MODUL PRAKTIKUM METALURGI (LOGAM) FAKULTAS TEKNIK MESIN UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam perancangan konstruksi mesin harus diupayakan menggunakan bahan seminimal mungkin. Karena setiap kelebihan berat yang tidak perlu akan berakibat terhambatnya fungsi atau kerja mesin serta memperbanyak biaya produksi. Supaya berbagai tuntutan terhadap efisisensi bahan serta memaksimalkan hasil dapat tercapai, maka sifat-sifat bahan seperti mengoperasikan nya pada kondisi tertentu harus diuji. Penguji yang lainnya untuk menyelidiki kesalahan, perlakuan atau kelemahan bahan yang dapat timbul pada saat pembuatan, pengolahan atau pemakaian dalam konstruksi untuk mencapai maksud ini harus dlakukan serangkaian pengujian sesuaia dengan kekerasan. Kekeasan suatu bahan merupakan salah satu sifat mekanis bahan yang terpenting pengujian kekerasan bahan merupakan salah satu bentuk untuk pengujian yang sederhana, cepat dan relatif murah dibanding beberapa bentuk pengujian lain, namun diperlakukan untuk mengetahui kualitas bahan agar tercipta suatu konstruksi yang berkualitas tinggi. Definisi kekerasan sangat tergantung pada cara pengujian yang dilakukan, beberapa definisi kekerasan adalah sebagai berikut: a. Ketahanan terhadap identasi permanen akibat beban dinamis atau statis yang disebut dengan kekerasan identasi. b. Energi yang diserap impact disebut kekerasan pantul. c. Kekerasan terhadap goresan disebut kekuatan goresan. d. Ketahanan terhadap pemotongan disebut kekuatan mampu mesin. Pengujian kekerasan yang banyak dilakukan adalah berdasarkan pada identifikasi permanen atau deformasi plastis akibat beban statis. Hasil pengujian kekerasan tidak dapat langsung dalam desain seperti halnya pengujian tarik
namun demikian pengujian kekerasan banyak dilakukan sebab hasilnya dapat digunakan sebagai berikut: a. Pada bahan yang sama dapat diklasifikasikan berdasarkan kekerasan. Dengan kekerasan tersebut dapat ditentukan penggunaan dari bahan tersebut. b. Sebagai kontrol kualitas dari produk seperti halnya mengetahui homogenitas akibat suatu proses pembentukkan dingin, pemaduan, heat treatment, cost hardening dan sebagainya. c. Dengan demikian dapat juga sebagai sarana kontrol terhadap proses tersebut. Kekuatan bahan merupakan tekanan atau tegangan tinggi yang mungkin diterima suatu bahan yang diakibatkan perubahan bentuk terbesar sebelum terjadi perpatahan. Tegangan yaitu perpatahan kecil dalam yang muncul pada suatu satuan bidang seluas 10 mm 2. 1.2 Tujuan 1.2.1 Pengujian Tarik Dalam pengujian ini mempunyai beberapa tujuan antara lain: a. Mengetahui sifat logam dengan uji tarik. b. Mengetahui tegangan luluh, ultimate tensile. c. Mengetahui kekuatan tarik bahan. 1.2.2 Pengujian Impact Dalam pengujian ini mempunyai beberapa tujuan antara lain: a. Untuk mengetahui tegangan kejut yang dapat dialami oleh bahan. b. Untuk menentukan kekuatan suatu bahan. c. Untuk mengetahui bentuk alur akibat perpatahan suatu bahan 1.2.3 Pengujian Kekerasan Dalam pengujian ini mempunyai beberapa tujuan antara lain: a. Memepelajari sifat logam dengan uji kekerasan. b. Mengetahui kualitas logam dengan uji kekerasan. c. Mengetahui struktur mikro dari benda uji.
