DAFTAR ISI. I. Identitas Diri 2. II. Daftar Isi 3. i. Tujuan Percobaan 5. ii. Dasar Teori 5. Alat dan Bahan 9. Flowchart Proses Pengujian 11

Transkripsi

1 DAFTAR ISI I. Identitas Diri 2 II. Daftar Isi 3 III. Lapran Awal Pengujian Impak i. Tujuan Percbaan 5 ii. Dasar Teri 5 iii. Metdlgi Percbaan Alat dan Bahan 9 Flwchart Prses Pengujian 11 IV. Data Percbaan i. Tabel Data 12 ii. Cnth Perhitungan 12 iii. Grafik 13 V. Prinsip Pengujian 13 i. Analisa Grafik 17 ii. Analisa Temperatur Transisi 17 iii. Analisa Hasil Perpatahan 17 VI. Kesimpulan 18 VII. Lampiran i. Tugas Tambahan 19 ii. Lembar Data 21 VIII. Daftar Pustaka 22 3

2 Lapran Awal Praktikum Material Teknik Uji Impak (Impact Test) RIDANI FAULIKA KELOMPOK 2 Labratrium Metalurgi Fisik Departemen Metalurgi dan Material FTUI 4

3 2011 I. Tujuan Praktikum 1. Menjelaskan tujuan dan prinsip dasar pengukuran harga impak dari lgam. 2. Mengetahui temperatur transisi perilaku ketegasan baja struktural ST Menganalisa permukaan patahan (fractgrafi) sampel impak yang diuji pada beberapa temperatur. 4. Membandingkan nilai impak bebberapa jenis lgam 5. Menjelaskan perbedaan metde Charpy dan Izd. II. Dasar Teri Pengujian Impak merupakan pengujian yang mengukur ketahanan baan terhadap beban kejut. Inilah yang membedakan pengujian impak dengan pengujian tarik dan kekerasan dimana pembebanan dilakukan secara perlahanlahan. Pengujian impak merupakan suatu upaya untuk mensimulasikan kndisi perasi material yang sering ditemui dalam perlengkapan knstruksi dan treansprtasi dimana beban tidak selamanya terjadi secara perlahan-lahan melainkan dating secara tiba-tiba, cnth defrmasi pada bumper mbil pada saat kecelakaan. Dasar pengujian impak ini adalah penyerapan energi ptensial dari pendulum beban yang berayun dari suatu ketinggian tertentu dan menumbuk benda uji sehingga benda uji mengalami defrmasi maksimum hingga mengakibatkan perpatahan. Pada pengujian impak ini banyaknya energy yang diserap leh bahan untuk terjadinya perpatahan merupakan ukuran ketahanan impak atau ketangguhan bahan tersebut. Suatu material dikatakan tangguh bila memiliki kemampuan menyerap beban kejut yang besar tanpa mengalami retak atau defrmasi dengan mudah. Gambar dibawah ini memberikan ilustrasi suatu pengujian impak dengan metde charpy. 5

4 Pada pengujian impak, energi yang diserap leh benda uji biasanya dinyatakan dalam satuan jule dan dibaca langsung pada skala (dial) petunjuk yang telah dikalibrasi yang terdapat pada mesin penguji. Harga impak (HI) suatu bahan yang diuji dengan metde Charpy diberikan leh : HI = E/A dimana E adalah energi yang diserap dalam satuan jule dan A luas penampang di bawah takik dalam satuan mm 2. E = P (H0-H1) dimana : P = beban yang diberikan (Newtn) H0 = ketinggian awal bandul (mm) H1 = ketinggian akhir setelah terjadi perpatahan benda uji (mm) 6

5 Benda uji impak dikelmpkkan kedalam dua glngan sampel standar (ASTM E-23) yaitu batang uji Charpy ( metde Charpy - USA) dan batang uji Izd (metde Izd Inggris dan Erpa ). 1. Batang Uji Charpy Sampel uji memiliki dimensi ukuran yaitu 10x10x55 mm (tinggi x lebar x panjang). Dengan psisi takik (ntch) berada di tengah, kedalaman takik 2 mm dari permukaan benda uji, dan sudut takik 45 derajat. Bentuk takik berupa huruf U, V, key hle (seperti lubang kecil). Benda diletakkan pada tumpuan dengan psisi hrizntal dan tidak dijepit. Hal ini meneybabbkan pengujian berlangsung lebih cepat, sehingga memudahkan untuk melakukan pengujian pada temperatur transisinya. Sedangkan ayunan bandul dari arah belakang takik dengan pembebanan dilakukan dari arah punggung takik. 2. Batang Uji Izd Sampel uji memiliki dimensi ukuran yaitu 10x10x75 (tinggi x lebar x panjang). Dengan psisi takik berada pada jarak 28 mm dari ujung benda uji, kedalaman takik 2 mm dari permukaan benda uji, dengan sudut takik 45 derajat. Bentuk takik berupa huruf U, V, key hle (seperti lubang kecil). Benda diletakkan dengan tumpuan psiisvertikal dan dijepit menyebabkan pengujian berlangsung lama, sehingga tidak cck digunakan pada pengujian dengan temperatur yang bervariasi. Sedangkan ayunan bandul dari arah depan takik dengan pembebanan dilakukan dari arah muka takik. 7

6 Pengukuran lain yang bisa dilakukan dalam pengujian impak charpy adalah penelaahan permukaan untuk menentukan jenis perpatahan (fractgrafi) yang terjadi. Secara umum sebagaimana analisis perpatahan pada benda hasil uji tarik maka perpatahan impak diglngkan menjadi 3 jenis perpatahan, yaitu : Perpatahan berserat (fibrus fracture), yang melibatkan mekanisme pergeseran bidang-bidang Kristal di dalam material / lgam (lgam) yang ulet (ductile). Perpatahan granular / kristalin, yang dihasilkan leh mekanisme pembelahan cleavage pada butir-butir dari material / lgam (lgam) yang rapuh (brittle). Perpatahan campuran, merupakan kmbinasi kedua jenis perpatahan di atas. Infrmasi lain yang dapat diperleh dari pengujian impak adalah temperatur transisi bahan. Temperatur transisi adalah temperatur yang menunjukkan transisi perubahan jenis temperature yang berbeda-beda maka akan terlihat bahwa pada temperature tinggi material akan bersifat ulet (ductile). Sedangkan pada temperatur rendah material akan bersifat rapuh atau getas (brittle). Fenmena ini berkaitan dengan vibrasi atm-atm bahan pada temperature yang berbeda dimana pada temperature kamar vibrasi itu berada dalam kndisi kesetimbangan dan selanjutnya akan menjadi tinggi bila temperature dinaikkan (ingatlah bahwa energy panas merupakan suatu driving frce terhadap pergerakkan partikel atm bahan). Vibrasi atm inilah yang berperan sebagai suatu penghalang (bstacle) terhadap pergerakan dislkasi pada saat terjadi defrmasi kejut/impak dari luar. 8

7 Dengan semakin tinggi vibrasi itu maka pergerakan disklkasi menjadi relatif sulit sehingga dibutuhkan energy yang lebih besar untuk mematahkan benda uji. Sebaliknya pada temperature dibawah 0 derajat celcius, vibrasi atm relatif sedikit sehingga pada saat bahan didefrmasi pergerakan dislkasi menjadi lebih mudah dan benda uji menjadi lebih mudah dipatahkan dengan energy yang relative lebih rendah. Infrmasi mengenai temperature transisi menjadi demikian penting bila suatu material akan didesain untuk aplikasi yang melibatkan rentang temperature yag besar, misalnya dari temperature dibawah 0 derajat celcius hingga temperature tinggi diatas 100 derajat celcius. Cnth system penukar panas (heta exchanger). Hamper semua lgam berkekuatan rendah dengan struktur Kristal F seperti tembaga dan alumunium bersifat ulet pada semua temperature sementara bahan dengan kekuatan luluh yang tinggi bersifat rapuh. Bahan keramik, plimer dan lgam-lgam BCC dengan kekuatan luluh yang rendah dan sedang memiliki transisi rapuh-ulet bila temperature dinaikkan. Ha,pir semua baja karbn yang dipakai jembatan, kapal, jaringan pipa dan sebagainya bersifat rapuh pada temperature rendah. Gambar di bawah ini memberikan ilustrasi efek temperature terhadap ketangguhan impak beberapa bahan. III. Metdlgi Penelitian III.1. Alat dan Bahan Impact Testing Machine (metde Charpy) kapasitas 30 Jule 9

8 Caliper atau micrmeter Sterescan macrscpe Termmeter Furnace Sampel uji Impak baja ST 42 dan Cu-Zn (3 buah) Dry ice 10

9 III.2. Flwchart Prses Pengujian Mengukur (luas area dibawah takik) dengan caliper. Masukan pada lembar data. Mempersiapkan sampel uji untuk temperatur rendah dan temperatur tinggi, memasukkan masing-masing ke dalam wadah berisi campuran dry ice + alkhl 70% dan furnace Menguji satu demi satu sampel, dengan mengikuti langkah-langkah sebagai berikut : Meletakkan benda uji pada tempatnya dengan takik membelakanig arah datangnya pendulum. Memutar handel untuk menaikkan pendulum hingga jarum petunjuk beban hingga berwarna hitam mencapai batas merah. Memastikan jarum skala berwarna merah sebagai petunjuk harga impak material berada pada psisi nl. Menarik centre setting ke psisi semula. Bersiap melakukan pengujian pada psisi samping benda uji Melakukan pengereman dengan menarik tuas rem sehingga ayunan pendulum dapat dikurangi Mengulangi pengujian sampelsampel lain. tingkat kehati-hatian lebih tinggi diperlukan dalam menangani sampel bertemperatur tinggi Mengambil benda uji dan mengamati permukaan patahannya di bawah sterescan macrscpe dan buat sketsa patahannya, nyatakan dalam persenta sterhadap luas area ttal di bawah takik Membaca nilai yang ditunjukkan leh jarum merah pada skala yang sesuai (300 Jule) dan menghitung harga impak material dengan rumus dasar 11

10 IV. Data, Perhitungan, dan Grafik IV.1. Tabel Data Bahan A T E HI (mm 2 ) ( C) (Jule) (Jule/mm 2 ) Sketsa Patahan Baja Baja Baja IV.2. Cnth Perhitungan Luas penampang di bawah takik a b a = tinggi sectin di bawah takik b = lebar sampel Luas = a x b = 8.27 x 10 = 82.7 mm 2 Harga impak (HI) HI = = = 3.34 Jule/mm 2 12

11 HI IV.3. Grafik HI vs T Grafik HI vs T C, C, C, Temperatur HI Arsiran berwarna merah merupakan daerah temperature transisi V. Pembahasan V.1. Prinsip Pengujian Pengujian impak merupakan suatu pengujian yang mengukur ketahanan baha n terhadap beban kejut. Pengujian ini bertujuan untuk mengukur ketahanan suatu material terhadap hantaman yang datang secara tiba-tiba. Material seperti itu banyak ditemui pada material pembentuk perlengkapan transprtasi dan knstruksi dimana beban tidak selamanya terjadi secara perlahanlahan seperti pembebanan tarik. 13

12 Dasar pengujian impak ini adalah penyerapan energi ptensial dari pendulum beban yang berayun dari suatu ketinggian tertentu dan menumbuk benda uji sehingga benda uji mengalami defrmasi. Gambar di atas ini memberikan ilustrasi suatu pengujian impak dengan metde charpy. Pada pengujian ini banyaknya energi yang diserap leh bahan untuk terjadinya perpatahan merupakan ukurab ketahanan impak atau ketangguhan bahan tersebut. Pada gambar di atas dapat dilihat bahwa setelah benda uji patah akibat defrmasi, bandul pendulum melanjutkan ayunannya hingga psisi h. Bila bahan tersebut tangguh maka makin besar energi yang mampu diserap atau h makin kecil. Suatu material dikatakan tangguh bila mampu menyerap energi yang besar tanpa mengalami keretakan atau terdefrmasi dengan mudah. Pada pengujian impak, energi yang diserap leh benda uji biasanya dinyatakan dalam satuan Jule dan dibaca langsung pada skala (dial) penunjuk yang telah dikalibrasi yang terdapat pada mesin penguji. Harga Impak (HI) suatu bahan yang diuji dengan metde Charpy diberikan leh: HI E A dimana E adalah energi yang diserap dalam satuan Jule dan A luas penampang dibawah takik dalam satuan mm 2. Takik (ntch) dalam benda uji standar ditunjukkan sebagai suatu knsentrasi tegangan sehingga perpatahan diharapkan akan terjadi dibagian tersebut. Selain bentuk V dengan sudut 45 0, takik dapat juga dibuat dengan bentuk lubang kunci (key hle). Pengukuran lain yang biasa dilakukan dalam pengujian impak Charpy adalah penelaahan permukaan perpatahan untuk 14

13 menentukan jenis perpatahan yang terjadi. Secara umum perpatahan diglngkan menjadi 3, yaitu : a) Perpatahan berserat (fibrus fracture), yang melibatkan mekanisme pergeseran bidang-bidang kristal didalam bahan (lgam) yang ulet (ductile). Ditandai dengan permukaan patahan yang berserat yang berbentuk dimple yang menyerap cahaya dan berpenampilan buram. b) Perpatahan granular/kristalin, yang dihasilkan leh mekanisme pembelahan (cleavange) pada butir-butir dari bahan (lgam) yang rapuh (brittle). Ditandai dengan permukaan patahan yang datar yang mampu memberikan daya pantul cahaya yang tinggi (mengkilat). c) Perpatahan campuran (berserat dan granular), merupakan kmbinasi dua jenis perpatahan diatas. Gambar dibawah ini memperlihatkan ilustrasi perpatahan benda uji : Permukaan patahan benda uji Selain dengan harga impak yang ditunjukkkan leh alat uji, pengukuran ketangguhan suatu bahan dapat dilakukan dengan memperkirakan berapa persen patahan berserat dan patahan granular yang dihasilkan leh benda uji yang diuji pada temperatur tertentu. Semakin banyak persentase patahan berserat maka semakin tangguh bahan tersebut. Cara ini dapat dilakukan dengan mengamati permukaan patahan benda uji dibawah mikrskp sterescan. Infrmasi lain yang dapat dihasilkan leh pengujian impak adalah temperatur transisi bahan. Temperatur transisi adalah temperatur yang menunjukkan transisi perubahan jenis perpatahan 15

14 suatu bahan bila diuji pada temperatur yang berbeda-beda. Pada pengujian seperti ini akan terlihat bahwa pada temperatur tinggi material akan bersifat ulet (ductile) sedangkan pada temperatur rendah material akan bersifat rapuh. Fenmena ini berkaitan dengan vibrasi atm-atm bahan pada temperatur yang berbeda dimana pada temperatur kamar vibrasi itu berada dalam kndisi kesetimbangan dan selanjutnya akan menjadi tinggi bila temperatur dinaikkan. Vibrasi atm inilah yang berperan sebagai suatu penghalang (bstacle) terhadap pergerakan dislkasi pada saat terjadi defrmasi kejut/impak dari luar. Dengan semakin tinggi vibrasi itu maka pergerakan dislkasi menjadi relatif sulit sehingga dibutuhkan energi yang lebih besar untuk mematahkan benda uji. Sebaliknya pada temperatur dibawah nl derajat Celcius, vibrasi atm relatif sedikit sehinggga pada saat bahan didefrmasi pergerakan dislkasi menjadi lebih mudah dipatahkan dengan energi yang relatif lebih rendah. Infrmasi mengenai temperatur transisi menjadi demikian penting bila suatu material akan didesain untuk aplikasi yang melibatkan rentang temperatur yang besar, dari temperatur dibawah nl derajat Celcius hingga diatas 100 derajat Celcius misalnya. Hampir semua lgam berkekuatan rendah dengan struktur kristal FCC seperti tembaga dan alumunium besifat ulet pada semua temperatur sementara bahan dengan kekuatan luluh ynag tinggi bersifat rapuh. Bahan keramik, plimer dan lgam BCC dengan kekuatan luluh rendah dan sedang memiliki transisi rapuhulet bila temperatur dinaikkan. Hampir semua baja karbn yang dipakai pada jembatan, kapal, jaringan pipa dan sebagainya bersifat rapuh pada temperatur rendah. 16

15 V.2. Analisa Grafik HI vs T Dari grafik dapat kita lihat bahwa pada suhu rendah yang diujikan, energi yang diperlukan untuk terjadinya perpatahan sangat sedikit. Hal ini terjadi akibat pada suhu rendah perambatan retak terjadi lebih cepat daripada terjadinya defrmasi plastik. Sedangkan pada suhu yang lebih tinggi terlihat energi yang diperlukan untuk terjadinya fracture lebih besar karena pada suhu tinggi retakan didahului leh defrmasi plastik terlebih dahulu. Grafik menunjukkan terjadinya fluktuasi energi yang diserap untuk terjadi fracture seiring dengan kenaikan suhu. Pernyataan tersebut sesuai dengan literatur, semakin tinggi temperatur maka semakin tangguh suatu material dengan makin bertambahnya besar energi yang diserap. V.3. V.4. Analisa Temperatur Transisi Temperatur transisi adalah temperatur yang menunjukkan transisi perubahan jenis perpatahan suatu bahan bila diuji pada temperatur yang berbeda-beda. Berdasarkan grafik percbaan impak yang telah dilakukan pada baja, bisa dilihat disana terdapat arsiran merah. Arsiran merah tersebut menunjukkan daerah temperatur transisi. Pada arsiran ini terjadi perubahan sifat material baja dari ulet menjadi getas atau getas menjadi ulet. Di bawah daerah temperatur transisi sifat material baja adalah getas (brittle), sedangkan di atas temperatur transisi sifat material baja adalah ulet (ductile). Analisa Hasil Perpatahan untuk Setiap Sampel pada Setiap T Terdapat 2 jenis perpatahan, yaitu perpatahan berserat dan perpatahan kristalin. Di bawah temperatur transisi, perpatahan yang terjadi adalah perpatahan kristalin. Perpatahan ini disebabkan karena sifat material yang menjadi brittle (rapuh/keras). Hanya sedikit energi yang diserap di bawah daerah temperatur transisi. Sedangkan di atas temperatur transisi, perpatahan yang terjadi 17

16 adalah perpatahan berserat. Perpatahan ini disebabkan karena sifat material yang menjadi ductile (ulet), sehingga tidak mudah patah. Temperatur 0,05 C Pada temperatur 0,05 C, baja patah sempurna atau patah granular setelah mengalami uji Charpy. Hal ini menunjukkan bahwa baja yang didinginkan hingga suhu mendekati 0 C menjadi bersifat getas. Temperatur 24 C Pada temperatur 24 C, baja patah, tetapi tidak sampai putus. Perpatahan seperti ini disebut perpatahan campuran. Penampilan permukaan pada sampel dengan suhu 24 C ini bergranular dan berserat. Perpatahan seperti ini terjadi ketika bahan bersifat mderately ductile (cukup ulet) sehingga dapat dikatakan materialnya cukup tangguh. Temperatur 101 C Perpatahan untuk besi pada suhu 45 C tidak menyebabkan terpisah menjadi 2, kemudian bentuk patahannya berserat. Jadi perpatahannya adalah perpatahan berserat. VI. Kesimpulan Sifat suatu material pada suhu yang berbeda akan berbeda pula juga. Temperatur mempengaruhi besar kecilnya harga nilai impak dari suatu material. Terlihat bahwa pada temperatur tinggi material akan bersifat ulet (harga impak tinggi) sedangkan pada temperatur rendah material akan bersifat rapuh atau getas (harga impak rendah). Temperatur transisi adalah temperatur yang menunjukkan transisi perubahan jenis perpatahan (getas menjadi ulet atau sebaliknya). Biasanya ditunjukkan dengan peningkatan/penurunan (batas merah pada grafik) harga impak dan sifat perpatahannya campuran. 18

17 TUGAS TAMBAHAN 1. Berapakah besar sudut takik pada metde Izd dan sebutkan alasannya. Mengapa besar sudut takik pada metde Charpy 45? Jawab: Sudut takik pada metde Izd adalah 45, alasannya karena sudut 45 merupakan sudut yang akan menghasilkan kekuatan impak terbesar. Sudut takik pada metde Charpy 45 karena sudut 45 akan menghasilkan impak terbesar dibandingkan dengan sudut-sudut lainnya. 2. Apa yang dimaksud dengan temperatur transisi? Tunjukkan dengan grafik (mengapa jika T tinggi ulet & T rendah getas) serta hubungannya dengan FCC dan BCC. Jawab: Temperatur transisi adalah temperatur yang menunjukkan transisi perubahan jenis perpatahan suatu bahan bila diuji pada temperatur yang berbeda-beda. Pada daerah temperatur transisi terjadi perubahan sifat material baja dari ulet menjadi getas atau getas menjadi ulet. Di bawah daerah temperatur transisi sifat material baja adalah getas (brittle), sedangkan di atas temperatur transisi sifat material baja adalah ulet (ductile). Hampir semua lgam berkekuatan rendah dengan struktur kristal FCC seperti tembaga dan alumunium besifat ulet pada semua temperatur sementara bahan dengan kekuatan luluh ynag tinggi bersifat rapuh. Bahan keramik, plimer dan lgam BCC dengan kekuatan luluh rendah dan sedang memiliki transisi rapuh-ulet bila temperatur dinaikkan. 19

18 3. Sebutkan aplikasi pengujian impak pada Teknik Mesin selain Titanic dan bumper mbil. Jawab: Shck-breaker 20

19 21

20 DAFTAR PUSTAKA Mdul Praktikum Destructive Test Depk : Labratrium Metalgrafi dan HST Departemen Metalurgi dan Material FTUI. Callister, William D Materials Science and Engineering: an Intrductin. New Yrk: Jhn Wiley & Sns, Inc. 22