Buku Paduan Pratikum Metalurgi Dasar Material

8/6/2019 Buku Paduan Pratikum Metalurgi Dasar Material

1/55

BBUUKKUU PPAANNDDUUAANN

PPRRAAKKTTIIKKUUMM KKAARRAAKKTTEERRIISSAASSII MMAATTEERRIIAALL 11

PPEENNGGUUJJIIAANN MMEERRUUSSAAKK ((DDEESSTTRRUUCCTTIIVVEE TTEESSTTIINNGG))

DDrr.. IIrr.. AAkkhhmmaadd HHeerrmmaann YYuuwwoonnoo,, MM..PPhhiill..EEnngg..

DDEEPPAARRTTEEMMEENN MMEETTAALLUURRGGII DDAANN MMAATTEERRIIAALL

FFAAKKUULLTTAASS TTEEKKNNIIKK UUNNIIVVEERRSSIITTAASS IINNDDOONNEESSIIAA

2009


2/55

Praktikum Karakterisasi Material 1

(MMS 310802)

Departemen Metalurgi dan Material

Fakultas Teknik Universitas Indonesia

[email protected] 1

KKaattaa PPeennggaannttaarr

Assalamualaykum warrahmatullahi wabarakatuh,

Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT atas terselesaikannya Buku Panduan

Praktikum Karakterisasi Material 1: Pengujian Merusak (Destructive Testing)ini. Buku

panduan ini ditujukan sebagai suatu bahan pegangan bagi mahasiswa-mahasiswa Departemen

Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia yang sedang menjalankan

Praktikum Karakterisasi Material 1 (MMS310802). Sangat disadari bahwa praktikum adalah

salah satu komponen penting dalam proses belajar-mengajar, terutama dalam kaitannya

dengan pengembangan keahlian praktis dan kemampuan analitis yang sangat dibutuhkan bagi

para lulusan pada saat terjun ke dalam dunia kerja sebagai seorang sarjana teknik metalurgi

dan material.

Praktikum Karakterisasi Material 1 merupakan bagian dari Kurikulum 2008 yang sebelumnya

bernama Praktikum Metalurgi Fisik pada Kurikulum 2004. Praktikum ini menitik beratkan

pada pengujian merusak (destructive testing) untuk mengetahui respon material terhadap

pembebanan mekanis. Oleh sebab itu buku petunjuk praktikum ini didisain sebagai salah satu

alat pendukung utama bagi mahasiswa untuk bisa memahami dan mendalami teori-teori yang

diberikan dalam mata kuliah Metalurgi Fisik 1 pada semester 3.

Target utama yang ingin dicapai dengan penyelengaraan praktikum ini adalah agar

mahasiswa mampu memahami:

1.

Karakteristik dislokasi sebagai salah satu bentuk cacat di dalam material, dimana di satusisi kehadiran mereka dalam jumlah besar harus dihindari tetapi di sisi lain dibutuhkan

karena dengan adanya dislokasi inilah material khususnya logam dapat dideformasi dan

dibentuk sesuai dengan aplikasi yang diinginkan;

2. Mekanisme pergerakan dislokasi sebagai sebab kegagalan logam maupun kemampubentukannya (formability);

3. Interaksi dislokasi dengan berbagai macam penghalang (obstacle) di dalam materialsehingga pada akhirnya para mahasiswa mampu menjelaskan dengan baik bagaimana

kekuatan di dalam logam dapat ditingkatkan dengan berbagai mekanisme penguatan di

dalam material yang dapat diterapkan dalam aplikasi praktis di dalam industri dan

masyarakat.

Untuk menunjang tercapainya tujuan pembelajaran tersebut, materi dalam buku panduan ini

mencakup 2 bagian utama:

1. Teori Dasar Pengujian Mekanik pada Material2. Modul Praktikum Pengujian Mekanik pada Material


3/55


(MMS 310802)



[email protected] 2

Tentunya buku panduan praktikum ini masih jauh dari sempurna. Saran dan kritik konstruktif

dari semua pihak sangat diharapkan bagi perbaikan buku ini demi tercapainya tujuan proses

belajar-mengajar di Departemen Metalurgi dan Material ini, yaitu dihasilkannya lulusan

sarjana teknik metalurgi dan material yang memiliki kemampuan komprehensif dalam disain

material dan teknologi proses.

Tak lupa saya sampaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantupenyusunan diktat ini.

Wassalamualaykum warrahmatullahi wabarakatuh.

Depok, Maret 2009

Dr. Ir. Akhmad Herman Yuwono, M.Phil.Eng.

NIP : 132 137 843


4/55


(MMS 310802)



[email protected] 3

BBAAGGIIAANN 11::

TTEEOORRII DDAASSAARR PPEENNGGUUJJIIAANN MMEEKKAANNIIKK PPAADDAA

MMAATTEERRIIAALL


5/55


(MMS 310802)



[email protected] 4

BBAABB 11

PPEENNGGUUJJIIAANN TTAARRIIKK

1.1. Tujuan instruksional umum

Mahasiswa mampu menganalisis hasil uji tarik beberapa jenis logam sebagai respon mekanis

terhadap deformasi dari luar dan mampu menganalisis karakteristik perpatahan yang

dihasilkan.

1.2. Sasaran pembelajaran

Setelah mempelajari teori dasar pengujian tarik ini mahasiswa mampu:

1. Memahami kurva tegangan-regangan hasil uji tarik dari beberapa jenis logam (besi tuang,baja, tembaga dan alumunium)

2. Mendeskripsikan titik-titik penting (batas proporsionalitas, batas elastis, titik luluh,daerah necking dan sebagainya) dalam kurva tegangan-regangan yang menjelaskan

perilaku mekanis logam-logam tersebut.

3. Menerapkan beberapa formulasi dasar dan menganalisis kurva beban-perpanjangan untukmemperoleh nilai-nilai kekuatan tarik, titik luluh, persentase elongasi, modulus elastisitas,

modulus ketangguhan untuk beberapa jenis logam.4. Menjelaskan perbedaan antara kurva tegangan-regangan rekayasa dan kurva tegangan-

regangan sesungguhnya.

5. Menerapkan dasar pengamatan kerusakan untuk menganalisis bentuk perpatahan(fraktografi) hasil uji tarik beberapa jenis logam serta mengkaitkannya dengan kurva

tegangan-regangan yang telah dicapai.

1.3. Pengantar

Tujuan dari dilakukannya suatupengujian mekanis 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 jauhperilaku inheren (sifat yanglebih merupakan ketergantungan atas fenomena atomik maupun mikroskopis dan bukan

dipengaruhi bentuk atau ukuran benda uji) dari material terhadap pembebanan tersebut. Di

antara semua pengujian mekanis tersebut, pengujian tarik merupakan jenis pengujian yang

paling banyak dilakukan karena mampu memberikan informasi representatif dari perilaku

mekanis material.


6/55


(MMS 310802)



[email protected] 5

1.4. 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.

1.4.1. 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. 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 = E(bandingkandengan 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.

b. Batas elastis (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

Gambar 1.1. Kurva tegangan-regangan dari sebuah benda uji terbuat baja ulet


7/55


(MMS 310802)



[email protected] 6

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 suatumetode 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 total dimulai dari titik O.

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-

Gambar 1.2. Kurva tegangan-regangan dari sebuah benda uji terbuat dari bahan getas


8/55


(MMS 310802)



[email protected] 7

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 (in service) Harus dilewati dalam proses manufaktur logam (forming process)

c. Kekuatan tarik maksimum (ultimate tensile strength)Merupakan tegangan maksiumum yang dapat ditanggung oleh material sebelum terjadinya

perpatahan (fracture). Nilai kekuatan tarik maksimum uts ditentukan dari beban maksiumFmaks dibagi luas penampang awalAo.

(1.1)

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 teganganperpatahan (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.

d. Kekuatan Putus (breaking strength)Kekuatan putus ditentukan dengan membagi beban pada saat benda uji putus (Fbreaking)

dengan luas penampang awalAo. 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 bahangetas kekuatan putus adalah sama dengan kekuatan maksimumnya.

e. 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, (%) = [(Lf-Lo)/Lo] x 100% (1.2)dimanaLf adalah panjang akhir danLo panjang awal dari benda uji.

o

maks

A

FUTS =


9/55


(MMS 310802)



[email protected] 8

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)

dimanaAfadalah luas penampang akhir danAo luas penampang awal.

f. 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 = / atauE = tan (1.4)dimana adalah sudut yang dibentuk oleh daerah elastis kurva tegangan-regangan. Moduluselastisitas 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. Grafik tegangan-regangan beberapa baja yang memperlihatkan kesamaan

modulus kekakuan


10/55


(MMS 310802)



[email protected] 9

g. 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.

h. 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 tegangan-

regangan hasil pengujian tarik seperti Gambar 1.1. Pertimbangan disain yang mengikut

sertakan modulus 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.

i.

