UJI TARIK

I. TUJUAN PRAKTIKUM

Menentukan kekuatan dan keuletan baja dan komponen yang terbuat dari baja, serta

memperkirakan ketangguhannya.

II. TEORI DASAR

Terminologi Uji Tarik diberikan bila pada sebuah spesimen diberikan beban tarik

(statis) secara bertahap hinga putus. Uji tarik merupakan satu dari sekian banyak uji mekanik

yang paling sederhana.

Dalam uji tarik dibutuhkan sebuah specimen dengan penampang dapat berbentuk

bulat (d), persegi maupun persegi panjang (a), artinya specimen dapat berbentuk pelat atau

silinder. Umumnya untuk logam dipilih bentuk silinder sebagai spesimen. Bagian tengah dari

spesimen berdiameter lebih kecil dari bagian pinggir, meskipun tidak selalu demikian, seperti

tertera pada Gambar 1. Untuk spesimen berbentuk lingkaran, ukuran diameter luar (D)

spesimen yang digunakan ialah 19 mm dan ukuran diameter dalam (d) ialah 12,8 mm. Gauge

length (L0) (yang digunakan dalam perhitungan keuletan) memiliki ukuran 50 mm, dan

panjang reduction section (Lc) ialah 60 mm.

Gambar 1. Bentuk spesimen uji tarik (www.azom.com)

.

Hubungan antara tegangan dan regangan sebagai hasil uji tarik secara umum

digambarkan dalam suatu diagram yang dikenal sebagai diagram tegangan-regangan, seperti

yang ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Diagram tegangan-regangan (www.nde-ed.org)

Tegangan didefinisikan sebagai gaya yang terdistribusi secara internal di dalam

material, yang diukur menggunakan persamaan (1), sedangkan regangan merupakan

perbandingan perubahan panjang yang terjadi karena perubahan tegangan dalam proses

penarikan dalam dimensi linier, seperti ditunjukkan dalam persamaan (2).

Tegangan teknis, σ =

; (N/mm2) (1)

Regangan teknis, Ɛ =

; (Tanpa Dimensi) (2)

Keterangan :

F : Gaya tarik (N)

Ao : Luas penampang awal (mm2)

ΔL : Pertambahan Panjang (mm)

Lo : Panjang awal (mm)

Pada awal penarikan, hubungan antara tegangan dengan regangan mengikuti garis

lurus OA. Daerah ini disebut sebagai daerah elastis, yaitu daerah bila spesimen diberi beban

akan bertambah panjang dan apabila beban dihilangkan maka spesimen akan kembali ke

bentuk semula, perubahan bentuk yang terjadi tidak tetap atau dikenal sebagai deformasi

elastis. Hubungan antara tegangan dan regangan di daerah elastis dinyatakan dalam Hukum

Hooke, dengan persamaan sebagai berikut:

σ = E. Ɛ (3)

Keterangan :

σ = Tegangan (N/mm2)

Ɛ = Regangan

E = Modulus elastisitas / modulus Young (N/mm2)

Penarikan selanjutnya tidak lagi menghasilkan hubungan yang linier antara tegangan

dengan regangan, garis lengkung AC, daerah ini disebut daerah plastis. Kondisi ini

menyatakan bahwa apabila spesimen diberi beban akan bertambah panjang namun apabila

beban dihilangkan maka spesimen tidak akan kembali ke bentuk semula, terjadi perubahan

bentuk yang tetap/permanen, atau dikenal sebagai deformasi plastis. Bila dicermati lebih

lanjut, garis lengkung AC terdiri atas dua bagian yaitu AB dan BC, kedua garis lengkung

tersebut memberikan deformasi plastis yang berbeda. Pada daerah lengkung AB, deformasi

plastis yang terjadi homogen namun tidak demikian halnya di daerah lengkung BC,

deformasi plastis yang terjadi tidak homogen. Pada saat penarikan mencapai tegangan

maksimum, B, terjadi pengecilan spesimen setempat yang dikenal sebagai necking, kondisi

inilah yang menyebabkan daerah BC perubahan bentuknya tidak lagi homogen. Penarikan

sampai titik C akan menyebabkan spesimen putus (fracture).

Melalui grafik stress-strain, disamping kekuatan tarik, σu, dapat pula ditentukan

kekuatan luluh (yield strength), σy, dengan menggunakan metode offset-strain, regangan

diatur pada nilai 0,2% atau bahkan 0,5% untuk kondisi tertentu.

Pada saat penarikan, sebenarnya terjadi perubahan luas penampang per satuan waktu

penarikan yang berbeda, oleh karena itu tegangan dan regangan yang sebenarnya terjadi

mengikuti persamaan sebagai berikut :

Tegangan sebenarnya, ; (N/mm2)

Regangan sebenarnya, ; (N/mm2)

Keterangan:

: Tegangan sebenarnya (N/mm2)

: Tegangan tenis (N/mm2)

: Regangan sebenarnya (N/mm2)

: Regangan teknis (N/mm2)

Permukaan patahan logam dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu patah ulet dan patah

getas (ductile and brittle fracture). Pembagian ini didasarkan pada kemampuan logam untuk

mengalami deformasi plastis. Patah ulet biasanya ditunjukkan dengan munculnya bentuk cup-

cone pada patahan, yang menunjukkan terjadinya deformasi plastis secara cukup besar.

Sebaliknya, pada patah getas, retakan terjadi sangat singkat dengan diikuti deformasi plastis

yang sangat sedikit.

Gambar 3. Jenis Patahan Spesimen: Patah Ulet (kiri) dan Patah Getas (kanan)

(www.hsc.csu.edu.au)

III. PERALATAN PERCOBAAN

a. Mesin uji Tarik Hung Ta HV 9501

b. Mistar sorong, penggaris, penitik.

c. Spesimen yang terdiri dari : baja karbon, tembaga, kuningan, dan alumunium.

IV. PROSEDUR PERCOBAAN

a. Ukur panjang spesimen dan catat pada lembar data.

b. Ukur panjang awal (gauge length, )

c. Ukur diameter / tebal spesimen.

d. Dokumentasikan benda uji.

e. Letakan spesimen pada tempatnya di mesin uji tarik, kencangkan gripper agar

tidak terjadi slip. Tentukan beban uniaksial yang pertama harus diberikan dan

lakukan penarikan sampai spesimen patah.

f. Satukan patahan dari spesimen uji dan ukur panjang akhir (Lf), diamater / tebal

akhir spesimen.

h. Analisis permukaan patahan dari spesimen menggunakan stereo mikroskop.

V. TUGAS DAN PERTANYAAN

1. Dari data yang diperoleh buatlah diagram tegangan terhadap tegangan teknis

(engineering), dan tentukan kekuatan logam, baik ultimate tensile strength maupun

yield strength, keuletan logam serta perkirakanlah ketangguhannya.

0

100

200

300

400

500

600

700

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

Stre

ss

Strain

Stress-strain Diagram

2. Jelaskan perbedaan antara deformasi elastis dan plastis ditinjau secara mikroskopik.

Jawaban: Perbedaan antara deformasi elastis dan plastis ditinjau secara

mikroskopik adalah deformasi elastis bila ditinjau dengan mikroskopik bentuk

butirnya yang berbentuk bundar hanya berubah-ubah sedikit saja sehingga dapat

kembali ke bentuk semula, hal ini disebabkan karena besar deformasi yang terjadi

tidaklah besar. Sedangkan pada deformasi plastis bentuk butir yang semula cenderung

bundar akan berubah menjadi berbentuk pipih memanjang atau elongated grains tanpa

kembali ke bentuk awalnya. Semakin besar deformasi yang dialami oleh logam,

semakin pipih struktur butirannya.

3. Jelaskan yang dimaksud dengan necking serta bagaimana kondisi ini dapat

menyebabkan awal terjadi perbedaan antara tegangan teknis dan tegangan

sebenarnya?

Jawaban: Necking adalah peristiwa pengecilan spesimen setempat pada bagian

tengah spesimen yang terjadi karena penarikan mencapai tegangan maksimum.

Dengan kata lain terjadi perubahan luas permukaan pada specimen. Hal ini yang

menyebabkan terjadi perbedaan antara tegangan teknis dan tegangan sebenarnya.

Karena tegangan sebenarnya menghitung perubahan luas penampang per satuan

waktu penarikan yang berbeda, sedangkan pada tegangan teknis hanya menghitung

secara umumnya saja yaitu hanya luas permukaan awal.

4. Jelaskan mengapa pada beberapa polimer kekuatannya meningkat bila ditarik di

atas daerah necking?

Jawaban: Pada beberapa polimer kekuatannya meningkat bila ditarik diatas daerah

necking. Hal ini disebabkan karena pada saat terjadi necking akan terjadi kristalisasi

yang menyebabkan penguatan lokal pada daerah tersebut. Penguatan lokal yang

terjadi karena kristalisasi yang terjadi membuat atom membutuhkan gaya yang lebih

besar untuk bergerak. Sehingga terjadi peningkatan kekuatan.

5. Jelaskan apakah keuletan untuk logam yang sama akan sama apabila gauge

lengthnya berbeda?

Jawaban: Keuletan untuk logam yang sama akan sama apabila gauge lengthnya

berbeda, karena keuletan merupakan sifat dari material. Gauge length dapat berbeda

karena gauge length hanyalah indikator daerah yang ingin diamati perubahannya.

6. Jelaskan apa yang dimaksud dengan modulus of resilience? Hitung besarnya

modulus of resilience dari data yang diperoleh.

Jawaban: Modulus of resilience adalah kapasitas suatu bahan menyerap energi

dalam fase perubahan elastis. Besarnya modulus of resilience dapat dilihat dari luas

segitiga yang ada pada diagram.

7. Jelaskan bagaimana pengaruh ikatan atom terhadap modulus elastisitas logam?

Jawaban: Modulus elastisitas adalah sebuah ukuran yang digunakan untuk

merepresentasikan kekakuan suatu bahan. Makin besar nilai modulus elastisitas, maka

makin kecil regangan elastis yang dapat dihasilkan dari pemberian tegangan.

Kekakuan tersebut terjadi karena adanya gaya ikat antar atom. Dengan kata lain

modulus elastisitas adalah besarnya gaya untuk memisahkan gaya ikat antar atom.

8. Jelaskan apakah perbedaan antara continuous yielding dengan discontinuous

yielding? Bagaimana discontinuous yielding dapat terjadi?

0

100

200

300

400

500

600

700

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

Stre

ss

Strain

Stress-strain Diagram

Jawaban: Perbedaan antara continuous yielding dan discontinuous yielding

terletak pada komposisi karbonnya. Continuous yielding terjadi pada baja berkarbon

tinggi, sedangkan discontinuous yielding terjadi pada baja berkarbon rendah.

Discontinuous yielding terjadi karena proses tempering yang menyebabkan kadar

karbon yang tinggi terlepas keudara, sehingga kadar karbonnya menjadi rendah.

9. Jelaskan apa yang dimaksud keuletan logam dan ada berapa cara untuk menentukan

keuletan logam?

Jawaban: Keuletan adalah kemampuan logam untuk berdeformasi bila diberikan

beban atau gaya tarik tanpa terjadi patah. Cara untuk menentukan keuletan logam

didapat dengan uji tarik. Dari uji tarik tersebut didapatkan diagram stress-strain. Nilai

strain yang didapat dari uji tarik tersebut menunjukkan keuletan.

10. Jelaskan bagaimana cara menentukan kekuatan keramik?

Jawaban: Kekuatan keramik dapat ditentukan dengan cara melakukan percobaan

uji tarik ataupun uji impak. Dari percobaan uji tarik didapat diagram stress-strain, dari

situ kita bisa melihat kekuatan keramik. Sedangkan uji impak kita mendapatkan

diagram DBTT (Ductile to Brittle Transition Temperature), dari situ kita bisa melihat

juga kekuatan keramik.

11. Jelaskan bagaimana cara menentukan kekuatan polimer?

Jawaban: Kekuatan polimer dapat ditentukan dengan cara melakukan percobaan

uji tarik ataupun uji impak. Dari percobaan uji tarik didapat diagram stress-strain, dari

situ kita bisa melihat kekuatan polimer. Sedangkan uji impak kita mendapatkan

diagram DBTT (Ductile to Brittle Transition Temperature), dari situ kita bisa melihat

juga kekuatan polimer.

12. Jelaskan apa yang dimaksud dengan viskoelastisitas serta berikan contohnya?

Jawaban: viskoelastisitas adalah karakteristik mekanis gabungan antara liquid

dan polimer pada temperatur yang tinggi. Contoh viskoelastisitas dapat ditemukan

pada sebuah silicon polimer.

VI. LEMBAR DATA, PERHITUNGAN DAN ANALISIS

A. Lembar Data

B. Perhitungan

B.1 Rumus

Tegangan teknis, σ =

; (N/mm2)

Regangan teknis, Ɛ =

; (Tanpa Dimensi)

Tegangan sebenarnya, ; (N/mm2)

Regangan sebenarnya, ; (N/mm2)

B.2 Contoh perhitungan

Contoh perhitungan ini menggunakan data nomor 10 dari tabel hasil perhitungan :

σ =

=

Ɛ =

=

( )

( )

B.3 Hasil Data Perhitungan

No F Ɛ σ

1 0 117.7002 0 0.936507147 0 0.936507147

2 0.26 217.813 0.0052 1.733076459 0.00518653 1.742088456

3 0.4275 363.9237 0.00855 2.895637138 0.00851366 2.920394835

4 0.595 610.1471 0.0119 4.854766826 0.01182975 4.912538549

5 0.76 1139.122 0.0152 9.063667283 0.01508564 9.201435024

6 0.9275 1826.383 0.01855 14.5320074 0.01838005 14.80157613

7 1.1125 2680.763 0.02225 21.330066 0.02200608 21.80465995

8 1.28 3460.793 0.0256 27.536543 0.02527781 28.24147849

9 1.4475 4187.679 0.02895 33.32016797 0.02853886 34.28478683

10 1.6125 4903.325 0.03225 39.01435954 0.03174088 40.2725726

11 1.78 5655.753 0.0356 45.00121682 0.03498097 46.60326011

12 1.9475 6438.054 0.03895 51.22576543 0.03821059 53.22100898

13 2.115 7257.01 0.0423 57.74196574 0.04142981 60.1844509

14 2.28 8082.849 0.0456 64.31292674 0.04459088 67.24559616

15 2.4475 8949.426 0.04895 71.20803454 0.04778966 74.69366782

16 2.615 9833.704 0.0523 78.24398553 0.05097824 82.33614599

17 2.7825 10746.77 0.05565 85.50898736 0.05415669 90.26756255

18 2.9475 11665.19 0.05895 92.81656228 0.05727785 98.2880986

19 3.115 12629.53 0.0623 100.4895478 0.06043637 106.7500466

20 3.2825 13605.97 0.06565 108.2588686 0.06358494 115.3660634

21 3.4475 14602.64 0.06895 116.189041 0.06667686 124.2002753

22 3.615 15633.04 0.0723 124.3876359 0.06980587 133.3808621

23 3.78 16682.29 0.0756 132.736243 0.07287864 142.7711029

24 3.95 17754.45 0.079 141.2671163 0.07603468 152.4272179

25 4.115 18819.77 0.0823 149.7435669 0.0790884 162.0674617

26 4.2825 19916.17 0.08565 158.4673284 0.08217888 172.0400544

27 4.4475 21053.27 0.08895 167.5148909 0.08521392 182.4153396

28 4.615 22175.44 0.0923 176.443631 0.08828556 192.7293774

29 4.7825 23338.1 0.09565 185.6946026 0.09134779 203.4562906

30 4.95 24506.11 0.099 194.9881084 0.09440067 214.2919304

31 5.115 25699.74 0.1023 204.4855051 0.0973989 225.4043713

32 5.285 26897.36 0.1057 214.0146354 0.10047862 236.6359817

33 5.45 28126 0.109 223.7905792 0.1034587 248.1837515

34 5.6175 29358.63 0.11235 233.5982257 0.10647489 259.8429855

35 5.7825 30607.4 0.11565 243.5343917 0.10943719 271.699143

36 5.95 31876.38 0.119 253.6312616 0.11243543 283.8133807

37 6.1175 33160.14 0.12235 263.8458038 0.1154247 296.127337

38 6.285 34457.34 0.1257 274.1672489 0.11840506 308.6300713

39 6.4525 35758.52 0.12905 284.5203655 0.12137657 321.2377179

40 6.62 37060.97 0.1324 294.8836144 0.12433927 333.9262043

41 6.785 38426.84 0.1357 305.751431 0.1272492 347.2418992

