BAB I

Tegangan Regangan Material

1.1 Pendahuluan

Tiga jenis utama dari deformasi pada rekayasa bahan adalah plastis,

plastis, dan deformasi mulur. Disebut deformasi elastis terkait dengan peregangan

tapi tidak patah terhadap ikatan kimia. Jika deformasi plastis bergantung dengan

waktu, itu diklasifikasikan sebagai creep, berbeda dari deformasi plastis yang

tidak bergantung dengan waktu.

Pada rekayasa desain dan analisis, rumus yang menerangkan perilaku

tegangan-regangan disebut constitutive equations, dengan frekuensi yang

dibutuhkan. Situasi yang lebih kompleks dari geometrid an pembebanan dapat

dianalisa menggunakan dasar asumsi yang sama dalam bentuk dari teori

elastisitas. Ini sering diselesaikan dengan menggunakan teknik numeric yang

disebut analisa elemen terbatas dengan digital komputer.

Hubungan tegangan - regangan dibutuhkan untuk mempertimbangkan

perilaku pada tiga dimensi. Selain regangan elastis, persamaan juga dibutuhkan

untuk memasukkan regangan plastis dan regangan mulur. Perlakuan regangan

mulur membutuhkan pengenalan waktu sebagai tambahan variable. Terlepas dari

metode yang digunakan, analisis untuk menentukan tegangan dan defleksi selalu

menerapkan yang sesuai dengan hubungan tegangan - regangan untuk bahan

tertentu yang terlibat.

1

1.2. Rheological Models

Alat mekanik sederhana dapat digunakan sebagai paduan untuk

memahami berbagai tipe deformasi. Pada deformasi elastis, deformasi

berbanding lurus dengan besar gaya yang diberi dan akan kembali ke bentuk

semula jika beban atau gaya dihilangkan. Deformasi plastis dapat di

asumsikan seperti balok yang bergerak pada bidang horizontal. Koefisien

statis dan kinetisnya dianggap sama, sehingga terdapat gaya kritis P0 . Dengan

catatan, deformasi tetap ada jika beban atau gaya dihilangkan. Untuk

mengembalikan balok pada posisi awal, harus memberi gaya sebesar P0 dari

arah berlawanan.

Deformasi merangkak dibagi menjadi dua tipe. Pertama, Steady-state

creep, merupakan deformasi merangkak yang terjadi pada laju konstan

dengan tegangan konstan pula. Kedua, transient creep, berkurang

kecepatannya seiring waktu berjalan.

1.3. Konstanta Elastis

Material padat yang memiliki sifat sama dalam semua aspek disebut

homogen, dan jika sifatnya sama dalam segala arah, materialnya isotropis.

Jika material homogen dan isotropis digambarkan dalam bidang sumbu Y

merupakan tagangan x. Regangan terhadap arah tegangan adalah :

(1)

2

Dimana L adalah panjang setelah deformasi. Li adalah panjang awal.

Hubungan antara tegangan dan regangan untuk benda elastis linear

pertama kali diusulkan oleh Hooke.

(2)

(3)

(4)

Dengan E adalah modulus elastisitas dan G adalah modulus geser, maka

akan didapat hubungan :

(5)

1.4. Model rheologi untuk deformasi plastis

untuk menghasilkan material. setelah menghasilkan , respon datar ( )

disebut perilaku sempurna plastik , sedangkan garis miring disebut linear

pengerasan . nonlinier pengerasan akan menggambarkan hubungan tegangan-

regangan melengkung setelah menghasilkan

3

respon setelah menghasilkan adalah sama seperti untuk kecuali bahwa regangan

elastis ditambahkan hadir karena musim semi .

dimana subskrip e dan p mengacu pada pemindahan individu dalam plastik

( musim semi) dan plastik ( slinder ) elemen .

jika musim semi adalah bukan ditambahkan sejajar dengan slider , kaku , linear -

pengerasan model ( c ) diperoleh . (perhatikan bahwa garis vertikal yang

menghubungkan semi dan slinder yang diasumsikan tidak ratate , sehingga kedua

musim semi andthe slinder , karena E = 0.after menghasilkan , bagian dari stres

dilakukan oleh masing-masing element.in tertentu , stres dalam slider ( ... dan itu

di musim semi adalah E2E.adding memberikan total stres ( .. = ... + E2E ,

sehingga

e = ... - ...

menambahkan air dalam seri memberikan elastis , model linier - pengerasan

4.4.3 pembongkaran dan pemuatan respon model

mempertimbangkan situasi di mana model yang elastis sempurna plastik , telah

menghasilkan , dan kemudian stres dikembalikan ke nol .

untuk mengembalikan tekanan ke nol , negatif ( tekan ) stres diperlukan dalam

semua kasus . dua model dengan respon awalnya kaku , dan c , harus

menghasilkan lagi sebelum ketegangan mencapai zero.the dua model dengan

respon awalnya elastis , b dan d , mungkin atau tidak mungkin dipaksa untuk

menghasilkan sebelum regangan

4

1.5. Deformasi creep

Deformasi bergantung waktu yang signifikan occour dalam logam teknik

dan keramik di temperatures.they tinggi juga occour pada suhu kamar dalam

logam-leleh suhu rendah, seperti timah, dan berbagai materi lainnya, seperti

kaca, polimer, dan berbagai concrete.a dari mechaninisms fisik yang terlibat,

seperti dibahas sampai batas dalam bab 2.

1.5.1 Perilaku tegangan-regangan

berasumsi bahwa stres dengan cepat diterapkan sederhana bahan.

deformasi sesaat yang terjadi adalah kombinasi dari regangan elastis dan

plastik. yang Ep bagian plastik bisa diisolasi dengan segera adalah kombinasi

bongkar, seperti yang digambarkan oleh telepon.Jika putus-putus stres adalah

bukan dipertahankan, merayap deformasi Ec dapat terjadi yang merupakan

kombinasi dari transien merayap dan creep keadaan-seimbang. bagian pulih

dari strain mulur mungkin cukup besar dalam polimer karena rantai molekul

mengganggu satu sama lain sedemikian rupa sehingga mereka perlahan-lahan

membangun kembali konfigurasi asli mereka setelah penghapusan stres,

menyebabkan noda untuk perlahan-lahan menghilang.

1.5.2 Pemodelan reologi mapan merayap

5

penggunaan viskositas konstan dalam hasil model di semua tingkat

regangan dan strain yang sebanding dengan tegangan, situasi digambarkan

dengan istilah linier viscoelasticity.such linear perilaku ideal kadang-kadang

pendekatan yang wajar untuk bahan nyata, seperti untuk polimer, dan juga

untuk logam dan keramik pada suhu tinggi tetapi rendah-tekanan. untuk

logam dan keramik pada tegangan tinggi, tingkat regangan yang proporsional

tidak dengan kekuatan pertama stres, tetapi kekuatan yang lebih tinggi pada

urutan five.in seperti kasus, model atau persamaan yang melibatkan lebih

kompleks stres ketergantungan dapat dijelaskan seperti pada bab 15

1.5.3 Perilaku relaksasi elastis, model merayap mapan

awalnya, semua ketegangan terjadi sebagai regangan elastis di musim

semi. ketegangan dalam dashpot dan ketegangan di musim semi menurun,

karena harus karena regangan total ditahan perilaku constant.perilaku

demikian disebut relaxation.relaxation adalah fenomena yang sama seperti

merayap, hanya berbeda dalam hal itu diamati di bawah tekanan konstan,

bukan dari stres konstan. bahan rekayasa nyata yang akan menunjukkan

merayap juga menunjukkan perilaku relaksasi dengan cara yang analog

dengan model ini.

1.5.4 Pemodelan reologi creep transien

setelah pengangkatan beban, ketegangan dalam model merayap

transien bervariasi seperti ditunjukkan pada fig.4.1.4. khususnya, menurun

menuju nol pada waktu yang tak terbatas karena musim semi dalam susunan

6

paralel menarik sebuah dashpot tersebut. persamaan untuk respon pemulihan

juga dapat diperoleh dengan menyelesaikan persamaan diferensial involved.in

model-model yang ideal, semua strain merayap transien recovered.jika

langkah strain diterapkan pada elastis, model merayap sementara, perilaku

relaksasi terjadi yang mirip dengan dari fig.4.15

1.6 Bahan anisotropic

bahan nyata tidak pernah sempurna isotropic.in beberapa kasus, perbedaan

properti untuk arah yang berbeda begitu besar bahwa analisis asumsi perilaku

isotropik ada langer contoh approximation.some wajar bahan signifikan anisotrop

ditunjukkan pada Gbr.4, 16

karena kehadiran serat kaku dalam arah tertentu, material komposit dapat sangat

anisotropik, dan desain teknik dan analisis untuk materi ini memerlukan

penggunaan versi yang lebih umum dari hukum Hooke daripada yang disajikan di

atas, dalam apa yang berikut, kita akan menerapkannya dalam-plane plastisitas

materials.anisotropic komposit tidak dipertimbangkan dalam bab ini atau bahkan

di topik lanjutan nanti chapters.this penting dalam beberapa kasus, tetapi

pentingnya berkurang oleh fakta bahwa bahan yang paling komposit gagal

sebelum terjadinya jumlah besar regangan elastis.

1.6.1 Hooke anisotropik, hukum

anisotropiy umum cinsiderably lebih kompleks daripada kasus

isotropik. tidak hanya ada sejumlah besar bahan yang berbeda constant.but

nilai-nilai mereka juga berubah jika orientasi sistem koordinat xyz di

7

berubah. dalam kasus isotropik, konstanta tidak tergantung pada orientasi

sumbu mengkoordinir coor, dan sebagian besar konstan baik nol atau

memiliki nilai yang sama seperti yang lain.

1.6.2 Bahan orthotropic dan kubik

jika materi memiliki simetri sekitar tiga pesawat ortogonal, yaitu,

tentang pesawat orinted 90 derajat satu sama lain, maka kasus khusus yang

disebut bahan axists.in orthotropic kasus ini, hukum Hooke memiliki

bentuk kompleksitas tntermediate antara isotropik dan umum anisotropic

cases.to menangani situasi nilai Sij berubah dengan orientasi sistem

koordinat xyz, akan lebih mudah untuk menentukan nilai untuk arah

sejajar dengan pesawat dari systemetry dalam bahan.

1.6.3 Komposit berserat

untuk pelat atau lembaran, tekanan yang tidak terletak pada bidang

xy lembaran biasanya kecil, sehingga plane stress dengan huruf kapital

assumption.where wajar masih menunjukkan bahwa tekanan, strain, dan

konstanta elastis disajikan hanya untuk arah paralel ke pesawat simetri

materi

1.6.5 Modulus elastis Transverse untuk Serat

Sebuah analisis yang tepat dari kasus ini lebih sulit, tetapi analisis

dari komposit berlapis melintang dimuat seperti pada (d) adalah

pendekatan yang berguna. Bahkan, Ey yang diperoleh dapat ditunjukkan

8

dengan analisis rinci untuk memberikan batas bawah pada nilai yang benar

untuk kasus (c).

Tekanan dalam penguatan dan matriks sekarang harus sama dan sama

dengan tegangan.

ɚy = ɚr = ɚm

Total panjang dalam arah Y adalah jumlah kontribusi dari lapisan

penguatan dan lapisan matriks.

L = Lr + Lm

Juga, perubahan panjang ini memberikan strain dalam material komposit

secara keseluruhan dan dalam penguatan dan matriks bagian.

1.6.6 Konstanta elastis lainnya dan Pembahasan

Perkiraan konstanta elastis komposit baru saja dijelaskan semua

perkiraan. Buku-buku tentang material komposit mengandung lebih

akurat, tetapi jauh lebih kompleks, derivasi, dan persamaan. Selain itu,

serat dapat terjadi dalam dua arah, dan bahan laminasi yang sering

menggunakan yang terdiri dari beberapa lapisan setiap komposit

directional atau tenunan. Perkiraan untuk perawatan ini kasus yang lebih

kompleks juga dibuat.

Material komposit dibuat dengan menggunakan tikar dari serat panjang

berorientasi secara acak dan terjalin memiliki sifat yang sama dalam

semua arah pesawat dan begitu juga melintang isotropik.

9

BAB II

Pengujian Material

2.1 Pendahuluan

Sampel dari Material Teknik sering di ujicobakan terhadap variasi yg luas

dari pengujian mekanis untuk mengukur ketangguhannya dan sifat lain yg di

inginkan, Pengujian yg paling dasar pada umumnya merusak sample dengan

memberikan Tensile Force, dan Compression Test pada umumnya.

Berbagai macam Peralatan Pengujian digunakan untuk memberikan gaya

beban untuk menguji Bahan Percobaan. Peralatan Pengujian bervariasi dari alat yg

simpel sampai dengan alat kompleks yg di kendalikan komputer digital. 2

konfigurasi umum dari alat yg relatif simpel disebut Universal Testing Machine.

Mesin ini pertamanya digunakan pada 1900-1920, dan mereka masih digunakan

hingga sekarang. Alat tersebut adalah mesin Mechanical-screw-driven untuk

melakukan uji tarik dan mesin Hydraulic System uses the pressure of oil in a

piston untuk menguji tekan/compression test pada spesimen.

Metode pengujian standar digunakan untuk mendapatkan hasil yg digunakan

untuk berbagai kegunaan. Satu kegunaan penting adalah untuk mengetahui sifat

material seperti ketahanan patah dalam uji tarik, untuk digunakan pada desain

teknik. Kegunaan lain adalah untuk pengendalian kualitas material yg diproduksi,

misal piringan baja atau batangan beton., untuk memastikan bahwa sudah

memenuhi spesifikasi yg dibutuhkan. ASTM(American Society for Testing

Materials) merupakan lembaga yg mengurus penyetaraan standar khususnya di

amerika, dan umumnya negara lain mengikutinya sebagai acuan. Setiap negara

industri umumnya punya lembaga standarisasi tersendiri, dan semua itu

dikordinasikan oleh ISO(International Organization for Standardization) dan

ASTM setiap tahun mengeluarkan buku Anual book of ASTM Standards yg biasa

dijadikan acuan oleh industri.

10

Pengenalan pada uji tarik. Uji tarik bekerja dengan cara menarik perlahan

sampel material dengan beban P pada area A dan regangan

Konstanta Elastisitas

Perbandingan tegangan regangan dari uji tarik menunjukkan perbedaan sifat

dari material yg berbeda. Ada yg memiliki garis lurus linear pada grafik,

tergantung pada spesimennya. Nilai Modulus elastisitas, atau disebut juga

Modulus Young (E) bisa didapatkan dari perbandingan tegangan dan regangan

pada dua titik pada garis, misalnya A dan B

2.2 Keuletan

Keuletan adalah kemampuan material untuk berubah bentuk tanpa patah.

Regangan retakan teknik adalah salah satu nilai hasil dari keuletan. Lf adalah

panjang fracture dimana Li adalah panjang aslinya. dimana persen(%)

elongasinya Nilai lain dari keuletan adalah Persen Reduksi pada Area,

notasi %RA, dimana didapatkan dengan membandingkan luas area patahan

dengan area aslinya atau dimana A adalah

area dan D adalah diameter.

2.2.1 Perhitungan Teknik Pada Kapasitas Energi

Pada uji tarik, jika gaya yg diaplikasikan P dan perpindahanpada

panjang Li adalah ∆L=X. Nilai kerja yg telah dilakukan dalam merubah

bentuk spesimen ke nilai x adalah , maka

11

2.2.2 Efek suhu dan nilai regangan

Jika material diuji pada kisaran suhu dimana regangan retak terjadi ,

retak regangan akan berkontribusi ke deformasi tidak elastis pada pengujian.

2.2.3 Kurva Tegangan Regangan Sesungguhnya

Kurva tegangan regangan teknik tidak memberikan indikasi karekteristik

deformasi yang sesungguhnya, karena kurva tersebut semuanya berdasarkan pada

dimensi awal benda uji, sedangkan selama pengujian terjadi perubahan dimensi.

Pada tarik untuk logam liat, akan terjadi penyempitan setempat pada saat beban

mencapai harga maksimum. Karena pada tahap ini luas penampang lintang benda

uji turun secara cepat, maka beban yang dibutuhkan untuk melanjutkan deformasi

akan segera mengecil.

Kurva tegangan regangan teknik juga menurun setelah melewati beban

maksimum. Keadaan sebenarnya menunjukkan, logam masih mengalami

pengerasan regangan sampai patah sehingga tegangan yang dibutuhkan untuk

melanjutkan deformasi juga bertambah besar. Tegangan yang sesungguhnya (s)

adalah beban pada saat manapun dibagi dengan luas penampang lintang benda uji,

Ao dimana beba

12

n itu bekerja.

Gambar 2.6 Perbandingan antara kurva tegangan regangan teknik

Dengan kurva tegangan regangan sesungguhnya

2.3 Pengujian Tekan

Uji tekan dilakukan dengan memberikan beban tekan kepada spesimen yang

merupakan silinder dengan diameter konstan. Untuk material ulet, sangat sulit

memperoleh kurva tegangan-regangan dari pengujian ini karena material ulet

tidak akan patah bila ditekan. Kebanyakan material ulet mempunyai kekuatan

tekan yang sama dengan kekuatan tariknya. Material yang mempunyai kekuatan

tarik dan kekuatan tekan yang sama disebut sebagai even material.

Umumnya material getas mempunyai kekuatan tarik dan kekuatan tekan yang

berbeda sehingga tergolong dalam jenis uneven material. Jadi untuk material

getas, uji tekan sangat diperlukan untuk mendapatkan kurva teganganregangan

yang lengkap. Contoh bentuk akhir uji tekan untuk material getas dan ulet

ditunjukkan pada gambar 2.6.

