Sifat-sifat Mekanis

Sifat-sifat MekanisLOGO

PendahuluanMaterial dalam penggunaannya dikenakan gaya atau pembebanan sehingga perlu diketahui karakteristik material agar deformasi yang terjadi tidak mengakibatkan kegagalan (failure).

Karakteristik material tergantung pada: Komposisi kimia Struktur Mikro- Sifat material: sifat mekanis,sifat fisis, dan sifat kimia

PendahuluanISTILAH

PendahuluanISTILAH

Arah pembebanan gayaPendahuluan

Tarik

Tekan

Geser

Puntir

PendahuluanTegangan Teknik:

Penampang awal

Tegangan TarikTegangan Geser

PendahuluanRegangan Teknik:Penampang awalRegangan TarikRegangan Lateral

Regangan Geser

PendahuluanDeformasi material:

1. Deformasi elastis

Pendahuluan2. Deformasi plastis:

Untuk memahami dan menjelaskan cara material berubah (deformasi) sebagai fungsi beban, waktu, temperatur, dan kondisi lain, diperlukan pengujian standard.

Pengujian Tarik

untuk mendapatkan data-data yang dapat menunjukan sifat-sifat mekanik logam tersebut. Tujuan pengujian mekanik:

Grafik maksimum pengujian tarikPengujian Tarik

Grafik pengujian tarikPengujian Tarik

Pada pembebanan dari nol sampai mencapai titik proporsional limit, grafik masih merupakan garis lurus. Pada daerah proporsional limit ini, apabila besarnya pembebanan dibawah rentangan proporsional limit maka benda uji hanya mengalami deformasi plastis. Jadi jika gaya itu ditiadakan maka benda uji akan masih dapat kembali ke panjang mula-mula. Elastic limit merupakan batas antara deformasi elastik dan deformasi plastik. Bila besarnya pembebanan melampau elastik limit ini maka grafik yang terbentuk ini merupakan garis lengkung. Karena antara nol hingga proporsional limit merupakan garis lurus, maka berlaku hubungan Tegangan dibagi dengan Regangan sama dengan Konstant, sama dengan Modulus Elastisitas (Young Modulus).

Deformasi elastis pengujian tarikPengujian Tarik

Hukum Hooke

Deformasi plastis pengujian tarikPengujian Tarik

Mulur

Apabila tegangan sudah mencapai titik Yields Stress maka benda uji sudah mulai nampak adanya pengecilan penampang. Dan ternyata pula pada titik tersebut benda uji mengalami pertambahan panjang dengan sendirinya walaupun besarnya beban tidak ditambah. Yields Stress dapat juga disebut dengan Yeild Point (Batas Lumer). Tetapi pada umumnya banyak logam yang tidak memiliki titik atau batas lumer yang jelas, terutama pada logam-logam yang rapuh. Pada diagram Tegangan-Regangan dari jenis logam tersebut titik lumer ditentukan dari harga tegangan dimana benda uji dari logam tersebut memperoleh perpanjangan (pertambahan panjang) permanen sebesar 0,2% dari panjang mula-mula. Tegangan ini biasanya dimanakan Tegangan Net 0,2 (offset strain) dan merupakan dasar untuk menentukan Yield Stress.

14Pengujian Tarik

KEULETAN/DUCTILITY (%)

Pengujian Tarik

DATA KEULETAN BEBERAPA JENIS LOGAM

Pengujian Tarik

KETANGGUHAN/TOUGHNESS

Pengujian TarikKEKUATAN TARIK/TENSILE STRENGTH

A0= luas penampang awalApabila pembebanan sudah mencapai titik Ultimate Stress (Batas Patah) maka tegangan ini merupakan tegangan tarik maksimum yang mampu ditahan oleh benda uji tersebut. Pada titik tersebut, benda uji sudah menunjukan gejala-gejala patah berupa retakan-retakan. Retakan-retakan yang sudah mulai timbul pada titik Ultimate Stress akan semakin bertambah besar dan akhirnya benda uji akan patah pada titik Fracture Stress

Pengujian TarikKEKUATAN TARIK/TRUE STRESS

Ai= luas penampang saat terjadi necking

Pengujian TarikPerbandingan Kekuatan Tarik

Modulus ResiliencePengujian Tarik

Adalah kapasitas material untuk menyerap energi ketika mengalami deformasi elastis dan ketika beban dilepaskan, energi ini juga dilepaskan.

Untuk daerah linear:

Bentuk PatahanPengujian Tarik

Brittle fracture (patah getas): Tidak ada reduksi luas penampang patahan.Patahan tampak lebih mengkilap dan bidang patahan relatif tegak lurus terhadap tegangan tarik.Disebabkan oleh pembebanan dinamis dan temperatur kerja yang rendah (contoh : Kasus yang terjadi pada Kapal Titanic).

Ductile fracture (patah ulet): a. Ada reduksi luas penampang patahan.b. Tempo patah lebih lama.c. Daerah patahan lebih halus dan berserabut.

Pengujian TarikDESIGN OR SAFETY FACTORS

N berkisar antara 1,2 - 4

Pengujian TarikPengaruh Temperatur

Pengujian TarikPengaruh Temperatur

KesimpulanTegangan dan regangan merupakan ukuran pembebanan dan perubahan material.Elastis: sifat material yang dapat kembali ke bentuk semula dan pada grafik ditunjukkan dengan hubungan linear antara tegangan dan regangan. Material dengan E/G tinggi memiliki deformasi minimal.Plastis: perubahan permanen yang terjadi ketika tegangan tarik atau tekan mencapai y (tegangan mulur).Ketangguhan: energi yang dibutuhkan untuk mematahkan material.Keuletan: regangan plastis saat patah

DefinisiKekerasan bahan adalah ketahanan bahan terhadap deformasi plastis. Ada 3 jenis umum pengukuran kekerasan menurut cara melakukan pengujian (Djaprie, 1987): 1. Kekerasan goresan (scratch hardness)2. Kekerasan lekukan (indentation hardness)3.Kekerasan pantulan (rebound) atau kekerasan dinamik (dynamic hardness). Pengujian Kekerasan

1. Kekerasan Brinell

Metode ini diajukan oleh J. A. Brinell pada tahun 1900. Satuan BHN atau Brinell Hardness Number (kg/mm2).

