Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

30
Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya 47 BAB IV DATA DAN ANALISA 4.1 Hasil Pengujian Tarik dan Pengujian Fatik 4.1.1 Hasil Pengujian Tarik Tabel 4.1 Data hasil pengujian tarik Catatan : ** Dikali Dengan 9,8 Kode Sample Sample Code Dimensi Ukur Size Dimension (mm) Luas Area (mm 2 ) Panja ng Ukur Gauge Length (mm) Kuat Tarik Tensile Stress (Kg/mm 2 ) [Mpa] Batas Luluh Yield Stress (Kg/mm 2 ) [Mpa] Regang an Elongat ion (%) Tanpa Perlaku an t = 3.29 w = 9.27 30.50 45 17 [167] ** 12 [118] ** 4.29 145℃ 5% t = 3.32 w = 9.18 30.48 45 19 [186] ** 14 [137] ** 3.91 145℃ 10% t = 3.07 w = 9.34 28.67 45 17 [167] ** 15 [147] ** 3.16 145℃ 15% t = 3.16 w = 9.22 29.24 45 18 [176] ** 14[137] ** 3.09 135℃ 5% t = 3.16 w = 9.28 29.32 45 19 [186] ** 16 [157] ** 3.76 135℃ 10% t = 3.16 w = 9.23 29.17 45 20 [196] ** 14 [137] ** 4.07 135℃ 15% t = 3.05 w = 9.33 28.46 45 20[196] ** 15 [147] ** 3.64 125℃ 5% t = 3.20 w = 9.17 29.34 45 16 [157] ** 13 [127] ** 2.98 125℃ 10% t = 3.21 w = 9.33 29.95 45 15 [147] ** 15 [147] ** 2.38 125℃ 15% t = 2.88 w = 9.28 26.73 45 18 [176] ** 16 [157] ** 3.07

Transcript of Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Page 1: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

47

BAB IV

DATA DAN ANALISA

4.1 Hasil Pengujian Tarik dan Pengujian Fatik

4.1.1 Hasil Pengujian Tarik

Tabel 4.1 Data hasil pengujian tarik

Catatan : ** Dikali Dengan 9,8

Kode

Sample

Sample

Code

Dimensi

Ukur

Size

Dimension

(mm)

Luas

Area

(mm2)

Panja

ng

Ukur

Gauge

Length

(mm)

Kuat

Tarik

Tensile

Stress

(Kg/mm2)

[Mpa]

Batas

Luluh

Yield

Stress

(Kg/mm2)

[Mpa]

Regang

an

Elongat

ion

(%)

Tanpa

Perlaku

an

t = 3.29

w = 9.27

30.50 45 17 [167]**

12 [118]** 4.29

145℃

5%

t = 3.32

w = 9.18

30.48 45 19 [186]** 14 [137]** 3.91

145℃

10%

t = 3.07

w = 9.34

28.67 45 17 [167]** 15 [147]** 3.16

145℃

15%

t = 3.16

w = 9.22

29.24 45 18 [176]** 14[137]** 3.09

135℃

5%

t = 3.16

w = 9.28

29.32 45 19 [186]** 16 [157]** 3.76

135℃

10%

t = 3.16

w = 9.23

29.17 45 20 [196]** 14 [137]** 4.07

135℃

15%

t = 3.05

w = 9.33

28.46 45 20[196]** 15 [147]** 3.64

125℃

5%

t = 3.20

w = 9.17

29.34 45 16 [157]** 13 [127]** 2.98

125℃

10%

t = 3.21

w = 9.33

29.95 45 15 [147]** 15 [147]** 2.38

125℃

15%

t = 2.88

w = 9.28

26.73 45 18 [176]** 16 [157]** 3.07

Page 2: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

48

Pengujian Tarik dilakukan di Laboratorium Uji Departemen Teknik Metalurgi

dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Dengan Standar Uji JIS Z2241 ;

SNI 8389-2017 Metode Uji Tarik plat menggunakan mesin GOTECH Al – 7000 LA

1O Servo Control Computer System Universal Tensile Machine kapasitas 10 Ton.

Setelah didapatkan data hasil pengujian tarik seperti yang ditunjukan pada Tabel

4.1 kemudian akan dilakukan pengujian fatik dengan acuan data hasil dari pengujian

tarik diambil 50 % yield strength untuk menentukan beban dari pengujian fatik.

