PENGUJIAN IMPAK DAN FENOMENA PERPATAHAN1
PENGUJIAN IMPAK DAN FENOMENA PERPATAHAN1. Sejarah Pengujian
ImpakSejarah pengujian impak terjadi pada masa Perang Dunia ke 2, karenaketika itu
banyak terjadi fenomena patah getas yang terjadi pada daerahlasan kapal-kapal perang
dan tanker-tanker. Diantara fenomena patahantersebut ada yang patah sebagian dan ada
yang benar-benar patah terbeahmenjadi 2 bagian, fenomena patahan ini terjadi terutama
pada saat musimdingin-ketika diaut bebas ataupun ketika kapal sedang berabuh.
Dancontoh yang sangat terkenal tentang fenomena patahan getas adalahtragedi Kapal
TITANIC yang melintasi samudera Atlantik.Dasar pengujian impak ini adalah
penyerapan energi potensial daripendulum beban yang berayun dari suatu ketinggian
tertentu danmenumbuk benda uji sehingga benda uji mengalami deformasi.2. Jenis-jenis
metode uji impakSecara umum metode pengujian impak terdiri dari 2 jenis yaitu: Metode
Charpy Metode IzodMetode Charpy: Pengujian tumbuk dengan meletakkan posisi
spesimenuji pada tumpuan dengan posisi horizontal/ mendatar, dan arahpembebanan
berlawanan dengan arah takikan.Gbr1. Ilustrasi skematik pembebanan impak pada benda
uji Charpy danIzod
Metode Izod: Pengujian tumbuk dengan meletakkan posisi spesimen ujipada tumpuan
dengan posisi , dan arah pembebanan serah dengan arahtakikan.Gbr 2. Ilustrasi skematis
pengujian impak.3. Perpatahan ImpakSecara umum sebagaimana analisis perpatahan
pada benda hasil uji tarikmaka perpatahan impak digolongkan menjadi 3 jenis, yaitu: 1.
Perpatahan berserat (fibrous fracture), yang melibatkan mekanisme pergeseran
bidangbidang kristal di dalam bahan (logam) yang ulet (ductile). Ditandai dengan
permukaan patahan berserat yang berbentuk dimpel yang menyerap cahaya dan
berpenampilan buram. 2. Perpatahan granular/kristalin, yang dihasilkan oleh mekanisme
pembelahan (cleavage) pada butir-butir dari bahan (logam) yang rapuh (brittle). Ditandai
dengan permukaan patahan yang datar yang mampu memberikan daya pantul cahaya
yang tinggi (mengkilat). 3. Perpatahan campuran (berserat dan granular). Merupakan
kombinasi dua jenis perpatahan di atas.Gbr 3. Ilustrasi permukaan patahan (fractografi)
benda uji impak CharpyInformasi lain yang dapat dihasilkan dari pengujian impak
adalahtemperatur transisi bahan. Temperatur transisi adalah temperatur
yangmenunjukkan transisi perubahan jenis perpatahan suatu bahan bila diujipada
temperatur yang berbeda-beda. Pada pengujian dengan temperatur
yang berbeda-beda maka akan terlihat bahwa pada temperatur tinggimaterial akan
bersifat ulet (ductile) sedangkan pada temperatur rendahmaterial akan bersifat rapuh atau
getas (brittle). Fenomena ini berkaitandengan vibrasi atom-atom bahan pada temperatur
yang berbeda dimanapada temperatur kamar vibrasi itu berada dalam kondisi
kesetimbangandan selanjutnya akan menjadi tinggi bila temperatur
dinaikkan(ingatlahbahwa energi panas merupakan suatu driving force
terhadappergerakan partikel atom bahan). Vibrasi atom inilah yang berperansebagai suatu
penghalang (obstacle) terhadap pergerakandislokasi padasaat terjadi deformasi
kejut/impak dari luar. Dengan semakin tinggi vibrasiitumaka pergerakan dislokasi mejadi
relatif sulit sehingga dibutuhkanenergi yang lebih besaruntuk mematahkan benda uji.
Sebaliknya padatemperatur di bawah nol derajat Celcius, vibrasi atom relatif
sedikitsehingga pada saat bahan dideformasi pergerakan dislokasi menjadi lebihmudah
dan benda uji menjadi lebih mudah dipatahkan dengan energi yangrelatif lebih
rendah.Gbr 4. Efek temperatur terhadap ketangguhan impak beberapa material.4. Patah
Getas dan Patah UletSecara umum perpatahan dapat digolongkan menjadi 2 golongan
umumyaitu : Patah Ulet/ liatPatah yang ditandai oleh deformasi plastis yang cukup besar,
sebelum danselama proses penjalaran retak.
Patah GetasPatah yang ditandai oleh adanya kecepatan penjalaran retak yang tinggi,tanpa
terjadi deformasi kasar, dan sedikit sekali terjadi deformasi mikro.Terdapat 3 faktor dasar
yang mendukung terjadinya patah dari benda uletmenjadi patah getas : 1. Keadaan
tegangan 3 sumbu/ takikan. 2. Suhu yang rendah. 3. Laju regangan yang tinggi/ laju
pembebanan yang cepat.Jenis-jenis takikan/ notch yang terdapat pada pengujian
impakUji Impak 08.04 Mukhamad Aziz 1 commentUji impak adalah pengujian dengan
menggunakan pembebanan yang cepat (rapid loading). Klo ceritanya titanic itu, sikapal
kan berada pada suhu rendah, sehingga menyebabkan materialnya menjadi getas dan
mudah patah. Kemudiandi laut itu kan banyak beban (tekanan) dari arah manapun.
Ditambah lagi nabrak gunung es, langsung deh teganganyang udah terkonsentrasi karena
pembebanan sebelumnya menyebabkan kapalnya terbelah dua..Pada uji impak terjadi
proses penyerapan energi yang besar ketika beban menumbuk spesimen. Energi yang
diserapmaterial ini dapat dihitung dengan menggunakan prinsip perbedaan energi
potensial. Tapi klo di mesin ujinya udahnunjukin energi yang dapat diserap material, ya
udah.. ga perlu ngitung manual.Proses penyerapan energi ini akan diubah menjadi
berbagai respon material, yaitu Deformasi plastis Efek Hysteresis Efek Inersia
Standar ASTM Uji ImpakAda dua macam pengujian impak, yaitu 1. Charpy 2.
IzodPerbedaan charpy dengan izod adalah peletakan spesimen. Pengujian dengan
menggunkan charpy lebih akurat karenapada izod, pemegang spesimen juga turut
menyerap energi, sehingga energi yang terukur bukanlah energi yangmampu di serap
material seutuhnya.Faktor yang mempengaruhi kegagalan material pada pengujian impak
adalah NotchNotch pada material akan menyebabkan terjadinya konsentrasi tegangan
pada daerah yang lancip sehingga materiallebih mudah patah. Selain itu notch juga akan
menimbulkan triaxial stress. Triaxial stress ini sangat berbahaya karenatidak akan terjadi
deformasi plastis dna menyebabkan material menjadi getas. Sehingga tidak ada tandatanda bahwamaterial akan mengalami kegagalan.
TemperaturPada temperatur tinggi material akan getas karena pengaruh vibrasi
elektronnya yang semakin rendah, begitupunsebaliknya. StrainrateJika pembebanan
diberikan pada strain rate yang biasa-biasa saja, maka material akan sempat mengalami
deformasiplastis, karena pergerakan atomnya (dislokasi). Dislokasi akan bergerak menuju
ke batas butir lalu kemudian patah.Namun pada uji impak, strain rate yang diberikan
sangat tinggi sehingga dislokasi tidak sempat bergerak, apalagi terjadideformasi plastis,
sehingga material akan mengalami patah transgranular, patahnya ditengah-tengah atom,
bulan dibatas butir. Karena dislokasi ga sempat gerak ke batas butir.Kemudian, dari hasil
percobaan akan didapatkan energi dan temperatur. Dari data tersebut, kita akan buat
diagramharga impak terhadap temperatur. Energi akan berbanding lurus dengan harga
impak. Kemudian kita akanmendapakan temperatur transisi. Temperatur transisi adalah
range temperature dimana sifat material dapat berubahdari getas ke ulet jika material
dipanaskan.Temperatur transisi ini bergantung pada berbagai hal, salah satunya aspek
metalurgi material, yaitu kadar karbon.Material dengan kadar karbon yang tinggi akan
semakin getas, dan harga impaknya kecil, sehingga temperaturtransisinya lebih besar.
Temperatur transisi akan mempengaruhi ketahanan material terhadap perubahan suhu.
Jikatemperatur transisinya kecil maka material tersebut tidak tahan terhadap perubahan
suhu.Pada percobaan ini, ada 10 sampel, 5 baja dan 5 aluminium. 2 baja dipanaskan dan
2 lagi didinginkan. begitu puladengan aluminium.Dipanaskan. Baja dan aluminium ini
dipanaskan dengan menggunakan kompor listrik sampai pada temperatur 200anderajat
celcius. Kemudian sampel ini di beri beban impak dan… hasilnya keempat sampel ini
tidak patah seluruhnya,hanya sebagian. Terjadi pembengkokan pada sampel. Mengapa
sampel tidak patah? Hal ini ada pengaruhnya dengansuhu. Suhu yang semakin tinggi
menyebabkan vibrasi elektron semakin tinggi sehingga pergerakan elektron
menjadisemakin bebas. Dan energi untuk melakukan deformasi elastis semakin rendah.
Hal inilah yang menyebabkanspesimen tidak patah, melainkan hanya mengalami
deformasi plastis.Pada temperatur kamar. Spesimen nya gas diberi perlakuan apapun.
Langsung diberi beban impak dan spesimen nya
patah ulet. Temperatur spesimen lebih rendah dari yang semula, sehingga vibrasi
elektronnya lebih rendah danmenyebabkan material menjadi agak lebih getas jika
dibandingkan dengan spesimen awal. Namun spesimen ini belumgetas karena
elektronnya masih dapat bergerak hingga deformasi plastis.Didinginkan. Pada pengujian
ini, spesimen didinginkan dengan menggunakan nitrogen cair, hingga mencapai
suhuminus puluhan derajat. Kemudian spesimen diberi beban impak dan terjadi patah
getas. Hal ini terjadi karena vibrasielektron yang melemah sehingga energi yang
dibutuhkan untuk elektron bergeran dan berdeformasi plastis lebih tinggi,sehingga
terjadilah patah getas pada material.Analisis.Pada baja dan aluminium terdapat perbedaan
harga impak. Harga impak baja lebih tinggi daripadaaluminium menunjukkan bahwa
ketangguhan baja lebih tinggi jika dibandingkan denganaluminium. Ketangguhan adalah
kemampuan material untuk menyerap energy danberdeformasi plastis hingga patah.
Selain suhu, hal lain yang mempengaruhi harga impak suatu material adalah
kadarkarbonnya. Material yang memiliki kadar karbon yang tinggi akan lebih getas. Hal
ini akanmempengaruhi harga impaknya dan temperature transisi. Material yang memiliki
kadarkarbon tinggi akan memiliki temperature transisi yang lebih panjang jika
dibandingkandengan material yang memiliki kadar karbon rendah. Temperatur transisi
yang berbeda-beda ini akan mempengaruhi ketahanan material terhadap perubahan suhu.
Material yangmemiliki temperature transisi rendah maka material tersebut tidak akan
tehan terhadapperubahan suhu. Pada pembebanan impak ini, terjadi proses penyerapan
energy yang besar.Penyerapan energy ini akan diubah menjadi berbagai respon material
seperti deformasiplastis, efek hysteresis, dan inersia. Sebuah system dengan hysteresis
menunjukkan „rate-independent memory‟, yaitukemampuan suatu material untuk
“mengingat” bentuk atau sifat sebelum material tersebutberubah karena pengaruh gaya
dari luar material. Banyak system fisik yang menunjukkanhysteresis yang alami.
Misalnya sebuah besi yang diletakkan pada medan magnet akanmemiliki sifat magnet,
bahkan setelah medan magnetnya dipindahkan. Ketika sekali dimagnetisasi, besi tersebut
akan tetap memiliki sifat magnet. Untuk menghilangkan sifatmagnetnya, dapat dilakukan
dengan menempatkannya pada medan magnet yang arahnyaberlawanan. Efek hysteresis
ini biasanya terjadi jika material diberikan beban yang sangatcepat dan beban tersebut
pun dihilangkan dengan cepat. Efek inersia adalah kemampuan suatu material untuk
mempertahankan bentuknyaketika diberikan gaya. Ketika diberikan pembebanan dengan
strain rate yang tinggi materialtersebut tidak sempat untuk mempertahankan bentuknya
dan akhirnya patah .
