BAB I TARIK

5/11/2018 BAB I TARIK - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/bab-i-tarik 1/20

BAB I – Pengujian Tarik I-1

BAB I

PENGUJIAN TARIK

I.1 Tujuan Pengujian

1. Mahasiswa mengetahui prosedur pengujian tarik

2. Mahasiswa mampu mengolah dan menganalisis data hasil pengujjan tarik

3. Mahasiswa mengetahui sifat-sifat mekanik bahan

I.2 Dasar Teori

Tujuan dari dilakukannya suatu pengujian mekanik adalah untuk

menentukan respon material dari suatu konstruksi, komponen atau rakitan

fabrikasi pada saat dikenakan beban atau deformasi dari luar . Dalam hal ini

akan ditentukan seberapa jauh perilaku inheren (sifat yang lebih merupakan

ketergantungan atas fenomena atomik maupun mikroskopis dan bukan

dipengaruhi bentuk atau ukuran benda uji) dari material terhadap

pembebanan tersebut. Diantara semua pengujian mekanis tersebut, pengujian

tarik merupakan jenis pengujian yang paling banyak dilakukan karena

mampu memberikan informasi representatif dari perilaku mekanis material.

Prinsip Pengujian

Sampel atau benda uji dengan ukuran dan bentuk tertentu ditarik dengan

beban kontinyu sambil diukur pertambahan panjangnya. Data yang didapat berupa

perubahan panjang dan perubahan beban yang selanjutnya ditampilkan dalam

bentuk grafik tegangan-regangan, sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 1.1.

Data-data penting yang diharapkan didapat dari pengujian tarik ini adalah:

perilaku mekanik material dan karakteristik perpatahan.

1. Perilaku mekanik material

Pengujian tarik yang dilakukan pada suatu material padatan

(logam dan nonlogam) dapat memberikan keterangan yang relatif lengkap

mengenai perilaku material tersebut terhadap pembebanan mekanis.

Laporan Praktikum Pengetahuan Bahan Teknik

Teknik Industri - Universitas Surabaya




Informasi penting yang bisa didapat adalah:

a. Batas proporsionalitas (proportionality limit)

Merupakan daerah batas dimana tegangan dan regangan

mempunyai hubungan proporsionalitas satu dengan lainnya. Setiap

penambahan tegangan akan diikuti dengan penambahan regangan

secara proporsional dalam hubungan linier σ = E ε (bandingkan dengan

hubungan y = mx ; dimana y mewakili tegangan; x mewakili regangan

dan m mewakili slope kemiringan dari modulus kekakuan). Titik P pada

Gambar 1.1 di bawah ini menunjukkan batas proporsionalitas dari

kurva tegangan-regangan.

Gambar 1.1. gambar kurva tegangan-regangan dari sebuah

benda uji terbuat baja ulet

b. Batas elatis (elastic limit)

Daerah elastis adalah daerah dimana bahan akan kembali

kepada panjang semula bila tegangan luar dihilangkan. Daerah

proporsionalitas merupakan bahagian dari batas elastik ini. Selanjutnya

bila bahan terus diberikan tegangan (deformasi dari luar) maka batas

elastis akan terlampaui pada akhirnya sehingga bahan tidak akan

kembali kepada ukuran semula. Dengan kata lain dapat didefinisikan

bahwa batas elastis merupakan suatu titik dimana tegangan yang






diberikan akan menyebabkan terjadinya deformasi permanen (plastis)

pertama kalinya. Kebanyakan material teknik memiliki batas elastis

yang hampir berimpitan dengan batas proporsionalitasnya.

c. Titik luluh (yield point) dan kekuatan luluh (yield strength)

Titik ini merupakan suatu batas dimana material akan terus

mengalami deformasi tanpa adanya penambahan beban. Tegangan

( stress) yang mengakibatkan bahan menunjukkan mekanisme luluh ini

disebut tegangan luluh (yield stress). Titik luluh ditunjukkan oleh titik

Y pada Gambar 1.1 di atas. Gejala luluh umumnya hanya ditunjukkan

oleh logam-logam ulet dengan struktur kristal BCC dan FCC yang

membentuk interstitial solid solution dari atom-atom carbon, boron,

hidrogen dan oksigen. Interaksi antara dislokasi dan atom-atom tersebut

menyebabkan baja ulet eperti mild steel menunjukkan titik luluh bawah

(lower yield point ) dan titik luluh atas (upper yield point ).