15

2.4 Pengujian Kekerasan

2.4.1 Pengertian Hardness (Kekerasan)

Kekerasan merupakan salah satu sifat mekanik dari logam. Pengujian

kekerasan secara luas digunakan dalam proses inspeksi dan control. Salah

saru proses yang mempengaruhi kekerasan suatu material adalah proses heat

treatment. Kekerasan sulit untuk didefinisikan karena memiliki arti yang

berbeda sesuai dengan bidang pemakaiannya. Pada pengujian logam

kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan suatu logam terhadap indentasi

(penekanan) sedangkan didalam mineralogi kekerasan merupakan ketahan

suatu mineral terhadap goresan dengan menggunakan standar kekerasan

mohs.

Pemilihan logam yang akan digunakan untuk aplikasi ketahanan

gesekan (wear resistence) harus mempertimbangkan sifatkekerasan logam

tersebut. Hubungan kekerasan sebanding dengan kekuatan logam dimana

kekerasan suatu logam akan meningkat maka kekutan logam tersebut juga

cendrung meningkat, namun nilai kekerasan ini berbanding terrbalik dengan

keuletan dari logam.Meskipun logam keras dipandang lebih kuat daripada

logam lunak, namun yang perlu diperhatikan adalah bahwa tingkat

kekerasan bahan yang tinggi belum menjamin bahwa komponen mesin

memiliki kekuatan (ketahanan) untuk menerima beban.

14

Berkaitan dengan penggunaan logam keras dan lunak ini, kita

memaklumi bahwa teknologi yang berkembang saat ini di negara kita masih

dalam tahap pengembangan teknologi tepat guna dan rekayasa industri yang

tingkat resikonya tidak terlalu tinggi, sehingga ketelitian dalam perancangan

pun menjadi rendah, sebab perancangan konstruksi mesin berteknologi

sederhana tentunya jauh berbeda dengan perancangan konstruksi mesin

berteknologi tinggi, dan yang pasti perancangan konstruksi mesin

berteknologi tinggi memerlukan pengolahan logam yang berkualitas pula.

Dengan demikian, bahan benda kerja yang baik dan berkualitas tidak

hanya ditentukan oleh keras atau lunaknya bahan tersebut, tetapi sangat

banyak ditentukan oleh ketepatan memilih bahan sesuai besarnya

pembebanan yang diberikan. Dengan pemilihan bahan yang tepat, akan

diperoleh tingkat efisiensi yang tinggi dan dijamin kuat untuk menerima

beban.

Pentingnya sifat kekerasan dalam pemilihan material logam untuk

peralatan teknik seperti untuk komponen mesin yang mengalami gesekan

contohnya piston dan lain sebagainya. Maka penting untuk melakukan

praktikum ini untuk memahami seta mempelajari lebih lanjut bagaimana

proses pengukuran kekerasan logam khususnya material baja dengan

menggunakan mesin uji kekerasan Rockwell.

2.4.2 Metode pengujian kekerasan

a. Metode Gores

Metode ini tidak banyak digunakan dalam dunia metalurgi, tetapi

masih dalam dunia mineralogi. Metode ini dikenalkan oleh Friedrich

Mohs yaitu dengan membagi kekerasan material di dunia ini

15

berdasarkan skala (yang kemudian dikenal sebagai skala Mohs). Skala

ini bervariasi dari nilai 1 untuk kekerasan yang paling rendah,

sebagaimana dimiliki oleh material talk, hingga skala 10 sebagai nilai

kekerasan tertinggi, sebagaimana dimiliki oleh intan.

Dalam skala Mohs urutan nilai kekerasan material di dunia ini

diwakili oleh:

1. Talc

2. Gipsum

3. Calcite

4. Fluorite

5. Apatite

6. Orthoclase

7. Quartz

8. Topaz

9. Corundum

10. Diamond (intan)

Prinsip pengujian: bila suatu mineral mampu digores oleh

Orthoclase (no. 6) tetapi tidak mampu digores oleh Apatite (no. 5),

maka kekerasan mineral tersebut berada antara 5 dan 6. Berdasarkan

hal ini, jelas terlihat bahwa metode ini memiliki kekurangan utama

berupa ketidak akuratan nilai kekerasan suatu material. Bila kekerasan

mineralmineral diuji dengan metode lain, ditemukan bahwa nilai-

nilainya berkisar antara 1-9 saja, sedangkan nilai 9-10 memiliki

rentang yang besar.

b. Metode Elastik/Pantul (Rebound)

Dengan metode ini, kekerasan suatu material ditentukan oleh alat

Scleroscope yang mengukur tinggi pantulan suatu pemukul (hammer)

dengan berat tertentu yang dijatuhkan dari suatu ketinggian terhadap

permukaan benda uji. Tinggi pantulan (rebound) yang dihasilkan

14

mewakili kekerasan benda uji. Semakin tinggi pantulan tersebut, yang

ditunjukkan oleh dial pada alat pengukur, maka kekerasan benda uji

dinilai semakin tinggi.

c. Metode Indentasi

Pengujian dengan metode ini dilakukan dengan penekanan benda

uji dengan indentor dengan gaya tekan dan waktu indentasi yang

ditentukan. Kekerasan suatu material ditentukan oleh dalam ataupun

luas area indentasi yang dihasilkan (tergantung jenis indentor dan

jenis pengujian). Berdasarkan prinsip bekerjanya metode uji kekerasan

dengan cara indentasi dapat diklasifikasikan diantaranya seperti

metode Vickers, Rockwell

2.4.3 Metode – Metode Pengujian Kekerasan

2.4.3.1 Metode Vickers

Pada metode ini digunakan indentor intan berbentuk piramida

dengan sudut 136o, seperti diperlihatkan oleh Gambar 2.1. Prinsip

pengujian adalah sama dengan metode Brinell, walaupun jejak yang

dihasilkan berbentuk bujur sangkar berdiagonal. Panjang diagonal

diukur dengan skala pada mikroskop pengujur jejak. Nilai kekerasan

suatu material diberikan oleh:

15

Gambar 2.1 Skematis prinsip indentasi dengan metode

Vickers

Gambar 2.2 Alat uji Vickers

Kedua jenis pengujian ini menggunakan indentor intan yang

cukup kecil dan mempunyai bentuk geometri berbentuk piramid

seperti ditunjukkan pada gambar dibawah ini. Beban yang dikenakan

juga jauh lebih kecil dibanding dengan pengujian rockwell dan brinel

yaitu antara 1 sampai 1000 gram. Hasil penjejakan diukur dengan

mikroskop lalu dikonversikan menjadi angka kekerasan.