42 6.95 39764.07 0.139 316.3913933 0.13015068 360.3697958

43 7.12 41090.52 0.1424 326.9455723 0.13313131 373.5026211

44 7.285 42455.99 0.1457 337.8102497 0.1360158 387.0292021

45 7.4525 43811.55 0.14905 348.5960749 0.13893551 400.5543189

46 7.62 45175.66 0.1524 359.4498739 0.14184672 414.2300339

47 7.785 46527.25 0.1557 370.2040898 0.14470622 427.8448654

48 7.9525 47893.93 0.15905 381.0783712 0.1476007 441.6888851

49 8.117499 49280.68 0.16235 392.1123153 0.15044381 455.7717446

50 8.285 50689.89 0.1657 403.3250368 0.15332176 470.1559942

51 8.45 52147.5 0.169 414.9227888 0.15614868 485.0447385

52 8.617499 53545.92 0.17235 426.0496337 0.15901027 499.4792826

53 8.7825 54988.7 0.17565 437.5294026 0.16182119 514.3814444

54 8.9475 56426.07 0.17895 448.9661554 0.16462422 529.3086509

55 9.1125 57903.76 0.18225 460.7237565 0.16741941 544.6906629

56 9.28 59341.1 0.1856 472.1602296 0.17024897 559.7931657

57 9.4475 60769.01 0.18895 483.5217044 0.17307057 574.8831327

58 9.6125 62215.71 0.19225 495.0327406 0.17584228 590.2027869

59 9.7775 63642.23 0.19555 506.3831507 0.17860633 605.4063773

60 9.9425 65084.87 0.19885 517.8618006 0.18136277 620.8386208

61 10.11 66508.67 0.2022 529.1905783 0.18415321 636.1929095

62 10.275 67948.57 0.2055 540.6474404 0.18689441 651.7504853

63 10.4425 69334.69 0.20885 551.6763805 0.1896695 666.8939938

64 10.6075 70676.41 0.21215 562.352117 0.19239564 681.6551195

65 10.775 71937.46 0.2155 572.3859082 0.19515551 695.735067

66 10.9375 73081.53 0.21875 581.4889501 0.19782574 708.6896579

67 11.105 74062.92 0.2221 589.2975961 0.20057068 720.1805868

68 11.2725 74830.55 0.22545 595.4053698 0.20330812 729.6395109

69 11.4375 75358.88 0.22875 599.6091885 0.20599739 736.7697904

70 11.6025 75751.43 0.23205 602.7325723 0.20867945 742.5966653

71 11.77 76082.14 0.2354 605.3639451 0.2113948 747.8666118

72 11.935 76391.34 0.2387 607.8241243 0.21406243 752.9117362

73 12.1 76723.39 0.242 610.4661889 0.21672297 758.1989997

74 12.2675 76922.34 0.24535 612.0492023 0.21941661 762.2154732

75 12.4325 77156.27 0.24865 613.9104521 0.22206297 766.5592847

76 12.6 77348.5 0.252 615.4400064 0.22474226 770.5308809

77 12.765 77535.36 0.2553 616.9267932 0.22737458 774.428196

78 12.93 77652.31 0.2586 617.857356 0.22999998 777.6352602

79 13.0975 77739.7 0.26195 618.5526362 0.23265814 780.5824973

80 13.2625 77784.06 0.26525 618.9056532 0.23526973 783.0703754

81 13.43 77796.16 0.2686 619.00188 0.23791392 785.2657767

82 13.595 77732.98 0.2719 618.499177 0.24051183 786.6690947

83 13.76 77652.31 0.2752 617.857356 0.24310302 787.8916914

84 13.9275 77497.72 0.27855 616.6272975 0.24572662 788.3888284

85 14.0925 77267.84 0.28185 614.7982475 0.24830434 788.0791303

86 14.2575 76953.27 0.28515 612.2952389 0.25087544 786.8912225

87 14.425 76552.66 0.2885 609.1077041 0.25347874 784.8352674

88 14.59 76063.32 0.2918 605.2141973 0.25603658 781.8156903

89 14.755 75530.96 0.2951 600.9783652 0.25858791 778.3270821

90 14.9225 74943.48 0.29845 596.3039192 0.26117124 774.2708198

91 15.0875 74327.76 0.30175 591.4048203 0.26370951 769.8612203

