Minggu, 27 Februari 2011

Uji Tarik

PENDAHULUAN
Dalam kehidupan sehari-hari pemakaian logam biasanya berdasarkan sifat yang dimiliki logam tersebut contoh pada pembuatan konstruksi untuk jembatan dibutuhkan logam yang kuat dan tangguh berbeda dengan pemakaian logam untuk pagar rumah yang tidak terlalu memperhatikan sifat mekaniknya. Contoh-contoh sifat mekanik adalah kekuatan tarik, kekerasan, keuletan dan ketangguhan. Pengujian sifat-sifat mekanik ini dapat dilakukan dengan pengujian mekanik. Salah satu pengujian yang digunakan untuk mengetahui sifat mekanis logam adalah uji tarik (tensile test). Uji tarik adalah suatu metode yang digunakan untuk menguji kekuatan suatu bahan/material dengan cara memberikan beban gaya yang berlawanan arah. Hasil yang didapatkan dari pengujian tarik sangat penting untuk rekayasa teknik dan desain produk karena mengahsilkan data kekuatan material. Pengujian uji tarik digunakan untuk mengukur ketahanan suatu material terhadap gaya statis yang diberikan secara lambat.Sifat mekanis logam yang dapat diketahui setelah proses pengujian ini seperti kekuatan tarik, keuletan dan ketangguhan.
Pengujian tarik sangat dibutuhkan untuk menentukan desain suatu produk karena menghasilkan data kekuatan material. Pengujian tarik banyak dilakukan untuk melengkapi informasi rancangan dasar kekuatan suatu bahan dan sebagai data pendukung bagi spesifikasi bahan. Karena dengan pengujian tarik dapat diukur ketahanan suatu material terhadap gaya statis yang diberikan secara perlahan.




Pengujian tarik ini merupakan salah satu pengujian yang penting untuk dilakukan, karena dengan pengujian ini dapat memberikan berbagai informasi mengenai sifat-sifat logam. Dalam bidang industri juga diperlukan pengujian tarik ini untuk mempertimbangkan faktor metalurgi dan faktor mekanis yang tercakup dalam proses perlakuan terhadap logam jadi, untuk memenuhi proses selanjutnya.
Oleh karena pentingnya pengujian tarik ini, kita sebagai mahasiswa metalurgi hendaknya mengetahui mengenai pengujian ini. Dengan adanya kurva tegangan regangan kita dapat mengetahui kekuatan tarik, kekuatan luluh, keuletan, modulus elastisitas, ketangguhan, dan lain-lain. Pada pegujian tarik ini kita juga harus mengetahui dampak pengujian terhadap sifat mekanis dan fisik suatu logam. Dengan mengetahui parameter-parameter tersebut maka kita dapat data dasar mengenai kekuatan suatu bahan atau logam.
TINJAUAN PUSTAKA


2.1 Uji Tarik
Uji tarik adalah suatu metode yang digunakan untuk menguji kekuatan suatu bahan/material dengan cara memberikan beban gaya yang berlawanan arah dalam satu garis lurus.. Hasil yang didapatkan dari pengujian tarik sangat penting untuk rekayasa teknik dan desain produk karena mengahasilkan data kekuatan material. Pengujian uji tarik digunakan untuk mengukur ketahanan suatu material terhadap gaya statis yang diberikan secara lambat. Mekanisme proses uji tarik seperti pada Gambar 2.1
















Gambar 2.1. Mesin uji tarik dilengkapi spesimen ukuran standar.

Seperti pada Gambar 2.1 benda yang di uji tarik diberi pembebanan pada kedua arah sumbunya. Pemberian beban pada kedua arah sumbunya diberi beban yang sama besarnya. Beban yang diberikan pada bahan yang di uji ditransmisikan pada pegangan bahan yang di uji. Dimensi dan ukuran pada benda uji disesuaikan dengan standar baku pengujian.
75 mm


50 mm


Gambar 2.2 Dimensi dan ukuran spesimen untuk uji tarik

Kurva tegangan-regangan teknik dibuat dari hasil pengujian yang didapatkan.











