1. Teori Dasar Pengujian Mekanik pada Material 2. Modul Praktikum Pengujian Mekanik pada Material

Transkripsi

1 BUKU PANDUAN PRAKTIKUM KARAKTERISASI MATERIAL 1 PENGUJIAN MERUSAK (DESTRUCTIVE TESTING) Dr. Ir. Akhmad Herman Yuwono, M.Phil.Eng. DEPARTEMEN METALURGI DAN MATERIAL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA 2009

2 Kata Pengantar Assalamu alaykum warrahmatullahi wabarakatuh, Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT atas terselesaikannya Buku Panduan Praktikum Karakterisasi Material 1: Pengujian Merusak (Destructive Testing) ini. Buku panduan ini ditujukan sebagai suatu bahan pegangan bagi mahasiswa-mahasiswa Departemen Metalurgi dan Material yang sedang menjalankan Praktikum Karakterisasi Material 1 (MMS310802). Sangat disadari bahwa praktikum adalah salah satu komponen penting dalam proses belajar-mengajar, terutama dalam kaitannya dengan pengembangan keahlian praktis dan kemampuan analitis yang sangat dibutuhkan bagi para lulusan pada saat terjun ke dalam dunia kerja sebagai seorang sarjana teknik metalurgi dan material. Praktikum Karakterisasi Material 1 merupakan bagian dari Kurikulum 2008 yang sebelumnya bernama Praktikum Metalurgi Fisik pada Kurikulum Praktikum ini menitik beratkan pada pengujian merusak (destructive testing) untuk mengetahui respon material terhadap pembebanan mekanis. Oleh sebab itu buku petunjuk praktikum ini didisain sebagai salah satu alat pendukung utama bagi mahasiswa untuk bisa memahami dan mendalami teori-teori yang diberikan dalam mata kuliah Metalurgi Fisik 1 pada semester 3. Target utama yang ingin dicapai dengan penyelengaraan praktikum ini adalah agar mahasiswa mampu memahami: 1. Karakteristik dislokasi sebagai salah satu bentuk cacat di dalam material, dimana di satu sisi kehadiran mereka dalam jumlah besar harus dihindari tetapi di sisi lain dibutuhkan karena dengan adanya dislokasi inilah material khususnya logam dapat dideformasi dan dibentuk sesuai dengan aplikasi yang diinginkan; 2. Mekanisme pergerakan dislokasi sebagai sebab kegagalan logam maupun kemampu bentukannya (formability); 3. Interaksi dislokasi dengan berbagai macam penghalang (obstacle) di dalam material sehingga pada akhirnya para mahasiswa mampu menjelaskan dengan baik bagaimana kekuatan di dalam logam dapat ditingkatkan dengan berbagai mekanisme penguatan di dalam material yang dapat diterapkan dalam aplikasi praktis di dalam industri dan masyarakat. Untuk menunjang tercapainya tujuan pembelajaran tersebut, materi dalam buku panduan ini mencakup 2 bagian utama: 1. Teori Dasar Pengujian Mekanik pada Material 2. Modul Praktikum Pengujian Mekanik pada Material ahyuwono@metal.ui.ac.id 1

3 Tentunya buku panduan praktikum ini masih jauh dari sempurna. Saran dan kritik konstruktif dari semua pihak sangat diharapkan bagi perbaikan buku ini demi tercapainya tujuan proses belajar-mengajar di ini, yaitu dihasilkannya lulusan sarjana teknik metalurgi dan material yang memiliki kemampuan komprehensif dalam disain material dan teknologi proses. Tak lupa saya sampaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu penyusunan diktat ini. Wassalamu alaykum warrahmatullahi wabarakatuh. Depok, Maret 2009 Dr. Ir. Akhmad Herman Yuwono, M.Phil.Eng. NIP : ahyuwono@metal.ui.ac.id 2

4 BAGIAN 1: TEORI DASAR PENGUJIAN MEKANIK PADA MATERIAL 3

5 BAB 1 PENGUJIAN TARIK 1.1. Tujuan instruksional umum Mahasiswa mampu menganalisis hasil uji tarik beberapa jenis logam sebagai respon mekanis terhadap deformasi dari luar dan mampu menganalisis karakteristik perpatahan yang dihasilkan Sasaran pembelajaran Setelah mempelajari teori dasar pengujian tarik ini mahasiswa mampu: 1. Memahami kurva tegangan-regangan hasil uji tarik dari beberapa jenis logam (besi tuang, baja, tembaga dan alumunium) 2. Mendeskripsikan titik-titik penting (batas proporsionalitas, batas elastis, titik luluh, daerah necking dan sebagainya) dalam kurva tegangan-regangan yang menjelaskan perilaku mekanis logam-logam tersebut. 3. Menerapkan beberapa formulasi dasar dan menganalisis kurva beban-perpanjangan untuk memperoleh nilai-nilai kekuatan tarik, titik luluh, persentase elongasi, modulus elastisitas, modulus ketangguhan untuk beberapa jenis logam. 4. Menjelaskan perbedaan antara kurva tegangan-regangan rekayasa dan kurva teganganregangan sesungguhnya. 5. Menerapkan dasar pengamatan kerusakan untuk menganalisis bentuk perpatahan (fraktografi) hasil uji tarik beberapa jenis logam serta mengkaitkannya dengan kurva tegangan-regangan yang telah dicapai Pengantar Tujuan dari dilakukannya suatu pengujian mekanis adalah untuk menentukan respon material dari suatu konstruksi, komponen atau rakitan fabrikasi pada saat dikenakan beban atau deformasi dari luar. Dalam hal ini akan ditentukan seberapa jauh perilaku inheren (sifat yang lebih merupakan ketergantungan atas fenomena atomik maupun mikroskopis dan bukan dipengaruhi bentuk atau ukuran benda uji) dari material terhadap pembebanan tersebut. Di antara semua pengujian mekanis tersebut, pengujian tarik merupakan jenis pengujian yang paling banyak dilakukan karena mampu memberikan informasi representatif dari perilaku mekanis material. ahyuwono@metal.ui.ac.id 4

6 1.4. Prinsip pengujian Sampel atau benda uji dengan ukuran dan bentuk tertentu ditarik dengan beban kontinyu sambil diukur pertambahan panjangnya. Data yang didapat berupa perubahan panjang dan perubahan beban yang selanjutnya ditampilkan dalam bentuk grafik tegangan-regangan, sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 1.1. Data-data penting yang diharapkan didapat dari pengujian tarik ini adalah: perilaku mekanik material dan karakteristik perpatahan Perilaku mekanik material Pengujian tarik yang dilakukan pada suatu material padatan (logam dan nonlogam) dapat memberikan keterangan yang relatif lengkap mengenai perilaku material tersebut terhadap pembebanan mekanis. Informasi penting yang bisa didapat adalah: a. Batas proporsionalitas (proportionality limit) Merupakan daerah batas dimana tegangan dan regangan mempunyai hubungan proporsionalitas satu dengan lainnya. Setiap penambahan tegangan akan diikuti dengan penambahan regangan secara proporsional dalam hubungan linier σ = Eε (bandingkan dengan hubungan y = mx; dimana y mewakili tegangan; x mewakili regangan dan m mewakili slope kemiringan dari modulus kekakuan). Titik P pada Gambar 1.1 di bawah ini menunjukkan batas proporsionalitas dari kurva tegangan-regangan. Gambar 1.1. Kurva tegangan-regangan dari sebuah benda uji terbuat baja ulet b. Batas elastis (elastic limit) Daerah elastis adalah daerah dimana bahan akan kembali kepada panjang semula bila tegangan luar dihilangkan. Daerah proporsionalitas merupakan bahagian dari batas elastik ini. Selanjutnya bila bahan terus diberikan tegangan (deformasi dari luar) maka batas elastis akan ahyuwono@metal.ui.ac.id 5

7 terlampaui pada akhirnya sehingga bahan tidak akan kembali kepada ukuran semula. Dengan kata lain dapat didefinisikan bahwa batas elastis merupakan suatu titik dimana tegangan yang diberikan akan menyebabkan terjadinya deformasi permanen (plastis) pertama kalinya. Kebanyakan material teknik memiliki batas elastis yang hampir berimpitan dengan batas proporsionalitasnya. c. 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 1.1 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 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 1.2 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 % dari regangan total dimulai dari titik O. Gambar 1.2. 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. Di sisi lain, batas luluh ini harus dicapai ataupun dilewati bila bahan (logam) dipakai dalam proses manufaktur produk- ahyuwono@metal.ui.ac.id 6

8 produk logam seperti proses rolling, drawing, stretching dan sebagainya. Dapat dikatakan bahwa titik luluh adalah suatu tingkat tegangan yang: Tidak boleh dilewati dalam penggunaan struktural (in service) Harus dilewati dalam proses manufaktur logam (forming process) c. Kekuatan tarik maksimum (ultimate tensile strength) Merupakan tegangan maksiumum yang dapat ditanggung oleh material sebelum terjadinya perpatahan (fracture). Nilai kekuatan tarik maksimum σ uts ditentukan dari beban maksium F maks dibagi luas penampang awal A o. UTS = F A maks o (1.1) Pada bahan ulet tegangan maksimum ini ditunjukkan oleh titik M (Gambar 1.1) dan selanjutnya bahan akan terus berdeformasi hingga titik B. Bahan yang bersifat getas memberikan perilaku yang berbeda dimana tegangan maksimum sekaligus tegangan perpatahan (titik B pada Gambar 1.2). Dalam kaitannya dengan penggunaan struktural maupun dalam proses forming bahan, kekuatan maksimum adalah batas tegangan yang sama sekali tidak boleh dilewati. d. Kekuatan Putus (breaking strength) Kekuatan putus ditentukan dengan membagi beban pada saat benda uji putus (F breaking) dengan luas penampang awal Ao. Untuk bahan yang bersifat ulet pada saat beban maksimum M terlampaui dan bahan terus terdeformasi hingga titik putus B maka terjadi mekanisme penciutan (necking) sebagai akibat adanya suatu deformasi yang terlokalisasi. Pada bahan ulet kekuatan putus adalah lebih kecil daripada kekuatan maksimum sementara pada bahan getas kekuatan putus adalah sama dengan kekuatan maksimumnya. e. Keuletan (ductility) Keuletan merupakan suatu sifat yang menggambarkan kemampuan logam menahan deformasi hingga terjadinya perpatahan. Sifat ini, dalam beberapa tingkatan, harus dimiliki oleh bahan bila ingin dibentuk (forming) melalui proses rolling, bending, stretching, drawing, hammering, cutting dan sebagainya. Pengujian tarik memberikan dua metode pengukuran keuletan bahan yaitu: Persentase perpanjangan (elongation) Diukur sebagai penambahan panjang ukur setelah perpatahan terhadap panjang awalnya. Elongasi, ε (%) = [(L f -L o )/L o ] x 100% (1.2) dimana L f adalah panjang akhir dan L o panjang awal dari benda uji. ahyuwono@metal.ui.ac.id 7