Dengan Standar Operasional Prosedur sebagai berikut :

1. Diambil nilai 50 % yield strength dari data pengujian tarik

2. Beban pengujian fatik berubah ubah (berfluktuasi)

3. Putaran motor penggerak 2800 rpm

4. Amati grafik uji fatik untuk mencari jumlah siklus dan rambat retak

Menentukan nilai beban dari pengujian fatik dengan menggunakan rumus :

σ = F

A0 ……………………………………………………….………(5)

Dimana :

σ = Tegangan tarik (Mpa)

F = Gaya tarik (N), atau P = Beban tarik (Kg)

A0 = Luas penampang spesimen mula-mula (mm2)

Sebagai contoh : spesimen tanpa perlakuan

Yield = 12 kg/mm2 data dari uji tarik

Luas area spesimen uji = 112 mm2

Maka :

= 112 mm2 x 12 kg/mm2

= 1344 Kgf

F = 50% yield

= 672 kgf

Jadi beban awal yang dipergunakan sebagai acuan pengujian fatik spesimen tanpa

perlakuan antara lain = 672 Kgf

Page 3: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

49

4.1.2 Hasil Pengujian Fatik

Dari hasil uji fatik menggunakan mesin GOTECH Al – 7000 LA 1O Servo

Control Computer System Universal Tensile Machine kapasitas 10 Ton, maka didapat

data grafik hasil pengujian fatik.

Dari Gambar 4.1 menunjukan data grafik hasil pengujian fatik dengan

perbandingan antara beban (kgf) dibagian sumbu Y dan waktu (second) dibagian

sumbu X. Dapat dijelaskan dari garis-garis merah tersebut menandakan adanya beban

yang berfluktuasi sampai mendapatkan nilai beban maksimum pada spesimen sampai

spesimen mengalami kegagalan (failure) sekitar 943 kgf dengan waktu 6310 second

sampai spesimen patah. Selanjutnya pada data tersebut digunakan sebagai acuan

untuk menghitung jumlah siklus pada spesimen sampai spesimen mengalami

kegagalan (failure). Data fatik biasanya ditunjukan menggunakan kurva S-N Untuk

mencari jumlah siklus digunakan perkalian antara waktu dengan putaran motor seperti

