presentasi fatik

FATIK (FATIGUE)

2

Pendahuluan

Kelelahan (Fatik - fatigue) adalah kegagalan dibawah beban berulang

Terdapat tiga fase dalam perpatahan fatik: permulaan retak, penyebaran retak, dan patah

Fatik menduduki 90% penyebab utama kegagalan pemakaian

3

Pendahuluan (lanjutan)

Suatu bagian dapat dikenakan berbagai macam kondisi pembebanan, termasuk tegangan berfluktuasi, regangan berfluktuasi, temperatur berfluktuasi (fatik termal), atau dalam kondisi lingkungan korosif atau temperatur tinggi

Kebanyakan kegagalan pemakaian terjadi sebagai akibat tegangan-tegangan tarik.

4


Tiga jenis siklus tegangan yang umum terjadi diperlihatkan pada gambar 1:

pembalikan sempurna (gambar a) – dimana fluktuasi tegangan berkisar suatu rata-rata (mean) nol dengan amplitudo konstan;

pengulangan (gambar b) – dimana fluktuasi tegangan berkisar suatu rata-rata (mean) tidak sama dengan nol tetapi dengan amplitudo konstan; dan

rumit (gambar c) – dimana kedua pertukaran dan rata-rata beban berubah, bisa secara acak maupun berpola tertentu.

5

Pendahuluan (lanjutan)te

gang

an

tarik

+- t

ekan

a

r

siklus

A

tega

ngan

tarik

+- t

ekan

mak r

siklus

min

a

m

B

tega

ngan

tarik

+- t

ekan

siklus

C

6


Kegagalan fatik bermula prioritas terhadap permulaan suatu retak. Dengan pengulangan pembebanan, lokalisasi daerah pengembangan slip/luncuran (deformasi plastik)

Woods memperlihatkan dimana suatu rangkaian instrusi dan ekstrusi berkembang selama siklus tegangan

7


ketika slip terjadi, berada permukaan bebas sebagai suatu langkah disebabkan oleh perpindahan logam sepanjang bidang slip. Ketika tegangan berbalik, slip yang terjadi dapat menjadi negatif (berlawanan) dari slip awal, secara sempurna mengesampingkan setiap efek deformasi. Deformasi ini ditekankan oleh pembebanan yang berulang, sampai suatu retak yang dapat terlihat akhirnya muncul

sumberslip

1 2 3 4

8


Retak mula-mula terbentuk sepanjang bidang slip. Pertumbuhan retak berorientasi secara kristalografi sepanjang bidang slip untuk suatu jarak yang pendek dianggap sebagai Tahap I pertumbuhan retak

Arah penyebaran retak menjadi tegak lurus secara makrokopik terhadap tegangan tarik maksimum dianggap sebagai Tahap II penyebaran retak, dan hal itu merupakan sebagian besar umur penyebaran retak

9


Siklus relatif untuk permulaan retak dan penyebarannya tergantung pada tegangan yang dikenakan

Ketika tegangan meningkat, fase permulaan retak menurun

Pada tegangan-tegangan yang sangat rendah (fatik siklus tinggi), sebagian besar dari umur fatik digunakan untuk memulai suatu retak

10


Pada tegangan-tegangan sangat tinggi (fatik siklus rendah), retakan terbentuk lebih dini

Fatik dapat dibagi menjadi dua kategori, siklus tinggi dan siklus rendah

Daerah siklus rendah adalah merupakan hasil dari tegangan-tegangan dimana sering cukup tinggi untuk berkembang menjadi regangan plastik yang signifikan

Terdapat perbedaan gambaran antara fatik siklus tinggi (tegangan rendah) dan fatik siklus rendah (tegangan tinggi)

11

Data Tegangan – Siklus

Data fatik biasanya disajikan dalam bentuk kurva T – S, dimana Tegangan yang diberikan (T) diplot terhadap siklus kegagalan (S)

Dalam kurva T-S, jumlah total siklus kegagalan, yaitu, termasuk siklus untuk permulaan ditambah siklus penyebaran

Ketika tegangan menurun, siklus mencapai kegagalan meningkat

12

Data Tegangan – Siklus (lanjutan)

Batas ketahanan adalah tegangan dimana tidak akan menyebabkan kegagalan dalam 107

siklus

Tega

ngan

Log Siklus kegagalan

non-fero

fero

batas fatik

13


Yang mempengaruhi karakteristik sifat fatik dari bahan:umur pada suatu tegangan khusus

atau batas ketahanankondisi pemakaian

Untuk merancang suatu komponen dimana “tidak terdefinisikan akhirnya” (last indefinitely), batas ketahanan harus dipertimbangkan

14


Jika suatu komponen tidak diperkirakan terhadap tidak terdefinisikan akhirnya (last indefinitely), misal, jika terdapat alur pasak pada tegangan yang tinggi terlokalisir atau kondisi tegangan dimana dapat menyebabkan peretakan awal, penerapan umur terhingga perlu dipertimbangkan

15

Faktor Mekanik yang Mempengaruhi Umur Fatik

Konsentrasi Tegangan Peningkatan tegangan menurunkan umur fatikPemicunya dapat secara mekanis (misal: fillet

atau alur pasak) maupun metalurgi (misal; porositas atau inklusi).

Kegagalan fatik selalu dimulai pada peningkatan tegangan, biasanya pada atau dekat dengan permukaan

16

Konsentrasi Tegangan (lanjutan)

Efek dari takikan dievaluasi dengan membandingkan data T-S bertakik dengan tidak bertakik

Untuk menjelaskan suatu kurva T-S untuk sebuah benda uji bertakik, tegangan jaringan diplot

faktor takikan fatik (Kf)

bertakikfatikbatas

bertakiktidakfatikbatasK f

17


dari Kf, sensitifitas takikan, q, dapat dihitung

Dimana Kc = faktor konsentrasi tegangan

Meningkatnya kekuatan tarik, jari-jari takikan dan bagian ukuran, dan menurunnya ukuran butir, meningkatkan sensitifitas takikan q

1

1

C

f

K

Kq

Ellyawan Arbintarso 18


Efek jari-jari takikan terhadap sensitifitas takikan untuk beberapa bahan

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14

jari-jari r (inci)

inde

k se

nsiti

fitas

taki

kan

q

Baja dicelup dingin dan ditemper

Baja dianil dan dinormalisasi

Paduan Aluminium

19


Efek dari kekuatan tarik merupakan kebalikan yang menonjol dalam benda uji yang halus, yaitu dimana meningkatnya kekuatan, meningkatkan umur fatik

Dalam konsep mekanika perpatahan, ketika peningkatan kekuatan menurunkan ukuran retak kritis, dan kegagalan terjadi pada suatu panjang retak terpendek

20

Ukuran Struktur

Meningkatnya ukuran benda uji, umur fatik kadang-kadang menurun

Kegagalan fatik biasanya dimulai pada permukaan

Penambahan luas permukaan dari benda uji besar meningkatkan kemungkinan dimana terdapat suatu aliran, yang akan memulai kegagalan dan menurunkan waktu untuk memulai retak

21

Ukuran Struktur (lanjutan)

Peningkatan ukuran benda uji juga menurunkan gradien tegangan sehingga lebih banyak bahan memungkinkan menegang lebih tinggi

Data pengujian kadang tidaklah konsisten secara menyeluruh; beberapa peneliti tidak menuliskan efek dari ukuran. Mungkin terdapat suatu efek dari jenis pengujian yang digunakan.

Dalam Baja Karbon murni, batang halus tidak menunjukkan efek dimana batang bertakik berpengaruh

22

Efek Permukaan

Dalam banyak pengujian dan aplikasi pemakaian, tegangan maksimum terjadi pada permukaan

Umur fatik, oleh karena itu, sensitif terhadap kondisi permukaan

Beberapa faktor-faktor lain yang harus dipertimbangkan, seperti sifat-sifat permukaan dan tegangan sisa permukaan

23

Efek Permukaan (lanjutan)

PENGERJAAN AKHIR PERMUKAAN (KEKASARAN PERMUKAAN)

Ketika pengerjaan akhir permukaan menjadi besar (coarser), kedalaman takikan meningkat. Oleh karena itu, permukaan menjadi lebih kasar (rougher), umur fatik menurun

24


Hubungan antara kekasaran pengerjaan akhir dengan umur fatik untuk SAE 3130 dibawah tegangan pembalikan

sempurna pada 95.000 psi, mengambarkan efek ini

Operasi pengerjaan akhir

Kekasaran permukaan

(m)

Umur Fatik (siklus)

Mesin bubut 105 24.000

Pemolesan sebagian dg tangan

6 91.000

Pemolesan dg tangan 5 137.000

Gerinda 7 217.000

Gerinda dan pemolesan 2 234.000

25


SIFAT-SIFAT PERMUKAANEfek pemrosesan permukaan

dapat dibagi kedalam bagian dimana menurunkan umur dan meningkatkan umur

Pelapisan (electroplating) selalu menurunkan umur fatikPeretakan permukaan (berkembangnya

tegangan tarik )Pengetasan hidrogen (pembebasan

hidrogen dari katoda)

26


Dekarburisasi (penghilangan karbon) baja terjadi pada perlakuan panas tanpa atmosfir atau selama proses pemadatan pengecoran tanam dapat mengurangi umur fatik

Karburisasi meningkatkan umur fatik, seperti nitridisasi dan pengerasan permukaan nyala api dan induksi. terjadi dengan penguatan permukaan bahan atau dengan pembangkitan tegangan-tegangan tekan sisa

presentasi fatik

Documents