Baja berkekuatan tinggi dan besi tuang yang getas umumnya

tidak memperlihatkan batas luluh yang jelas. Untuk menentukan

kekuatan luluh material seperti ini maka digunakan suatu metode yang

dikenal sebagai Metode Offset . Dengan metode ini kekuatan luluh

(yield strength) ditentukan sebagai tegangan dimana bahan

memperlihatkan batas penyimpangan/deviasi tertentu dari

proporsionalitas tegangan dan regangan . Pada Gambar 1.2 di bawah ini

garis offset OX ditarik paralel dengan OP, sehingga perpotongan XW

dan kurva tegangan-regangan memberikan titik Y sebagai kekuatan

luluh. Umumnya garis offset OX diambil 0.1 – 0.2% dari regangan totaldimulai dari titik O.






Gambar 1.2. gambar kurva tegangan-regangan dari sebuah benda uji

terbuat dari bahan getas

Kekuatan luluh atau titik luluh merupakan suatu gambaran

kemampuan bahan menahan deformasi permanen bila digunakan dalam

penggunaan struktural yang melibatkan pembebanan mekanik seperti

tarik, tekan bending atau puntiran. Di sisi lain, batas luluh ini harus

dicapai ataupun dilewati bila bahan (logam) dipakai dalam proses

manufaktur produk-produk logam seperti proses rolling , drawing ,

stretching dan sebagainya. Dapat dikatakan bahwa titik luluh adalah

suatu tingkat tegangan yang:

• Tidak boleh dilewati dalam penggunaan struktural(inservice)

• Harus dilewati dalam proses manufaktur logam ( forming process)

d. Kekuatan tarik maksimum (ultimate tensile strength)

Merupakan tegangan maksiumum yang dapat ditanggung oleh

material sebelum terjadinyaperpatahan ( fracture). Nilai kekuatan tarik

maksimum σ uts ditentukan dari beban maksiumFmaks dibagi luas

penampang awal Ao.






UTS = Fmaks (1.1)

Ao

Pada bahan ulet tegangan maksimum ini ditunjukkan oleh titik

M (Gambar 1.1) dan Selanjutnya bahan akan terus berdeformasi

hingga titik B. Bahan yang bersifat getas memberikan perilaku yang

berbeda dimana tegangan maksimum sekaligus tegangan perpatahan

(titik B pada Gambar 1.2). Dalam kaitannya dengan penggunaan

struktural maupun dalam proses forming bahan, kekuatan maksimum

adalah batas tegangan yang sama sekali tidak boleh dilewati.

e. Kekuatan putus (breaking strength)

Kekuatan putus ditentukan dengan membagi beban pada saat

benda uji putus (Fbreaking ) dengan luas penampang awal Ao. Untuk

bahan yang bersifat ulet pada saat beban maksimum M terlampaui dan

bahan terus terdeformasi hingga titik putus B maka terjadi mekanisme

penciutan (necking ) sebagai akibat adanya suatu deformasi yang

terlokalisasi. Pada bahan ulet kekuatan putus adalah lebih kecil

daripada kekuatan maksimum sementara pada bahan getas kekuatan

putus adalah sama dengan kekuatan maksimumnya.

f. Keuletan (ductility)

Keuletan merupakan suatu sifat yang menggambarkan

kemampuan logam menahan deformasi hingga terjadinya perpatahan.

