Laporan Awal

Praktikum Karakterisasi Material 1

PENGUJIAN TARIK

Rahmawan Setiaji

0706163735

Kelompok 9

Laboratorium Metalurgi Fisik

Departemen Metalurgi dan Material FTUI

2009

MODUL 1

PENGUJIAN TARIK

I. Tujuan Praktikum

1. Membandingkan kekuatan maksimum beberapa jenis logam (besi

tuang, baja, tembaga dan alumunium).

2. Membandingkan titik luluh logam-logam tersebut.

3. Membandingkan tingkat keuletan logam-logam tersebut, melalui

penghitungan % elongasi dan % pengurangan luas.

4. Membandingkan fenomena necking pada logam-logam tersebut.

5. Membandingkan modulus elastisitas dari logam-logam tersebut.

6. Membuat, membandingkan serta menganalisis kurva tegangan-

regangan, baik kurva rekayasa maupun sesungguhnya dari beberapa

jenis logam.

7. Membandingkan tampilan perpatahan (fraktografi) logam-logam

tersebut dan menganalisanya berdasarkan sifat-sifat mekanis yang

telah dicapai.

II. Dasar Teori

Kekuatan suatu struktur desain material sangat dipengaruhi oleh sifat

fisik materialnya, oleh karena itu diperlukan pengujian untuk mengetahui

sifat-sifat tersebut, salah satunya adalah pengujian tarik (Tensile test). Dalam

dunia manufaktur pengetahuan tentang sifat-sifat fisik suatu bahan sangat

penting, khususnya dalam mendesain dan menentukan proses

manufakturnya. Pengujian tarik merupakan jenis pengujian material yang

paling banyak dilakukan karena mampu memberikan informasi representatif

dari perilaku mekanis material. Pengujian tarik sangat simple, relatif murah

dan sangat memenuhi strandar. Pada dasarnya percobaan tarik ini dilakukan

untuk menentukan respons material pada saat dikenakan beban atau

deformasi dari luar (gaya-gaya yang diberikan dari luar, yang dapat

menyebabkan suatu material mengalami perubahan struktur, yang terjadi

dalam kisi kristal material tersebut). Dalam hal ini akan ditentukan seberapa

jauh perilaku inheren, yaitu sifat yang lebih merupakan ketergantungan atas

fenomena atomic maupun mikroskopik dan bukan dipengaruhi bentuk dan

ukuran benda uji.

Prinsip pengujian ini yaitu sampel atau benda uji dengan ukuran dan

bentuk tertentu diberi beban gaya tarik sesumbu yang bertambah besar

secara kontinyu pada kedua ujung specimen tarik hingga putus, bersamaan

dengan itu dilakukan pengamatan mengenai perpanjangan yang dialami

benda uji. Tegangan yang dipergunakan pada kurva adalah tegangan

membujur rata-rata dari pengujian tarik. Pada spesimen panjang bagian

tengahnya biasanya lebih kecil luas penampangnya dibandingkan kedua

ujungnya, agar patahan terjadi pada bagian tengah. Panjang ukur (gauge

length) adalah daerah dibagian tengah dimana elongasi diukur atau alat

extensometer diletakkan untuk pengukuran. Data yang diukur secara

manual, yakni diameter specimen luas penampang A, dan data yang

terekam dari mesin tarik, berupa beban F yang diberikan (load cell) dan

strain ε yang terbaca (extensometer), direduksi menjadi kurva tegangan-

regangan dimana :

= F/ Aσ dan = . σ ε Ε

Gambar 1 Kurva tegangan regangan

I. Sifat Mekanik Material

a). Batas proposionalitas (Proportionality Limit)

Didefinisikan sebagai daerah dimana tegangan dan regangan

mempunyai hubungan proporsionalitas satu dengan lainnya. Setiap

penambahan tegangan akan diikuti dengan penambahan regangan secara

proporsional dalam hubungan linier

Pada kurva tegangan-regangan pada gambar 1 diatas, titik P merupakan

batas proposionalitas.

b). Batas elastis (elastic limit)

Didefinisikan sebagai daerah dimana bahan akan kembali kepada

panjang semula bila tegangan luar dihilangkan. Daerah proporsionalitas

merupakan bagian dari batas elastik. Bila beban terus diberikan tegangan

maka batas elastis pada akhimya akan terlampaui sehingga bahan tidak

kembali seperti ukuran semula. Batas elastis merupakan titik dimana

tegangan yang diberikan akan menyebabkan terjadinya deformasi plastis

untuk pertama kalinya. Kebanyakan material teknik mempunyai batas

elastis yang hampir berhimpitan dengan batas proporsionalitasnya.

c). Titik Luluh (Yield Point) dan Kekuatan Luluh (Yield Strength)

Didefinisikan sebagai batas dimana sebuah material akan terus

mengalami deformasi tanpa adanya penambahan beban. Tegangan

(stress) yang mengakibatkan bahan menunjukkan mekanisme luluh ini

disebut tegangan luluh (vield stress).