Bentuk indentor Vickers (Callister, 2001)

HV= 1,854 P/d2

HV = Angka kekerasan Vickers

P    = Beban

d = panjang diagonal rata-rata dari jejak berbentuk bujur sangkar.

14

Permukaan benda uji ditekan dengan penetrator intan

berbentuk piramida dasar piramida berbentuk bujur sangkar dan sudut

antara dua bidang miring yang berhadapan 136º. Sudut ini dipilih,

karena nilai tersebut mendekati sebagian besar nilai perbandingan

yang diinginkan antara diameter lekukan dan diameter bola penumbuk

pada uji kekerasan Brinell. Karena bentuk penumbuknya piramid,

maka pengujian ini sering dinamakan uji kekerasan piramidsa intan.

Angka kekerasan piramida intan (DPH), atau angka kekerasan Vickers

(VHN atau VPH), didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan

lekukan. Pada prakteknya, luas ini dihitung dari pengukuran

mikroskopik panjang diagonal jejak. DPH dapat ditentukan dari

persamaan berikut:

Dimana :

P = Beban yang digunakan (kg)

d = Panjang diagonal rata-rata dari bekas penekanan (mm)

θ = Sudut antara permukaan intan yang berlawanan (136o)

Pengujian metode Vickers akan memberikan dampak hasil

yangberbeda-beda tergantung pada elestisitas material.

Apabila material lunak atau keelastisitasannya tinggi, maka

hasil indentasi akan mengempis. Dan pada material yang kaku, maka

akan berbentuk menggembung. Metode ini biasa

dilakukan untukmengukur kekerasan mikro dari material.

15

Gambar 2.3. Distorsi oleh indentor pyramid intan karena efek

elastisitas; (a)Indentasi sempurna; (b)Indentasi mengempis;

(c)Indentasi Menggembung

Uji kekerasan Vickers banyak dilakukan pada pekerjaan

penelitian, karena metode tersebut memberikan hasil berupa skala

kekerasan yang kontinu, untuk suatu beban tertentu dan digunakan

pada logam yang sangat lunak, yakni DPH-nya 5 hingga logam yang

sangat keras, dengan DPH 1500. Dengan uji kekerasan Rockwell, yang

atau uji kekerasaan Brinell, biasanya diperlukan perubahan beban atau

penumbuk pada nilai kekerasan tertentu, sehingga pengukuran pada

suatu skala kekerasan yang ekstrem tidak bisa dibandingkan dengan

skala kekerasan yang lain. Karena jejak yang dibuat dengan

penumbuk piramida serupa secara geometris dan tidak terdapat

persoalan mengenai ukurannya, maka DPH tidak tergantung kepada

beban. Pada umumnya hal ini dipenuhi, kecuali pada beban yang

sangat ringan. Beban yang biasanya digunakan pada uji Vickers

berkisar 1 hingga 120 kg, tergantung kepada kekerasan logam yang

diuji. Hal-hal yang menghalangi keuntungan pemakaian metode

Vickers adalah: uji kekerasan Vickers tidak dapat digunakan untuk

pengujian rutin karena pengujian tersebut lamban; memerlukan

persiapan permukaan benda uji yang hati-hati; dan terdapat pengaruh

kesalahan manusia yang besar pada penentuan panjang diagonal.

Ketelitian pengukuran diagonal bekas penekanaan cara Vickers akan

14

lebih tinggi dari pada pengukuran diameter bekas penekanaan Brinell.

Cara Vickers dapat digunakan untuk material yang sangat keras.

Metode Vickers (sampel silinder pejal)

1. Persiapkan sampel uji kekerasan berbentuk silinder (besi tuang,

baja, tembaga dan alumunium) dengan cara melakukan

pengamplasan dan pemolesan yang memadai, diindikasikan dengan

permukaan benda uji yang cukup mengkilat.

2. Pastikan bahwa peralatan uji (Vickers) telah di set-up dengan baik.

Pasanglah indentor untuk masing-masing metode dengan seksama.

3. Pilihlah beban yang sesuai dengan benda uji. Lihat buku manual

alat.

4. Putar poros tempat dudukan benda uji searah jarum jam hingga

indentor menyentuh benda uji dengan perlahan-lahan. Hati-hati!

Jagalah agar indentor tidak sampai menghujam benda uji karena

hal ini akan mengakibatkan kerusakan berat pada mata indentor itu.

5. Setelah benda uji bersentuhan dengan indentor, putarlah terus poros

dudukan sampel hingga jarum merah kecil pada lingkaran dalam

menyentuh batas merah. Langkah ini merupakan preload dari

indentasi. Jangan teruskan putaran poros bila batas ini telah

tercapai.

6. Putar tuas beban ke arah belakang dengan hati-hati lalu lepaskan

tuas tersebut hingga berputar perlahan-lahan. Pada tahap ini

berlangsung pembebanan indentasi pada benda uji selama 10-15

detik hingga jarum pada lingkaran dalam dan luar kembali ke posisi

awal.

7. Lepaskan kontak indentor dengan benda uji secara hati-hati, yaitu

dengan memutar poros dudukan berlawanan arah jarum jam.

Berhati-hatilah agar tidak terjadi pemutaran poros tersebut searah

15

jarum jam karena akan mengakibatkan rusaknya jejak hasil

indentasi

8. Indentasi pada satu lokasi telah selesai. Lakukan tahap-tahap

operasional di atas untuk lokasi atau benda uji lainnya.

9. Ukurlah diameter jejak indentasi dengan menggunakan mikroskop

pengukur jejak.

10. Hitung nilai kekerasan dengan rumus yang sesuai dengan metode

uji (Vickers).

2.4.3.2 Pengujian kekerasan Knoop

Merupakan salah satu metodemicro-hardness, yaitu

ujikekerasan untuk benda uji yang kecil. Nilai kekerasan

Knoopadalah pembebanan dibagi dengan luas penampang yang

terdeformasi permanen. Jejak yang dihasilkan sekitar 0.01mm –0.1

mm dan beban yang digunakan berkisar antara5 gr – 5 Kg.Permukaan

benda uji harus benar-benar halus.