Gambar 2.3 Contoh kurva uji tarik



2.1 Sifat-Sifat Logam Pada Uji Tarik (Tensile Properties)
Pengujian dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat mekanis suatu material, khususnya logam diantara sifat-sifat mekanis yang dapat diketahui dari hasil pengujian tarik adalah sebagai berikut:
1. Kekuatan tarik
2. Kuat luluh dari material
3. Keuletan dari material
4. Modulus elastic dari material
5. Kelentingan dari suatu material
6. Ketangguhan.

1. Kekuatan Tarik
Kekuatan tarik atau kekuatan tarik maksimum (Ultimate Tensile Strength) (UTS) adalah beban maksimum dibagi luas penampang lintang awal benda uji.
………………………………………………………… (1)
di mana Su = Kuat tarik
Pmaks = Beban maksimum
A0 = Luas penampang awal
Untuk logam-logam yang liat kekuatan tariknya harus dikaitkan dengan beban maksimum dimana logam dapat menahan sesumbu untuk keadaan yang sangat terbatas.
Tegangan tarik adalah nilai yang paling sering dituliskan sebagai hasil suatu uji tarik, tetapi pada kenyataannya nilai tersebut kurang bersifat mendasar dalam kaitannya dengan kekuatan bahan. Untuk logam-logam yang liat kekuatan tariknya harus dikaitkan dengan beban maksimum, di mana logam dapat menahan beban sesumbu untuk keadaan yang sangat terbatas. Akan ditunjukkan bahwa nilai tersebut kaitannya dengan kekuatan logam kecil sekali kegunaannya untuk tegangan yang lebih kompleks, yakni yang biasanya ditemui. Untuk berapa lama, telah menjadi kebiasaan mendasarkan kekuatan struktur pada kekuatan tarik, dikurangi dengan faktor keamanan yang sesuai.
Kecenderungan yang banyak ditemui adalah menggunakan pendekatan yang lebih rasional yakni mendasarkan rancangan statis logam yang liat pada kekuatan luluhnya. Akan tetapi, karena jauh lebih praktis menggunakan kekuatan tarik untuk menentukan kekuatan bahan, maka metode ini lebih banyak dikenal, dan merupakan metode identifikasi bahan yang sangat berguna, mirip dengan kegunaan komposisi kimia untuk mengenali logam atau bahan. Selanjutnya, karena kekuatan tarik mudah ditentukan dan merupakan sifat yang mudah dihasilkan kembali (reproducible). Kekuatan tersebut berguna untuk keperluan spesifikasi dan kontrol kualitas bahan. Korelasi empiris yang diperluas antara kekuatan tarik dan sifat-sifat bahan misalnya kekerasan dan kekuatan lelah, sering dipergunakan. Untuk bahan-bahan yang getas, kekuatan tarik merupakan kriteria yang tepat untuk keperluan perancangan.