Gambar 2 Kurva tegangan regangan titik Y merupakan titik luluh

Gejala luluh umumnya hanya ditunjukkan oleh logam-logam ulet

dengan struktur kristal BCC dan FCC yang membentuk interstitial solid

solution dari atom-atom karbon, boron, hidrogen dan oksigen. Interaksi

antar 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 pada umumnya

tidak memperlihatkan batas luluh yang jelas. Untuk menentukan

kekuatan luluh material seperti ini maka digunakan suatu metode yang

dikenal dengan metode offset. Dengan metode ini kekuatan luluh

ditentukan sebagai tegangan dimana bahan memperlihatkan batas

penyimpangan/deviasi tertentu dari keadaan proporsionalitas tegangan

dan regangan. Pada gambar 1.2. garis offset OX ditarik paralel dengan OP,

sehingga perpotongan XW dan kurva tegangan regangan memberikan

titik Y sebagai kekuatan luluh. Umumnya garis offset OX diambil 0,1 –

0,2% dari regangan total dimulai dari titik O.

Gambar 3 Kurva tegangan regangan bahan getas

Kekuatan luluh atau titik luluh merupakan suatu gambaran

kemampuan bahan menahan deformasi permanen bila digunakan dalam

penggunaan struktural yang melibatkan pembebanan mekanik seperti

tarik, tekan, bending atau puntiran. Di sisi lain, batas luluh ini harus

dicapai ataupun dilewati bila bahan dipakai dalam proses manufaktur

produk-produk logam seperti proses rolling, drawing, stretching dan

sebagainya. Dapat diambil kesimpulan bahwa titik luluh adalah suatu

tingkatan tegangan yang tidak boleh dilewati dalam penggunaan

struktural (in service) dan harus dilewati dalam proses manufaktur logam

(forming process).

d). Kekuatan Tarik Maksimum (Ultimate Tensile Strength)

Didefinisikan sebagai tegangan maksmum yang dapat ditanggung oleh

material sebelum tejadinya perpatahan (fracture). Nilai kekuatan tarik

maksimum tarik dapat ditentukan dari beban maksimum dibagi luas

penampang, seperti berikut :

Pada gambar 1 kurva tegangan-regangan, titik M merupakan tegangan

maksimum bahan ulet yang akan terus berdeformasi hingga titik B,

sedangkan pada bahan getas titik B merupakan tegangan maksimum

sekaligus tegangan perpatahan.

e). Kekuatan Putus (Breaking Strength)

Kekuatan putus ditentukan dengan membagi beban pada saat benda

uji putus (Fbreaking) dengan tuas penampang awal (A0). Untuk bahan yang

bersifat ulet pada saat beban maksimum M terlampaui dan bahan terus

terdeformasi hingga titik putus B maka terjadi mekanisme penciutan

(necking) sebagai akibat adanya suatu deformasi yang terlokalisasi.

Pada bahan ulet, kekuatan putus lebih kecil dari kekuatan maksimum,

dan pada bahan getas kekuatan putus sama dengan kekuatan

maksimumnya.

f). Keuletan (Ductility)

Didefinisikan sebagai sifat yang menggambarkan kemampuan logam

menahan deformasi hingga tejadinya perpatahan. Pengujian tarik

memberikan dua metode pengukuran keuletan bahan yaitu :

Persentase perpanjangan (Elongation) :

dimana : Lf = panjang akhir benda uji

L0 = panjang awal benda uji

Persentase reduksi penampang (Area Reduction) :

dimana : Af = luas penampang akhir

A0 = luas penampang awal

Gambar 4 Kurva deformasi pada uji tarik

g). Modulus elastisitas (modulus Young)

Didefinisikan sebagai ukuran kekakuan suatu material, semakin harga

modulus ini semakin kecil regangan elastis yang terjadi, atau semakin

kaku.

Modulus kekakuan dihitung gradien dari batas proporsional kurva

tegangan-regangan :

Makin besar modulus elastisitas maka makin kecil regangan elastic

yang dihasilkan akibat pemberian tegangan. Modulus elastisitas

ditentukan oleh gaya ikatan antar atom Karena gaya ini tidak dapat

diubah tanpa terjadinya suatu perubahan sifatt yang sangat mendasar

pada material maka modulus elastisitas merupakan suatu sifat dari

material yang tidak mudah diubah.

h). Modulus kelentingan (modulus of resilience)

Didefinisikan sebagai kemampuan material untuk menyerap energi

dari luar tanpa terjadinya kerusakan. Nilai modulus merupakan luas

segitiga area elastis kurva tegangan-regangan.(daerah abu-abu)

Gambar 5 modulus resilience

i). Modulus Ketangguhan (Modulus of Toughness)

Didefinisikan sebagai kemampuan material dalam mengabsorbsi

energi hingga terjadinva perpatahan. Secara kuantitatif dapat ditentukan

dari luas area keseluruhan di bawah kurva tegangan-regangan hasil

pengujian tarik.

