SIFAT MEKANIK BAHAN Sifat (properties) dari bahan merupakan karakteristik untuk mengidentifikasi dan membedakan bahan-bahan. Semua sifat dapat diamati dan diukur. Setiap sifat bahan padat, khususnya logam,berkaitan erat sekali dengan struktur internnya, dimana struktur intern mencakup atom-atom dan susunannya didalam kristal. Sifat bahan padat sangat menentukan proses pembentukannya, ->bahan yang sangat keras akan merusak mata pahat/pemotong -> bahan yang lunak seperti timbal akan sulit digergaji. Proses pembentukan merubah sifat bahan, contohnya sebagai akibat proses pembentukan kawat melalui penarikan, kawat akan bertambah kuat dan keras.
Pengerasan ini kurang bermanfaat bagi kawat tembaga yang akan digunakan sebagai penghantar listrik Sebaliknya penguatan yang terjadi selama penarikan kawat baja yang dipergunakan dalam ban radial sangat bermanfaat. Bermanfaat atau tidak, sifat selalu berubah bila terjadi perubahan struktur selama proses pembentukan, karena terjadi deformasi yang berakibat perubahan sifat- sifat. Proses termal juga berpengaruh atas struktur bahan. Proses termal meliputi antara lain pelunakan (annealing) dan pencelupan dari suhu tinggi (quenching). Produk mengalami perubahan struktur akibat penggunaannya, maka sifat dan perilakunya akan berubah juga Mis : karet akan bertambah keras akibat s.m atau pengaruh cuaca, logam mengalami kelelahan selama pembebanan siklis,
Karena itu pemilihan bahan teknik harus memperhatikan struktur intern pada saat pembentukan maupun pada pemakaian & mengkaitkannya dengan sifat-sifat bahan, disamping persyaratan lainnya. Sifat bahan diklasifikasikan menjadi 2 golongan utama, yaitu sifat fisika dan sifat kimia. Perubahan sifat fisika tidak disertai perubahan komposisi, misalnya densitas, sifat mekanis (kekuatan, kekerasan), sifat listrik (konduktivitas), sifat termal, sifat magnetik. Perubahan sifat kimia berhubungan dengan transformasi dari satu zat menjadi zat lain, misalnya besi berkarat karena berubah menjadi oksida besi melalui reaksi kimia.
Sifat mekanik didefinisikan sebagai ukuran dari kemampuan suatu bahan untuk membawa atau menahan gaya atau tegangan. Bila dalam keadaan diam,strukrur atom bahan berada dalam kesetimbangan. Gaya ikat dalam srtuktur tersebut menahan setiap usaha untuk mengganggu kesetimbangannya,, yang dapat berupa gaya atau beban. Tegangan dihasilkan dari gaya, antara lain menarik, menekan, memotong, memutar atau beberapa cara lain yang dapat mengubah bentuk dari sebuah benda.
TEGANGAN (STRESS( = S) S (30708) Definisi tegangan adalah ketahanan bahan terhadap gaya luar atau beban, diukur sebagai gaya per satuan luas. Tegangan normal bila dikenakan tegak lurus pada permukaan. Satuan British untuk tegangan adalah psi, satuan SI adalah N/m2 atau pascal (Pa). Simbol untuk tegangan normal adalah sigma ( τ ).
REGANGAN ( (STRAIN = ε) Gaya yang dikenakan pada suatu bena padat akan mengubah dimensinya; perubahan dimensi fisik disebut deformasi (δ). Regangan adalah besarnya deformasi per satuan panjang. Hubungan antara deformasi total dengan satuan deformasi adalah δ = l, dimana adalah satuan deformasi, l adalah panjang. Perubahan panjang disebut deformasi aksial atau deformasi longitudinal, sedang perubahan melintang disebut deformasi lateral. Satuan deformasi longitudinal = long = Δ l mm / l0 mm = δ mm / l0 mm Satuan deformasi lateral = lat = Δd mm / d0 mm = δ mm / d0 mm Perbandingan antara regangan lateral dan regangan longitudinal disebut rasio Poisson dengan simbol μ, dimana μ = lat / long Karena long selalu lebih besar daripada lat, maka μ lebih kecil dari 1. Untuk baja μ = 0.3
ELASTIK Kembali kebentuk semula bila beban dihilangkan PLASTIK Tetap ada meskipun beban telah dihilangkan
d l o l d o Δl F Δl l = l l o Δd d = d o d Total Axial = Longitudinal unit deformation ε long = Δl l / l o Total lateral deformation ε Lat = Δd d / d o POISSON S RATIO (μ) < 1 μ = ε lat / ε long dan steel = 0,3
F B F B B - B S = F / A.. (N/m( 2 ); Pa F = beban (N) A = πd 2 / 4
Stress-Strain Strain Test
DIAGRAM REGANGAN-TENGAN σ ultimate tensile strength σ UTS yield strength σ y = E = E ε σ ε Stress (F/A) 1 Slope=E E = 2 ε Plastic Region Elastic Region 2 σ y ε 1 4 3 Strain Hardening ε Strain ( ) (e/lo) necking Fracture 5 Elastic region slope=young s(elastic) modulus yield strength Plastic region ultimate tensile strength strain hardening fracture
Elastic Region (Point 1 2) - Material akan kembali kebentuk semula setelah material is unloaded( spt karet). - Stress mempunyai hub. Linear thd strain pada daerah ini. σ = Eε E = σ ε : Stress(psi) E : Elastic modulus (Young s Modulus) (psi) : Strain (in/in) σ - Point 2 : Yield Strength : Titik dimana terjadi perubahan yang permanen.