Bentuk indentor seperti bola dengan diameter 10mm (0.394in).

Bahan lunak menggunakan indentor dari baja dengan beban 500 kgBahan keras menggunakan indentor dari bahan Tungsten Karbida dengan beban 3000 kg

Prinsip kerja:Beban diberikan selama 30 detik, kemudian diameter lekukan diukur dengan mikroskop, ditentukan harga rata-rata dari dua pengukuran diameter pada jejak yang berarah tegak lurus.

Angka kekerasan Brinell dinyatakan dengan P dibagi luas permukaan lekukan:

Jarak antar pengujian

Contoh

Kekerasan MeyerKekerasan Meyer = 4P/d2 (kg/mm2)

Kekerasan Meyer kurang peka terhadap beban yang diterapkan dibandingkan Brinell. Untuk bahan yang mengalami pengerjaan dingin, kekerasan Meyer pada dasarnya tetap dan tidak tergantung beban sedangkan kekerasan Brinell akan mengecil bila beban bertambah besar.Hubungan kekerasan dan lekukan (Hk. Meyer):

P = kdn

P = Beban (kg)d= diameter lekukan (mm)n = konstanta bahanK = konstanta bahan yang menyatakan ketahanan bahan terhadap penetrasi

Persamaan diatas dapat ditulis dalam skala log menjadi:Log P = Log k + nlogd

Kekerasan Vickers Dikembangkan oleh Vickers Ltd. tahun 1925. Bentuk indentor piramida dari intan dengan sudut antara permukaan-permukaan piramida yang berhadapan adalah 136. Secara praktek kekerasan Vickers dihitung berdasarkan pengukuran mikroskopik panjang diagonal jejak. Uji Vickers terdiri dari dua range beban:1. Micro, range beban 10 1000g2. Macro, range beban 1kg 1000kg

Angka kekerasan Vickers dihitung dengan persamaan berikut:

Tahapan PengujianIndentor di tekan pada permukaan benda uji dengan beban terkontrol.Beban dipertahankan dalam waktu 10-15 detik.Indentor dipindahkan , tertinggal bekas penapakan berbentuk bujur sangkar.Panjang kedua diagonal diukur secara optik.Rata-rata kedua diagonal, dijadikan data diagonal pada rumus Vickers untuk menghitung Angka Kekerasan Vickers (HVN).

Untuk logam HVN berkisar dari 100 1000, dan akan bertambah seiring dengan bertambahnya kekerasan material

Contoh injakan

Jarak Minimal antar titikUkuran maksimal indentasi

Kelebihan

1. Cakupan skala kekerasan lebih luas, dapat digunakan untuk material dari yang terkeras hingga terlunak.2. Penggunaan beban yang beragam sehingga cocok digunakan untuk berbagai aplikasi.3. Nondestructive, benda uji dapat digunakan setelah diuji.Kekurangan

Membutuhkan pengukuran secara optik, sehingga sampel perlu persiapan khusus sehingga pada pengukuran dihasilkan data yang akurat.Lambat, pengujian memakan waktu hingga 30 detik dan belum termasuk penyiapan sampel.

Kekerasan Rockwell Pengujian Rockwell ditemukan oleh Stanley P. Rockwell

Pengujian ini menggunakan kedalaman lekukan dengan pembebanan konstan sebagai ukuran kekerasan.

Pengujian Rockwell ada dua jenis:Rockwell: beban minor 10kgf, beban mayor 60, 100, atau 150kgf.Superficial Rockwell: beban minor 3kgf dan beban mayor 15, 30, atau 45kgf.

Bentuk indentor pada kedua pengujian kerucut intan atau bola baja.

Prinsip kerja Mula-mula diterapkan beban kecil sebesar 10 kg untuk menempatkan benda uji. Kemudian diterapkan beban yang besar dalam beberapa detik waktu penahanan.

Beban mayor dilepaskan, sehingga yang tertinggal hanya beban minor.

Secara otomatis kedalaman lekukan akan terekam pada gage penunjuk yang menyatakan angka kekerasan. Penunjuk tersebut terdiri dari 100 bagian, masing-masing bagian menyatakan penembusan sedalam 0.00008 inci. Kekerasan yang tinggi dinyatakan dengan penembusan yang kecil.

Jurusan Teknik Mesin UNRI Pengujian Bahan - 2009

Minimum Thickness of Test Piece for Rockwell Hardness Testing (Ball Indenters )

Test Piece Minimum Thickness for Rockwell Hardness Test (diamond indenter)

Nilai konversi kekerasan ditentukan secara eksperimental dan bergantung kepada tipe dan karakteristik material. Data konversi yang tepat hanya terdapat pada baja sesuai ASTM standard E 140, Konversi kekerasan standar untuk logam.

Konversi Nilai Kekerasan

Korelasi nilai kekerasan dan kekuatan tarik

Korelasi nilai kekerasan dan kekuatan tarikSecara kasar peningkatan nilai kekuatan tarik proporsional terhada peningkatan nilai kekerasan. Pada umumnya untuk baja hubungan tersebut sesuai dengan persamaan berikut: