Gambar 1. Kurva tegangan-tengangan
A. Sifat Mekanik Material
a. Batas proposionalitas (Proportionality
Limit)
Didefinisikan
sebagai daerah diman tegangan dan regangan mempunyai hubungan proposionalitas
satu dengan yang lainnya. Setiap penabahan tegangan akan diikuti dengan
penambahan rgangan secara proporsional dalam hubungan linier.
σ = ε.E
Pada
kurva tegangan-tegangan pada gambar 1 diatas, titik P merupakan batas
proposionalitas.
b. Batas elastic (elastic limit)
Didefinisikan
sebagai daerah dimana bahan akan kembali panjang semula bila tegangan luar
dihilangkan. Daerah proposionalitas merupakan bagian dari batas elastic. Bila
beban terun diberikan maka batas elastik pada akhirnya akan terlampaui sehingga
bahan tidak kembali seperti ukuran semua. Batas elastic merupakan titik dimana
tegangan yang diberikan akan menyebabkan terjadinya deformasi plastis untuk
pertama kalinya. Kebanyakan material teknik mempunyai batas elastic yang hampir
berhimpit dengan batas proposionalitasnya
c. Titik Luluh (Yield Point) dan Kekuatan Luluh (Yield Strength)
Didefinisikan
sebagai batas dimana sebuah material akan terus mengalami deformasi tanpa
adanya penambahan beban. Tegangan (stress)
yang mengakibatkan bahan menunjukkan mekanisme luluh ini disebut tengan luluh (Vield stress).
Gambar 2. Kurva tegangan rengangan titik Y merupakan titik
luluh
Gejala
luluh umumnya hanya ditunjukkan oleh logam-logam ulet dengan srtuktur kristas
BCC da FCC yang membentuk interstitial solid solution dari atom-atom karbon,
boron, hydrogen dan oksien. Interaksi antar dislokasi dan atom-atom tersebut
menyebabkan baja ulet seperti mild steel menunjukkan titik luluh bawah (lewer yield point) dan titik luluh atas
(upper yield point).
Baja
berkekuatan tinggi dan besi tulangan yang getas pada umumnya tidak
memperlihatkan batas luluh yang jelas. Untuk menentukan kekuatan luluh material
seperti ini maka digunakan suatu metode offset. Dengan metode ini kekuatan
luluh ditentukan sebaai tegangan dimana bahan memperlihatkan batas penyimpangan
/ deviasi tertentu proporsionalitas tegangan dan tegangan. Pada gambar 1.2
garis offset OX ditarik parallel
dengan OP, sehingga perpotongan XW dna kurva tenganan regangan memberikan titik
Y sebagai kekuatan luluh. Umumnya garis offset
OX diambil 0,1 – 0,2 % dari regangan total dimulai dari O.
Gambar 3 Kurva tegangan regangan bahan getas
\
Kekuatan
luluh atau tiitk luluh merupakan suatu gambaran kemampuan bahan menahan
deformasi permanen bila dignakan dalam penggunaan struktural yang melibatkan
pembebanan mekanik seperti tarik, tekan, bending atau puntir. Di sisi lain,
batas luluh ini harus dicaai ataupun dilewati bila bahan dipakai dalam proses
manufaktur produk-prosuk logam seperti rolling,
drawing, stretching dan sebagainya. Dapat diambul kesimpulan bahwa titik
luluh adalah suatu tingkatan tegangan yang tidak boleh dilewati dalam pengunaan
strunktural (in service) dan harus
dilewati dalam proses manufaktur logam (foring
process)
a. Kekuatan Tarik Maksimum (Ultimate Tensile Strenght)
Didefinisikan
sebagai tegangan maksimum yang dapat ditanggung oleh material sebelum
terjadinya perpatahan (fracture).
Nilai kekuatan tarik maksimum tarik dapat ditentukan dari beban maksimum luas
penampang seperti berikut:
σUTS = Fmaks / Ao
Pada
gambar kurva 1 tegangan-regangan, titik M merupakan tegangan maksimum bahan
ulet yang akan terus berdeformasi hingga titik B, sedangkan pada bahan getas
titik B merupakan tegangan maksimum sekaligus tegangan perpatahan.
b. Kekuatan Putus (Breaking Strenght)
Kekuatan
putus ditentukan dengan membagi beban pada saat benda uji putir (Fbreaking) dengan tuas penampang awal (Ao),
untuk bahan yang bersifat ulet pada saat beban maksimum terlampaui M dan bahan
tersebut terdeformasi hingga titik putus B maka terjadi mekanisme penciutan (necking)
sebagai akibat adanya suatu deformasi yang terlekolalisasi.
