Tugas i Metalurgi Fisik

download Tugas i Metalurgi Fisik

of 28

description

Tugas

Transcript of Tugas i Metalurgi Fisik

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 1

    TUGAS I

    METALURGI FISIK

    DISUSUN OLEH:

    ELIESER TAHALELE

    0724 1311 036

    FAKULTAS TEKNIK

    PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

    UNIVERSITAS KHAIRUN

    TERNATE

    2014

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 2

    SOAL

    1. Deskripsikan dengan jelas dan disertai apakah yang dimaksud dengan :

    a. Struktur Logam,

    b. Ikatan Atom,

    c. Kristalisasi,

    d. Ketidaksempurnaan Kristal,

    e. Ukuran Butir Logam

    2. Jelaskan Sifat Mekanik logam dan pengujiannya sertai gambar dan penjelasan tentang:

    a) Pengujian Tarik

    b) Pengujian Kekerasan

    c) Pengujian Impak

    d) Pengujian Fatique

    e) Metalografi

    f) Creep

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 3

    JAWABAN

    No. 1

    TUGAS I METALURGI FISIK

    a. STRUKTUR LOGAM

    Struktur Logam

    Secara garis besar susunan atom yang membentuk unit sel dibagi menjadi tiga bagian yaitu:

    1. Body Centered Cubic (BCC) yakni di setiap sudut ditempati satu atom dan ditengahnya

    terdapat satu atom sehingga jumlah atom pada BCC pada setiap unit sel terdapat sembilan atom

    dan pada mikroskop terlihat hanya satu sisi, sebagai contoh adalah Ba, Cr, Fe, dan Mo.

    2. Forced Centered Cubic (FCC), dimana setiap sudut ditempati satu atom dan tiap pertengahan

    sisi ditempati satu atom, jadi jumlah atom pada satu unit sel terdapat 14 atom, sebagai contoh

    adalah Al, Ca, Au, Ni dan Ag.

    3. Close Packed Hexagonal (HCP) yakni setiap sudutnya ditempati satu atom di tengah sisi atas

    dan bawah terdapat satu atom dan di tengah heksagonal terdapat tiga atom, jadi jumlah atom

    dalam satu unit sel terdapat 17 atom, sebagai contoh adalah Cd, Co, Mg, dan Zn. (Tanjung. O,

    2000).

    Susunan atom BCC, FCC, dan HCP dapat berubah seiring dengan berubahnya temperatur,

    contoh besi pada temperatur di bawah 910OC strukturnya BCG dan diatas temperatur 9100C-

    1400OC susunan atomnya berubah menjadi susunan FCC dan diatas temperatur 1400OC

    susunan atom berubah kembali menjadi susunan BCC.

    b. IKATAN LOGAM

    Pada material padat, atom-atom saling terikat. Ikatan inilah yang memberikan kekuatan

    dan menentukan sifat-sifat dari material tersebut. Sebagai contoh ikatan yang kuat akan

    mengakibatkan titik cair yang tinggi, modulus elastis tinggi, dan koefisien muai yang rendah.

    Karena besar pengaruhnya terhadap sifat-sifat material tersebut, maka pada bab ini dibahas

    tentang atom dan ikatannya.

    Pada ilmu material, atom dianggap sebagai satuan dari struktur intern. Dalam hal ini, bisa

    dijelaskan tentang atom sebagai berikut:

    1. Atom-atom terdiri dari Inti Elektron yang berputar mengelilingi inti, yang berkaitan dengan

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 4

    i. Karakteristik magnetic

    ii. Kuantifikasi dari level energy

    Catatan :

    (1) inti terdiri dari proton dan neutron

    (2) massa proton >>>> massa electron

    (3) proton bermuatan positif (+), elektron bermuatan negatif ( ), dan netron bermuatan netral.

    2. Suatu atom pada hakekatnya adalah netral Massa atom didasarkan pada massa proton

    3. Sifat atom erat kaitannya dengan jumlah elektron yang terdapat pada kulit (kulit

    terluar) Atas dasar hal ini (kulit terluar) maka disusun table DAFTAR PERRIODIK yang dibuat

    oleh MENDELEYEV

    Akibatnya :

    i. Dapat dikenal atom-atom dengan konfigurasi STABIL dan TIDAK STABIL

    dari susunan konfigurasi elektron.

    ii. Contoh : atom-atom yang terletak pada kolom yang paling kanan (gas mulia)

    termasuk kategori STABIL, sedangkan atom-atom disebelah kiri TIDAK

    STABIL.

    Analisisnya sbb :

    1. He memiliki 2 elektron pada lintasan luar

    2. Selain He (misalnya: Argon, Xenon, Neon, dsb) memiliki 8 elektron pada lintasan luarnya,

    dari 8 elektron ini diturunkan teori tentang STABILITAS ATOM yang dikenal dengan teori

    OKTET

    Catatan:

    1. Atom-atom yang tidak stabil akan mengarah sehingga perlu tambahan elektron (dari atom

    sejenis atau dari atom lain)

    2. Atas dasar tersebut maka diturunkan konsep IKATAN ATOM (atomic bonding) dalam

    beberapa literatur disebut juga IKATAN KIMIA (chemical bonding)

    Dengan adanya pengertian ikatan, maka dapat dianalisis sifat ikatannya:

    2.2 Ikatan Atom

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 5

    Ikatan atom dikelompokka pada dua, yakni ikatan Ikatan kuat (ikatan primer), dan ikatan lemah

    (ikatan sekunder). Ikatan kuat meliputi: ikatan ion (ikatan elektrovalen), ikatan kovalen (ikatan

    homopolar), dan ikatan logam (ikatan kovalen sesaat). Sedang ikatan lemah (ikatan sekunder),

    yakni ikatan van der walls.

    2.2.1 Ikatan Kuat

    2.2.1.1 Ikatan Ion

    Ikatan yang diakibatkan oleh gaya elektrostatis diantara atom-atom yang berikatan, karena

    adanya transfer elektron (agar timbul konigurasi octet atau dua) Akibat dari perpindahan elektron

    yang menerima jadi negatif dan melepaskan jadi positif.

    Ikatan Atom Ionik Ikatan Atom Kovalen

    Ikatan Atom Logam Ikatan Atom Hidrogen

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 6

    c. KRISTALISASI

    Kristal adalah susunan atom-atom secara teratur dan kontinu pada arah tiga dimensi

    Satuan sel adalah susunan terkecil dari kristal

    Parameter kisi struktur kristal

    Panjang sisi a, b, c

    Sudut antara sumbu a, b, d

    Sistem Kristal

    Parameter kisi diklasifikasikan dalam tujuh sistem kristal dan empat belas kisi Kristal

    Arah kristal dinyatakan sebagai vektor dalam [uvw]

    uvw merupakan bilangan bulat

    Himpunan arah terdiri dari [111], [111], [111], [111], [111], [111], [111], [111]

    b

    a

    c

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 7

    Menentukan Indeks Miller Arah Kristal

    Prosedur menentukan arah kristal

    x y z

    Proyeksi a/2 b 0

    Proyeksi (dlm a, b, c)

    1 0

    Reduksi 1 2 0

    Penentuan [120]

    Bidang Kristal

    Dinyatakan dengan (hkl)

    hkl merupakan bilangan bulat

    x

    b

    a

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 8

    14 kisi kristal

    Kristal Kubik Berpusat Bidang

    Kristal Heksagonal Tumpukan Padat

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 9

    d. Ketidaksempurnaan Kristal

    Dalam kenyataan, kristal tidaklah selalu merupakan susunan atomatom identik yang tersusun

    secara berulang di seluruh volumenya. Kristal biasanya mengandung ketidak-sempurnaan, yang

    kebanyakan terjadi pada kisi-kisi kristalnya. Karena kisi-kisi kristal merupakan suatu konsep

    geometris, maka ketidak-sempurnaan kristal juga diklasifikasikan secara geometris. Kita

    mengenal ketidak-sempurnaan berdimensi nol (ketidak-sempurnaan titik), ketidak-sempurnaan

    berdimensi satu (ketidak-sempurnaan garis), ketidak-sempurnaan berdimensi dua (ketidak-

    sempurnaan bidang). Selain itu terjadi pula ketidak-sempurnaan volume dan juga ketidak-

    sempurnaan pada

    struktur elektronik.

    Ketidak sempurnaan titik. Ketidak-sempurnaan titik terjadi karena beberapa sebab, seperti

    ketiadaan atom matriks (yaitu atom yang seharusnya ada pada suatu posisi dalam kristal yang

    sempurna), hadirnya atom asing, atau atom matriks yang berada pada posisi yang tidak

    semestinya. Ketidak-sempurnaan yang umum terjadi pada Kristal unsur murni adalah seperti

    digambarkan pada Gb.7.6. Kekosongan: tidak ada atom pada tempat yang seharusnya terisi.

    Interstisial: atom dari unsur yang sama (unsur sendiri) berada di antara atom matriks yang

    seharusnya tidak terisi atom, atau atom asing yang menempati tempat tersebut (pengotoran).

    Substitusi: atom asing menempati tempat yang seharusnya ditempati oleh unsur sendiri

    (pengotoran).

    Selain ketidak-sempurnaan tersebut di atas, dalam kristal ionic terdapat ketidak-sempurnaan

    Frenkel dan Schotky.

    Dalam kristal ionik, kation dapat meninggalkan tempat di mana seharusnya ia berada dan masuk

    keempat di antara anion; pasangan tempat kosong yang ditinggalkan dan kation yang

    meninggalkannya disebut ketidak-sempurnaan Frenkel. Jika kekosongan kation berpasangan

    dengan kekosongan anion,

    pasangan ini disebut ketidak-sempurnaan Schottky. Ketidaksempurnaan Schottky lebih umum

    terjadi dibandingkan dengan ketidak-sempurnaan Frenkel. Ketidak-sempurnaan kristal juga bisa

    terjadi pada tingkat atom, yaitu apabila elektron dalam atom berpindah pada tingkat energi yang

    lebih tinggi (karena mendapat tambahan energi dari luar); ketidak-sempurnaan yang terakhir ini

    bukan bersifat geometris.