1.3 Manfaat Beberapa manfaat dari pengujian ini antara lain: a. Menambah pengetahuan bagi para praktikum khususnya tentang sifat-sifat logam. b. Sebagai pelatihan dalam melakukan pengujian suatu bahan. 1.4 Batasan Masalah Pembatasan masalah yang diambil dalam laporan ini adalah: a. Pengujian Tarik b. Pengujian Impact c. Pengujian Kekerasan (Vickers)
BAB II DASAR TEORI 2.1. Pengujian Tarik Pengujian tarik merupakan pengujian yang sering digunakan untuk menentukan sifat-sifat mekanis dari suatu material seperti tegangan maksimal, tegangan luluh dan tegangan. Umumnya benda uji yang digunakan adalah padat dan silindris, beberapa ada yang berbentuk lembaran plat maupun berbentuk seperti pipa dalam berbagai ukuran. Specimen kemudian dicekam diantara kedua penjepit pada mesin uji tarik dimana mesin ini dilengkapi dengan berbagai control sehingga specimen dapat diuji pada laju peregangan dan temperatur yang berbeda. Beban yang bekerja pada specimen serta perubahan panjang yang terjadi akibat beban itu semua dicatat pada suatu diagram. Dimana diagram tersebut dinamakan diagram tegangan regangan. Dengan menggunakan diagram kita bisa meneliti apa yang terjadi apabila batang uji tersebut diregangkan secara berangsur-angsur dari uji tarik suatu material. Dimana sumbu horizontal adalah sumbu perpanjangan batang akibat gaya yang meregangkan yang dinyatakan dalam (N/mm 2 ) dan sumbu yang garisnya vertical adalah sumbu gaya peregangannya yang dinyatakan dalam persen (%). Dari keterangan ini dapat ditulis persamaan yang berlaku. Besarnya harga kekuatan tarik atau tegangan maksimum adalah Besarnya harga tegangan adalah: = P A
Dimana: σ P A0 = Kekuatan Tarik Maksimum (N/mm2) = Beban atau Gaya (N) = Luas Penampang Batang Mula-mula (mm2) Besarnya harga regangan adalah: = x 100% Dimana: ε = Regangan (%) L0 L1 = Panjang Awal (mm) = Panjang Akhir (mm) P S VB B VA mengulur P o Diagram Tegangan-Regangan E o Diagram perpanjangan terhadap beban L Pada awalnya dari titik 0 sampai dititik P berupa panjang yang elastic, dimana perpanjangan berbanding lurus dengan beban. Pada pembebanan tertentu dititik P garis mulai melengkung dan masih terjadi deformasi elastic. Apabila
beban dinaikan lagi sampai titik VB maka akan terjadi deformasi plastis dan permanen yang cukup kuat, gejala ini disebut mulur atau mengulur. Karena terjadi proses mengulur maka beban akan turun sampai titik VA setelah melampaui fasa penguluran, benda akan bertambah sampai harga maksimum dititik S disertai deformasi yang permanen. Dari grafik dapat dihasilkan atau menunjukan adanya deformasi elastic dan deformasi permanen. 2.2. Pengujian Impact Pengujian impact adalah suatu pengujian yang digunakan untuk menentukan sifat-sifat suatu material yang mendapatkan beban dinamis, sehingga dari pengujian ini dapat diketahui sifat ketangguhan suatu material baik dalam wujud liat maupun ulet serta getas. Dengan catatan bahwa apabila nilai atau harga impact semakin tinggi maka material tersebut memiliki keuletan yang tinggi. Dimana material uji dikatakan ulet jika patahan yang terjadi pada bidang patah tidak rata dan tampak berserat-serat. Tetapi apabila material getas, hasil dari patahan tampak tara dan mengkilap. Pada kondisi material ulet dapat mengalami patah getas dengan deformasi plastis yang sangat kecil, fenomena ini terjadi jika: 1. Temperatur rendah 2. Laju tegangan bertambah 3. Tarikan I getas hasil uji impact ulet I= A k gambar nilai impact dipengaruhi temperatur T
Karena temperature dapat mempengaruhi material uji maka dalam melakukan pengujian, sebaiknya dilakukan pada suhu antara 20 o sampai 22 o. Alat yang digunakan adalah charpy test. Ada dua jenis batang uji standar yang digunakan, yaitu tarikan berbentuk V dan U. Dalam pengujian ini menggunakan tarikan berbentuk V. Bentuk material yang digunakan tarik berbentuk V karena dapat melokalisir energy patahan. Harga impact dapat dicari dengan persamaan: = Dimana: I k A = Nilai Impact (Joule/mm2) = Energi Impact yang terserap (Joule) = Luas Penampang (mm2) 2.3. Pengujian Kekerasan Pengujian kekerasan merupakan suatu pengujian yang digunakan untuk mengetahui harga kekerasan dari suatu material, dimana kekerasan dapat didefinisikan sebagai ketahanan suatu material terhadap deformasi permanen oleh penekanan.