9 Persentase pengurangan/reduksi penampang (Area Reduction) Diukur sebagai pengurangan luas penampang (cross-section) setelah perpatahan terhadap luas penampang awalnya. Reduksi penampang, R (%) = [(A o -A f )/A o ] x 100% (1.3) dimana A f adalah luas penampang akhir dan A o luas penampang awal. f. Modulus elastisitas (E) Modulus elastisitas atau modulus Young merupakan ukuran kekakuan suatu material. Semakin besar harga modulus ini maka semakin kecil regangan elastis yang terjadi pada suatu tingkat pembebanan tertentu, atau dapat dikatakan material tersebut semakin kaku (stiff). Pada grafik tegangan-regangan (Gambar 1.1 dan 1.2), modulus kekakuan tersebut dapat dihitung dari slope kemiringan garis elastis yang linier, diberikan oleh: E = σ/ε atau E = tan α (1.4) dimana α adalah sudut yang dibentuk oleh daerah elastis kurva tegangan-regangan. Modulus elastisitas suatu material ditentukan oleh energi ikat antar atom-atom, sehingga besarnya nilai modulus ini tidak dapat dirubah oleh suatu proses tanpa merubah struktur bahan. Sebagai contoh diberikan oleh Gambar 1.3 di bawah ini yang menunjukkan grafik tegangan-regangan beberapa jenis baja: Gambar 1.3. Grafik tegangan-regangan beberapa baja yang memperlihatkan kesamaan modulus kekakuan ahyuwono@metal.ui.ac.id 8

10 g. Modulus kelentingan (modulus of resilience) Mewakili kemampuan material untuk menyerap energi dari luar tanpa terjadinya kerusakan. Nilai modulus dapat diperoleh dari luas segitiga yang dibentuk oleh area elastik diagram tegangan-regangan pada Gambar 1.1. h. Modulus ketangguhan (modulus of toughness) Merupakan kemampuan material dalam menyerap energi hingga terjadinya perpatahan. Secara kuantitatif dapat ditentukan dari luas area keseluruhan di bawah kurva teganganregangan hasil pengujian tarik seperti Gambar 1.1. Pertimbangan disain yang mengikut sertakan modulus ketangguhan menjadi sangat penting untuk komponen-komponen yang mungkin mengalami pembebanan berlebih secara tidak disengaja. Material dengan modulus ketangguhan yang tinggi akan mengalami distorsi yang besar karena pembebanan berlebih, tetapi hal ini tetap disukai dibandingkan material dengan modulus yang rendah dimana perpatahan akan terjadi tanpa suatu peringatan terlebih dahulu. i. Kurva tegangan-regangan rekayasa dan sesungguhnya Kurva tegangan-regangan rekayasa didasarkan atas dimensi awal (luas area dan panjang) dari benda uji, sementara untuk mendapatkan kurva tegangan-regangan sesungguhnya diperlukan luas area dan panjang aktual pada saat pembebanan setiap saat terukur. Perbedaan kedua kurva tidaklah terlampau besar pada regangan yang kecil, tetapi menjadi signifikan pada rentang terjadinya pengerasan regangan (strain hardening), yaitu setelah titik luluh terlampaui. Secara khusus perbedaan menjadi demikian besar di dalam daerah necking. Pada kurva tegangan-regangan rekayasa, dapat diketahui bahwa benda uji secara aktual mampu menahan turunnya beban karena luas area awal Ao bernilai konstan pada saat penghitungan tegangan σ = P/Ao. Sementara pada kurva tegangan-regangan sesungguhnya luas area aktual adalah selalu turun hingga terjadinya perpatahan dan benda uji mampu menahan peningkatan tegangan karena σ = P/A. Gambar 1.4 di bawah ini memperlihatkan contoh kedua kurva tegangan-regangan tersebut pada baja karbon rendah (mild steel). Gambar 1.4. Perbandingan antara kurva tegangan-regangan rekayasa dan sesungguhnya dari baja karbon rendah (mild steel) ahyuwono@metal.ui.ac.id 9

11 Mode Perpatahan Material Sampel hasil pengujian tarik dapat menunjukkan beberapa tampilan perpatahan seperti diilustrasikan oleh Gambar 1.5 di bawah ini: Sangat ulet Sangat getas Gambar 1.5. Ilustrasi penampang samping bentuk perpatahan benda uji tarik sesuai dengan tingkat keuletan/kegetasan Perpatahan ulet memberikan karakteristk berserabut (fibrous) dan gelap (dull), sementara perpatahan getas ditandai dengan permukaan patahan yang berbutir (granular) dan terang. Perpatahan ulet umumnya lebih disukai karena bahan ulet umumnya lebih tangguh dan memberikan peringatan lebih dahulu sebelum terjadinya kerusakan Pengamatan kedua tampilan perpatahan itu dapat dilakukan baik dengan mata telanjang maupun dengan bantuan stereoscan macroscope. Pengamatan lebih detil dimungkinkan dengan penggunaan SEM (Scanning Electron Microscope). a. Perpatahan Ulet Gambar 1.6 di bawah ini memberikan ilustrasi skematis terjadinya perpatahan ulet pada suatu spesimen yang diberikan pembebanan tarik: (a) (b) (c) Gambar 1.6. Tahapan terjadinya perpatahan ulet pada sampel uji tarik: (a) Penyempitan awal; (b) Pembentukan rongga-rongga kecil (cavity); (c) Penyatuan rongga-rongga membentuk suatu retakan; (d) Perambatan retak; (e) Perpatahan geser akhir pada sudut 45. (d) (e) 10

12 Tampilan foto SEM dari perpatahan ulet diberikan oleh Gambar 1.7 berikut: dimples Gambar 1.7. Tampilan permukaan patahan dari suatu sampel logam yang ditandai dengan lubang-lubang dimpel sebagai suatu hasil proses penyatuan rongga-rongga kecil (cavity) selama pembebanan berlangsung. b. Perpatahan Getas Perpatahan getas memiliki ciri-ciri sebagai berikut: 1. Tidak ada atau sedikit sekali deformasi plastis yang terjadi pada material 2. Retak/perpatahan merambat sepanjang bidang-bidang kristalin membelah atom-atom material (transgranular). 3. Pada material lunak dengan butir kasar (coarse-grain) maka dapat dilihat pola-pola yang dinamakan chevrons or fan-like pattern yang berkembang keluar dari daerah awal kegagalan. 4. Material keras dengan butir halus (fine-grain) tidak memiliki pola-pola yang mudah dibedakan. 5. Material amorphous (seperti gelas) memiliki permukaan patahan yang bercahaya dan mulus. Contoh perpatahan getas dari suatu benda uji berbentuk pelat diberikan oleh Gambar 1.8 di bawah ini. 11

13 Gambar 1.8. Perpatahan getas pada dua sampel logam berpenampang lintang persegi panjang (pelat) Sedangkan hasil foto SEM sampel dengan perpatahan getas diberikan oleh Gambar 1.9 pada halaman berikut ini: 12

14 Gambar 1.9. Foto SEM sampel dengan perpatahan getas. Perhatikan bentuk perambatan retak yang menjalar (a) memotong butir (transgranular fracture) dan (b) melalui batas butir material (intergranular fracture) 13

15 BAB 2 PENGUJIAN KEKERASAN 2.1. Tujuan instruksional umum Mahasiswa mampu menguasai beberapa metode pengujian yang umum dilakukan untuk mengetahui nilai kekerasan logam Sasaran pembelajaran Setelah mempelajari teori dasar pengujian kekerasan ini mahasiswa mampu: 1. Menjelaskan makna nilai kekerasan material dalam lingkup ilmu metalurgi dan ilmu-ilmu terapan lainnya 2. Menjelaskan perbedaan antara pengujian kekerasan dengan metode gores, pantulan dan indentasi. 3. Menjelaskan kekhususan pengujian kekerasan dengan metode Brinell, Vickers dan Rockwell. 4. Mengaplikasikan beberapa formulasi dasar untuk memperoleh nilai kekerasan material dengan uji Brinell dan Vickers Pengantar Makna nilai kekerasan suatu material berbeda untuk kelompok bidang ilmu yang berbeda. Bagi insinyur metalurgi nilai kekerasan adalah ketahanan material terhadap penetrasi sementara untuk para insinyur disain nilai tersebut adalah ukuran dari tegangan alir, untuk insinyur lubrikasi kekerasan berarti ketahanan terhadap mekanisme keausan, untuk para insinyur mineralogi nilai itu adalah ketahanan terhadap goresan, dan untuk para mekanik work-shop lebih bermakna kepada ketahanan material terhadap pemotongan dari alat potong. Begitu banyak konsep kekerasan material yang dipahami oleh kelompok ilmu, walaupun demikian konsep-konsep tersebut dapat dihubungkan pada satu mekanisme yaitu tegangan alir plastis dari material yang diuji Prinsip pengujian Dari uraian singkat di atas maka kekerasan suatu material dapat didefinisikan sebagai ketahanan material tersebut terhadap gaya penekanan dari material lain yang lebih keras. Penekanan tersebut dapat berupa mekanisme penggoresan (scratching), pantulan ataupun ahyuwono@metal.ui.ac.id 14