KULIAH PENGETAHUAN BAHANPENDAHULUANMATERIAL : Adalah segala
sesuatu yang kita gunakan untuk tujuan-tujuan tertentu.Contoh : Untuk Pembuatan
Produk.Pembagian Material :METALContoh : Baja, Al, Kuningan, Cu, dll.MATERIAL
POLIMERContoh : PlastikKERAMIKAdalah senyawa-senyawa anorganik yang
diperoleh dengan perlakuan panas.Keramik material-material yang tahan pada temperatur
tinggiContoh : TembikarKeterangan : Polimer dan Keramik disebut pula bahan-bahan
Non Metal.Campuran antara metal, polimer dan keramik disebut dengan KOMPOSIT
(Material Susun).Komposit disebut juga dengan Materal Maju, karena dapat disesuaikan
dengan keinginan.Komposit merupakan gabungan dari beberapa material yang dapat
didisain sesuai keinginan.Contoh : MMC (Metal Matrix Composite)FRP (Fiber
Reinffored Plastic)ArallKelompok Metal banyak digunakan dalam bidang
Konstruksi.Kelompok Komposit banyak digunakan dalam bidang industry Pesawat
Terbang.Catatan : Dalam penggunaanya, yang dimanfaatkan dari material adalah SIFATSIFATNYA (Properties).
SIFAT-SIFAT MATERIALSifat-sifat material :SIFAT FISIK (Physical
Properties)Adalah sifat-sifat yang dimiliki oleh material tersebut ,“inherent”, atau
merupakan ciri khas material tersebut.Contoh : - Titik Cair - Panas JenisMasa Jenis Konduktivitas PanasTahanan Listrik - Ketahanan KorosiKetahanan pada temperatur
tinggi, dll.Catatan : Jika kita ingin merubah ketahanan korosi suatu material, maka kita
harus merubah sifat fisik materialtersebut.SIFAT MEKANIK (Mechanical
Properties)Adalah sifat-sifat dari bahan yang berkaitan dengan kelakuan (behavior)
terhadap pembebanan mekanik.Contoh : - Kekuatan (strength) - Kekerasan
(hardness)Ketangguhan (toughness) - Keuletan (Ductile)Medulus Elastisitas - Ketahanan
LelahKetahanan Aus, dll.SIFAT TEKNOLOGI (Engineering Properties)Adalah sifatsifat dari bahan yang berkaitan dengan kemudahan bahan untuk diproses atau mampu
(ability) untukdiproses.Contoh : - Mampu Cor (cast ability) - Mampu Las (weld
ability)Mampu Mesin (machine ability) - Mampu Bentuk (form ability)Dilapangan tidak
semua material memiliki sifat-sifat yang baik sesuai keinginan, sehingga untuk
memperoleh materialyang baik dapat dilakukan dengan cara memadukan material yang
satu dengan yang lain, melalui proses perlakukanpanas.Catatan : Sifat-sifat material akan
berubah jika temperatur berubah.Sifat-sifat material dipengaruhi oleh :Temperatur
KerjaKomposisi Kimia
Struktur Mikro, menyatakan konfigurasi/fasa. Jika fasa berubah sifat material berubah
(bahasan selanjutnya).Untuk mengetahui sifat-sifat bahan, maka harus dilakukan
pengujian terhadap bahan. Dalam hal ini adalah pengujianmaterial logam.Secara umum
pengujian logam dibagi menjadi 2 cara :Pengujian yang tidak merusak, Non Distructive
Test (NDT)Pengujian yang merusak, Distructive Test (DT)Evaluasi sifat-sifat logam
difokuskan pada pengujian merusak pada Sifat Mekanik.PENGUJIAN LOGAMUntuk
mengetahui sifat-sifat Mekanik, perlu dilakukan pengujian berdasarkan pembebanan
mekanik.Dari definisi diperoleh bahwa “beban mekanik” terdiri dari :Beban Statik, beban
yang tidak dipengaruhi oleh waktu, artinya beban yang bekerja tetap tidak berubah.Beban
Dinamik, beban yang berfluktuasi, berubah-ubah, terhadap waktu.Sifat-sifat mekanik
dievaluasi berdasarkan ke dua beban tersebut, dan atas dasar jenis beban tersebut maka
dapatdikelompokkan beberapa jenis pengujian, yaitu :PENGUJIAN BEBAN
STATIK :Uji Tarik (Tensile Test)Uji Tekan (Compressive Test)Uji Puntir (Torsion
Test)Uji Lentur (Bending Test)Uji Keras (Hardness Test)Uji Impact (Impact Test)Uji
Mulur, : - Pada temperatur kamar, Creep Test.- Pada temperatur tinggi, Stress Rupture
Test.PENGUJIAN BEBAN DINAMIK :Uji Lelah (Fatique Test)Dalam praktek
pengujian didasarkan pada 2 kriteria :Memilih jenis pengujian mana yang memberikan
lebih banyak informasi tentang sifat materialBerdasarkan tuntutan disain.