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 10

    e. UKURAN BUTIR LOGAM

    Batas butir adalah batas dua struktur kristalografi dari kristal tunggal baja dan larutan padat.

    Paduan umumnya memiliki banyak Kristal yang dapat diamati dengan mikroskop. Baja

    berkristal BCC yang mengandung unsur paduan dalam bentuk larutan padat disebut ferit.

    Struktur ferit pada dasarnya adalah besi murni yang mengandung unsur paduan dalam jumlah

    yang sangat sedikit. Pada fasa tunggal bahan terdiri atas sejumlah kristal tunggal atau butir.

    Semua butir memiliki struktur kristal dan komposisi kimia yang sama, perbedaan terletak pada

    orientasi yang mengakibatkan terjadinya batas kristal atau lebih umum disebut batas butir antar

    kristal atau batas butir. Susunan atom pada batas butir sangat tidak beraturan bila dibandingkan

    dengan susunan atom dalam butir. Tampakan foto mikro 2 dimensi dari batas butir adalah

    sejumlah garis, tetapi dalam kenyataannya, batas butir merupakan permukaan antar kristal.

    Pergerakan atom sepanjang batas butir lebih cepat dibanding pergerakan atom melalui susunan

    kristal. Bila dilakukan etsa, batas butir terserang lebih cepat terhadap. oleh larutan asam dan

    meninggalkan jejak dangkal pada batas butir. Di bawah pengamatan mikroskop batas butir yang

    telah dietsa tersebut tampak sebagai garisgaris gelap. Batas butir sudut besar mempunyai energi

    permukaan yang tinggi, dengan energi yang tinggi ini, batas butir merupakan preferensial untuk

    reaksi bahan padat (solid state reactions) seperti difusi, transformasi fasa, dan reaksi

    pengendapan. Energi tinggi dari batas butir biasanya mengakibatkan konsentrasi atom larut yang

    lebih tinggi di perbatasan dari pada di dalam butir.

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 11

    No. 2

    PENGUJIAN BAHAN

    Sifat mekanik adalah sifat yang yang berhubungan dengan mekanik, yaitu kekuatan tarik,

    elongation, kekuatan tekan, kekerasan, kekuatan yield dan kekuatan geser.

    Sifat mekanik material sangat mempengaruhi penggunaannya, dalam penggunaan material

    seorang ahli teknik akan menghitung kekuatan material dengan desain yang dibuat, akan terjadi

    pertimbangan pertimbangan yang harus diperhatikan agar sesuai.

    Salah satu contoh akan membuat sebuah konstruksi jembatan maka desain sudah dibuat yang

    rangka jembatan akan dibuat dari baja, maka ahli konstruksi tadi harus mengetahui kekuatan

    yield baja rangka agar desainnya kuat menahan beban, persyaratan yang harus dipenuhi adalah

    beban yang diterima jembatan harus dibawah kekuatan yield rangka jembatan agar tidak terjadi

    deforasi. Kesalahan sekecil apa pun harus diperhatikan karena akan menyebabkan pengurangan

    pada umur jembatan.

    Beberapa sifat mekanik material :

    Kekuatan (strenght)

    Menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa menyebabkan bahan

    tersebut menjadi patah.

    Kekerasan (hardness)

    Dapat didefinisikan sebagai kemampuan bahan untuk tahan terhadap goresan , pengikisan

    (abrasi), penetrasi. Sifat ini berkaitan erat dengan sifat keausan (wear resistance).

    Kekenyalan (elasticity)

    Menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa mengakibatkan

    terjadinya perubahan bentuk yang permanen setelah tegangan dihilangkan.

    Kekakuan (stiffness)

    menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan / beban tanpa mengakibatkan

    terjadinya perubahan bentuk (deformasi) atau defleksi.

    Plastisitas (plasticity)

    Menyatakan kemampuan bahan untuk mengalami sejumlah deformasi plastis (yang

    permanen) tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan. Sifat ini sangat diperlukan bagi

    bahan yang akan diproses dengan berbagai proses pembentukan seperti, forging, rolling,

    extruding dan sebagainya. Sifat ini sering juga disebut sebagai keuletan atau kekenyalan

    (ductility). Bahan yang mampu mengalami deformasi plastis yang cukup tinggi dikatakan

    sebagai bahan yang mempunyai keuletan atau kekenyalan tinggi, dimana bahan tersebut

    dikatakan ulet atau kenyal (ductile).

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 12

    Melalui pengujian kita dapat mengetahui sifat sifat mekanik logam dan sifat fisik

    lainnya..Adapun jenis pengujiannya antara lain:

    a. Pengujian Tarik

    Pengujian ini merupakan proses pengujian yang biasa dilakukan karena pengujian tarik

    dapat menunjukkan perilaku bahan selama proses pembebanan. Pada uji tarik , benda uji diberi

    beban gaya tarik , yang bertambah secara kontinyu, bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan

    terhadap perpanjangan yang dialami benda uji.

    Untuk mengetahui sifat-sifat mekanik dari suatu material, maka yang harus dilakukan

    adalah melakukan pengujian terhadap material tersebut. Dalam dunia industri tentu akan menjadi

    sangat boros bila dilakukan pengujian dari setiap barang yang ingin diketahui sifat mekaniknya.

    Lalu apa yang dilakukan oleh orang-orang di industri? Mereka melakukan pengujian terhadap

    spesimen dari barang yang ingin mereka ketahui sifat mekaniknya. Ada beberapa uji mekanik

    yang bisa dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat material, antara lain; uji tarik (tensile test), uji

    tekan (compression test), uji torsi/ puntir(torsion test), uji fatigue, dll. Dari sekian pengujian yang

    dapat dilakukan untuk mengetahui sifat material, uji tarik menjadi pengujian yang paling disukai

    untuk dilakukan karena dari satu pengujian dapat diketahui lebih banyak sifat material dari satu

    pengujian tersebut. Dalam artikel kali ini, penulis akan sedikit membahas tentang pengujian tarik

    dan sifat-sifat material apa saja yang bisa diketahui dari uji tarik.

    Uji tarik mungkin dapat dikatakan pengujian yang paling mendasar. Pengujian ini sangat

    sederhana, tidak mahal dan telah mengalami standarisasi di seluruh dunia, baik dari metode

    pengujian, bentuk spesimen yang diuji dan metode perhitungan dari hasil pengujian tersebut.

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 13

    Dengan menarik suatu material secara perlahan-lahan, kita akan mengetahui reaksi dari material

    tersebut terhadap pembebanan yang diberikan dan seberapa panjang material tersebut bertahan

    sampai akhirnya putus.

    Gbr 1.Skema pengujian tarik dari awal pembebanan

    1. Mengapa melakukan Uji Tarik?

    Dari uji tarik, banyak sifat-sifat yang bisa kita ketahui dibandingkan dengan pengujian lain. Dari

    hasil penarikan material hingga material tersebut putus, kita dapat mengetahui data yaitu berupa

    tegangan tarik versus pertambahan panjang dari material yang kita uji.

    Gbr 2. Gambaran singkat uji tarik dan tegangan yang terjadi

    Biasanya yang menjadi fokus perhatian adalah kemampuan maksimum bahan tersebut dalam

    menahan beban. Kemampuan ini umumnya disebut Ultimate Tensile Strength disingkat

    denganUTS, dalam bahasa Indonesia disebut tegangan tarik maksimum.

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 14

    Hukum Hooke (Hookes Law)

    Untuk hampir semua logam, pada tahap sangat awal dari uji tarik, hubungan antara beban atau

    gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut. Ini disebut

    daerah linier atau linear zone. Di daerah ini, kurva pertambahan panjang vs beban mengikuti

    aturan Hooke sebagai berikut:

    rasio tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan

    Stress: = F/A F: gaya tarikan, A: luas penampang

    Strain: = L/L L: pertambahan panjang, L: panjang awal

    Hubungan antara stress dan strain dirumuskan:

    E = /

    Selanjutnya kita dapatkan Gambar, yang merupakan kurva standar ketika melakukan

    eksperimen uji tarik. E adalah gradien kurva dalam daerah linier, di mana perbandingan

    tegangan () dan regangan () selalu tetap. E diberi nama Modulus Elastisitas atau Young

    Modulus. Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan stress seperti ini kerap disingkat

    kurva SS (SS curve).

    Gbr 3.Kurva tegangan-regangan

    Bentuk bahan yang diuji, untuk logam biasanya dibuat spesimen dengan dimensi seperti

    pada gambar di bawah ini.

    Gbr 4. Standar specimen yang digunakan

    Perubahan panjang dari spesimen dideteksi lewat pengukur regangan (strain gage) yang

    ditempelkan pada spesimen seperti diilustrasikan pada gambar di atas. Bila pengukur regangan

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 15

    ini mengalami perubahan panjang dan penampang, terjadi perubahan nilai hambatan listrik yang

    dibaca oleh detektor dan kemudian dikonversi menjadi perubahan regangan.

    Gbr 5. Ilustrasi pengukur regangan pada specimen

    2. Detail profil uji tarik dan sifat mekanik logam

    Sekarang akan kita bahas profil data dari tensile test secara lebih detail. Untuk keperluan

    kebanyakan analisa teknik, data yang didapatkan dari uji tarik dapat digeneralisasi seperti pada

    Gbr.6.

    Gbr.6 Profil data hasil uji tarik

    Kita akan membahas istilah mengenai sifat-sifat mekanik bahan dengan berpedoman pada hasil

    uji tarik seperti pada Gbr.6. Asumsikan bahwa kita melakukan uji tarik mulai dari titik O sampai

    D sesuai dengan arah panah dalam gambar.

    Deformasi plastis (plastic deformation)

    Yaitu perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula. Pada Gbr.6 yaitu bila bahan

    ditarik sampai melewati batas proporsional dan mencapai daerah landing.

    Tegangan luluh atas uy (upper yield stress)

    Tegangan maksimum sebelum bahan memasuki fase daerah landing peralihan deformasi elastis

    ke plastis.

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 16

    Tegangan luluh bawah ly (lower yield stress)

    Tegangan rata-rata daerah landing sebelum benar-benar memasuki fase deformasi plastis. Bila

    hanya disebutkan tegangan luluh (yield stress), maka yang dimaksud adalah tegangan ini.

    Regangan luluh y (yield strain)

    Regangan permanen saat bahan akan memasuki fase deformasi plastis.

    Regangan elastis e (elastic strain)

    Regangan yang diakibatkan perubahan elastis bahan. Pada saat beban dilepaskan regangan ini

    akan kembali ke posisi semula.

    Regangan plastis p (plastic strain)

    Regangan yang diakibatkan perubahan plastis. Pada saat beban dilepaskan regangan ini tetap

    tinggal sebagai perubahan permanen bahan.

    Regangan total (total strain)

    Merupakan gabungan regangan plastis dan regangan elastis, T = e+p. Perhatikan beban dengan

    arah OABE. Pada titik B, regangan yang ada adalah regangan total. Ketika beban dilepaskan,

    posisi regangan ada pada titik E dan besar regangan yang tinggal (OE) adalah regangan plastis.

    Tegangan tarik maksimum TTM (UTS, ultimate tensile strength)

    Pada Gbr.6 ditunjukkan dengan titik C (), merupakan besar tegangan maksimum yang

    didapatkan dalam uji tarik.

    Kekuatan patah (fracture strength)

    Pada Gbr.6 ditunjukkan dengan titik D, merupakan besar tegangan di mana bahan yang diuji

    putus atau patah.

    Tegangan luluh pada data tanpa batas jelas antara perubahan elastis dan plastis

    Untuk hasil uji tarik yang tidak memiliki daerah linier dan landing yang jelas, tegangan luluh

    biasanya didefinisikan sebagai tegangan yang menghasilkan regangan permanen sebesar 0.2%,

    regangan ini disebut offset-strain (Gbr.7).

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 17

    Gbr.7 Penentuan tegangan luluh (yield stress) untuk kurva tanpa daerah linier

    Perlu untuk diingat bahwa satuan SI untuk tegangan (stress) adalah Pa (Pascal, N/m2) dan strain

    adalah besaran tanpa satuan.

    3. Istilah lain

    Selanjutnya akan kita bahas beberapa istilah lain yang penting seputar interpretasi hasil uji tarik.

    Kelenturan (ductility)

    Merupakan sifat mekanik bahan yang menunjukkan derajat deformasi plastis yang terjadi

    sebelum suatu bahan putus atau gagal pada uji tarik. Bahan disebut lentur (ductile) bila regangan

    plastis yang terjadi sebelum putus lebih dari 5%, bila kurang dari itu suatu bahan disebut

    getas (brittle).

    Derajat kelentingan (resilience)

    Derajat kelentingan didefinisikan sebagai kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase

    perubahan elastis. Sering disebut dengan Modulus Kelentingan (Modulus of Resilience), dengan

    satuan strain energy per unit volume (Joule/m3 atau Pa). Dalam Gbr.1, modulus kelentingan

    ditunjukkan oleh luas daerah yang diarsir.

    Derajat ketangguhan (toughness)

    Kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase plastis sampai bahan tersebut putus. Sering

    disebut dengan Modulus Ketangguhan (modulus of toughness). Dalam Gbr.5, modulus

    ketangguhan sama dengan luas daerah dibawah kurva OABCD.

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 18

    Pengerasan regang (strain hardening)

    Sifat kebanyakan logam yang ditandai dengan naiknya nilai tegangan berbanding regangan

    setelah memasuki fase plastis.

    Tegangan sejati , regangan sejati (true stress, true strain)

    Dalam beberapa kasus definisi tegangan dan regangan seperti yang telah dibahas di atas tidak

    dapat dipakai. Untuk itu dipakai definisi tegangan dan regangan sejati, yaitu tegangan dan

    regangan berdasarkan luas penampang bahan secara real time. Detail definisi tegangan dan

    regangan sejati ini dapat dilihat pada Gbr.8.

    Gbr.8 Tegangan dan regangan berdasarkan panjang bahan sebenarnya

    Referensi:

    1. Material Testing (Zairyou Shiken). Hajime Shudo. Uchidarokakuho, 1983.

    1. Material Science and Engineering: An Introduction. William D. Callister Jr. John

    Wiley&Sons, 2004.

    2. Strength of Materials. William Nash. Schaums Outlines, 1998.

    3. Artikel bapak Azhari Sastranegara

    Langkah pengujian kekuatan tarik sebagai berikut :

    a. Menyiapkan kertas milimeter block dan letakkan kertas tersebut pada plotter.

    b. Benda uji mulai mendapat beban tarik dengan menggunakan tenaga hidrolik diawali 0 kg hingga

    benda putus pada beban maksimum yang dapat ditahan benda tersebut.

    c. Benda uji yang sudah putus lalu diukur berapa besar penampang dan panjang benda uji setelah

    putus.

    d. Gaya atau beban yang maksimum ditandai dengan putusnya benda uji terdapat pada layar digital

    dan dicatat sebagai data.

