[Full] Modul Praktikum Pengujian Material 2015 (DT)

MODUL

PRAKTIKUM

Praktikum Pengujian Material :

Destructive Testing (DT)

Laboratorium Metalurgi Fisik

DTMM FTUI 2015

Laboratorium Metalurgi Fisik - DTMM FTUIPage 0

BAB 1

PENGUJIAN TARIK

Tujuan Praktikum

Untuk membandingkan kekuatan maksimum beberapa jenis material (besi tuang, baja, kuningan dan alumunium dan polimer).

Untuk membandingkan titik-titk luluh (yield) material tersebut.

Untuk membandingkan tingkat keuletan material tersebut melalui % elongasi dan % pengurangan luas.

Untuk membandingkan fenomena necking pada material tersebut.

Untuk membandingkan modulus elastisitas dari material tersebut.

Untuk membuat, membandingkan serta menganalisis kurva tegangan regangan, baik kurva rekayasa maupun kurva sesungguhnya dari beberapa jenis logam.

Untuk membandingkan tampilan perpatahan (fractografi) logam-logam tersebut dan menganalisanya berdasarkan sifat-sifat mekanis yang telah dicapai.

Pengantar

Tujuan dari dilakukannya suatu pengujian 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 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. Di antara semua pungujian mekanis tersebut, pengujian tarik merupakan jenis pengujian yang paling banyak digunakan karena mampu memberikan informasi representatif dari perilaku mekanis material.

1.3. 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 Stress Strain Behaviour of Metals

Pengujian tarik yang dilakukan pada suatu material (logam dan nonlogam) dapat memberikan keterangan yang relatif lengkap mengenai perilaku material tersebut terhadap pembebanan mekanis. Informasi penting yang bisa didapat adalah:

Yielding & Yield Strength

Material memiliki kemampuan untuk terdefrmasi secara elastis dan plastis. Daerah

elastis 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 (bandingkan dengan hubungan y = mx; dimana y mewakili tegangan; x mewakili regangan dan m mewakili slope kemiringan dari modulus kekakuan).

Pada daerah elastis, material akan kembali kepada bentuk semula bila tegangan luar dihilangkan. Hal ini dikarenakan energi potensial dari ikatan antar atom masih lebih tinggi dibandingkan dengan beban yang diterima (earlier stage of deformation), sehingga material mampu kembali ke bentuk semula ketika beban dilepaskan.

Pada logam polycrystalline, mekanisme defirmasi dapat terjadi melalui slip atau twinning. Hal ini akan bergantug pada stacking fault energy inheren logam tersebut.

Gambar 1.1. Permodelan Ikatan Kimia yang Mengalami Peregangan antara Atom A dan Atom B.

Jika beban terus ditingkatkan dan melewati batas elastis, maka material akan mengalami memasuki daerah plastis (onset plasticity) dimana deformasi bersifat irreversible/permanent. Setiap material memiliki perilaku batas proporsionalitas yang berbeda, hal ini disebabkan oleh perbedaan karakteristik susunan dan ikatan antar atom. Contohnya untuk ikatan logam, jika komponen repulsif dan attraktif dinyatakan dalam UA dan UB, maka total potensial energi ikatan antar atom tersebut dinyatakan dalam :


(1.1)

Dimana A dan B adalah konstanta dari masing-masing konstanta inheren material tersebut, r adalah jarak antar atom (angstrom), m dan n adalah konstanta jenis ikatan. Turunan pertama dari (1.1) akan menyatakan besarnya gaya yang dibutuhkan untuk memecah ikatan secara permanen. Hal ini dinyatakan dalam :

(1.2)

Gambar 1.2. (a) Titik P Merupakan Batas Proporsional, (b) Representatif Titik Luluh pada Beberapa Jenis

Baja (Fenomena Luder Band).

Penentuan titik luluh dapat dilakukan dengan berbagai cara, berikut adalah beberapa

cara yang digunakan menurut ASTM E8

Upper Yield, cara ini merupakan cara yang paling sederhana. Penentuan titik luluh dilakukan dengan mengambil titik dimana peningkatan strain terjadi tanpa adanya peningkatan tegangan, yakni titik tertinggi sebelum kurva stress-strain cenderung menurun. Pada beberapa material seperti baja karbon akan terdapat upper dan


lower yield point, untuk alasan safety yang diambil biasanya lower yield point

sebagai titik luluh.

Gambar 1.3 Penentuan Titik Luluh (UYS) dengan metode upper yield.

Extension Undre Load (EUL) Yield Point. Tidak semua material memiliki upper dan yield point, metode EUL memberikan nilai beban spesifik pada regangan tertentu melalui alat yang dapat merekam dan menganalisis niliai regangan. Nilai EUL yield point dinyatakan beserta dengan regangannya, e.g : tegangan luluh = 52.500 psi, EUL = 0,5%.


Gambar 1.4. Penentuan Nilai Tegangan Luluh EUL pada Tegangan R dan Regangan m.

Offset Method, metode offset dilakukan dengan menarik garis dengan kemiringan yang sama terhadap modulus Young, penarikan dapa dilakukan pada nilai regangan tertentu (umumnya 0,002 0,005). Perpotongan antara garis offset dan kurva stress strain material kemudian menjadi titik luluh.

Pada Beberapa jenis baja dan titanium, terdapat gejala dimana batas proporsional berada dalam serrated region yang umumnya kasar dan tidak beraturan. Gejala luluh ini dinamakan Luders Band (Yield Point Phenomenon). Interaksi antara dislokasi dan atom-atom tersebut menyebabkan baja ulet seperti mild steel menunjukkan titik luluh bawah (lower yield point) dan titik luluh atas (upper yield point) sebelum akhirnya deformasi kembali normal (ditandai dengan garis lurus pada kurva stress strain)

Namun demikian, jika strain rate atau temperatur yang digunakan pada uji tarik tidak stabil, maka fenomena luder band dapat berlanjut menjadi Portevin-LeChatelier effect, yakni munculnya serrated region atau garis yang tidak rata pada kurva tegangan regangan pada kurva stress-strain. Hal ini juuga disebabkan oleh interaksi dislokasi dengan alloying element terlarut atau interstisi.


Gambar 1.5. Beberapa Tipe Efek Portevin-LeChatelier.

Pada sampel yang diberikan beban kompresi melebihi batas elastisitasnya dan kemudian dihilangkan gaya kompresinya hingga menjadi gaya tarik, maka akan terlihat mechanical hysteresis loop dengan offset yang sama pada saat spesimen tersubyek gaya tarik dan kompresi. Hal ini dinamakan Bauschinger Effect

Gambar 1.5. Contoh Mechanical Hysteresis Loop/ Bauschinger Effect.


Kalkulasi secara spesifik terhadap gaya-gaya multiaksial yang berkaitan dengan plastisitas dapat dilakukan dengan pendekatan sesuai dengan kriteria Von Misces (material design) atau kriteria Tresca (Manufacturing).

Kekuatan Tarik Maksimum (Ultimate Tensile Strength)

Merupakan tegangan maksimum yang dapat ditanggung oleh material sebelum

terjadinya perpatahan (fracture). Nilai kekuatan tarik maksimum uts ditentukan dari beban maksium Fmaks dibagi luas penampang awal Ao.

UTS Fmaks

Ao

Pada bahan ulet tegangan maksimum ini ditunjukkan oleh titik M (kurva tegangan regangan) dan selanjutnya bahan akan terus berdeformasi hingga titik B. Bahan yang bersifat getas memberikan perilaku yang berbeda dimana tegangan maksimum sekaligus tegangan perpatahan Dalam kaitannya dengan penggunaan struktural maupun dalam proses forming bahan, kekuatan maksimum adalah atas tegangan yang sama sekali tidak boleh dilewati.

Kekuatan Putus (breaking strength)

Kekuatan putus ditentukan dengan membagi beban pada saat benda uji putus

(Fbreaking) dengan luas penampang awal Ao. Untuk patahan 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.

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. Secara umum dilakukan dengan tujuan sebagai :

Untuk menunjukkan perpanjangan dimana suatu logam dapat berdeformasi tanpa terjadinya patah dalam suatu proses pembentukan logam, misal pengerolan dan ekstrusi

Untuk memberi petunjuk umum mengenai kemampuan logam untuk berdeformasi secara plastis sebelum patah. Sebagai petunjuk adanya perubahan permukaan kemurnian atau kondisi pengolahan.


Gambar 1.6. Perbandingan kurva uji tarik material ulet dan getas

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%

dimana Lf adalah panjang akhir dan Lo panjang awal dari benda uji.

Persentase pengurangan penampang (Area reduction)

Diukur sebagai pengurangan luas penampang (cross-section) setelah perpatahan terhadap luas penampang awalnya.

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

dimana Af adalah luas penampang akhir dan Ao luas penampang awal.

Modulus Elastisitas (Modulus Young)

Merupakan kemampuan material untuk menahan deformasi elastis, atau disebut juga

kekakuan (stiffness) sebuah material. Semakin besar nilai modolus Young, makin sulit material mengalami deformasi elastis atau semakin kaku ketika dilakukan pembebanan. Modulus kekakuan tersebut dapat dihitung dari slope kemiringan garis elastis yang linier, diberikan oleh :


E= / atau E= tan

dimana adalah sudut yang dibentuk oleh daerah elastis kurva tegangan-regangan. Selain itu, modulus elastisitas juga dapat dihitung melalui modulus geser dan poisson ratio dengan rumus :

Tabel 1.1. Modulus Elastisitas, Modulus Geser dan Poisson Ratio dari Beberapa Material.

Modulus Kelentingan (modulus of reselience)

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 di samping ditunjukkan oleh segitiga putus-putus.


Gambar 1.7. Daerah modulus resilience.

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. Pertimbangan disain yang mengikutsertakan 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.

Gambar 1.8. Kurva tegangan regangan.


Kurva tergangan rekayasa dan sesungguhnya

Kurva tegangan-regangan rekayasa (engineering stress-strain) didasarkan atas

dimensi awal (Ao dan lo) dari benda uji, sementara untuk mendapatkan kurva tegangan-regangan seungguhnya diperlukan luas area dan panjang aktual pada saat pembebanan setiap saat terukur. Perbedaan kedua kurva tidaklah terlalu 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 actual mampu menahan turunnya beban karena luas area awal Ao bernilai konstan pada saat perhitungan tegangan =P/Ao. Sementara pada kurva tegangan-regangan sesungguhnya luas area actual adalah selalu turun sehingga terjadinya perpatahan dan benda uji mampu menahan peningkatan tegangan karena =P/A. Sehingga notasi true stress & true strain dan hubungannya dengan engineering stress dan engineering strain dapat dituliskan sebagai :

dan

dibawah ini adalah grafik yang membandingkan antara kurva tegangan regangan rekayasa dan sesungguhnya.

Gambar 1.9. Kurva perbandingan true dan engineering stress.


Damping Capacity

Ketika logam diberikan pembebanan dan kemudian pembebanan dihilangkan, maka kurva tress strain akan memperlihatkan sebuah histeresis mekanikal (mechanical hysteresis) berupa sebuah perubahan jalur dari loop saat beban pada logam diberikan (loading) dan dilepaskan (unloading).

Gambar 1.10. Mechanical Hyesteresis yang Dihasilkan pada saat Beban Diberikan (Loading) dan Dilepaskan

(Unloading).

Diskrepansi yang terjadi pada jalur loading dan unloading diakibatkan adanya energi yang hilang saat beban diberikan dan dilepaskan. Hal ini disebabkan oleh adanya friksi internal antar atom (internal friction) yang juga menyebabkan material terkait menjadi panas. Energi loss ini menjadi parameter kemampuan material untuk menyerap energi vibrasi, semakin besar diskrepansi pada mechanical hysteresis pada saat beban diberikan dan beban dilepas, maka akan semakin besar kemampuan material untuk menyerap energi vibrasi (damping capacity). Material seperti besi tuang kelabu (gray cast iron) memiliki damping capacity yang baik, sehingga aplikasi yang melibatkan getaran konstan banyak menggunakan material tersebut.


1.5 Standar Spesimen

Dimensi sampel, penentuan titik luluh, elongasi titik luluh, kekuatan tarik dan persen elongasi pengujian tarik logam diatur pada ASTM E8 standard test methods for tension testing of metallic material. Berikut beberpa contohnya untuk dimensi sampel :

Gambar 1.11. Contoh Dimensi Spesmen Uji Tarik Logam ASTM E8.

2. Stress Strain Behaviour of Plastics

Polimer memiliki karakteristik yang berbeda dengan logam. Pada diagram tegangan regangan, polimer cenderung memperlihatkan sensitivitas yang tinggi terhadap strain rate, temperatur uji dan lingkungan sekitar (O2, H2O, larutan organik, d.l.l). Polimer menunjukan beragam karaktersitk mekanik, beberapa jenis polimer (elastomer) dapat mengalami regangan yang bersifat elastis hingga lebih dari dari 5 kali panjang awal. Beberapa polimer (thermoset) menunjukan karakteristik yang mirip dengan logam, cenderung getas namun kuat.


Tabel 1.2. Beberapa Contoh Mechanical Properties dari Polimer.

Plastik merupakan gabungan dari polimer dan aditif. Aditif ditambahkan untuk memberikan alterasi pada sifat mekanik, optik, thermal, d.l.l sesuai dengan yang diinginkan. Kekuatan mekanik plastic sangat dipengaruhi oleh beberapa hal yakni :

Susunan rantai molekul, semakin sulit belitan yang terjadi (entanglement) melalui cross link maka pergerakan rantai akan semakin sulit dan material akan semakin kuat & kaku

Function group, semakin bulky dan elektronegatif gugus fungsional, maka akan semakin sulit material polimer terdeformasi

Berat molekul, semakin besar berat molekul, semakin kaku dan kuat material polimer tersebut

Derajat Kristalinitas, semakin tinggi derajat kristalinitas material polimer, maka material tersebut akan semakin kaku dan kuat

Anisotropy, kekuatan mekanik juga akan dipengaruhi oleh susunan daerah kristalin dan amorf terhadap pembebanan (maxwell & voigt element)


Selain dari inherent properties material polimer, terdapat beberapa hal yang juga mempengahuri hasil uji tarik polimer secara signifikan, antara lain : temperatur, strain rate, arah pengambilan spesimen, d.l.l. Pengujian tarik plastik diatur dalam standar ASTM D 638

Gambar 1.12. Mechanical Properties dari Beberapa Material Polimer.

Karakteristik Perpatahan

Sampel hasil pengujian tarik dapat menunjukkan beberapa tampilan perpatahan seperti

diilustrasikan oleh gambar di bawah ini :

Sangat ulet

Sangat getas

Gambar 1.13. Mode perpatahan material ulet ke getas.

Material dikatakan ulet bila material tersebut mengalami deformasi elastis dan plastis sebelum akhirnya putus. Sedangkan material getas tidak mengalami deformasi elastis sebelum mengalami putus.


2.1 Perpatahan Ulet

Gambar 1.14. Mekanisme perpatahan ulet.

Tahapan terjadinya perpatahan ulet pada sampel uji tarik :

Penyempitan awal

Pembentukan rongga2 kecil( cavity)

Penyatuan rongga-rongga membentuk suatu retakan.

Perambatan retak.

Perpatahan gesek akhir pada sudut 45

Tampilan foto SEM dari perpatahan ulet :

Gambar 1.15. Ciri perpatahan ulet menunjukkan adanya dimple.

Perpatahan Getas

Perpatahan getas memiliki ciri-ciri sebagai berikut :

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

Retak/perpatahan merambat sepanjang bidang-bidang kristalin membelah atom-atom material (transgranular).


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.

Material keras dengan butir halus (fine-grain) tidak memiliki pola-pola yang mudah dibedakan.

Material amorphous (seperti gelas) memiliki permukaan patahan yang bercahaya dan mulus

Gambar 1.16. (a) Cup and cone fracture pada Aluminium dan (b) Brittle fracture pada besi tuang.

Metodologi Penelitian

Alat dan Bahan

Universal testing machine, Servopulser Shimadzu kapasitas 30 ton

Caliper dan/atau micrometer

Spidol permanent atau penggores (cutter)

Stereoscan macroscope

Sampel Uji tarik (Alumunium seri 5xxx, 6xxx, kuningan, baja, SS 304, PP,

Polyurethane, PVC)

Prosedur Pengujian

Ukurlah dimensi (diameter rata-rata) dari benda uji dengan menggunakan caliper atau mikrometer. Buatlah sketsa dari benda uji dan masukkan hasil pengukuran dimensi tersebut pada lembar data

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

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

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


Teruskan pengamatan hingga terjadinya beban maksimum dan dilanjutkan dengan

necking lalu perpatahan

Tandailah pada grafik beban-perpanjangan titik-titik terjadinya beban maksimum dan perpatahan.

Lepaskan benda uji dari grip mesin uji, satukan kembali patahan benda uji dan ukurlah panjang 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.

Amati dan analisa karakteristik tipe perpatahan yang terjadi dengan menggunakan stereoscan macroscope.

Lakukanlah pengujian untuk material yang berbeda jenisnya.

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


BAB 2

PENGUJIAN KEKERASAN

Tujuan Praktikum

Menguasai beberapa metode pegujian yang umum dilakukan untuk mengetahui nilai kekerasan suatu logam.

Menjelaskan makna nilai kekerasan material dalam lingkungan ilmu metalurgi dan ilmu-ilmu terapan lainnya.

Menjelaskan perbedaan antara pengujian kekerasan dengan metode gores, pantulan dan indentasi.

Menjelaskan kekhususan pengujian kekerasan dengan metode Brinell, Vickers, Knoop, dan Rockwell.

Mengaplikasikan beberapa formulasi dasar untuk memperoleh nilai kekerasan material dengan uji Brinell dan Vickers.

Pengantar

Makna nilai kekerasan suatu material berbeda untuk setiap kelompok bidang ilmu.Bagi insinyur metalurgi nilai kekerasan adalah ketahanan material terhadap penetrasi sementara insinyur mekanika perpatahan akan memandang material yang keras sebagai material yang getas dan tidak dapat diandalkan pada beban impak yang tinggi, insinyur yang mengontrol proses manufaktur akan lebih memilih material untuk tidak terlalu keras agar mudah dibentuk (roll, forge, extrude, etc). Konsekuensi ini akan bergantung langsung kepada industri yang mengaplikasikannya.

2.3 Dasar Teori

Kekerasan suatu material dapat didefinisikan sebagai ketahan suatu material terhadap gaya penekan dari material lain yang lebih keras dalam skala yang terlokalisasi (localized region). Melalui prinsip ini, uji kekerasan pun dikembangkan. Dari mulai metode goresan yang memanfaatkan nilai kekerasa minel, metode pantulan yang memanfaatkan hilangnya energi potensial, metode elektromagnetik (non destructive test) hingga kekerasan skala nano. Namun demikian, metode yang paling umum digunakan oleh industri dan skala lab adalah metode indentasi, baik secara makro maupun mikro.


Metode Indentasi Makro

Pengujian 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). Indentasi Makro berbicara hasil indentasi yang cenderung besar dari hasil pengujian. Berdasarkan prinsip bekerjanya metode uji kekerasan dengan cara indentasi dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

Metode Brinell

Diperkenalkan oleh JA Brinell tahun 1900. Sebagai uji indentasi yang pertama kali diperkenalkan, pengujian Brinel menggunakan bola baja yang diperkeras (hardened steel ball) dengan beban dan waktu indentasi tertentu. Hasil penekanan berupa jejak yang berbentuk setengah bola dengan permukaan lingkaran bulat, yang harus dihitung diameternya dengan mikroskop khusus pengukur jejak. Nilai kekerasan dapat dikorelasikan ke tensile strength, ketahanan aus, keuletan.

Pengukuran nilai kekerasan suatu material diberikan oleh rumus:

BHN

2P

(D)(D - D 2 - d 2 )

dimana P adalah beban (kg), D diameter indentor (mm) dan d diameter jejak (mm). Prinsip Indentasi Brinell terbagi menjadi dua langkah :

Indentor menyentuh permukaan spesimen secara tegak lurus tanpa shock, getaran atau overshoot kemudian apikasikan beban. Beban ditungu sampai waktu tertentu (tergantung material spesimen), selanjutnya dilepaskan.

Diameter indentasi diukur. Dilakukan sekurang-kurangnya 2 kali secara tegak lurus satu sama lain, kemudian dicari rata-rata diameter.

Untuk melakukan pengujian, hal yang harus diperhatikan pada spesimen uji antara lain ketebalan dan permukaan specimen.


Gambar 2.1 Prinsip indentasi dengan metoda Brinell.

Prosedur pengujiannya yaitu dengan menggunkan indentor berbentuk bola dengan diameter D = 10 mm terbuat dari baja atau karbida tungsten. Beban yang diaplikasikan dapat dipilih sebesar 500, 1500, atau 3000 kg, tergantung jenis bahan yang akan diuji (pada umumnya 3000 kg untuk logam-logam ferous dengan waktu indentasi sekitar 10 detik dan 500 untuk logam-logam nonferous, dengan waktu indentasi sebesar 30 detik) sehingga terbentuk jejak berupa lingkaran atau cekungan yang simetris dipermukaan bahan dengan diameter d (mm). Besarnya nilai kekerasan Brinnel (BHN= Brinell Hardness Number) dihitung dengan menggunakan persamaan di atas.

Pengujian Brinell tidak memerlukan surface preparation yang khusus, hal ini disebabkan Uji Brinell tidak terlalu terpengaruh oleh kekasaran dan goresan pada permukaan spesimen, pengujian Brinell juga menghasilkan rata-rata dari heterogenitas pada sampel. Pada sampel polimer yang terlalu elastis, BHN dapat bernilai tak hingga apabila tidak ada jejak yang dihasilkan (elsastis), pengujian Brinell juga menjadi tidak valid apabila pembacaan nilai menunjukan angka lebih dari 650 BHN


Tabel 2.1 Rekomendasi Penggunaan Beban untuk Tingat Kekerasan sesuai ASTM E 10.

Karena banyaknya standar dalam pengujian Brinell, maka direkomendasikan untuk mencantumkan diameter indentor yang digunakan, beban dan durasi. Contohnya, 80 HB 10/1500/60 berart nilai kekerasan 80 HB didapatkan dengan menggunakan diameter indentor 10 mm, beban 1500 kgf dan waktu tahan 60 detik.

Metode Rockwell

Berbeda dengan metode Brinell dan Vickers di mana kekerasan suatu bahan dinilai dari diameter/diagonal jejak yang dihasilkan, maka metode ini merupakan uji kekerasan dengan pembacaan langsung (direct-reading). Metode ini banyak digunakan dalam industri karena praktis. Prinsip pengujian pada metode rockwell yaitu dengan melakukan pembebanan sebanyak 2 tahap, dimana tahap pertama adalah pembebanan minor untuk menentukan titik awal (starting point) dan tahap kedua adalah pembebanan mayor (pembebanan utama). Dibutuhkan waktu tunggu (dwell time) pada setiap pembebanan, setiap pembebanan mempunyai dwell time yang berbeda. Nilai kekerasan didapatkan bukan dihitung dari panjang diameter yang didapatkan melainkan oleh kedalaman ( h ) penetrasi dari indentor.


Gambar 2.2 Skema pembebanan Mayor dan Minor.

Gambar 2.3. Kedalaman pembebanan Mayor dan Minor.

Skala Rockwell terbagi 2 kategori yaitu Regular Rockwell Scales dan Superficial Rockwell Scales. Terdapat masing-masing 15 pengujian untuk regular dan superficial. Beban yang diberikan pada kedunya berbeda, Regular Rockwell Scales dikerjakan untuk level beban yang lebih berat dibandingkan Superficial Rockwell Scales.


Regular Rockwell Scales

Beban minor : 98.07 N (10 kgf), beban mayor : 588.4 N (60 kgf), 980.7 N (100 kgf) atau 1471 N (150 kgf).

Superficial Rockwell Scales

Biasanya dikerjakan pada material yang lebih tipis.

Beban minor : 29.42 N (3 kgf) , beban mayor : 147.1 N (15 kgf), 294.2 N (30 kgf) atau 441.3 N (45 kgf).


Tabel 2.2 Daftar Indentor untuk metode Rockwell.

Indentor pada metode rockwell ini berbentuk kerucut dengan sudut 120o dari intan dengan diameter 1/16 inch atau bola baja berdiameter 1/8 inch. Beban yang digunakan bervariasi 60, 100, dan 150. Jenis indentor dan beban menentukan skala kekerasan yang digunakan. Metode Rockwell dikenal karena prosesnya yang cepat, penggunaanya yang mudah (beberapa alat dapat mengeluarkan hasil secara otomatis), indentasi yang dihasilkan kecil dan akurasi yang baik. Untuk jarak penjejakan, antara indentasi harus berjarak minimal 3 kali diameter indentasi (ASTM) atau 4 kali diameter indentasi (ISO).


Gambar 2.4 Penjejakan metoda Rockwell.

Metode Vickers

Pada metode ini digunakan indentor intan berbentuk piramida dengan sudut 136. Prinsip pengujian adalah sama dengan metode Brinell, walaupun jejak yang dihasilkan berbentuk bujur sangkar berdiagonal. Panjang diagonal diukur dengan skala pada mikroskop pengukur jejak. Nilai kekerasan suatu material diberikan oleh:

VHN 1.854 P d2

dimana d adalah panjang diagonal rata-rata dari jejak berbentuk bujur sangkar.

Gambar 2.5 Jejak pada metoda Vickers.

Penggunaan indentor intan berbentuk piramid pada metode Vickers sangat menguntungkan karena dapat digunakan untuk memeriksa bahan-bahan dengan kekerasan tinggi. Di samping itu, bentuk dan geometri jejak yang dihasilkan tidak banyak terpengaruh oleh besarnya beban yang diberikan sehingga besarnya beban tidak perlu dikontrol terlalu ketat seperti halnya pada metode brinnel. Selain pada skala makro, metode vickers dapat digunakan pada skala mikro, dengan pembebanan sangat rendah, yaitu 1-1000 gram.


Penampang jejek untuk uji ini sangat bergantung dari sifat material yang akan diindentasi. Penulisan hasil pengujian Vickers juga sama seperti pengujian Brinell. Contohnya, 350 HV 30/60 berarti spesimen memiliki kekerasan 350 HV pada pembebanan 30 kgf dan waktu tahan 60 detik.

Gambar 2.6 Penampang hasil jejak metode Vickers.

Metode Knoop

Merupakan salah satu metoe micro-hardness, yaitu uji kekerasan dengan benda uji yang kecil. Metode ini digunakan saat benda uji bersifat getas atau memiliki ketebalan yang tipis. Pengujian Knoop (dan Vickers) sangat sensitif terhadap kondisi permukaan, sehingga membutuhkan polishing (diamond/Al2O3). Namun demikian pengujian Knoop dapat mendeteksi anisotropi dan sangat akurat pada aplikasi beban manapun. Disebut microhardness karena beban yang digunakan kurang dari 2N sedangkan ketiga pengujian kekerasan diatas merupakan macrohardness karena beban yang digunakan lebih besar dari 2 N. Nilai kekerasan knoop adalah pembebanan dibagi dengan luas penampang yang terdeformasi permanen. Jejak yang dihasilkan sekitar 0.01 mm- 0.1 mm dan beban yang digunakan sebesar 5gr 5 kg. Permukaan benda uji harus benar-benar halus.


= 14,2 2

Gambar 2.7 Hasil Indentasi Uji Knoop.

2.4 Aplikasi Pengujian Kekerasan

Selain mengkarakterisasi kekerasan material, pengujian kekerasan juga memiliki banyak aplikasi yang sangat berguna, berikut meruapakan beberapa diantaranya

Mengkarakterisasi Anisotropi

Kekerasan dari material polikristalin bergantung pada arah kristalografi, melalui pengujian Knoop, kekerasan di taip orientasi dapat diketahui.

Gambar 2.8 Hasil Pengujian Knoop 200-gf pada Paduan Cobalt untuk Mendeteksi Anisotropi.


Memprediksi Machineability Spesimen

Kekerasan sangat mempengaruhi sifat mampu mesin dari sebuah material (machineability), pada umumnya, kekerasan 300 350 HB dianggap toleransi maksimum untuk proses permesinan pada baja. Nilai optimum permesinan baja berkisar pada 180 200 HB. Jika terlalu keras, mesin akan mudah aus dan rusak. Jika terlalu lunak, deformasi pada permukaan akan terlihat buruk dan dibutuhkan energi lebih besar karena banyaknya disipasi energi dalam bentuk panas.

Indentifikasi Fasa

Kekerasan pada skala mikro juga dapat digunakan untuk mengidentifikasi fasa melalui nilai kekerasannya, hal ini sangat berguna jika hasil etsa mikrostruktur tidak jelas. Nilai kekerasan mikrostruktur akan membantu mempersempit kemungkinan fasa yang sedang diidentifikasi.

Mempreiksi Sifat Mekanis Lainnya

Kekerasan ditemukan memiliki korelasi yang akurat dengan sifat mekanis lainnya seperti kekuatan tarik dan titik luluh. Peneliti banyak mengembangkan formula yang mengaitkan sifat mekanis lain dengan kekerasan. Contohnya :

Dimana TS adalah kekuatan tarik, HV adalah kekerasan skala Vickers, HB adalah kekerasan skala Brinell. Terdapat begitu banyak formula untuk berbagai jenis pengujian dan paduan. Konversi nilai kekerasan dapat dilakukan dengan mengacu pada standar ASTM E 140. Nilai kekerasan juga dipakai untuk mengkarakterisasi Kemampukerasan baja (hardenability) serta menilai tingkat keausan material.

2.5 Metodologi Penelitian

Alat dan Bahan

Hoytom macrohardness tester (metode Brinell dan Rockwell)


2. Sampel uji keras (Alumuium seri 5xx.x, seri 6xx.x, kuningan, baja, SS 304)

Prosedur : Metode Rockwell (Skala E)

Persiapkan benda uji dengan baik (amplas dan poles secukupnya).

Pasang indentor yang sesuai (Rockwell E)

Pasang beban yang sesuai, lihatlah buku manual alat.

Putar ring dari dial pembaca sehingga jarum panjang berwarna hitam menunjuk angka nol pada skala. Sesuaikan skala tersebut dengan metode Rockwell yang dipilih. Untuk

Rockwellpilihlah skala terluar (merah) sedangkan Rockwell pakailah skala dalam

(hitam).

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

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

Kembalikan tuas beban ke posisi semula dengan hati-hati.

Bacalah nilai kekerasan material pada dial yaitu posisi jarum hitam panjang sesuai metode Rockwell yang dipakai.

Lepaskan benda uji dengan memutar poros dudukan benda uji berlawanan arah jarum.

Lanjutkan pengujian untuk lokasi atau material lain.


BAB 3

PENGUJIAN IMPAK

Tujuan Praktikum

Menjelaskan tujuan dan prinsip dasar pengukuran harga impak dari logam.

Mengetahui temperatur transisi perilaku kegetasan beberapa logam

Menganalisa permukaan patahan (fractografi) sampel impak yang diuji pada beberapa temperatur.

Membandingkan nilai impak beberapa jenis logam.

Menjelaskan perbedaan metode Charpy dan Izod.

Pengantar

Uji impak adalah pengujian material dengan menggunakan pembebanan yang cepat (rapid loading) atau secara tiba-tiba. Uji ini bertujuan untuk mengetahui sifat mekanis material terhadap beban impact atau kejut dan juga untuk mengetahui besar energi pada temperatur variasi rendah - tinggi akibat 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 konstruksi dan transportasi dimana beban tidak selamanya terjadi secara perlahan-lahan melainkan datang secara tiba-tiba, contoh deformasi pada bumper mobil pada saat kecelakaan.

3.3 Prinsip Pengujian

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 maksimum hingga mengakibatkan perpatahan. Pada pengujian impak ini banyaknya energi yang diserap oleh bahan untuk terjadinya perpatahan merupakan ukuran ketahanan impak atau ketangguhan bahan tersebut. suatu material dikatakn tangguh bila memiliki kemampuan menyerap beban kejut yang besar tanpa mengalami retak atau deformasi dengan mudah. Gambar di bawah ini memberikan ilustrasi suatu pengujian impak dengan metode Charpy:


Gambar 3.1. Mekanisme pengujian impak.

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 Charpydiberikan oleh :

dimana E adalah energi yang diserap dalam satuan Joule dan A luas penampang di bawah takik dalam satuan mm2.

dimana : P = beban yang diberikan (Newton) Ho= ketinggian awal bandul (mm)

H1= ketinggian akhir setelah terjadi perpatahan benda uji (mm)

Benda uji impak dikelompokkan kedalam dua golongan sampel standar (ASTM E-23) yaitu batang uji Charpy (Metode Charpy - USA) dan batang uji Izod (ASTM D-256).


Batang Uji Charpy

Sampel uji memiliki dimensi ukuran yaitu 10x10x55 mm (tinggi x lebar x panjang).

Dengan posisi takik (notch) berada di tengah, kedalaman takik 2 mm dari permukaan benda uji, dan sudut takik 45. Bentuk takik berupa huruf bentuk U, V, key hole ( seperti lubang kecil). Benda diletakkan pada tumpuan dengan posisi horisontal dan tidak dijepit. Hal ini menyebankan pengujian berlangsung lebih cepat, sehingga memudahkan untuk melakukan pengujian pada temperatur transisinya. Sedangkan ayunan bandul dari arah belakang takik dengan pembebanan dilakukan dari arah punggung takik.

Gambar 3.2 Sampel uji impak Charpy.

Batang Uji Izod

Sampel uji memiliki dimensi ukuran yaitu 10 x 10 x 75 mm (tinggi x lebar x panjang).

Dengan posisi takik berada pada jarak 28 mm dari ujung benda uji, kedalaman takik 2 mm dari permukaan benda uji, dengan sudut takik 45. Bentuk takik berupa huruf U, V , atau key hole (seperti lubang kunci). Benda diletakkan pada tumpuan dengan posisi vertikal dan dijepit. Sampel yang dijepit menyebabkan pengujian berlangsung lama, sehingga tidak cocok digunakan pada pengujian dengan temperatur yang bervariasi. Sedangkan ayunan bandul dari arah depan takik dengan pembebanan dilakukan dari arah muka takik.

Gambar 3.3 Sampel uji impak izod.


Pengukuran lain yang bisa dilakukan dalam pengujian impak Charpy adalah

penelaahan permukaan perpatahan untuk menentukan jenis perpatahan (fractografi) yang terjadi. Secara umum perpatahan impak digolongkan menjadi 3 jenis perpatahan, yaitu :

Perpatahan berserat (fibrous fracture), yang melibatkan mekanisme pergeseran bidang-bidang kristal di dalam material / logam (logam) yang ulet (ductile).

Perpatahan granular/kristalin, yang dihasilkan oleh mekanisme pembelahan (cleavage) pada butir-butir dari material / logam (logam) yang rapuh (brittle).

Perpatahan campuran, merupakan kombinasi kedua jenis perpatahan di atas.

Informasi lain yang dapat diperoleh dari pengujian impak adalah temperatur transisi bahan. Temperatur transisi (Ductile to Britte Transition Temperature) 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 deaktivasi slip system pada beberapa struktur kristal dalam rentang temperatur tertentu. Hal ini akan mengakibatkan menurunnya ductility & toughness material secara signifikan. Mode perpatahan yang terjadi adalah patahan getas, energy yang diperlihatkan hingga patahan terjadi relatif rendah. Informasi mengenai temperatur transisi menjadi demikian penting bila suatu material akan diaplikasikan pada rentang temperatur yang besar, misalnya dari temperatur dibawah 0OC hingga temperatur tinggi di atas 100OC. Contohnya sistem penukar panas (heat exchanger), lambung kapal (hull), d.l.l. 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 yang rendah dan sedang memiliki transisi rapuh-ulet bila temperatur dinaikkan. Hampir semua baja karbon yang dipakai pada jembatan, kapal, jaringan pipa dan sebagainya bersifat rapuh pada temperatur rendah. Gambar di samping ini memberikan ilustrasi efek temperatur terhadap ketangguhan impak beberapa bahan.


Gambar 3.4. Grafik efek temperatur terhadap kekuatan impak.

Metodologi Penelitian

Alat an Bahan

Impact testing machine (metode Charpy) kapasitas 30 Joule.

Caliper dan/atau micrometer

Stereoscan macroscope

Termometer

Furnace

Sampel uji impak baja ST 42 dan Cu-Zn (3 buah)

Dry ice

Prosedur Pengujian

Dengan menggunakan caliper/mikrometer lakukan pengukuran luas area di bawah takik dari sampel-sampel uji anda. Catatlah hasil pengukuran anda di dalam lembar data.

Persiapkan sampel uji untuk temperatur rendah ( 100oC), yaitu dengan memasukkan masing-masing ke dalam wadah berisi campuran nitrogen cair % dan elemen pemanas.

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

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


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

Letakkan benda uji pada tempatnya dengan takik membelakangi arah datangnya pendulum. Pastikan benda uji tepat berada di tengah dengan bantuan centre setting.

Bila benda uji telah siap, tariklah centre setting ke posisi semula. Jangan sekalikali meninggalkan centre setting ini di belakang benda uji karena akan ikut mengalami tumbukan oleh pendulum.

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

Lepaskan tombol pada tangkai pendulum sehingga pendulum berayun dan menumbuk benda uji.

Lakukan pengereman dengan menarik tuas rem sehingga ayunan pendulum dapat dikurangi.

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

Ambil benda uji dan amatilah permukaan patahannya di bawah stereoscan macroscope. Buatlah sketsa patahannya di dalam lembar data anda. Ukurlah luas area getas dan ulet dari masing-masing sampel uji. Nyatakan dalam persenta seterhadap luas area total di bawah takik.

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


BAB 4

PENGUJIAN KEAUSAN

4.1 Tujuan Praktikum

Pada praktikum pengujian keausan ini, mahasiswa diharapkan mampu untuk :

Menjelaskan tujuan dan prinsip dasar pengujian keausan pada logam.

Menganalisis mekanisme keausan yang terjadi pada beberapa jenis logam (baja lunak, besi tuang, paduan tembaga, dan paduan alumunium).

Membandingkan ketahanan aus beberapa jenis logam-logam tersebut.

Wear Concept

Keausan merupakan peristiwa hilangnya material dari permukaan (loss of material), salah satu definisi yang lebih tajam dari keusan adalah hilangnya material dari permukaan secara progresif akibat pergerakan relatif pada permukaan yang disebabkan oleh berbagai macam hal. Namun demikian, pada cabang ilmu tribologi, keausan memiliki definisi dan aplikasi yang luas, keausan dapat disebabkan oleh banyak dan terjadi pada banyak bidang aplikasi seperti mesin pembakaran internal, mesin gas turbin, material sambungan buatan, transmisi, ban atau pada alat-alat mekanik lainnya. Keausan tidak selalu berdampak negatif, beberapa aplaksi seperti pembentukan material dan rekayasa permukaan menggunakan keausan secara terkontol untuk tujuan tertentu.

Tidak seperti kekerasan, kekuatan dan energi impak, keausan bukanlah properti inheren material. Keausan adalah respon material terhadap sistem. Wear rate dari material dapat bervariasi dari 10-3 hingga 10-10mm3/N.m. hal ini tergantung pada jenis kontak yang terjadi, material yang mengabrasi, tekanan pada kontak, kecepatan sliding, bentuk kontak, kekakuan suspensi, lingkungan dan lubrikan yang digunakan.

Walaupun peristiwa aus sangat kompleks, keausan dapat diformulasikan secara sederhana dengan asumsi antara laju keuasan (wear rate) dan beban yang diterima. Yakni :


Dimana Q merupakan volume yang hilang dari permukaan per unit sliding terjadi, W adalah beban normal yang diaplikasikan, H adalah indentasi kekerasan pada permukaan yang mengalami aus dan K adalah wear coefficient tanpa dimensi unit. Persamaan ini disebut juga

Archard wear equation, persamaan ini digunakan untuk menurunkan rumus-rumus yang lebih kompleks dan berkaitan pada prinsip pengujian masing masing. Selain dari parameter yang dibuat oleh Archard, terdapat banyak parameter yang akan mempengaruhi keausan.

Tabel 4.1 Berbagai Macam Parameter dalam Keausan.


4.3 Mekanisme Deformasi pada Aus

Keausan dapat terjadi seketika ketika kontak terjadi antara material yang keras dan lunak. Keausan yang terjadi akan benyebabkan deformasi plastis dan penghilangan material pada permukaan dalam satu siklus. Mekanisme ini disebut single-cycle deformation mechanism. Mekanisme ini sering terjadi pada peristiga plowing, wedge formation dan pembentukan mikocrack. Single-cycle deformation mechanism dominan pada lingkungan yang abrasif dan erosif, terutama ketika partikel yang mengabrasi jauh lebih kerasi dibanding permukaan material yang mengalami aus.

Gambar 4.1 Peristiwa Plowing, Cutting, Wedge dan Microcraking pada Singl- Cycle Deformation Mechanism.