16 indentasi dari material keras terhadap suatu permukaan benda uji. Berdasarkan mekanisme penekanan tersebut, dikenal 3 metode uji kekerasan: Metode gores Metode ini tidak banyak lagi digunakan dalam dunia metalurgi dan material lanjut, tetapi masih sering dipakai dalam dunia mineralogi. Metode ini dikenalkan oleh Friedrich Mohs yang membagi kekerasan material di dunia ini 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 6. Orthoclase 2. Gipsum 7. Quartz 3. Calcite 8. Topaz 4. Fluorite 9. Corundum 5. Apatite 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 mineral-mineral diuji dengan metode lain, ditemukan bahwa nilai-nilainya berkisar antara 1-9 saja, sedangkan nilai 9-10 memiliki rentang yang besar 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 mewakili kekerasan benda uji. Semakin tinggi pantulan tersebut, yang ditunjukkan oleh dial pada alat pengukur, maka kekerasan benda uji dinilai semakin tinggi 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 sebagai berikut: a. Metode Brinell Metode ini diperkenalkan pertama kali oleh J.A. Brinell pada tahun Pengujian kekerasan dilakukan dengan memakai bola baja yang diperkeras (hardened steel ball) dengan ahyuwono@metal.ui.ac.id 15

17 beban dan waktu indentasi tertentu, sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 2.1. Hasil penekanan adalah jejak berbentuk lingkaran bulat, yang harus dihitung diameternya di bawah mikroskop khusus pengukur jejak. Contoh pengukuran hasil penjejakan diberikan oleh Gambar 2.2. Pengukuran nilai kekerasan suatu material diberikan oleh rumus: 2 P BHN = (2.1) π 2 2 ( D)( D D d ) dimana P adalah beban (kg), D diameter indentor (mm) dan d diameter jejak (mm). Gambar 2.1. Skematis prinsip indentasi dengan metode Brinell Prosedur standar pengujian mensyaratkan bola baja dengan diameter 10 mm dan beban 3000 kg untuk pengujian logam-logam ferrous, atau 500 kg untuk logam-logam non-ferrous. Untuk logam-logam ferrous, waktu indentasi biasanya sekitar 10 detik sementara untuk logamlogam non-ferrous sekitar 30 detik. Walaupun demikian pengaturan beban dan waktu indentasi untuk setiap material dapat pula ditentukan oleh karakteristik alat penguji. Nilai kekerasan suatu material yang dinotasikan dengan HB tanpa tambahan angka di belakangnya menyatakan kondisi pengujian standar dengan indentor bola baja 10 mm, beban 3000 kg selama waktu 1 15 detik. Untuk kondisi yang lain, nilai kekerasan HB diikuti angka-angka yang menyatakan kondisi pengujian. Contoh: 75 HB 10/500/30 menyatakan nilai kekerasan Brinell sebesar 75 dihasilkan oleh suatu pengujian dengan indentor 10 mm, pembebanan 500 kg selama 30 detik. Gambar 2.2. Hasil indentasi Brinellberupa jejak berbentuk lingkaran dengan ukuran diameter dalam skala mm. ahyuwono@metal.ui.ac.id 16

18 b. Metode Vickers Pada metode ini digunakan indentor intan berbentuk piramida dengan sudut 136 o, seperti diperlihatkan oleh Gambar 2.3. 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: P VHN = (2.2) 2 d dimana d adalah panjang diagonal rata-rata dari jejak berbentuk bujur sangkar. Gambar 2.3. Skematis prinsip indentasi dengan metode Vickers c. Metode Rockwell Berbeda dengan metode Brinell dan Vickers dimana kekerasan suatu bahan dinilai dari diameter/diagonal jejak yang dihasilkan maka metode Rockwell merupakan uji kekerasan dengan pembacaan langsung (direct-reading). Metode ini banyak dipakai dalam industri karena pertimbangan praktis. Variasi dalam beban dan indetor yang digunakan membuat metode ini memiliki banyak macamnya. Metode yang paling umum dipakai adalah Rockwell B (dengan indentor bola baja berdiameter 1/6 inci dan beban 100 kg) dan Rockwell C (dengan indentor intan dengan beban 150 kg). Walaupun demikian metode Rockwell lainnya juga biasa dipakai. Oleh karenanya skala kekerasan Rockwell suatu material harus dispesifikasikan dengan jelas. Contohnya 82 HRB, yang menyatakan material diukur dengan skala B: indentor 1/6 inci dan beban 100 kg. Berikut ini diberikan Tabel 2.1 yang memperlihatkan perbedaan skala dan range uji dalam skala Rockwell: ahyuwono@metal.ui.ac.id 17

19 Tabel 2.1. Skala pada Metode Uji Kekerasan Rockwell 18

20 BAB 3 PENGUJIAN IMPAK 3.1. Tujuan instruksional umum Mahasiswa diharapkan mampu menganalisis hasil uji impak beberapa jenis logam sebagai sebagai fungsi temperatur dan karakteristik perpatahan yang dihasilkan Sasaran pembelajaran Setelah mempelajari teori dasar praktikum mengenai pengujian tarik ini mahasiswa diharapkan mampu: 1. Menjelaskan tujuan dan prinsip dasar pengukuran harga impak dari logam. 2. Menjelaskan perbedaan antara metode Charpy dan Izod. 3. Menerapkan dasar pengamatan kerusakan untuk menganalisis bentuk perpatahan (fraktografi) hasil uji impak baja struktural pada berbagai temperatur serta mengkaitkannya dengan harga impak yang dicapai 3.3. Pengantar Pengujian impak merupakan suatu pengujian yang mengukur ketahanan bahan terhadap beban kejut. Inilah yang membedakan pengujian impak dengan pengujian tarik dan kekerasan dimana pembebanan dilakukan secara perlahan-lahan. Pengujian impak merupakan suatu upaya untuk mensimulasikan kondisi operasi material yang sering ditemui dalam perlengkapan transportasi atau konstruksi dimana beban tidak selamanya terjadi secara perlahan-lahan melainkan datang secara tiba-tiba, contoh deformasi pada bumper mobil pada saat terjadinya tumbukan kecelakaan Prinsip pengujian Dasar pengujian impak ini adalah penyerapan energi potensial dari pendulum beban yang berayun dari suatu ketinggian tertentu dan menumbuk benda uji sehingga benda uji mengalami deformasi. Gambar 3.1 di bawah ini memberikan ilustrasi suatu pengujian impak dengan metode Charpy: ahyuwono@metal.ui.ac.id 19

21 Gambar 3.1. Ilustrasi skematis pengujian impak dengan benda uji Charpy Pada pengujian impak ini banyaknya energi yang diserap oleh bahan untuk terjadinya perpatahan merupakan ukuran ketahanan impak atau ketangguhan bahan tersebut. Pada Gambar 3.1 di atas dapat dilihat bahwa setelah benda uji patah akibat deformasi, bandul pendulum melanjutkan ayunannya hingga posisi h. Bila bahan tersebut tangguh yaitu makin mampu menyerap energi lebih besar maka makin rendah posisi h. Suatu material dikatakan tangguh bila memiliki kemampuan menyerap beban kejut yang besar tanpa terjadinya retak atau terdeformasi dengan mudah. Pada pengujian impak, energi yang diserap oleh benda uji biasanya dinyatakan dalam satuan Joule dan dibaca langsung pada skala (dial) penunjuk yang telah dikalibrasi yang terdapat pada mesin penguji. Harga impak (HI) suatu bahan yang diuji dengan metode Charpy diberikan oleh : E HI = (3.1) A dimana E adalah energi yang diserap dalam satuan Joule dan A luas penampang di bawah takik dalam satuan mm 2. Secara umum benda uji impak dikelompokkan ke dalam dua golongan sampel standar yaitu : batang uji Charpy sebagaimana telah ditunjukkan pada Gambar 1, banyak digunakan di Amerika Serikat dan batang uji Izod yang lazim digunakan di Inggris dan Eropa. Benda uji Charpy memiliki luas penampang lintang bujur sangkar (10 x 10 mm) dan memiliki takik (notch) berbentuk V dengan sudut 45 o, dengan jari-jari dasar 0,25 mm dan kedalaman 2 mm. Benda uji diletakkan pada tumpuan dalam posisi mendatar dan bagian yang bertakik diberi beban impak dari ayunan bandul, sebagaimana telah ditunjukkan oleh Gambar 3.1. Benda uji Izod mempunyai penampang lintang bujur sangkar atau lingkaran dengan takik V di dekat ujung yang dijepit. Perbedaan cara pembebanan antara metode Charpy dan Izod ditunjukkan oleh Gambar 3.2 di bawah ini: ahyuwono@metal.ui.ac.id 20

22 Gambar 3.2. Ilustrasi skematik pembebanan impak pada benda uji Charpy dan Izod Serangkaian uji Charpy pada satu material umumnya dilakukan pada berbagai temperatur sebagai upaya untuk mengetahui temperatur transisi (akan diterangkan pada paragrafparagraf selanjutnya). Sementara uji impak dengan metode Izod umumnya dilakukan hanya pada temperatur ruang dan ditujukan untuk material-material yang didisain untuk berfungsi sebagai cantilever. Takik (notch) dalam benda uji standar ditujukan sebagai suatu konsentrasi tegangan sehingga perpatahan diharapkan akan terjadi di bagian tersebut. Selain berbentuk V dengan sudut 45 o, takik dapat pula dibuat dengan bentuk lubang kunci (key hole), lihat Gambar 3.5 di bagian akhir bab ini. Pengukuran lain yang biasa dilakukan dalam pengujian impak Charpy adalah penelaahan permukaan perpatahan untuk menentukan jenis perpatahan (fracografi) yang terjadi. Secara umum sebagaimana analisis perpatahan pada benda hasil uji tarik maka perpatahan impak digolongkan menjadi 3 jenis, yaitu: 1. Perpatahan berserat (fibrous fracture), yang melibatkan mekanisme pergeseran bidangbidang kristal di dalam bahan (logam) yang ulet (ductile). Ditandai dengan permukaan patahan berserat yang berbentuk dimpel yang menyerap cahaya dan berpenampilan buram. 2. Perpatahan granular/kristalin, yang dihasilkan oleh mekanisme pembelahan (cleavage) pada butir-butir dari bahan (logam) yang rapuh (brittle). Ditandai dengan permukaan patahan yang datar yang mampu memberikan daya pantul cahaya yang tinggi (mengkilat). 3. Perpatahan campuran (berserat dan granular). Merupakan kombinasi dua jenis perpatahan di atas. Gambar 3.3 berikut ini memperlihatkan ilustrasi tampilan perpatahan benda uji hasil uji impak Charpy: ahyuwono@metal.ui.ac.id 21