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 19

    e. Hasil diagram terdapat pada kertas milimeter block yang ada pada meja plotter.

    f. Hal terakhir yaitu menghitung kekuatan tarik, kekuatan luluh, perpanjangan, reduksi penampang

    dari data yang telah didapat dengan menggunakan persamaan yang ada.

    Gambar 22. Mesin uji tarik.

    Keterangan gambar :

    1. Batang hidrolik 3. Ragum atas 5. Pembacaan skala

    2. Dudukan ragum 4. Ragum bawah 6. Meja plotter

    b. Pengujian Kekerasan

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 20

    Salah satu sifat mekanik dahan yang penting adalah kekerasan. Untuk mengetahui nilai

    kekerasan dari suatu bahan, dilakukan pengujian kekerasan menurut suatu metode tertentu.

    Pengujian kekerasan ini bertujuan :

    1. Untuk memperoleh harga kekerasan suatu logam.

    2. Untuk mengetahui perubahan suatu sifat dan perubahan suatu kekerasan dari logam setelah

    di Heat Treatment

    3. Untuk mengetahui kekerasan baja terhadap kecepatan pendinginan.

    4. Untuk mengetahui perbedaan kekerasan yang disebabkan oleh media pendingin.

    Pengertian Kekerasan

    Kekerasan suatu bahan pada umumnya, menyatakan terhadap deformasi dan untuk logam

    dengan sifat tersebut merupakan ukuran ketahanannya terhadap deformasi plastik atau deformasi

    permanen. apabila yang menyatakan kekerasan sebagai ukuran terhadap lekukan dan ada pula

    yang mengartikan kekerasan sebagai ukuran kemudahan dan kuantitas khusus yang

    menunjukkan sesuatu mengenai kekuatan dan perlakuan panas dari suatu logam.

    Terdapat 3 jenis ukuran kekerasan secara umum, yang bergantung pada cara pengujian

    ketiga jenis tersebut adalah:

    1. Kekerasan goresan ( Stracht Hardness ), adalah kekerasan yang diukur dari hasil goresan yang

    terdapat pada benda kerja. misalnya cara pengujian MOHS.

    2. Kekerasan Lekukan ( Identation Hardness ), adalah harga kekerasan yang diukur dari hasil

    lekukan yang terdapat pada benda kerja.

    3. Kekerasan Pantulan ( Rebound ) atau kekerasan dinamik ( Dinamic Hardness ), adalah harga

    kekerasan yang diukur dari hasil pantulan yang lakukan pada saat pengujian.

    Misalnya cara penekanan : BRINELL, MEYER, VICKERS, ROCKWELL, dan lain-lain.

    Penentuan kekerasan untuk keperluan industri biasanya digunakan metode. Pengukuran

    ketahanan penetrasi bola kecil, kerucut atau piramida. Pengujian kekerasan adalah salah satu dari

    sekian banyak pengujian yang dipakai. Karena dapat dilaksanakan pada benda uji yang kecil

    tanpa kesukaran mengenai spesifikasinya.

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 21

    Pengukuran kekerasan digolongkan dalam kelompok pengujian tak merusak. dan

    diterapkan untuk inspeksi sebagai suku cadang karena kekerasan dengan kekuatan tarik sedang

    ketahanan aus berbanding terbalik dengan kekerasan.

    - Pengaruh Proses Perlakuan Panas Terhadap Kekerasa

    Macam-masam proses perlakuan panas

    1. Thermal Treatments.

    2. Thermochemical Treatment.

    3. Inovatif Surface Treatment.

    Pada tiap perlakuan panas diatas mempunyai pengaruh yang berbeda beda pada

    kekerasan misalnya thermochemical treatments, pengaruhnya terhadap kekerasan hanya pada

    kedalaman tertentu dari benda kerja, sesuai dengan yang diinginkan pada pengujian kekerasan

    yang dilakukan, perlakuan panas yang digunakan adalah thermal treatment yang meliputi :

    annealing ( full annealing, recrystalization annealing, stress relief annealing ), normalizing,

    hardening, tempering.

    Tiap-tiap perlakuan panas memberikan efek yang berbeda pada bahan yang dikenai,

    sedangkan pada thermal treatment prosesnya meliputi:

    1. Hardening

    Adalah proses pemanasan logam ( baja ) diatas temperature kritis untuk beberapa waktu,

    lalu dicelupkan kedalam media pendingin, dengan cara seperti ini tingkat kekerasan akan

    meningkat. Hardening juga dapat didefinisikan sebagai suatu proses yang bertujuan untuk

    mendapatkan struktur martensite yang keras dengan sifat kekerasan yang tinggi dan kekenyalan

    yang rendah.

    2. Tempering

    Adalah memanaskan kembali baja yang telah dikeraskan untuk menghilangkan tegangan

    dalam. Pada proses tempering baja yang telah diheat treatments dipanasi kembali pada suhu

    150oC - 650 oC.

