1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Universitas Teuku Umar yang merupakan satu-satunya universitas di

daerah pantai Barat Selatan Aceh harus mampu menyeimbangkan perkembangan

teknologi tersebut agar mampu bersaing dengan universitas lainnya yang berada

di tingkat lokal dan nasional, salah satu usaha yang dapat dilakukan adalah dengan

peningkatan kualitas mahasiswa, mahasiswa harus mampu mengaplikasikan teori-

teori yang didapatkan di ruang kuliah ke lapangan kerja tentunya, salah satunya

yang dapat mendukung hal tersebut diatas adalah dengan memberikan

pendalaman pemahaman teori melalui praktikum-pratikum. Keterbatasan alat-alat

praktikum di Fakultas Teknik Universitas Teuku Umar Meulaboh, yang selama

ini praktikum mahasiswa dilakukan dengan menyewa alat praktikum dengan biaya

yang besar di universitas-universitas lainnya seperti Unsyiah dan USU, selain

biaya yang besar dan mengingat jarak tempuh perjalan ke tempat praktikum dan

penelitian tersebut sangat jauh (rata-rata diatas 250-500 km dari UTU) membuat

praktikum dan penelitian mahasiswa menjadi tidak optimal.

Berdasarkan hal tersebut di atas maka rancangan alat praktikum perlu

dibuat salah satunya adalah alat pengujian impak (impact testing) untuk

penunjang praktikum mata kuliah Material Teknik pada Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Teuku Umar.

2

Rancangan alat pengujian impak (impact testing) tipe charpy dan uji

kelayakan pakai alat ini dilakukan dengan pengujian impak pada beberapa

bahan/material sesuai dengan standar alat uji impak ASTM E 23-02.

Dengan selesainya pembuatan alat pengujian impak yang direncanakan ini

diharapkan dapat digunakan untuk praktikum dan penelitian mahasiswa

selanjutnya yang berhubungan dengan kontruksi atau mesin yang mengalami

beban kejut (impak),

Secara struktural penelitian ini akan menjadi nilai tambah tersendiri bagi

lembaga khususnya Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Teuku

Umar dalam pengadaan peralatan uji / praktikum secara mandiri. Jadi dapat

dikatakan secara fungsional peralatan ini dapat berguna sebagai pendukung

penelitian staf pengajar dan praktikum mahasiswa.

1.2.Rumusan Masalah

Keterbatasan peralatan praktikum pada jurusan Teknik Mesin Universitas

Teuku Umar, maka dirasa perlu untuk dirancang alat praktikum, salah satunya alat

uji impak untuk praktikum material teknik, perencanaan desain alat uji ini sesuai

dengan standar ASTM E 23-02.

1.3.Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk perencanaan desain alat pengujian

impak (impact testing) tipe charpy.

3

1.4. Manfaat Penelitian

Dengan selesainya perencanaan desain alat pengujian impak (impact

testing) tipe charpy akan memberikan dampak positif terhadap tahap proses

berikutnya yaitu pembuatan dan perakitan.

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Ketangguhan Bahan

Ketangguhan adalah suatu ukuran energi yang diperlukan untuk

mematahkan suatu bahan. Bahan yang bersifat ulet akan memerlukan energi

perpatahan yang lebih besar dan mempunyai sifat tangguh yang lebih baik

daripada bahan yang bersifat getas dengan kekuatan bahan yang sama. Penurunan

ketangguhan bahan sangat beresiko dan dapat berakibat fatal, oleh karena itu

ketangguhan perlu diukur atau dikuantifikasi secara konvensional, hal tersebut

dilakukan dengan uji impak atau benturan. [8].

Patah getas menjadi permasalahan penting pada besi dan baja pada tahun

1930-an ketika jembatan-jembatan rusak di berbagai tempat di negara Eropa, dan

ketika pipa minyak gas alam rusak di AS antara tahun 1940-1943, ketika kapal-

kapal perang patah dan tenggelam di AS. Setelah itu banyak contoh diperoleh

mengenai permasalahan tersebut. Untuk menelaah ketahanan terhadap keadaan

patah tersebut [11]

Pengujian impak bertujuan untuk mengukur berapa energi yang dapat

diserap suatu material sampai material tersebut patah. Pengujian impak

merupakan respon terhadap beban kejut atau beban tiba-tiba (beban impak) [8].

Dalam pengujian impak terdiri dari dua teknik pengujian standar yaitu

Charpy dan Izod. Pada pengujian standar Charpy dan Izod, dirancang dan masih

5

digunakan untuk mengukur energi impak yang juga dikenal dengan ketangguhan

takik [8].

2.2. Metode Izod

Menggunakan batang impak kantilever. Benda uji izod sangat jarang

digunakan pada saat sekarang ini. Pada benda uji izod mempunyai penampang

lintang bujur sangkar atau lingkaran dan bertakik V didekat ujung yang dijepit.

batang uji di letakkan secara vertical, dijepit pada salah satu ujungnya dan arah

pukulan berlawanan dengan takikan.

