data yang diketahui dibuatlah berbagai konversi menjadi

besaran lain.

Waktu [s] x kecepatan angular [putaran/s] = jumlah putaran

Putaran x 2π = sudut putar (θ) [rad]

θ [rad] / panjang spesimen [m] = θ’ [rad/m]

θ’ [rad/m] x jari-jari spesimen [m] = γ [rad]

Voltase [volt] x 10,86 (pengali konversi) = momen puntir (Mτ) [Nm]

Mτ [Nm] x jari-jari spesimen [m] x momen inersia polar (J) [m4] = tegangan

geser (τ) [MPa]

Pada Tabel 3.2 data awal yang didapat sama seperti data awal pada Tabel 3.1.

Dari data yang diketahui dan dengan persamaan (yang akan disebut berikut)

didapatkanlah besaran untuk membuat kurva Tresca dan Von Mises.

Pada Tresca, σ = 2 τ, didapat dari Ssy = 0,5 Sy → Sy = 2 Ssy.

Pada Von Mises, σ = 1,733 τ, didapat dari Ssy = 0,577 Sy → Sy = 1,733 Ssy.

Pada Tresca, ε = 0,5 γ, didapat dari Ssy = 0,5 Sy.

Pada Von Mises, ε = 0,577 γ, didapat dari Ssy = 0,577 Sy.

B. Kurva

Pertama dibuat kurva momen puntir terhadap sudut putar (θ) [Gambar 3.6],

untuk melihat hubungan perubahan momen puntir terhadap perubahan sudut putar

yang terjadi. Dibuat pula kurva momen puntir terhadap θ’ [Gambar 3.7], untuk

melihat hubungan perubahan momen puntir terhadap perubahan sudut per panjang

spesimen. Ternyata kedua kurva tersebut berbentuk sama, karena antara θ dengan

θ’ memang hanya berbeda dikarenakan pembagian dengan besar panjang awal

spesimen.

Kemudian dibuat kurva tegangan geser terhadap regangan geser [Gambar 3.8],

sebagai proyeksi kurva stress-strain pada uji tarik. Lalu dibuat kurva tegangan geser

sebenarnya terhadap regangan geser sebenarnya, dengan menerapkan teori Tresca

dan Von Mises [Gambar 3.9]. Dibuat juga kurva serupa namun dengan nilai

logaritma, untuk kemudian bisa menentukan kurva linear, yang berguna dalam

mencari konstanta K (strengt coefficient) dan n (strain-hardening exponent).

C. Peningkatan Harga Kekerasan

Terjadi peningkatan harga kekerasan dari 46,6 HRA (sebelum pengujian)

menjadi 55 HRA (setelah pengujian). Serupa pada uji tarik, hal ini terjadi karena

strain hardening. Fenomena ini terjadi akibat adanya deformasi plastis yang

menciptakan penumpukan pergerakan dislokasi pada skala atomik, kemudian energi

yang dibutuhkan untuk menggerakkan atom pun menjadi lebih besar (karena sulit

terjadi slip), berdampak pada meningkatnya harga kekerasan.

D. Bentuk Patahan yang Terjadi

Pada percobaan ini digunakan spesimen dari material ulet. Sesuai dengan

literatur, bentuk patahannya adalah 90o terhadap normal axis. Hal ini, jika dilihat dari

digram Mohr terjadi karena adanya perubahan tegangan geser akibat gaya tarik

menjadi tegangan geser akibat gaya tekan, yang besarnya 2θ = 180o → θ = 90o.

E. Letak Patahan

Letak patahan adalah di antara gage length, sesuai dengan literatur. Karena

pada gage length inilah terdapat konsentrasi tegangan akibat luas permukaan

penampangnya yang lebih kecil dari penampang si ujung (tempat yang sipasangkan

pada mesin uji).

F. Spesimen Terasa Panas Setelah Pengujian

Timbulnya rasa panas ini adalah akibat aktivitas dalam skala atomik. Ada

energi berupa panas yang sihasilkan akibat terjadinya gesekan antar-atom ketika

terjadi pergerakan dislokasi.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Pada uji puntir akan didapat beberapa sifat mekanik, yaitu:

Modulus elatisitas: G = = ,

, = 4647,05 MPa/rad

Modulus of rupture: 휏 = = 791,464 MPa

Yield torsional shearing strength: dapat dicari dengan rumus yang sama pada

saat mencari modulus of rupture, namun dengan harga momen puntir pada nilai

regangan dengan offset 0,4 rad/m.