 

Bentuk indentor Knoop ( Callister, 2001)

KHN= Angka kekerasan Knoop

P    = Beban yang diterapkan, kg

Ap = Luas proyeksi lekukan yang tidak pulih ke bentuk semula,

mm2

14

L = Panjang diagonal yang lebih panjang

C = Konstanta untuk setiap penumbuk

 

Kekerasan Knoop dan Vickers dilambangkan

dengan HK dan HV. Kedua jenis pengujian ini cocok untuk pengujian

dengan material yang nilai kekerasannya rendah. Knoop biasanya

digunakan untuk mengukur material yang getas seperti keramik.

2.4.3.3 Metode Skleroscope

Prinsip Pengujian kekerasan dengan Skleroskop Shore adalah

dengan cara mengukur tinggi pantulan bobot seberat 1,5 gram (baja

yang beujung intan), yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu ( kira-

kira 20 CM) terhadap permukaan benda uji. Tinggi pantulan dibaca

melalui tabung kaca yang diberi garis-garis skala ukuran kekerasan.

Cara ini cocok dilakukan untuk menguji kekerasan benda uji tipis atau

baja hasil pengerasan kulit atau menguji kekerasan hasil pelapisan

khrom. Pengujian ini juga tidak meinggalkan bekas/cacat,sehingga

tidak merusak tampilan produk jadi.

Gbr. Prinsip Pengujian Skleroskop Shore

15

2.5 Pengujian Impak

Uji impak adalah pengujian dengan menggunakan pembebanan yang cepat

(rapid loading). Klo ceritanya titanic itu, si kapal kan berada pada suhu rendah,

sehingga menyebabkan materialnya menjadi getas dan mudah patah. Kemudian di

laut itu kan banyak beban (tekanan) dari arah manapun. Ditambah lagi nabrak

gunung es, langsung deh tegangan yang udah terkonsentrasi karena pembebanan

sebelumnya menyebabkan kapalnya terbelah dua.

Pada uji impak terjadi proses penyerapan energi yang besar ketika beban

menumbuk spesimen. Energi yang diserap material ini dapat dihitung dengan

menggunakan prinsip perbedaan energi potensial. Tapi klo di mesin ujinya udah

nunjukin energi yang dapat diserap material, ya udah.. ga perlu ngitung manual.

Proses penyerapan energi ini akan diubah menjadi berbagai respon material, yaitu:

1. Deformasi plastis

2. Efek Hysteresis

3. Efek Inersia

Ada dua macam pengujian impak, yaitu :

1. Charpy

2. Izod

Perbedaan charpy dengan izod adalah peletakan spesimen. Pengujian dengan

menggunkan charpy lebih akurat karena pada izod, pemegang spesimen juga turut

menyerap energi, sehingga energi yang terukur bukanlah energi yang mampu di

serap material seutuhnya. Faktor yang mempengaruhi kegagalan material pada

pengujian impak adalah

1. Notch

Notch pada material akan menyebabkan terjadinya konsentrasi tegangan

pada daerah yang lancip sehingga material lebih mudah patah. Selain itu

notch juga akan menimbulkan triaxial stress. Triaxial stress ini sangat

berbahaya karena tidak akan terjadi deformasi plastis dna menyebabkan

14

material menjadi getas. Sehingga tidak ada tanda-tanda bahwa material akan

mengalami kegagalan.

2. Temperatur

Pada temperatur tinggi material akan getas karena pengaruh vibrasi

elektronnya yang semakin rendah, begitupun sebaliknya.

3. Strainrate

Jika pembebanan diberikan pada strain rate yang biasa-biasa saja, maka

material akan sempat mengalami deformasi plastis, karena pergerakan

atomnya (dislokasi). Dislokasi akan bergerak menuju ke batas butir lalu

kemudian patah. Namun pada uji impak, strain rate yang diberikan sangat

tinggi sehingga dislokasi tidak sempat bergerak, apalagi terjadi deformasi

plastis, sehingga material akan mengalami patah transgranular, patahnya

ditengah-tengah atom, bulan di batas butir. Karena dislokasi ga sempat gerak

ke batas butir.

Kemudian, dari hasil percobaan akan didapatkan energi dan temperatur.

Dari data tersebut, kita akan buat diagram harga impak terhadap temperatur.

Energi akan berbanding lurus dengan harga impak. Kemudian kita akan

mendapakan temperatur transisi. Temperatur transisi adalah range

temperature dimana sifat material dapat berubah dari getas ke ulet jika

material dipanaskan.

Temperatur transisi ini bergantung pada berbagai hal, salah satunya aspek

metalurgi material, yaitu kadar karbon. Material dengan kadar karbon yang

tinggi akan semakin getas, dan harga impaknya kecil, sehingga temperatur

transisinya lebih besar. Temperatur transisi akan mempengaruhi ketahanan

material terhadap perubahan suhu. Jika temperatur transisinya kecil maka

material tersebut tidak tahan terhadap perubahan suhu.

Pada baja dan aluminium terdapat perbedaan harga impak. Harga impak

baja lebih tinggi daripada aluminium menunjukkan bahwa ketangguhan baja

lebih tinggi jika dibandingkan dengan aluminium. Ketangguhan adalah

15

kemampuan material untuk menyerap energy dan berdeformasi plastis hingga

patah.

Selain suhu, hal lain yang mempengaruhi harga impak suatu material

adalah kadar karbonnya. Material yang memiliki kadar karbon yang tinggi

akan lebih getas. Hal ini akan mempengaruhi harga impaknya dan

temperature transisi. Material yang memiliki kadar karbon tinggi akan

memiliki temperature transisi yang lebih panjang jika dibandingkan dengan

material yang memiliki kadar karbon rendah. Temperatur transisi yang

berbeda-beda ini akan mempengaruhi ketahanan material terhadap perubahan

suhu. Material yang memiliki temperature transisi rendah maka material

tersebut tidak akan tehan terhadap perubahan suhu.

Pada pembebanan impak ini, terjadi proses penyerapan energy yang besar.