Kekerasan dapat diukur dengan cara pengujian, dimana dalam praktikum ini pengujian kekerasan dilakukan dengan menggunakan alat kekerasan Vickers (Vickers Hardness Tester) Uji kekerasan Vickers menggunakan penumbuk piramida intan yang dasarnya berbentuk bujur sangkar. Besarnya sudut antara permukaan-permukaan piramida yang saling berhadapan adalah 136 o. sudut ini dipilih karena nilai tersebut mendekati sebagian besar nilai perbandingan yang diinginkan antara diameter kekakuan dan diameter bola penumbuk pada uji kekerasan brinell. Dimana bekas injakan dapat dilihat pada gambar dibawah ini: 136 o + - 5 o d1 d2 Angka kekerasan Vickers didefinisikan sebagai berikut: =0,1891 x
Dimana: VHN P d = Nilai kekerasan Vickers (N/mm2) = Beban Penekanan (N) = diagonal rata-rata (mm) yang mana = Agar diperoleh nilai kekerasan yang cermat, sebaiknya harus diambil nilai rata-rata dari pengujian sekurang-kurangnya tiga kali penekanan yang berdekatan. Uji Vickers sama halnya dengan pengujian lain, harus dilakukan pada suhu antara 18 o sampai 28 o, dan permukaan benda yang akan diuji juga harus diamplas sampai licin atau mengkilap dan juga harus dijaga supaya tidak terjadi perubahan struktur oleh pengerjaan tersebut. Selain itu, bidang penopang harus rata. Sehingga terletak rapat pada benda uji dan garis kerja penekanan juga harus tegak lurus dengan bidang uji. Dalam melakukan pengujian Vickers tidak boleh diterapkan untuk uji kekerasan terhadap sobokan yang homogeny, karena ujung berlian mungkin Cuma mengenai lamena, grafit, sehingga diperoleh nilai kekerasan yang terlalu rendah. Setelah penekanan pada alat Vickers selesai, maka specimen dapat dilihat hasil penekanan dengan mikroskop. Dengan pembesaran yang dikehendaki, baik 50x, 100x, 200x, 500x dan akan didapat diagonal atau diameter penekakan dari penetrator yang berupa bujur sangkar.
Keuntungan pada pengujian Vickers adalah: 1. Kerusakan pada benda uji tidak seberapa. 2. Penekanannya berbanding lurus dengan beban, jadi nilai kekerasan yang diperoleh tidak bergantung pada besarnya beban penekanan. 3. Tonjolan materi yang terjadi disudut-sudut adalah yang paling sedikit, oleh karena itu garis windu penekanan dapat diukur dengan seksama. 2.4. Standar Pengujian A. Standar Pengujian Tarik (JIS Z 2201) 1. Lingkup Standar industry jepang merupakan test untuk pekerjaan yang berkaitan dengan perlengkapan logam Untuk maksud standar ini didefinisikan sebagai berikut menetapkan alat yang digunakan atau dipakai: a. Bagian parallel, bagian tengah, dan mempunyai bagian yang seragam. b. Genggaman akhir adalah bagian dimana potongan menyiapkan dalam pesawat pengujian mesin. c. Panjang pengukuran yang asli diantara 2 meter dari bagian parallel tersebut. d. Radius pengukuran bagian transisi yang parallel dan genggaman akhir untuk kepentingan pada tekanan didalam. e. Jarak genggaman adalah panjang mengangkutnya dengan bagian dari kedua pesawat.