Plastic Region (Point 2 3) - Bila material diberi beban melebihi yield strength (kuat luluh), material tdk akan kembali ke bentuk semula setelah beban dihilangkan. - Jika material pada point 3 tdk diberi beban, kurva akan terjadi dr. point 3 ke point 4. Slope yang terjadi sama dgn slope antara point 1 and 2. - Jarak antara point 1 dan 4 menunjukan besarnya perubahan permanent.
Strain Hardening - Jika material pada point 4 diberi beban, kurva yg terjadi akan menuju point 3 dgn Elastic Modulus(slope) yg sama. - Pada point 3 material memp. yield strength lebih tinggi. - Kenaikan yield strength by permanently straining the material disebut Strain Hardening.
Tensile Strength (Point 3) - Nilai stress yang paling besar disebut Tensile Strength(TS) or Ultimate Tensile Strength (UTS) Fracture (Point 5) - Jika material ditarik mengikuti Point 3, Stress akan mengalami penurunan dan terjadi necking - Fracture terjadi pada Point 5.
KEKUATAN (STRENGTH) Kuat Luluh (Yield Strength) merupakan ketahanan bahan terhadap deformasi plastik. Biasanya dapat ditentukan dengan membuat grs.lurus sejajar pd.titik plastik strain (0,2% in/in) dan memotong kurva tegangan-regangan regangan.
DIAGRAM TEGANGAN -REGANGAN ELASTIK REGION : 0 70 MPa, STRESS STRAIN PADA REGION TSB. BERLAKU Hooke s Law (S = E.ε)
Kekuatan tarik (tensile( strength) adalah gaya maksimum dibagi luas penampang mula, dengan satuan sama dengan tegangan. Kekuatan tarik ditetapkan berdasarkan luas penampang semula, sedang sesungguhnya pada bahan ulet, luas penampang mengecil pada saat beban maksimum dilampaui.
Keuletan (ductility)( Bahan yang ulet adalah bahan yang mengalami deformasi plastik yang besar tanpa patah. Keuletan atau besarnya regangan plastik sampai patah dapat dinyatakan dalam persentasi perpanjangan Δ l / l0. Kekuatan juga bisa diukur dengan susut penampang pada titik patah. Bahan yang ulet biasanya mempunyai penyusutan penampang yang besar sebelum patah, bahan yang getas atau rapuh tidak menunjukkan keuletan
Stress-Strain Strain Diagram: Ductile Materials
HASIL TES BERBAGAI BAHAN
Example 1. Cylinder length =100 ft diameter=1.0 in Axial loading applied=25,000 lb Elongation due to loading=1.0 in 1) Find the normal stress. σ = 2) Strain? ε = F 25,000 lb = = 31,800 psi 2 A 0.785 in 2 2 A = π r = π (0.5in) = 0.785 e Lo 1in = 12in 100 ft 1 ft = 0.00083 in ( in / in) 2 loading
CONTOH SOAL: Suatu batang logam dgn diameter 1 1 dan panjang 10 diberi beban pd.ujung2nya sebesar 50 lbf, Tentukan berapa perpanjangan yg. Terjadi bila modulus elastisitas bahan (E) = 3x10 7 Psi? Penyelesaian: A = π(1) 2 / 4 = 0,785 in 2 S = 50/0,785 = 63,7 Psi ε = S/E = 63,7/(3x10 7 ) = 2,12x10-6 Perpanjangan yg terjadi = ε x l = (2,12x10-6 )x10 = 2,12x10-5 ft
Bagaimana cara membuat kurve diagram Regangan-Tegangan? Perlu data pengujian mengenai : beban yang diberikan (kg), data pertambahan panjang,, cm/kg(tarikan kg(tarikan), pemipihan,, cm/kg (penekanan/desakan)
Kekerasan (hardness) Kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan bahan terhadap penetrasi pada permukaannya. Bilangan kekerasan Brinnel (HB) adalah suatu indeks kekerasan yang diukur dari luas lekukan yang ditimbulkan oleh penekan baja atau tungsten karbida yang berbentuk bola. Bilangan kekerasan Vickers (HV) memakai penekan intan berbentuk piramid dengan prinsip sama dengan kekerasan Brinnel. Kekerasan Rockwell (HRC) merupakan indeks kekerasan yang ditentukan dengan mengukur kedalaman penetrasi suatu penekan dengan bentuk dan beban yang bervariasi, diperoleh harga skala Rockwell. Skala Mohs (HRM) mengklasifikasi kekerasan bahan antari 1 (kekerasan talk) dan 10 (kekerasan intan). Skalanya dengan basis kemampuan bahan yang keras untuk menggores bahan yang lebih lunak.
Stress-Strain Strain Diagram: Brittle Materials