Deformasi plastis Keuletan PENDAHULUAN

32

E. Deformasi plastis

Untuk kebanyakan bahan logam, deformasi elastis pada saat regangan hanya terjadi sekitar 0,005. Saat material terdeformasi melewati titik ini, tegangan tidak lagi proporsional terhadap regangan hukum Hooke tidak dapat digunakan lagi disini, dan terjadi perubahan permanen, atau deformasi palstis terjadi. Gambar 4.9.a menggambarkan skematis periaku tarik tegangan-regangan untuk beberapa logam saat masuk ke wilayah plastis. Transisi dari elastis ke plastik terjadi secara bertahap bagi sebagian besar logam, beberapa terdapat hasil kurva yang melengkung pada awal terjadinya deformasi plastik, yang meningkat lebih cepat dengan meningkatnya tegangan. Dari perspektif atom, deformasi plastik terjadi dengan memutuskan ikatan dengan atom tetangga aslinya dan kemudian membentuk ikatan baru dengan atom tetangga. Hal ini terjadi terus menerus pada saat tegangan diberikan karena sejumlah besar atom atau molekul bergerak relatif terhadap satu sama lain, dan pada saat tegangan dilepaskan mereka tidak kembali ke posisi semula. Gambar 4.9. a Bentuk khas dari perilaku logam untuk menunjukkan deformasi elastis dan plastis, batas proporsionalnya P, dan kekuatan luluh ditentukan menggunakan metode offset 0,002 regangan. b Perwakilan dari perilaku tegangan-regangan pada beberapa baja menunjukkan adanya fenomena titik luluh. 33

F. Sifat Tarik 1. Batas Luluh dan Kekuatan Luluh

Kebanyakan struktur dirancang untuk memastikan bahwa hanya deformasi elastis yang akan terjadi ketika tegangan diterapkan. Sebuah struktur atau komponen yang telah mengalami deformasi plastis, atau mengalami perubahan permanen, tidak dapat digunakan seperti fungsi awal yang diinginkan sebelum perubahan tersebut terjadi. Oleh karena perlu diketahui pada tingkat tegangan mana deformasi plastik dimulai, atau dimana fenomena batas luluh terjadi. Untuk logam, transisi elastis – plastis terjadi secara bertahap, titik luluh dapat ditentukan saat terjadi perubahan linearitas dari kurva tegangan-regangan, batas ini kadang-kadang disebut batas proporsional, seperti ditunjukkan oleh titik P pada Gambar 4.9.a. Dalam kasus seperti ini posisi titik ini mungkin tidak ditentukan dengan tepat. Sebagai konsekuensi, telah disepakati konvensi dimana garis lurus dibangun sejajar dengan bagian elastis dari kurva tegangan-regangan di beberapa regangan offset tertentu, biasanya 0,002. Tegangan yang terletak pada persimpangan garis pada kurva tegangan-regangan saat garis tersebut melengkung pada wilayah plastis akan didefinisikan sebagai kekuatan luluh. Ini ditunjukkan dalam Gambar 4.9.a dan unit dari kekuatan luluh adalah MPa atau psi. Untuk material yang memiliki wilayah elastis nonlinier Gambar 4.8, penggunaan metode regangan offset tidak mungkin dilakukan, digunakan beberapa pengujian untuk mendefinisikan kekuatan luluh dengan memberikan beberapa tegangan untuk menghasilkan beberapa regangan misalnya dengan menggunakan Є = 0.005. Beberapa baja dan bahan lainnya menunjukkan perilaku tegangan-regangan tarik sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 4.9.b. Transisi elastis – plastis dapat terjadi secara tiba-tiba dan hal ini biasa disebut sebagai fenomena batas luluh. Pada batas luluh atas, deformasi plastik dimulai dengan penurunan aktual dari tegangan. Deformasi lanjutannya hanya berfluktuasi sedikit dan nilainya hampir konstan dengan nilai tegangan disebut titik luluh bawah. Tegangan kemudian akan meningkat dengan meningkatnya regangan. Untuk logam yang menampilkan pengaruh ini, kekuatan luluhnya 34 diambil sebagai dari rata-rata tegangan yang berhubungan dengan titik luluh bawah, karena nilainya terdefinisi dengan baik dan relatif tidak sensitif terhadap pengujian. Sehingga tidak perlu diterapkan metode regangan offset untuk material seperti ini. Besarnya kekuatan luluh pada logam adalah menjadi ukuran ketahanan terhadap terjadinya deformasi plastis. Kekuatan luluhnya dapat berkisar dari 35 MPa 5000 psi untuk aluminum berkekuatan rendah hingga lebih dari 1400 MPa 200,000 psi untuk baja kekuatan tinggi.

2. Kekuatan Tarik

Setelah meluluh, tegangan diperlukan meningkatkan laju deformasi plastis logam hingga titik maksimum M Gambar 4.9, dan kemudian menurun pada saat putus F. Kekuatan tarik dalam MPa atau psi adalah tegangan maksimum pada kurva tegangan-regangan teknis Gambar 4.10. Ini sesuai dengan tegangan maksimum yang dapat diterima oleh struktur material pada saat tegang, jika stres ini terus diberikan maka akan terjadi fenomena patah. Semua deformasi yang terjadi pada saat ini bersifat seragam di seluruh wilayah spesimen tarik. Namun saat tegangan maksimum dilewati, penyempitan kecil atau terjadinya leher pada spesimen di beberapa titik, deformasi selanjutnya terkonsentrasi di daerah ini, seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.10. Fenomena ini disebut necking, dan patahan akhirnya terjadi pada leher ini. Kekuatan untuk patah sesuai dengan tegangan yang diberikan saat akan patah. 35 Gambar 4.10. Sifat teknis khas dari tegangan – regangan hingga patah di titik F. Kekuatan tarik TS berada di titik M. Gambar dalam lingkaran di kurva mewakili geometri saat spesimen terdeformasi pada berbagai titik sepanjang kurva. Kekuatan tarik dapat bervariasi, untuk aluminium antara 50 MPa hingga setinggi 3000 MPa untuk baja kekuatan tinggi. Biasanya, dalam perencanaan penggunaan logam, kekuatan yang digunakan adalah kekuatan pada batas luluhnya. Ini karena pada saat tegangan yang diberikan sesuai dengan kekuatan tariknya, sering strukturnya telah mengalami begitu banyak deformasi plastic sehingga hal itu tidak banyak lagi gunanya untuk digunakan menahan beban selanjutnya, karena kekuatan patah nilainya lebih kecil daripada kekuatan tariknya.

G. Keuletan

Keuletan merupakan sifat mekanik penting lainnya. Kekuatan ini adalah ukuran derajat deformasi plastik yang telah dialami hingga patah. Material yang mengalami sangat sedikit deformasi plastik atau tidak sama sekali hingga patah disebut bersifat getas. Sifat tegangan-regangan tarik untuk material ulet dang getas diilustrasikan pada Gambar 4.11. 36 Gambar 4.11. Skema tegangan-regangan tarik untuk bahan getas dan ulet hingga dibebani patah. Keuletan dapat dinyatakan secara kuantitatif sebagai persen perpanjangan atau persen pengurangan daerah. Persen Perpanjangan EL adalah persentase dari regangan plastis saat patah, dimana l f adalah panjang patahan dan l adalah panjang asli gauge seperti di atas. Karena deformasi plastis terkonsentrasi di daerah leher maka nilai EL tergantung pada panjang gauge spesimen. Semakin pendek l , semakin besar fraksi perpanjangan total dari leher dan akibatnya nilai EL, semakin tinggi. Nilai l yang umum adalah 50 mm. Persen pengurangan daerah RA didefinisikan menjadi Dimana A adalah luas penampang sebelumnya dan A f merupakan luas penampang dititik patah. Persen pengurangan area nilainya tidak bergantung pada nilai l dan A . Nilai EL dan RA setiap material akan berbeda. Untuk logam kebanyakan memiliki keuletan yang moderat pada suhu kamar, tetapi beberapa logam akan menjadi getas pada saat suhu diturunkan. 37 Pengetahuan mengenai keuletan suatu material penting karena hal ini dapat digunakan seorang desainer untuk memilih bahan sesuai dengan deformasi plastisnya dan juga dapat digunakan untuk menentukan tingkat deformasi yang diijinkan selama proses fabrikasi. Dalam mendesain, keuletan suatu bahan dapat kita jadikan acauan batas deformasi lokal yang diijinkan terjadi dalam desain perhitungan tegangan. Suatu bahan dianggap getas jika regangannya kurang dari 5. Dengan demikian, beberapa sifat mekanik penting dari suatu logam dapat ditentukan dari pengujian tarik tegangan-regangan. Tabel 4.2 menyajikan kekuatan luluh, kekuatan tarik dan keuletan dari beberapa logam pada suhu kamar. Sifat-sifat ini peka terhadap deformasi sebelumnya, kehadiran zat pengotor dan atau setiap perlakuan panas yang telah dikenakan pada logam tersebut. Tabel 4.2. Sifat Khas Mekanis dari Beberapa Logam dan Paduannya dalam kondisi Anil Paduan Logam Kekuatan Luluh MPa Kekuatan Tarik MPa Keuletan, EL pada 50 mm Aluminum 35 5 90 13 40 Copper 69 10 20029 45 Brass 70Cu–30Zn 75 11 300 44 68 Iron 130 19 262 38 45 Nickel 138 20 480 70 40 Steel 1020 180 26 380 55 25 Titanium 450 65 520 75 25 Molybdenum 565 82 655 95 35 Modulus elastisitas adalah salah satu parameter mekanik yang tidak sensitif terhadap perlakuan ini. Seperti dengan modulus elastisitas, besaran baik kekuatan luluh dan tarik akan menurun dengan meningkatnya suhu, kebalikkannya, keuletan akan meningkat dengan meningkatnya suhu. 38 Gambar 4.12 menunjukkan bagaimana perilaku tegangan-regangan besi bervariasi dengan suhu. Gambar 4.12. Rekayasa perilaku tegangan-regangan untuk besi pada tiga suhu.

H. Ketahanan