(§ 6)

= perilaku bahan yang menunjukkan hubungan antara beban atau gaya yang dikenakan dengan response

atau deformasi bahan tersebut

Perilaku mekanik terpenting : Kekuatan ( strength ) Kekerasan ( hardness ) Keuletan ( ductility ) Kekekaran ( stiffness )

Faktor berpengaruh terhadap sifat mekanik : Beban : tarik/tekan/geser/puntir, besarnya Waktu pembebanan Kondisi lingkungan : T, inert / korosif

Untuk kepentingan berbagai pihak pengujian harus konsisten standar ASTM, dll

Structural Engineer : untuk beban tertentu pada bahan tertentu besar tegangan & distribusinya (berdasar analisa tegangan)

Material/Metallurgical Engineer : produksi & fabrikasi bahan yang sesuai dengan persyaratan berdasarkan analisa tegangan

Konsep Tegangan-Regangan (Stress-Strain) Beban statik merata pada seluruh penampang lintang

permukaan benda 4 cara pembebanan : (a)tarik, (b)tekan, (c)geser, (d)puntir

Uji tarik :

- hubungan beban – penambahan panjang

- engineering stress : σ = F/Ao [N/m²]

- engineering strain : ε = (ℓi - ℓo)/ ℓo = Δℓ / ℓo

Uji tekan :

- = uji tarik, tapi F < 0 < 0 ; ε < 0 Uji geser (shear test) :

- tegangan geser : = F/A0

- regangan geser : = tan θ Uji puntir (torsional test)

- gaya puntir gerak rotasi sekeliling sumbu panjang pada satu ujung dan ujung lain tetap

- tegangan geser : = T/A0

- regangan geser : = tan

Stress - Strain Behavior

deformasi elastik (jika beban dilepas kembali ke bentuk asal) σ = E . (hukum Hooke)

E = modulus elastisitas = modulus Young (tabel 6.1)

= kekekaran (stiffness)

Regangan elastik : regangan ikatan antar atom E kekuatan ikatan antar atom (fig. 6.6)

E : polimer < logam < keramik

E = f (T) fig. 6.7

Tegangan geser : = G. ; G = modulus geser (tabel 6.1)

Anelasticity = time-dependent elastic behavior

: logam diabaikan ; polimer viscoelastic behavior

Logam / paduan

Modulus elastisitas Modulus geser Nisbah PoissonGPa 106 psi GPa 106 psi

Al 69 10 25 3,6 0,33

kuningan 97 14 37 5,4 0,34

Cu 110 16 46 6,7 0,34

Mg 45 6,5 17 2,5 0,29

Ni 207 30 76 11,0 0,31

Baja 207 30 83 12,0 0,30

Ti 107 15,5 45 6,5 0,34

W 407 59 160 23,2 0,28

Tabel 6.1

Gambar 6.6

Gambar 6.7

Elastic Properties

Tegangan tarik dalam arah sumbu z - perpanjangan dalam arah sumbu z : z

- penyempitan dalam arah sumbu x dan y : x = y (< 0)

Poisson’s ratio : = (Tabel 6.1)

Bahan isotropik : = 0,25-0,50Logam & paduan : = 0,25-0,35

Hubungan moduli geser, elastisitas dan nisbah Poisson :E = 2G ( 1+ ) ; logam : G 0,4E

Bahan anisotropik : E = f ( arah kristalografi )Bahan konstruksi umumnya polikristalin isotropik

z

y

z

x

Deformasi plastik : pemutusan ikatan antar atom tetangga dan pembentukan ikatan dengan atom tetangga baru, pada > 0,005

Padat kristalin : deformasi karena slip (gerakan dislokasi)

Padat amorf : deformasi dgn mekanisme aliran viscous

Titik P = proportional limit = tegangan yang menyebabkan deformasi plastik mulai terjadi bahan mulai luluh (yielding)

Yield point phenomenon

Strain offset

Letak titik P susah ditentukan = titik potong antara grs // kurva elastik berjarak = 0,002 dgn kurva - jarak grs // = strain offset

Necking starts

fracture

Kuat Luluh (Yield Strength) tabel 6.2

Kuat luluh : y = tegangan pada titik PBahan yang daerah elastiknya tidak linier tidak ada strain offset kuat luluh = tegangan pada = 0,005Transisi elastik – plastik jelas, ada upper & lower yield points yield point phenomenon ; y = lower yield point

Tensile strength (TS) = Ultimate Strength (σu) = kuat tarik = tegangan tarik maksimum yang dapat ditanggung

bahan (titik M) tabel 6.2jika tegangan sebesar kuat tarik tetap dikenakan necking (penyempitan) fracture (patah ; titik F)

0.002

Contoh : diagram - untuk kuningan

Logam / paduan Kuat luluh (y)

MPa (ksi)

Kuat tarik (TS)

MPa (ksi)

Keuletan, % EL

[in 50 mm (2 in)]

Al 35 (5) 90 (13) 40

Cu 69 (10) 200 (29) 45

Kuningan 70-30 75 (11) 300 (44) 68

Fe 130 (19) 262 (38) 45

Ni 138 (20) 480 (70) 40

Baja 1020 180 (26) 380 (55) 25

Ti 450 (65) 520 (75) 25

Mo 565 (82) 655 (95) 35

Tabel 6.2

Keuletan (ductility) tabel 6.2

= Ukuran derajat deformasi plastik yang dapat ditanggung bahan hingga saat patah

dinyatakan sebagai :