23 Gambar 3.3. Ilustrasi permukaan patahan (fractografi) benda uji impak Charpy Selain dengan harga impak yang ditunjukkan oleh alat uji, pengukuran ketangguhan suatu bahan dapat dilakukan dengan memperkirakan berapa persen patahan berserat dan patahan kristalin yang yang dihasilkan oleh benda uji yang diuji pada temperatur tertentu. Semakin banyak persentase patahan berserat maka dapat dinilai semakin tangguh bahan tersebut. Cara ini dapat dilakukan dengan mengamati permukaan patahan benda uji di bawah miskroskop stereoscan. Informasi lain yang dapat dihasilkan dari pengujian impak adalah temperatur transisi bahan. Temperatur transisi adalah temperatur yang menunjukkan transisi perubahan jenis perpatahan suatu bahan bila diuji pada temperatur yang berbeda-beda. Pada pengujian dengan temperatur yang berbeda-beda maka akan terlihat bahwa pada temperatur tinggi material akan bersifat ulet (ductile) sedangkan pada temperatur rendah material akan bersifat rapuh atau getas (brittle). Fenomena ini berkaitan dengan vibrasi atom-atom bahan pada temperatur yang berbeda dimana pada temperatur kamar vibrasi itu berada dalam kondisi kesetimbangan dan selanjutnya akan menjadi tinggi bila temperatur dinaikkan (ingatlah bahwa energi panas merupakan suatu driving force terhadap pergerakan partikel atom bahan). Vibrasi atom inilah yang berperan sebagai suatu penghalang (obstacle) terhadap pergerakan dislokasi pada saat terjadi deformasi kejut/impak dari luar. Dengan semakin tinggi vibrasi itu maka pergerakan dislokasi mejadi relatif sulit sehingga dibutuhkan energi yang lebih besar untuk mematahkan benda uji. Sebaliknya pada temperatur di bawah nol derajat Celcius, vibrasi atom relatif sedikit sehingga pada saat bahan dideformasi pergerakan dislokasi menjadi lebih mudah dan benda uji menjadi lebih mudah dipatahkan dengan energi yang relatif lebih rendah. Informasi mengenai temperatur transisi menjadi demikian penting bila suatu material akan didisain untuk aplikasi yang melibatkan rentang temperatur yang besar, misalnya dari temperatur di bawah nol derajat Celcius hingga temperatur tinggi di atas 100 derajat Celcius, contoh sistem penukar panas (heat exchanger). Hampir semua logam berkekuatan rendah dengan struktur kristal FCC seperti tembaga dan aluminium bersifat ulet pada semua temperatur sementara bahan dengan kekuatan luluh yang tinggi bersifat rapuh. Bahan keramik, polimer dan logam-logam BCC dengan kekuatan luluh rendah dan sedang memiliki transisi rapuh-ulet bila temperatur dinaikkan. Hampir semua baja karbon yang dipakai pada 22

24 jembatan, kapal, jaringan pipa dan sebagainya bersifat rapuh pada temperatur rendah. Gambar 3.4 memberikan ilustrasi efek temperatur terhadap ketangguhan impak beberapa bahan, sedangkan Gambar 3.5 menyajikan bentuk benda uji impak berdasarkan ASTM E-23-56T. Gambar 3.4. Efek temperatur terhadap ketangguhan impak beberapa material. Gambar 3.5. Bentuk dan dimensi benda uji impak berdasarkan ASTM E23-56T 23

25 BAB 4 PENGUJIAN PUNTIR 4.1. Tujuan instruksional umum Mahasiswa mampu menganalisis hasil uji puntir beberapa jenis logam dan karakteristik perpatahan yang dihasilkan Sasaran Pembelajaran: Setelah mempelajari teori dasar pengujian puntir ini mahasiswa mampu: 1. Menjelaskan tujuan dan prinsip dasar pengujian puntir pada logam/material. 2. Menjelaskan kekhususan pengujian puntir dibandingkan uji tarik, terutama untuk memperoleh kurva tegangan geser dan regangan geser dari suatu material. 3. Menjelaskan derivasi formula dari momen puntir dan sudut puntir menjadi tegangan geser dan regangan geser. 4. Menerapkan dasar pengamatan kerusakan untuk menganalisis bentuk perpatahan (fraktografi) hasil uji puntir pada beberapa logam serta mengkaitkannya dengan kurva tegangan-regangan geser yang dicapai Pengantar Pengujian puntir merupakan jenis pengujian yang lebih spesifik dibandingkan pengujianpengujian terdahulu (tarik, kekerasan dan impak). Walaupun karakteristik mekanis material telah dapat diketahui dari hasil uji tariknya, pengujian puntir mampu memberikan informasi penting tambahan mengenai modulus elastisitas dalam arah geser (shear), kekuatan luluh puntir dan modulus pemuluran (rupture). Pengujian ini umumnya dilakukan pada materialmaterial yang getas seperti baja perkakas dan pada komponen-komponen hasil fabrikasi seperti poros, as roda dan sebagainya (full-scale test) Prinsip pengujian Benda uji puntir umumnya memiliki penampang lintang silinder, karena bentuk ini mewakili geometri paling sederhana dalam penghitungan tegangan yang terjadi pada material. Dalam batas elastis tegangan geser bervariasi secara linier dari nol di bagian pusat lingkaran hingga ahyuwono@metal.ui.ac.id 24

26 mencapai maksimum pada permukaan terluar benda uji. Pengujian dilakukan dengan mencengkam salah satu ujung benda uji silinder pada grip pemegang (chuck), sementara ujung lainnya diberikan pembebanan melalui kepala beban. Deformasi diukur dengan alat pengukur sudut puntir (twisting) yang dinamakan troptometer. Penentuan deformasi didasarkan atas perpindahan sudut (angular displacement) dari suatu titik yang berada dekat ujung benda uji terhadap posisi suatu titik dengan elemen longitudinal yang sama di ujung lainnya. Gambar 4.1 di bawah ini memberikan ilustrasi deformasi pada benda uji puntir: Gambar 4.1. Pengujian puntir pada benda uji silinder pejal Momen luar yang ditimbulkan pada salah ujung benda uji mendapat tahanan dari tegangan geser material. Tegangan tersebut bernilai nol pada pusat benda uji dan meningkat secara linier dengan penambahan jarak terhadap titik pusat. Kondisi kesetimbangan antara momen pemuntir luar dan momen reaksi dari material menghasilkan: r= a τ a M = τ 2 rda= r da r T r= 0 0 (4.1) dengan r 2 da adalah momen inersia polar dari benda uji dan biasa dinotasikan dengan J. Sehingga J M T = τ (4.2) r dan τ = M r T (4.3) J dimana τ adalah tegangan geser (N/mm 2 ), M T momen puntir (N-mm), r jarak radial dari pusat (mm) dan J momen inersia polar yang tergantung geometris benda (mm 4 ). Untuk benda uji silinder pejal dimana J = πd 4 /32 maka tegangan maksimum yang terjadi pada permukaan adalah: MT D/ 2 16 M T τ max = 4 = 3 (4.4) πd / 32 πd sementara benda uji silinder tubular J = π/32(d o 4 - D i 4 ) dengan D o diameter luar dan D i diameter dalam, tegangan geser maksimum adalah: ahyuwono@metal.ui.ac.id 25

27 τ max 16 MTDo = 4 4 π( D D ) o i (4.5) Besarnya regangan geser γ ditentukan oleh sudut puntiran θ (dalam satuan radian): rθ γ = tanφ = (4.6) L dimana L adalah panjang benda uji pada Gambar 4.1. Pada saat pengujian maka pengukuran yang dilakukan adalah momen puntir M T dan sudut puntir θ untuk memperoleh diagram seperti ditunjukkan oleh Gambar 4.2 berikut: Gambar 4.2. Diagram momen puntir-sudut puntir Pada daerah elastis, sebagaimana halnya hukum Hooke pada uji tarik, maka tegangan geser dapat dianggap proporsional dengan regangan gesernya. Konstanta proporsionalitas dalam hal ini adalah modulus kekakuan/elastisitas dalam geseran, G menghasilkan persamaan: τ = G γ (4.7) Substitusi persamaan (4.2) dan (4.6) ke persamaan menghasilkan persamaan untuk modulus geser sebagai fungsi dari geometri benda uji, momen puntir dan sudut puntir: G M L T = (4.8) Jθ Keadaan tegangan internal yang terjadi pada suatu titik pada permukaan benda uji puntir pejal ditunjukkan oleh Gambar 4.3 berikut: Gambar 4.3. Keadaan tegangan pada benda uji silinder pejal yang mengalami momen puntir ahyuwono@metal.ui.ac.id 26