Selain single cycle deformastion mechanism, terdapat juga mekanisme yang membutuhkan siklus berulang agat terjadi deformasi. Mekanisme ini disebut repeated cycle deformation. Pada mekanisme ini, dibutuhkan siklus yang berulang hingga material mengalami aus yang signifikan. Mekanisme repeated cycle deformation sering dijumpai pada peristiwa surface fatigue, delaminasi, d.l.l

Mekanisme repeated cycle deformation mengakumulasikan beban yang diterima oleh material sebelum akhirnya mengalami deformasi plastis pada permukaan material. Hal ini ditunjukan pada gambar mechanical hysteresis 4.3


Gambar 4.2. Perubahan dari Penampakan Permukaan Aus Tembaga akibat Repeated Cycle

Deformation.


Gambar 4.3. Mechanical Hysteresis pada Mekanisme Repeated Cycle Deformation.

4.4 Prinsip Pengujian

Prinsip pengujian keausan dapat dilakukan dengan berbagai macam metode dan teknik yang bertuajuan untuk mensimulasikan kondisi keausan aktual. Salah satunya adalah metode Ogoshi, dimana benda uji memperoleh beban gesek dari revolving disc (ASTM G 99). 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 inilah yang dijadikan dasar penentuan tingkat keausan pada material. Semakin besar dan dalam jejak keausan maka semakin tinggi volum material yang terkelupas dari benda uji. Di bawah ini merupakan ilusrasi skematis dari kontak permukaan antara revolving disc dan benda uji.

Gambar 4.4 Pengujian keausan metode Ogoshi.


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

Sebagaimana telah disebutkan pada bagian pengantar, material jenis apapun akan mengalami keausan dengan mekanisme yang beragam. Mekanisme keausan yang umum terjadi yaitu:

1. Keausan adhesive

Terjadi jika kontak permukaan dari dua material atau lebih mengakibatkan adanya perlekatan (microweld) satu sama lain dan pada akhirnya terjadi pelepasan/ pengoyakan salah satu material. Hal ini terjadi karena material memiliki kekasaran permukaan (surface roughness) yang menandakan adanya permukaan yang tidak rata secara mikro (walaupun secara makro terlihat rata). Pada aplikasi pembebanan, akan terjadi junction atau bagian yang tersambug antara material yang kemudian menimbulkan perlekatan mikro. Pada nilai K (persamaan Archard) yang lebih besar dari 10-4, keausan akan didominasi oleh peristiwa adhesive.

Gambar 4.5. Mekanisme Keausan Adhesive dan Perbandngan Beberapa Nilai K.


2. Keausan abrasif

Terjadi ketika suatu partikel keras (asperity) dari material tertentu meluncur pada permukaan material lain yang lebih lunak sehingga terjadi penetrasi atau pemotongan material yang lebih lunak. Tingkat keausan pada mekanisme ini ditentukan oleh derajat kebebasan (degree of freedom) partikel keras tersebut. Contoh : partikel pasir silika akan menghasilkan keausan yang lebih tinggi ketika diikat pada suatu permukaan seperti pada kertas amplas, karena adanya gaya tarik sepanjang permukaan dan mengakibatkan pengoyakan. Sementara, bila partikel tersebut berada di dalam system slury laju keausan akan semakin rendah karena tidak adanya efek abrasi, partikel hanya berputar (rolling).

Gambar 4.6 Ilustrasi skematis keausan abrasif.

3. Keausan lelah / fatik

Terjadi akibat interaksi permukaan dimana permukaan yang mengalami beban berulang-ulang akan mengarah pada pembentukan retak mikro. Retak-retak tersebut pada akhirnya akan menyatu dan menghasilkan pengelupasan material

Gambar 4.7 Ilustrasi skematis keausan fatik.


4. Keausan oksidasi/korosif

Pada prinsipnya mekanisme ini dimulai dengan adanya perubahan kimiawi material di bagian permukaan oleh faktor lingkungan. Kontak kimiawi dengan lingkungan ini akan menghasilkan pembentukan lapisan pada permukaan dengan sifat yang berbeda dengan material induk. Sebagai konsekuensinya, material pada bagian permukaan akan mengalami pengelupasan. Hal ini mengarah kepada perpatahan interface antara lapisan permukaan dan material induk dan akhirnya seluruh lapisan permukaan itu akan tercabut.

Gambar 4.8 Ilustrasi skematis keausan oksidasi/korosif.

Selain dari metode pin on disk, terdapat beberapa pengujian yang umumnya digunakan untuk menguji keuausan pada materal seperti rubber wheel, dry abrasive (ASTM G 65), cavitation erosion test system (ASTM G 134), liquid jet erosion test (ASTM G 32), gas blast erosion test (ASTM G 76), d.l.l

4.5 Metodologi Penelitian

Alat dan Bahan

Ogoshi wear testing machine

Caliper dan/atau mikrometer

Pemasang-pembuka gir (tracker)

Sampel uji aus

Prosedur Pengujian

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

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


Pasang benda uji pada sample holder yang berada pada tengah-tengah lever. Pastikan daerah yang akan diuji berada tepat di bawah garis penanda pada window. Kencangkan benda uji dengan memutar baut pada window tersebut searah putaran jarum jam.

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

Aturlah skala pada lubang intip pada posisi nol. Bila belum diperoleh maka tekanlah spring adjusting handle sambil diputar ke arah increase bila angkanya masih di bawah nol atau decrease bila angkanya melewati nol.

Sekarang sentuhkan sampel uji yang telah terikat pada sample holder dengan revolving disc.

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.

Pastikan set-up parameter pengujian telah sesuai.

Bersihkan mesin uji dari benda-benda yang membahayakan (kain, gir, obeng dsb).

Tekan tombol switch-on untuk memulai pengujian.

Lepaskan sampel bila mesin telah mati. Ulangi pengujian untuk lokasi atau sampel lain.

Ukurlah dengan measuring microscope lebar celah (b) yang diperoleh. Catat pada lembar data anda. Amati pula jejak keausan yang anda peroleh. Buatlah sketsa dan deskripsi jejak tersebut.



[Full] Modul Praktikum Pengujian Material 2015 (DT)

Documents

Transcript of [Full] Modul Praktikum Pengujian Material 2015 (DT)