Penyerapan energy ini akan diubah menjadi berbagai respon material seperti

deformasi plastis, efek hysteresis, dan inersia.

Sebuah system dengan hysteresis menunjukkan ‘rate-independent memory’,

yaitu kemampuan suatu material untuk “mengingat” bentuk atau sifat sebelum

material tersebut berubah karena pengaruh gaya dari luar material. Banyak system

fisik yang menunjukkan hysteresis yang alami. Misalnya sebuah besi yang

diletakkan pada medan magnet akan memiliki sifat magnet, bahkan setelah medan

magnetnya dipindahkan. Ketika sekali di magnetisasi, besi tersebut akan tetap

memiliki sifat magnet. Untuk menghilangkan sifat magnetnya, dapat dilakukan

dengan menempatkannya pada medan magnet yang arahnya berlawanan. Efek

hysteresis ini biasanya terjadi jika material diberikan beban yang sangat cepat dan

beban tersebut pun dihilangkan dengan cepat.

Efek inersia adalah kemampuan suatu material untuk mempertahankan

bentuknya ketika diberikan gaya. Ketika diberikan pembebanan dengan strain rate

yang tinggi material tersebut tidak sempat untuk mempertahankan bentuknya dan

akhirnya patah .

14

2.6 Pengujian Torsi dan Bending

2.6.1 Pengujian Bending

Uji lengkung ( bending test ) merupakan salah satu bentuk pengujian

untuk menentukan mutu suatu material secara visual. Selain itu uji bending

digunakan untuk mengukur kekuatan material akibat pembebanan dan

kekenyalan hasil sambungan las baik di weld metal maupun HAZ. Dalam

pemberian beban dan penentuan dimensi mandrel ada beberapa factor yang

harus diperhatikan, yaitu :

1. Kekuatan tarik ( Tensile Strength )

2. Komposisi kimia dan struktur mikro terutama kandungan Mn dan C.

3. Tegangan luluh ( yield ).

Berdasarkan posisi pengambilan spesimen, uji bending dibedakan

menjadi 2 yaitu transversal bending dan longitudinal bending.

1. Transversal Bending.

Pada transversal bending ini, pengambilan spesimen tegak lurus dengan

arah pengelasan. Berdasarkan arah pembebanan dan lokasi pengamatan,

pengujian transversal bending dibagi menjadi tiga :

a. Face Bend ( Bending pada permukaan las )

Dikatakan face bend jika bending dilakukan sehingga permukaan las

mengalami tegangan tarik dan dasar las mengalami tegangan tekan.

Pengamatan dilakukan pada permukaan las yang mengalami tegangan tarik.

Apakah timbul retak atau tidak. Jika timbul retak dimanakah letaknya, apakah

di weld metal, HAZ atau di fussion line (garis perbatasan WM dan HAZ ).

b. Root Bend ( Bending pada akar las )

15

Dikatakan roote bend jika bending dilakukan sehingga akar las

mengalami tegangan tarik dan dasar las mengalami tegangan tekan.

Pengamatan dilakukan pada akar las yang mengalami tegangan tarik,

apakah timbul retak atau tidak. Jika timbul retak dimanakah letaknya, apakah

di weld metal. HAZ atau di fusion line (garis perbatasan WM dan HAZ)

c. Side Bend ( Bending pada sisi las ).

Dikatakan side bend jika bending dilakukan pada sisi las. Pengujian ini

dilakukan jika ketebalan material yang di las lebih besar dari 3/8 inchi.

Pengamatan dilakukan pada sisi las tersebut, apakah timbul retak atau tidak.

Jika timbul retak dimanakah letaknya,apakah di Weld metal, HAZ atau di

fusion line (garis perbatasan WM dan HAZ).

2. Longitudinal Bending

Pada longitudinal bending ini, pengambilan spesimen searah dengan arah

pengelasan berdasarkan arah pembebanan dan lokasi pengamatan, pengujian

longitudinal bending dibagi menjadi dua :

a. Face Bend (Bending pada permukaan las)

Dikatakan face bend jika bending dilakukan sehingga permukaan las

mengalami tegangan tarik dan dasar las mengalami tegangan tekan.

Pengamatan dilakukan pada permukaan las yang mengalami tegangan tarik,

apakah timbul retak atau tidak. Jika timbul retak dimanakah letaknya, apakah

di Weld metal, HAZ atau di fusion line (garis perbatasan WM dan HAZ).

b. Root Bend (Bending pada akar las)

Dikatakan root bend jika bending dilakukan sehingga akar las mengalami

tegangan tarik dan dasar las mengalami tegangan tekan. Pengamatan

dilakukan pada akar las yang mengalami tegangan tarik, apakah timbul retak

atau tidak. Jika timbul retak dimanakah letaknya, apakah di Weld metal, HAZ

atau di fusion line (garis perbatasan WM dan HAZ).

\

14

Kriteria kelulusan uji bending. Untuk dapat lulus dari uji bending maka hasil

pengujian harus memenuhi kriteria sebagai berikut :

1. Keretakan maksimal 3 mm diukur dari segala arah pada permukaan yang

telah di Bending.

2. Retak pada pojok permukaan yang telah di Bending tidak diperhitungkan.

Kecuali yang disebabkan oleh slag inclusión , lack of fusion , atau cacat

lainnya.

3. Pada pengelasan Overlay cladding tidak boleh terdapat retak terbuka

minimal 1.6mm dihitung dari segala arah. Pada interface tidak boleh

terdapat retak terbuka melebihi 3.2mm.

2.6.2 Pengujian Torsi

Uji puntir dilakukan untuk mengetahui sifat geseran pada material. Uji

puntir biasanya diperlukan untuk komponen yang beban utamanya adalah

beban puntir. Bentuk specimen uji puntir ini tidak jauh berbeda dengan

bentuk spesimen uji tarik. Gambar 2.9 menunjukkan contoh hasil akhir uji

puntir.