28 Tegangan geser maksimum terjadi pada dua bidang yang saling tegak lurus, tegak lurus terhadap sumbu longitudinal yy dan sejajar dengan sumbu longitudinal xx. Tegangan utama σ 1 dan σ 3 menghasilkan sudut 45 o terhadap sumbu longitudinal dan setara nilainya dengan tegangan-tegangan geser. σ 1 adalah tegangan tarik sementara σ 3 tegangan tekan. Tegangan intermediat σ 2 adalah nol. Keadaan tegangan inilah yang dapat dipakai untuk menjelaskan bentuk perpatahan pada benda uji ulet dan getas. Logam ulet akan mengalami kegagalan karena mekanisme geser yang terjadi sepanjang salah satu bidang tegangan geser maksimum. Umumnya bidang perpatahan tegak lurus terhadap sumbu longitudinal, lihat Gambar 4.4.a. (a) (b) Gambar 4.4. Jenis kegagalan material dalam pembebanan puntir: (a) kegagalan ulet akibat mode geser) dan (b) kegagalan getas akibat mode tarik Material getas akan mengalami kegagalan dalam pembebanan puntir sepanjang bidang yang tegak lurus terhadap arah tegangan tarik maksimum. Karena bidang ini memotong sudut antara dua bidang tegangan geser dan membentuk sudut 45 o terhadap arah-arah longitudinal dan transversal, maka perpatahan akan berbentuk heliks, seperti diperlihatkan oleh Gambar 4.4.b. Bandingkan dengan kondisi tegangan dan perpatahan pada material ulet atau getas bila dikenakan pembebanan tarik atau tekan! Pengujian puntir memiliki kelebihan daripada pengujian tarik dalam hal pengukuran dasar mengenai plastisitas material. Pengujian puntir mampu menghasilkan secara langsung kurva tegangan geser-regangan geser, yaitu melalui persamaan (4.3) dan (4.6). Nilai regangan yang besar mampu diperoleh dalam uji puntir tanpa komplikasi terjadinya penciutan (necking) dalam penarikan ataupun penggembungan (barreling) karena efek gesekan dalam penekanan. ahyuwono@metal.ui.ac.id 27

29 BAB 5 PENGUJIAN KEAUSAN 5.1. Tujuan Instruksional Umum: Mahasiswa mampu menganalisis mekanisme keausan yang terjadi pada beberapa jenis logam 5.2. Sasaran Pembelajaran: Setelah mempelajari teori dasar pengujian puntir ini mahasiswa mampu: 1. Menjelaskan tujuan dan prinsip dasar pengujian keausan pada logam/material. 2. Menjelaskan beberapa mekanisme keausan yang mungkin terjadi pada logam/material. 3. Menganalisis beberapa faktor luar (beban, kecepatan dan jarak luncur) terhadap laju keausan beberapa jenis logam Pengantar Keausan umumnya didefinisikan sebagai kehilangan material secara progresif atau pemindahan sejumlah material dari suatu permukaan sebagai suatu hasil pergerakan relatif antara permukaan tersebut dan permukaan lainnya. Keausan telah menjadi perhatian praktis sejak lama, tetapi hingga beberapa saat lamanya masih belum mendapatkan penjelasan ilmiah yang besar sebagaimana halnya pada mekanisme kerusakan akibat pembebanan tarik, impak, puntir atau fatigue. Hal ini disebabkan masih lebih mudah untuk mengganti komponen/part suatu sistem dibandingkan melakukan disain komponen dengan ketahanan/umur pakai (life) yang lama. Saat ini, prinsip penggantian dengan mudah seperti itu tidak dapat diberlakukan lebih lanjut karena pertimbangan biaya (cost). Pembahasan mekanisme keausan pada material berhubungan erat dengan gesekan (friction) dan pelumasan (lubrication). Telaah mengenai ketiga subyek ini yang dikenal dengan nama ilmu Tribologi. Keausan bukan merupakan sifat dasar material, melainkan response material terhadap sistem luar (kontak permukaan). Material apapun dapat mengalami keausan disebabkan mekanisme yang beragam Prinsip pengujian Pengujian keausan dapat dilakukan dengan berbagai macam metode dan teknik, yang semuanya bertujuan untuk mensimulasikan kondisi keausan aktual. Salah satunya adalah dengan metode Ogoshi dimana benda uji memperoleh beban gesek dari cincin yang berputar ahyuwono@metal.ui.ac.id 28

30 (revolving disc). Pembebanan gesek ini akan menghasilkan kontak antar permukaan yang berulang-ulang yang pada akhirnya akan mengambil sebagian material pada permukaan benda uji. Besarnya jejak permukaan dari material tergesek itulah yang dijadikan dasar penentuan tingkat keausan pada material. Semakin besar dan dalam jejak keausan maka semakin tinggi volume material yang terlepas dari benda uji. Ilustrasi skematis dari kontak permukaan antara revolving disc dan benda uji diberikan oleh Gambar 5.1: ω = kecepatan putar P ω B r h b Gambar 5.1. Pengujian keausan dengan metode Ogoshi Dengan B adalah tebal revolving disc (mm), r jari-jari disc (mm), b lebar celah material yang terabrasi (mm) maka dapat diturunkan besarnya volume material yang terabrasi (W): W = B.b 3 /12r (5.1) Laju keausan (V) dapat ditentukan sebagai perbandingan volume terabrasi (W) dengan jarak luncur x (setting pada mesin uji): V = W/x = B.b3/12r.x (5.2) Sebagaimana telah disebutkan pada bagian Pengantar, material jenis apapun akan mengalami keausan dengan mekanisme yang beragam, yaitu: keausan adhesive, abrasi, lelah dan oksidasi. Di bawah ini diberikan penjelasan ringkas dari mekanisme-mekanisme tersebut: 1. Keausan adhesive: terjadi bila kontak permukaan dari dua material atau lebih mengakibatkan adanya perlekatan satu sama lain dan pada akhirnya terjadi pelepasan/pengoyakan salah satu material, seperti diperlihatkan oleh Gambar 5.2. Gambar 5.2. Ilustrasi skematis keausan adhesive ahyuwono@metal.ui.ac.id 29

31 2. Keausan abrasif: terjadi bila suatu partikel keras (asperity) dari material tertentu meluncur pada permukaan material lain yang lebih lunak sehingga terjadi penetrasi atau pemotongan material yang lebih lunak, sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 5.3. Tingkat keausan pada mekanisme ini ditentukan oleh derajat kebebasan (degree of freedom) partikel keras atau sperity tersebut. Sebagai contoh partikel pasir silica akan menghasilkan keausan yang lebih tinggi ketika diikat pada suatu permukaan seperti pada kertas amplas, dibandingkan bila partikel tersebut berada di dalam sistem slury. Pada kasus pertama partikel tersebut kemungkinan akan tertarik sepanjang permukaan dan mengakibatkan pengoyakan sementara pada kasus terakhir partikel tersebut mungkin hanya berputar (rolling) tanpa efek abrasi. Gambar 5.3. Ilustrasi skematis keausan abrasif 3. Keausan lelah: merupakan mekanisme yang relatif berbeda dibandingkan dua mekanisme sebelumnya, yaitu dalam hal interaksi permukaan. Baik keausan adhesive maupun abrasif melibatkan hanya satu interaksi sementara pada keausan lelah dibutuhkan interaksi multi. Gambar 5.4 memberikan skematis mekanisme keausan lelah. Permukaan yang mengalami beban berulang akan mengarah pada pembentukan retak-retak mikro (t 1 ). Retak-retak tersebut pada akhirnya menyatu (t 2 ) dan menghasilkan pengelupasan material ((t 3 ). Tingkat keausan sangat tergantung pada tingkat pembebanan. Gambar 5.4. Ilustrasi skematis keausan lelah 4. Keausan oksidasi: seringkali disebut sebagai keausan korosif. Pada prinsipnya mekanisme ini dimulai dengan adanya perubahan kimiawi material di bagian permukaan oleh faktor lingkungan. Kontak dengan lingkungan ini akan menghasilkan pembentukan lapisan pada permukaan dengan sifat yang berbeda dengan material induk. Sebagai ahyuwono@metal.ui.ac.id 30

32 konsekuensinya, material pada lapisan permukaan akan mengalami keausan yang berbeda Hal ini selanjutnya mengarah kepada perpatahan interface antara lapisan permukaan dan material induk dan akhirnya seluruh lapisan permukaan itu akan tercabut. Gambar 5.5 memperlihatkan skematis mekanisme keausan oksidasi/korosi ini. Gambar 5.5. Ilustrasi skematis keausan oksidasi 31

33 BAGIAN 2: MODUL PRAKTIKUM PENGUJIAN MEKANIK PADA MATERIAL 32

34 Tujuan Instruksional Umum: Mahasiswa mampu menguasai teknik dan prosedur standar beberapa pengujian mekanis pada logam dan menganalisis hasil-hasil pengujian tersebut berdasarkan teori-teori dasar metalurgi fisik yang telah diberikan pada bab-bab sebelumnya. Sasaran Pembelajaran: Setelah melakukan praktikum ini mahasiswa mampu: 1. Memahami dan menguasai teknik dan prosedur standar pengujian-pengujian mekanis yaitu pengujian tarik, kekerasan, impak, torsi dan keausan pada baja lunak (mild steel), besi tuang, paduan tembaga dan paduan alumunium. 2. Membandingkan hasil pengujian mekanis pada logam-logam tersebut dan menganalisisnya berdasarkan teori-teori dasar metalurgi fisik. 3. Menganalisis tampilan perpatahan beberapa logam hasil uji tarik, impak dan torsi berdasarkan hasil uji mekanisnya dan karakteristik dasar logam-logam tersebut. Sistem Evaluasi: Tes Pendahuluan (TP) : 15% Laporan Pendahuluan (LP) : 15% Praktikum (P) : 20% Laporan Akhir (LA) : 25% Presentasi LA + Ujian Lisan : 25% ahyuwono@metal.ui.ac.id 33

35 MODUL 1 PENGUJIAN TARIK 1.1. Tujuan Pengujian: 1. Untuk membandingkan kekuatan maksimum beberapa jenis logam (besi tuang, baja, tembaga dan alumunium) 2. Untuk membandingkan titik luluh logam-logam tersebut 3. Untuk membandingkan tingkat keuletan logam-logam tersebut, melalui penghitungan % elongasi dan % pengurangan luas. 4. Untuk membandingkan fenomena necking pada logam-logam tersebut. 5. Untuk membandingkan modulus elastisitas dari logam-logam tersebut. 6. Untuk membuat, membandingkan serta menganalisis kurva tegangan-regangan, baik kurva rekayasa maupun sesungguhnya dari beberapa jenis logam. 7. Untuk membandingkan tampilan perpatahan (fraktografi) logam-logam tersebut dan menganalisisnya berdasarkan sifat-sifat mekanis yang telah dicapai Prasyarat: Sebelum anda melakukan modul praktikum ini, anda harus: 1. Membaca Teori Dasar Praktikum Metalurgi Fisik (Bab 1) dan buku-buku teks yang dianjurkan; 2. Membaca buku prosedur panduan praktikum Metalurgi Fisik ini; 3. Menyelesaikan Laporan Pendahuluan Praktikum (prelab report) dan menyerahkannya kepada asisten penanggung jawab/koordinator praktikum; 4. Lulus tes pendahuluan Peralatan dan material: 1. Universal testing machine, Servopulser Shimadzu kapasitas 30 ton 2. Caliper dan/atau mikrometer 3. Spidol permanen atau penggores (cutter) 4. Stereoscan macroscope. 5. Sampel uji tarik (besi tuang, baja, tembaga dan alumunium) Prosedur: 1. Ukurlah dimensi (diameter rata-rata) dari benda uji dengan menggunakan caliper atau mikrometer. Buatlah sketsa dari benda uji dan masukkan hasil pengukuran dimensi tersebut pada lembar data Anda. ahyuwono@metal.ui.ac.id 34

36 2. Tandailah panjang ukur (gauge length) berupa jarak antara dua titik pada benda uji dengan menggunakan penggores (cutter) atau spidol permanen. Buatlah panjang ukur yang simetris dengan panjang benda uji keseluruhan dan mengacu kepada standar (ASTM atau JIS) 3. Pasanglah benda uji dengan hati-hati pada grip mesin uji Shimadzu. Pada tahap ini anda akan didampingi oleh teknisi lab. Catatlah setiap langkah operasional setting pengujian dengan seksama. 4. Mulailah penarikan dan perhatikan dengan baik mekanisme deformasi yang terjadi pada benda uji serta tampilan grafik beban-perpanjangan yang terlihat pada recorder Teruskan pengamatan hingga terjadinya beban maksimum dan dilanjutkan dengan necking lalu perpatahan 5. Tandailah pada grafik beban-perpanjangan titik-titik terjadinya beban maksimum dan perpatahan. 6. Lepaskan benda uji dari grip mesin uji, satukan kembali patahan benda uji dan ukurlah panjang akhir (L f ) antara dua titik (gauge marks). Ukurlah pula diameter akhir dari bagian benda uji yang mengalami necking. Catatlah hasil-hasil pengukuran ini di dalam lembar data. 7. Amati dan catat karakteristik tipe perpatahan yang terjadi dengan menggunakan stereoscan macroscope. Buatlah sketsa tampak samping dan permukaan patahan (fractografi) benda uji pada lembar data Anda. 8. Lakukanlah pengujian untuk material yang berbeda jenisnya. 9. Berdasarkan grafik beban-perpanjangan setiap logam, hitunglah dengan formulasi yang sesuai dari nilai-nilai sebagai berikut: (i) titik luluh; (ii) kekuatan tarik maksimum; (iii) persentase elongasi; (iv) persentase pengurangan area; (v) modulus elastisitas Pertanyaan dan Tugas: 1. Buatlah grafik tegangan-regangan rekayasa dari pengujian tarik yang telah Anda lakukan pada sampel besi tuang, baja, tembaga dan alumunium. Indikasikanlah titik luluh, daerah deformasi elastis dan plastis, kekuatan maksimum dan titik perpatahan. 2. Dengan formulasi yang Anda susun pada Laporan Pendahuluan, buatlah diagram tegangan-regangan sesungguhnya dari sampel-sampel tersebut. Indikasikanlah dimana mulai terjadinya perbedaan yang signifikan antara grafik ini dengan grafik teganganregangan rekayasa. Berikanlah penjelasan! 3. Apa makna penting dari nilai-nilai % elongasi dan % pengurangan area dari suatu material? Apakah kedua nilai tersebut sama ataukah berbeda? Mengapa? 4. Mengapa baja menunjukkan adanya titik luluh sementara besi tuang tidak? 5. Mengapa besi tuang kelabu secara mekanik dinilai lemah? Ukuran apakah yang dipakai sehingga dinilai lemah secara mekanis? Bagaimana halnya dengan besi tuang nodular? 6. Bagaimana perbedaan perpatahan antara baja dan besi tuang? 7. Dari logam-logam yang diuji manakah yang: (i) paling kuat? (ii) paling ulet? (iii) paling kaku? Dukunglah penilaian anda tersebut dengan data-data hasil pengujian. 8. Apakah logam yang ulet selalu logam yang tangguh? ahyuwono@metal.ui.ac.id 35

37 MODUL 2 PENGUJIAN KEKERASAN 2.1. Tujuan Pengujian: 1. Untuk memahami dan menguasai prosedur metode uji kekerasan Brinell, Vickers dan Rockwell. 2. Untuk membandingkan nilai kekerasan (Brinell dan Vickers) dari beberapa jenis logam (besi tuang, baja, tembaga dan alumunium). 3. Untuk mengetahui prinsip dan teknik pengujian kekerasan mikro (Vickers) dan mengaplikasikannya untuk mengetahui nilai kekerasan fasa-fasa di dalam logam baja/besi tuang. 4. Untuk mengestimasi nilai kekuatan tarik beberapa logam berdasarkan nilai kekerasan Brinellnya Prasyarat: Sebelum anda melakukan modul praktikum ini, anda harus: 1. Membaca Teori Dasar Praktikum Metalurgi Fisik (Bab 2) dan referensi yang dianjurkan 2. Membaca buku prosedur panduan praktikum Metalurgi Fisik ini. 3. Menyelesaikan Laporan Pendahuluan Praktikum (prelab report) dan menyerahkannya kepada asisten penanggung jawab/koordinator praktikum 4. Lulus tes pendahuluan Peralatan dan material: 1. Hoytom macrohardness tester (metode Brinell, Vickers dan Rocwell) 2. Buehler Micromet 2100 series microhardness tester (metode Vickers) 3. Micrometer 4. Measuring microscope 5. Sampel uji silider pejal dan uji tarik (besi tuang, baja, tembaga dan alumunium) 2.4. Prosedur: Pengujian kekerasan makro a. Metode Brinell dan 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. ahyuwono@metal.ui.ac.id 36

38 2. Pastikan bahwa peralatan uji (Brinell dan 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 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 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. Catatlah hasil pengukuran pada buku lembar data anda Hitung nilai kekerasan dengan rumus yang sesuai dengan metode uji (Brinell atau Vickers) b. Metode Brinell (sampel uji tarik) Pengujian kekerasan ini dilakukan pada sampel-sampel uji tarik sebelum dilakukan penarikan. Tujuannya adalah untuk mengetahui korelasi antara nilai kekuatan tarik dan kekerasan Brinell dari logam. Prosedur pengujian adalah sama dengan prosedur I.a, hanya saja lokasi pengujian adalah pada bagian grip sampel uji tarik. 1. Amplaslah bagian grip sampel uji tarik dengan kertas amplas hingga diperoleh permukaan yang relatif rata dan mampu memantulkan cahaya. Bila perlu lanjutkan pengamplasan dengan tingkat kehalusan yang lebih tinggi. 2. Tempatkan sampel uji tarik tersebut dalam pemegang khusus (anvil) dalam posisi horisontal. 3. Pilihlah indentor dan beban yang sesuai. 4. Lakukan pengujian kekerasan Brinell pada beberapa lokasi di bagian grip (min. 3 titik). 5. Ukurlah diameter jejak yang dihasilkan. Hitung nilai kekerasan dan bandingkan dengan nilai yang diperoleh dari sampel uji silinder pejal. Gunakan keduanya untuk mengestimasi nilai kekuatan tarik logam. 6. Lakukan pada benda uji lainnya c. Metode Rockwell (sampel silinder pejal) Metode Rockwell merupakan pengujian untuk mengetahui nilai kekerasan material melalui pembacaan langsung (direct reading). Prinsip pengujian pada dasarnya adalah sama dengan metode Brinell dan Vickers. ahyuwono@metal.ui.ac.id 37

39 1. Persiapkan benda uji dengan baik (amplas dan poles secukupnya). 2. Pasang indentor yang sesuai (Rockwell B atau C). 3. Pasang beban yang sesuai, lihatlah buku manual alat. 4. Putar ring dari dial pembaca sehingga jarum panjang berwarna hitam menunjuk angka nol pada skala. Sesuaikan skala tersebut dengan metode Rockwell yang dipilih. Untuk Rockwell C pilihlah skala terluar (merah) sedangkan Rockwell pakailah skala dalam (hitam). 5. Lakukan preload dengan memutar poros dudukan benda uji searah jarum jam hingga jarum kecil pada dial pembaca menyentuh batas merah. 6. Lakukan pembebanan dengan memutar tuas beban ke belakang dengan hati-hati. Biarkan tuas bergerak dengan halus selama beberapa waktu, antara detik. 7. Kembalikan tuas beban ke posisi semula dengan hati-hati. 8. Bacalah nilai kekerasan material pada dial yaitu posisi jarum hitam panjang sesuai metode Rockwell yang dipakai. 9. Lepaskan benda uji dengan memutar poros dudukan benda uji berlawanan arah jarum. 10. Lanjutkan pengujian untuk lokasi atau material lain Pengujian kekerasan mikro Pengujian ini bertujuan untuk memperoleh nilai kekerasan mikro dari fasa-fasa penyusun besi tuang (kelabu dan nodular) dan baja karbon rendah. 1. Siapkan benda uji dengan tahapan-tahapan uji metalografi sebagai berikut: amplas kasar, amplas halus, poles dan etsa. Gunakan zat etsa nital 3% untuk memperoleh fasafasa penting dalam material-material tersebut. Konsultasikan dengan teknisi lab bersangkutan bila menemui masalah dalam memunculkan fasa-fasa tersebut. 2. Tempatkan benda uji pada dudukan dengan permukaan yang akan diuji tegak lurus terhadap indentor intan. 3. Nyalakan instrumen Micromet dengan menekan tombol switch-on di bagian samping alat uji. Lampu power berwarna merah akan menyala pada panel muka. 4. Putarlah turet indentor-lensa obyektif hingga diperoleh perbesaran 40 X. 5. Aturlah fokus struktur mikro benda uji dengan memutar handel pengangkat di bagian samping alat uji. Dapatkan tingkat pencahayaan yang sesuai dengan mengatur kontrol iluminasi di bagian samping. 6. Tentukan lokasi (fasa) yang akan diuji. Area yang dipilih harus ditempatkan di tengahtengah ruang pandang mata pengamat (okuler). 7. Pilih beban yang sesuai dengan memutar dial beban (di bagian samping atas) dengan hati-hati. Jangan sekali-kali melakukannya dengan kejutan. 8. Atur waktu indentasi. Tombol pengatur indentasi terletak di bagian amping bawah. Direkomendasikan waktu indentasi untuk hampir semua pengujian kekerasan mikro adalah detik. Bila diperlukan aculah standar ASTM. 9. Putar turet indentor-lensa obyektif hingga diperoleh posisi indentor. 10. Lakukan indentasi dengan menekan tombol Start. Lampu Loading akan menandakan indentasi berlangsung selama waktu yang telah ditentukan sebelumnya. ahyuwono@metal.ui.ac.id 38