2.3. Metode Charpy

Pengujian impak charpy banyak dipergunakan untuk menentukan kualitas

bahan. Batang uji dengan takikan 2 mmV, paling banyak dipakai. Pengujian patah

yang umum biasanya ditentukan oleh tegangan yang diperlukan untuk

mematahkan, tetapi pada pengujian metode charpy adalah energi yang diperlukan

untuk mematahkan, jadi dipandang dari sudut ini pengujian dengan metode charpy

dapat dianggap cara pengujian yang maju [11]

Menggunakan batang impak yang ditumpu pada kedua ujungnya. Benda

uji charpy mempunyai luas penampang lintang bujur sangkar dan memiliki takik

V – 450, 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 dengan ayunan bandul. Benda uji akan melengkung dan patah pada

laju regangan yang tinggi[2].

6

Menurut American Society for Testing and Materials (ASTM),

standarisasi Notched Bar Test adalah ASTM E 23-01, pengujian impak dengan

metode charpy dan impak dapat dilihat pada gambar 2.1.

Gambar 2.1. Metode Pengujian Impak

Sumber : Calliester, 2007

2.4. Pengujian Impak Metode Charpy

Dalam menentukan ketahanan logam terhadap pembebanan kejut (Impact

Strenght), prinsipnya adalah berapa besar gaya kejut yang dibutuhkan untuk

mematahkan benda uji dibagi dengan luas penampang bahan[1].

Spesimen charpy berbentuk batang dengan penampang lintang bujur

sangkar dengan takikan V oleh proses permesinan (gambar 2.2.a). Mesin

pengujian impak diperlihatkan secara skematik dengan (gambar 2.2.b). Beban

didapatkan dari tumbukan oleh palu pendulum yang dilepas dari posisi ketinggian

h. Spesimen diposisikan pada dasar seperti pada (gambar 2.2.b) tersebut. Ketika

dilepas, ujung pisau pada palu pendulum akan menabrak dan mematahkan

spesimen ditakikannya yang bekerja sebagai titik konsentrasi tegangan untuk

7

pukulan impak kecepatan tinggi. Palu pendulum akan melanjutkan ayunan untuk

mencapai ketinggian maksimum h’ yang lebih rendah dari h. Energi yang

diserap dihitung dari perbedaan h’ dan h (mgh – mgh’), adalah ukuran dari

energi impak. Posisi simpangan lengan pendulum terhadap garis vertikal sebelum

dibenturkan adalah α dan posisi lengan pendulum terhadap garis vertikal setelah

membentur spesimen adalah β.

Gambar 2.2. Metode Impak Metode Charpy

Sumber : Calliester, 2007

8

2.5. Prinsip Dasar Mesin Uji Impak

Apabila pendulum dengan berat G dan pada kedudukan h1 dilepaskan,

maka akan mengayun sampai kedudukan posisi akhir 4 pada ketinggian h2 yang

juga hampir sama dengan tinggi semula (h1), dimana pendulum mengayun bebas.

Pada mesin uji yang baik, skala akan menunjukkan usaha kilogram meter (kg.m)

pada saat pendulum mencapai kedudukan 4. seperti terlihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Prinsip Dasar Mesin Uji Impak

Sumber : Doddy Yuniardi, 2005

Apabila batang uji dipasang pada kedudukannya dan pendulum

dilepaskan, maka pendulum akan memukul batang uji dan selanjutnya pendulum

9

akan mengayun sampai kedudukan 3 pada ketinggian h2. Usaha yang dilakukan

pendulum waktu memukul benda uji atau usaha yang diserap benda uji sampai

patah dapat diketahui dengan menggunakan persamaan 2.1[1,3,8]:

W1 = G x h1 (Kg.m)........................................................................... 2.1

Atau dengan menggunakan persamaan 2.2 :

W1 = G x λ (1 – cos α) (Kg.m) ......................................................... 2.2

Dimana :

W1 = Usaha yang dilakukan (Kg.m)

G = Berat pendulum (Kg)

h1 = Jarak awal antara pendulum dengan benda uji (m)

λ = Jarak lengan pengayun (m)

cos λ = Sudut posisi awal pendulum

Sedangkan sisa usaha setelah mematahkan benda uji dapat dihitung

dengan menggunakan persamaan 2.3 :

W2 = G x h2 (Kg.m)........................................................................... 2.3

Atau dengan menggunakan persamaan 2.4 :

10

W2 = G x λ (1 – cos β) (Kg.m) .......................................................... 2.4

Dimana :

W2 = Sisa usaha setelah mematahkan benda uji (Kg.m)

G = Berat pendulum (Kg)

H2 = Jarak akhir antara pendulum dengan benda uji (m)

λ = Jarak lengan pengayun (m)

cos β = Sudut posisi akhir pendulum

Besarnya usaha yang diperlukan untuk memukul patah benda uji dapat

diketahui melalui persamaan 2.5 :

W = W1 – W2 (Kg.m) ........................................................................ 2.5

Sehingga dari persamaan diatas diperoleh persamaan 2.6 :