Sifat-sifat mekanik dapat ditentukan dengan uji tarik adalah sebagai berikut :

1. Modulus kekakuan geser (Modulus of Rigidity)

15

Persamaan tegangan-regangan untuk puntiran murni didefinisikan sebagai

berikut:

Dimana τ adalah tegangan geser, r adalah radius spesimen, lo adalah

panjang ukur, θ adalah puntiran sudut dalam radian, dan G adalah modulus

kekakuan geser. Hubungan G dengan modulus Young dan rasio Poisson’s

dinyatakan sebagai berikut :

Rasio Poisson’s (υ) adalah perbandingan antara regangan arah lateral

dengan regangan longitudinal.

Tabel 2.1 Rasio Poisson, υ untuk beberapa material logam/

Material υ

Tembaga 0,35

Besi 0,28

Baja 0,28

Magnesium 0,33

Titanium 0,34

Aluminium 0,34

2. Kekuatan geser ultimat (Ultimate shear strength)

Tegangan ketika spesimen uji putus disebut kekuatan geser ultimat atau

modulus of rupture (Sus).

14

Dimana T adalah torsi yang diperlukan untuk memutuskan spesimen, r

adalah radius spesimen, dan J adalah inersia polar penampang spesimen. Bila

data kekuatan geser ultimat tidak ada, dapat digunakan pendekatan sebagai

berikut :

Adapun hubungan kekuatan luluh geser dengan kekuatan luluh tarik

adalah sebagai berikut:

15

BAB III

Prinsip Tegangan dan Regangan Secara Lengkap

3.1. Pengenalan

Komponen mesin, kendaraan, dan struktur bangunan didesain untuk menahan beban

tarik, tekan, tekuk, putar, dan kombinasinya. Desainer harus meyakinkan bahwa material dari

komponen tersebut tidak mengalami kegagalan akibat beban tersebut. Untuk menyelesaikan

ini, lokasi dimana beban paling besar harus diidentifikasi.

3.2. Beban pada bidang

Anggap ada sebuah elemen dari sebuah komponen dan asumsikan ada sumbu x-y-z. Pada

elemen ini mempunyai enam komponen beban, yaitu σx, σy, σz, τxy, τyz, τxz.. Jika ketiga

komponen dari beban beraksi pada satu permukaan, suatu beban pada bidang akan muncul.

3.2.1. Rotasi dari sumbu koordinat

Suatu beban pada bidang dapat juga digambarkan pada sistem koordinat yang lain

seperti x’-y’. Sistem koordinat ini tergantung pada sistem yang asli, tetapi ada sudut

perputaran θ, dan nilai dari komponen beban berubah menjadi σ’x, σ’y, τ’xy di sistem

koordinat yang baru.

3.2.2. Tegangan Pokok

Persamaan yang dikembangkan memberikan variasi dari σ dan τ, dengan arah pada

material, arah ditentukan oleh sudut θ relatif terhadap sistem koordinat x-y yang asli.

Nilai maksimum dan minimum dari σ dan τ sangat penting dan dapat didapat dengan

menganalisis berbagai θ.

3.2.3. Mohr’s Circle

Sebuah representasi grafis dari persamaan transformasi untuk beban pada bidang

telah dikembangkan oleh Otto Mohr pada tahun 1880. Pada koordinat σ versus τ

persamaan ini dapat ditampilkan sebagai sebuah lingkaran yang disebut Mohr’s Circle.

14

3.3. Beban pada kondisi tiga dimensi

Pada kasus umum tiga dimensi, keenam komponen beban dapat muncul, σx, σy, σz, τxy, τyz,

τxz.. Penurunan dari komponen tersebut dapat dicari untuk mendapatkan persamaan

transformasi yang memungkinkan pemilihan sumbu-sumbu koordinat dalam tiga dimensi.

3.3.1. Beban Normal Pokok

Seperti beban pada bidang, pilihan istimewa dari sistem koordinat dimana beban

normal maksimum dan minimum terjadi, serta tidak ada beban geser sama sekali. Sistem

koordinat ini disebut sumbu pokok. Dari beban normal σ1, σ2, dan σ3, pada sumbu-sumbu

ini, satu adalah nilai maksimumnya, dan yang lainnya adalah beban normal minimum,

dan yang ketiga adalah nilai menengah.

3.3.2. Beban Geser Pokok

Anggap sebuah bidang memiliki dua beban normal, seperti σ2, σ3. Beban geser

maksimum pada bidang ini terjadi pada satuan kubus yang terputar 45 derajat terhadap

sumbu beban pokok sisanya (σ1). Beban geser pokok ini kemudian diputar 45 derajat dari

sumbu beban normal pokok σ2, dan σ3.

3.4. Beban pada bidang dianggap sebagai kasus tiga-dimensi

Beban pada bidang adalah kondisi dimana sumbu-sumbu kordinat menghasilkan

tegangan bukan nol pada komponen dibatasi oleh sebuah bidang, seperti bidang x-y, jadi σz =

τyz = τzx = 0. Jika beban normal pokok pada bidang x-y adalah σ1, dan σ2. Kemudian beban

pokok ketiga σ3 adalah nol.

3.5. Beban pada bidang oktahedral

Anggap ada sebuah bidang miring dimana sumbu x-y-z bertepatan dengan sumbu beban

normal pokok (1,2,3). Beban normal pada bidang miring adalah σ1 dan beban geser

digambarkan sebagai nilai tunggal τ. Arah dari normal terhadap bidang miring ditentukan

oleh sudut α, β, dan γ diantara sumbu normal ini dan masing-masing sumbu pokok.

Untuk kasus spesial α = β = γ, bidang miring tersebut memotong sumbu pokok pada

jarak yang sama dari titik asal. Bidang spesial ini disebut bidang oktahedral.

Beban normal pada bidang ini dapat ditampilkan sebagai rata-rata dari beban normal

pokok. Nilai dari beban rata-rata ini disebut beban normal oktahedral atau beban hidrostatik.

15

3.5.1. Regangan Pokok

Regangan normal pokok dan Regangan geser pokok terjadi seperti tegangan.

14

Daftar Pustaka

Callister, willian D. 2001. Material science and engineering an introduction. United state

Amerika: John Wiley And Son, Inc.

Dowling, Norman E. 1990. Mechanical Behavior of Materials. New York, Prentice Hall

International Edition

http:// wikipedia.com /20 09 /pengujian-kekerasan.html

15