yang akan dibahas di sub bab 4.2.1

Gambar 4.1 Grafik data hasil pengujian fatik spesimen 1B tanpa perlakuan

Page 4: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

50

Gambar 4.3 Grafik data hasil pengujian fatik spesimen 2A temperatur benda kerja

145℃ reduksi ketebalan 5%

Gambar 4.4 Grafik data hasil pengujian fatik spesimen 2B temperatur benda kerja

145℃ reduksi ketebalan 5%

Page 5: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

51

Gambar 4.5 Grafik data hasil pengujian fatik spesimen 3A temperatur benda kerja

145℃ reduksi ketebalan 10%

Gambar 4.6 Grafik data hasil pengujian fatik spesimen 3B temperatur benda kerja

145℃ reduksi ketebalan 10%

Page 6: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

52

Gambar 4.7 Grafik data hasil pengujian fatik spesimen 4A temperatur benda kerja

145℃ reduksi ketebalan 15%

Gambar 4.8 Grafik data hasil pengujian fatik spesimen 4B temperatur benda kerja

145℃ reduksi ketebalan 15%

Page 7: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

53

Gambar 4.9 Grafik data hasil pengujian fatik spesimen 5A temperatur benda kerja

135℃ reduksi ketebalan 5%

Gambar 4.10 Grafik data hasil pengujian fatik spesimen 5B temperatur benda kerja

135℃ reduksi ketebalan 5%

Page 8: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

54

Gambar 4.11 Grafik data hasil pengujian fatik spesimen 6A temperatur benda kerja

135℃ reduksi ketebalan 10%

Gambar 4.12 Grafik data hasil pengujian fatik spesimen 6B temperatur benda kerja

135℃ reduksi ketebalan 10%

Page 9: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

55

Gambar 4.13 Grafik data hasil pengujian fatik spesimen 7A temperatur benda kerja

135℃ reduksi ketebalan 15%

Gambar 4.14 Grafik data hasil pengujian fatik spesimen 7B temperatur benda kerja

135℃ reduksi ketebalan 15%

Page 10: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

56

Gambar 4.15 Grafik data hasil pengujian fatik spesimen 8A temperatur benda kerja

125℃ reduksi ketebalan 5%

Gambar 4.16 Grafik data hasil pengujian fatik spesimen 8B temperatur benda kerja

125℃ reduksi ketebalan 5%

Page 11: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

57

Gambar 4.17 Grafik data hasil pengujian fatik spesimen 9A temperatur benda kerja

125℃ reduksi ketebalan 10%

Gambar 4.18 Grafik data hasil pengujian fatik spesimen 9B temperatur benda kerja

125℃ reduksi ketebalan 10%

Page 12: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

58

Gambar 4.19 Grafik data hasil pengujian fatik spesimen 10A temperatur benda kerja

125℃ reduksi ketebalan 15%

Gambar 4.20 Grafik data hasil pengujian fatik spesimen 10B temperatur benda kerja

125℃ reduksi ketebalan 15%

Page 13: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

59

4.2 Analisa Data Pengujian Fatik

4.2.1 Pengaruh Variasi Temperatur Benda Kerja dan Reduksi Ketebalan

Terhadap Siklus Kelelahan

Data Pengujian fatik biasanya ditunjukan menggunakan kurva S-N yaitu

pemetaan tegangan (S) terhadap jumlah siklus (N) Untuk mencari jumlah siklus

digunakan perkalian antara waktu dengan putaran motor.

N = t x n ….…………………………………………………………..(6)

Dimana :

N = Siklus

t = waktu (menit)

n = putaran motor (Rpm)

1. Spesimen 1A Tanpa perlakuan

Diketahui : t = 4457 detik

= 74,28 menit

n = 2800 Rpm

Jawab :

N = t x n

= 74,28 x 2800

= 207.984 Siklus

2. Spesimen 1B Tanpa perlakuan

Diketahui : t = 6310 detik

= 105,17 menit

n = 2800 Rpm

Jawab :

N = t x n

= 105,17 x 2800

= 294.476 Siklus

3. Spesimen 2A Temperatur benda kerja 145℃ reduksi ketebalan 5%

Diketahui : t = 1865 detik

= 31,08 menit

n = 2800 Rpm

Page 14: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

60

Jawab :

N = t x n

= 31,08 x 2800

= 87.024 Siklus

4. Spesimen 2B Temperatur benda kerja 145℃ reduksi ketebalan 5%

Diketahui : t = 4701 detik

= 78,35 menit

n = 2800 Rpm

Jawab :

N = t x n

= 78,35 x 2800

= 219.380 Siklus

5. Spesimen 3A Temperatur benda kerja 145℃ reduksi ketebalan 10%

Diketahui : t = 533 detik

= 8,88 menit

n = 2800 Rpm

Jawab :

N = t x n

= 8,88 x 2800

= 24.864 Siklus

6. Spesimen 3B Temperatur benda kerja 145℃ reduksi ketebalan 10%

Diketahui : t = 259 detik

= 4,31 menit

n = 2800 Rpm

Jawab :

N = t x n

= 4,31 x 2800

= 12.068 Siklus

7. Spesimen 4A Temperatur benda kerja 145℃ reduksi ketebalan 15%

Diketahui : t = 2253 detik

= 37,55 menit

n = 2800 Rpm

Jawab :

N = t x n

= 37,55 x 2800

Page 15: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

61

= 105.140 Siklus

8. Spesimen 4B Temperatur benda kerja 145℃ reduksi ketebalan 15%

Diketahui : t = 10,27 detik

= 0,171 menit

n = 2800 Rpm

Jawab :

N = t x n

= 0,1712 x 2800

= 478 Siklus

9. Spesimen 5A Temperatur benda kerja 135℃ reduksi ketebalan 5%

Diketahui : t = 2023detik

= 33,71 menit

n = 2800 Rpm

Jawab :

N = t x n

= 33,71 x 2800

= 94.388 Siklus

10. Spesimen 5B Temperatur benda kerja 135℃ reduksi ketebalan 5%

Diketahui : t = 3601 detik

= 60,01 menit

n = 2800 Rpm

Jawab :

N = t x n

= 60,01 x 2800

= 168.028 Siklus

11. Spesimen 6A Temperatur benda kerja 135℃ reduksi ketebalan 10%

Diketahui : t = 2657 detik

= 44,28 menit

n = 2800 Rpm

Jawab :