Kurva tegangan-regangan rekayasa dan sesungguhnyaKurva 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 = 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 = P/A. Gambar 1.4 di bawah ini memperlihatkan contoh kedua kurva

tegangan-regangan tersebut pada baja karbon rendah (mild steel).

Gambar 1.4. Perbandingan antara kurva tegangan-regangan rekayasa dan sesungguhnya

dari baja karbon rendah (mild steel)


11/55


(MMS 310802)



[email protected] 10

1.4.2. Mode Perpatahan Material

Sampel hasil pengujian tarik dapat menunjukkan beberapa tampilan perpatahan seperti

diilustrasikan oleh Gambar 1.5 di bawah ini:

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 UletGambar 1.6 di bawah ini memberikan ilustrasi skematis terjadinya perpatahan ulet pada suatu

spesimen yang diberikan pembebanan tarik:

Sangat ulet Sangat getas

Gambar 1.5. Ilustrasi penampang samping bentuk perpatahan benda uji tarik sesuai

dengan tingkat keuletan/kegetasan

Gambar 1.6 . 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.(a) (b) (c)

(d) (e)


12/55


(MMS 310802)




Tampilan foto SEM dari perpatahan ulet diberikan oleh Gambar 1.7 berikut:

b. Perpatahan GetasPerpatahan getas memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

1. Tidak ada atau sedikit sekali deformasi plastis yang terjadi pada material2. 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 yangdinamakan 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 mudahdibedakan.

5. Material amorphous (seperti gelas) memiliki permukaan patahan yang bercahaya danmulus.

Contoh perpatahan getas dari suatu benda uji berbentuk pelat diberikan oleh Gambar 1.8 di

bawah ini.

dimples

Gambar 1.7. Tampilan permukaan patahan dari suatu sampel logam yang ditandai

dengan lubang-lubang dimpel sebagai suatu hasil proses penyatuan rongga-rongga kecil

(cavity) selama pembebanan berlangsung.


13/55


(MMS 310802)




Sedangkan hasil foto SEM sampel dengan perpatahan getas diberikan oleh Gambar 1.9 pada

halaman berikut ini:

Gambar 1.8. Perpatahan getas pada dua sampel logam berpenampang lintang persegi

panjang (pelat)


14/55


(MMS 310802)




Gambar 1.9. Foto SEM sampel dengan perpatahan getas. Perhatikan bentuk perambatan

retak yang menjalar (a) memotong butir (transgranular fracture) dan (b) melalui batas

butir material (intergranular fracture)


15/55


(MMS 310802)




BBAABB 22

PPEENNGGUUJJIIAANN KKEEKKEERRAASSAANN


Mahasiswa mampu menguasai beberapa metode pengujian yang umum dilakukan untuk

mengetahui nilai kekerasan logam.


Setelah mempelajari teori dasar pengujian kekerasan ini mahasiswa mampu:

1. Menjelaskan makna nilai kekerasan material dalam lingkup ilmu metalurgi dan ilmu-ilmuterapan lainnya

2. Menjelaskan perbedaan antara pengujian kekerasan dengan metode gores, pantulan danindentasi.

3. Menjelaskan kekhususan pengujian kekerasan dengan metode Brinell, Vickers danRockwell.

4. Mengaplikasikan beberapa formulasi dasar untuk memperoleh nilai kekerasan materialdengan uji Brinell dan Vickers.

2.3. Pengantar

Makna nilai kekerasan suatu material berbeda untuk kelompok bidang ilmu yang berbeda.

Bagi insinyur metalurgi nilai kekerasan adalah ketahanan material terhadap penetrasi

sementara untuk para insinyur disain nilai tersebut adalah ukuran dari tegangan alir, untuk

insinyur lubrikasi kekerasan berarti ketahanan terhadap mekanisme keausan, untuk para

insinyur mineralogi nilai itu adalah ketahanan terhadap goresan, dan untuk para mekanik

work-shop lebih bermakna kepada ketahanan material terhadap pemotongan dari alat potong.

Begitu banyak konsep kekerasan material yang dipahami oleh kelompok ilmu, walaupun

demikian konsep-konsep tersebut dapat dihubungkan pada satu mekanisme yaitu tegangan

alir plastis dari material yang diuji.


Dari uraian singkat di atas maka kekerasan suatu material dapat didefinisikan sebagai

ketahanan material tersebut terhadap gaya penekanan dari material lain yang lebih keras.

Penekanan tersebut dapat berupa mekanisme penggoresan (scratching), pantulan ataupun


16/55


(MMS 310802)




indentasi dari material keras terhadap suatu permukaan benda uji. Berdasarkan mekanisme

penekanan tersebut, dikenal 3 metode uji kekerasan:

2.4.1. Metode goresMetode ini tidak banyak lagi digunakan dalam dunia metalurgi dan material lanjut, tetapimasih sering dipakai dalam dunia mineralogi. Metode ini dikenalkan oleh Friedrich Mohs

yang membagi kekerasan material di dunia ini berdasarkan skala (yang kemudian dikenal

sebagai skala Mohs). Skala ini bervariasi dari nilai 1 untuk kekerasan yang paling rendah,

sebagaimana dimiliki oleh material talk, hingga skala 10 sebagai nilai kekerasan tertinggi,

sebagaimana dimiliki oleh intan. Dalam skala Mohs urutan nilai kekerasan material di dunia

ini diwakili oleh:

1. Talc 6. Orthoclase2. Gipsum 7. Quartz3. Calcite 8. Topaz4. Fluorite 9. Corundum5. Apatite 10. Diamond (intan)

Prinsip pengujian: bila suatu mineral mampu digores oleh Orthoclase (no. 6) tetapi tidak

mampu digores oleh Apatite (no. 5), maka kekerasan mineral tersebut berada antara 5 dan 6.

Berdasarkan hal ini, jelas terlihat bahwa metode ini memiliki kekurangan utama berupa

ketidak akuratan nilai kekerasan suatu material. Bila kekerasan mineral-mineral diuji dengan

metode lain, ditemukan bahwa nilai-nilainya berkisar antara 1-9 saja, sedangkan nilai 9-10

memiliki rentang yang besar.

2.4.2 Metode elastik/pantul (rebound)Dengan metode ini, kekerasan suatu material ditentukan oleh alat Scleroscope yang

mengukur tinggi pantulan suatu pemukul (hammer) dengan berat tertentu yang dijatuhkan

dari suatu ketinggian terhadap permukaan benda uji. Tinggi pantulan (rebound) yang

dihasilkan mewakili kekerasan benda uji. Semakin tinggi pantulan tersebut, yang ditunjukkan

oleh dial pada alat pengukur, maka kekerasan benda uji dinilai semakin tinggi.

2.4.3. Metode indentasiPengujian dengan metode ini dilakukan dengan penekanan benda uji dengan indentor dengan

gaya tekan dan waktu indentasi yang ditentukan. Kekerasan suatu material ditentukan oleh

dalam ataupun luas area indentasi yang dihasilkan (tergantung jenis indentor dan jenis

pengujian). Berdasarkan prinsip bekerjanya metode uji kekerasan dengan cara indentasi

dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

a. Metode BrinellMetode ini diperkenalkan pertama kali oleh J.A. Brinell pada tahun 1900. Pengujian

kekerasan dilakukan dengan memakai bola baja yang diperkeras (hardened steel ball) dengan


17/55


(MMS 310802)




beban dan waktu indentasi tertentu, sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 2.1. Hasil

penekanan adalah jejak berbentuk lingkaran bulat, yang harus dihitung diameternya di bawah

mikroskop khusus pengukur jejak. Contoh pengukuran hasil penjejakan diberikan oleh

Gambar 2.2. Pengukuran nilai kekerasan suatu material diberikan oleh rumus:

( )( )222

dDDD

P

BHN = (2.1)

dimanaP adalah beban (kg),D diameter indentor (mm) dand diameter jejak (mm).

Prosedur standar pengujian mensyaratkan bola baja dengan diameter 10 mm dan beban 3000

kg untuk pengujian logam-logam ferrous, atau 500 kg untuk logam-logam non-ferrous. Untuk

logam-logam ferrous, waktu indentasi biasanya sekitar 10 detik sementara untuk logam-

logam non-ferrous sekitar 30 detik. Walaupun demikian pengaturan beban dan waktuindentasi untuk setiap material dapat pula ditentukan oleh karakteristik alat penguji. Nilai

kekerasan suatu material yang dinotasikan dengan HB tanpa tambahan angka di

belakangnya menyatakan kondisi pengujian standar dengan indentor bola baja 10 mm, beban

3000 kg selama waktu 115 detik. Untuk kondisi yang lain, nilai kekerasan HB diikuti

angka-angka yang menyatakan kondisi pengujian. Contoh: 75 HB 10/500/30 menyatakan

nilai kekerasan Brinell sebesar 75 dihasilkan oleh suatu pengujian dengan indentor 10 mm,

pembebanan 500 kg selama 30 detik.

Gambar 2.2. Hasil indentasi Brinellberupa jejak berbentuk lingkaran dengan

ukuran diameter dalam skala mm.

Gambar 2.1. Skematis prinsip indentasi dengan metode Brinell


18/55


(MMS 310802)




b. Metode Vickers

Pada metode ini digunakan indentor intan berbentuk piramida dengan sudut 136o, seperti

diperlihatkan oleh Gambar 2.3. Prinsip pengujian adalah sama dengan metode Brinell,

walaupun jejak yang dihasilkan berbentuk bujur sangkar berdiagonal. Panjang diagonal

diukur dengan skala pada mikroskop pengujur jejak. Nilai kekerasan suatu material diberikan

oleh:

2

854.1

d

PVHN= (2.2)

dimanadadalah panjang diagonal rata-rata dari jejak berbentuk bujur sangkar.

c. Metode Rockwell

Berbeda dengan metode Brinell dan Vickers dimana kekerasan suatu bahan dinilai dari

diameter/diagonal jejak yang dihasilkan maka metode Rockwell merupakan uji kekerasan

dengan pembacaan langsung (direct-reading). Metode ini banyak dipakai dalam industri

karena pertimbangan praktis. Variasi dalam beban dan indetor yang digunakan membuat

metode ini memiliki banyak macamnya. Metode yang paling umum dipakai adalah Rockwell

B (dengan indentor bola baja berdiameter 1/6 inci dan beban 100 kg) dan Rockwell C

(dengan indentor intan dengan beban 150 kg). Walaupun demikian metode Rockwell lainnya

juga biasa dipakai. Oleh karenanya skala kekerasan Rockwell suatu material harus

dispesifikasikan dengan jelas. Contohnya 82 HRB, yang menyatakan material diukur dengan

skala B: indentor 1/6 inci dan beban 100 kg. Berikut ini diberikan Tabel 2.1 yang

memperlihatkan perbedaan skala dan range uji dalam skala Rockwell:

Gambar 2.3. Skematis prinsip indentasi dengan metode Vickers


19/55


(MMS 310802)




Tabel 2.1. Skala pada Metode Uji Kekerasan Rockwell


20/55


(MMS 310802)




BBAABB 33

PPEENNGGUUJJIIAANN IIMMPPAAKK


Mahasiswa diharapkan mampu menganalisis hasil uji impak beberapa jenis logam sebagai

sebagai fungsi temperatur dan karakteristik perpatahan yang dihasilkan.


Setelah mempelajari teori dasar praktikum mengenai pengujian tarik ini mahasiswa

diharapkan mampu:

1. Menjelaskan tujuan dan prinsip dasar pengukuran harga impak dari logam.2. Menjelaskan perbedaan antara metode Charpy dan Izod.3. Menerapkan dasar pengamatan kerusakan untuk menganalisis bentuk perpatahan

(fraktografi) hasil uji impak baja struktural pada berbagai temperatur serta

mengkaitkannya dengan harga impak yang dicapai

3.3. Pengantar

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.


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. Gambar 3.1 di bawah ini memberikan ilustrasi suatu pengujian impak

dengan metode Charpy:


21/55


(MMS 310802)




Pada pengujian impak ini banyaknya energi yang diserap oleh bahan untuk terjadinya

perpatahan merupakan ukuran ketahanan impak atau ketangguhan bahan tersebut. Pada

Gambar 3.1 di atas dapat dilihat bahwa setelah benda uji patah akibat deformasi, bandul

pendulum melanjutkan ayunannya hingga posisi h. Bila bahan tersebut tangguh yaitu makin

mampu menyerap energi lebih besar maka makin rendah posisi h. Suatu material dikatakan

tangguh bila memiliki kemampuan menyerap beban kejut yang besar tanpa terjadinya retak

atau terdeformasi dengan mudah.

Pada pengujian impak, energi yang diserap oleh benda uji biasanya dinyatakan dalam satuan

Joule dan dibaca langsung pada skala (dial) penunjuk yang telah dikalibrasi yang terdapat

pada mesin penguji. Harga impak (HI) suatu bahan yang diuji dengan metode Charpy

diberikan oleh :

A

EHI= (3.1)

dimana E adalah energi yang diserap dalam satuan Joule dan A luas penampang di bawah

takik dalam satuan mm2.

Secara umum benda uji impak dikelompokkan ke dalam dua golongan sampel standar yaitu :

batang uji Charpy sebagaimana telah ditunjukkan pada Gambar 1, banyak digunakan di

Amerika Serikat dan batang uji Izod yang lazim digunakan di Inggris dan Eropa. Benda ujiCharpy 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, sebagaimana telah ditunjukkan oleh Gambar 3.1. Benda uji

Izod mempunyai penampang lintang bujur sangkar atau lingkaran dengan takik V di dekat

ujung yang dijepit. Perbedaan cara pembebanan antara metode Charpy dan Izod ditunjukkan

oleh Gambar 3.2 di bawah ini:

Gambar 3.1. Ilustrasi skematis pengujian impak dengan benda uji Charpy


22/55


(MMS 310802)




Serangkaian uji Charpy pada satu material umumnya dilakukan pada berbagai temperatur

sebagai upaya untuk mengetahui temperatur transisi (akan diterangkan pada paragraf-

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), lihat Gambar 3.5 di bagian

akhir bab ini.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:

1. 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.

2. Perpatahan granular/kristalin, yang dihasilkan oleh mekanisme pembelahan (cleavage)pada butir-butir dari bahan (logam) yang rapuh (brittle). Ditandai dengan permukaanpatahan yang datar yang mampu memberikan daya pantul cahaya yang tinggi (mengkilat).

3. Perpatahan campuran (berserat dan granular). Merupakan kombinasi dua jenisperpatahan di atas.

Gambar 3.3 berikut ini memperlihatkan ilustrasi tampilan perpatahan benda uji hasil uji

impak Charpy:

Gambar 3.2. Ilustrasi skematik pembebanan impak pada benda uji Charpy dan Izod


23/55


(MMS 310802)




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 padatemperatur 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 akandidisain untuk aplikasi yang melibatkan rentang temperatur yang besar, misalnya dari

temperatur di bawah nol derajat Celcius hingga temperatur tinggi di atas 100 derajat Celcius,

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 pada

Gambar 3.3. Ilustrasi permukaan patahan (fractografi) benda uji impak Charpy


24/55


(MMS 310802)




jembatan, kapal, jaringan pipa dan sebagainya bersifat rapuh pada temperatur rendah.

Gambar 3.4 memberikan ilustrasi efek temperatur terhadap ketangguhan impak beberapa

bahan, sedangkan Gambar 3.5 menyajikan bentuk benda uji impak berdasarkan ASTM E-23-

56T.

Gambar 3.4. Efek temperatur terhadap ketangguhan impak beberapa material.

Gambar 3.5. Bentuk dan dimensi benda uji impak berdasarkan ASTM E23-56T


25/55


(MMS 310802)




BBAABB 44

PPEENNGGUUJJIIAANN PPUUNNTTIIRR


Mahasiswa mampu menganalisis hasil uji puntir beberapa jenis logam dan karakteristik

perpatahan yang dihasilkan.

4.2. Sasaran Pembelajaran:

Setelah mempelajari teori dasar pengujian puntir ini mahasiswa mampu:

1. Menjelaskan tujuan dan prinsip dasar pengujian puntir pada logam/material.2. Menjelaskan kekhususan pengujian puntir dibandingkan uji tarik, terutama untuk

memperoleh kurva tegangan geser dan regangan geser dari suatu material.

3. Menjelaskan derivasi formula dari momen puntir dan sudut puntir menjadi tegangan geserdan regangan geser.

4. Menerapkan dasar pengamatan kerusakan untuk menganalisis bentuk perpatahan(fraktografi) hasil uji puntir pada beberapa logam serta mengkaitkannya dengan kurvategangan-regangan geser yang dicapai.

4.3. Pengantar

Pengujian puntir merupakan jenis pengujian yang lebih spesifik dibandingkan pengujian-

pengujian terdahulu (tarik, kekerasan dan impak). Walaupun karakteristik mekanis material

telah dapat diketahui dari hasil uji tariknya, pengujian puntir mampu memberikan informasi

penting tambahan mengenai modulus elastisitas dalam arah geser (shear), kekuatan luluh

puntir dan modulus pemuluran (rupture). Pengujian ini umumnya dilakukan pada material-

material yang getas seperti baja perkakas dan pada komponen-komponen hasil fabrikasi

seperti poros, as roda dan sebagainya (full-scale test).


Benda uji puntir umumnya memiliki penampang lintang silinder, karena bentuk ini mewakili

geometri paling sederhana dalam penghitungan tegangan yang terjadi pada material. Dalam

batas elastis tegangan geser bervariasi secara linier dari nol di bagian pusat lingkaran hingga


26/55


(MMS 310802)




mencapai maksimum pada permukaan terluar benda uji. Pengujian dilakukan dengan

mencengkam salah satu ujung benda uji silinder pada grip pemegang (chuck), sementara

ujung lainnya diberikan pembebanan melalui kepala beban. Deformasi diukur dengan alat

pengukur sudut puntir (twisting) yang dinamakan troptometer. Penentuan deformasi

didasarkan atas perpindahan sudut (angular displacement) dari suatu titik yang berada dekat

ujung benda uji terhadap posisi suatu titik dengan elemen longitudinal yang sama di ujung

lainnya. Gambar 4.1 di bawah ini memberikan ilustrasi deformasi pada benda uji puntir:

Momen luar yang ditimbulkan pada salah ujung benda uji mendapat tahanan dari tegangan

geser material. Tegangan tersebut bernilai nol pada pusat benda uji dan meningkat secara

linier dengan penambahan jarak terhadap titik pusat. Kondisi kesetimbangan antara momen

pemuntir luar dan momen reaksi dari material menghasilkan:

M r dAr

r dATr

r a a

= = =

=

0

2

0

(4.1)

dengan r2dA adalah momen inersia polar dari benda uji dan biasa dinotasikan dengan J.

Sehingga

MJ

rT=

(4.2)

dan

=M r

J

T(4.3)

dimana adalah tegangan geser (N/mm2),MTmomen puntir (N-mm), rjarak radial dari pusat

(mm) danJmomen inersia polar yang tergantung geometris benda (mm4).

Untuk benda uji silinder pejal dimana J = D4 /32 maka tegangan maksimum yang terjadipada permukaan adalah:

max

/

/= =

M D

D

M

D

T T2

32

164 3 (4.4)

sementara benda uji silinder tubular J = /32(Do4- Di

4) dengan Do diameter luar dan Di

diameter dalam, tegangan geser maksimum adalah:

Gambar 4.1. Pengujian puntir pada benda uji silinder pejal


27/55


(MMS 310802)




max ( )

=

164 4

M D

D D

T o

o i

(4.5)

Besarnya regangan geser ditentukan oleh sudut puntiran (dalam satuan radian):

= =tan rL (4.6)

dimana L adalah panjang benda uji pada Gambar 4.1. Pada saat pengujian maka pengukuran

yang dilakukan adalah momen puntir MT dan sudut puntir untuk memperoleh diagramseperti ditunjukkan oleh Gambar 4.2 berikut:

Pada daerah elastis, sebagaimana halnya hukum Hooke pada uji tarik, maka tegangan geser

dapat dianggap proporsional dengan regangan gesernya. Konstanta proporsionalitas dalam

hal ini adalah modulus kekakuan/elastisitas dalam geseran, G menghasilkan persamaan:

= G (4.7)Substitusi persamaan (4.2) dan (4.6) ke persamaan menghasilkan persamaan untuk modulus

geser sebagai fungsi dari geometri benda uji, momen puntir dan sudut puntir:

GM L

J

T=

(4.8)

Keadaan tegangan internal yang terjadi pada suatu titik pada permukaan benda uji puntir

pejal ditunjukkan oleh Gambar 4.3 berikut:

Gambar 4.3. Keadaan tegangan pada benda uji silinder pejal yang mengalami momen

puntir

Gambar 4.2. Diagram momen puntir-sudut puntir


28/55


(MMS 310802)




Tegangan geser maksimum terjadi pada dua bidang yang saling tegak lurus, tegak lurus

terhadap sumbu longitudinal yy dan sejajar dengan sumbu longitudinal xx. Tegangan utama

1 dan 3 menghasilkan sudut 45o

terhadap sumbu longitudinal dan setara nilainya dengan

tegangan-tegangan geser. 1 adalah tegangan tarik sementara 3 tegangan tekan. Tegangan

intermediat 2 adalah nol. Keadaan tegangan inilah yang dapat dipakai untuk menjelaskan

bentuk perpatahan pada benda uji ulet dan getas.

Logam ulet akan mengalami kegagalan karena mekanisme geser yang terjadi sepanjang salah

satu bidang tegangan geser maksimum. Umumnya bidang perpatahan tegak lurus terhadap

sumbu longitudinal, lihat Gambar 4.4.a.

Material getas akan mengalami kegagalan dalam pembebanan puntir sepanjang bidang yang

tegak lurus terhadap arah tegangan tarik maksimum. Karena bidang ini memotong sudut

antara dua bidang tegangan geser dan membentuk sudut 45o

terhadap arah-arah longitudinal

dan transversal, maka perpatahan akan berbentuk heliks, seperti diperlihatkan oleh Gambar4.4.b. Bandingkan dengan kondisi tegangan dan perpatahan pada material ulet atau getas bila

dikenakan pembebanan tarik atau tekan!

Pengujian puntir memiliki kelebihan daripada pengujian tarik dalam hal pengukuran dasar

mengenai plastisitas material. Pengujian puntir mampu menghasilkan secara langsung kurva

tegangan geser-regangan geser, yaitu melalui persamaan (4.3) dan (4.6). Nilai regangan yang

besar mampu diperoleh dalam uji puntir tanpa komplikasi terjadinya penciutan (necking)

dalam penarikan ataupun penggembungan (barreling) karena efek gesekan dalam penekanan.

Gambar 4.4. Jenis kegagalan material dalam pembebanan puntir:

(a) kegagalan ulet akibat mode geser) dan (b) kegagalan getas akibat mode tarik

(a) (b)


29/55


(MMS 310802)




BBAABB 55

PPEENNGGUUJJIIAANN KKEEAAUUSSAANN

5.1. Tujuan Instruksional Umum:

Mahasiswa mampu menganalisis mekanisme keausan yang terjadi pada beberapa jenis logam

5.2. Sasaran Pembelajaran:

Setelah mempelajari teori dasar pengujian puntir ini mahasiswa mampu:

1. Menjelaskan tujuan dan prinsip dasar pengujian keausan pada logam/material.2. Menjelaskan beberapa mekanisme keausan yang mungkin terjadi pada logam/material.3. Menganalisis beberapa faktor luar (beban, kecepatan dan jarak luncur) terhadap laju

keausan beberapa jenis logam.

5.3. Pengantar

Keausan umumnya didefinisikan sebagai kehilangan material secara progresif atau

pemindahan sejumlah material dari suatu permukaan sebagai suatu hasil pergerakan relatif

antara permukaan tersebut dan permukaan lainnya. Keausan telah menjadi perhatian praktis

sejak lama, tetapi hingga beberapa saat lamanya masih belum mendapatkan penjelasan ilmiah

yang besar sebagaimana halnya pada mekanisme kerusakan akibat pembebanan tarik, impak,

puntir atau fatigue. Hal ini disebabkan masih lebih mudah untuk mengganti komponen/part

suatu sistem dibandingkan melakukan disain komponen dengan ketahanan/umur pakai (life)

yang lama. Saat ini, prinsip penggantian dengan mudah seperti itu tidak dapat diberlakukan

lebih lanjut karena pertimbangan biaya (cost). Pembahasan mekanisme keausan pada material

berhubungan erat dengan gesekan (friction) dan pelumasan (lubrication). Telaah mengenai

ketiga subyek ini yang dikenal dengan nama ilmu Tribologi. Keausan bukan merupakan sifat

dasar material, melainkan response material terhadap sistem luar (kontak permukaan).Material apapun dapat mengalami keausan disebabkan mekanisme yang beragam.


Pengujian keausan dapat dilakukan dengan berbagai macam metode dan teknik, yang

semuanya bertujuan untuk mensimulasikan kondisi keausan aktual. Salah satunya adalah

dengan metode Ogoshi dimana benda uji memperoleh beban gesek dari cincin yang berputar


30/55


(MMS 310802)




(revolving disc). Pembebanan gesek ini akan menghasilkan kontak antar permukaan yang

berulang-ulang yang pada akhirnya akan mengambil sebagian material pada permukaan

benda uji. Besarnya jejak permukaan dari material tergesek itulah yang dijadikan dasar

penentuan tingkat keausan pada material. Semakin besar dan dalam jejak keausan maka

semakin tinggi volume material yang terlepas dari benda uji. Ilustrasi skematis dari kontak

permukaan antara revolving disc dan benda uji diberikan oleh Gambar 5.1:

Dengan B adalah tebal revolving disc (mm), r jari-jari disc (mm), b lebar celah material yang

terabrasi (mm) maka dapat diturunkan besarnya volume material yang terabrasi (W):

W = B.b3 /12r

Laju keausan (V) dapat ditentukan sebagai perbandingan volume terabrasi (W) dengan jarak

luncur x (setting pada mesin uji):

V = W/x = B.b3/12r.x (5.2)

Sebagaimana telah disebutkan pada bagian Pengantar, material jenis apapun akan mengalamikeausan dengan mekanisme yang beragam, yaitu: keausan adhesive, abrasi, lelah dan

oksidasi. Di bawah ini diberikan penjelasan ringkas dari mekanisme-mekanisme tersebut:

1. Keausan adhesive: terjadi bila kontak permukaan dari dua material atau lebihmengakibatkan adanya perlekatan satu sama lain dan pada akhirnya terjadi

pelepasan/pengoyakan salah satu material, seperti diperlihatkan oleh Gambar 5.2.