f. Tes menambahkan potongan dilakukan format secara geometris dan dimensi bagian utama ditentukan agar partikel tes pengujian mesin dilakukan. g. Tes potongan yang tidak sebanding menambahkan suatu dimensi dan format yang ditetapkan. Diameter atau Lebar Ukuran panjang Jarak antara Melintas (D) L Penjepit Ukuran material 8xD (L ± 20) kira-kira Keterangan : Penggunaan material ini berlaku untuk benda yang B. Standar Pengujian Impact 1. Lingkup berdiameter tidak lebih besar dari 25 mm. Standar industry jepang menetapkan untuk pemotongan material mekanik selanjutnya disebut benda uji. Pemilihan suatu tes digunakan untuk standar material tertentu sesuai dengan standar. 2. Bahan uji
C. Standar Pengujian Kekerasan 1. Lingkup Untuk standar pengujian kekerasan sangat mudah, contohnya standar dalam U.S. dengan ASTME 92 dan jepang dengan JIS Z 2244 (ISO 6507-1, 6507-4). Dengan menekan material kita akan segera mengetahui bagaimana standar material ini menerima tekanan. Pengujian dengan alat penguji harus memiliki kamera dengan lensa micron dan penerangan yang terang.
Gambar Alat Uji Tarik
Gambar Alat Uji Impact
Gambar Alat Uji Kekerasan Vickers
BAB III LANGKAH PENGUJIAN 3.1. Pengujian Tarik 1. Tentukan titik tengah pada bahan uji yang akan diuji 2. Mengukur dimensi benda uji, dimensi yang dihitung berupa panjang mulamula dan diameter benda uji tersebut. 3. Hidupkan mesin uji tarik. 4. Cekam batang uji pada kedua penjepit dan kencangkan dengan keras. 5. Masukkan data-data yang diperlukan dalam Gotech testing machine software di komputer. 6. Klik test pada Gotech testing machine software untuk memulai pengujian. 7. Lihat proses uji tarik pada monitor dan akan terlihat grafik hubungan antara σ dan ε 8. Print hasil pengujian yang berupa diagram. 9. Lepas batang uji tersebut lalu ukur panjang akhir benda uji tersebut. 10. Catat hasil pengujian. 3.2. Pengujian Impact 1. Periksa jarum penunjuk angka, jika godam kapak menggantung bebas. 2. Naikkan godam kapak pada posisi awal dan jepit. 3. Tekan jarum penunjuk angka sampai menunjuk angka 300 kgf. 4. Tempatkan batang uji pada penampang, bila perlu stel kedua penampang. 5. Tekan kedua tangkai secara bersamaan untuk melepas kapak agar berayun kebawah.
6. Tekan tuas rem guna menghentikan godam kapak. 7. Catat hasil pengujian. 3.3. Pengujian kekerasan Vikers 1. Persiapkan material yang akan diuji, mulai dari proses pemotongan, pengamplasan dan spesimen 2. Atur beban penekanan sesuai dengan yang dikehendaki 3. Atur waktu penekanan sesuai dengan ketentuan yang ada 4. Letakkan specimen pada meja uji dan naikkan sampai mendekati penekanan, yaitu antara 0,2-0,5 mm 5. Tekan tombol start untuk menghidupkan mesin uji kekerasan Vickers, mesin akan berjalan secara otomatis dengan menyalakan lampu penunjuk 6. Amati bekas injakan dengan menggunakan optic dengan cara memutar rumah penekanan dan gantikan dengan lensa mikroskop 7. Dalam membaca hasil pengukuran dapat dilakukan dengan cara a. Melepaskan garis vertical pada kaca dengan garis windu atau sudut-sudut bujur sangkar, dan hitunglah jumlah strip yang bersinggungan dengan bujur sangkar tersebut b. Hitung strip garis vertical mulai dari tepi paling kiri sampai tepi paling kanan c. Perhatikan angka yang terdapat pada mikrometer d. Catat hasil pengujian yang terdapat pada micrometer
Data Pengamatan Praktikum Metallurgi Kelompok I. Uji Tarik Standar JIS Z 2201 No Bahan l 0 l a Diameter Beban II. Uji Impact No Bahan Panjang Lebar Tinggi Bentuk Alur Energi Patah III. Uji Kekerasan No Bahan Beban P Diagonal 1 P Diagonal 2 Anggota Kelompok 1 2 3 4 5 Asisten ( )