N = t x n

= 44,28 x 2800

= 123.984 Siklus

12. Spesimen 6B Temperatur benda kerja 135℃ reduksi ketebalan 10%

Diketahui : t = 681 detik

= 11,35 menit

n = 2800 Rpm

Page 16: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

62

Jawab :

N = t x n

= 11,35 x 2800

= 31.780 Siklus

13. Spesimen 7A Temperatur benda kerja 135℃ reduksi ketebalan 15%

Diketahui : t = 4,17 detik

= 0,0695 menit

n = 2800 Rpm

Jawab :

N = t x n

= 0,0695 x 2800

= 194 Siklus

14. Spesimen 7B Temperatur benda kerja 135℃ reduksi ketebalan 15%

Diketahui : t = 3711detik

= 61,85 menit

n = 2800 Rpm

Jawab :

N = t x n

= 61,85 x 2800

= 173.180 Siklus

15. Spesimen 8A Temperatur benda kerja 125℃ reduksi ketebalan 5%

Diketahui : t = 3610 detik

= 60,16 menit

n = 2800 Rpm

Jawab :

N = t x n

= 60,16 x 2800

= 168.448 Siklus

16. Spesimen 8B Temperatur benda kerja 125℃ reduksi ketebalan 5%

Diketahui : t = 400 detik

= 6,66 menit

n = 2800 Rpm

Jawab :

N = t x n

= 6,66 x 2800

Page 17: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

63

= 18.648 Siklus

17. Spesimen 9A Temperatur benda kerja 125℃ reduksi ketebalan 10%

Diketahui : t = 124 detik

= 2,06 menit

n = 2800 Rpm

Jawab :

N = t x n

= 2,06 x 2800

= 5.768 Siklus

18. Spesimen 9B Temperatur benda kerja 125℃ reduksi ketebalan 10%

Diketahui : t = 2156 detik

= 35,93 menit

n = 2800 Rpm

Jawab :

N = t x n

= 35,93 x 2800

= 100.604 Siklus

19. Spesimen 10A Temperatur benda kerja 125℃ reduksi ketebalan 15%

Diketahui : t = 16,36 detik

= 0,273 menit

n = 2800 Rpm

Jawab :

N = t x n

= 0,273 x 2800

= 764 Siklus

20. Spesimen 10B Temperatur benda kerja 125℃ reduksi ketebalan 15%

Diketahui : t = 890 detik

= 14,83 menit

n = 2800 Rpm

Jawab :

N = t x n

= 14,83 x 2800

= 41.524 Siklus

Page 18: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

64

Tabel 4.2 Data hasil pengujian Fatik

Pembebanan terus menerus akan mempengaruhi sifat mekanik material,

terutama fatik atau kelelahan material yang pada akhirnya akan menyebabkan

No.

Kode Sample

Sample Code

Panjang

retak

Size Crack

(mm)

Siklus

Cycle

Rata-rata

1. Tanpa Perlakuan A

35

207.984 251.230

Siklus B 294.476

2. 145℃ 5% A

35

87.024 153.202

Siklus B 219.380

3. 145℃ 10% A

35

24.864 18.466

Siklus B 12.068

4. 145℃ 15% A

35

105.140 52.809

Siklus B 478

5. 135℃ 5% A

35

94.388 131.208

Siklus B 168.028

6. 135℃ 10% A

35

123.984 77.882

Siklus B 31.780

7. 135℃ 15% A

35

194 86.687

Siklus B 173.180

8. 125℃ 5% A

35

168.448 93.548

Siklus B 18.648

9. 125℃ 10%

A

35

5.768 53.186

Siklus B 100.604

10. 125℃ 15% A

35

764 21.144

Siklus B 41.524

Page 19: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

65

terjadinya kegagalan material. Terdapat tiga fase kerusakan yang diakibatkan oleh

fatik yaitu pengintian retak (crack initiation), perambatan retak (crack propogation),

dan patah statik (fracture). Berdasarkan penelitian (Bambang Pratowo, dkk, 2016)

fatigue atau kelelahan material terjadi diakibatkan adanya tegangan yang berfluktuasi

atau tegangan yang berubah ubah yang besarnya lebih kecil dari tegangan tarik

maksimum. Akibat beban yang berulang-ulang dalam jangka waktu yang lama, dapat

merubah struktur material sehingga terjadinya retak (crack) ataupun patah. Seperti

yang dijelaskan pada bab 2 faktor-faktor yang mempengaruhi atau cenderung

mengubah kondisi kelelahan pada material yaitu :