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 22

    3. Anealing

    Adalah proses heat treatment dimana pemanasannya dilakukan sampai mencapai

    temperature tertentu, dan ditahan pada temperature tertentu yang diinginkan, kemudian

    didinginkan perlahan. Tujuan anealing adalah untuk menghilangkan tegangan dalam. Pada

    peristiwa ini dilakukan pemanasan sampai diatas suhu kritis ( 60 oC ), kemudian setelah suhu

    rata didinginkan diudara.

    4. Normalizing

    Adalah suatu proses heat treatments yang dilakukan untuk mendapatkan struktur butiran

    yang halus dan seragam. Pada proses ini dilakukan pemanasan diatas suhu kritis 721 oC ( 60 oC

    ), kemudian setelah merata didinginkan diudara.

    Pada percobaan kita menggunakan proses annealing yang bertujuan :

    Melunakkan regangan sisa

    Menghaluskan ukuran butir

    Memperbaiki sifat kelistrikan

    Melunakkan dan memperbaiki keuletan

    Secara khusus jenis annealing yang dipergunakan adalah full annealing. Full annealing

    digunakan untuk membuat baja yang lebih lunak, menghaluskan butir dan dalam beberapa hal

    dapat memperbaiki machineability. Baja dalam proses pengerjaan mengalami pemanasan sampai

    temperatur yang tinggi. Biasanya butir kristalnya akan terlalu besar, sehingga sifat mekaniknya

    kurang baik. Maka butiran kristal tersebut perlu dihaluskan dengan full annealing.

    Pada baja hypoutektoid dipanaskan dengan range temperatur 30 oC - 60 oC diatas A1

    pada dapur pemanas, ditahan pada temperatur itu dan didinginkan secara lambat ( dengan media

    udara ), sedangkan pada baja hypotektoid perbedaannya hanya pada pemanasan pada range 30 oC

    - 60oC diatas garis A1.

    - Macam macam Pengujian Kekerasan Yang Dilakukan

    Pengujian yang paling banyak dipakai adalah penekanan-penekanan tertentu pada benda

    kerja dengan bahan tertentu dengan mengukur ukuran penekanan yang berbentuk diatasnya :

    a. Metode Brinel

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 23

    b. Metode Vickers

    c. Metode Rockwell

    Pengujian yang paling banyak dipakai adalah penekanan-penekanan tertentu pada benda

    kerja dengan bahan tertentu dengan mengukur ukuran penekanan yang berbentuk diatasnya :

    a. Metode Brinel

    b. Metode Vickers

    c. Metode Rockwell

    Metode yang dilakukan pada pengujian ini adalah Metode Brinell dan Metode Vickers.

    a) Uji Kekerasan Rockwell

    Pengujian Rockwell merupakan suatu uji untuk mengetahui tingkat kekerasan. Tingkat

    kekerasan yang di uji adalah tingkat kekerasan logam baik logam ferrous maupun logam non

    ferrous dengan menggunakan alatRockwell Hardness Tester.

    - Flowchart Uji Kekerasan Rockwell

    Berikut ini adalah flowchart metodologi pengambilan data untuk praktikum ini:

    Penjelasan Flowchart Metodologi pengambilan data pada simulasi adalah sebagai

    berikut:

    1. Menentukan Material Logam ferrous (baja karbon) dan logam non ferrous (alumunium dan

    tembaga).

    2. Memotong Memotong bahan yang akan diuji.

    3. Mengerinda / mengikir Menghaluskan permukaan bahan uji yang telah dipotong.

    4. Mengamplas Menghaluskan bahan uji dari amplas berukuran 100 sampai dengan 1000 sampai

    permukaan benda rata.

    5. Uji Kekerasan (rockwell) Baja Karbon, Alumunium, dan Tembaga Menguji bahan uji dengan

    alatRockwell, yaitu untuk kelompok logam ferrous menggunakan indentor

    kerucut diamond 120o dan untuk kelompok logam non ferrous menggunakan indentor steel

    ball berukuran 1/16.

    6. Pengambilan data Mengambil data yang dihasilkan pada saat menguji bahan, yaitu dengan

    menetukan beban yang diberikan, dimana untuk baja menggunakan jenis HRa dengan beban

    yang diberikan 60KP, untuk logam ferrous baja yang telah dilakukan kalibrasi menggunakan

    jenis HRc dengan beban yang diberikan 150KP, logam non ferrous alumunium dan tembaga

    menggunakan jenis HRb dengan beban yang diberikan 100KP.

    7. Analisa Menganalisa hasil pengambilan data, yaitu membandingkan hasilnya untuk kelompok

    logamferrous dan logam non ferrous untuk dicari mana yang paling keras.

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 24

    8. Kesimpulan Menarik kesimpulan menurut tujuan yang telah ditentukan.

    b) Metode Pengujian Brinel

    Pengujian dengan metode ini dilakukan dengan memberikan penekanan kepermukaan

    suatu speciment uji. Penekanan ini dilakukan dengan menggunakan suatu penekan (indentor)

    berbentuk bola.

    c. Pengujian Impak

    Uji impact dilakukan untuk menentukan kekuatan material sebagai sebuah metode

    uji impct digunakan dalam dunia industry khususnya uji impact charpy dan uji impact izod.