Gambar 5.1. Pengujian keausan dengan metode Ogoshi

r

B

b

h

P

= kecepatan putar

Gambar 5.2. Ilustrasi skematis keausan adhesive


31/55


(MMS 310802)




2. Keausan abrasif: terjadi bila suatu partikel keras (asperity) dari material tertentumeluncur pada permukaan material lain yang lebih lunak sehingga terjadi penetrasi atau

pemotongan material yang lebih lunak, sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 5.3.

Tingkat keausan pada mekanisme ini ditentukan oleh derajat kebebasan (degree of

freedom) partikel keras atau sperity tersebut. Sebagai contoh partikel pasir silica akan

menghasilkan keausan yang lebih tinggi ketika diikat pada suatu permukaan seperti pada

kertas amplas, dibandingkan bila partikel tersebut berada di dalam sistem slury. Padakasus pertama partikel tersebut kemungkinan akan tertarik sepanjang permukaan dan

mengakibatkan pengoyakan sementara pada kasus terakhir partikel tersebut mungkin

hanya berputar (rolling) tanpa efek abrasi.

3. Keausan lelah: merupakan mekanisme yang relatif berbeda dibandingkan duamekanisme sebelumnya, yaitu dalam hal interaksi permukaan. Baik keausan adhesive

maupun abrasif melibatkan hanya satu interaksi sementara pada keausan lelah dibutuhkan

interaksi multi. Gambar 5.4 memberikan skematis mekanisme keausan lelah. Permukaan

yang mengalami beban berulang akan mengarah pada pembentukan retak-retak mikro

(t1). Retak-retak tersebut pada akhirnya menyatu (t2) dan menghasilkan pengelupasan

material ((t3). Tingkat keausan sangat tergantung pada tingkat pembebanan.

4. Keausan oksidasi: seringkali disebut sebagai keausan korosif. Pada prinsipnyamekanisme ini dimulai dengan adanya perubahan kimiawi material di bagian permukaan

oleh faktor lingkungan. Kontak dengan lingkungan ini akan menghasilkan pembentukan

lapisan pada permukaan dengan sifat yang berbeda dengan material induk. Sebagai

Gambar 5.3. Ilustrasi skematis keausan abrasif

Gambar 5.4. Ilustrasi skematis keausan lelah


32/55


(MMS 310802)




konsekuensinya, material pada lapisan permukaan akan mengalami keausan yang berbeda

Hal ini selanjutnya mengarah kepada perpatahan interface antara lapisan permukaan dan

material induk dan akhirnya seluruh lapisan permukaan itu akan tercabut. Gambar 5.5

memperlihatkan skematis mekanisme keausan oksidasi/korosi ini.

Gambar 5.5. Ilustrasi skematis keausan oksidasi


33/55


(MMS 310802)




BBAAGGIIAANN 22::

MMOODDUULL PPRRAAKKTTIIKKUUMM

PPEENNGGUUJJIIAANN MMEEKKAANNIIKK PPAADDAA MMAATTEERRIIAALL


34/55


35/55


(MMS 310802)




MMOODDUULL 11

PPEENNGGUUJJIIAANN TTAARRIIKK

1.1. Tujuan Pengujian:

1. Untuk membandingkan kekuatan maksimum beberapa jenis logam (besi tuang, baja,tembaga dan alumunium)

2. Untuk membandingkan titik luluh logam-logam tersebut3. Untuk membandingkan tingkat keuletan logam-logam tersebut, melalui penghitungan

% elongasi dan % pengurangan luas.

4. Untuk membandingkan fenomena necking pada logam-logam tersebut.5. Untuk membandingkan modulus elastisitas dari logam-logam tersebut.6. Untuk membuat, membandingkan serta menganalisis kurva tegangan-regangan, baik

kurva rekayasa maupun sesungguhnya dari beberapa jenis logam.

7. Untuk membandingkan tampilan perpatahan (fraktografi) logam-logam tersebut danmenganalisisnya berdasarkan sifat-sifat mekanis yang telah dicapai.

1.2. Prasyarat:

Sebelum anda melakukan modul praktikum ini, anda harus:

1. Membaca Teori Dasar Praktikum Metalurgi Fisik (Bab 1) dan buku-buku teks yangdianjurkan;

2. Membaca buku prosedur panduan praktikum Metalurgi Fisik ini;3. Menyelesaikan Laporan Pendahuluan Praktikum (prelab report) dan menyerahkannya

kepada asisten penanggung jawab/koordinator praktikum;

4. Lulus tes pendahuluan.1.3. Peralatan dan material:

1. Universal testing machine, Servopulser Shimadzu kapasitas 30 ton2. Caliper dan/atau mikrometer3. Spidol permanen atau penggores (cutter)4. Stereoscan macroscope.5. Sampel uji tarik (besi tuang, baja, tembaga dan alumunium).

1.4. Prosedur:

1. Ukurlah dimensi (diameter rata-rata) dari benda uji dengan menggunakan caliper ataumikrometer. Buatlah sketsa dari benda uji dan masukkan hasil pengukuran dimensi

tersebut pada lembar data Anda.


36/55


(MMS 310802)




2. Tandailah panjang ukur (gauge length) berupa jarak antara dua titik pada benda ujidengan menggunakan penggores (cutter) atau spidol permanen. Buatlah panjang ukur

yang simetris dengan panjang benda uji keseluruhan dan mengacu kepada standar

(ASTM atau JIS)

3. Pasanglah benda uji dengan hati-hati pada grip mesin uji Shimadzu. Pada tahap ini andaakan didampingi oleh teknisi lab. Catatlah setiap langkah operasional setting pengujian

dengan seksama.

4. Mulailah penarikan dan perhatikan dengan baik mekanisme deformasi yang terjadi padabenda uji serta tampilan grafik beban-perpanjangan yang terlihat pada recorder Teruskan

pengamatan hingga terjadinya beban maksimum dan dilanjutkan dengan necking lalu

perpatahan

5. Tandailah pada grafik beban-perpanjangan titik-titik terjadinya beban maksimum danperpatahan.

6. Lepaskan benda uji dari grip mesin uji, satukan kembali patahan benda uji dan ukurlahpanjang akhir (Lf) antara dua titik (gauge marks). Ukurlah pula diameter akhir dari bagian

benda uji yang mengalami necking. Catatlah hasil-hasil pengukuran ini di dalam lembar

data.

7. Amati dan catat karakteristik tipe perpatahan yang terjadi dengan menggunakanstereoscan macroscope. Buatlah sketsa tampak samping dan permukaan patahan

(fractografi) benda uji pada lembar data Anda.

8. Lakukanlah pengujian untuk material yang berbeda jenisnya.9. Berdasarkan grafik beban-perpanjangan setiap logam, hitunglah dengan formulasi yang

sesuai dari nilai-nilai sebagai berikut: (i) titik luluh; (ii) kekuatan tarik maksimum; (iii)

persentase elongasi; (iv) persentase pengurangan area; (v) modulus elastisitas.

1.5. Pertanyaan dan Tugas:

1. Buatlah grafik tegangan-regangan rekayasa dari pengujian tarik yang telah Anda lakukanpada sampel besi tuang, baja, tembaga dan alumunium. Indikasikanlah titik luluh, daerahdeformasi elastis dan plastis, kekuatan maksimum dan titik perpatahan.

2. Dengan formulasi yang Anda susun pada Laporan Pendahuluan, buatlah diagramtegangan-regangan sesungguhnya dari sampel-sampel tersebut. Indikasikanlah dimana

mulai terjadinya perbedaan yang signifikan antara grafik ini dengan grafik tegangan-

regangan rekayasa. Berikanlah penjelasan!

3. Apa makna penting dari nilai-nilai % elongasi dan % pengurangan area dari suatumaterial? Apakah kedua nilai tersebut sama ataukah berbeda? Mengapa?

4. Mengapa baja menunjukkan adanya titik luluh sementara besi tuang tidak?5. Mengapa besi tuang kelabu secara mekanik dinilai lemah? Ukuran apakah yang dipakai

sehingga dinilai lemah secara mekanis? Bagaimana halnya dengan besi tuang nodular?

6. Bagaimana perbedaan perpatahan antara baja dan besi tuang?7. Dari logam-logam yang diuji manakah yang: (i) paling kuat? (ii) paling ulet? (iii) paling

kaku?

Dukunglah penilaian anda tersebut dengan data-data hasil pengujian.

8. Apakah logam yang ulet selalu logam yang tangguh?


37/55


(MMS 310802)




MMOODDUULL 22

PPEENNGGUUJJIIAANN KKEEKKEERRAASSAANN


1. Untuk memahami dan menguasai prosedur metode uji kekerasan Brinell, Vickers danRockwell.

2. Untuk membandingkan nilai kekerasan (Brinell dan Vickers) dari beberapa jenislogam (besi tuang, baja, tembaga dan alumunium).