Patahan terbentuk seperti pada gambar, dengan spesimen terbuat dari material ulet.

Gambar 3.10 Hasil patahan

LAMPIRAN

Tugas setelah praktikum 1. Buat kurva momen torsi dengan θ, kemudian buat juga kurva antar momen

torsi dengan θ’. Hitunglah tegangan geser dan regangan geser sebenarnya

dengan menggunakan persamaan τa = ퟏ

ퟐ흅풂ퟑ (BC+3CD). Ambil 8 titik di setiap

kurva untuk mendapatkan tegangan dan regangan gesernya. Setelah itu dengan kriteria Tresca dan Von Mises buat kurva tegangan dan regangan sebenarnya. Kurva momen torsi dengan θ ditunjukkan pada Gambar 3.6.

Kurva mmomen torsi dengan θ’ ditunjukkan pada gambar 3.7.

Kurva tegangan geser dengan regangan geser sebenarnya ditunjukkan pada

Gambar 3.9.

2. Hitung modulus elastisitas geser, kekuatan geser maksimum, serta cari nilai K dan n dari maerial yang diuji. a. Modulus elastisitas geser

Ditentukan dari tegangan di titik proporsional, dari Gambar 3.8 dilihat titik

tersebut berada pada τ = 203,541 MPa dan γ = 0,0438 rad.

G = = ,

, = 4647,05 MPa/rad

b. Kekuatan geser maksimum

휏 = = ( , )( , ∗ )

= 791,464 MPa

c. Nilai K dan n

Nilai n adalah gradien dari kurva linear log shear stress terhadap log shear

strain. Pada Tresca dan Von Mises nilainya sama, yaitu: n = 0,3227.

Nilai K adalah true shear stress dari kurva yang sama pada ε = 1. Pada Tresca K = log-1 3,5 = 3162,278 MPa; pada Von Mises K = log-1 3,6 = 3981,072 MPa.

3. Apa kelebihan dan kekurangan uji puntir dibandingkan dengan uji tarik dalam mendapatkan besaran sifat mekaniknya? Keuntungan uji tarik:

Pengolahan data lebih mudah

Lebih mudah mengukur kekuatan luluh

Keuntungan uji puntir:

Hasil pengukuran mengenail plastisitas lebih mendasar

Tidak terjadi necking mempermudah perhitungan deformasi regangan

Laju regangan yang diperoleh tinggi dan konstan

4. Analisis bentuk patahan dari hasil uji puntir ini. Apa bedanya dengan patahan uji puntir untuk material ulet dan getas. Material ulet mengalami kegagalan akibat tegangan geser. Pada pembebanan

puntir, τmax bergerak menuju -τmax dengan sudut 2θ = 180o sama dengan 90o.

Material getas mengalami kegagalan akibat tegangan normal. Pada pembebanan

puntir, τmax bergerak menuju σmax dengan sudut 2θ = 90o sama dengan 45o.

Tugas tambahan dari asisten 1. Mengapa setalah uji puntir spesimen terasa panas?

Timbulnya rasa panas ini adalah akibat aktivitas dalam skala atomik. Ada energi

berupa panas yang sihasilkan akibat terjadinya gesekan antar-atom ketika terjadi

pergerakan dislokasi.

RANGKUMAN PRAKTIKUM Setalah uji puntir spesimen akan mengalami kegagalan pada daerah gage length, yang

pada percobaan ini digunakan spesimen dari material ulet, hasil patahan seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 3.10. Setelah patah, sesaat terasa panas pada spesimen.

Harga kekerasan spesimen setalah pengujian mengalami kenaikan. Mengenai adanya

perubahan sudut dari uji puntir ini terbukti dari berubahnya garis lurus (terbuat dari tip-ex)

yang dibuat di spesimen sebelum pengujian, menjadi tidak lurus lagi, seperti terpelintir.

DAFTAR PUSTAKA

Dieter, George E. 1988. Mechanical Metallurgy SI Metric Edition. London: Mc-Graw Hill

Book Company.

Norton, Robert L. 2006. Machine Design An Integrated Approach Third Edition. New

Jersey: Pearson Prentice Hall.