LAPORAN AWAL

PRAKTIKUM PENGUJIAN MATERIAL

PENGUJIAN TARIK

Dewi Lestari Natalia

1006704530

Kelompok .....

Laboratorium Metalurgi Fisik

Departemen Metalurgi dan Material FTUI

2012

MODUL I

PENGUJIAN TARIK

I. Tujuan Praktikum

1. Untuk membandingkan kekuatan maksimum beberapa jenis logam

(besi tuang, baja, tembaga, dan aluminium).

2. Untuk membandingkan titik luluh (yield) logam-logam tersebut.

3. 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 (fractografi) logam-

logam tersebut dan menganalisisnya berdasarkan sifat-sifat mekanis

yang telah dicapai.

II. Dasar Teori

Suatu logam mempunyai sifat-sifat tertentu yang dibedakan atas sifat

fisik, mekanik, thermal, dan korosif. Salah satu yang penting dari sifat

tersebut adalah sifat mekanik. Sifat mekanik terdiri dari keuletan, kekerasan,

kekuatan, dan ketangguhan. Sifat mekanik merupakan salah satu acuan

untuk melakukan proses selanjutnya terhadap suatu material, contohnya

untuk dibentuk dan dilakukan proses permesinan. Untuk mengetahui sifat

mekanik pada suatu logam harus dilakukan pengujian terhadap logam

tersebut. Pengujian material ada dua jenis, yaitu dengan pengujian tidak

merusak dan pengujian yang merusak. Pengujian tidak merusak, yaitu kita

2

tidak perlu merusak atau setelah pengujian sampel dapat dipakai kembali,

contohnya adalah uji radiografi, uji ultrasonic, uji magnetik, dan uji dengan

cairan penetran. Sedangkan untuk pengujian merusak, sampel yang telah

diujikan tidak dapat dipakai kembali. Contohnya adalah pengujian tarik,

pengujian kekerasan, pengujian impak, pengujian keausan.

Pengujian tarik adalah pengujian mekanik yang paling luas dilakukan

untuk berbagai aplikasi rekayasa. Dari hasil pengujian tarik dapat

digambarkan beberapa karakteristik mekanik penting dari bahan seperti

kekakuan, kekuatan, keuletan dan ketangguhan. Data-data seperti Kekuatan

Luluh (Yield Strength), Tegangan Tarik Maksimum (Ultimate Tensile Stress)

dan Elongasi (Elongation) adalah data-data standar bahan untuk aplikasi

struktur. Dari data-data beban dan perpanjangan yang diambil pada

pengujian tarik dapat dikonstruksi kurva tegangan regangan rekayasa

(engineering stress and strain diagram). Beban yang dicatat dalam hal ini

adalah beban tarik yang diaplikasikan pada spesimen uji. Perubahan panjang

yang dicatat adalah perubahan panjang ukur spesimen.

Gambar 1. Mesin uji tarik dilengkapi spesimen ukuran standar

Prinsip pengujian tarik yaitu sampel atau benda uji dengan ukuran

dan bentuk tertentu diberi beban gaya tarik sesumbu yang bertambah besar

secara kontinu pada kedua ujung spesimen tarik hingga putus, bersamaan

dengan itu dilakukan pengamatan mengenai perpanjangan yang dialami

3

benda uji. Data yang didapat berupa perubahan panjang dan perubahan

beban yang selanjutnya ditampilkan dalam bentuk grafik tegangan-regangan.

Data mentah yang diperlukan untuk memperoleh diagram stress

strain dari pengujian tarik yaitu :

Data yang diukur secara manual:

o Data spesimen luas penampang (A)

Data yang terekam mesin tarik:

o Beban yang diberikan atau load cell (P)

o Strain yang terbaca extensometer ( )ε

Data reduksi:.

Gambar 2. Stress-Strain

Tegangan yang dipergunakan pada kurva adalah tegangan membujur

rata-rata dari pengujian tarik. Tegangan tersebut diperoleh dengan cara

membagi beban dengan luas awal penampang lintang benda uji.

Regangan yang digunakan untuk kurva tegangan-regangan Rekayasa

adalah regangan linear rata-rata, yang diperoleh dengan cara membagi

perpanjangan panjang ukur (gage length) benda uji, δ

, dengan panjang awal.

Bentuk dan besaran pada kurva tegangan-regangan suatu logam

tergantung pada komposisi, perlakuan panas, deformasi plastik yang pernah

dialami, laju regangan, suhu, dan keadaan tegangan yang menentukan selama

4

σ= PAo

ε= δLo

= ΔLL

=L−LoLo

pengujian. Parameter-parameter yang digunakan untuk menggambarkan

kurva tegangan-regangan logam adalah kekuatan tarik, kekuatan luluh atau

titik luluh, persen perpanjangan, dan pengurangan luas.