3. Untuk mengetahui prinsip dan teknik pengujian kekerasan mikro (Vickers) danmengaplikasikannya untuk mengetahui nilai kekerasan fasa-fasa di dalam logambaja/besi tuang.

4. Untuk mengestimasi nilai kekuatan tarik beberapa logam berdasarkan nilai kekerasanBrinellnya.

2.2. Prasyarat:


1. Membaca Teori Dasar Praktikum Metalurgi Fisik (Bab 2) dan referensi yangdianjurkan

2. Membaca buku prosedur panduan praktikum Metalurgi Fisik ini.3. Menyelesaikan Laporan Pendahuluan Praktikum ( prelab report) dan

menyerahkannya kepada asisten penanggung jawab/koordinator praktikum


1. Hoytom macrohardness tester (metode Brinell, Vickers dan Rocwell)2. Buehler Micromet 2100 series microhardness tester (metode Vickers)3. Micrometer4. Measuring microscope5. Sampel uji silider pejal dan uji tarik (besi tuang, baja, tembaga dan alumunium)

2.4. Prosedur:

2.4.1. Pengujian kekerasan makro

2.4.1.a. Metode Brinell dan Vickers (sampel silinder pejal)

1. Persiapkan sampel uji kekerasan berbentuk silinder (besi tuang, baja, tembaga danalumunium) dengan cara melakukan pengamplasan dan pemolesan yang memadai,

diindikasikan dengan permukaan benda uji yang cukup mengkilat.


38/55


(MMS 310802)




2. Pastikan bahwa peralatan uji (Brinell dan Vickers) telah di set-up dengan baik. Pasanglahindentor untuk masing-masing metode dengan seksama.

3. Pilihlah beban yang sesuai dengan benda uji. Lihat buku manual alat4. Putar poros tempat dudukan benda uji searah jarum jam hingga indentor menyentuh

benda uji dengan perlahan-lahan. Hati-hati! Jagalah agar indentor tidak sampai

menghujam benda uji karena hal ini akan mengakibatkan kerusakan berat pada mata

indentor itu.

5. Setelah benda uji bersentuhan dengan indentor, putarlah terus poros dudukan sampelhingga jarum merah kecil pada lingkaran dalam menyentuh batas merah. Langkah ini

merupakan preload dari indentasi. Jangan teruskan putaran poros bila batas ini telah

tercapai.

6. Putar tuas beban ke arah belakang dengan hati-hati lalu lepaskan tuas tersebut hinggaberputar perlahan-lahan. Pada tahap ini berlangsung pembebanan indentasi pada benda uji

selama 10-15 detik hingga jarum pada lingkaran dalam dan luar kembali ke posisi awal.

7. Lepaskan kontak indentor dengan benda uji secara hati-hati, yaitu dengan memutar porosdudukan berlawanan arah jarum jam. Berhati-hatilah agar tidak terjadi pemutaran poros

tersebut searah jarum jam karena akan mengakibatkan rusaknya jejak hasil indentasi.

8. Indentasi pada satu lokasi telah selesai. Lakukan tahap-tahap operasional di atas untuklokasi atau benda uji lainnya.

9. Ukurlah diameter jejak indentasi dengan menggunakan mikroskop pengukur jejak.Catatlah hasil pengukuran pada buku lembar data anda..

10.Hitung nilai kekerasan dengan rumus yang sesuai dengan metode uji (Brinell atauVickers).

2.4.1.b. Metode Brinell (sampel uji tarik)

Pengujian kekerasan ini dilakukan pada sampel-sampel uji tarik sebelum dilakukan

penarikan. Tujuannya adalah untuk mengetahui korelasi antara nilai kekuatan tarik dan

kekerasan Brinell dari logam. Prosedur pengujian adalah sama dengan prosedur I.a, hanyasaja lokasi pengujian adalah pada bagian grip sampel uji tarik.

1. Amplaslah bagian grip sampel uji tarik dengan kertas amplas hingga diperolehpermukaan yang relatif rata dan mampu memantulkan cahaya. Bila perlu lanjutkan

pengamplasan dengan tingkat kehalusan yang lebih tinggi.

2. Tempatkan sampel uji tarik tersebut dalam pemegang khusus (anvil) dalam posisihorisontal.

3. Pilihlah indentor dan beban yang sesuai.4. Lakukan pengujian kekerasan Brinell pada beberapa lokasi di bagian grip (min. 3 titik).5. Ukurlah diameter jejak yang dihasilkan. Hitung nilai kekerasan dan bandingkan dengan

nilai yang diperoleh dari sampel uji silinder pejal. Gunakan keduanya untuk

mengestimasi nilai kekuatan tarik logam.

6. Lakukan pada benda uji lainnya.2.4.1.c. Metode Rockwell (sampel silinder pejal)

Metode Rockwell merupakan pengujian untuk mengetahui nilai kekerasan material melalui

pembacaan langsung (direct reading). Prinsip pengujian pada dasarnya adalah sama dengan

metode Brinell dan Vickers.


39/55


(MMS 310802)




1. Persiapkan benda uji dengan baik (amplas dan poles secukupnya).2. Pasang indentor yang sesuai (Rockwell B atau C).3. Pasang beban yang sesuai, lihatlah buku manual alat.4. Putar ring dari dial pembaca sehingga jarum panjang berwarna hitam menunjuk angka

nol pada skala. Sesuaikan skala tersebut dengan metode Rockwell yang dipilih. Untuk

Rockwell C pilihlah skala terluar (merah) sedangkan Rockwell pakailah skala dalam(hitam).

5. Lakukan preload dengan memutar poros dudukan benda uji searah jarum jam hinggajarum kecil pada dial pembaca menyentuh batas merah.

6. Lakukan pembebanan dengan memutar tuas beban ke belakang dengan hati-hati.Biarkan tuas bergerak dengan halus selama beberapa waktu, antara 10-15 detik.

7. Kembalikan tuas beban ke posisi semula dengan hati-hati.8. Bacalah nilai kekerasan material pada dial yaitu posisi jarum hitam panjang sesuai

metode Rockwell yang dipakai.

9. Lepaskan benda uji dengan memutar poros dudukan benda uji berlawanan arah jarum.10. Lanjutkan pengujian untuk lokasi atau material lain.2.4.2. Pengujian kekerasan mikro

Pengujian ini bertujuan untuk memperoleh nilai kekerasan mikro dari fasa-fasa penyusun besi

tuang (kelabu dan nodular) dan baja karbon rendah.

1. Siapkan benda uji dengan tahapan-tahapan uji metalografi sebagai berikut: amplaskasar, amplas halus, poles dan etsa. Gunakan zat etsa nital 3% untuk memperoleh fasa-

fasa penting dalam material-material tersebut. Konsultasikan dengan teknisi lab

bersangkutan bila menemui masalah dalam memunculkan fasa-fasa tersebut.

2. Tempatkan benda uji pada dudukan dengan permukaan yang akan diuji tegak lurusterhadap indentor intan.

3. Nyalakan instrumen Micromet dengan menekan tombol switch-on di bagian sampingalat uji. Lampu power berwarna merah akan menyala pada panel muka.4. Putarlah turet indentor-lensa obyektif hingga diperoleh perbesaran 40 X.5. Aturlah fokus struktur mikro benda uji dengan memutar handel pengangkat di bagian

samping alat uji. Dapatkan tingkat pencahayaan yang sesuai dengan mengatur kontrol

iluminasi di bagian samping.

6. Tentukan lokasi (fasa) yang akan diuji. Area yang dipilih harus ditempatkan di tengah-tengah ruang pandang mata pengamat (okuler).

7. Pilih beban yang sesuai dengan memutar dial beban (di bagian samping atas) denganhati-hati. Jangan sekali-kali melakukannya dengan kejutan.

8. Atur waktu indentasi. Tombol pengatur indentasi terletak di bagian amping bawah.Direkomendasikan waktu indentasi untuk hampir semua pengujian kekerasan mikroadalah 10-15 detik. Bila diperlukan aculah standar ASTM.

9. Putar turet indentor-lensa obyektif hingga diperoleh posisi indentor.10. Lakukan indentasi dengan menekan tombol Start. LampuLoadingakan menandakan

indentasi berlangsung selama waktu yang telah ditentukan sebelumnya.


40/55


(MMS 310802)




11. Tunggulah agar lampu indikasi loading benar-benar berhenti menyala. Jangan sekali-kali menggerakkan benda uji ataupun mencoba memutar turet indentor-lensa obyektif

sebelum indentasi selesai dengan sempurna.

12. Indentasi selesai, putarlah turet ke posisi lensa obyektif kembali (40 X) dan mulailahpengukuran lebar jejak.

13. Pengukuran dilakukan dengan memutar left fillar adjustment knob (bagian kiri darilensa okuler) sehingga bagian garis kiri terdalam menyentuh ujung kiri terluar dari

jejak.

