ANALISIS SIFAT MEKANIS BAJA KARBON AKIBAT PEMBEBANAN DINAMIS

Transkripsi

1 bstrak NISIS SIFT MEKNIS BJ KRBN KIBT EMBEBNN DINMIS hmad Seng rgram Stdi Teknik Mesin Fakltas Teknik, Universitas Khairn Kamps II Unkhair Gambesi Ternate, Telp : Fax : ahmadseng@yah.cm, ahmadseng@nkhair.ac.id Baja merpakan lgam yang banyak dipergnakan dalam bidang teknik. Bahan yang dibthkan menrt kalitas yang sesai dengan pengnaannya yang menyangkt sifat sifat yang diinginkan. Seringkali perl jga dipertimbangkan factr lainnya, mlai dari factr pembatan, seperti kemampan bentk, hingga factr metalrgi yang dapat ditentkan dengan jelas (antara lain ketahanan fatik keasan)identifikasi penyebab kegagalan sangat penting, sebab menghindari kegagalan melali desain berlebih dengan menggnakan faktr keselamatan yang besar mnerpakan pembrsan. Desain krang tepat sdah barang tent akan menimblkan kegagalan dini. enggnaan bahan lgam dan padannya tersebt tentnya disesaikan dengan kndisi material yang akan diprses, jenis prses, efek dari prdk yang telah mengalami prses perbahan serta pengarh pembebanan akan berakibat pada perbahan sifat fisis dan sifat mekanis serta faktr faktr lain yang dapat mempengarhi kalitas dari sat prdk. dapn tjan dari penelitian ini adalah mengetahi pengarh pembebanan terhadap kekatan tarik dan mengetahi pengarh wakt pembebanan terhadap kekatan tarik. Karena banyaknya variable yang berpengarh terhadap kekatan tarik maka penlis membatasi pada beberapa hal, yait:a)material yang dignakan adalah Baja Karbn HQ 76, b)beban 1, 15, dan kg, c).wakt pembebanan 3, 6 dan 9 jam, d).taran knstan, e).engjian Rtary Bending dan Uji Tarik Dari hasil penelitian, maka disimplkan bahwa sebagai akibat dari pembebanan yang diberikan yakni beban 1, 15 dan kg dengan variasi wakt terhadap material, maka akan terjadi penrnan kekatan tarik dan besarnya penrnan kekatan tarik tergantng besarnya beban yang diberikan. Kata knci : embebanan Dinamis, Kekatan Fatiqe 1. endahlan Dewasa ini perkembangan kemajan berbagai bidang telah sangat dirasakan, tertama disebabkan leh penggnaan sarana teknlgi mtakhir pada berbagai bidang keperlan. engadaan sarana dan prasarana tertent, misalnya penyajian bahan bak ntk sat jenis prdk dalam rangka pennjang hasil teknlgi dewasa ini maka diperlkan bahan bak yang ckp memadai ntk melayani kebthan berbagai indstri. Baja merpakan lgam yang banyak dipergnakan dalam bidang teknik. Bahan yang dibthkan menrt kalitas yang sesai dengan pengnaannya yang menyangkt sifat- sifat yang diinginkan. Seringkali perl jga dipertimbangkan factr lainnya, mlai dari factr pembatan, seperti kemampan bentk, hingga factr metalrgi yang dapat ditentkan dengan jelas (antara lain ketahanan fatik keasan). Ummnya, penyebab kegagalan pada kmpnen teknik dapat dikelmpkkan kedalam tiga bagian: a. Kegagalan yang disebabkan leh desain yang salah pemilihan bahan yang tidak tepat b. kegagalan akibat pemrsesan yang salah c. Kegagalan akibat keasan selama pemakaian enelitian ini bertjan ntk mengetahi pengarh pembebanan terhadap kekatan tarik dann mengetahi pengarh wakt pembebanan terhadap kekatan tarik Karena banyaknya variable yang berpengarh terhadap kekatan tarik maka penlis membatasi pada beberapa hal, yait: a. Material yang dignakan adalah Baja Karbn HQ 76 1