40 11. Tunggulah agar lampu indikasi loading benar-benar berhenti menyala. Jangan sekalikali menggerakkan benda uji ataupun mencoba memutar turet indentor-lensa obyektif sebelum indentasi selesai dengan sempurna. 12. Indentasi selesai, putarlah turet ke posisi lensa obyektif kembali (40 X) dan mulailah pengukuran lebar jejak. 13. Pengukuran dilakukan dengan memutar left fillar adjustment knob (bagian kiri dari lensa okuler) sehingga bagian garis kiri terdalam menyentuh ujung kiri terluar dari jejak. 14. Putar right fillar adjustment knob sehingga bagian kanan terdalam dari right fillar line berimpit dengan bagian kiri terdalam dari left fillar line. Perhatikan skala nol pada right mikrometer yang terletak pada fillar adjustment knob. 15. Putar fillar adjustment knob sehingga garis kanan akhirnya mencapai ujung kanan terluar dari jejak. Inilah jarak diagonal dari jejak pada benda uji. Catatan: satu kali putaran mikrometer adalah 25 mikron atau penambahan 1 skala adalah sama dengan 0.5 mikron. 16. Ulangi langkah pengukuran untuk jarak diagonal lainnya dengan memutar kedua adjustment knob dalam posisi vertikal. 17. Hitung nilai kekerasan fasa dengan rumus yang sesuai. 18. Lakukan pengujian untuk fasa atau lokasi lain Pertanyaan dan Tugas: 1. Apakah satuan dari nilai kekerasan Brinell dan Vickers? 2. Apakah hasil penjejakan Brinell yang anda lakukan betul-betul berbentuk tembereng (spherical)? Distorsi bentuk apakah yang umum terjadi? Bagaimana halnya dengan distorsi jejak Vickers? 3. Mengapa diperlukan permukaan benda uji yang mulus/licin pada saat melakukan uji kekerasan Brinell atau Vickers? 4. Mengapa pengujian Vickers atau Rockwell C tidak disarankan untuk besi tuang? 5. Hitung nilai kekuatan tarik dari logam berdasarkan hasil uji kekerasan yang diperoleh. Sebagai patokan: nilai kekuatan tarik maksimum (UTS) = 0.35 HB kg/mm 2. Bandingkanlah nilai estimasi ini dengan nilai yang diperoleh dari pengujian tarik. Seberapa besarkah perbedaan kedua nilai tersebut? Berikanlah alasan yang mampu menjelaskan hal tersebut. 6. Mengapa terkadang diperlukan estimasi kekuatan tarik material dari nilai kekerasannya dibandingkan peroleh nilai UTS secara langsung dari pengujian tariknya? 7. Apakah nilai kekerasan Brinell, Vickers dan Rockwell dari suatu logam dapat dikonversikan satu sama lainnya? Apakah mungkin dihasilkan persamaan matematis untuk menghubungkan ketiga skala kekerasan tersebut. 8. Berapakah nilai VHN dari fasa-fasa: ferit, perlit, austenit, grafit berbentuk serpih, grafit berbentuk nodul? Bandingkanlah hasil pengujian anda dengan literatur. 9. Setelah melakukan pengujian kekerasan dapatkah anda memberikan batasan/definis pengujian kekerasan mikro itu? Apakah bedanya dengan kekerasan makro? 10. Pada aplikasi lain apa sajakah pengujian kekerasan mikro dilakukan? ahyuwono@metal.ui.ac.id 39

41 MODUL 3 PENGUJIAN IMPAK 3.1. Tujuan Pengujian: 1. Untuk mengetahui temperatur transisi perilaku kegetasan baja struktural ST Untuk menganalisis permukaan patahan (fractografi) sampel impak yang diuji pada berbagai temperatur Prasyarat: Sebelum anda melakukan modul praktikum ini, anda harus: 1. Membaca Teori Dasar Praktikum Metalurgi Fisik (Bab 3) dan buku-buku teks yang dianjurkan 2. Membaca buku prosedur panduan praktikum Metalurgi Fisik ini 3. Menyelesaikan Laporan Pendahuluan Praktikum (prelab report) dan menyerahkannya kepada asisten penanggung jawab/koordinator praktikum 4. Lulus tes pendahuluan Peralatan dan material: 1. Impact testing machine (metode Charpy) kapasitas 30 Joule. 2. Caliper dan/atau mikrometer 3. Stereoscan macroscope. 4. Termometer 5. Furnace. 6. Sampel uji impak baja ST 42 (4 buah) 7. Dry ice 3.4. Prosedur: 1. Dengan menggunakan caliper/mikrometer lakukan pengukuran luas area di bawah takik dari sampel-sampel uji anda. Catatlah hasil pengukuran anda di dalam lembar data. 2. Persiapkan sampel uji untuk temperatur rendah (<0 o C) dan temperatur tinggi (> C), yaitu dengan memasukkan masing-masing ke dalam wadah berisi campuran dry ice + alkohol 70% dan furnace. 3. Ujilah satu demi satu sampel pada: temperatur ruang (T r ), 0 o C, <0 o C dan >100 o C dengan mengikuti langkah-langkah sebagai berikut: ahyuwono@metal.ui.ac.id 40

42 Pastikan jarum skala berwarna merah sebagai penunjuk harga impak material berada pada posisi nol. Putarlah handel untuk menaikkan pendulum hingga jarum penunjuk beban berwarna hitam mencapai batas merah. Letakkan benda uji pada tempatnya dengan takik membelakangi arah datangnya pendulum. Pastikan benda uji tepat berada di tengah dengan bantuan centre setting. Bila benda uji telah siap, tariklah centre setting ke posisi semula. Jangan sekalikali meninggalkan centre setting ini di belakang benda uji karena akan ikut mengalami tumbukan oleh pendulum. Berhati-hatilah, jangan berdiri pada garis ayunan gaya pendulum. Bersiaplah melakukan pengujian pada posisi di samping alat uji. Lepaskan tombol pada tangkai pendulum sehingga pendulum berayun dan menumbuk benda uji. Lakukan pengereman dengan menarik tuas rem sehingga ayunan pendulum dapat dikurangi. Bacalah nilai yang ditunjukkan oleh jarum merah pada skala yang sesuai (300 Joule). Hitunglah harga impak material dengan rumus dasar. Ambil benda uji dan amatilah permukaan patahannya di bawah stereoscan macroscope. Buatlah sketsa patahannya di dalam lembar data anda. Ukurlah luas area getas dan ulet dari masing-masing sampel uji. Nyatakan dalam persentase terhadap luas area total di bawah takik! Ulangi pengujian untuk sampel-sampel lain. Tingkat kehati-hatian lebih tinggi diperlukan dalam menangani sampel temperatur tinggi Tugas dan pertanyaan: 1. Sifat fisik apakah yang ditentukan oleh pengujian impak? 2. Berikanlah beberapa contoh dimana gaya impak bekerja secara aktual pada komponenkomponen logam! 3. Buatlah grafik harga impak sebagai fungsi temperatur dari hasil pengujian anda. Tentukanlah temperatur transisi dari logam yang diuji! 4. Buatlah pula grafik persentase luas area getas sebagai fungsi temperatur! 5. Apakah yang menyebabkan terjadinya data scatter hasil pengujian anda? 6. Bagaimanakah grafik HI vs Temperatur bila takik pada benda uji dibuat (a) lebih tajam atau (b) lebih lebar? Jelaskan! 7. Kegagalan getas umumnya diindikasikan oleh alur cleavage sepanjang bidang kristalografi tertentu. Apakah penampakan perpatahan pada benda uji anda mendukung pernyataan ini? Jelaskan! 41

43 MODUL 4 PENGUJIAN PUNTIR 4.1. Tujuan Pengujian: 1. Untuk memperoleh kurva tegangan geser-regangan geser dan nilai modulus geser (G) dari beberapa jenis logam (baja, paduan tembaga dan paduan alumunium) 2. Untuk menganalisis permukaan patahan (fractografi) sampel hasil uji puntir Prasyarat: Sebelum anda melakukan modul praktikum ini, anda harus: 1. Membaca Teori Dasar Praktikum Metalurgi Fisik (Bab 4) dan buku-buku teks yang dianjurkan 2. Membaca buku prosedur panduan praktikum Metalurgi Fisik ini 3. Menyelesaikan Laporan Pendahuluan Praktikum (prelab report) dan menyerahkannya kepada asisten penanggung jawab/koordinator praktikum 4. Lulus tes pendahuluan Peralatan dan material: 1. Torsee torsion testing machine 2. Caliper dan/atau mikrometer 3. Stereoscan macroscope. 4. Sampel uji puntir (baja, paduan tembaga dan paduan alumunium) 4.4. Prosedur: 1. Persiapkan sampel uji kawat (panjang mm). 2. Pastikan bahwa oil dumper tersedia dalam jumlah yang memadai. 3. Atur skala pendulum sesuai dengan beban yang diinginkan (6 kg-m atau 3 kg-m). 4. Pasang beban tersebut 5. Periksa dan pasang jarum penunjuk momen puntir pada skala nol. 6. Pasang kertas pencatat pada silindernya. 7. Lakukan uji coba terlebih dahulu pada kertas dan silinder pencatat tersebut. 8. Pasang sampel uji dengan baik. Putarlah grip pemegang ke arah yang sesuai. Pastikan pengencangan yang dilakukan tidak terlalu rendah maupun terlalu besar. Gunakan alat bantu bila perlu. 9. Atur jarum penunjuk sudut puntir pada skala nol. 10. Atur jarum penunjuk momen puntir pada skala nol. 11. Atur penunjuk jumlah puntiran ahyuwono@metal.ui.ac.id 42