14. Putar right fillar adjustment knob sehingga bagian kanan terdalam dari right fillar lineberimpit dengan bagian kiri terdalam dari left fillar line. Perhatikan skala nol pada right

mikrometer yang terletak pada fillar adjustment knob.

15. Putar fillar adjustment knob sehingga garis kanan akhirnya mencapai ujung kananterluar dari jejak. Inilah jarak diagonal dari jejak pada benda uji. Catatan: satu kali

putaran mikrometer adalah 25 mikron atau penambahan 1 skala adalah sama dengan

0.5 mikron.

16. Ulangi langkah pengukuran untuk jarak diagonal lainnya dengan memutar keduaadjustment knob dalam posisi vertikal.

17. Hitung nilai kekerasan fasa dengan rumus yang sesuai.18. Lakukan pengujian untuk fasa atau lokasi lain.2.5. Pertanyaan dan Tugas:

1. Apakah satuan dari nilai kekerasan Brinell dan Vickers?2. Apakah hasil penjejakan Brinell yang anda lakukan betul-betul berbentuk tembereng

(spherical)? Distorsi bentuk apakah yang umum terjadi? Bagaimana halnya dengan

distorsi jejak Vickers?

3. Mengapa diperlukan permukaan benda uji yang mulus/licin pada saat melakukan ujikekerasan Brinell atau Vickers?

4. Mengapa pengujian Vickers atau Rockwell C tidak disarankan untuk besi tuang?5. Hitung nilai kekuatan tarik dari logam berdasarkan hasil uji kekerasan yang diperoleh.

Sebagai patokan: nilai kekuatan tarik maksimum (UTS) = 0.35 HB kg/mm2.

Bandingkanlah nilai estimasi ini dengan nilai yang diperoleh dari pengujian tarik.

Seberapa besarkah perbedaan kedua nilai tersebut? Berikanlah alasan yang mampu

menjelaskan hal tersebut.

6. Mengapa terkadang diperlukan estimasi kekuatan tarik material dari nilai kekerasannyadibandingkan peroleh nilai UTS secara langsung dari pengujian tariknya?

7. Apakah nilai kekerasan Brinell, Vickers dan Rockwell dari suatu logam dapatdikonversikan satu sama lainnya? Apakah mungkin dihasilkan persamaan matematis

untuk menghubungkan ketiga skala kekerasan tersebut.

8. Berapakah nilai VHN dari fasa-fasa: ferit, perlit, austenit, grafit berbentuk serpih, grafitberbentuk nodul? Bandingkanlah hasil pengujian anda dengan literatur.

9. Setelah melakukan pengujian kekerasan dapatkah anda memberikan batasan/definispengujian kekerasan mikro itu? Apakah bedanya dengan kekerasan makro?

10. Pada aplikasi lain apa sajakah pengujian kekerasan mikro dilakukan?


41/55


(MMS 310802)




MMOODDUULL 33

PPEENNGGUUJJIIAANN IIMMPPAAKK


1. Untuk mengetahui temperatur transisi perilaku kegetasan baja struktural ST 42.2. Untuk menganalisis permukaan patahan (fractografi) sampel impak yang diuji pada

berbagai temperatur.

3.2. Prasyarat:


1. Membaca Teori Dasar Praktikum Metalurgi Fisik (Bab 3) dan buku-buku teks yangdianjurkan

2. Membaca buku prosedur panduan praktikum Metalurgi Fisik ini3. Menyelesaikan Laporan Pendahuluan Praktikum (prelab report) dan menyerahkannya

kepada asisten penanggung jawab/koordinator praktikum


1. Impact testing machine (metode Charpy) kapasitas 30 Joule.2. Caliper dan/atau mikrometer3. Stereoscan macroscope.4. Termometer5. Furnace.6. Sampel uji impak baja ST 42 (4 buah)7. Dry ice

3.4. Prosedur:

1. Dengan menggunakan caliper/mikrometer lakukan pengukuran luas area di bawahtakik dari sampel-sampel uji anda. Catatlah hasil pengukuran anda di dalam lembardata.

2. Persiapkan sampel uji untuk temperatur rendah (100

0C), yaitu dengan memasukkan masing-masing ke dalam wadah berisi campuran

dry ice + alkohol 70% dan furnace.

3. Ujilah satu demi satu sampel pada: temperatur ruang (Tr), 0oC, 100oCdengan mengikuti langkah-langkah sebagai berikut:


42/55


(MMS 310802)




Pastikan jarum skala berwarna merah sebagai penunjuk harga impak materialberada pada posisi nol.

Putarlah handel untuk menaikkan pendulum hingga jarum penunjuk bebanberwarna hitam mencapai batas merah.

Letakkan benda uji pada tempatnya dengan takik membelakangi arah datangnyapendulum. Pastikan benda uji tepat berada di tengah dengan bantuan centresetting.

Bila benda uji telah siap, tariklah centre setting ke posisi semula. Jangan sekali-kali meninggalkan centre setting ini di belakang benda uji karena akan ikut

mengalami tumbukan oleh pendulum.

Berhati-hatilah, jangan berdiri pada garis ayunan gaya pendulum. Bersiaplahmelakukan pengujian pada posisi di samping alat uji.

Lepaskan tombol pada tangkai pendulum sehingga pendulum berayun danmenumbuk benda uji.

Lakukan pengereman dengan menarik tuas rem sehingga ayunan pendulum dapatdikurangi.

Bacalah nilai yang ditunjukkan oleh jarum merah pada skala yang sesuai (300Joule). Hitunglah harga impak material dengan rumus dasar.

Ambil benda uji dan amatilah permukaan patahannya di bawah stereoscanmacroscope. Buatlah sketsa patahannya di dalam lembar data anda. Ukurlah luas

area getas dan ulet dari masing-masing sampel uji. Nyatakan dalam persentase

terhadap luas area total di bawah takik!

Ulangi pengujian untuk sampel-sampel lain. Tingkat kehati-hatian lebih tinggidiperlukan dalam menangani sampel temperatur tinggi.

3.5. Tugas dan pertanyaan:

1.

Sifat fisik apakah yang ditentukan oleh pengujian impak?2. Berikanlah beberapa contoh dimana gaya impak bekerja secara aktual pada komponen-

komponen logam!

3. Buatlah grafik harga impak sebagai fungsi temperatur dari hasil pengujian anda.Tentukanlah temperatur transisi dari logam yang diuji!

4. Buatlah pula grafik persentase luas area getas sebagai fungsi temperatur!5. Apakah yang menyebabkan terjadinya data scatter hasil pengujian anda?6. Bagaimanakah grafik HI vs Temperatur bila takik pada benda uji dibuat (a) lebih tajam

atau (b) lebih lebar? Jelaskan!

7. Kegagalan getas umumnya diindikasikan oleh alur cleavage sepanjang bidangkristalografi tertentu. Apakah penampakan perpatahan pada benda uji anda mendukung

pernyataan ini? Jelaskan!


43/55


(MMS 310802)




MMOODDUULL 44

PPEENNGGUUJJIIAANN PPUUNNTTIIRR


1. Untuk memperoleh kurva tegangan geser-regangan geser dan nilai modulus geser (G)dari beberapa jenis logam (baja, paduan tembaga dan paduan alumunium)

2. Untuk menganalisis permukaan patahan (fractografi) sampel hasil uji puntir.4.2. Prasyarat:

Sebelum anda melakukan modul praktikum ini, anda harus:1. Membaca Teori Dasar Praktikum Metalurgi Fisik (Bab 4) dan buku-buku teks yang

dianjurkan




1. Torsee torsion testing machine2. Caliper dan/atau mikrometer3. Stereoscan macroscope.4. Sampel uji puntir (baja, paduan tembaga dan paduan alumunium)

4.4. Prosedur:

1. Persiapkan sampel uji kawat (panjang 300-350 mm).2. Pastikan bahwa oil dumper tersedia dalam jumlah yang memadai.3. Atur skala pendulum sesuai dengan beban yang diinginkan (6 kg-m atau 3 kg-m).4. Pasang beban tersebut5. Periksa dan pasang jarum penunjuk momen puntir pada skala nol.6. Pasang kertas pencatat pada silindernya.7. Lakukan uji coba terlebih dahulu pada kertas dan silinder pencatat tersebut.8. Pasang sampel uji dengan baik. Putarlah grip pemegang ke arah yang sesuai. Pastikan

pengencangan yang dilakukan tidak terlalu rendah maupun terlalu besar. Gunakan alat

bantu bila perlu.

9. Atur jarum penunjuk sudut puntir pada skala nol.10.Atur jarum penunjuk momen puntir pada skala nol.11.Atur penunjuk jumlah puntiran


44/55


(MMS 310802)




12.Tariklah tuas main switch pada dinding tembok ke posisi on13.Nyalakan tombol hijau untuk memulai pengujian.14.Amati dan catat momen torsi pada penambahan sudut puntir:

tiap 30o selama dua putaran tiap 60o selama putaran ke 3 dan 4. tiap 90o untuk satu putaran selanjutnya. tiap 120o untuk satu putaran selanjutnya. tiap 180o untuk satu putaran selanjutnya. tiap 360o hingga benda uji putus.