W2 = G x λ (cos β – cos λ) (Kg.m).................................................... 2.6

dimana :

W = usaha yang diperlukan untuk mematahkan benda uji (kg m)

W1 = usaha yang dilakukan (kg m)

W2 = sisa usaha setelah mematahkan benda uji (kg m)

11

G = berat pendulum (kg)

λ = jarak lengan pengayun (m)

cos λ = sudut posisi awal pendulum

cos β = sudut posisi akhir pendulum

Besarnya harga impak setelah dilakukan pengujian dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan 2.7:

K = 0A

W.............................................................................................. 2.7

dimana :

K = nilai impak (kg m/mm2)

W = usaha yang diperlukan untuk mematahkan benda uji (kg m)

Ao = luas penampang di bawah takikan (mm2)

Pengujian impak dapat diidentifikasi sebagai berikut [1,4]:

1. Material yang getas, bentuk patahannya akan bermukaan merata, hal ini

menunjukkan bahwa material yang getas akan cenderung patah akibat

tegangan normal.

2. Material yang ulet akan terlihat meruncing, hal ini menunjukkan bahwa

material yang ulet akan patah akibat tegangan geser.

12

3. Semakin besar posisi sudut β akan semakin getas, demikian

sebaliknya. Artinya pada material getas, energy untuk mematahkan

material cenderung semakin kecil, demikian sebaliknya.

2.6. Perencanaan Teknik Mesin

Merencanakan berarti merumuskan suatu rancangan dalam memenuhi

kebutuhan manusia, suatu persoalam perencanaan bukanlah suatu persoalan

hipotesis, perencanaan mempunyai maksud yang asli, suatu kreasi untuk

mendapatkan suatu hasil akhir dengan mengambil suatu tindakan yang jelas atau

suatu kreasi atas sesuatu yang mempunyai kenyataan fisik. [9]

Perencanaan mesin berarti perencanaan dari s istem dan segala yang

berkaitan dengan sifat mesin-mesin, produk, struktur, alat-alat dan instrumen.

Pada umumnya perencanaan mesin mempergunakan matematika, ilmu bahan dan

ilmu mekanika teknik.

2.7. Tahapan Perencanaan

Kadangkala perencanaan bermula pada saat seorang sarjana teknik

menemukan adanya suatu kebutuhan dan memutuskan untuk berbuat sesuatu akan

hal tersebut. Pengenalan kebutuhan dan merangkaikan kebutuhan itu dalam

bentuk kata-kata, sering merupakan tindakan kreatif yang tinggi [9]

Proses perencanaan yang menyeluruh dari tahapan perencanaan dapat

digambarkan seperti dalam Gambar 2.4.

13

Gambar 2.4. Tahapan Perencanaan

Sumber : (J.E. Shigley, 1994).

Perumusan masalah harus mencakup seluruh spesifikasi tentang sesuatu

yang direncanakan. Perincian tersebut mencakup sejumlah masukan dan keluaran,

sifat dan dimensi ruang yang dipakai dan semua batasan-batasan atas besaran

yang berkaitan dengan hal tersebut.

Ada beberapa spesifikasi yang dinyatakan secara tidak langsung, sebaga i

akibat dari lingkungan tertentu dari perencana, atau sebagai akibat dari sifat

persoalan itu sendiri. Proses pembuatan yang telah tersedia, bersama-sama dengan

fasilitas yang telah ada pada suatu pabrik tertentu, akan membatasi kebebasan

seorang perencana dan ini tentunya suatu batasan pula. Segala sesuatu yang

membatasi keterbatasan memilih dari si perencana adalah spesifikasi. Banyak

14

bahan dan dalam berbagai ukuran tidak terdaftar dalam katalog para leveransir,

tetapi tidak semuanya mudah didapatkan dan sering tidak cukup. Dan

pertimbangan ekonomis atas persediaan diperlukan agar persediaan tersebut dapat

ditekan sampai ke suatu angka yang paling rendah [9]

2.8. Pertimbangan Perencanaan

Pertimbangan perencanaan bearti menghubungkan beberapa sifat yang

mempengaruhi rencana dari komponen elemen, biasanya sejumlah faktor harus

dipertimbangkan pada setiap situasi perencanaan, kekuatan dari suatu elemen

adalah merupakan faktor yang paling penting dalam mencari geometri dan ukuran

dari elemen, faktor-faktor lain yang harus dipertimbangkan antara lain keandalan,

pertimbangan panas, korosi, keausan, gesekan, pembuatan, kegunaan, biaya,

keamanan, berat, kebisingan, corak bentuk, ukuran, kelendutan, pengaturan,

kekakuan, pengerjaan akhir, pelumasan, pemeliharaan dan lain- lain [9].

Bebererapa di antara faktor tersebut, ada yang berkaitan langsung dengan

ukuran, jenis bahan, pengerjaan dan penggabungan elemen-elemen tersebut

menjadi sebuah sistem. Faktor lainnya mempengaruhi susunan bentuk dari sistem

secara keseluruhan.