1. Faktor kelembapan lingkungan yaitu kelembapan lingkungan tinggi membuat

pit korosi dan retak pada permukaan spesimen yang akan mengakibatkan

lebih cepat terjadinya kegagalan (failure)

2. Faktor suhu sangat mempengaruhi kekuatan lelah karena suhu menaikan

konduktifitas elektrolit lingkungan dan dapat mempercepat proses oksidasi

3. Tipe pembebanan yaitu dimana tipe pembebanan lentur putas dan

pembebanan aksial mempunyai kekuatan lelah yang sangat berbeda

4. Faktor komposisi kimia spesimen uji dengan pemilihan bahan mempengaruhi

kelelahan material

5. Tipe material fatigue life setiap material berbeda beda

6. Tegangan sisa yang mungkin timbul saat pembuatan spesimen seperti

pengelasan, pemotongan dan proses lainya yang melibatkan panas atau

deformasi dapat membentuk tegangan sisa yang dapat menurunkan ketahanan

fatigue

7. Kualitas permukaan kekasaran permukaan dapat menyebabkan kosentrasi

tegangan yang menurunkan ketahanan fatigue

8. ukuran butir pada umumnya semakin kecil ukuran butir maka akan

menyebabkan ketahanan lelah meningkat.

Page 20: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

66

Gambar 4.21 Grafik pengaruh variasi temperatur benda kerja dan reduksi

ketebalan terhadap siklus kelelahan

Dari Tabel 4.2 dibuatlah grafik pengaruh variasi temperatur benda kerja dan

reduksi ketebalan terhadap siklus kelelahan. Ditunjukan oleh garis trendline dan garis

resultan bahwa semakin tinggi temperatur semakin meningkat jumlah siklus

kelelahan. Dari Gambar 4.21 menunjukan bahwa pada temperatur 125℃ dengan

reduksi 5% menunjukan jumlah siklus 93.548 siklus, pada temperatur 135℃ reduksi

5% menunjukan jumlah 131.208 siklus dan pada temperatur 145℃ reduksi 5%

menunjukan jumlah siklus tertinggi 153.202 siklus. Hal ini diakibatkan pada hot

working process yang mengakibatkan ukuran butir semakin halus dikarenakan adanya

mekanisme rekristalisasi dinamis sebuah fenomena dimana struktur butir suatu

material yang mengalami transformasi dari sebuah nukleasi menjadi struktur mikro

baru sehingga akan meningkatkan sifat mekanik material terutama fatigue life.

(George e. Dieter, jr. 1961)

0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

140.000

160.000

180.000

120 125 130 135 140 145 150

Sik

lus

Variasi Temperatur (℃) dan Reduksi (%)

Grafik pengaruh variasi temperatur benda kerja

dan reduksi ketebalan terhadap siklus kelelahan

5%

10%

15%

Page 21: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

67

4.2.2 Pengaruh Variasi Temperatur Benda Kerja dan Reduksi Ketebalan

Terhadap Laju Pertumbuhan Retak

Penyebab terjadinya suatu kegagalan fatik adalah adanya retak yang berawal

pada daerah yang mempunyai konsentrasi tegangan tinggi. Daerah yang mempunyai

konsentrasi tegangan tinggi yaitu daerah yang mempunyai lekukan, lubang pada

material, permukaan yang kasar dan rongga baik dipermukaan material maupun

didalam pada material. Jadi terjadinya fatik adalah retak yang terus bertambah

panjang hingga material tidak lagi mempunyai toleransi terhadap tegangan dan

regangan yang lebih tinggi, dan akhirnya terjadi patah statis secara tiba-tiba. Panjang

retak ini akan terus bertambah karena pembebanan dinamis yang terus menerus. Fatik

dapat disebut juga sebagai suatu proses perubahan struktur permanen yang terjadi

secara bertahap dan terjadi pada daerah tertentu pada suatu material, dengan kondisi

beban yang menghasilkan tegangan-regangan fluktuasi pada satu atau beberapa titik.

Yang akhirnya memuncak menjadi retak atau patah total setelah jumlah siklus

tertentu. Didalam suatu percobaan biasanya perambatan retak dapat diukur secara

visual dengan menggunakan alat teleskop atau dapat juga dilakukan dengan alat

ultrasionik. Pertumbuhan retak merupakan perubahan panjang retak terhadap siklus,

jika panjang retak (a) diplot dengan siklus (N), maka da/dN dievaluasi pada suatu

panjang retak, kemudian ∆𝑲 untuk panjang retak tersebut. Dengan mengasumsi

bahwa panjang retak (a) pada suatu panjang konstan dan hanya tegangan yang

bervariasi. laju pertumbuhan retak fatik dapat dapat didekati dengan persamaan paris

law dan menurut ASTM E647 fatigue crack growth rates dinyatakan dengan rumus :

da/dN atau ∆𝒂/∆𝑵 ………………………………………………………(7)

Dimana :

da = Panjang retak (mm)

dN = Jumlah siklus (Cycle)

1. Spesimen 1A Tanpa perlakuan

Diketahui : a = 35 mm

n = 207.984 siklus

Jawab : 𝑑𝑎

𝑑𝑁 =

35

207.984 = 0,0001683 mm/cycle

2. Spesimen 1B Tanpa perlakuan

Diketahui : a = 35 mm

n = 294.476 siklus

Page 22: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

68

Jawab : 𝑑𝑎

𝑑𝑁 =

35

294.476 = 0,0001188 mm/cycle

3. Spesimen 2A Temperatur benda kerja 145℃ reduksi ketebalan 5%

Diketahui : a = 35 mm

n = 87.024 siklus

Jawab : 𝑑𝑎

𝑑𝑁 =

35

87.024 = 0,0004022 mm/cycle

4. Spesimen 2B Temperatur benda kerja 145℃ reduksi ketebalan 5%

Diketahui : a = 35 mm

n = 219.380 siklus

Jawab : 𝑑𝑎

𝑑𝑁 =

35

219.380 = 0,0001595 mm/cycle

5. Spesimen 3A Temperatur benda kerja 145℃ reduksi ketebalan 10%

Diketahui : a = 35 mm

n = 24.864 siklus

Jawab : 𝑑𝑎

𝑑𝑁 =

35

24.864 = 0,001408 mm/cycle

6. Spesimen 3B Temperatur benda kerja 145℃ reduksi ketebalan 10%

Diketahui : a = 35 mm

n = 12.068 siklus

Jawab : 𝑑𝑎

𝑑𝑁 =

35

12.068 = 0,002900 mm/cycle

7. Spesimen 4A Temperatur benda kerja 145℃ reduksi ketebalan 15%

Diketahui : a = 35 mm

n = 105.140 siklus

Jawab : 𝑑𝑎

𝑑𝑁 =

35

105.140 = 0,0003329 mm/cycle

8. Spesimen 4B Temperatur benda kerja 145℃ reduksi ketebalan 15%

Diketahui : a = 35 mm

Page 23: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

69

n = 478 siklus

Jawab : 𝑑𝑎

𝑑𝑁 =

35

478 = 0,07322 mm/cycle

9. Spesimen 5A Temperatur benda kerja 135℃ reduksi ketebalan 5%

Diketahui : a = 35 mm

n = 94.388 siklus

Jawab : 𝑑𝑎

𝑑𝑁 =

35

94.388 = 0,0003708 mm/cycle

10. Spesimen 5B Temperatur benda kerja 135℃ reduksi ketebalan 5%

Diketahui : a = 35 mm

n = 168.028 siklus

Jawab : 𝑑𝑎

𝑑𝑁 =

35

168.028 = 0,0002083 mm/cycle

11. Spesimen 6A Temperatur benda kerja 135℃ reduksi ketebalan 10%

Diketahui : a = 35 mm

n = 123.984 siklus

Jawab : 𝑑𝑎

𝑑𝑁 =

35

123.984 = 0,0002823 mm/cycle

12. Spesimen 6B Temperatur benda kerja 135℃ reduksi ketebalan 10%

Diketahui : a = 35 mm

n = 31.780 siklus

Jawab : 𝑑𝑎

𝑑𝑁 =

35

31.780 = 0,001101 mm/cycle

13. Spesimen 7A Temperatur benda kerja 135℃ reduksi ketebalan 15%

Diketahui : a = 35 mm

n = 194 siklus

Jawab : 𝑑𝑎

𝑑𝑁 =

35

194 = 0,1804 mm/cycle

14. Spesimen 7B Temperatur benda kerja 135℃ reduksi ketebalan 15%