15.Lepaskan benda uji dan amati di bawah stereoscan microscope. Buatlah sketsa dandeskripsi dari patahan tersebut.

16.Ulangi pengujian untuk jenis logam lainnya.4.5. Tugas dan pertanyaan:

1.

Buatlah kurva momen puntir terhadap sudut puntir dari setiap jenis logam yang diuji.2. Dengan rumus yang sesuai, ubahlah kurva momen puntir-sudut puntir tersebut

menjadi kurva tegangan geser-regangan geser.

3. Dari kurva tersebut tentukanlah nilai modulus geser (G) dari setiap jenis logam.Bandingkanlah nilai tersebut dengan nilai G yang diperoleh dari nilai E hasil uji tarik.

(melalui rumus yang sesuai dan nilai v untuk setiap jenis logam dari literatur).

4. Bandingkanlah tampilan fraktografi patahan hasil uji puntir dan patahan hasil uji tarikuntuk setiap jenis bahan. Apa yang membedakan tampilan tersebut? Jelaskan!


45/55


(MMS 310802)




MODUL 5

PENGUJIAN KEAUSAN


1. Untuk membandingkan ketahanan aus beberapa jenis logam (baja lunak, besi tuang,paduan tembaga dan paduan alumunium).

2. Untuk mengetahui mekanisme keausan yang dominan pada logam-logam tersebut5.2. Prasyarat:


1. Membaca Teori Dasar Praktikum Metalurgi Fisik (Bab 5) dan buku-buku teks yangdianjurkan




1. Ogoshi wear testing machine2. Caliper dan/atau mikrometer3. Pemasang-pembuka gir (tracker)4. Mikroskop pengukur (Measuring macroscope)5. Sampel uji keausan (baja, besi tuang, paduan tembaga dan paduan alumunium)

5.4. Prosedur:

1. Persiapkan semua perlengkapan yang dibutuhkan selama pengujian: sampel uji (5buah), satu set gir, tracker.

2. Ukur tebal (B) dari cincin pemutar (revolving disc). Pasang pada tempatnya dankencangkan dengan memutar mur pengikatnya.

3. Pasang benda uji pada sample holderyang berada pada tengah-tengah lever. Pastikandaerah yang akan diuji berada tepat di bawah garis penanda pada window.

Kencangkan benda uji dengan memutar baut pada window tersebut searah putaran

jarum jam.

4. Aturlah parameter pengujian (beban, kecepatan dan jarak luncur) dengan men-setvariasi gir. Lihatlah tabel penunjuk variasi tersebut.


46/55


(MMS 310802)




5. Aturlah skala pada lubang intip pada posisi nol. Bila belum diperoleh maka tekanlahspring adjusting handle sambil diputar ke arah increase bila angkanya masih di

bawah nol atau decrease bila angkanya melewati nol.

6. Sekarang sentuhkan sampel uji yang telah terikat pada sample holder denganrevolving disc.

7. Aturlah pasangan gir beban (yang berhubungan langsung dengan sample holder)sehingga diperoleh skala 4.5 pada lubang intip sebagai suatu pembebanan awal

(preload). Bila posisi ini belum diperoleh, lakukan kembali langkah 5.

8. Pastikan set-up parameter pengujian telah sesuai.9. Bersihkan mesin uji dari benda-benda yang membahayakan (kain, gir, obeng dsb).10.Tekan tombol switch-on untuk memulai pengujian.11.Lepaskan sampel bila mesin telah mati. Ulangi pengujian untuk lokasi atau sampel

lain.

12.Ukurlah dengan measuring microscope lebar celah (b) yang diperoleh. Catat padalembar data anda. Amati pula jejak keausan yang anda peroleh. Buatlah sketsa dan

deskripsi jejak tersebut.

5.5. Tugas dan pertanyaan:

1. Hitunglah laju keausan pada sampel-sampel uji dengan parameter yang telahditetapkan. Buatlah grafik laju aus terhadap beban dan kecepatan luncur dari setiap

jenis material.

2. Bandingkanlah ketahanan aus dari material-material tersebut. Jelaskan berdasarkantinjauan metalurgi fisik dan struktur mikro.

3. Apakah ada korelasi antara kekerasan logam dan ketahanan ausnya. Jelaskan!4. Mekanisme keausan apakah yang terjadi pada sampel-sampel uji anda?5. Bagaimana usaha/cara untuk meningkatkan ketahanan aus dari logam-logam tersebut?


47/55


(MMS 310802)




LLAAMMPPIIRRAANN


48/55

PRAKTIKUM KARAKTERISASI MATERIAL-1

Laboratorium Metalurgi Fisik Departemen Metalurgi dan Material FTUI

LEMBAR DATA UJI TARIK

Nama :

NPM :Kelompok :

Tanggal praktikum :

Mesin Uji :

Chart speed :

Cross-head speed :

Tabel 1. Sifat Mekanik Hasil Pengujian Tarik

Benda uji

Diameter benda uji, d (mm)

Luas area

Awal, Ao (mm2) Akhir, Af (mm2)Panjang ukur

Awal, Lo (mm) Akhir, Lf (mm)Beban luluh , kg

Beban maksimum, kg

Beban putus, kg

Kekuatan Luluh, kg/mm2

UTS, kg/mm2

Kekuatan Putus, kg/mm2

Elongasi, %


49/55

Tabel 2. 1. Sketsa Patahan Sampel Uji Tarik

Benda uji

Tampak samping

Penampang Lintang

Deskripsi patahan

Asisten Lab : . Paraf :.


50/55


51/55



LEMBAR DATA UJI KEKERASANMETODE VICKERS

Nama :

NPM :Kelompok :

Tanggal praktikum :

No Benda uji Kondisi

Indentasi

Indentasi d (mm) VHN VHN

rata-rata

Keterangan

12

3

4

1P = kg

t = detik

5

1

2

3

4

2P = kg

T = detik

5

1

23

4

3P = kgt = detik

5

1

2

3

4

4P = kg

t = detik

5

1

2

3

4

5P = kg

t = detik

5

Asisten : Paraf : .


52/55



LEMBAR DATA UJI KEKERASANMETODE ROCKWELL

Nama :

NPM :Kelompok :

Tanggal praktikum :

No Benda uji Kondisi

Indentasi

Indentasi HRC HRB HRC

rata2

HRB

rata2

Keterangan

12

3

4

1P = kg

t = detik

5

1

2

3

4

2P = kg

t = detik

5

1

23

4

3P = kgt = detik

5

1

2

3

4

4P = kg

t = detik

5

1

2

3

4

5P = kg

t = detik

5

Asisten : Paraf : .


53/55



LEMBAR DATA UJI IMPAK

Nama :

NPM :Kelompok :

Tanggal praktikum :

Sketsa benda uji:

Material : ..

Metode : Charpy

Beban impak : Joule

No T(oC) a(mm) b(mm) A(mm2) E(Joule)

HI

(Joule/mm

2)

Bentukpatahan Deskripsipatahan

1

2

3

4

Asisten Lab: Paraf : .

b

a

a = tinggi section di bawah takik (mm)

b = lebar sampel (mm)

A = luas penampang di bawah takik = a x b (mm2)

U = Energi yang diserap (J)

HI = Harga Impak = E/A (J/mm2)


54/55



LEMBAR DATA UJI PUNTIR

Nama :

NPM :Kelompok :

Tanggal praktikum :

Benda uji :

Panjang sampel : awal = . mm akhir = .mm Diameter sampel : awal = . mm akhir = .mm

No Momen Puntir

T (kg-mm)

Sudut Puntir

(o

)

No Momen Puntir

T (kg-mm)

Sudut Puntir

(o

)1. 26.2. 27.3. 28.4. 29.5. 30.6. 31.7. 32.8. 33.9. 34.10. 35.11. 36.12. 37.13. 38.14. 39.15. 40.16. 41.17. 42.18. 43.19. 44.20. 45.21. 46.22. 47.23. 48.24. 49.25. 50.

Sketsa patahan Deskripsi patahan:

Asisten Lab : .. Paraf :.


55/55



LEMBAR DATA UJI KEAUSAN

Nama :

NPM :Kelompok :

Tanggal praktikum :

Benda uji :

Temperatur : .. Kondisi uji : Pelumasan Non-pelumasan

Diameter revolving disc: .. mm Bahan revolving disc :

No Jarak Luncur

(mm)

Beban

(kg)

Kecepatan

(mm/detik)

Lebar celah

aus, b (mm)

Laju au

Buku Paduan Pratikum Metalurgi Dasar Material

Documents

Transcript of Buku Paduan Pratikum Metalurgi Dasar Material