2 b. Beban 1, 15, dan kg c. Wakt pembebanan 3, 6 dan 9 jam d. taran knstan e. engjian Rtary Bending dan Uji Tarik enelitian ini diharapkan dapat bermanfaat pada: a. Dnia indstri dapat dijadikan sebagai bahan infrmasi dalam meningkatkan kalitas dan material b. ara akademisi dapat dijadikan sebagai pembanding dalam menganilisis pengarh,pembebanan dinamis pada material bja karbn sedang. c. Bagi para peneliti dapat dijadikan sebagai acan dan perbandingan ntk penelitian selanjtnya yang berhbngan dengan byek ini.. Tinjaan staka gam adalah nsr-nsr yang mempnyai sifat kat, liat, keras, getas dan penghantar listrik panas. Karena sifat-sifat tersebt maka lgam dipergnakan mansia ntk berbagai macam keperlannya sehingga kehidpan kini tidak bisa lepas dari lgam..1. Sifat mekanik Sifat mekanik dari lgam adalah kekakan dan ketahanan lgam terhadap beban beban tarikan, pntiran, geseran, tekanan dan gresan baik pada beban-beban statis dinamis pada temperatre biasa, temperatr tinggi pn temperatr dibawah nl. Sedangkan sifat fisis dari lgam adalah mempnyai massa jenis, titik cair, panas jenis, kndktivitas panas, kefisian kmai dan tahanan listrik... Sifat teknlgi Sifat teknlgi sat bahan didefinisikan sebagai kemampan sat bahan ntk dibentk. Sifat ini mencakp sifat mamp las, mamp tempa, mamp mesin dan sifat pengerjaan panas pengerjaan dingin..3. Baja Karbn Baja karbn merpakan padan antara besi (Fe) dan Karbn (C), Silicn (Si), Mangan (Mn), spr (), dan nsr Slfr (S) sering pla ditambah nsr-nsr lain dalam jmlah relatif lebih sedikit ditambah dengan prses pembatan dengan maksd mendapatkan sifat-sifat khss dari baja karbn tersebt, (Sdjamant. 1994). Secara garis besarnya baja dapat dikelmpkkan menrt kadar karbnnya sebagai berikt: a. Baja karbn rendah (,1,3 %) b. Baja karbn sedang ( (,3,7 %) c. Baja karbn tinggi (,7 1,4 %).4. engjian tarik Batang ji yang merpakan sebah batang yang berbentk blat, dengan jng jng yang besar ntk pemangan pada mesin ji tarik dan ditengah tengah batangnya (bagian yang lebih kecil) yait terdapat bagian pengkrannya dinyatakan dengan da tanda pengenal. anjang dari kran daerah ini mempnyai perbandingan tertent, dengan diameter dari batang ji it. Seperti pada gambar dibawah ini: Gambar 1. Spesimen ji tarik dengan standar DIN 515

3 Bentk batang ji yang banyak dipakai pada pengjian tarik adalah perbandingan /d 5 1 ntk pengjian yang penysn ji dipilih 1. Selain dari kran batang ji tersebt diatas jga masih ada yang lainnya. Batang yang memenhi syarat perbandingan perbandingan tetap yang disebt batang ji prprsinal. Untk melaksanakan pengjian tarik, antara da kepala pengikat bangk tarik. Dengan memberikan gaya yang makin besar akan bertambah panjang dan bertambah kecil dan akhirnya pts. gar percbaan dapat dibandingkan, dengan tegangan dapat diartikan gaya tiap satan las. Gaya Tegangan as enampang semla F. (N/mm ) gar diperhatikan, bahwa ntk las penampang diambil las penampang mla mla, tegangan yang dihitng yait kita sebt tegangan nminal. Sedangkan regangan diartikan sebagai perpanjangan yang dinyatakan dalam sat persen. Untk menghitng regangan, perpanjangan dibagi dengan kran panjang yang semla dan angka ini dikalikan dengan persen (1%). erpanjang an Re gangan anjang semla x1% 1 ε x1 %...(%) ada percbaan ini hbngan antara tegangan dengan regangan dapat digambarkan dalam diagram tegangan dan regangan. Diagram ini sangat penting karena dapat dibaca berbagai sifat dari bahan yang bersangktan..5. Mdls Elastis tegangan Mdls Elastis tgα regangan E tg α ε Besarnya sdt α adalah kran ntk kekenyalan. Kekenyalan ini dinyatakan dalam mdls kenyal (E), yang sama dengan tg α (dapat dilihat pada Gambar.). Dalam hal ini adalah perpanjangan yang dinyatakan dalam satan persen. Gambar. Diagram Tegangan dan Regangan Tegangan Yielding Beban saat y penampang y Tegangan Ultimate y ( kg / mm vielding semla Beban maksimm penampang semla ( kg / mm Tegangan sesngghnya, dengan batang pts kita sebt dengan kekatan patah ( b ). Keka tan atah b b ) ) Gaya pada saat pts penampang Setelah pts ( kg / mm ) 3

4 .6. Regangan atah erpanjangan batang pada percbaan ini setelah pts dinyatakan dalam persen dan dari panjang semla kita sebt regangan patah (δ ). Re gangan ε anjang setelah pts anjang semla X x 1 % 1 % Ini sama dengan jmlah regangan tetap regangan plastik. Redksi enampang engrangan terbatas dari las penampang setelah pts dinyatakan dengan persen (%) dari las penampang semla. Kita sebt penggntingan (Z). enampang semla enampang setelah pts Z x1% enampang semla Z X 1 %.7. Kelelahan gam (fasik lgam) Kegagalan lelah adalah hal yang sangat membahayakan, karena terjadi tanpa petnjk awal. Kelelahan mengakibatkan patah yang terlihat raph, tanpa defrmasi pada patahan tersebt. ada skala makrskpik, permkaan patahan biasanya dikenal dari bentk bidang perpatahan, ada bagian yang hals akibat gesekan yang terjadi sewakt retak merambat dan daerah kasar, perpatahan jga terjadi pada wakt penampang tidak dapat menerima beban. Seringkali perkembangan retakan ditandai leh sejmlah cincin garis pantai (beach mark), bergerak kedalam dari titik dimana kegagalan mlai terjadi. Terdapat tiga faktr dasar yang diperlkan agar terjadi kegagalan lelah. Ketiga hal tersebt adalah: 1) Tegangan tarik maksimm yang ckp tinggi ) Variasi flktasi tegangan yang ckp besar 3) Sikls penerapan tegangan ckp besar. Selain it, masih terdapat sejmlah variabel variabel lain, yakni : knsentrasi tegangan, krsi sh, kelebihan bahan, strktr metalrgi, tegangan tegangan sisa, dan tegangan kmbinasi yang cenderng ntk mengbah kndisi kelelahan. Karena belm memiliki pengetahan dasar yang kat mengenai sebab sebab terjadinya kelelahan pada lgam, maka diperlkan pembahasan mengenai faktr faktr diatas dari segi empiris. Karena banyaknya data seperti ini, maka hanya terdapat kemngkinan ntk menggambarkan hbngan faktr tersebt diatas dengan kelelahan..8. Sikls Tegangan Sebagai langkah awal, sebaiknya diberikan definisi singkat mengenai tegangan berflktasi yang dapat menyebabkan kelelahan. Gambar 3. Sikls tegangan lelah. (a) Tegangan balik; (b) Tegangan berlang; (c) Tegangan acak tak teratr ) 4

5 ambar 3. diatas menggambarkan jenis jenis sikls tegangan yang dapat menyebabkan kelelahan. (Gambar a ) menggambarkan sat sikls tegangan lengkap yang berbentk sinsidal. Gambar tersebt adalah keadaan ideal yang dihasilkan leh mesin fatik balk ptar. R.R Mre dianggap sebagai ptaran prs dengan kecepatan knstan tanpa beban lebih. Untk sikls tegangan demikian tegangan maksimm dan minimm sama besarnya. Dimana tegangan minimm adalah tegangan terendah aljabar pada sat sikls. Tegangan tarik dianggap psitif, dan tegangan tekan dianggap negative. (Gambar b) menggambarkan sat sikls tegangan berlang, dengan tegangan maksimm maks dan tegangan minimm min tidak sama. Kedanya adalah tegangan tarik. 3. Metde enelitian Bahan specimen yang dignakan dalam penelitian ini adalah HQ 76.dengan bentk batang yang berdiameter 5,4 mm (1 inci) dengan panjang mm sebanyak seplh (1 bah) Spesimen ji tarik. Spesimen ji tarik dibat dengan Standar Dtch Indstrie Nrm (DIN 515) Gambar 1. Gambar 4. Standar Dtch Indstrie Nrm (DIN 515) engjian Tarik engjian tarik ini dapat dilakkan setelah prses Rtari Bending dengan variasi wakt dan beban,tjan dari pada pengjian tarik yait mengetahi sifat mekanik dari baja HQ 76 setelak mengalami pembebanan dinamis. 3.. Tahapan enelitian 1 kg 3, 6, 9 Gambar 5. Diagram lir enelitian 4. Hasil dan embahasan 4.1. nalisa Data Materi embatan Sampel Uji Rtari Bending 15 kg 3, 6, 9 Uji Tarik Data / embahasan Kesimplan & Saran Data hasil pengjian yang diperleh dari material Baja Karbn HQ 76, selanjtnya dilah dan dihitng berdasarkan persamaan - persamaan yang telah ada yang selanjtnya dapat dijelaskan sebagai berikt 4.. engjian Rtari Bending kg 3, 6, 9 Sebelm dilakkan pengjian Tarik, maka terlebih dahl dilakkan pengjian Rtari Bending dengan beban dan wakt yang telah ditentkan. engjian ini dilakkan dengan tjan ntk memberikan perlakan pembebanan dinamis terhadap material. Data dari mesin ji rtary bending adalah sebagai berikt : Daya mtr : 1 hp taran Maksimm (n) : 145 rpm 5

6 4.3. engjian Tarik Data hasil pengjian dignakan ntk menghitng kekatan tarik, regangan dan besarnya redksi penampang, dengan menggnakan rms masing-masing sebagai berikt : Menghitng Kekatan Dalam menghitng kekatan bahan besarnya tegangan yang terjadi akibat penarikan dignakan rms sebagai berikt : Dimana: Beban (kg) as penampang terbebani (mm) Dalam hal ini dignakan as penampang awal spesimen sebagai las penampang terbebani. kg Tegangan yield () mm 6 y Teg maksimm () max patah kg mm kg Tegangan patah () mm Cnth erhitngan ntk Material Nrmal a. Regangan (ε) 1 Regangan x 1% 6 5 x 1% 4 % 5 b. Redksi enampang ( r ) p r x1% as penampang mla mla π 3,14 x d x (1) mm p las penampang setelah patah π 3,14 x d p x (7) 38.5 mm 4 4 p Jadi r x1% x1% 51 % 78.5 c. Tegangan Tarik Maximm ( m ) max m Dimana: max 6 kg 78.5 mm 6kg m 78.5 mm 6.43 kg/mm Cnth erhitngan ntk Wakt 6 Jam dengan Beban 15 kg Regangan (ε) 1 Regangan x 1% 64 5 x 1% 8 % 5 Redksi enampang ( r ) p r x 1% Dimana: as penampang mla mla π 3,14 x d x (1) mm p las penampang setelah patah π 3,14 x d p x (7.) 4.7 mm 4 4 p Jadi r x1% x1% 48. % 78.5 Tegangan Tarik Maximm ( m ) max m Dimana: max 54 kg 78.5 mm 54 kg m kg/mm 78.5mm

7 Data hasil perhitngan selanjtnya dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Data Hasil engjian Tarik N Kndisi engjian (mm) 1 (mm) d (mm) d1 (mm) Yeld (kg) Max (kg) atah (kg) 1 Nrmal Keterangan : Nrmal Material tidak diberikan perlakan Ratari Bending 3 1 Wakt 3 Jam beban 1 kg Tabel. Hasil erhitngan N Kndisi engjian Є (%) max (kg/mm) yeld (kg/mm) patah (kg/mm) 1 Nrmal Keterangan : Nrmal Material tidak diberikan perlakan Ratari Bending 3 1 Wakt 3 Jam beban 1 kg 4.4. embahasan Untk beban 1 kg dengan wakt 3, 6 dan 9 jam penrnan kekatan tarik dari kndisi nrmal sebesar 6-7 kg/mm, ntk beban 15 kg dengan wakt 3 dan 6 jam penrnan berkisar antara 7 9 kg/mm. kan tetapi pada beban 15 dan kg dengan wakt pembebanan selama 9 jam terjadi penrnan kkatan tarik yang sangat berartri yakni sebesar 17 1 kg/mm penrnan kekatan tarik yang sangat besar ini terjadi karena beban yang diberikan ckp besar dan wakt pembebanan yang lama sehingga mengakibatkan material tersebt menjadi lelah sehingga terjadi penrnan kekatan tarik. Ket Ket engarh embabanan Terhadap kekatan Tarik pada bebarapa wakt pembebanan Tegangan (kg/mm) Grafik Hbngan antara Kekatan Tarik dengan Beban Nr 1 15 Beban (kg) 3 Jam 6 Jam 9 Jam Gambar 6. Grafik engarh embabanan Terhadap kekatan Tarik pada bebarapa wakt pembebanan Dari gambar grafik 6 Wakt 3 Jam enrnan keatan tarik dari kndisi nrmal sebasar 67,43 kg/mm menjadi 7,6 kg/mm ntk beban 1 kg, ntk beban 15 kg kekatan tarik trn menjadi 67,5 kg/mm. Wakt 6 Jam ada kndisi ini penrnan kekatan tarik dari kndisi nrmal sampai dengan beban kg penrnannya relativ ckp kecil. Dimana pada kndisi nrmal kekatan tarik sebesar 76,43 kg/mm sedangkan pada beban kg kekatan tarik trn menjadi 64,97 kg/mm (- 11,58 kg/mm ) Wakt 9 Jam ada kndisi ini penrnan kkatan tarik dari kndisi nrmal sampai beban 1 kg relative ckp keil yakni 7,5 kg/mm akan tetapi pada beban 1 sampai kg penrnan kekatan tarik terihat sangat besar yakni sekitar 17 s/d 1 kg/mm (krang lebih 3 %). enrnan kekatan tarik yag sangat besar terjadi di disebabkan karena pada wakt 9 jam dengan beban 15 kg 7

8 material menjadi lelah sebagai akibat dari wakt yang ckp lama dan beban yang besar sehinga kekatan material menjadi menrn. enrnan kekatan ini mngkin disebabkan karena adanya defrmasi yang terjadi sebagai akibat pembebanan yang diberikan terhadap material embahasan khss ada wakt 3 Jam dengan beban kg terjadi penrnan kekatan tarik yang sangat besar sekali yakni dari kndisi nrmal 76,43 kg/mm menjadi 31,85 kg/mm (6 %) penrnan yang sangat bersar terjadi didga diakibatkan karena adanya cacat pada pada material hal ini dapat dilihat pada beberapa material dengan beberapa perlakan dimana penrnan kekatan tarik cenderng hampir merata sekalipn ada bebarapa perbedaan yang terjadi. 5. Kesimplan dan Saran 5.1. Kesimplan Dari hasil penelitian yang telah dilakkan pada berbagai perlakan, maka penlis dapat mengambil kesimplan sebagai berikt : a. Sebagai akibat dari pembebanan yang diberikan yakni beban 1, 15 dan kg terhadap material, maka akan terjadi penrnan kekatan tarik dan besarnya penrnan kekatan tarik tergantng besarnya beban yang diberikan. b. Dari tiga wakt pembebanan yang diberikan yakni 3, 6 dan 9 jam, maka wakt 9 jam memperlihatkan penrnan kekatan tarik yang sangat besar. 5.. Saran a. ada penelitian ini masih dapat dikembangkan lebih lanjt karena masih banyak parameter parameter yang dapat diteliti yang berhbngan dengan prses pengjian rtari bending dan ji tarik. 8 b. erlnya kalibrasi lang terhadap alat kr rtari bending agar kndisi alat dalam keadaan layak pakai ntk menjamin keakratan dalam hasil penelitian 6. Daftar staka lexander W, 1991, Essential Metallrgy fr Engeneers, lih Bahasa Sriati Djapri. Dasar Metalrgi Untk Rekayasa, T. Gramedia Jakarta mstead.b.h, hilip.f, stwald, Myrnl, Begeman, 1985, Manfactring rcesses, Seven Editin, Jhn Wiley & Sns Inc Clrad, 1979, Terjemahan, Sriati Djaprie, Teknlgi Mekanik, Erlangga, Jakarta. nver, S. H, 1984, Intrdctin T hysical Metalrgi, Me. Graw Hill, Kgaksha. D. Tky. Dieter. Gerge E, Mechanical Metallrgy, Third Editin, McGraw-Hill,Inc, 1986, lih Bahasa, Sriati Djaprie, Metalrgi Mekanik, Jilid 1-, Erlangga Jakarta R.E. Smallman, CBE. DSc, FRS, FREng, FIM, ; R.J. Bishp, hd, CEng, MIM,, Metalrgi Fisik Mdern dan Rekayasa Material, Diterjemahkan leh Ir. Sriati Djaprie, M.Met Edisi Keenam, Erlangga Jakarta.. Sardi, min, dnyana, D. N, engetahan gam UT UK, Metallrgycal Transactin.