Pada
bahan ulet, kekuatan putus lebih kecil dari kekuatan maksimum dan pada bahan
getas kekuatan putus sama dengan kekuatan maksimumnya
c. Keuletan (Ductility)
Didefinisikan
sebagai sifat yang menggambarkan kemampuan logam menahan deformasi hingga
tejadinya perpatahan. Pengujian tarik memberikan dua metode pengukuran keuletan
bahan yaitu :
·
Persentase perpanjangan (Elongation):
Σ(%) =[Lf – L0 / L0] x 100 %
Dimana:
Lf
= panjang akhir benda uji
Lo=
panjang awal benda uji
·
Persentase reduksi penampang (Area Reduction):
R(%) =[Af – A0 / A0] x 100 %
Dimana:
Af = luas penampang
akhir
Ao= luas penampang awal
Gambar 4 Kurva deformasi pada uji tarik
a. Modulus elastic (Modulus Young)
Didefinisikan
sebagai ukuran kekakuan suatu material, semakin harga modulus ini semakin kecil
regangan elastic yang terjadi, atau semakin kaku.
Modulus kekakuan
dihitung gradien dari batas proporsional kurva tegangan-regangan: Makin besar modulus
elastisitas maka makin kecil regangan elastik yang dihasilkan akibat pemberian
tegangan
σ = ε.E
Modulus
elastisitas ditentukan oleh gaya ikatan antar atom. Karena gaya ini tidak dapat
diubah tanpa terjadinya suatu perubahan sifatt yang sangat mendasar pada
material maka modulus elastisitas merupakan suatu sifat dari material yang tidak
mudah diubah.
b.
Modulus
Kelentingan (modulus of resilience)
Didefinisikan
sebagai kemampuan material untuk menyerap energi dari luar tanpa terjadinya
kerusakan. Nilai modulus merupakan luas segitiga area elastis kurva
tegangan-regangan (daerah abu-abu)
Gambar 5 Modulus resllience
c. Modulus Ketangguhan (Modulus of Toughness)
Didefinisikan
sebagai kemampuan material dalam mengabsorbsi energi hingga terjadinva perpatahan.
Secara kuantitatif dapat ditentukan dari luas area keseluruhan dibawah kurva
tegangan-regangan hasil pengujian tarik.
Gambar 6 Toughness
d. Kurva Tegangan-Regangan Rekayas dan
Sesungguhnya
Kurva
tegangan-regangan rekayasa didasarkan atas dimensi awal (luas area dan panjang)
dari benda uji,sementara untuk mendapatkan kurva tegangan-regangan seungguhnya
diperlukan luas area dan panjang aktual pada saat pembebanan setiap saat
terukur. Perbedaan kedua kurva tidaklah terlalu 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 didalam daerah
necking. Pada kurva tegangan-regangan rekayasa, dapat diketahui bahwa benda uji
secara actual mampu menahan turunnya beban karena luas area awal A0 bernilai konstan pada saat perhitunan
tegangan σ = F/A0. Sementara pada
kurva tegangan-regangan sesungguhnya luar area aktual adalah selalu trun
sehingga terjadinya perpatahan dan benda uji maupun menahan peningkatan
tegangan Karena σ = F/A. Gambar 1.6
memperlihatkan xontoh kedua kurva tegangan-regangan tersebut pada baja karbon
rendah (mild steel).
Gambar 7
A. Mode Perpatahan Material
Sampel
hasil pengujian tarik dapat menunjukkan beberapa tampilan perpatahan seperti
ditunjukkan oleh Gambar di bawah ini :
Gambar 8 Mekanisme perpatahan
Pengamatan kedua tampilan perpatahan ulet dan getas dapat
dilakukan baik dengan mata telanjang maupun dengan bantuan stereoscan
macroscope. Pengamatan lebih detildimungkinkan dengan penggunaan SEM (Scanning Electron Microscope)
a. Perpatahan Ulet
Perpatahan
ulet umumnya lebih disukai karena bahan ulet umumnya lebih tangguh dan
memberikan peringatan lebih dahulu sebelum terjadinya kerusakan
Tampilan foto
SEM dari perpatahan ulet diberikan oleh gambar berikut:
Gambar
10 Perpatahan Ductle
b. Pepatahan Getas
Perpatahan
getas memiliki ciri-ciri mempunyai ciri-ciri yangberbeda dengan perpatahan
ulet. Pada perpatahan getas tidakada atau sedikit sekali terjadi deformasi
plastis pada material. Perpatahan jenis ini merambat sepanjang bidang-
bidangkristalin membelah atom- atom material. Pada material yanglunak dengan
butir kasar akan ditemukan pola chevrons atau
fanlike pattern yang berkembang
keluar dari daerah kegagalan.Material keras dengan butir halus tidak dapat
dibedakan sedangkan pada material amorphous memiliki permukaan patahan yang
bercahaya dan mulus.
Gambar 11 Patahan brittle
B. Metode Penelitian
a.
Alat dan Bahan
Alat
1.
Universal
testing machine, Servopulser Shimadzu kapasitas 30 ton
2.
Caliper
atau
micrometer
3.
Spidol permanent atau penggores (cutter)
4. Stereoscan macroscope
Gambar 12 Alat
Uji
Bahan
1.
Sample uji tarik (besi tuang, baja,
tembaga dan aluminium)
Gambar
13 Sample Uji