Category Archives: Ilmu Bahan

Titik luluh (yield point) dan kekuatan luluh (yield strength)

Titik ini merupakan suatu batas dimana material akan terus mengalami deformasi tanpa adanya penambahan beban. Tegangan (stress) yang mengakibatkan bahan menunjukkan mekanisme luluh ini disebut tegangan luluh (yield stress). Titik luluh ditunjukkan oleh titik Y pada Gambar  di atas. Gejala luluh umumnya hanya ditunjukkan oleh logam-logam ulet dengan struktur Kristal BCC dan FCC yang membentuk interstitial solid solution dari atom-atom carbon, boron, hidrogen dan oksigen. Interaksi antara dislokasi dan atom-atom tersebut menyebabkan baja.

Kurva tegangan-regangan dari sebuah benda uji terbuat baja ulet

Kurva tegangan-regangan dari sebuah benda uji terbuat baja ulet

ulet eperti mild steel menunjukkan titik luluh bawah (lower yield point) dan titik luluh atas (upper yield point). Baja berkekuatan tinggi dan besi tuang yang getas umumnya tidak memperlihatkan batas luluh yang jelas. Untuk menentukan kekuatan luluh material seperti ini maka digunakan suatu metode yang dikenal sebagai Metode Offset. Dengan metode ini kekuatan luluh (yield strength) ditentukan sebagai tegangan dimana bahan memperlihatkan batas penyimpangan/deviasi tertentu dari proporsionalitas tegangan dan regangan . Pada Gambar  di bawah ini garis offset OX ditarik paralel dengan OP, sehingga perpotongan XW dan kurva tegangan-regangan memberikan titik Y sebagai kekuatan luluh. Umumnya garis offset OX diambil 0.1 – 0.2% dari regangan total dimulai dari titik O.

Kurva tegangan-regangan dari sebuah benda uji terbuat dari bahan getas

Kekuatan luluh atau titik luluh merupakan suatu gambaran kemampuan bahan menahan deformasi permanen bila digunakan dalam penggunaan struktural yang melibatkan pembebanan mekanik seperti tarik, tekan bending atau puntiran

Mode-Mode Perpatahan

Selain berdasarkan jenis dan tipenya, perpatahan dapat pula diklasifikasikan berdasarkan arah beban yang diberikan terhadap material. Kita dapat menggambarkan arah tersebut sebagai berikut :

1. Mode I (opening shear)

Perpatahan pada shockbreaker

Merupakan perpatahan akibat pemberian beban yang mengakibatkan tegangan yang arahnya tegak lurus dengan bidang perpatahan dan tegangan tersebut berada pada posisi yang sejajar berlawanan arah pada masingmasing sisi dari bahan. Contoh : perpatahan pada shock breaker

2. Mode II (In-Plane Shear)

Mode II In plane shear

Pada mode ini tegangan terjadi dari bahan artinya melintang terhadap arah perpatahan. Hal ini terjadi karena beban diberikan tidak sejajar dan berlawanan arah pada kedua ujung material, sehingga seakan-akan terjadi sliding. Contoh : perpatahan pada kopling gesek

3. Mode III (Out-Plane Shear)

Mode III Out plane shear

Pada mode ini, tegangan terjadi dari bahan (vertical), dimana tegangan tersebut berada pada arah yang tidak sejajar dan berlawanan arah. (Duta, 2011) Contoh : perpatahan pada roda gigi.

Jenis-Jenis Perpatahan

Adapun jenis-jenis perpatahan yang dapat terjadi pada spesimen uji dalam pengujian impak antara lain :

1. Patah ulet (Ductile Fracture) Patah ulet adalah patahan disertai perubahan bentuk plastis (plastis deformation).

Patah ulet

Secara makroskopis, ciri-ciri patah ulet antara lain :

  • Terjadi deformasi plastis yang cukup besar sebelum patah
  • Bidang geser (shear lip) biasanya tampak atau diketemukan pada akhir patahan
  • Permukaan patahan berserat (fibrous) atau silky texture, tergantung pada jenis material
  • Penampang melintang di daerah patahan biasanya berkurang karena pengecilan penipisan (necking)
  • Pertumbuhan retak berjalan lambat

2. Patah Getas (Brittle fracture)

Patah getas

Patah rapuh terjadi apabila material logam pada saat patah tidak mengalami perubahan bentuk plastis atau pengecilan penampang. Secara makroskopis, ciri-ciri patah rapuh antara lain :

  • Tidak ada atau terjadi sedikit deformasi plastis
  • Permukaan patahan umumnya datar dan tegak lurus terhadap permukaan komponen
  • Struktur patahan bentuk granular atau kristalin dan merefisikan cahaya Retak tumbuh/menjalar cepat, dan sering disertai suara keras.

Tipe-Tipe Perpatahan

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. 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 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.

Adapun tipe-tipe perpatahan yang dapat terjadi pada spesimen uji dalam pengujian impak antara lain :

Patah transgranular atau patah lelah

Patah transgranular atau patah lelah

1.Perpatahan transgranular

Perpatahan transgranular atau juga disebut patah lelah yang umumnya terjadi pada struktur body center cubic yang dibuat pada temperatur rendah. Perpatahan Transgranular merupakan perpatahan yang terjadi akibat retakan yang merambat didalam butiran material

2.Perpatahan intergranular

Perpatahan intergranular yaitu perpatahan yang terjadi akibat retakan yang merambat diantara butiran material yang kerap dikatakan sebagai perpatahan khusus. Pada berbagai paduan didapatkan berbagai keseimbangan yang sangat peka antara tegangan yang diperlukan untuk perambatan retak dengan pembelahan dan tegangan yang diperlukan untuk perpatahan rapuh sepanjang batas butir.

Hal-Hal Yang Mempengaruhi Impak

Adapun hal-hal yang mempengaruhi impak/ketangguhan suatu bahan dapat terjadi karena antara lain :

1. Bentuk takikan

Bentuk takikan amat berpengaruh pada ketangguahan suatu material, karena adanya perbedaan distribusi dan konsentrasi tegangan pada masingmasing takikan tersebut yang mengakibatkan energi impak yang dimilikinya berbeda-beda pula. Berikut ini adalah urutan energi impak yang dimiliki oleh suatu bahan berdasarkan bentuk takikannya.

2. Kadar Karbon

Material yang memiliki kadar karbon yang tinggi memiliki sifat yang kuat dan getas sehingga membutuhkan energi yang tidak besar sedangkan material yang kadar karbonnya rendah memiliki sifat yang ulet dan lunak sehingga membutuhkan energi yang besar dalam perpatahannya.

3. Beban

Semakin besar beban yang diberikan , maka energi impak semakin kecil yang dibutuhkan untuk mematahkan spesimen, dan demikian pun sebaliknya. Hal ini diakibatkan karena suatu material akan lebih mudah patah apabila dibebani oleh gaya yang sangat besar.

4. Temperatur

Semakin tinggi temperatur dari spesimen, maka ketangguhannya semakin tinggi dalam menerima beban secara tiba-tiba, demikian pun sebaliknya, dengan temperatur yang lebih rendah. Namun temperatur memiliki batas tertentu dimana ketangguhan akan berkurang dengan sendirinya.

5. Transisi ulet rapuh

Hal ini dapat ditentukan dengan berbagai cara, misalnya kondisi struktur yang susah ditentukan oleh sistem tegangan yang bekerja pada benda uji yang bervariasi, tergantung pada cara pengusiaannya. sehingga harus digunakan sistem penekanan yang berbeda dalam berbagai persamaan.

6. Efek komposisi ukuran butir

Ukuran butir berpengaruh pada kerapuhan, sesuai dengan ukuran besarnya. Semakin halus ukuran butir maka bahan tersebut akan semakin rapuh sedangkan bila ukurannya besar maka bahan akan ulet.

7. Perlakuan panas dan perpatahan

Perlakuan panas umumnya dilakukan untuk mengetahui atau mengamati besar-besar butir benda uji dan untuk menghaluskan butir. Sedangkan untuk menambah keuletan suatu bahan dapat dilakukan dengan penambahan logam.

8. Pengerasan kerja dan pengerjaan radiasi

Pengerasan kerja terjadi yang ditimbulkan oleh adanya deformasi plastis yang kecil pada temperatur ruang yang melampaui batas atau tidak luluh dan melepaskan sejumlah dislokasi serta adanya pengukuran keuletan pada temperatur rendah. Pengerasan kerja ini akan menimbulkan berapakah pada logam karena peningkatan komplikasi akibat pembentukan dislokasi yang saling berpotongan

Pengelompokan pengujian impak

Para peneliti kepatahan getas logam telah menggunakan berbagai bentuk benda uji untuk pengujian impak bertakik. Secara umum benda uji dikelompokkan kedalam dua golongan standar Antara lain :

1. metoda charpy

Peletakan spesimen berdasarkan metoda charpy

Peletakan spesimen berdasarkan metoda charpy

Pada metoda ini banyak digunakan di Amerika Serikat, dan merupakan cara pengujian dimana spesimen dipasang secara horizontal dengan kedua ujungnya berada pada tumpuan, sedangkan takikan pada spesimen diletakkan di tengah-tengah dengan arah pembebanan tepat diatas takikanPada metoda memiliki beberapa kelebihan seperti:

  • lebih mudah dipahami dan dilakukan
  • Menghasilkan tegangan uniform di sepanjang penampang
  • Harga alat lebih murah
  • Waktu pengujian lebih singkat

dan memiliki beberapa kekurangan seperti :

  • Hanya dapat dipasang pada posisi horizontal
  • Spesimen dapat bergeser dari tumpuannya karena tidak dicekam
  • Pengujian hanya dapat dilakukan pada spesimen yang kecil
  • Hasil pengujian kurang dapat atau tepat dimanfaatkan dalam perancangan karena level tegangan yang diberikan tidak rata.

2. Metoda Izood

Peletakan spesimen berdasarkan metoda izood

Peletakan spesimen berdasarkan metoda izood

Pada metoda ini banyak digunakan di Eropa terutama Inggris dan merupakan cara dimana specimen berada pada posisi vertical pada tumpuan dengan salah satu ujungnya dicekam dengan arah takikan pada arah gaya tumbukan. Tumbukan pada specimen dilakukan tidak tepat pada pusat takikan melainkan pada posisi agak diatas dari takikan

Pada metoda memiliki beberapa kelebihan seperti:

  • Tumbukan tepat pada takikan karena benda kerja dicekam
  • Dapat menggunakan spesimen dengan ukuran yang lebih besar.
  • Spesimen tidak mudah bergeser karena dicekam pada salah satu ujungnya

dan memiliki beberapa kekurangan seperti :

  • Biaya pengujian yang lebih mahal
  • Pembebanan yang dilakukan hanya pada satu ujungnya, sehingga hasil yang diperoleh kurang baik
  • Waktu yang digunakan cukup banyak karena prosedur pengujiannya yang banyak, mulai dari menjepit benda kerja sampai tahap pengujian

Pengertian Pengujian Impak

Material mungkin mempunyai kekuatan tarik tinggi tetapi tidak tahan dengan beban kejut. Untuk menentukannya perlu diadakan pengujian impak. Ketahanan impak biasanya diukur dengan metode Charpy atau Izood yang bertakik maupun tidak bertakik. Beban diayun dari ketinggian tertentu untuk memukul benda uji, yang kemudian diukur energi yang diserap oleh perpatahannya.

Ilustrasi skematis pengujian Impak

Impact test merupakan suatu pengujian yang dilakukan untuk menguji ketangguhan suatu specimen bila diberikan beban secara tiba-tiba melalui tumbukan. Ketangguhan adalah ukuran suatu energy yang diperlukan untuk mematahkan atau merusak suatu bahan yang diukur dari luas daerah dibawah kurva tegangan regangan. Suatu bahan mungkin memiliki kekuatan tarik yang tinggi tetapi tidak memenuhi syarat untuk kondisi pembebanan kejut. Suatu paduan memiliki parameter ketangguhan terhadap perpatahan yang didefinisikan sebagai kombinasi tegangan kritis dan panjang retak

Prinsip pengujian impak ini adalah menghitung energy yang diberikan oleh beban(pendulum) dan menghitung energi yang diserap oleh spesimen. Pada saat beban dinaikkan pada ketinggian tertentu, beban memiliki energi potensial maksimum, kemudian saat akan menumbuk spesimen energi kinetik mencapai maksimum. Energi kinetik maksimum tersebut akan diserap sebagian oleh spesimen hingga specimen tersebut patah.

Nilai Harga Impak pada suatu spesimen adalah energi yang diserap tiap satuan luas penampang lintang spesimen uji.

Pengujian impak Charpy

Pengujian impak Charpy banyak dipergunakan untuk menentukan kualitas bahan. Batang uji dengan takikan 2 mmV, paling banyak dipakai. Di samping itu lebih dari 30 jenis diusulkan termasuk jenis yang memancing retak lelah. Gb. 1.24 menunjukkan satu dari contoh hasil pengujian dengan mempergunakan batang uji terbuat dari baja lunak dengan takikan 2 mmV.

Pengujian impak CharpyHasil yang paling penting adalah temperatur transisi, menurut berbagai spesifikasi seperti ditunjukkan dalam gambar. Gambar ini menunjukkan juga contoh khas pada perubahan kurva beban-waktu di setiap temperatur pengujian. Di masa silam, pada pengggunaan bahan, sering menyatakan dengan energi yang diabsorb dan perbandingan patah getas pada satu temperatur yang mendekati temperatur kerja dari komponen mesin yang dipakai, sebagai contoh pada OoC, hal ini hanya merupakan keuletan (secara eksperimen).

Pengujian patah yang umum biasanya ditentukan oleh tegangan yang diperlukan untuk mematahkan, tetapi pada pengujian Charpy adalah energi yang diperlukan untuk mematahkan, jadi dipandang dari sudut ini pengujian Charpy dapat dianggap cara pengujian yang maju

Pengujian tekan statik

Pada umumnya kekuatan tekan lebih tinggi dari kekuatan tarik sehingga pada perencanaan cukup mempergunakan kekuatan tarik. Tetapi kalau suatu komponen hanya menerima beban tekan saja dan dirancang berdasarkan kekuatan tarik saja, kadang-kadang perhitungan menghasilkan dimensi yang berlebihan. Jadi dalam hal tersebut pengujian tekan masih diperlukan.

Pada pengujian tekan, apabila ada eksentrisitas, ia akan bertambah besar ketika deformasi berlangsung, maka perlu suatu cara agar tidak terjadi eksentrisitas, jadi hanya bekerja gaya aksial saja. Gb. l.l4 menyatakan cara pengujian tekan 1’ang disarankan oleh ASTM. Selanjutnya tegangan yang tepat sukar didapat karena batang uji berdeformasi menjadi bentuk tong disebabkan adanya gesekan antara landasan dan batang uji atau terjadi tekukan (buckling), karena itu beberapa percobaan dibuat seperti ditunjukkan dalam Gb. l.l5 dan 1.16. Baru-baru ini diketemukan bahan yang baik terbuat dari keramik sebagai landasan dari silika, yang memberikan pengaruh

Pengujian Tekan Pengujian tekan memakai batang uji tambahan