92 15.255 73670.37 0.3051 586.1741501 0.26627967 765.0158847

93 15.42 73006.24 0.3084 580.8898965 0.26880502 760.0363414

94 15.585 72332.71 0.3117 575.5307999 0.27132401 754.9237507

95 15.7525 71636.32 0.31505 569.9898179 0.27387468 749.5651052

96 15.9175 70921.09 0.31835 564.2989636 0.27638095 743.9435335

97 16.085 70180.33 0.3217 558.4049023 0.27891877 738.0437492

98 16.2525 69432.83 0.32505 552.4572575 0.2814502 732.033495

99 16.4225 68642.3 0.32845 546.1672875 0.28401283 725.5559189

100 16.5875 67857.15 0.33175 539.9200226 0.28649386 719.0384859

101 16.7575 67038.38 0.33515 533.4053375 0.28904364 712.1761331

102 16.925 66192.72 0.3385 526.6766291 0.29154957 704.9566601

103 17.0925 65325.53 0.34185 519.7766649 0.29404924 697.4623052

104 17.26 64434.14 0.3452 512.6841234 0.2965427 689.6626851

105 17.4275 63519.89 0.34855 505.4096652 0.29902994 681.5702017

106 17.5975 62565.29 0.35195 497.8141722 0.30154799 673.0198685

107 17.765 61571.69 0.3553 489.9083983 0.30402282 663.9728463

108 17.9325 60561.95 0.35865 481.8741981 0.30649154 654.698369

109 18.1 59511.86 0.362 473.5189009 0.30895421 644.9327467

110 18.27 58416.04 0.3654 464.7998327 0.31144743 634.6376958

111 18.435 57298.71 0.3687 455.9095085 0.31386138 624.0033394

112 18.605 56112.78 0.3721 446.4734034 0.31634241 612.6061528

113 18.7725 54871.71 0.37545 436.5985912 0.31878094 600.5195242

Keterangan: Ultimate tensile stress didapat pada data no. 81 (untuk engineering stress) dan

data no.84 (untuk true stress)

C. Analisis

Dengan melakukan percobaan uji tarik, dapat ditentukan kekuatan, keuletan, dan juga

ketangguhan dari suatu material. Hal tersebut ditentukan dari diagram yang didapatkan pada

saat melakukan uji tarik yaitu diagram stress-strain. Dari diagram tersebut dapat juga

digunakan untuk menentukan ultimate tensile stress, yield strength, modulus young, modulus

of resilience, dan toughness suatu material. Pada saat melakukan uji tarik spesimen harus

dipasang dengan sedemikian rupa. Kalau tidak dapat terjadi slip, ini disebabkan oleh

spesimen yang belum terpasang dengan kuat. Slip ini menyebabkan peregangan yang terjadi

terlambat untuk meregang, karena menyesuaikan posisi spesimennya terlebih dahulu.

Spesimen yang terjadi slip, biasanya dapat kita lihat melalui gripnya. Pada grip tersebut akan

terlihat coakan karena pada saat spesimen diberikan tegangan, gripnya belum kencang

sehingga terjadi pengrusakan akibat gaya yang terjadi pada grip tersebut.

VII. SIMPULAN

Kekuatan dari baja yang dijadikan spesimen pada praktek ini adalah 619.00188

, keuletan

dari baja yang dijadikan spesimen pada praktek ini adalah 0.37545. Ketangguhan dari baja ini

dapat dilihat dari luas diagram stress-strain yang ada.

VIII. DAFTAR PUSTAKA

Callister, D.(2001). Fundamentals of Materials Science and Engineering. Fifth Edition; hal.

155,166. United States of America: John Wiley & Sons,Inc.

0

100

200

300

400

500

600

700

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

Stre

ss

Strain

Stress-strain Diagram

IX. LAMPIRAN

Patahan jenis cup-cone bagian pertama

Patahan jenis cup-cone bagian kedua