% elongation : % EL = ((ℓf - ℓo )/ ℓo) x 100% , atau

% area reduction : % AR = ((Ao – Af)/Ao) x 100%

Bahan yang sedikit / tidak mengalami deformasi plastik sebelum patah = bahan rapuh (brittle ; εf 5%)

Pengaruh temperatur :T TS dan y keuletan

Resilience

= kapasitas bahan untuk menyerap energi saat mengalami deformasi elastik

Modulus of resilience =

= energi regangan per satuan volum untuk memberi tegangan pada bahan hingga mulai luluh

= luas daerah di bawah kurva σ - ε hingga kuat luluh Daerah elastik kurva σ - ε linier

Ur = ½ σy εy = ½ σy (σy/E) = σy² / 2Esatuan : J/m3 = Pa

bahan resilient = bahan dengan σy >> dan E << bahan konstruksi pegas

y

d.Ur0

Ketangguhan (Toughness)

= Ukuran kemampuan bahan untuk menyerap energi hingga patah (tergantung geometri spesimen & cara penerapan beban)

Pembebanan dinamik (high strain rate), mis : impact test notch toughness

Fracture toughness : ketahanan bahan yang sudah retak = intensitas tegangan kritik mulainya propagasi retakan

Pembebanan statik (low strain rate) ketangguhan = luas daerah di bawah kurva σ - ε hingga patah

Satuan ketangguhan : energi per satuan volum bahan bahan tangguh = bahan kuat & duktil (luas AB’C’ > ABC)

True Stress & Strain

Setelah lewat titik M, σ tetapi bahan menjadi lebih kuat, karena luas penampang di daerah necking tidak terdeteksi dengan σ dan ε

True stress = σT = F/Ai ; Ai = luas penampang sesaat True strain = εT = ln (ℓi / ℓo) ; li = panjang sesaat tidak ada perubahan volum Ai ℓi = Ao ℓo σT = σ (1+ε)

εT = ln (1+ε)

stress di daerah neck tidak hanya axial correct (axial) stress < beban / luas penampang terukur kurva correctedantara awal deformasi plastik hingga awal necking : σT = K. εT

n

K,n = konstanta = f (jenis & kondisi bahan) tabel 6.3n = strain hardening exponent (the ability to strain harden) < 1

material n K (MPa)

Baja karbon rendah (annealed)

0,21 600

Baja 4340 (tempered) 0,12 2650

Stainless steel 304 (annealed)

0,44 1400

Tembaga (annealed) 0,44 530

Naval brass (annealed)

0,21 585

Paduan Al 2024 (heat treated – T3)

0,17 780

Strain-hardening exponent

Kekerasan (Hardness)

= Ukuran ketahanan bahan terhadap deformasi plastik lokalUji kekerasan lebih sering dilakukan d/p uji mekanik lain :1. Sederhana dan tidak mahal2. Relatif tidak merusak (non destructive)

3. Dapat digunakan untuk memperkirakan σu kualitatif : skala Mohs

Indeks kekerasan kuantitatif : Indentasi permukaan dgn

indenter + beban + laju ttt

Hasil pengukuran kekerasan relatif , tergantung teknik pengukuran !!!

Uji Kekerasan Rockwell

sederhana, mudah dilakukan untuk semua jenis logam dan paduan angka kekerasan = f (selisih kedalaman penetrasi

indenter dengan beban minor dan major) Berdasarkan besar beban : uji Rockwell dan superficial

Rockwell tabel 6.6a & b Dinyatakan dengan angka dan simbol skala, contoh :

80HRB = kekerasan Rockwell 80 pada skala B60HR30W = kekerasan superficial 60 pada skala 30Wharga kekerasan > 100 dan < 20 tidak teliti

Tebal spesimen > 10 x kedalaman indentasiJarak antara pusat indentasi ke tepi spesimen, atau ke pusat indentasi yang lain > 3 x diameter indentasiSpesimen tidak boleh ditumpukPermukaan spesimen harus datar dan halus

Skala Kekerasan Rockwell

(beban minor = 10 kg)

simbol indenter Beban major (kg)

A Diamond 60

B 1/16 in ball 100

C Diamond 150

D Diamond 100

E 1/8 in ball 100

F 1/16 in ball 60

G 1/16 in ball 150

H 1/8 in ball 60

K 1/8 in ball 150

Skala Kekerasan Rockwell Superfisial (beban minor = 3 kg)

simbol indenter Beban major (kg)

15N Diamond 15

30N Diamond 30

45N Diamond 45

15T 1/16 in ball 15

30T 1/16 in ball 30

45T 1/16 in ball 45

15W 1/8 in ball 15

30W 1/8 in ball 30

45W 1/8 in ball 45

Uji Kekerasan Brinell

Indenter = bola baja atau bola tungsten karbida, ø = 10 mm Beban : 500 - 3000 kg ; waktu : 10 & 30 detik

P = beban (kg) D = diameter indenter (mm)

d = diameter indentasi (mm)

Uji Kekerasan mikro Knoop dan Vickers (diamond pyramid)

HV = 1,854 P/d12 P = 1- 1000 g d1 = diagonal

indentasi

HK = 14,2 P/ ℓ2 ℓ = diagonal panjang indentasilihat tabel 6.5 !!!

)dDD(D

PHB

22

2

Konversi Kekerasan

Hubungan Kekerasan dengan Kuat Tarik Baja : σu (MPa) = 3,45 x HB

σu (psi) = 500 x HB Koefisien : kuningan < baja < besi cor nodular

TUGAS I (kelompok @ 3 orang)

Callister 7th § 6 no : 6.9

6.24

6.47