BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pengujian Impact Bertujuan untuk mengetahui ketangguhan logam akibat

pembebanan kejut pada beberapa macam kondisi suhu. Ketangguhan adalah suatu

ukuran energi yang diperlukan untuk mematahkan bahan. Suatu bahan ulet

dengan kekuatan yang sama dengan bahan rapuh akan memerlukan energi

perpatahan yang lebih besar dan mempunyai sifat tangguh yang lebih baik.

Penurunan ketangguhan dapat berakibat fatal, oleh karena itu ketangguhan perlu

diukur atau dikuantifitasikan secara konvensional yang mana hal tersebut

dilakukan dengan uji impact/benturan.

Dalam melaksanakan proses pengujian impact, prosedur yang diterapkan

harus sesuai standar tertentu yang berlaku agar data /hasil yang diperoleh dapat

digunakan dan berlaku secara luas. Berbagai standar yang dapat digunakan antara

lain:

- ASTM ( American Standard for Testing Material )

- JIS ( Japanese Industrial Standard )

- DIN ( Deutche Industrie Normen ).

Mempelajari sifat mekanik suatu material dengan melakukan berbagai

macam uji bahan sangat penting dilakukan dalam rangka mencari suatu kemajuan

dari material yang tentunya diikuti oleh suatu modifikasi dari komposisi dan

perlakuan dari suatu bahan untuk memperoleh sifat-sifat yang labih bagus dan

sesuai dengan target dengan sebisa mungkin mengurangi kelemahan dari suatu

bahan.

Pada uji impact, benda uji diberi beban kejut dalam skala tertentu,

bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan dan pendataan terhadap energi yang

hilang pada saat pengujian. Oleh karena itu kami akan mencoba melakukan

percobaan uji impact pada suatu material dengan prosedur yang telah ditetapkan.

1.2 RumusanMasalah

1. Bagaimana mekanisme pengujian impact pada mesin uji impact?

2. Bagaimana menentukan besarnya harga impact dan parameter lainnya?

3. Bagaimana analisa hasil pengujian impact?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dari percobaan ini antara lain:

1. Mengetahui mekanisme pengujian impact pada mesin uji impact

2. Mengetahui menentukan besarnya harga impact dan parameter

lainnya

3. Mengetahui analisa hasil pengujian impact

1.4 Manfaat

Adapun manfaat dari percobaan ini antara lain:

a. Mengetahui prosedur dari pelaksaan uji impact

b. Mengetahui jenis jenis material akibat uji impact

c. Mengetahui sifat material mulai dari awal percobaan sampai terjadi

patahan.

BAB 2. LANDASAN TEORI

2.1 Uji impact

Uji impact Bertujuan untuk mengetahui ketangguhan logam akibat

pembebanan kejut pada beberapa macam kondisi suhu. Ketangguhan adalah suatu

ukuran energi yang diperlukan untuk mematahkan bahan. Suatu bahan ulet dengan

kekuatan yang sama dengan bahan rapuh akan memerlukan energi perpatahan

yang lebih besar dan mempunyai sifat tangguh yang lebih baik. Penurunan

ketangguhan dapat berakibat fatal, oleh karena itu ketangguhan perlu diukur atau

dikuantifitasikan secara konvensional yang mana hal tersebut dilakukan dengan

uji impact/benturan.

Test dalam pengujian impact ada dua, yaitu:

1. Drop Weight Test

Dikembangkan oleh laboratorium riset Naval, standarisasinya berdasarkan

ASTM adalah ASTM E 208-69. Test Naval (dikenal juga dengan Nil-Ductility-

Transition Temperature Test) dimaksud untuk keperluan luas, yakni untuk

mengetahui patah getas ( brittle fracture) dari bahan baja.

Gambar 2.1 mesin uji impact drop weight test

2. Notched Bar Test

Dikenal ada dua metode yang lazim digunakan, yakni:

a. Metode Izod

Menggunakan batang impact cantilever. Benda uji Izod sangat jarang

digunakan pada saat sekarang. Pada benda uji Izod mempunyai penampang

lintang bujur sangkar atau lingkaran dan bertakik V di dekat ujung yang

dijepit.

b. Metode Charpy

Menggunakan batang impat yang ditumpu pada ujung-ujungnya. Benda

uji Charpy mempunyai luas penampang lintang bujur sangkar dan

mengandung takik V- , dengan jari-jari dasar 0,25 mm dan kedalaman 2mm.

Benda uji diletakkan pada tumpuan dalam posisi mendatar dan bagian yang

tidak bertakik diberi beban impact dengan ayunan bandul. Benda uji akan

melengkung dan patah pada laju regangan yang tinggi.

Gambar 2.2 uji impact metode charpy dan izod

Pengujian impact metode charpy

Dalam menentukan ketahanan logam terhadap pembebanan kejut (Impact

Strength), prinsipnya adalah berapa 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). Jadi dengan demikian, energi yang diserap untuk mematahkan benda

uji ditunjukkan oleh selisih perbedaan tinggi bandul pada kedudukan atas dengan

tinggi bandul pada kedudukkan bawah (tinggi ayun).

Energi rugi tanpa beban :

R=m.g.h

Dimana h= L- (L sin 270-α)

Energi potensial bandul pada kedudukan bawah ( saat benda uji patah ) :

E=m.g.h

Dimana h= L- (L sin 270-α)

Jadi energi yang digunakan untuk mematahkan benda uji :

E uji = energi rugi- energi impact

Maka, Impact Strength-nya :

HI= (energi rugi-energi impact)/A

Dimana:

A= Luas patahan mm2

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 uji yang 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 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 atau dapat pula dengan bantuan

mikroskop.

Sifat keuletan suatu logam dapat diketahui dari pengujian tarik dan pengujian

impact, tetapi dalam kondisi beban yang berbeda. Beban pada pengujian impact

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 (-30oC) sampai temperatur yang tinggi. Sedangkan pada percobaan

tarik, temperatur kerja adalah temperatur kamar.

Teori tambahan

Uji impact adalah pengujian dengan menggunakan pembebanan yang cepat

(rapid loading). Pengujian impak merupakan suatu pengujian yang mengukur

ketahanan bahan terhadap beban kejut. Inilah yang membedakan pengujian impak

dengan pengujian tarik dan kekerasan dimana pembebanan dilakukan secara

perlahan-lahan. Pengujian impak merupakan suatu upaya untuk mensimulasikan

kondisi operasi material yang sering ditemui dalam perlengkapan 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 dapat dihitung dengan

menggunakan prinsip perbedaan energi potensial. Dasar pengujian impak ini

adalah penyerapan energi potensial dari pendulum beban yang berayun dari suatu

ketinggian tertentu dan menumbuk benda uji sehingga benda uji mengalami

deformasi. Pada pengujian impak ini banyaknya energi yang diserap oleh bahan

untuk terjadinya perpatahan merupakan ukuran ketahanan impak atau

ketangguhan bahan tersebut. Secara umum benda uji impak dikelompokkan ke

dalam dua golongan sampel standar yaitu :

Batang uji Charpy banyak digunakan di Amerika Serikat dan batang uji Izod

yang lazim digunakan di Inggris dan Eropa. Benda uji Charpy memiliki luas

penampang lintang bujur sangkar (10 x 10 mm) dan memiliki takik (notch)

berbentuk V dengan sudut 45o, 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. Benda uji Izod mempunyai

penampang lintang bujur sangkar atau lingkaran dengan takik V di dekat ujung

yang dijepit. Serangkaian uji Charpy pada satu material umumnya dilakukan pada

berbagai temperature sebagai upaya untuk mengetahui temperatur transisi (akan

diterangkan pada paragraph-paragraf selanjutnya).

Sementara uji impak dengan metode Izod umumnya dilakukan hanya pada

temperatur ruang dan ditujukan untuk material-material yang didisain untuk

berfungsi sebagai cantilever. Takik (notch) dalam benda uji standar ditujukan

sebagai suatu konsentrasi tegangan sehingga perpatahan diharapkan akan terjadi

di bagian tersebut. Selain berbentuk V dengan sudut 45o, takik dapat pula dibuat

dengan bentuk lubang kunci (key hole).

Pengukuran lain yang biasa dilakukan dalam pengujian impak Charpy adalah

penelaahan permukaan perpatahan untuk menentukan jenis perpatahan

(fracografi) yang terjadi. Secara umum sebagaimana analisis perpatahan pada

benda hasil uji tarik maka perpatahan impak digolongkan menjadi 3 jenis, yaitu:

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 dimpel yang

menyerap cahaya dan berpenampilan buram.

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).

Perpatahan campuran (berserat dan granular). Merupakan kombinasi dua jenis

perpatahan di atas.

Selain dengan harga impak yang ditunjukkan oleh alat uji pengukuran

ketangguhan suatu bahan dapat dilakukan dengan memperkirakan berapa persen

patahan berserat dan patahan kristalin yang yang dihasilkan oleh benda uji yang

diuji pada temperatur tertentu. Semakin banyak persentase patahan berserat maka

dapat dinilai semakin tangguh bahan tersebut.

Cara ini dapat dilakukan dengan mengamati permukaan patahan benda uji di

bawah miskroskop stereoscan. Informasi lain yang dapat dihasilkan dari pengujian

impak adalah temperatur transisi bahan. Temperatur transisi adalah temperatur

yang menunjukkan transisi perubahan jenis perpatahan suatu bahan bila diuji pada

temperatur yang berbeda-beda. Pada pengujian dengan temperatur yang berbeda-

beda maka akan terlihat bahwa pada temperatur tinggi material akan bersifat ulet

(ductile) sedangkan pada temperatur rendah material akan bersifat rapuh atau

getas (brittle). Fenomena ini berkaitan dengan vibrasi atom-atom bahan pada

temperatur yang berbeda dimana pada temperatur kamar vibrasi itu berada dalam

kondisi kesetimbangan dan selanjutnya akan menjadi tinggi bila temperatur

dinaikkan (ingatlah bahwa energi panas merupakan suatu driving force terhadap

pergerakan partikel atom bahan).

Vibrasi atom inilah yang berperan sebagai suatu penghalang (obstacle)

terhadap pergerakan dislokasi pada saat terjadi deformasi kejut/impak dari luar.

Dengan semakin tinggi vibrasi itu maka pergerakan dislokasi mejadi relatif sulit

sehingga dibutuhkan energi yang lebih besar untuk mematahkan benda uji.

Sebaliknya pada temperatur di bawah nol derajat Celcius, vibrasi atom relatif

sedikit sehingga pada saat bahan dideformasi pergerakan dislokasi menjadi lebih

mudah dan benda uji menjadi lebih mudah dipatahkan dengan energi yang relatif

lebih rendah. Informasi mengenai temperatur transisi menjadi demikian penting

bila suatu material akan didisain untuk aplikasi yang melibatkan rentang

temperatur yang besar, misalnya dari temperatur di bawah nol derajat Celcius

hingga temperatur tinggi di atas 100o C, contoh sistem penukar panas (heat

exchanger). Hampir semua logam berkekuatan rendah dengan struktur kristal FCC

seperti tembaga dan aluminium bersifat ulet pada semua temperatur sementara

bahan dengan kekuatan luluh yang tinggi bersifat rapuh. Bahan keramik, polimer

dan logam-logam BCC dengan kekuatan luluh rendah dan sedang memiliki

transisi rapuh-ulet bila temperatur dinaikkan. Hampir semua baja karbon yang

dipakai padajembatan, kapal, jaringan pipa dan sebagainya bersifat rapuh pada

temperatur rendah.

Proses penyerapan energi ini akan diubah menjadi berbagai respon material, yaitu

Deformasi plastis

Efek Hysteresis

Efek Inersia

Ada dua macam pengujian impak, yaitu

Charpy

Izod

Perbedaan charpy dengan izod adalah peletakan spesimen. Pengujian dengan

menggunkan charpy lebih akurat 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 impact adalah

a. Notch

Notch 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 dan menyebabkan material menjadi getas. Sehingga

tidak ada tanda-tanda bahwa material akan mengalami kegagalan.

b. Temperatur

Pada temperatur tinggi material akan getas karena pengaruh vibrasi

elektronnya yang semakin rendah, begitupun sebaliknya.

c. Strainrate

Jika pembebanan diberikan pada strain rate yang biasa-biasa saja, maka

material akan sempat mengalami deformasi plastis, karena pergerakan atomnya

(dislokasi). Dislokasi akan bergerak menuju ke batas butir lalu kemudian patah.

Namun pada uji impak, strain rate yang diberikan sangat tinggi sehingga dislokasi

tidak sempat bergerak, apalagi terjadi deformasi plastis, sehingga material akan

mengalami patah transgranular, patahnya ditengah-tengah atom, bulan di batas

butir. Karena dislokasi ga 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. 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.

Pengujian impak digunakan untuk mengukur ketangguhan suatu material.

Ketangguhan suatu bahan adalah kemampuan bahan tersebut untuk menyerap

energi pada daerah plastis. Cara pengujian impact ada dua macarn yaitu Charpy

dan Izod. Dari pengujian

impact akan diperoleh 2 buah sudut, yaitu :

Sudut α : sudut antara pemukul pada saat kedudukan awal sarnpai saat

membentur benda uji.

Sudut β : sudut antara pemukul pada saat membentur benda uji sampai dengan

jarak sisa benturan ayunan setelah membentur.

Pada alat impact Charpy sudut a = 157º. Pengujian impak yang digunakan

dalam penelitian ini adalah dengan metode Charpy. Pengujian dilakukan dengan

memvariasi temperatur uji untuk mengetahui suhu transisi dari kondisi ulet ke

kondisi getas. Temperatur uji yang digunakan adalah -60°C, Pengujian impak

digunakan untuk mengukur ketangguhan suatu material.

Baja karbon yang biasanya bersifat ulet dapat diubah menjadi getas bila

berada kondisi tertentu. Menurut Donan (1952), terdapat tiga faktor dasar yang

mendukung terjadinya patah getas, keadaan tegangan tiga sumbu, suhu rendah dan

laju regangan tinggi atau laju pembebanan yang cepat. Ketiga faktor tersebut tidak

harus ada secara bersamaan pada waktu terjadi patah getas. Maka disini untuk

menentukan kepekaan bahan terhadap patah getas, sering kali digunakan

pengujian impak.

Pengujian ketangguhan dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat mekanis suatu

logam dan paduannya. Benda uji disiapkan secara khusus, ukuran dan bentuknya

ditentukan sesuai standart. Pengujian ketangguhan menggunakan beban sentakan

(tiba-tiba). Metode ini sering di gunakan adalah metode charphy. Pengujian

ketangguhan berdasarkan prinsif hukum kekekalan energi yang menyatakan

jumlah energi mekanik konstan. palu godam dilepas dengan ketinggian H 1 dari

pusat benda uji yang bersudut α dan setelah menabrak benda uji palu mengayun

sampai ketinggian H 2 dari pusat benda uji yang bersudut β.

Pada kondisi ini besar tenaga kinetik Ek1 dan Ek2 sama dengan nol karena

kecepatan V1dan V2 sama dengan nol yaitu berada pada kondisi berhenti.

Besarnya tenaga potensial Ep1 = mgH1 dan tenaga potensial Ep2 = mgH2. Jadi

tenaga yang diserap benda uji atau tenaga untuk mematahkan benda uji yaitu, W =

Ep1 – Ep2W W = GR (cos β - cos α)kg.m.

Ketangguhan bahan (Vp) merupakan hasil bagi tenaga untuk mematahkan

benda uji (Joule) dengan luas penampang patah benda uji (m). K = W / Ao

Dimana W = Kerja Pukulan dalam (kg.m)

G = Massa berat palu godam (kg),

R = Jarak titik pusat ke titik berat palu godam (m),

α = Sudut jatuh dalam, dan

β = Merupakan ayun dalam.

K = Nilai Pukulan Takik (kg.m/mm2)

A0 = Penampang Batang semula dibawah takikan (mm)

Maksud utama pengujian ketangguhan ialah untuk mengukur kegetasan bahan

atau juga keuletan bahan terhadap beban tiba-tiba dengan cara mengukur

perubahan energi potensial sebuah palu godam yang dijatuhkan pada ketinggian

tertentu. Perbedaan tinggi ayunan palu godam merupakan ukuran energi yang di

serap oleh benda uji. Besar energi yang di serap tergantung pada keuletan bahan

uji. Bahan yang ulet menunjukkan nilai ketangguhan (impact) yang besar. Suatu

bahan yang diperkirakan ulet ternyata dapat mengalami patah getas. Patah getas

ini dapat disebabkan oleh beberapa hal, antara lain : adanya takikan (nocth),

kecepatan pembebanan yang tinggi yang menyebabkan kecepatan regangan yang

tinggi pula dengan temperatur yang sangat rendah.

Dengan demikian suatu bahan yang akan beroperasi pada temperatur yang

sangat rendah, misalnya pada suatu instalasi cryogenic perlu diuji impact.

Khususnya untuk mengetahui temperatur transisi antara ulet dan getas, sifat

peretakan dapat terjadi dalam tiga bentuk :

Keretakan getas atau keretakan bersuara, adalah rata dan mempunyai

permukaan yang kilap. Kalau potongan – potongannya kita sambungkan lagi

ternyata keretakan atau kepatahan itu tidak diikuti dengan deformasi bahan, tipe

ini mempunyai pukulan takik yang rendah.

Patahan liat atau patahan perubahan bentuk, patah ini mempunyai permukaan

yang tidak rata dan tampak seperti bludru, buram dan berserat, tipe ini mempunyai

pukulan yang tinggi. Patahan campuran ialah patahan yang sebagian getas

sebagian liat, patahan ini terjadi paling banyak.

BAB 3 METODOLOGI PRAKTIKUM

3.1 Alat dan bahan

a. Alat

1. Mesin uji impact

2. Tungku pemanas

3. Penjepit

4. Jangka sorong

b. Bahan

Bahan yang digunakan dalam pengujian ini adalah Baja

3.2 Prosedur Pengujian

Langkah-langkah dalam melakukan pengujian impact

1. Membuat spesimen menurut standart

2. Mengukur dimensi dari spesimen

3. Meletakkan spesimen pada tempatnya sehingga posisi punggung notch

tepat pada posisi bidang lintasan pendulum

4. Mengatur posisi pendulum pada posisi siap ayun(900) dan melakukan

penguncian

5. Mengatur posisi jarum pada posisi tersebut ( langkah no 4)

6. Membuka kunci penahan pendulum sehingga pendulumberayun dan

mematahkan spesimen

7. Mencatat sudut jarum pada posisi setelah menumbuk spesimen