Sifat ini , dalam beberapa tingkatan, harus dimiliki oleh bahan bila

ingin dibentuk ( forming ) melalui proses rolling , bending , stretching ,drawing , hammering , cutting dan sebagainya. Pengujian tarik

memberikan dua metode pengukuran keuletan bahan yaitu:

• Persentase perpanjangan (elongation)

Diukur sebagai penambahan panjang ukur setelah perpatahan

terhadap panjang awalnya.

Elongasi,ε

(%) = [(Lf-Lo)/Lo] x 100%(1.2)






dimana Lf adalah panjang akhir dan Lo panjang awal dari benda

uji.

• Persentase pengurangan/reduksi penampang (Area Reduction)

Diukur sebagai pengurangan luas penampang (cross-section)

setelah perpatahan terhadap luas penampang awalnya.

Reduksi penampang, R (%) = [(Ao-Af)/Ao] x 100% (1.3)

dimana Af adalah luas penampang akhir dan Ao luas penampang

awal.

g. Modulus elastisitas (E)

Modulus elastisitas atau modulus Young merupakan ukuran

kekakuan suatu material. Semakin besar harga modulus ini maka

semakin kecil regangan elastis yang terjadi pada suatu tingkat

pembebanan tertentu, atau dapat dikatakan material tersebut semakin

kaku ( stiff ). Pada grafik tegangan-regangan (Gambar 1.1 dan 1.2),

modulus kekakuan tersebut dapat dihitung dari slope kemiringan garis

elastis yang linier, diberikan oleh:

E = σ/ε atau E = tan α (1.4)

dimana α adalah sudut yang dibentuk oleh daerah elastis kurvategangan-regangan. Modulus elastisitas suatu material ditentukan oleh

energi ikat antar atom-atom, sehingga besarnya nilai modulus ini tidak

dapat dirubah oleh suatu proses tanpa merubah struktur bahan. Sebagai

contoh diberikan oleh Gambar 1.3 di bawah ini yang menunjukkan

grafik tegangan-regangan beberapa jenis baja:






Gambar 1.3. gambar grafik tegangan-regangan beberapa baja yang

memperlihatkan kesamaan modulus kekakuan

h. Modulus kelentingan (modulus of resilience)

Mewakili kemampuan material untuk menyerap energi dari

luar tanpa terjadinya kerusakan. Nilai modulus dapat diperoleh dari luas

segitiga yang dibentuk oleh area elastik diagram tegangan-regangan

pada Gambar 1.1.

i. Modulus ketangguhan (modulus of toughness)

Merupakan kemampuan material dalam menyerap energi

hingga terjadinya perpatahan. Secara kuantitatif dapat ditentukan dari

luas area keseluruhan di bawah kurva teganganregangan hasil pengujian

tarik seperti Gambar 1.1. Pertimbangan disain yang mengikut sertakanmodulus ketangguhan menjadi sangat penting untuk komponen-

komponen yang mungkin mengalami pembebanan berlebih secara tidak

disengaja. Material dengan modulus ketangguhan yang tinggi akan

mengalami distorsi yang besar karena pembebanan berlebih, tetapi hal

ini tetap disukai dibandingkan material dengan modulus yang rendah

dimana perpatahan akan terjadi tanpa suatu peringatan terlebih dahulu.






j. Kurva tegangan-regangan rekayasa dan sesungguhnya

Kurva tegangan-regangan rekayasa didasarkan atas dimensi

awal (luas area dan panjang) dari benda uji, sementara untuk

mendapatkan kurva tegangan-regangan sesungguhnya diperlukan luas

area dan panjang aktual pada saat pembebanan setiap saat terukur.

Perbedaan kedua kurva tidaklah terlampau besar pada regangan yang

kecil, tetapi menjadi signifikan pada rentang terjadinya pengerasan

regangan ( strain hardening ), yaitu setelah titik luluh terlampaui. Secara

khusus perbedaan menjadi demikian besar di dalam daerah necking.

Pada kurva tegangan-regangan rekayasa, dapat diketahui bahwa benda

uji secara aktual mampu menahan turunnya beban karena luas area awal

Ao bernilai konstan pada saat penghitungan tegangan σ = P/Ao.