Gambar 6 toughness

j). Kurva Tegangan-Regangan Rekayasa dan Sesungguhnya

Kurva tegangan-regangan rekayasa didasarkan atas dimensi awal

(luas area dan panjang) dari benda uji, sementara untuk mendapatkan

kurva tegangan-regangan seungguhnya 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 di dalam daerah

necking. Pada kurva tegangan-regangan rekayasa, dapat diketahui bahwa

benda uji secara aktual mampu menahan turunnya beban karena luas

area awal A0 bernilai konstan pada saat perhitungan tegangan σ = F/A0.

Sementara pada kurva tegangan-regangan sesungguhnya luas area aktual

adalah selalu turun sehingga terjadinya perpatahan dan benda uji mampu

menahan peningkatan tegangan karena σ = F/A. Gambar 1.6.

memperlihatkan contoh kedua kurva tegangan-regangan tersebut pada

baja karbon rendah (mild steel).

gambar 7

2. Mode Perpatahan Material

Sampel hasil pengujian tarik dapat menunjukkan beberapa tampilan

perpatahan seperti ditunjukkan oleh Gambar di bawah ini :

Gambar 8 mekanisme perpatahan

Pengamatan kedua tampilan perpatahan ulet dan getas dapat

dilakukan baik dengan mata telanjang maupun dengan bantuan stereoscan

macroscope. Pengamatan lebih detil dimungkinkan dengan penggunaan SEM

(Scanning Electron Microscope).

a. Perpatahan Ulet

Perpatahan ulet umumnya lebih disukai karena bahan ulet umumnya lebih tangguh dan memberikan peringatan lebih dahulu sebelum terjadinya kerusakan.

Gambar 9 Perpatahan Ulet

Tampilan foto SEM dari perpatahan ulet diberikan oleh Gambar berikut :

Gambar 10 Perpatahan ductile

b. Perpatahan Getas

Perpatahan getas memiliki ciri-ciri mempunyai ciri-ciri yang berbeda

dengan perpatahan ulet. Pada perpatahan getas tidak ada atau sedikit sekali

terjadi deformasi plastis pada material. Perpatahan jenis ini merambat

sepanjang bidang- bidang kristalin membelah atom- atom material. Pada

material yang lunak dengan butir kasar akan ditemukan pola chevrons atau

fan like pattern yang berkembang keluar dari daerah kegagalan. Material

keras dengan butir halus tidak dapat dibedakan sedangkan pada material

amorphous memiliki permukaan patahan yang bercahaya dan mulus.

Gambar 11 Patahan brittle

III.Metodologi Penelitian

III.1. Alat dan Bahan

Alat

1. Universal testing machine, Servopulser Shimadzu kapasitas 30

ton

2. Caliper dan/atau micrometer

3. Spidol permanent atau penggores (cutter)

4. Stereoscan macroscope

Gambar 12 Alat Uji

Bahan

1. Sampel uji tarik (besi tuang, baja, tembaga dan alumunium)

III.2. Flow Chart Prosedur Pengujian

Gambar 13 Sampel Uji

ukur dimensi benda uji

buat sketsa benda uji

tandai panjng ukur

pasang benda uji pada grip

tandai pada grafik titik UTS

dan BS

mulai penarikan

lepaskan benda uji dari grip

ukur dimensi akhir

Pengujian selesai

Amati dan catat karakteristik jenis

perpatahan

Hitung formulasi yg sesuai nilai-

nilai

MaterialLain

Daftar Pustaka

1. Sriati Djaprie, Metalurgi Mekanik, edisi ketiga, jilid 1, Erlangga, 1993.

2. Davis,H.E,Troxell,G.E,Hauck, GFW.”The Testing of Engineering

Materials”.1982.

3. Diktat Teori Dasar Parktikum Karakterisasi Material 1

4. Buku Paduan Kerja Mahasiswa Praktikum Karakterisasi Material 1

5. Louis Cart,”Non Destructive Testing”,ASM, 1995.

6. Metal Handbook Ninth Edition, Volume 8, Mechanical Testing,

ASM,1985.

7. Catatan Perkuliahan Pengujian Material

8. Callister,William D., 1940-Materials science and engineering : an

introduction / William D. Callister, Jr.—7th ed