Pada beberapa situasi perencanaan terdapat beberapa pertimbangan

perencanaan yang penting, yang ternyata tidak memerlukan perhitungan atau

percobaan dalam merumuskan sebuah elemen atau sebuah sistem. Hal ini perlu

ditegaskan agar tidak terbawa ke arah yang salah dengan mempercayai bahwa

untuk setiap perencanaan akan selalu ada pendekatan matematikanya yang masuk

akal [9].

15

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan Juli sampai dengan Desember

2013 untuk mencapai target yang diinginkan. Pekerjaan persiapan dan pengujian

serta segala sesuatu yang menyangkut pekerjaan kesekretariatan akan dilakukan di

Laboratorium/workshop Mesin Universitas Teuku Umar (Workshop MUTU).

Setiap kejadian, respon dan hasil yang diperoleh selama menjalankan riset dicatat

dalam logbook dan didokumentasi dengan bantuan komputer untuk menjamin

akuntabilitas hasil penelitian. Rangkaian kegiatan yang dilakukan dalam

penelitian ini dapat dilihat dalam gambar 3.1

Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian

MULAI

RENCANA DESAIN ALAT UJI IMPAK CHARPY - Desain Tumpuan Spesimen

- Desain Kerangka Alat Uji - Desain Pendulum dan Lengan Pengayun

- Desain Poros Pengayun dan Bantalan

- Desain Skala Pengukur Energi Impak

RENCANA PERAKITAN DAN PENGUJIAN ALAT UJI IMPAK

- Perakitan Alat Uji Impak

- Dimensi dan Ukuran Spesimen Uji

SELESAI

EVALUASI RENCANA DESAIN TERHADAP ASTM E 23 -02

Tidak Sesuai

Sesuai

STUDI LITERATUR

16

3.2. Rencana Desain Alat Uji Impak Tipe Charpy

Desain Alat Uji Impak Tipe Charpy direncanakan berdasarkan studi

literatur dari beberapa buku teks, jurnal, makalah ilmiah dan standar-standar yang

relevan yang berlaku untuk alat uji impak tipe charpy serta pengamatan langsung

terhadap alat praktikum uji impak yang digunakan di laboratorium Rekayasa

Material Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala .

Desain alat uji impak tipe charpy yang direncanakan pada penelitian ini

adalah tumpuan spesimen, kerangka alat uji, pendulum dan lengan pengayun,

poros dan bantalan serta skala pengukur energi impak. Untuk mempermudah

dalam mempelajari setiap komponen alat ukur ini, komponen yang direncanakan

di desain, digambarkan secara utuh sesuai dengan perencanaan.

Rujukan utama dalam merencanakan desain alat uji impak tipe charpy ini

adalah American Society for Testing and Materials (ASTM) E 23-02 Standard

Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials.

3.3. Rencana Perakitan dan Pengujian Alat Uji Impak Tipe Charpy

Perakitan Alat Uji Impak Tipe Charpy dilakukan dengan penggabungan

beberapa komponen alat uji yang telah direncanakan pada sub bab 3.2. perakitan

dilaksanakan berdasarkan standar sebuah alat uji menggunakan sambungan las

dan baut.

Tata cara perakitan dipelajari berdasarkan studi literatur dari beberapa

buku teks, jurnal, makalah ilmiah dan standar-standar yang relevan yang berlaku

untuk alat uji impak tipe charpy serta pengamatan langsung terhadap bentuk utuh

17

alat praktikum uji impak yang digunakan di laboratorium Rekayasa Material

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala .

Pengujian alat uji impak dilakukan terhadap beberapa spesimen dengan

jenis yang berbeda. Ukuran dan dimensi spesimen berdasarkan standar ASTM E

23-02.

3.4. Menghitung kapasitas maksimum energi impak

Kapasistas maksimum energi impak dihitung dengan menggunakan

persamaan standar pengujian impak seperti pada persamaan pada sub bab 2.5.

persamaan 2.2. adalah :

W1 = G x λ (1 – cos α) (Kg.m) ......................................................... 3.1

Dimana :

W1 = Usaha yang dilakukan (Kg.m)

G = Berat pendulum (Kg)

h1 = Jarak awal antara pendulum dengan benda uji (m)

λ = Jarak lengan pengayun (m)

cos λ = Sudut posisi awal pendulum

Dimana usaha awal yang dilakukan pendulum untuk memukul benda uji

atau usaha yang diserap benda uji sampai patah, di hitung sesuai dengan kondisi

18

alat yang didesain dan hasil usaha awal ini merupakan energi impak maksimum

dari alat uji yang didesain.

Besarnya kapasitas maksimum energi impak yang dihitung dalam satuan

Kg.m di konversikan ke dalam satuan Joule, adalah :

1. Satuan Kg.m sama dikalikan dengan standar gravitasi bumi 9,80 m/det

menghasilkan satuan Kg.m2 /s2 (Kg.m2/s2 = N.m).