2. Pengukuran Batas Luluh (Yielding)
Batas luluh adalah titik yang menunjukkan perubahan dari deformasi elastis ke deformasi plastis.Tegangan dimana deformasi atau batas luluh mulai teramati tergantung pada kepekaan pengukuran regangan.Telah digunakan berbagai kriteria permulaan batas luluh tergantung pada ketelitian pengukuran tegangan dan data-data yang digunakan.
1. Batas elastik sejati berdasarkan pada pengukuran regangan mikro pada skala regangan 2 X 10-6 inci/inci. Batas elastik nilainya sangat rendah dan dikaitkan dengan gerakan beberapa ratus dislokasi.
2. Batas proporsional adalah tegangan tertinggi untuk daerah hubungan proporsional antara tegangan-regangan. Harga ini diperoleh dengan cara mengamati penyimpangan dari bagian garis lurus kurva tegangan-regangan.
3. Batas elastik adalah tegangan terbesar yang masih dapat ditahan oleh bahan tanpa terjadi regangan sisa permanen yang terukur pada saat beban telah ditiadakan. Dengan bertambahnya ketelitian pengukuran regangan, nilai batas elastiknya menurun hingga suatu batas yang sama dengan batas elastik sejati yang diperoleh dengan cara pengukuran regangan mikro. Dengan ketelitian regangan yang sering digunakan pada kuliah rekayasa (10-4 inci/inci), batas elastik lebih besar daripada batas proporsional. Penentuan batas elastik memerlukan prosedur pengujian yang diberi beban-tak diberi beban (loading-unloading) yang membosankan.
4. Kekuatan luluh adalah tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah kecil deformasi plastis yang ditetapkan. Definisi yang sering digunakan untuk sifat ini adalah kekuatan luluh ofset ditentukan oleh tegangan yang berkaitan dengan perpotongan antara kurva tegangan-regangan dengan garis yang sejajar dengan elastis ofset kurva oleh regangan tertentu. Di Amerika Serikat ofset biasanya ditentukan sebagai regangan 0,2 atau 0,1 persen (e = 0,002 atau 0,001).
so = F (ofset regangan = 0,002) ............................. (2)
Ao
Cara yang baik untuk mengamati kekuatan luluh ofset adalah setelah benda uji diberi pembebanan hingga 0,2% kekuatan luluh ofset dan kemudian pada saat beban ditiadakan maka benda ujinya akan bertambah panjang 0,1 sampai dengan 0,2%, lebih panjang daripada saat dalam keadaan diam.
Tegangan ofset di Britania Raya sering dinyatakan sebagai tegangan uji (proff stress), di mana harga ofsetnya 0,1% atau 0,5%. Kekuatan luluh yang diperoleh dengan metode ofset biasanya dipergunakan untuk perancangan dan keperluan spesifikasi, karena metode tersebut terhindar dari kesukaran dalam pengukuran batas elastik atau batas proporsional.
Beberapa bahan pada dasarnya tidak mempunyai bagian linier pada kurva tegangan-regangannya, misal tembaga lunak atau besi cor kelabu. Untuk bahan-bahan demikian, metode ofset tidak dapat digunakan dan untuk pemakaian praktis, kekuatan luluh didefinisikan sebagai tegangan yang diperlukan untuk menghasilkan regangan total tertentu, misalnya ε = 0,005.




3. Pengukuran Keuletan.
Keuleten adalah kemampuan suatu bahan untuk menahan beban pada daerah plastis tanpa terjadi perpatahan. Secara umum pengukuran keliatan dilakukan untuk memenuhi kepentingan tiga buah hal:
1. Untuk menunjukan perpanjangan di mana suatu logam dapat berdeformasi tanpa terjadi patah dalam suatu proses suatu pembentukan logam, misalnya pengerolan dan ekstrusi.
2. Untuk memberi petunjuk secara umum kepada perancang mengenai kemampuan logam untuk mengalir secara pelastis sebelum patah.
3. Sebagai petunjuk adanya perubahan permukaan kemurnian atau kondisi pengolahan.

4. Modulus Elastisitas
Modulus Elastisitas adalah ukuran kekuatan suatu bahan akan keelastisitasannya. Makin besar modulus, makin kecil regangan elastik yang dihasilkan akibat pemberian tegangan.Modulus elastisitas ditentukan oleh gaya ikat antar atom, karena gaya-gaya ini tidak dapat dirubah tanpa terjadi perubahan mendasar pada sifat bahannya. Maka modulus elastisitas salah satu sifat-sifat mekanik yang tidak dapat diubah. Sifat ini hanya sedikit berubah oleh adanya penambahan paduan, perlakuan panas, atau pengerjaan dingin.
Secara matematis persamaan modulus elastic dapat ditulis sebagai berikut.
………………………………………. (3)
dimana  = tegangan
ε = regangan






Tabel 1.1 Harga modulus elastisitas pada berbagai suhu

Bahan Modulus elastisitas, psi x 106
Suhu kamar 4000 F 8000 F 10000 F 12000 F
Baja karbon
Baja tahan karat austenit
Paduan titanium
Paduan aluminium 30,0
28,0
16,5
10,5 27,0
25,5
14,0
9,5 22,5
23,0
10,7
7,8 19,5
22,5
10,1 18,0
21,0


5. Kelentingan (Resilience)
Kelentingan adalah kemampuan suatu bahan untuk menyerap energi pada waktu berdeformasi secara elastis dan kembali ke bentuk awal apabila bebannya dihilangkan. Kelentingan biasanya dinyatakan sebagai modulus kelentingan, yakni energi regangan tiap satuan volume yang dibutuhkan untuk menekan bahan dari tegangan nol hingga tegangan luluh σ0. Untuk menentukan nilai modulus kelentingan dapat dapat digunakan persamaan sebagai berikut.

