PANDUAN PRAKTIKUMMT2205 – LABORATORIUM TEKNIK MATERIAL 1

LABORATORIUM METALURGI DAN TEKNIK MATERIAL

PROGRAM STUDI TEKNIK MATERIALFAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG2015

1

MODUL PRAKTIKUM MT 2205 - LABORATORIUM TEKNIK MATERIAL 1

LATAR BELAKANG Praktikum Laboratorium Teknik Material (LABTEK I) merupakan kegiatan praktikum yang berisikan materi pengujian-pengujian sifat mekanik suatu material. Secara umum, terdapat 6 pengujian mekanik yang merupakan pengujian merusak (destructive testing). Pengujian mekanik yang terdapat dalam praktikum ini berupa pengujian merusak yang sering digunakan baik dalam skala laboratorium maupun skala industri. Dengan memahami prinsip dasar pengujian-pengujian pada praktikum ini, praktikan dapat juga mengenal prinsip dasar pengujian mekanik lainnya yang tidak menjadi materi dalam praktikum ini.

Pengujian sifat-sifat mekanik (properties) suatu material menjadi penting karena merupakan salah satu kajian utama di dalam Teknik Material. Dengan memahami sifat mekanik suatu material, dapat diketahui kualitas material tersebut dan juga dapat diketahui aplikasinya dalam dunia industri. Melalui praktikum ini, praktikan juga dapat belajar mengenai prosedur pengujian yang baik dan dapat menghitung besaran- besaran sifat mekanik dari suatu material.

MODUL PRAKTIKUM Modul A Uji Tarik (Static Tension Test) Halaman 5Modul B Uji Keras (Hardness Test) Halaman 11Modul C Uji Puntir (Static Torsion Test) Halaman 17Modul D Uji Lentur dan Kekakuan (Static Bending Test) Halaman 23Modul E Uji Lelah (Fatigue Test) Halaman 28Modul F Uji Impak (Impact Test) Halaman 31

PROSEDUR PRAKTIKUM Prosedur praktikum yang harus ditaati oleh praktikan sebagai berikut : 1. Praktikan mengikuti seluruh modul praktikum.2. Praktikan sudah menyelesaikan dan mengumpulkan tugas pendahuluan satu hari

kerja sebelum praktikum dilaksanakan. 3. Praktikan datang 15 menit sebelum praktikum dimulai kemudian memastikan

asisten praktikum pada saat itu. 4. Praktikum diawali dengan tes awal dan dilanjutkan dengan diskusi antara asisten

dan praktikan dengan alokasi 5. Praktikan mengikuti percobaan berdasarkan arahan dari asisten dan teknisi.6. Praktikum diakhiri dengan penjelasan mengenai pengolahan data dan penyusunan

laporan praktikum. Laporan praktikum diserahkan selambat-lambatnya satu hari sebelum presentasi laporan praktikum.

7. Presentasi laporan praktikum dilaksanakan selambat-lambatnya satu minggu setelah praktikum.

8. Praktikan mengisi lembar feedback praktikum.

2

FORMAT TUGAS PENDAHULUAN DAN LAPORAN Tugas Pendahuluan terdiri dari : 1. Cover 2. Pertanyaan dan jawaban dari Tugas Pendahuluan.

Format Cover :

Laporan Praktikum terdiri dari : 1. COVER 2. BAB I : Pendahuluan (latar belakang dan tujuan praktikum) 3. BAB II: Teori Dasar 4. BAB III : Data Percobaan (data dan pengolahan data) 5. BAB IV : Analisis Data (analisis dan interpretasi data percobaan)6. BAB V : Kesimpulan dan Saran7. DAFTAR PUSTAKA 8. LAMPIRAN (tugas setelah praktikum, rangkuman praktikum, dan data lain yang

dibutuhkan)

3

Tugas Pendahuluan PraktikumLaboratorium Teknik Material 1

Modul A Uji Tarik

oleh :

Kelompok : Anggota (NIM) :

Tanggal Pengumpulan :Tanggal Praktikum :Nama Asisten (NIM) :

Gambar Ganesha 1920

Laboratorium Metalurgi dan Teknik MaterialProgram Studi Teknik Material

Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung

2014

Laporan Praktikum Laboratorium Teknik Material 1

Modul A Uji Tarik

oleh:

Nama : NIM : Kelompok : Anggota (NIM) :

Tanggal Praktikum : Tanggal Penyerahan Laporan :Nama Asisten (NIM) :

Gambar Ganesha 1920

Laboratorium Metalurgi dan Teknik MaterialProgram Studi Teknik Material

Fakultas Teknik Mesin dan DirgantaraInstitut Teknologi Bandung

2014

ATURAN PRAKTIKUM Peraturan praktikum yang harus ditaati oleh praktikan sebagai berikut: 1. Mengerjakan tugas pendahuluan yang terdapat pada modul.2. Membawa peralatan sesuai dengan modul, dibawa sebelum praktikum. 3. Memakai jas laboratorium, sepatu tertutup, kemeja, dan berambut rapi.4. Datang 15 menit sebelum praktikum dimulai.5. Tidak makan, menggunakan dan mengaktifkan dering handphone, merokok, tidur,

dan meninggalkan praktikum tanpa seizin asisten.6. Tidak merusak dan menghilangkan alat.7. Membawa modul, buku catatan, dan kartu praktikum (dilengkapi). 8. Membuat surat ijin yang sah apabila tidak dapat mengikuti praktikum.9. Menjaga sopan santun dan etika selama praktikum.10. Menjaga kebersihan, keselamatan, dan ketertiban selama praktikum.

SANKSI PRAKTIKAN1. Kehadiran

Tidak hadir lebih dari 1 kali (K, NA = 0) Tidak memberikan informasi kehadiran 15 menit setelah praktikum dimulai (K,

NAP=0) Tidak memberi surat izin yang sah untuk ketidakhadiran praktikum maksimal 3 hari

kerja setelah praktikum (K, NAP = 0) 2. Keterlambatan Praktikum

Keterlambatan 0 sampai 15 menit (K, A-15, dan wajib melapor pada asisten yang bersangkutan dan koordinator praktikum)

Keterlambatan diatas 15 menit (K, NAP= 0)3. Keterlambatan Tugas Pendahuluan

Terlambat mengumpulkan Tugas Pendahuluan dari 1-15 menit (K, NM/2) Terlambat mengumpulkan Tugas Pendahuluan diatas 15 menit (K,NM=0, tetap

wajib mengikuti praktikum) Tidak mengumpulkan Tugas Pendahuluan (K,NM=0), tidak boleh mengikuti

praktikum. 4. Kelengkapan Praktikum

Tidak membawa kartu praktikum (K, dipersilahkan pulang namun dapat mengikuti modul yang bersangkutan pada shift lain)

Tidak membawa modul, memakai jas laboratorium, memakai pakaian berkerah, dan memakai sepatu tertutup(K, NAP-30, dan praktikan dipersilahkan pulang untuk melengkapi dengan resiko keterlambatan)

Tidak melengkapi kartu praktikum (K, NAP-30, dan praktikan dipersilahkan pulang untuk melengkapi dengan resiko keterlambatan)

5. Untuk nilai tes awal < 30 praktikan dipersilahkan pulang dan nilai praktikum yang diperhitungkan hanya nilai tugas pendahuluan.

6. Merokok pada saat praktikum (NAP=0)

4

7. Keaktifan Makan atau tidur (K dan A-50) Menggunakan handphone (K dan A-50) Meninggalkan praktikum (K dan A-50)

8. Merusak dan menghilangkan alat dan benda kerja pengujian (K, melapor pada asisten, koordinator praktikum, koordinator asisten, dan teknisi)

9. Sanksi yang bersifat kondisional dan insidental akan ditetapkan oleh asisten yang bersangkutan pada saat praktikum

10. Praktikan yang tercatat 5 kali atau lebih pada buku kasus dinyatakan tidak lulus praktikum ini

11. Apabila kartu praktikum hilang maka praktikan akan dikenakan denda Rp. 100.000,-

Keterangan :K : Tercatat dalam buku kasusA-X : Nilai aktivitas dikurangi X poinNAP : Nilai Aktivitas PraktikumNAP-X : NAP (Nilai Aktivitas Praktikum) dikurangi X poinNA : Nilai Akhir PraktikumNA-X : NA (Nilai Akhir Praktikum) dikurangi X poin

ATURAN PENILAIAN Nilai Total Praktikum (NTP ) didasarkan pada 2 aspek penilaian yaitu : 1. Nilai Aktivitas PraktikumNilai Aktivitas Praktikum dapat diformulasikan dengan :

NMA s/d NMF adalah nilai per Modul A sampai Modul F. Penilaian dari masing- masing modul adalah :

2. Nilai Ujian Praktikum (NUP )Nilai diambil dari ujian tertulis Praktikum Laboratorium Teknik Material. Penilaian berupa angka 0 s/d 100.

Kemudian untuk menghitung Nilai Total Praktikum (NTP) diformulasikan dengan :

5

MODUL A UJI TARIK

LATAR BELAKANG Uji tarik merupakan pengujian mekanik yang paling luas digunakan di industri karena kemudahannya untuk analisis data yang didapatkan dan memperoleh informasi mengenai sifat mekanik suatu material. Pada proses pengujian tarik ini, pembebanan berupa beban uniaksial dengan kecepatan pembebanan yang statis. Pengujian tarik dapat dilakukan kepada hampir semua material dari logam, keramik maupun polimer.

Informasi yang didapat dari pengujian tarik ini berguna untuk pemilihan material, pengembangan paduan, kontrol kualitas dan proses desain dalam berbagai kondisi. Metoda pengujian ini diterima secara memuaskan dalam industri komersil, sehingga digunakan secara luas dalam perdagangan. Hal yang harus dicatat adalah, hasil pengujian tarik dari suatu spesimen yang diambil dari salah satu bagian dari suatu produk tidak secara total merepresentasikan sifat kekuatan dan keuletan dari seluruh produk atau karakteristik penggunaannya dalam lingkungan yang berbeda dengan kondisi pengujian. Standar pengujian tarik, diantaranya dideskripsikan dengan detail dalam ASTM E8/E8M-11.

TUJUAN PRAKTIKUM1. Mengetahui standar dan prosedur pengujian tarik dengan baik dan benar2. Mengetahui besaran-besaran sifat mekanik yang diperoleh dari pengujian tarik. 3. Mengetahui fenomena-fenomena yang terjadi dari pengujian tarik. 4. Mampu mengolah data hasil pengujian.

TEORI DASAR

Uji tarik yang akan dilaksanakan pada praktikum ini sesuai dengan standar American Society for Testing and Materials (ASTM). Untuk uji tarik dengan spesimen logam, sesuai dengan ASTM E, mengenai panjang gage length yang 4 kali diameter spesimen. Spesimen uji berbentuk silinder dengan ukuran sebagai berikut :

Gambar 1.1 Spesimen uji tarik Hasil pengujian tarik adalah kurva antara ΔF dan Δl. Kemudian akan di ubah menjadi kurva engineering stress–strain, seperti pada gambar di bawah ini :

6

Gambar 1.2 Kurva Engineering Stress–Strain

Untuk mendapatkan kurva engineering stress–strain dari kurva antara ΔF dan Δl adalah dengan persamaan :

………………………………………. Persamaan 1

............................................................. Persamaan 2

S : Engineering Stress (N/mm2) P : Beban yang diberikan (Newton) Ao : Luas penampang (mm2) e : Strain ( tidak bersatuan ), dinyatakan dalam persentase

l : Perubahan Panjang (mm) l : Panjang setelah pembebanan (mm) lo : Panjang awal spesimen (mm)

Setelah di dapatkan kurva engineering stress-strain, kita ubah menjadi kurva true stress-strain. dengan cara sebagai berikut :

7

Gambar 1.3 Kurva True Stress–Strain

Sesaat sebelum necking :

…………………………………………………………………. Persamaan 3

………………………………………………………………….. Persamaan 4

Setelah terjadi necking :

……………………………………………………………………………….. Persamaan 5

……………………………………………………………………………….. Persamaan 6

Untuk mendapatkan nilai K dan n dari persamaan Flow Stress, maka dari kurva true stress–strain harus di-logaritma-kan. Persamaan Flow Stress adalah = K n .

Gambar 1. 4 Contoh Kurva Log vs Kurva Log ε

8

PROSEDUR PERCOBAAN

DATA UJI TARIK - Jenis mesin tarik =- Beban skala penuh = - Panjang uji awal, Lo = mm- Diameter awal, Do = mm- Tebal awal *), to = mm- Lebar awal *) = mm- Kekerasan awal = HRA- Kecepatan tarik = mm/menit- Kecepatan kertas = mm/menit- Diameter patahan, Di = mm- Tebal patahan *), ti = mm- Lebar patahan *), Wi = mm

9

- Panjang uji setelah patahan = mm- Kekerasan setelah pengujian = HRA

NoDi (ti)* Li Ai Pi = Pi / Ao E = Li/Lo = Pt/Ao s = ln Ao/Ai

(mm) (mm) (mm2) (N) (N/mm) (%) (N/mm2) (%)12345678910

Catatan : - Lo, Do, to, Wo diukur minimal 3 kali- *) untuk spesimen bentuk pelat

TUGAS SEBELUM PRAKTIKUM 1. Di bawah ini adalah data engineering stress-strain hasil uji tarik pada baja karbon

dengan 0.2 % C.

Stress(MPa)

0 207 379 414 469 496 510 517 524 517 503 476 448 386 352

Strain (%)

0 0.1 0.2 0.5 1 2 4 5 8 10 12 14 16 1819

(fracture)

a. Plot ke dalam kurva engineering stress-strain dengan program Excelb. Tentukan ultimate tensile strength dari paduan ituc. Tentukan persen elongasi saat patah (fracture) d. Hitung modulus elastisitas dari paduan tersebut e. Tentukan tegangan luluh paduan tersebut dengan metode offset 0.2%

2. Apakah yang disebut dengan sifak mekanik material? Sebutkan dan jelaskan sifat mekanik apa saja yang didapatkan dari hasil uji tarik!

3. Alat ukur (sensor) apa yang digunakan untuk mendapatkan kurva ΔF dan Δl! Jelaskan prinsip kerja dari sensor tersebut dan lengkapi penjelasannya dengan gambar!

4. Gambarkan dan jelaskan kurva uji tarik untuk logam, keramik, dan polimer!

TUGAS SETELAH PRAKTIKUM1. Dari kurva yang anda dapatkan antara F vs ΔL, buat berturut- turut Kurva

Tegangan Engineering vs Regangan Engineering, Tegangan Sebenarnya vs Regangan Sebenarnya serta Logaritma Tegangan Sebenarnya vs Logaritma Regangan sebenarnya!

2. Hitung besaran- besaran sifat mekaniknya! 3. Fenomena apa saja yang terjadi dalam pengujian tarik ini? 4. Apakah yang dimaksud dengan Luder Bands? Jelaskan dengan gambar! 5. Apakah kegunaan kita menentukan gage length? Apa alasannya gage length

tersebut dibuat dengan syarat L/d = 3-5?

10

BAHAN BACAAN SEBELUM PRAKTIKUM Untuk proses praktikum yang baik dan lancar, maka praktikan disyaratkan untuk membaca buku di bawah ini : 1. Davis. E . Harmer, George Earl Troxell, George F.W.Hauck, The Testing of

Engineering Materials,. Edisi ke-4, chapter 2 halaman 17- 30 dan chapter 8 halaman 125- 146

2. Dieter G.E Mechanical Metalurgy, SI Metric Edition. Edisi ke-4, halaman 275-288. 3. Callister, William D. Materials Science And Engineering An Introduction, edisi ke-

6, John Willey & Son Inc. Halaman 117 – 132

Untuk yang memiliki buku- buku di atas, dengan edisi yang berbeda silahkan di sesuaikan sendiri.

11

MODUL B

UJI KERAS

LATAR BELAKANGUji keras merupakan pengujian yang paling efektif. Dengan pengujian ini, kita dapat dengan mudah mengetahui gambaran sifat mekanik suatu material. Meskipun pengukuran hanya dilakukan pada satu titik, atau daerah tertentu saja, nilai kekerasan cukup valid untuk menyatakan kekuatan suatu material. Material dapat dengan mudah digolongkan sebagai material ulet maupun getas, hanya dengan uji keras.

Uji keras juga dapat digunakan sebagai satu metode untuk mengetahui pengaruh perlakuan panas dan perlakuan dingin terhadap material. Material yang telah mengalami cold working hot working, atau heat treatment, dapat diketahui perubahan kekuatannya dengan mengukur kekerasan permukaan material tersebut. Oleh karena itu, uji keras merupakan metode yang mudah dilakukan untuk quality control material.

Termasuk dalam pengujian kekerasan ini adalah uji keras Rockwell, Brinnell dan Vickers. Standar pengujian kekerasan untuk material logam diantaranya didapatkan dari ASTM E18-11. Pengujian kekerasan Rockwell merupakan pengujian empirik kekerasan dengan cara indentasi yang mana hasil pengujiannya berhubungan dengan kekuatan tarik, ketahanan aus, keuletan dan karakteristik fisik lainnya dari logam dan juga berguna dalam kontrol kualitas dan pemilihan material. Pengujian kekerasan Rockwell dianggap proses pengujian yang memuaskan untuk pengujian perkapalan komersial dan telah banyak digunakan secara luas dalam di industri. Satu hal yang harus digarisbawahi, pengujian Rockewell dalam suatu bagian tertentu belum tentu menggambarkan kondisi fisik secara keseluruhan dari suatu produk. Penjelasan serupa dalam paragraf ini berlaku untuk pengujian kekerasan Brinnell.

Sedangkan pengujian kekerasan Vickers merupakan pengujian kekerasan mikro yang diperlukan untuk pengujian kekerasan bagian yang terlalu tipis atau kecil untuk dilakukan dengan pengujian kekerasan Rockwell atau Brinnell.

TUJUAN PRAKTIKUM 1. Mengetahui macam- macam metode pengujian keras serta aplikasinya2. Mengetahui prosedur dan standar pengujian keras 3. Mengetahui sifat mekanik serta perubahan yang terjadi akibat proses pemanasan. 4. Mengetahui kelebihan dan kekurangan metode-metode pengujian kekerasan5. Mampu menghitung besaran sifat mekanik suatu material

TEORI DASAR Konsep umum tentang kekerasan sebagai penentu kualitas suatu bahan mempunyai kaitan erat dengan kekakuan (solidity) dan kekompakan permukaan suatu material. Terdapat beberapa metode yang dikembangkan dalam menentukan harga kekerasan ini seperti metode goresan (scratch), metode indentasi (indentation), dan metode pantulan (rebound atau dynamic). Metode-metode tersebut menyebabkan arti fisik dari kekerasan memiliki perbedaan dan aplikasinya pun berbeda di setiap bidang dan pengalaman kerja seseorang.

12

Secara umum, definisi kekerasan adalah ketahanan terhadap deformasi, dan untuk logam, deformasi yang dimaksudkan disini adalah deformasi plastis. Beberapa definisi yang lain untuk kekerasan antara lain:a. ketahanan terhadap penekanan dibawah beban statik atau dinamikb. energi yang diserap ketika diberikan beban impak.c. ketahanan terhadap penggoresand. ketahanan terhadap abrasie. ketahanan terhadap pemotongan dan pengeboran

Untuk kebanyakan aplikasi teknik, definisi kekerasan yang sering dipakai adalah kekerasan dengan metode indentasi. Oleh karena itu, dalam praktikum ini hanya dipelajari uji keras metode indentasi yaitu uji keras Brinell, Rockwell, dan Vickers.

Brinell Hardness Pengujian kekerasan Brinell menggunakan bola baja dengan diameter 10 mm dan beban 3000 Kg. Hal ini sesuai dengan ASTM E 10 yang menggunakan beban 3000 kg untuk hard Metal, 1500 Kg untuk intermediate hardness, dan 500 Kg untuk soft Materials.. Beban diberikan kepada spesimen selama 30 s, kemudian diameter diukur dengan mikroskop untuk menentukan harga kekerasan Brinell. Metode pengujian Brinell dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar. 2.1 Metode Pengukuran kekerasan Brinell

Rockwell HardnessMetode pengujian kekerasan yang paling banyak dipakai adalah Metode Rockwell. Terdapat dua macam pembebanan dalam pengujian kekerasan rockwell, yaitu beban minor dan beban mayor. Beban minor sebesar 10 Kg, dan beban mayor yang besarnya bervariasi antara 60, 100 dan 150 Kg. Selain variasi pada beban mayor, dapat pula dilakukan dengan variasi pada jenis dan dimensi indentornya. Prosedur pengujian Rockwell ini distandarkan menurut ASTM E 18.

Vickers HardnessPengujian kekerasan dengan metode vickers menggunakan indentor berupa pyramid intan yang membentuk sudut 136º (ASTM E 92). Masa indentor bervariasi antara 1- 120 Kg. Uji keras Vickers diterima secara luas untuk keperluan riset maupun penelitian karena nilai kekerasan Vickers menyediakan rentang nilai yang luas. Sehingga Vickers ini dapat digunakan pada material yang lunak dan material yang sangat keras sekalipun. Harga kekerasan Vickers atau VHN (Vickers Hardness Number) adalah :

P = Beban yang diberikan ( Kg )L = Panjang rata- rata diagonal ( mm ).

13

Beberapa hal yang harus dicatat antara lain:- Karena variasi kekerasan Vickers mungkin terjadi di dalam material, maka nilai satu pengujian dari bagian tertentu dalam material belum tentu mencerminkan kekerasan secara keseluruhan material tersebut. - Indentor Vickers pada umumnya menghasilkan geometri indentasi yang serupa pada hampir semua beban. Terkecuali untuk pengujian pada beban yang sangat rendah yang menghasilkan indentasi dengan diagonal lebih kecil dari 25 μm, nilai kekerasan secara essensial akan sama seperti yang dihasilkan dengan beban pengujian lebih dari 1kgf, selama material yang diuji relatif homogen.

PROSEDUR PERCOBAAN

14

DATA UJI KERAS a. Metode Brinell

Jenis mesin :Tanggal pengujian :Standar pengujian :Penguji :Ass pengawas :

No BahanF

(N)D

(mm)d

(mm)Kekerasan

Brinell123451234512345

b. Metode VickersJenis mesin :Tanggal pengujian :Standar pengujian :Penguji :Ass. pengawas :

(approximately)

No BahanP

(N)D

(mm)D

(mm)Kekerasan

Vickers1234512345

15

12345

c. Metode RockwellJenis mesin :Tanggal pengujian :Standar pengujian :Penguji :Ass. pengawas :

Bahan NoBeban (kg)

indentorWarna skala

Kekerasan Rockwell

123451234512345

TUGAS SEBELUM PRAKTIKUM1. Sebutkan sejarah perkembangan metode-metode pengujian kekerasan, dan

jelaskan bagaimana prinsip pengukuran kekerasannya! 2. Sebutkan kelebihan dan kekurangan pengujian kekerasan metode Brinnel! 3. a. Sebutkan kelebihan pengujian kekerasan dengan metode Rockwell

b. Bagaimanakah cara mendapatkan harga kekerasan Rockwell yang baik? Hal apa saja yang harus di lakukan sebelum pengujian kekerasan, jelaskan!

4. Jelaskan kegunaan pengujian kekerasan dengan Microhardness test !

16

TUGAS SETELAH PRAKTIKUM 1. Sebutkan macam- macam variasi pengujian kekerasn Rockwell berdasarkan beban

mayor dan jenis indentor! Adakah tujuan dari variasi tersebut, jelaskan!

2. Turunkan persamaan kekerasan Vickers, ! (DPH adalah Diamond

Pyramid Hardness).3. Temperatur akan berpengaruh terhadap kekerasan material, hal ini dapat dinyatakan

dalam hubungan:H = A e-BT

H = Hardness (kgf.mm2)T = Temperatur (K)A,B = konstanta

Gambarkan kurva yang menyatakan hubungan antara T dan H tersebut. Apa yang dapat Anda jelaskan dari kurva tersebut.

4. Mengapa harga kekerasan berbanding lurus dengan harga kekuatan tariknya ?BAHAN BACAAN SEBELUM PRAKTIKUM Untuk proses praktikum yang baik dan lancar, maka praktikan disyaratkan untuk membaca buku di bawah ini: 1. Davis. E . Harmer, George Earl Troxell, George F.W.Hauck, The Testing of

Engineering Materials,. Edisi ke-4, chapter 12 halaman 195- 220 2. Dieter G.E Mechanical Metalurgy, SI Metric Edition. Edisi ke-4, halaman 325 –

336 3. Callister, William D. Materials Science And Engineering An Introduction, edisi ke-

6, John Willey & Son Inc. Halaman 134 – 140Untuk yang memiliki buku- buku di atas, dengan edisi yang berbeda silahkan di sesuaikan sendiri.

17

MODUL C UJI PUNTIR

LATAR BELAKANGTegangan geser terjadi secara paralel pada bidang material, berbeda dengan tegangan normal yang tegak lurus dengan bidang. Kondisi tegangan geser dapat terjadi dengan melakukan geseran secara langsung (direct shear) dan tegangan puntir (torsional stress). Fenomena geseran secara langsung dapat dilihat pada saat kita menancapkan paku ke balok kayu. Pada setiap permukaan di paku dan kayu yang bersinggungan langsung dengan paku akan mengalami geseran secara langsung. Sedangkan, fenomena tegangan puntiran dapat terjadi apabila suatu spesimen mengalami momen torsi. Dengan adanya tegangan geser, maka respon yang diterima oleh material pun berbeda. Selain itu, kondisi tegangan dan regangan kompleks yang terjadi pada waktu pengujian puntir adalah sensitif terhadap perubahan di dalam material, sehingga pengujian puntir berguna sebagai alat untuk mengevaluasi keuletan kawat. Untuk standar pengujian puntir kawat, dideskripsikan dengan lengkap dalam ASTM A938, dengan maksimum diameter kawat sampai dengan 10 mm.

Gambar 3.1 Fenomena Geseran langsung dan pada Torsional Stress

TUJUAN PRAKTIKUM 1. Mengetahui standar dan prosedur uji puntir 2. Mengetahui pengaruh tegangan geser terhadap sifat mekanik material. 3. Mampu menghitung besaran-besaran sifat mekanik material dari uji puntir4. Memahami mekanisme terbentuknya patahan material oleh tegangan geser

18

TEORI DASAR Besaran yang terukur dari uji puntir adalah Momen Putar dan Sudut Putar spesimen. Untuk mengukur Sudut Putar digunakan alat yang disebut dengan Troptometer.

           

Gambar 3. 2 Troptometer

Momen putar didapatkan dari persamaan :

………………………………………………………..…. 1

Sedangkan sudut putar (θ) didapatkan dari tan ф. Dimana tan ф = ………...... 2

Notasi- notasi yang dipakai dalam persamaan ini dapat dengan mudah diapahami dari gambar 3.3

Mτ = Momen Torsi (Nm)τ = Tegangan geser (Pa)r = Jarak radial yang dihitung dari pusat (m) L = Panjang Spesimen (m)a = Jari- jari (m)

Gambar 3.3 Kondisi Uji Puntir pada spesimen berbentuk Rod

Setelah mendapatkan hasil kurva yang berupa Momen Putar ( M ) dengan sudut putar ( θ ) seperti pada gambar 3.4 dibawah, maka dapat dihitung regangan geser dan modulus elastisitas gesernya.

19

Gambar 3.4 Diagram Momen Putar dengan Sudut putar

Regangan geser adalah ........................................................................ 3

Modulus Elastisitas Geser ( G) didapat dari ................................................... 4 Ketika regangan geser sudah semakin besar, sehingga hubungan antara tegangan dan regangan elastis sudah tidak linear lagi, maka persamaan 1, 3, dan 4 tidak berlaku lagi. Ketika kondisi regangan begitu besar, dibuat kurva antara momen dengan sudut putar per panjang spesimen. Dari kurva ini akan di dapatkan kondisi regangan dan tegangan geser yang sebenarnya.

Regangan geser sebenarnya didapatkan dari dengan sedangkan untuk

menghitung tegangan geser sebenarnya didapat dengan cara menurunkan persamaan momen torsinya.

. ……………………………………….……………….… 5

Karena sekarang Tegangan Geser merupakan fungsi dari regangan gesernya, sedangkan regangan geser merupakan fungsi dari sudut putar per pajang spesimen. Maka didapatkan persamaan sebagai berikut :

. .......................................................................... 6

Kemudian didapatkan pula

. ......................................................................................... 7

Dari persamaan ini dapat dengan mudah di hitung Tegangan Gesernya dari kurva. Perhatikan gambar 3.5

20

Gambar 3.5 kurva Momen Torsi dengan perubahan sudut per panjangDari persamaan 7 kita dapat ubah persamaan itu dengan melihat dari gambar 3.5 menjadi :

.................................................................................................. 8

Setelah didapatkan tegangan geser dan regangan gesernya maka di ubah ke dalam tegangan dan regangan sebenarnya dengan menggunakan lingkaran Mohr dan memasukkan ke dalam kriteria dari Tresca dan Von Mises. Untuk mengubah dari tegangan dan regangan geser ke tegangan dan regangan sebenarnya, harus diperhatikan kondisi tegangan uji puntir.

21

θ’

Mτ

PROSEDUR PERCOBAAN

DATA UJI PUNTIR Material =- Panjang spesimen = mm- Diameter spesimen = mm- Kecepatan puntir mesin = rpm- Kecepatan gerak kertas = mm/menit- Diameter spesimen di tempat yang terdeformasi = mm- Diameter spesimen di tempat yang patah = mm- Mesin uji yang digunakan =- Tanggal pengujian =- Asisten pengujian =

22

TUGAS SEBELUM PRAKTIKUM1. Gambarkan state of stress spesimen yang di Uji Puntir ! Kemudian representasikan ke

dalam lingkaran mohr. Dengan cara yang sama, buat pula untuk Uji Tarik2. Untuk spesimen yang berbentuk silinder, Buktikan bahwa J = πD4/32. Kemudian

turunkan persamaan τmax = 16Mτ / πD4 .3. Sifat- sifat mekanik apa sajakah yang dapat diperoleh dari hasil uji puntir ? Definisikan

pula arti sifat mekanik tersebut !4. Gambarkan perbandingan kurva hasil uji tarik dan puntir berdasarkan kriteria luluh

Tresca dan Von Mises.

TUGAS SETELAH PRAKTIKUM 1. Buat kurva Momen torsi dengan θ, kemudian buat juga kurva antara Momen Torsi

dengan θ’. Hitunglah tegangan geser dan regangan geser sebenarnya dengan menggunakan persamaan 8. Ambil delapan titik di setiap kurva untuk mendapatkan tegangan dan regangan gesernya. Setelah itu dengan kriteria tresca dan Von Mises buat kurva Tegangan dan Rengangan Sebenarnya.

2. Hitung Modulus Elastisitas Geser, Kekuatan Geser maksimum, serta cari nilai K dan n dari material yang diuji.

3. Apa kelebihan dan kekurangan uji puntir dibandingkan dengan uji tarik dalam mendapatkan besaran sifat mekaniknya? Jawab dengan baik dan tepat !

4. Analisis bentuk patahan dari hasil uji puntir ini. Apa bedanya bentuk patahan uji puntir untuk material ulet dan getas ?

BAHAN BACAAN SEBELUM PRAKTIKUM Untuk proses praktikum yang baik dan lancar, maka praktikan disyaratkan untuk membaca buku di bawah ini: 1. Davis, H.E. et al. “The testing of Engineering Materials” 4th edition,McGraw- Hill

Book Co. 19822. Dieter, G.E. “Mechanical Metallurgy” SI Metric Edition McGraw-Hill Book Co.

19883. Callister, William D. “Materials and Science Engineering An Introduction”, 6 th

edition John Wiley & Sons, Inc. 2003Untuk yang memiliki buku- buku di atas, dengan edisi yang berbeda silahkan di sesuaikan sendiri.

23

MODUL D UJI LENTUR DAN KEKAKUAN

LATAR BELAKANGPengujian kekuatan lentur dan modulus elastisitasnya dilakukan untuk material dimana tegangan utamanya dalam bentuk lentur. Untuk kebanyakan material, modulus dalam arah tarik dan tekan mempunyai sedikit perbedaan, sedangkan modulus lentur adalah kombinasi dari modulus arah tarik dan tekan, sehingga seringkali berbeda dengan keduanya. Banyak struktur dan mesin memiliki komponen yang harus menahan beban lentur atau bending (tekukan). Dalam bending sendiri biasanya diikuti oleh direct stress, transverse shear, dan torsional shear. Melalui percobaan ini, kita akan melihat perilaku material yang mengalami bending akibat pembebanan 3 sumbu ( 3 axial stress ). Standar pengujian lentur untuk material logam berbentuk pelat dideskripsikan dengna detail dalam ASTM E855-08 TUJUAN PRAKTIKUM 1. Menentukan kekuatan lentur (flexural strength) material2. Menentukan modulus elastisitas material3. Mengetahui distribusi momen dan tegangan ketika terjadi pembebanan.

TEORI DASAR Ketika sebuah batang diberikan pembebanan seperti gambar 4.1 dibawah ini, maka akan terjadi tegangan tarik, tekan dan geser. Pembebanan ini akan bernilai maksimum pada permukaan batang dan akan bernilai nol pada sumbu ”neutral axis” batang.

Gambar 4.1 Distribusi tegangan

Pada pembebanan di daerah elastis, momen lentur tersebut menyebabkan timbulnya tegangan pada penampang melintang sebesar:

............................................................................................... (1)

dimana: = tegangan normal Mb = momen lentur di penampang melintang yang ditinjau

C = jarak dari sumbu netral ke elemen yang ditinjau I = momen inersia penampang

24

Untuk spesimen yang mempunyai penampang segi empat, maka tegangan normal maksimum pada penampang tersebut adalah:

..........................................................................…..(2)

dimana : P = beban yang bekerja

L = panjang spesimen

b = lebar spesimen

t = tebal spesimen

defleksi pada daerah elastis pada penampang tersebut adalah:

....................................................................................................(3)

dimana: = defleksi P = beban yang bekerja L = panjang spesimen E = modulus elastisitas bahan spesimen I = modulus inersia penampang

Dari persamaan tiga ini, kita dapat menghitung modulus elastisitas suatu bahan. Beberapa hal yang harus dicatat adalah

- Pengukuran presisi dari modulus elastisitas lentur dan kekuatan lentur dipengaruhi oleh beberapa hal termasuk orientasi spesimen terhadap arah pengerolan, besar buti, tegangan sisa, sejarah regangan sebelumnya, persiapan spesimen dan dimensinya, orientasi butir terdeformasi terhadap arah dari tegangan normal.

- Kondisi pengujian juga mempengaruhi hasil seperti temperatur dan variasinya, kondisi peralatan pengujian, dan apakah pengujian mengikuti standar atau tidak.

25

PROSEDUR PERCOBAAN

26

DATA UJI LENTUR DAN KEKAKUAN

- Material =- Kekuatan lentur material = Mpa

Dimensi Spesimenpanjang (l) = mmlebar (b) = mmtebal (h) = mmdiameter (d) = mm

- Untuk spesimen silinder- Jarak tumpuan (l) = mm- Laju pembebanan = kg/menit- Beban maksimum pada daerah elastis = kg- Spesimen uji menurut standar =

kg

No Beban (kg) Defleksi (mm) Keterangan123456789101112

Kondisi akhir spesimen:- patah- retak- tidak retak

TUGAS SEBELUM PRAKTIKUM1. Gambarkan skema pengujian bending yang akan dilakukan pada praktikum ini, dan

jelaskan!2. Turunkan persamaan (2) khusus untuk spesimen berpenampang lingkaran!3. Terangkan langkah-langkah yang dilakukan untuk mendapatkan Modulus Elastisitas

bahan dari uji lentur!4. Dalam pengujian bending terdapat tiga macam pengujian yaitu : Bend (Cold Bend),

Hot Bend dan Nick Bend, jelaskan perbedaan dari ketiga pengujian itu dan sebutkan kegunaanya!

27

TUGAS SETELAH PRAKTIKUM 1. Buat kurva antara P – δ dari data uji lentur, dengan menggunakan persamaan garis

regresi linier.2. Hitung harga Flexural Strength dan Modulus Elastisitas dengan menggunakan kurva

tersebut.3. Bandingkan harga Modulus Elastisitas yang diperoleh dari literatur dan percobaan,

bila ada perbedaan jelaskan mengapa hal itu bisa terjadi!4. Bandingkan keadaan kekerasan akhir (setelah diuji bending pada daerah yang

terdeformasi plastis) dengan kekerasan awal (sebelum diuji bending) dan jelaskan.

BAHAN BACAAN SEBELUM PRAKTIKUM Untuk proses praktikum yang baik dan lancar, maka praktikan disyaratkan untuk membaca buku di bawah ini: 1. ASTM E 8552. Davis, H.E. et al. The testing of Engineering Materials. 4th

edition,McGraw- Hill Book Co. 1982. 3. Popov.E.P, Mechanics Of Material, SI Version 2nd Edition, 19764. Callister, William D. Materials Science and Engineering : An

Introduction. 7th edition. John Wiley & Sons, Inc. 20075. Hibbeler, Russell. Mechanics of Materials.

Untuk yang memiliki buku- buku di atas, dengan edisi yang berbeda silahkan di sesuaikan sendiri.

28

MODUL E

UJI LELAH (FATIGUE)

LATAR BELAKANGKegagalan suatu material selama ini kebanyakan disebabkan oleh beban dinamik. Pembebabanan dinamik adalah suatu pembebanan dengan melibatkan tegangan aksial (tarik – tekan), fleksural (bending) dan torsional (puntiran) yang berfluktuasi. Meskipun tegangan yang diterima oleh material lebih rendah dari harga tegangan luluhnya, kegagalan dapat saja terjadi suatu saat. Kegagalan yang disebabkan oleh beban dinamik ini disebut dengan Fatigue Failures. Banyak komponen dan elemen mesin didesain dengan memberikan perhatian yang besar terhadap beban yang dinamik. Cotoh komponen yang mengalami beban dinamik adalah jembatan, kompresor, turbine blade, atau pompa. Dengan berjalannya waktu, serta periode pembebanan yang berulang-ulang, setiap komponen itu akan dapan mengalami kegagalan tanpa ada tanda yang jelas dan mudah diamati.

TUJUAN PRAKTIKUM 1. Mengetahui perilaku material terhadap beban dinamik 2. Mengetahui metode untuk menentukan kekuatan lelah serta batas lelah suatu

material.3. Memahami mekanisme dan bentuk patahan suatu material akibat fatigue failure.

TEORI DASAR Kegagalan suatu material yang disebabkan oleh beban dinamik tidak menunjukkan deformasi terlebih dahulu. Kegagalan yang disebabkan oleh fatigue dapat dijelaskan melalui beberapa tahap yaitu : 1. Crack Initiation 2. Crack Growth 3. Ultimate Failure Ketiga tahap tersebut dapat kita amati secara visual dari permukaan struktur patahannya. Crack initiation adalah kondisi dimana dimulai terjadinya retakan. Awal dari retakan ini disebabkan oleh konsentrasi tegangan. Penyebab konsentrasi tegangan ini bermacam- macam, mulai dari goresan, impurities, inklusi maupun tegangan sisa. Kondisi Crack growth atau crack propagation adalah penjalaran retakan. Kondisi perambatan retakan pada baja ulet, akan berlangsung melalui bidang gesernya, kemudian akan terus merambat searah dengan tegangan tarik yang diterimanya. Pada kondisi Ultimate Failure, material sudah tidak dapat menahan lagi beban yang diterimanya. Pada kondisi ultimate failure ini, kita dapat mengamati dengan jelas awal retakan, rambatan retakan hingga akhirnya patah. Dalam analisis kegagalan suatu material yang disebabkan oleh fatigue, maka digunakan kurva antara S–N. S adalah Stress yang dialami oleh material. Karena S disini adalah dari beban dinamik dan berfluktuasi maka, dapat kita gambarkan kondisi stress yang terjadi melalui sebuah kurva cycle stress seperti pada gambar 5.1

29

Gambar 5.1 Kurva Reverse Stress Cycle

Dari kurva diatas, kita dapat menghitung beberapa besaran yang berguna untuk menentukan kurva S- N. Diantaranya adalah :

Mean stress,

Range of Stress, σr= σmax - σmin

kAlternating stress, σa =

Stress Ration, R =

PROSEDUR PERCOBAAN Dalam Uji Fatigue ini, tidak dilakukan pengujian secara langsung karena memerlukan waktu yang lama serta pengamatan yang panjang. Oleh sebab itu proses praktikum ini dilakukan hanya dengan melakukan analisis dari percobaan uji fatigue yang pernah dilakukan sebelumnya.

DATA UJI LELAH - Material =- Spesimen uji lelah menurut standar =- Spesimen uji lelah berdasarkan dimensinya =- Bila diperlukan catat Kr dan Kt =- Putaran motor penggerak =- Beban =- Defleksi pada awal pengujian =- Penunjuk jumlah putaran sebelum pengujian =- Penunjuk jumlah putaran setelah spesimen putus =- Gambar permukaan patah spesimen uji =- Mesin uji lelah yang digunakan =- Tanggal pengujian =- Asisten pengawas =

30

TUGAS SEBELUM PRAKTIKUM1. Gambarkan skema mesin uji lelah putar. Jelaskan cara kerja mesin tersebut sehingga

dapat menunjukkan bahwa spesimen mendapatkan tegangan fluktuatif!2. Gambarkan kurva stress cycle dengan kondisi tegangan fluktuasi yang terjadi adalah

tekan- tekan serta tarik-tarik. Formulasikan nilai σr, σm, R dan σa sesuai dengan kondisi bebannya ! Jelaskan apa yang dimaksud dengan σr, σm dan σa !

3. Apakah yang dimaksud dengan kekuatan lelah (fatigue strength) serta batas lelah (fatigue limit) material. Jelaskan dengan kurva S- N !

4. Berikan contoh dan sertakan gambar komponen yang mengalami fatigue failure, (minimal 3).

TUGAS SETELAH PRAKTIKUM 1. Dengan data hasil uji lelah yang diberikan, gunakan data tersebut untuk

menggambarkan kurva tegangan terhadap jumlah siklus (kurva S – N)2. Tentukan batas lelah dari soal no. 1!3. Bandingkan σmax yang diberikan dengan kekuatan tarik (u) dan batas luluh material

(y) dari literatur. Jelaskan.4. Buatlah analisa permukaan patahan yang didapatkan dari pengujian fatigue.

BAHAN BACAAN SEBELUM PRAKTIKUM Untuk proses praktikum yang baik dan lancar, maka praktikan disyaratkan untuk membaca buku di bawah ini: 1. Davis, H.E. et al. “The testing of Engineering Materials” 4th edition,McGraw- Hill

Book Co. 19822. Dieter, G.E. “Mechanical Metallurgy” SI Metric Edition McGraw-Hill Book Co.

1988 3. Callister, William D. “Materials and Science Engineering An Introduction”, 6 th

edition John Wiley & Sons, Inc. 2003.Untuk yang memiliki buku- buku di atas, dengan edisi yang berbeda silahkan di sesuaikan sendiri.

31

MODUL F UJI IMPAK

LATAR BELAKANG Dalam pengujian mekanik, terdapat perbedaan dalam jenis beban yang diberikan kepada material. Uji tarik, tekan, puntir adalah pengujian dengan menggunakan beban statik. Sedangkan uji keras, uji fatigue, dan uji lentur meggunakan jenis beban dinamik. Dan pada uji impak ini, digunakan pembebanan yang cepat (rapid loading). Perbedaan dari macam pembebanan ini dapat dilihat pada strain rate-nya seperti pada tabel 6.1 di bawah ini.

Tabel 6.1 Jenis pembebanan berdasarkan Strain RatenyaNo Rentang kecepatan regangan Kondisi atau tipe pengujian

1 10-8 s/d 10-5 s-1 Uji creep pada beban konstan

2 10-5 s/d 10-1 s-1 Pengujian tarik statik

3 10-1 s/d 102 s-1 Pengujian tarik atau tekan dinamik

4 102 s/d 104 s-1 Pengujian impak dengan kecepatan tinggi

5 104 s/d 108 s-1 Pengujian impak dengan kecepatan super tinggi ( balistik )

Pada pembebanan cepat atau disebut dengan beban impak, terjadi proses penyerapan energi yang besar dari energi kinetik suatu beban yang menumbuk ke spesimen. Proses penyerapan energi ini, akan diubah dalam berbagai respon material seperti deformasi plastis, efek histerisis, gesekan, dan efek inersia. Pada pengujian impak takikan diberikan pada bagian sampel yang berbenturan dengan beban, sehingga pengujian impak secara spesifik menghubungkan karakteristik logam bila diberikan beban tunggal, dimana dihasilkan tegangan multi-aksial pada bagian takikan, ditambah dengan laju pembebanan yang tinggi dan juga pengaplikasian temperatur rendah dan tinggi. Dalam pengujian impak ini juga untuk berbagai material dapat diprediksi karakteristik patah getas secara akurat. Standar pengujian impak untuk material logam, diantaranya dideskripsikan dengan detail dalam ASTM E23-12C.

TUJUAN PRAKTIKUM 1. Mengetahui pengaruh beban impak terhadap sifat mekanik material 2. Mengetahui standar dan prosedur pengujian impak3. Mengetahui faktor yang mempengaruhi kegagalan material dengan beban impak.

TEORI DASAR Pengujian impak yang dilakukan pada praktikum ini adalah sesuai dengan standar ASTM E 23 untuk metode Charpy dan Izod. Metode Charpy dipergunakan secara luas di Amerika sedangkan metode Izzod digunakan di Eropa.

32

Gambar 6.1 Metode Izod dan Charpy

Prinsip pengujian impak ini adalah menghitung energi yang diberikan oleh beban (pendulum) dan menghitung energi yang diserap oleh spesimen. Pada saat beban dinaikkan dengan ketinggian tertentu, beban memiliki energi potensial, kemudian saat menumbuk spesimen energi kinetik mencapai maksimum. Untuk memahami proses pemindahan energi ini dapat dilihat pada gambar 6.2

Gambar 6.2 Proses perpindahan energi

Energi yang diserap oleh spesimen, akan menyebabkan material mengalami kegagalan. Bentuk kegagalan itu adalah terbentuknya patahan pada spesimen. Bentuk dari patahan itu, akan bergantung pada jenis materialnya, apakah material getas atau material ulet. Dengan membuat variasi perubahan temperatur, maka dilihat bentuk patahan dan energi yang diserap oleh spesimen, kemudian dibuat suatu kurva yang menghubungkan antara temperatur dan energi yang diserapnya.

33

PROSEDUR PERCOBAAN

34

DATA UJI IMPAK - Jenis mesin =- Kapasitas mesin =- Standar pengujian =- Penguji =- Tanggal pengujian =- Asisten =

BahanP l t h T Luas Energi H Permukaan

Patahanmm mm mm mm oC mm2 Joule Joule/mm2

TUGAS SEBELUM PRAKTIKUM1. Jelaskan pengaruh takikan, temperatur serta kecepatan pembebanan terhadap kegagalan

suatu material !2. Gambarkan spesimen Uji Impak Charpy menurut standar ASTM E 23 ! 3. Apakah yang dimaksud dengan FTP (Fracture Transition Plastic), NDT (Nil Ductile

Temperature), dan FATT (Fracture–Appearance Transition Temperature)? Jelaskan dengan menggunakan kurva!

TUGAS SETELAH PRAKTIKUM 1. Buatlah kurva yang menghubungkan antara Temperatur dengan Energi yang diserap

diserap oleh spesimen, baik Aluminum dan Baja, dengan menggunakan Microsoft Excel !

2. Tentukan temperatur transisi dari kedua material tersebut! Apakah kegunaan dari Temperatur transisi suatu material? Jelaskan dengan baik dan tepat!

3. Buatlah analisis mengenai bentuk permukaan patahan untuk semua spesimen !

BAHAN BACAAN SEBELUM PRAKTIKUM

35

Untuk proses praktikum yang baik dan lancar, maka praktikan disyaratkan untuk membaca buku di bawah ini : 1. ASTM E 232. Callister, William D. Materials Science And Engineering An Introduction, edisi ke-

7, John Willey & Son Inc. Halaman 223-2273. Dieter G.E Mechanical Metalurgy, SI Metric Edition. Edisi ke-4, halaman 471-488 Untuk yang memiliki buku- buku di atas, dengan edisi yang berbeda silahkan di sesuaikan sendiri.

36