2. Satuan N.m sama dengan satuan Joule ( 1 N.m = 1 Joule)

3.5. Evaluasi Rencana Desain Alat Uji Impak tipe Charpy

Perencanaan desain dimensi dan ukuran komponen alat uji impak di

evaluasi kembali kelayakannya berdasarkan standar alat uji impak ASTM E 23-

02, apakah semua komponen seperti kerangka alat uji, pendulum, lintasan

pendulum, tempat dudukan dan tumpuan spesimen dan lainnya telah sesuai

dengan standar-standar alat uji impak, dan jika ditemukan ada beberapa

komponen yang tidak sesuai dimensi dan ukurannya maka komponen tersebut

harus di rencanakan desain ulangnya.

Evaluasi terhadap hasil perhitungan energi impak impak dilakukan dengan

menghubungkan antara persamaan standar yang berlaku untuk uji impak dengan

desain alat uji impak yang direncanakan, sehingga dihasilkan suatu tabel konversi

satuan dari sudut derajat (0) pada desain skala ukur energi impak pada setiap sudut

derajat menjadi satuan N.m atau joule, untuk memudahkan pengguna alat uji

nantinya dalam membaca besaran energi impak alat uji impak yang direncanakan

ini ke dalam satuan standar internasional (SI).

19

Hasil perhitungan konversi satuan, dibuat dalam bentuk tabel isian seperti

terlihat pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Form konversi derajat sudut β (0) terhadap usaha dan nilai impak

No Besar sudut β (0) Usaha Impak W (N.m)

Nilai impact K (N.m/mm2)

1 10

2 15

3 20

4 25

5 30

6 35

7 40

8 45

9 50

10 55

11 60

12 65

13 70

14 75

15 80

16 85

17 90

18 95

19 100

20 105

21 110

22 115

23 120

24 125

25 130

26 135

27 140

20

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Komponen Alat Uji Impak Tipe Charpy

4.1.1. Desain Tumpuan Spesimen (Anvil)

Tumpuan spesimen adalah tempat diletakkannya benda uji yang akan

dilakukan pengujian, tumpuan spesimen dibuat dengan menggunakan baja pejal

yang dibubut sesuai dengan tipe Unmodified (Will Jam) berdasarkan ASTM E 23

-02, dengan dimensi 250 x 200 x 150 mm seperti terlihat pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1. Dimensi tumpuan specimen tipe Unmodified

Sumber : ASTM E 23-02, 2002

Tumpuan untuk penempatan posisi spesimen pada saat pengujian impak di

desain berdasarkan standar ASTM E 23-02, dimensi dan ukuran tumpuan

spesimen seperti terlihat pada Gambar 4.2.

ANVIL

UNMODIFIED

(WILL JAM)

21

Gambar 4.2. Desain tumpuan spesimen Sumber : G.D. Henderiec KX, Gietech BV, 2007

Penempatan bagian yang terjadi kontak pada saat pendulum di lepas dan

menyentuh spesimen tepat berada pada bagian tengah spesimen (bagian yang

diberi takik), seperti terlihat pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3. Posisi pendulum dan spesimen pada pengujian Sumber : ASTM E 23-02, 2002

22

4.1.2. Desain Kerangka

Desain kerangka dibuat berdasarkan pertimbangan faktor keamanan,

dimana untuk menghindari pendulum pada saat dijatuhkan agar tidak bersentuhan

dengan benda-benda asing lainnya disekitar alat uji, maka dibuat rel lintasan

pendulum, ukuran dimensi kerangka alat uji 130cm x 110cm x 30cm, desain

kerangka alat uji impak seperti telihat pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4. Desain kerangka alat uji impak

Keterangan :

1. Skala pengukur energi impak 4. Kerangka utama

2. Pengunci Pendulum 5. Kerangka penyangga

3. Rel lintasan Pendulum

23

4.1.3. Desain Pendulum dan Lengan Pengayun

Desain pendulum dibuat berdasarkan standar pendulum tipe C ASTM E

23-02, pendulum dibuat dari baja plat silinder dengan diameter 200 x 30 mm

dengan berat 6 Kg. Panjang lengan pendulum 550 mm dengan diameter 20 mm

dan pada bagian atasnya dihubungkan ke poros pengayun dan bagian bawah

dihubungkan ke pendulum dengan cara dilas. Desain pendulum untuk pengujian

impak tipe charpy seperti terlihat pada Gambar 4.5

Gambar 4.5. Pendulum alat uji impak Sumber : RL Sanroman, 2006

Pendulum harus cukup kuat sehingga getaran dan torsi yang berlebihan tepat

dihindari. Untuk menghindari hal ini, maka benda uji harus dipukul tepat pada

pendulum percussion centernya. Avil juga harus cukup kokoh dan keras sehingga

energi yang dihasilkan tidak akan menyebabkan deformasi maupun getaran. Sticking

edge berbentuk sedikit bulat dan harus berhubungan langsung dengan benda uji pada

saat pemukulan.

24

4.1.4. Poros Pengayun dan Bantalan

Poros pengayun berfungsi untuk meneruskan ayunan dari bantalan ke

lengan pengayun dan pendulum. Poros pengayun terbuat dari baja silinder

diameter 25 x 200 mm dan pada bagian ujung kiri dan kanan dihubungkan dengan

bantalan, bagian tengahnya di hubungkan dengan lengan pendulum dengan cara

dilas.

Bantalan yang digunakan adalah bantalan glinding dengan diameter dalam

sesuai dengan diameter poros pengayun yaitu 25 mm, ditempatkan dibagian kiri

dan kanan poros pengayun dan dihubungkan dengan kerangka dengan cara

dipasang baut sebagai pengikat rumah bantalan. Jenis bantalan yang digunakan

seperti terlihat pada Gambar 4.6.

Gambar 4.6. Bantalan dan Rumah Bantalan

Sumber : Sularso, 1997

25

4.1.5. Skala Pengukur Energi Impak

Skala pengukur energi impak berfungsi sebagai alat untuk mengukur atau

membaca hasil pengujian, jarum penunjuk berfungsi untuk menunjukkan angka

pada busur derajat yang merupakan hasil pengujian. Jarum penunjuk dihubungkan

dengan poros pengayun dengan menggunakan baut sehingga arah ayunan sesuai

dengan dengan arah ayunan poros pengayun.

4.2. Perakitan Alat Uji Impak Tipe Charpy

Proses perakitan alat uji impak tipe charpy dilakukan dengan

menggabungkan beberapa komponen utama dan pendukung seperti rangka,

tumpuan spesimen, pendulum, skala ukur energi impak, lengan pendulum,

pengerem pendulum, poros pengayun dan bantalan glinding, dengan posisi sudut

awal pendulum 1400, desain hasil perakitan alat uji impak seperti terlihat pada

Gambar 4.7

Kerangka penyangga diikat dengan menggunakan baut pada pondasi beton

yang dibuat sesuai dengan ukuran kerangka penyangga untuk menjaga alat uji

tetap dan tidak bergetar pada saat dilakukan pengujian.

Pengerem pendulum menggunakan prinsip rem gesek sistem injak, apabila

pendulum telah dilepas dan menyentuh spesimen dan jarum penunjuk telah

menunjukkan angka energi impak pada skala, maka pengerem pendulum

difungsikan dengan melepas injakan pedal rem pendulum dan pendulum akan

berhenti. Pengereman pendulum ini berfungsi untuk memperpendek/ menghemat

waktu satu kali pengujian impak.

26

Gambar 4.7. Pendulum alat uji impak

Sambungan las listrik digunakan untuk perakitan kerangka penyangga

terhadap rel lintasan pendulum dan tumpuan spesimen, pendulum terhadap lengan

dan poros pendulum. Sedangkan poros lengan pendulum dan skala pengukur

energi impak di sambung dengan menggunakan baut.

4.3. Menghitung kapasitas maksimum energi impak

Evaluasi terhadap hasil perhitungan energi impak dilakukan dengan

menghubungkan sudut derajat energi impak terhadap persamaan standar

pengujian impak dari persamaan 2.2 dimana :

Keterangan : 1. Skala pengukur energi impak 4. Kerangka utama 7. Lengan pendulum 10. Pengerem pendulum

2. Pengunci pendulum 5. Kerangka penyangga 8. Tumpuan specimen

3. Rel lintasan Pendulum 6. Pendulum 9. Spesimen

27

W1 = G x λ (1 – cos α) (Kg.m) ......................................................... 4.1

Dimana :

W1 = Usaha yang dilakukan (Kg.m)

G = Berat pendulum (Kg)

λ = Jarak lengan pengayun (m)

cos α = Sudut posisi awal pendulum

Data dari alat uji impak diketahui G = 6 Kg, λ = 0,55 m, α = 1400, maka

dihasilkan usaha awal yang dilakukan (W1) adalah :

W1 = G x λ (1 – cos α)

W1 = 6 Kg x 0,55 m (1 – cos 1400)

W1 = 3.3 Kg.m (1 + 0.766)

W1 = 3,3 Kg.m x 1.766

W1 = 5,8278 Kg.m

Usaha awal yang dilakukan oleh alat uji impak tipe charpy yang

direncanakan adalah sebesar 5,8278 Kg.m

Untuk menghasilkan besarnya energi awal alat uji impak tipe charpy

dalam satuan Joule atau N.m meter maka :

28

1. Satuan Kg.m sama dikalikan dengan standar gravitasi bumi 9,80 m/det

menghasilkan 5,8278 Kg.m x 9,80 m/det = 57,11 Kg.m2/s2, jika satuan

Kg.m2/s2 = N.m., maka 57,11 Kg.m2/s2 sama dengan 57,11 N.m

2. Satuan N.m sama dengan satuan Joule ( 1 N.m = 1 Joule), maka kapasitas

maksimum alat uji impak yang direncanakan desainnya ini adalah 57,11

N.m atau 57,11 Joule.