1. Sifat Mekanik Material

a. Batas Proporsionalitas (Proportionality Limit)

Merupakan daerah batas dimana tegangan (stress) dan regangan

(strain) mempunyai hubungan proporsionalitas satu dengan lainnya. Setiap

penambahan tegangan akan diikuti dengan penambahan regangan secara

proporsional dalam hubungan linier :

bandingkan dengan hubungan y = mx; dimana y mewakili regangan dan m

mewakili slope kemiringan dari modulus kekakuan). Titik P pada Gambar 3

dibawah ini menunjukkan batas proporsionalitas dari kurva tegangan

regangan.

Gambar 3. Kurva tegangan-regangan dari sebuah benda uji terbuat dari baja ulet

b. Batas Elastisitas (Elastic Limit)

Daerah elastis adalah daerah dimana bahan akan kembali kepada

panjang semula bila tegangan luar dihilangkan. Daerah proporsionalitas

merupakan bagian dari batas elastik ini (daerah elastis dibatasi sampai titik

proporsional). Selanjutnya bila bahan terus diberikan tegangan (deformasi

dari luar), maka batas elastis akan terlampaui dan pada akhirnya bahan tidak

akan kembali pada ukuran semula (terdeformasi plastis/permanen). Dengan

5

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 berhimpitan 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

3 diatas.

Gejala luluh umumnya hanya ditunjukkan oleh logam-logam ulet

dengan struktur kristal BCC dan FCC yang membentuk interstitial solid

solution dari atom-atom karbon, boron, hidrogen dan oksigen. 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).

Gambar 4. Fenomena titik luluh pada kurva uji tarik

Baja berkekuatan tinggi dan besi tuang yang getas umumnya tidak

memperlihatkan batas luluh yang jelas. Untuk menentukan kekuatan luluh

material seperti ini maka digunakan suatu metode yang dikenal sebagai

Metode Offset. Dengan metode ini kekuatan luluh (yield strength) ditentukan

sebagai tegangan dimana bahan memperlihatkan batas penyimpangan/

6

deviasi tertentu dari proporsionalitas tegangan dan regangan, umumnya

diambil 0.1 – 0.2% dari regangan total dimulai dari titik nol.

Kekuatan 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

maupun dilewati bila bahan dipakai dalam proses manufaktur produk-

produk logam seperti proses rolling, drawing, stretching dan

sebagainya. Dapat dikatakan bahwa titik luluh adalah suatu tingkat

tegangan yang:

tidak boleh dilewati dalam penggunaan struktural (in service)

harus dilewati dalam proses manufaktur logam (forming

process)

d. Kekuatan Tarik Maksimum (Ultimate Tensile Strength)

Merupakan tegangan maksimum yang dapat ditanggung oleh material

sebelum terjadi perpatahan (fracture). Nilai kekuatan tarik maksimum σuts

ditentukan dari beban maksimum Fmaks dibagi luas penampang awal Ao.

Pada bahan ulet tegangan maksimum ini ditunjukkan

oleh titik M (Gambar 3) dan selanjutnya bahan akan terus terdeformasi

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 batas tegangan yang sama sekali tidak

boleh dilewati.

e. Kekuatan Putus (Breaking Strength)

Kekuatan putus ditentukan dengan membagi beban pada saat benda

uji putus (Fbreaks) dengan luas penampang awal A0. Untuk bahan yang bersifat

ulet pada saat beban maksimum M terlampaui dan bahan terus terdeformasi

7

hingga titik putus B maka terjadi mekanisme penciutan (necking) sebagai

akibat adanya suatu deformasi yang terlokalisasi. Pada bahan ulet kekuatan

putus adalah lebih kecil daripada kekuatan maksimum sementara pada

bahan getas kekuatan putus adalah sama dengan kekuatan maksimumnya.

f. Keuletan (Ductility)

Merupakan suatu sifat yang menggambarkan kemampuan logam

menahan deformasi hingga terjadi perpatahan. Dalam beberapa tingkatan,

sifat ini harus dimiliki oleh bahan bila ingin dibrntuk melalui proses rolling,

bending, stretching, drawing, hammering, cutting, dan sebagainya. Secara

umum dilakukan dengan tujuan sebagai berikut:

Untuk menunjukan perpanjangan dimana suatu logam dapat

berdeformasi tanpa patah dalam proses pembentukan

Untuk memberikan petunjuk umum mengenai kemampuan logam

untuk berdeformasi secara plastis sebelum patah

Petunjuk adanya perubahan permukaan kemurnian atau pengolahan

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%ε

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

Persentase pengurangan / reduksi penampang (Area reduction)

Diukur sebagai pengurangan luas penampang 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.

8

g. Modulus Elastisitas (Modulus Young)

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). Modulus elastis

dirumuskan sebagai :

dimana α adalah sudut yang dibentuk oleh daerah elastis kurva tegangan

regangan. Modulus elastisitas suatu material ditentukan oleh energi ikat

antar atom-atom, sehingga besarnya nilai modulus ini tidak dapat dirubah

oleh suatu proses tanpa merubah struktur bahan.

Gambar 5. Daerah Modulus Young pada kurva uji tarik

h. Modulus Kelentingan (Modulus of Resilience)

Resilience adalah kapasitas material untuk menyerap energi ketika

mengalami deformasi elastis dan ketika beban dilepaskan, energi ini juga

dilepaskan. Modulus of resilience adalah energi regang persatuan volume

yang diperlukan sehingga material mendapat tegangan dari kondisi tidak

berbeban ketitik luluh. Material yang mempunyai sifat resilience adalah

material yang mempunyai tegangan luluh tinggi ( y ) dan modulus elastisitasσ

9

E =σε= tan α

rendah. Contoh material yang memiliki modulus of resilience adalah alloy

untuk pegas.

Gambar 6. Nilai Modulus of Resilience berdasarkan luas segitiga daerah elastis

Nilai modulus (UR)dapat diperoleh dari luas segitiga yang dibentuk

oleh area elastis diagram tegangan-regangan atau dengan menggunakan

persamaan:

i. Modulus Ketangguhan (Modulus of Toughness)

Merupakan kemampuan material dalam menyerap energi hingga

terjadinya perpatahan. Secara kuantitatif dapat ditentukan dari luas area

keseluruhan di bawah kurva tegangan-regangan hasil pengujian tarik.

Pertimbangan desain 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 rendah dimana perpatahan akan terjadi tanpa suatu

peringatan terlebih dahulu. Material disebut tangguh apabila bila memiliki

baik kekuatan dan keuletan.

10

Gambar 7. Modulus ketangguhan

j. Kurva Tegangan-Regangan Rekayasa dan Sesungguhnya

Jika pada kurva tegangan-regangan rekasaya (engineering stress-

strain curve), dimensiawal (luas area dan panjang) dari benda uji diasumsikan tetap.

Pada kurva tegangan-tegangan sesungguhnya (true stress-strain curve), luas

permukaan diperhitungkan berubahsehingga nilai tegangan terus akan

bertambah karena luas permukaan menjadi semakin kecil.

Kurva tegangan-regangan rekayasa didasarkan atas dimensi awal

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

tegangan-regangan sesungguhnya diperlukan luas area dan panjang aktual

pada saat pembebanan setiap saat terukur. Perbedaan keduanya tidak

signifikan pada regangan yang kecil, namun 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 dari benda uji mampu

menahan peningkatan tegangan karena = P/A.σ

True Stress :

True Strain :

11

Dibawah ini adalah grafik yang membandingkan antara kurva tegangan-

regangan rekayasa dan sesungguhnya:

Gambar 8. Kurva perbandingan true dan engineering stress-strain

k. Deformasi

Pada pengujian tarik terjadi deformasi. Pada kebanyakn logam, seformasi

elastis hanya terjadi sampai regangan 0,005. Jika bahan berdeformasi

melewati batas elastis, tegangan tidak lagi proorsional terhadap regangan.

Daerah ini disebut plastis.

1. Deformasi elastis, yaitu perubahan bentuk yang disebabkan gaya

luar dan apabila gaya luar dilepas maka bahan tersebut akan kembali

ke bentuk dan ukuran semula.

2. Deformasi plastis, yaitu perubahan bentuk yang disebabkan gaya

luar dan apabila gaya luar dilepas maka bahan tidak akan kembali ke

bentuk dan ukuran semula.

l. Pengerasan Regang (Strain Hardening)

Sifat kebanyakan logam yang ditandai dengan naiknya nilai tegangan

berbanding regangan setelah memasuki fase plastis.

m. Poisson Ratio

12

Poisson ratio adalah perbandingan antara regangan tegak lurus

terhadap regangan aksial.

Gambar 9. Rumus poisson ratio pada uji tarik

2. Karakteristik Perpatahan

Saat sampel ditarik sampai patah, akan terlihat beberapa model

tampilan perpatahan yang berbeda-beda untuk setiap jenis material

tergantung sifat keuletan dari material tersebut.

Gambar 10. Metode perpatahan material dari ulet ke getas

Klasifikasi perpatahan didasarkan pada kemampuan material

mengalami deformasi plastis. Jenis perpatahan dibagi menjadi perpatahan

brittle dan perpatahan ulet. Secara umum, patah ulet memiliki

karakteristik permukaan yang berserat (fibrous) dan gelap (dull),

sedangkan patah getas/brittle memiliki permukaan yang berbutir

(granullar) dan terang.

13

Gambar 11. Model perpatahan ulet (a) dan getas (b)

a. Perpatahan ulet

Perpatahan ulet memiliki ciri-ciri sebagai berikut.

1. Permukaan patahan berserabut (fibrous) dan gelap (dull).

2. Pada umumnya patahan membentuk cup dan cone.

3. Retak/perpatahan intergranular.

4. Terdapat ‘necking’ (penciutan) pada sampel hasil pengujian tarik.

Perpatahan ulet umumnya lebih disukai karena bahan ulet umumnya

lebih tangguh dan memberikan peringatan lebih dahulu sebelum terjadi

kerusakan.

Gambar di bawah ini merupakan ilustrasi skematis terjadinya

perpatahan ulet pada suatu spesimen yang diberikan pembebanan tarik:

Gambar 12. 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 450

14

Perpatahan yang memiliki mekanisme seperti gambar di atas biasanya memiliki patahan cup dan cone, karena salah satu patahannya berbentuk cup dan patahan lainnya berbentuk cone.

Gambar 13. Ciri

perpatahan ulet menunjukan adanya dimpel (diambil dengan SEM)

b. Perpatahan getas

Perpatahan getas memiliki ciri-ciri sebagai berikut.

1. Permukaan patahan berbutir (granular) dan terang .

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

material.

3. Retak/perpatahan merambat sepanjang bidang-bidang kristalin

membelah atom-atom material (transgranular).

4. Pada material lunak dengan butir kasar (coarse grain) maka dapat

dilihat pola-pola yang dinamakan chevrons atau fan-like pattern yang

berkembang keluar dari daerah awal kegagalan.

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

pola yang mudah dibedakan.

6. Material amorphous (seperti gelas) memiliki permukaan patahan

yang bercahaya dan mulus.

Pengamatan kedua tampilan perpatahan itu dapat dilakukan baik

dengan mata telanjang maupun dengan bantuan stereoscan macroscope.

Pengamatan lebih detail dimungkinkan dengan penggunaan SEM (Scanning

Electron Microscope). SEM dapat mengamati perpatahan karena mamiliki

resolusi dan kedalaman (depth of field) yang lebih baik dari mikroskop optik.

15

Di bawah ini merupakan contoh perpatahan brittle pada benda uji

berbentuk plat :

Gambar 14. Perpatahan getas antara dua sampel logam berpenampang lintang persegi

panjang (pelat)

3. Standar Pengujian

Standar ASTM yang mengatur specimen uji tarik yaitu :

ASTM E8 standar metode pengujian tarik untuk material logam. Khususnya

untuk logam ulet (ductile).

ASTM A370 Standar metode pengujian dan definisi dari uji mekanik produk

baja.

ASTM D368 Standar metode pengujian untuk sifat-sifat tarik plastik

ASTM E527 Numbering of metals and alloys

ASTM D2290 Standar test methods for Apparent tensile strength of ring or

tubular plastic & reinforced plastic by split disk method.

III. Metodologi Penelitian

III. 1. Alat dan Bahan

1. Universal testing machine, Servopulser Shimadzu kapasitas 30 ton

2. Caliper dan/atau micrometer

3. Spidol permanent atau penggores (cutter)

4. Stereoscan macroscope

5. Sampel uji tarik

16

III. 2. Flow Chart Proses Pengujian

IV. Daftar Pustaka

Modul Praktikum Pengujian Material (Destructive Test) Departemen

Teknik Metalurgi dan Material FTUI 2012

Saptono, Rahmat. 2008. Lecture Notes: Engineering Material. Depok.

Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI.

http://blog.ub.ac.id/zainal/2011/12/01/uji-tarik/

17

Pengujian

selesaiMaterial Lain

Tandai pada grafik titik UTS dan perpatahan

Pasang benda uji pada mesin uji

Tandai panjang ukur

Sketsa benda uji, catat ukurannya

Mulai penarikan

Ukur dimensi benda uji

Amati hingga sampel patah

Amati mekanisme deformasi dan

tampilan grafik.

Ukur dimensi

akhir

Amati dan catat

karakteristik

jenis perpatahan

Hitung formulasi yang sesuai nilai-nilai