    Dasar pengujian ini adalah penyerapan energy potensial dari pendulum beban yang mengayun

    dari suatu ketinggian tertentu dan menumbuk material uji sehingga terjadi deformasi.

    Sistem Pengujian Pukul Takik

    1. Uji Charphy

    Benda uji diletakkan secara mendatar dan ditahan pada sisi kiri & kanan. Kemudian benda

    dipukul pada bagian belakang takikan, letaknya persis di tengah.Takikan membelakangi pululan.

    2. Uji Izod

    Benda uji dijepit pada satu ujungnya pada posisi tegak. Lalu benda uji ini dipukul dari sisi

    depan pada sisi ujung yang lain

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 25

    Macam-Macam Patahan :

    1. Patahan getas :

    Patahan yang tejadi pada bahan yang getas.

    misal : besi tuang

    2. Patahan liat :

    Patahan yang terjadi pada bahan yang lunak.

    misal : baja lunak, tembaga dsb

    3. Patahan campuran :

    Patahan yang terjadi pada bahan yang cukup kuat, namun ulet.

    misal : pada baja temper

    d. Pengujian Fatique

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 26

    Beberapa bahan dapat tiba-tiba menjadi getas dan patah karena perubahan temperatur dan

    laju regangan, walaupun pada dasarnya logam tersebut liat. Gejala ini biasa disebut transisi liat

    getas,yang merupakan hal penting ditinjau dari penggunaan praktis bahan (Surdia dan Saito,

    1995).Patahan patah getas bersifat getas sempurna, yaitu tanpa adanya deformasi plastis sama

    sekali, jadi berbeda dengan bidang slip biasa, patah terjadi pada bidang kristalografi spesifik

    pada bidang pecahan. Permukaan patah dari bidang pecahan mempunyai kilapan yang

    menunjukkan pola Chevron secara makrokospik pada arah yang menuju titik permulaan patah.

    Patah getas terjadi pada pangkal takikan benda uji, jadi bahan tiba-tiba patah tanpa deformasi

    plastis. Secara praktis patahan buatan seperti itu tidak pernah terjadi pada struktur mesin, tetapi

    mesin selalu mempunyai bagian yang terdapat konsentrasi tegangan dan mungkin mempunyai

    cacat pada lasan, jadi adanya cacat yang bekerja seperti takikan tidak dapat dihindari, meskipun

    bahan tersebut merupakan bahan yang ulet.

    Pengujian impak charpy banyak dipergunakan untuk menentukan kualitas bahan. Batang uji

    dengan takikan 2 mm V notch, paling banyak dipakai. Di samping itu lebih dari 30 jenis batang

    uji diusulkan termasuk jenis yang memancing retak lelah. Pada pengujian kali ini akan

    dipergunakan batang uji berbentuk bulat berdiameter 8 mm dengan takikan bentuk V (V notch).

    Pengujian impak charpy dilakukan untuk mengetahui sifat liat dari bahan yang ditentukan dari

    banyaknya energi yang dibutuhkan untuk mematahkan batang uji dengan sekali pukul.

    e. Metalografi

    Pengujian metalografi adalah suatu teknik atau ilmu untuk melihat struktur mikro dan makro material. Struktur mikro logam dapat diperoleh melalui proses

    penyiapan spesimen metalografi. Dengan tujuan untuk menganalisa struktur,

    Mengenali fasa-fasa dalam struktur mikro, berdasarkan skala makro maupun skala

    mikro. Tahapan dalam melakukan pengujian metalografi adalah sebagai berikut :

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 27

    A. Cutting, yaitu pemotongan benda uji disesuaikan dengan penampang yang

    akan diamati (dengan menggunakan Mesin potong Discotom-2)

    B. Mounting (pembingkaian), dilakukan untuk memudahkan penanganan/

    pemegangan terhadap benda uji yang berukuran kecil atau memiliki bentuk

    yang tidak beraturan yang akan sulit ditangani khususnya pada saat pengamplasan dan

    pemolesan apabila tidak mounting.

    C. Grinding, yaitu proses meratakan permukaan benda uji dengan menggunakan

    kertas amplas anti air secara berurutan mulai dari kekasaran 120, 240, 360,

    400, 700, 800, dan 1200, selama proses grinding diberi air untuk mencegah

    terjadinya oksidasi pada permukaan benda uji.

    D. Polishing, yaitu menghaluskan serta menghilangkan goresan goresan selama proses grinding dengan menggunakan kain bludru (polishing cloth) dan pasta

    diamand dengan tingkat kehalusan 6 m, 1 m dan m. sebagai media pendingin digunakan Luricant Blue atau alkohol 96%.

    E. Etching, yaitu mereaksikan benda uji dengan bahan etsa sehingga dapat

    memunculkan gambar struktur mikro dengan jelas. (proses etsa menggunakan

    menggunakan nital 2%).

    F. Viewing, Pengamatan yang dilakukan dengan menggunakan mikroskop optik

    dan mikroskop elektron.

    f. Creep (Mulur)

  • ELIESER TAHALELE UNIVERSITAS KHAIRUN

    0724 1311 036 TERNATE | 28