U0 = ½ σx ex ................................................. ....... (4)

Dari definisi diatas , modulus kelentingan adalah :
UR = ½ soeo = ½ so so = so2 ................... (5)
E 2E
Persamaan ini menunjukan bahwa bahan ideal untuk menahan beban ebergi pada pemakaian di mana bahan tidak mengalami deformasi permanen, misal pegas mekanik, adalah data bahan yang memiliki tegangan luluh tinggi dan modulus elastisitas rendah. Tabel 2 memberikan beberapa modulus kelentingan untuk berbagai bahan.




Tabel 2.1 Modulus kelentingan untuk berbagai bahan

Bahan E, Psi so, Psi Modulus kelentingan UR
Baja karbon rendah 30 X 106 45,000 33,7
Baja pegas karbon tinggi 30 X 106 140,000 320
Duralumunium 10,5 X 106 18,000 17
Tembaga 16 X 106 4,000 5,3
Karet 150 300 300
Polimer akrilik 0,5 X 106 2,000 4,0


6. Ketangguhan (Toughness)
Ketangguhan (Toughness) adalah kemampuan menyerap energi pada daerah plastik. Kemampuan untuk menahan beban yang kadang-kadang diatas tegangan luluh tanpa terjadi patah, dan khususnya diperlukan pada bagian–bagian rantai, roda gigi, kopling mobil barang, dan cangkuk kran. Pada umumnya ketangguhan menggunakan konsep yang sukar dibuktikan atau didefinisikan. Salah satu menyatakan ketangguhan adalah meninjau luas keseluruhan daerah di bawah kurva tegangan-regangan. Luas ini menunjukan jumlah energi tiap satuan volume yang dapat dikenakan kepada bahan tanpa mengakibatkan pecah. Baja pegas karbon tinggi mempunyai kekuatan luluh dan kekuatan tarik lebih tinggi dibandingkan baja struktur karbon menengah. Akan tetapi baja struktur lebih liat dan memiliki perpanjangan total lebih besar. Luas keseluruhan daerah dibawah kurva tegangan-regangan lebih besar untuk baja struktur, oleh karena itu baja struktur merupakan bahan yang lebih tangguh. Hal ini menunjukan bahwa ketangguhan adalah parameter yang terdiri dari dua hal yakni tegangan dan keliatan. Terdapat beberapa cara pendekatan matematik untuk menentukan luas daerah di bawah kurva tegangan- regangan. Luas dibawah kurva dapat didekati dengan persamaan- persamaan berikut :


UT ≈ su ef ...................................... (6)
UT ≈ so + su ef .......................................... (7)
2
Untuk logam- logam getas, kadang-kadang tegangan-regangan dianggap sebagai parabola, dan luas daerah di bawah kurva diberikan oleh persamaan
UT = 2/3 su ef ........................................... (8)
Semua hubungan diatas hanya cara pendekatan untuk mengetahui luas daerah di bawah kurva regangan–tegangan. Kurva-kurva tersebut tidak menggambarkan perilaku yang sejati pada daerah plastis, karena pembuatan kurva didasarkan pada luas semula benda uji. Perbandingan antara regangan-tegangan suatu bahan dengan ketangguhannya tinggi dan rendah dapat kita lihat pada (gambar 3 ) dibawah ini :








Gambar 2.4 Perbandingan antara Kurva-kurva Tegangan-Regangan untuk Bahan
dengan Ketangguhannya Tinggi dan Rendah

2 komentar: