STUDI PENGARUH LAJU REGANGAN LINIER PADA UJI TARIK BAHAN BAJA KARBON RENDAH

Transkripsi

1 STUDI PENGARUH LAJU REGANGAN LINIER PADA UJI TARIK BAHAN BAJA KARBON RENDAH Hadoko 1) Program Diploma Tekik Mesi, Fakltas Tekik, Uiversitas Gadjah Mada 1 Jl. Yacarada Sekip Uit IV, Yogyakarta, Telepo (274) 64913, Fax. (274) haformal@yahoo.com 1) Abstrak Uji tarik merpaka jeis pegjia baha yag palig bayak dilakka tk megetahi sifat mekaik sat baha tekik. Dalam praktekya masih sedikit para praktisi pegjia baha yag memperhatika aspek da pegarh laj regaga terhadap data hasil ji tarik. Utk it peelitia ii dilaksaaka dega mempelajari pegarh variasi laj regaga liier ( e& )pada pegjia tarik. Pegjia dilakka dega megji kekata tarik baha baja karbo redah dega tiga variasi laj regaga liier yait,5,,62 da,165 detik-1. Spesime disiapka megikti stadar ASTM E8M dega gage legth 5 mm. Data beba da elogatio direkam tk setiap iterval wakt pegjia higga spesime pts. Hasil pegjia mejkka bahwa laj regaga liier mempegarhi kekata tarik baha. Semaki tiggi laj regaga liier, tegaga tarik maksimm da tegaga llhya aka semaki redah. Pada laj regaga liier,165 detik-1 ilai tegaga tarik maksimm palig redah yait mecapai pera 2,79 % dari tegaga tarik maksimm pada laj regaga liier,5 detik-1. Hal yag sama jga terjadi pada tegaga tarik llh dega pera higga 4,5 %. Sedagka data regaga daerah elastis tidak mejkka pegarh yag berarti dega selisih data terkr,1 higga,4 %. Utk regaga total terjadi pera higga 2,5 % saat baha megalami laj regaga tertiggi. Kata Kci : laj regaga liier, kekata tarik, regaga. PENDAHULUAN Latar Belakag Pada ilm baha tekik, ji tarik merpaka jeis pegjia yag palig bayak dilakka tk megetahi sifat mekaik. Data hasil ji tarik dijadika patoka dalam meetka parameter kekata da sifat yag lai. Sebagai cotoh ketika meracag tool dari baha baja, tool desiger dapat memperkiraka bahwa kekata geser sekitar 5 6 % dari data kekata llh hasil ji tarik (Nee, 1998). Terhadap kekerasa, tk baja karbo dapat diambil perkiraa bahwa kekerasa Briell (Briell Hardess Nmber) tiga kali kekata tarik (Schaffer et al, 1999). Dega demikia dapat dimegerti aka perlya pemahama yag baik da legkap atas pegjia tarik bagi egieer di bidag aplikasi mekaika da tekik material serta mafaktr. Dalam praktekya masih sedikit para praktisi pegjia baha (tertama baja) yag memperhatika aspek da pegarh strai rate (laj regaga) terhadap data hasil ji tarik. Utk it peelitia ii dilaksaaka dega mempelajari perilak mekaik baha ketika megalami laj regaga liier ( e& ) yag berbeda beda selama pegjia tarik berlagsg. Tijaa Pstaka Boyce da Dilmore (28) meeliti pegarh strai rate (dari,2 detik -1 higga 2 detik -1 ) pada empat macam baha baja ltrahigh-stregth. Pada baha AerMet 1 da HP9-4-2M, mereka melaporka pera keleta higga 1% sedagka baha ES- 1c mejkka peigkata keleta mecapai 25 %. Ditija dari kekata tarik, tegaga llh megalami peigkata sebesar 1 %. Pada baha kristal tggal fcc (face cetered cbic), Wag et al (28) meemka bahwa pada strai rate tiggi (1 4 higga 1 6 detik -1 ) terjadi peigkata pembetka desitas dislokasi da flow stress pada sema arah dimlai dari arah [111]. Selajtya pada baha getas, Mastilovic dkk. (27) medapatka hasil bahwa peigkata strai rate meyebabka peigkata kekata diamik dega trasisi dari evolsi kersaka acak mejadi pola kersaka determiistik. Utk baha o metalik berbagai peyelidika megeai pegarh strai rate telah dilakka. Sebagai cotoh adalah baha polimer (Chaléat et al, A-67

2 Prosidig Semiar Nasioal Tekoi 28 Bidag Tekik Mesi 28), komposit serat gelas/epoxy (Shokrieh da Omidi, 28), karet styree btadiee (Hoo Fatt da Oyag, 28) da keramik (Deshpade da Evas, 28). Dasar Teori Sat proses ji tarik dega gaya tarik F, peampag mla mla A, pajag mla mla dari spesime L serta elogatio L maka ketika parameter wakt dipertimbagka, egieerig stress (S) da egieerig strai (e) dapat diyataka sebagai berikt: F( t) L( t) S ( t) = ; e( t) = (1) A L Sedagka tre stress da tre strai diyataka dalam betk persamaa: σ = S ( 1+ e) ; = l( 1+ e) (2) Dari defiisi di atas didapat hbga sebagai berikt (Costa Mattos et al, 28): e& & = (3) 1 + e Persamaa mm flow stress σ dega sesitivitas terhadap strai rate adalah: σ = K& (4) dega K adalah kostata baha da merpaka faktor sesitivitas terhadap strai rate. Utk baha logam ferro, persamaa (4) diperbaiki lewat hbga semi logaritma berikt ii (Boyce da Dilmore, 28): σ = β. log( & ) + K (5) dega β merpaka parameter sesitivitas strai rate semi logaritma da K adalah kostata baha. Tja Peelitia Megetahi pegarh laj regaga liier ( e& ) terhadap kekata tarik da regaga pada baha baja karbo redah. CARA PENELITIAN Mla mla baha baja karbo redah dega,1%c dibat spesime sesai stadar ASTM E8M dega pajag ji (gage legth) 5 mm. Kemdia dilakka ji tarik pada tiga variasi laj regaga liier. Megigat bahwa mesi ji tarik yag digaka memerlka operasi maal tk megatr kecepata loadig lewat bkaa katp hidrolik maka selama pegjia data gaya tarik da elogatio direkam dega camcorder. Setelah tiga variasi kecepata loadig selesai dilakka, video rekama (25 frames per secod, fps) diaalisa tiap frame tk medapatka data gaya tarik da elogatio verss wakt. Pegambila data dimgkika dega meggaka peragkat lak ope sorce yait Media Player Classic yag memiliki kemampa avigasi tiap frame gambar dega mdah. Dari data elogatio verss wakt kemdia diolah dega regresi statistik tk medapatka besara laj regaga liier. Pegarh variasi laj regaga liier dapat dipelajari ketika membadigka data kekata tarik da regaga dari tiap variasi. HASIL PENELITIAN Dari data hasil pegjia mla mla dilakka peeta laj regaga liier tk tiga kategori berdasarka laj pembebaa yag lambat (slow) tk laj regaga liier redah, sedag (medim) tk laj regaga liier sedag da cepat (fast) tk laj regaga liier tiggi sebagai berikt: Regaga (mm/mm) y =.5x -.38 R 2 = Wakt (detik) Gambar 1. Peeta laj regaga liier kategori lambat dega tekik regresi liier. Regaga (mm/mm) y =.165x -.45 R 2 =.9952 y =.62x +.25 R 2 = Wakt (detik) Fast Medim Gambar 2. Peeta laj regaga liier kategori sedag da cepat dega tekik regresi liier. Hasilya diperoleh tiga besara katitatif laj regaga liier yait,5,,62 da,165 detik -1 tk ketiga kategori. Beriktya berdasarka kategori laj regaga liier tersebt, kekata tarik baha berbeda sebagaimaa ditampilka pada Tabel 1 berikt ii: A-68

3 ISBN : Yogyakarta, 22 November 28 Tabel 1. Data Kekata Tarik (Egieerig Stress) Laj Tegaga Tegaga Tegaga regaga Katego Llh, Maksim Pts, liier ri Sy m S SB (detik-1),5 Redah 179, ,21 189,228,62 Sedag 179,37 255, ,98,165 Tiggi 173, ,27 194,69 Utk regaga rekayasa (egieerig strai) diperoleh data (Tabel 2): Tabel 2. Data Regaga Rekayasa (Egieerig Strai) Laj regaga liier (detik -1 ) Kategori Regaga elastis (%) Regaga Total (%),5 Redah 4,32 36,42,62 Sedag 4,72 37,38,165 Tiggi 4,42 33,92 Setelah data diolah, hbga atara egieerig stress da egieerig strai adalah sebagai berikt: Stress Fast Medim Strai (%) Gambar 3. Krva Tegaga (S) vs Regaga (e) tk ketiga variasi laj regaga liier. PEMBAHASAN Agar lebih mdah dalam meija pegarh laj regaga liier terhadap tegaga da regaga, data peelitia diolah kembali dalam betk grafik (Gambar 4 da Gambar 5) agar tre data ampak lebih jelas. Hal ii dirasa perl megigat perbedaa ilai katitatifya tidak begit besar. Tegaga Laj regaga liier (1/detik) Tegaga Maksimm, σ Tegaga Pts, σb Tegaga Llh, σy Gambar 4. Pegarh laj regaga liier terhadap tegaga (S). Dari Gambar 4 ampak bahwa peigkata laj regaga liier aka merka kekata tarik maksimm baha. Pera tersebt mecapai 2,79 % dari laj regaga liier palig redah (,5 detik -1 ). Pada tolok kr yag lai, kekata tarik pts baha meigkat sebesar 3,17 % serta kekata tarik llh mer 4,5 % dari kodisi pembebaa dega laj regaga liier teredah. Hal ii mejkka bahwa laj regaga liier berpegarh terhadap perilak plastis baha. Secara sederhaa hbga tegaga da regaga pada ji tarik pada kodisi plastis dapat diyataka dega persamaa (4). Masalah timbl ketika disadari dalam pegjia dega variasi laj regaga liier ckp slit megkr diameter beda ji (tk medapatka ilai σ) megigat pada laj regaga liier tertiggi beda kerja pts haya dalam wakt 21 detik (Gambar 2). Meskip pada variasi yag lai ckp wakt tk megambil data, tapa adaya data tk laj regaga liier tertiggi aka meyebabka komparasi selrh variasi mejadi tidak memadai. Nam tk meghitg kostata K da dari persamaa (4) masih dapat dilakka secara aalitik. Nilai tidak mejadi masalah karea elogatio terkr secara cermat. Pada baha logam let, peyempita lokal terjadi mlai pada beba maksimm. Apabila persamaa peyempita lokal: d (6) σ = σ d digabgka dega persamaa (4) maka aka didapatka (Dieter, 1992): L + L = l = (7) L dega = tre strai saat beba maksimm, sehigga: σ = K. = K. A-69

4 Prosidig Semiar Nasioal Tekoi 28 Bidag Tekik Mesi Karea σ jga dapat diyataka sebagai (Dieter, 1992): σ = S. e maka: S. e = K. S K = ( ) e dega e = bilaga atral = 2,718. Berdasarka persamaa (7) da (8) maka diperoleh: Tabel 3. Tre Stress Laj regaga liier (detik-1) (8) Kalklasi kostata K da persamaa (4) (Gage Legth = L o = 5 mm) S Elog atio (mm) = K,5 258,21 13,68,24 465,75,62 255,918 13,59,24 46,65, ,27 13,23 443, σ = 465,75.,24 σ = 443,1. Fast Medim Tre Strai (mm/mm) Gambar 5. Krva Tre Stress vs Tre Strai tk ketiga variasi laj regaga liier berdasarka data pegjia da parameter aalitik pada Tabel 3. Dari Tabel 3 diketahi bahwa peigkata laj regaga liier meyebabka pera ilai K da ilai kostata strai hardeig () relatif tetap. Kostata K dapat jga disebt sebagai koefisie kekata (Dieter, 1992) sehigga pera ilai K mejelaska megapa kekata tarik da kekata llh baha mer. Karea data awal berpa L = 5 mm da data pegjia berpa elogatio dapat digaka tk meghitg da serta parameter,23 Medim σ = 46,65.,24 aalitik pada Tabel 3 digaka tk meghitg σ maka krva Tre Stress vs Tre Strai dapat digambar. Hasilya ampak pada Gambar 5 yag jga dega jelas mejkka pegarh laj regaga liier terhadap tre dari flow stress, σ. Sebalikya kekata tarik pts ampakya lebih tergatg bayak aspek daripada sekedar koefisie kekata. Aspek aspek tersebt melipti sifat aisotropi baha, ketaggha baha da sebagaiya sehigga memerlka stdi lebih komprehesif. Nam secara sederhaa dapat dijelaska bahwa meskip eergi kietik da eergi potesial deformasi yag dibthka adalah sama tk sema variasi laj regaga, pola pemafaataya berbeda. Pada laj regaga liier yag redah, eergi kietik lebih redah daripada eergi potesial deformasi. Maska eergi lebih bayak dibah mejadi eergi potesial deformasi. Respo diamik material berpa klster tggal pataha, dapat dibedaka dega retak mikro terlokalisir pada laj regaga yag tiggi (Mastilovic et al, 27). Dega demikia besarya eergi potesial deformasi megakibatka baha meyerap eergi lebih bayak sebelm patah. Proses peyempita lokal (eckig) berlagsg lebih lama da baha aka patah pada titik dega tegaga S yag lebih redah dari krva Krva Tegaga vs Regaga (Gambar 3). Meija bahwa kostata = tk beda padat plastis ideal, = 1 tk beda padat elastis da atara,1 higga,5 pada baha logam maka Tabel 3 mejkka bahwa beda yag diji lebih meojol sifat plastisya. Pada Gambar 6 dapat dihitg bahwa regaga elastis haya 13,3 % saja dari regaga total tk laj regaga liier tertiggi (agka yag tidak jah berbeda jga tk laj regaga liier yag lai). Regaga (%) Laj regaga liier (1/detik) Regaga elastis (%) Regaga Total (%) Gambar 6. Pegarh laj regaga liier terhadap regaga (e). Dari Gambar 6 pada batas elastis baha, perbaha regaga tidak sigifika yait haya,1 % higga,4 %. Meskip data regaga pada batas elastis ii petig tk perecaaa eleme mesi am perbaha yag kecil tersebt tidak perl dirisaka. Jika W & adalah kerja per sata volme baha ata las daerah dibawah krva tegaga vs regaga (Gambar A-7

5 ISBN : Yogyakarta, 22 November 28 7), e e regaga elastis serta S sebagai tegaga baha tepat dibawah S y (tegaga llh) sesai persamaa: e W & e 1 = S( e) de = S ee 2 (9) Gambar 7. Kerja per sata volme baha pada batasa sifat elastis baha. maka W & relatif sama tk sema variasi laj regaga liier yag diji. Utk jagkaa laj regaga liier dalam peelitia ii, pada daerah elastis, sfat baha baja yag diji idepede terhadap laj regaga liier serta parameter tersebt tidak mempegarhi trasisi elastis plastis baha. Megigat bahwa pada daerah elastis hkm Hooke masih berlak da kemiriga krva S = f(e) yait modls elastisitas (E) adalah sama ata kosta maka ketika persamaa: S = E. e (1) ditrka terhadap wakt (t) aka mejadi: ds de = E. dt dt S & = E. e& (11) Dega demikia dapat dikataka bahwa laj tegaga sebadig dega laj regaga liier meskip tegaga llh mer. Hal ii berai disimplka dega melihat pola kemiriga dari Gambar 3 yag mirip tk ketiga variasi laj regaga liier (berarti E kosta, idepede terhadap e& ), perbedaa ilai e e tidak sigifika serta bahwa tegaga llh sdah bka lagi tegaga pada batasa sifat elastis baha. Ditija dari regaga total, data mejkka selisih maksimal 3,46% dega kecederga pera regaga dari laj regaga liier sedag ke laj regaga liier tiggi. Terhadap laj regaga liier redah pera regaga pada laj regaga liier tiggi jga terjadi yait sebesar 2,5 %. Nilai katitatif tersebt relatif jah lebih redah dibadigka dega data Boyce da Dilmore yag mecapai pera 1 %. Peyebabya terletak pada jagkaa variasi strai rate yag digaka. Boyce da Dilmore megji dari kodisi pembebaa qasi-statik higga diamik. Membadigka jagkaa Boyce da Dilmore (,2 detik -1 higga 2 detik -1 ) dega peelitia ii (,5 higga,165 detik -1 ) dapat diperkiraka bahwa kodisi pembebaa yag digaka tidak jah dari kodisi pembebaa qasi-statik sehigga data pera regaga tidak meojol. Pera regaga total ii ketika dibadigka dega daerah elastis mejkka bahwa baha baja depede terhadap strai rate pada daerah plastis. Peyebabya didga karea ketaggha retak diperlemah oleh strai rate (Boyce da Dilmore, 28). Mekaisme ata iteraksi atara sifat ketaggha dega strai rate membthka stdi peelitia lebih lajt. KESIMPULAN Dari data hasil pegjia pegarh strai rate pada ji tarik baha baja 145, dapat disimplka bahwa: 1. Kekata tarik maksimm mer 2,79 %, kekata (tarik) llh mer 4,5 % seirig dega peigkata laj regaga liier. 2. Kekata tarik pts meigkat 3,17 % dega peigkata laj regaga liier. 3. Perbaha regaga pada batas elastis baha tidak sigifika (haya,1,4 %). Kerja per sata volme baha relatif sama tk sema variasi laj regaga liier yag diji. 4. Regaga total baha haya tr 2,5 % pada laj regaga liier tiggi tk jagkaa kodisi pembebaa qasi-statik. UCAPAN TERIMA KASIH Peeliti megcapka terima kasih kepada Triyoo, ST da Pji Priyaa, SST tk operasioal mesi ji tarik serta Ir. Ad. Srjaka Isp., MT atas peyediaa fasilitas peelitia di Labroratorim Baha Tekik Program Diploma Tekik Mesi, Fakltas Tekik, Uiversitas Gadjah Mada. Terima kasih jga disampaika kepada komitas pegembag peragkat lak ope sorce mltimedia dega prodk Media Player Classic yag memgkika dilakkaya aalisa gambar tiap detik iterval wakt dega mdah da mrah. DAFTAR PUSTAKA [1] Boyce, B.L., Dilmore, M.F., 28, The dyamic tesile behavior of togh, ltrahigh-stregth steels at strai-rates from.2 s -1 to 2 s -1, Iteratioal Joral of Impact Egieerig, Elsevier Ltd. [2] Chaléat et al, 28, Properties of a plasticised starch bled Part 2: Iflece of strai rate, temperatre ad moistre o the tesile yield behavior, Joral of Carbohydrate Polymers, Vol. 74, Elsevier Ltd., pp [3] Costa Mattos, H.S. et al, 28, Modelig the sperplastic behavior of Mg alloy sheets der tesio sig a cotim damage theory, Joral of Materials ad Desig, Vol. 7, Elsevier Ltd. A-71

6 Prosidig Semiar Nasioal Tekoi 28 Bidag Tekik Mesi [4] Deshpade, V.S., Evas, A.G., 28, Ielastic deformatio ad eergy dissipatio i ceramics: A mechaism-based costittive model, Joral of the Mechaics ad Physics of Solids, Vol. 56, Elsevier Ltd., pp [5] Dieter, G.E., 1992, Mechaical Metallrgy, 3 rd editio, McGraw-Hill, Ic. [6] Hoo Fatt, M.S., Oyag, X., 28, Threedimesioal costittive eqatios for Styree Btadiee Rbber at high strai rates, Mechaics of Materials, Vol. 4, pp. 1 16, Elsevier Ltd. [7] Mastilovic, S., et al., 27, Orderig effect of kietic eergy o dyamic deformatio of brittle solids, Mechaics of Materials, Vol. 4, Elsevier Ltd., pp [8] Nee, Mike S., J.G., 1998, Fdametals of Tool Desig, Society of Mafactrig Egieers, 4 th editio, p.25 [9] Schaffer, J.P., et al, 1999, The Sciece Ad Desig of Egieerig Materials, 2 d editio, The McGraw-Hill Co., Ic., p.38 [1] Shokrieh, M.M., Omidi, M.J., 28, Tesio behavior of idirectioal glass/epoxy composites der differet strai rates, Joral of Composite Strctres, Vol. 6, Elsevier Ltd. [11] Wag, Z.Q., et al., 28, Plastic aisotropy i fcc sigle crystals i high rate deformatio, Iteratioal Joral of Plasticity, Elsevier Ltd. A-72