Page 24: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

70

Diketahui : a = 35 mm

n = 173.180 siklus

Jawab : 𝑑𝑎

𝑑𝑁 =

35

173.180 = 0,0002021 mm/cycle

15. Spesimen 8A Temperatur benda kerja 125℃ reduksi ketebalan 5%

Diketahui : a = 35 mm

n = 168.448 siklus

Jawab : 𝑑𝑎

𝑑𝑁 =

35

168.448 = 0,0002078 mm/cycle

16. Spesimen 8B Temperatur benda kerja 125℃ reduksi ketebalan 5%

Diketahui : a = 35 mm

n = 18.648 siklus

Jawab : 𝑑𝑎

𝑑𝑁 =

35

18.648 = 0,001877 mm/cycle

17. Spesimen 9A Temperatur benda kerja 125℃ reduksi ketebalan 10%

Diketahui : a = 35 mm

n = 5.768 siklus

Jawab : 𝑑𝑎

𝑑𝑁 =

35

5.768 = 0,006067 mm/cycle

18. Spesimen 9B Temperatur benda kerja 125℃ reduksi ketebalan 10%

Diketahui : a = 35 mm

n = 100.604 siklus

Jawab : 𝑑𝑎

𝑑𝑁 =

35

100,604 = 0,0003479 mm/cycle

19. Spesimen 10A Temperatur benda kerja 125℃ reduksi ketebalan 15%

Diketahui : a = 35 mm

n = 764 siklus

Jawab : 𝑑𝑎

𝑑𝑁 =

35

764 = 0,04581 mm/cycle

Page 25: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

71

20. Spesimen 10B Temperatur benda kerja 125℃ reduksi ketebalan 15%

Diketahui : a = 35 mm

n = 41.524 siklus

Jawab : 𝑑𝑎

𝑑𝑁 =

35

41.524 = 0,0008429 mm/cycle

Page 26: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

72

Tabel 4.3 Laju pertumbuhan retak

No.

Kode Sample

Sample Code

Laju

pertumbuhan

retak

crack growth rates

Rata-rata

1. Tanpa Perlakuan A 0,0001683 0,00014355

mm/cycle B 0,0001188

2. 145℃ 5% A 0,0004022 0,00028085

mm/cycle B 0,0001595

3. 145℃ 10% A 0,001408 0,002154

mm/cycle B 0,002900

4. 145℃ 15% A 0,0003329 0,03677645

mm/cycle B 0,07322

5. 135℃ 5% A 0,0003708 0,00028955

mm/cycle B 0,0002083

6. 135℃ 10% A 0,0002823 0,00069165

mm/cycle B 0,001101

7. 135℃ 15% A 0,1804 0,09030105

mm/cycle B 0,0002021

8. 125℃ 5% A 0,0002078 0,0010424

mm/cycle B 0,001877

9. 125℃ 10%

A 0,006067 0,00320745

mm/cycle B 0,0003479

10. 125℃ 15% A 0,04581 0,02332645

mm/cycle B 0,0008429

Page 27: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

73

Gambar 4.22 Grafik pengaruh variasi temperatur benda kerja dan reduksi ketebalan

terhadap laju pertumbuhan retak

Dari Tabel 4.3 dibuatlah grafik pengaruh variasi temperatur benda kerja dan

reduksi ketebalan terhadap laju pertumbuhan retak. Ditunjukan oleh garis trendline

dan resultan bahwa semakin tinggi temperatur semakin menurun laju pertumbuhan

retak. Dari Gambar 4.22 menunjukan bahwa pada temperatur 125℃ reduksi 5%

menunjukan laju pertumbuhan retak 0,0010424 mm/cycle, pada temperatur 135℃

reduksi 5% menunjukan laju pertumbuhan retak 0,00028955 mm/cycle dan pada

temperatur 145℃ reduksi 5% menunjukan laju pertumbuhan retak 0,00028085

mm/cycle dengan nilai laju pertumbuhan retak paling kecil. Menunjukan bahwa

temperatur tinggi mempengaruhi jumlah siklus kelelahan dan perambatan retak, hal

ini diakibatkan pada temperatur tinggi pada hot working process menyebabkan ukuran

butir semakin halus dan perlawanan crack initiation meningkat mengakibatkan nilai

siklus meningkat sehingga laju pertumbuhan retak menurun. (Z.Z. Chen, dkk, 2004)