Sementara pada kurva tegangan-regangan sesungguhnya luas area

aktual adalah selalu turun hingga terjadinya perpatahan dan benda uji

mampu menahan peningkatan tegangan karena σ = P/A. Gambar 1.4 di

bawah ini memperlihatkan contoh kedua kurva tegangan-regangan

tersebut pada baja karbon rendah (mild steel ).

Gambar 1.4. gambar perbandingan antara kurva tegangan-regangan

rekayasa dan sesungguhnya dari baja karbon rendah (mild steel)






2. Mode perpatahan Material

Sampel hasil pengujian tarik dapat menunjukkan beberapa

tampilan perpatahan seperti diilustrasikan oleh Gambar 1.5 di bawah ini:

Sangat ulet Sangat getas

Gambar 1.5. gambar penampang samping bentuk perpatahan

benda uji tarik sesuai dengan tingkat keuletan/kegetasan

Perpatahan ulet memberikan karakteristk berserabut ( fibrous) dan

gelap (dull ), sementara perpatahan getas ditandai dengan permukaan

patahan yang berbutir ( granular ) dan terang. Perpatahan ulet umumnya

lebih disukai karena bahan ulet umumnya lebih tangguh dan memberikan

peringatan lebih dahulu sebelum terjadinya kerusakan.

Pengamatan kedua tampilan perpatahan itu dapat dilakukan baik

dengan mata telanjang maupun dengan bantuan stereoscan macroscope.

Pengamatan lebih detil dimungkinkan dengan penggunaan SEM

(Scanning Electron Microscope).

a. Perpatahan ulet

Gambar 1.6 di bawah ini memberikan ilustrasi skematis terjadinya

perpatahan ulet pada suatu spesimen yang diberikan pembebanan tarik:






Gambar 1.6 . gambar tahapan terjadinya perpatahan ulet pada

sampel uji tarik:

(a) Penyempitan awal;

(b) Pembentukan rongga-rongga kecil (cavity);

(c) Penyatuan rongga-rongga membentuk suatu retakan;(d) Perambatan retak;

(e) Perpatahan geser akhir pada sudut 45°.

b. Perpatahan getas

Perpatahan getas memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

1. Tidak ada atau sedikit sekali deformasi plastis yang terjadi pada

material

2. Retak/perpatahan merambat sepanjang bidang-bidang kristalin

membelah atom-atom material (transgranular ).

3. Pada material lunak dengan butir kasar (coarse-grain) maka

dapat dilihat pola-pola yang dinamakan chevrons or fan-like

pattern yang berkembang keluar dari daerah awal kegagalan.

4. Material keras dengan butir halus ( fine-grain) tidak memiliki

pola-pola yang mudah dibedakan.

5. Material amorphous (seperti gelas) memiliki permukaan patahan

yang bercahaya dan mulus

Contoh perpatahan getas dari suatu benda uji intergranular pada baja

304 S diberikan oleh Gambar 1.7 di bawah ini.






Gambar 1.7 gambar patahan getas pada baja 304 S

1. Tidak ada reduksi luas penampang patahan.

2. Patahan tampak lebih mengkilap dan bidang patahan

relatif tegak lurus terhadap tegangan tarik.

3. Disebabkan oleh pembebanan dinamis dan

temperatur kerja yang rendah (contoh : Kasus yang

terjadi pada Kapal Titanic).

I.3 Prosedur Pengujian

1. Mengukur dimensi spesimen uji menggunakan jangka sorong,

sesuai dengan data yang diminta pada lembar kerja.

2. Menyiapkan kertas grafik dan bolpen pada mesin plotter mesin uji

tarik.

3. Memasang spesimen uji pada mesin uji tarik dengan jarak ±2cm

dari pencekam.

4. Menyalakan mesin digitalnya. Tekan arah kiri sampai lampu pada

max load. Tekan xero lalu masukkan 5000, lalu tekan area start 2x dan

tekan load.