44 12. Tariklah tuas main switch pada dinding tembok ke posisi on 13. Nyalakan tombol hijau untuk memulai pengujian. 14. Amati dan catat momen torsi pada penambahan sudut puntir: tiap 30 o selama dua putaran tiap 60 o selama putaran ke 3 dan 4. tiap 90 o untuk satu putaran selanjutnya. tiap 120 o untuk satu putaran selanjutnya. tiap 180 o untuk satu putaran selanjutnya. tiap 360 o hingga benda uji putus. 15. Lepaskan benda uji dan amati di bawah stereoscan microscope. Buatlah sketsa dan deskripsi dari patahan tersebut. 16. Ulangi pengujian untuk jenis logam lainnya Tugas dan pertanyaan: 1. Buatlah kurva momen puntir terhadap sudut puntir dari setiap jenis logam yang diuji. 2. Dengan rumus yang sesuai, ubahlah kurva momen puntir-sudut puntir tersebut menjadi kurva tegangan geser-regangan geser. 3. Dari kurva tersebut tentukanlah nilai modulus geser (G) dari setiap jenis logam. Bandingkanlah nilai tersebut dengan nilai G yang diperoleh dari nilai E hasil uji tarik. (melalui rumus yang sesuai dan nilai v untuk setiap jenis logam dari literatur). 4. Bandingkanlah tampilan fraktografi patahan hasil uji puntir dan patahan hasil uji tarik untuk setiap jenis bahan. Apa yang membedakan tampilan tersebut? Jelaskan! ahyuwono@metal.ui.ac.id 43

45 MODUL 5 PENGUJIAN KEAUSAN 5.1. Tujuan Pengujian: 1. Untuk membandingkan ketahanan aus beberapa jenis logam (baja lunak, besi tuang, paduan tembaga dan paduan alumunium). 2. Untuk mengetahui mekanisme keausan yang dominan pada logam-logam tersebut 5.2. Prasyarat: Sebelum anda melakukan modul praktikum ini, anda harus: 1. Membaca Teori Dasar Praktikum Metalurgi Fisik (Bab 5) dan buku-buku teks yang dianjurkan 2. Membaca buku prosedur panduan praktikum Metalurgi Fisik ini 3. Menyelesaikan Laporan Pendahuluan Praktikum (prelab report) dan menyerahkannya kepada asisten penanggung jawab/koordinator praktikum 4. Lulus tes pendahuluan Peralatan dan material: 1. Ogoshi wear testing machine 2. Caliper dan/atau mikrometer 3. Pemasang-pembuka gir (tracker) 4. Mikroskop pengukur (Measuring macroscope) 5. Sampel uji keausan (baja, besi tuang, paduan tembaga dan paduan alumunium) 5.4. Prosedur: 1. Persiapkan semua perlengkapan yang dibutuhkan selama pengujian: sampel uji (5 buah), satu set gir, tracker. 2. Ukur tebal (B) dari cincin pemutar (revolving disc). Pasang pada tempatnya dan kencangkan dengan memutar mur pengikatnya. 3. Pasang benda uji pada sample holder yang berada pada tengah-tengah lever. Pastikan daerah yang akan diuji berada tepat di bawah garis penanda pada window. Kencangkan benda uji dengan memutar baut pada window tersebut searah putaran jarum jam. 4. Aturlah parameter pengujian (beban, kecepatan dan jarak luncur) dengan men-set variasi gir. Lihatlah tabel penunjuk variasi tersebut. ahyuwono@metal.ui.ac.id 44

46 5. Aturlah skala pada lubang intip pada posisi nol. Bila belum diperoleh maka tekanlah spring adjusting handle sambil diputar ke arah increase bila angkanya masih di bawah nol atau decrease bila angkanya melewati nol. 6. Sekarang sentuhkan sampel uji yang telah terikat pada sample holder dengan revolving disc. 7. Aturlah pasangan gir beban (yang berhubungan langsung dengan sample holder) sehingga diperoleh skala 4.5 pada lubang intip sebagai suatu pembebanan awal (preload). Bila posisi ini belum diperoleh, lakukan kembali langkah Pastikan set-up parameter pengujian telah sesuai. 9. Bersihkan mesin uji dari benda-benda yang membahayakan (kain, gir, obeng dsb). 10. Tekan tombol switch-on untuk memulai pengujian. 11. Lepaskan sampel bila mesin telah mati. Ulangi pengujian untuk lokasi atau sampel lain. 12. Ukurlah dengan measuring microscope lebar celah (b) yang diperoleh. Catat pada lembar data anda. Amati pula jejak keausan yang anda peroleh. Buatlah sketsa dan deskripsi jejak tersebut Tugas dan pertanyaan: 1. Hitunglah laju keausan pada sampel-sampel uji dengan parameter yang telah ditetapkan. Buatlah grafik laju aus terhadap beban dan kecepatan luncur dari setiap jenis material. 2. Bandingkanlah ketahanan aus dari material-material tersebut. Jelaskan berdasarkan tinjauan metalurgi fisik dan struktur mikro. 3. Apakah ada korelasi antara kekerasan logam dan ketahanan ausnya. Jelaskan! 4. Mekanisme keausan apakah yang terjadi pada sampel-sampel uji anda? 5. Bagaimana usaha/cara untuk meningkatkan ketahanan aus dari logam-logam tersebut? 45

47 LAMPIRAN 46

48 PRAKTIKUM KARAKTERISASI MATERIAL-1 Laboratorium Metalurgi Fisik FTUI LEMBAR DATA UJI TARIK Nama : NPM : Kelompok : Tanggal praktikum : Mesin Uji Chart speed Cross-head speed : : : Tabel 1. Sifat Mekanik Hasil Pengujian Tarik Benda uji Diameter benda uji, d (mm) Luas area Awal, Ao (mm 2 ) Akhir, Af (mm 2 ) Panjang ukur Awal, Lo (mm) Akhir, Lf (mm) Beban luluh, kg Beban maksimum, kg Beban putus, kg Kekuatan Luluh, kg/mm 2 UTS, kg/mm 2 Kekuatan Putus, kg/mm 2 Elongasi, %

49 Tabel Sketsa Patahan Sampel Uji Tarik Benda uji Tampak samping Penampang Lintang Deskripsi patahan Asisten Lab :. Paraf :.

50 PRAKTIKUM KARAKTERISASI MATERIAL-1 Laboratorium Metalurgi Fisik FTUI LEMBAR DATA UJI KEKERASAN METODE BRINELL Nama : NPM : Kelompok : Tanggal praktikum : No Benda uji Kondisi Indentasi D = P = t = D = P = t = D = P = t = D = P = t = D = P = t = mm kg detik mm kg detik mm kg detik mm kg detik mm kg detik Inden Jejak (mm) -tasi d 1 d 2 d ave BHN BHN rata-rata Keterangan Asisten : Paraf :.

51 PRAKTIKUM KARAKTERISASI MATERIAL-1 Laboratorium Metalurgi Fisik FTUI LEMBAR DATA UJI KEKERASAN METODE VICKERS Nama : NPM : Kelompok : Tanggal praktikum : No Benda uji Kondisi Indentasi P = t = P = T = P = t = P = t = P = t = kg detik kg detik kg detik kg detik kg detik Indentasi d (mm) VHN VHN rata-rata Keterangan Asisten : Paraf :.

52 PRAKTIKUM KARAKTERISASI MATERIAL-1 Laboratorium Metalurgi Fisik FTUI LEMBAR DATA UJI KEKERASAN METODE ROCKWELL Nama : NPM : Kelompok : Tanggal praktikum : No Benda uji Kondisi Indentasi P = t = P = t = P = t = P = t = P = t = kg detik kg detik kg detik kg detik kg detik Indentasi HRC HRB HRC rata HRB rata 2 Keterangan Asisten : Paraf :.

53 PRAKTIKUM KARAKTERISASI MATERIAL-1 Laboratorium Metalurgi Fisik FTUI LEMBAR DATA UJI IMPAK Nama : NPM : Kelompok : Tanggal praktikum : Sketsa benda uji: a b a = tinggi section di bawah takik (mm) b = lebar sampel (mm) A = luas penampang di bawah takik = a x b (mm 2 ) U = Energi yang diserap (J) HI = Harga Impak = E/A (J/mm 2 ) Material :.. Metode : Charpy Beban impak : Joule No T ( o C) a (mm) b (mm) A (mm 2 ) E (Joule) HI (Joule/ mm 2 ) Bentuk patahan Deskripsi patahan Asisten Lab: Paraf :.

54 PRAKTIKUM KARAKTERISASI MATERIAL-1 Laboratorium Metalurgi Fisik FTUI LEMBAR DATA UJI PUNTIR Nama : NPM : Kelompok : Tanggal praktikum : Benda uji : Panjang sampel : awal =. mm akhir =.mm Diameter sampel : awal =. mm akhir =.mm No Momen Puntir T (kg-mm) Sudut Puntir ( o ) No Momen Puntir T (kg-mm) Sudut Puntir ( o ) Sketsa patahan Deskripsi patahan: Asisten Lab :.. Paraf :.