Mekanisme fatik pada umumnya dimulai dari crack initiation yang terjadi di

permukaan material atau daerah dimana terjadinya konsentrasi tegangan dipermukaan

akibat adanya pembebanan yang berfluktuasi. Dilanjutkan dengan perkembangan

menjadi microcrack yang kemudian tumbuh menjadi macrocrack dan selanjutnya

berkembang (propogation) hingga terjadi patah (fracture)

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

120 125 130 135 140 145 150

da/

dN

(m

m/c

ycl

e)

Variasi Temperatur (℃) dan Reduksi (%)

Grafik pengaruh variasi temperatur benda kerja

dan reduksi ketebalan terhadap laju

pertumbuhan retak

5%

10%

15%

Page 28: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

74

Gambar 4.23 Retakan pada spesimen

Gambar 4.24 Makroskopis perambatan retak fatik

Dari Gambar 4.24 menunjukan karakteristik perambatan retak ditunjukan oleh aspek-

aspek sebagai berikut :

1. Sisi retak awal jelas

2. Adanya perambatan retak ditunjukan oleh beach marks

3. Daerah patah akhir jelas (fash fracture)

Daerah permukaan patahan yang terbentuk selama perambatan retak dicirikan tanda

crack initiation dan tanda garis-garis pantai (beach marks) yang merupakan tanda

penjalaran retakan, mengarah tegak lurus dengan tegangan tarik dan setelah itu

menjalar hingga penampang tidak mampu lagi menahan beban yang berkerja, dan

akhirnya patah akhir atau patah statik.

Page 29: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

75

Gambar 4.25 Mikrostruktur laju perambatan retak

Dari Gambar 4.25 menunjukan perilaku retakan menjalar merambat dengan

berbeda (a) menunjukan retakan halus relatif menjalar tanpa ada hambatan, sementara

(b) menunjukan retakan harus merambat mengikuti jalan yang berliku-liku dan

terhambat di sekitar partikel. Dari gambar diatas juga menunjukan perbedaan perilaku

perambatan retak, pada ukuran butir kasar menunjukan cacat retak dan tingkat

penutupan retak lebih tinggi dari pada ukuruan butir yang halus. Berdasarkan

penelitian (Z.Z. Chen, dkk, 2004) ukuran butir semakin halus mengakibatkan

kekuatan kelelahan meningkat dan perlawanan crack initiation meningkat

menyebabkan laju pertumbuhan retak menurun. Berdasarkan penelitian (Deyan Yin,

dkk, 2016) menunjukan bahwa kekasaran permukaan meningkat secara signifikan

dengan meningkatnya ukuran butir, dan ultimate tensile strenght meningkat dengan

menurunnya ukuran butir, sehingga ketahanan kelelahan meningkat dan laju

pertumbuhan retak menurun. Berdasarkan penelitian (Yuna Wu, dkk, 2019)

Dynamic precipitation and recrystallization in Al-12.5 wt%Si-0.6 wt% Mg-0.1 wt%Ti

alloy during hot-rolling and their impacts on mechanical properties. Menunjukan

pada temperatur tinggi sifat mekanik meningkat pada temperatur 540 ºC menunjukan

ultimate tensile strength 243,8 mpa. Berdasarkan penelitian (Yan Xu, dkk, 2013)

deformation behaviour and dynamic recrystallization of AZ61 magnesium alloy

menunjukan pada temperatur 220, 260, 300, 340 dan 380ºC. pengamatan struktur

mikro menunjukkan bahwa fraksi volume dan ukuran butir rata-rata butiran

Page 30: Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNTAG Surabaya

76

rekristalisasi dinamis meningkat. Berdasarkan penelitian (Hao Huang, dkk, 2016)

Microstructure and mechanical properties of AZ31 magnesium alloy processed by

multi-directional forging at different temperatures pada proses penempaan (forging)

multi-directional sifat mekanis didaerah pusat dan tepi pada temperatur 300ºC,

350ºC, dan 400ºC menunjukan bahwa nilai ultimate tensile strenght meningkat pada

temperatur tinggi. dikarenakan pada temperatur tinggi pada hot working process

ukuran butir akan semakin halus dikarenakan adanya mekanisme rekristalisasi

dinamis dan pembentukan struktur mikro baru mengakibatkan sifat mekanik

meningkat.