5. Menekan return dan mencatat hasilnya pada P max, setelah

spesimen uji patah.

6. Mengambil spesimen patahan, menyambungkan lagi kemudian

mengukur kwmbali dimensi-dimensinya sesuai dengan yang diminta

pada lembar kerja untuk mendapatkan ∆L.






I.4 Pengolahan dan Analisa Data

Material 1 :

Lo = 88.6 mm

do = 7.35 mm

Ao = 2

= 42.41 mm2

P ΔL σt εt σs εs

0 0 0 0 0 0

A 170.58 0.679

4.02216

5 0.007664 4.052989 0.007634

B 426.45 0.97

10.0554

1 0.010948 10.1655 0.010889

Yield 1535.22 2.231

36.1994

8 0.025181 36.5958 0.024869

C 1620.51 3.298

38.2105

6 0.037223 38.6289 0.036547

D 1705.8 4.947

40.2216

5 0.055835 40.662 0.054332

Max 1791 6.014

42.2306

1 0.067878 42.69295 0.065674

E 1705.8 6.402

40.2216

5 0.072257 40.662 0.069766

F 1023.48 6.79

24.1329

9 0.076637 24.3972 0.073842

Break 255.87 7 6.03324 0.079007 6.099299 0.076041






7

Tabel 1.1 tabel perhitungan uji tarik untuk material 1

Gambar 1.8. gambar P vs ∆L

Gambar 1.9. gambar σ t vs εt






Gambar 1.10. gambar σ s vs ε s

a. Yield

σy = εy =

=

= 36.2 kgf/mm = 2.5181%

b. Tegangan Maksimal

σu =

=

= 42.23 kgf/mm2

c. Modulus Elastisitas Bahan

E =

=

= 1437.57 kgf/mm2

d. Elongation






De =

=

= 7.9 %

e. Reduction of Area

Da =

=

= 66.56 %

f. Modulus KetangguhanMoT = ⅔ x σu x εf

= ⅔ x 42.23 x 0.079007

= 2.224 kgf/mm2

g. Sifat Bahan

Getas. Prosentase elongation pada spesimen 1 lebih kecil daripada

spesimen 2, sehingga makin kecil perpanjangan sebelum patah bahan

dikatakan getas, dan prosentase reduction of area pada spesimen 1 lebih

besar daripada spesimen 2, sehingga makin luas luasannya makin getas

sifat bahannya.

Material 2

Lo = 64.2 mm

do = 7.25 mm

Ao = 2

= 41.26 mm2

P ΔL σt εt σs εs

0 0 0 0 0 0

A 246 0.31

5.80051

9

0.00349

9

5.82081

4 0.003493

B 820 0.755

19.3350

6

0.00852

1

19.4998

3 0.008485

Yield 1394 1.55 32.8696 0.01749 33.1497 0.017343






1 4

C 1558 2.635

36.7366

2 0.02974

37.0496

7 0.029307

D 1640 3.25538.6701

20.03673

838.9996

5 0.036079

Max 1722 7.285

40.6036

3

0.08222

3

40.9496

3 0.079018

E 1394 8.06

32.8696

1

0.09097

1 33.1497 0.087068

F 1312 8.525 30.9361

0.09621

9

31.1997

2 0.091867

Break 328 8.85

7.73402

5

0.09988

7 7.79993 0.095208

Tabel 1.2. tabel perhitungan uji tarik untuk material 2

Gambar 1.11. gambar P vs ∆L






Gambar 1.12. gambar σ t vs εt

Gambar 1.13. gambar σ s vs ε s

a. Yield

σy= εy =

=

= 33.79 kgf/mm = 2.414%

b. Tegangan Maksimal






σu =

=

= 41.74 kgf/mm2

c. Modulus Elastisitas Bahan

E =

=

= 1399.75 kgf/mm2

d. Elongation

De =

=

= 13.79 %

e. Reduction of Area

Da =

=

= 65.63 %

f. Modulus Ketangguhan

MoT = 2/3 x σu x εf

= 2/3 x 41.74 x 0.099887

= 2.78 kgf/mm2

g. Sifat Bahan

Ulet. Prosentase elongation pada spesimen 2 lebih besar daripada spesimen

1, sehingga makin besar perpanjangan sebelum patah bahan dikatakan

ulet, dan prosentase reduction of area pada spesimen 2 lebih kecil

daripada spesimen 1, sehingga makin sempit luasannya makin ulet sifat

bahannya.






I.5 Jawaban Laporan Akhir

1. Kesimpulan dari hasil pengujian tarik adalah material I bersifat getas

karena elongation prosentase pada material I lebih kecil dibanding

material II sehingga makin kecil perpanjangan sebelum patah bahan

dikatakan semakin getas. Material II bersifat ulet karena elongation

presentase pada material II lebih besar dari pada material I sehingga makin

besar perpanjangan sebelum patah bahan dikatakan semakin ulet. Suatu

material dapat ditentukan sifatnya melalui elongation presentasinya

(perpanjangan material sebelum patah).

2. a. Tegangan sebenarnya:Tegangan yang didapat dari perhitungan yang

didasarkan pada batang uji pada saat menerima

beban.

b. Tegangan Nominal : Tegangan yang didapat dari perhitungan yang

didasarkan pada ukuran semula atau nominal

dari batang uji.

Tegangan sebenarnya selalu lebih besar dari pada tegangan

nominal karena pada tegangan sebenarnya terjadi pengecilan penampang

pada spesimen.

3. Do = 8 mm

E = 210.000 MPa = 210.000 N/mm2

L = 5 m = 5.000 mm

P = 800 Kg = 800 x 10 = 8.000 N

Jawab:

E =

210.000 =

= 0,00076

4. Jika % elongation pada spesimen lebih kecil dari spesimen 2 sehingga

makin kecil perpanjangan sebelum patah bahan dikatakan semakin

getas,dan % pengurangan area lebih besar daripada spesimen 2 sehingga






makin luas area sebelum patah maka semakin getas, begitu juga

sebaliknya.

Nilai % elongation dan % pengurangan area adalah berbeda karena %

elongation adalah nilai perpanjangan material tersebut sedangkan %

pengurangan area adalah nilai pengurangan luas penampangnya setelah

mengalami deformasi plastis.

5. Jika kita mengetahui titik luluh, modulus elastisitas, tensile strength dan

breaking strength maka kita dapat mengetahui batas maksimal elastisitas

dari suatu bahan material, batas maksimal kekuatan tarik dari suatu bahan

material, dan waktu patah dari suatu bahan material. Dengan begitu kita

dapat mengetahui kapan bahan material itu dapat diganti atau kita dapat

mengukur kekuatan bahan material tersebut sehingga dapat meminimalkan

kecelakaan pada saat bekerja.

6. a. Kekuatan Tarik : Tegangan maksimum yang dapat ditanggung

material sebelum terjadinya perpatahan

b. Keuletan : Suatu sifat yang menggambarkan kemampuan

logam menahan deformasi hingga terjadinya

perpatahan. Sifat ini harus dimiliki oleh suatu

bahan material apabila material tersebut ingin di

bentuk melalui proses rolling, bending, streching,

drawing, hammering, cutting, dsb.

c. Elongation : Pertambahan panjang material sebelum mengalami

deformasi plastis. Semakin besar pertambahan

panjang material sebelum mengalami deformasi

plastis maka material tersebut dikatakan semakinulet, begitu juga sebaliknya.

d. Modulus Young : Ukuran kekakuan suatu material dimana semakin

besar harga modulus young nya maka semakin

kecil regangan elastis yang terjadi pada suatu

tingkat pembebanan tertentu atau dapat dikatakan

material tersebut semakin kaku.



BAB I TARIK

Documents

Transcript of BAB I TARIK