4.3. Evaluasi Rencana Desain Terhadap ASTM E 23-02

Perencanaan desain dimensi dan ukuran komponen alat uji impak di sub

bab 4.2. telah di evaluasi berdasarkan standar alat uji impak ASTM E 23-02, G.D

Henderiec KX dan L.R. Sanroman and S.R Hernandez. Semua komponen seperti

kerangka alat uji, pendulum, lintasan pendulum, tempat dudukan dan tumpuan

spesimen dan lainnya telah sesuai dengan standar-standar alat uji impak

Evaluasi terhadap hasil perhitungan energi impak dilakukan dengan

menghubungkan sudut derajat energi impak terhadap persamaan standar

pengujian impak dari persamaan 2.2 dimana :

W1 = G x λ (1 – cos α) (Kg.m) ......................................................... 4.1

Dimana :

W1 = Usaha yang dilakukan (Kg.m)

G = Berat pendulum (Kg)

λ = Jarak lengan pengayun (m)

cos α = Sudut posisi awal pendulum

29

Data dari alat uji impak diketahui G = 6 Kg, λ = 0,55 m, α = 1400, maka

dihasilkan usaha awal yang dilakukan (W1) adalah :

W1 = G x λ (1 – cos α)

W1 = 6 Kg x 0,55 m (1 – cos 1400)

W1 = 3.3 Kg.m (1 + 0.766)

W1 = 3,3 Kg.m x 1.766

W1 = 5,8278 Kg.m

Usaha awal yang dilakukan oleh alat uji impak tipe charpy yang

direncanakan adalah sebesar 5,8278 Kg.m

Adapun sisa usaha setelah mematahkan benda uji dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan 2.4 :

W2 = G x λ (1 – cos β) (Kg.m) .......................................................... 4.2

Dimana :

W2 = Sisa usaha setelah mematahkan benda uji (Kg.m)

G = Berat pendulum (Kg)

λ = Jarak lengan pengayun (m)

cos β = Sudut posisi akhir pendulum

30

jika diasumsikan bahwa sudut posisi akhir pendulum setelah pengujian

adalah 600 (β), maka akan dihasilkan sisa usaha setelah mematahkan benda uji

adalah :

W2 = G x λ (1 – cos β)

W2 = 6 Kg x 0,55 Kg (1 – Cos 600)

W2 = 3.3 Kg.m ( 1 – 0,5)

W2 = 3.3 Kg.m (0,5)

W2 = 1,65 Kg.m

Jadi sisa usaha setelah mematahkan benda uji oleh alat uji impak tipe

charpy yang direncanakan ini adalah sebesar 1,65 Kg.m

Dan besarnya usaha yang diperlukan untuk memukul patah benda uji dapat

diketahui melalui persamaan 2.5 :

W = W1 – W2 (Kg.m) ........................................................................ 4.3

dimana :

W = usaha yang diperlukan untuk mematahkan benda uji (kg m)

W1 = usaha yang dilakukan (kg m)

W2 = sisa usaha setelah mematahkan benda uji (kg m)

31

Dengan menggunakan data diatas dimana W1 = 5,8278 Kg.m dan W2 =

1,65 Kg.m, maka akan dihasilkan usaha yang diperlukan alat uji yang

direncanakan untuk mematahkan benda uji adalah sebesar :

W = W1 – W2

W = 5,8278 Kg.m - 1,65 Kg.m

W = 4.1778 Kg.m

Besarnya harga impak setelah dilakukan pengujian dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan 2.7

K = 0A

W.............................................................................................. 4.4

dimana :

K = nilai impak (kg m/mm2)

W = usaha yang diperlukan untuk mematahkan benda uji (kg m)

Ao = luas penampang di bawah takikan (mm2)

Dengan diketahui W = 4.1778 Kg.m dan luas penampang spesimen yang

direncanakan berdasarkan standar ASTM E 23-07 tipe A, seperti terlihat pada

Gambar 4.1.

32

Gambar 4.1. Dimensi dan ukuran spesimen uji impak charpy Sumber : ASTM E 23-02, 2002

Maka diketahui dari gambar 4.1. dimensi dan ukuran spesimen uji impak

charpy adalah luas penampang di bawah takikan A0 adalah :

A0 = t x l (mm2) ................................................................................. 4.5

Dimana :

t = tinggi spesimen dibawah takik (mm)

l = lebar spesimen (mm)

Dari dimensi dan ukuran spesimen tipe A uji impak charpy ASTM E-23-

02, diketahui bahwa t = 8 mm dan l = 10 mm, maka dihasilkan luas penampang

dibawah takikan A0 adalah

A0 = t x l (mm2)

A0 = 8 mm x 10 mm

A0 = 80 mm2

33

Jika A0 telah diketahui sebesar 80 mm2, maka besarnya harga impak

setelah dilakukan pengujian, adalah :

K = 0A

W

K = 280

Kg.m 4.1778

mm

K = 0,052 kg m/mm2

Maka dapat diketahui bahwa besarnya energi impak terhadap suatu bahan

yang dilakukan pengujian impak jika sudut posisi akhir pendulum setelah

pengujian adalah 600 (β), maka energi impak bahan tersebut adalah 0,052 kg

m/mm2

Apabila nilai usaha/ energi impak W (N.m) dan dan nilai impak K

(N.m/mm2), di masukkan dalam isian tabel konversi derajat sudut β (0) terhadap

usaha dan nilai impak dengan nilai sudut yang bervariasi dari 100 sampai dengan

1400, maka akan dihasilkan suatu tabel yang dapat mempermudah pengguna alat

uji impak yang direncanakan ini, karena hasil pembacaan besaran energi telah

dikonversikan ke dalam satuan standar internasional (SI).

Tabel hasil konversi derajat sudut β (0) terhadap usaha dan nilai impak dari

hasil perhitungan seperti terlihat pada Tabel 4.1.

34

Tabel 4.1. Hasil perhitungan derajat sudut β (0) terhadap usaha dan nilai impak

No Besar sudut β (0) Usaha Impak W

(Kg.m)

Nilai impak K

(Kg.m/m2)

1 10 5.778 0.072

2 15 5.716 0.071

3 20 5.629 0.070

4 25 5.519 0.069

5 30 5.386 0.067

6 35 5.231 0.065

7 40 5.056 0.063

8 45 4.861 0.061

9 50 4.649 0.058

10 55 4.421 0.055

11 60 4.178 0.052

12 65 3.923 0.049

13 70 3.657 0.046

14 75 3.382 0.042

15 80 3.101 0.039

16 85 2.816 0.035

17 90 2.528 0.032

18 95 2.240 0.028

19 100 1.955 0.024

20 105 1.674 0.021

21 110 1.399 0.017

22 115 1.133 0.014

23 120 0.878 0.011

24 125 0.635 0.008

25 130 0.407 0.005

26 135 0.194 0.002

27 140 0.000 0.000

35

Kemudian dari tabel 4.1. satuan Kg.m di konversikan ke satuan N.m

dengan mengalikan faktor gaya gravitasi bumi yaitu sebesar 9.8 m/s2, sehingga

dihasilkan konversi satuan seperti terlihat pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2. Hasil konversi usaha dan nilai impak dalam satuan Newton.meter

(N.m)

No Besar sudut β (0) Usaha Impak W

(N.m)

Nilai impak K

(N.m/mm2)

1 10 56.623 0.708

2 15 56.012 0.700

3 20 55.164 0.690

4 25 54.084 0.676

5 30 52.781 0.660

6 35 51.265 0.641

7 40 49.548 0.619

8 45 47.642 0.596

9 50 45.562 0.570

10 55 43.323 0.542

11 60 40.944 0.512

12 65 38.441 0.481

13 70 35.835 0.448

14 75 33.144 0.414

15 80 30.390 0.380

16 85 27.592 0.345

17 90 24.774 0.310

36

18 95 21.955 0.274

19 100 19.158 0.239

20 105 16.404 0.205

21 110 13.713 0.171

22 115 11.106 0.139

23 120 8.604 0.108

24 125 6.224 0.078

25 130 3.986 0.050

26 135 1.906 0.024

27 140 0.000 0.000

37

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Rancangan alat uji impak tipe charpy telah selesai dirancang sesuai dengan

standar ASTM E 23 -02. Ukuran dimensi kerangka alat uji 130cm x 110cm x

30cm, kapasitas pendulum 6 Kg, panjang lengan pendulum 55 cm dan sudut awal

pendulum 1400.

Hasil perhitungan kapasitas maksimum alat uji impak yang telah

direncanakan desainnya adalah 57,11 N.m

5.2. Saran

Penelitian selanjutnya diharapkan rancangan alat uji impak ini dapat

dilakukan proses pembuatan dan perakitan

38

DAFTAR PUSTAKA

[1]. ASM Handbook, 2000, Mechanical Testing and Evaluation, Volume 08

[2]. ASTM E 23-02, 2002, Standard Test Methods for Notched Bar Impact

Testing of Metallic Materials.

[3]. ASTM E 1236-91, 1997, Standard Practice for Qualifying Charpy

Impact Machines as Reference Mechines

[4]. George E. Dieter, 1992, alih bahasa Djaprie, Sriati, Metalurgi Mekanik,

Erlangga, Jakarta.

[5]. G.D Henderiec KX, 2007, Charpy Test, Gietech BV

[6]. L.R. Sanroman and S.R Hernandez, 2006, Design of an Impact Test

System for Polymers, Instituto Tecnologico Autonomo de Mexico, Mexico.

[7]. Sularso dan Kiyokatsu Suga,, 1997. Dasar Perencanaan dan Pemilihan

Elemen Mesin. PT. Prandnya Paramita. Jakarta

[8]. William D. Callister, Jr, 2001, Fundamentals of Materials Science and

Engineering, John Wiley & Sons, Inc, New York.

[9]. Shigley dan Joseph Edward, 1994, Perencanaan Teknik Mesin, Erlangga. Jakarta

[10]. Doddy Yunardi, 2005, Modul Praktikum Material Teknik, Jurusan

Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Gunadarma

[11]. Tata Surdia MS dan Shinroku Saito, 1985, Pengetahuan Bahan Teknik,

PT. Pradnya Paramita, Jakarta