UJI TARIK (TENSILE TEST)Tujuan : Untuk melihat respon bahan terhadap beban tarik.
Artinya kita harus dapat mengamati apa yang terjadipada Bahan (specimen) apabila
material tersebut dibebani dengan beban tarik.Pelaksanaan : Dilakukan pada suhu kamar,
karena pada temperatur kamar mudah untuk dilakukan.Alat Uji : Mesin Uji Tarik
(Tensile Testing Machine)Fungsi Mesin Uji Tarik :Harus mampu memberikan beban
tarikHarus mampu mencatat pertambahan panjang yang terjadi akibat adanya beban
tarik.Bentuk-Bentuk Benda Uji / Specimen :Bentuk benda uji secara umum dibagi
menjadi 2 jenis :PelatProfil : - Rod,Profil I,Profil C, dikategorikan ke dalam Plat.Profil
L,Bentuk benda Uji Rod Bentuk Benda Uji Plat
Jika specimen dari plat, maka specimen tersebut harus sejajar dengan arah pengerolan
plat, karena pengerolan akanmenghasilkan harga yang maximum.Rasio perbandingan Lo
terhadap do, disebut Rasio Kerampingan (Slenderness Ratio)Lo/do=5
……………………………………….. Slenderness RatioPrinsip Pengujian :Pengujian
dilakukan sampai benda kerja putusJika specimen putus, harus berada pada daerah
Panjang Uji (Lt)Selama Pengujian Tarik berlangsung, volume = konstan, dan dianggap
luas penampang benda uji konstan (A=c)Mekanisme Pengujian :Setiap ada beban
senantiasa ada penambahan panjang sebesar L.Jika gaya (F) semakin besar maka L
semakin besar pula. Dari kenyataan ini maka mesin Uji Tarik akan mencatathubungan
antara gaya dan pertambahan panjang (F dan L) dalam bentuk diagram.Catatan :
Pemberian beban harus sedemikan rupa sehingga pemberian beban serendah mungkin,
dengan maksudcriteria static dapat dipenuhi.Dari Diagram F - ∆L yang dihasilkan,
terdapat dua jenis segmen garis :
Segmen garis LinearSegmen garis tidak Linear (curvature)Dalam praktek, diagram tarik
ini hasilnya berbeda-beda untuk setiap logam, sehingga kita dapat membedakan
manalogam yang ulet (ductile) mana logam yang getas (brittle).Interprestasi : Sepanjang
hubungan linear maka setiap pembebanan akan menghasilkan perubahan temporer
/sementara atau mengalamai “Deformasi Elastis”.Artinya, benda uji bertambah panjang
selama beban diterapkan, jika beban dihilangkan benda uji kembali ke bentuksemula.
Makin besar F, maka ∆L makin besar.Batas maksimum dimana hubungan F dan ∆L
linear dikenal dengan titik P (proporsional).∆L yang bersifat sementara disebut dengan
“∆L elastis”.Jika pembebanan terjadi diatas titik P, maka pada saat beban F dihilangkan,
∆L bersifat tetap.Panjang specimen setelah ditarik sampai dengan titik x, dan setelah
beban dihilangkan menjadi :Dari diagram F - L, belum terbaca sifat logam yang
diuji.Agar sifat logam yang di uji dapat dibaca, diagram F - L harus diubah menjadi
diagram - e (Tegangan – Regangan).Dimana :σ= F/Ao σ = Tegangan Tarik (Kg/mm2)Ao
= Luas penampang awale= ∆L/Lo e = reganganLo = PanjangKesimpulan :
Diagram -e mirip dengan diagram F- LAlasan diubah ke dalam bentuk diagram -e karena
erat hubungan dengan harga L/do = 5.Pembacaan Sifat MaterialDidaerah Elastic
(hubungan -e linear) = E.e, dimana : E = tg. = Modulus Elastisitas = E.e,--------------Hukum HOOKE(Hukum Hooke hanya bekerja di daerah Elastis)eHubungan Modulus
Elastisitas (E) dengan sifat material :E dipakai sebagai ukuran KEKAKUAN
(RIGIDITY)Artinya : Makin besar berarti material yang di uji makin kaku ( >> E)Makin
kecil berarti material yang di uji tidak kaku (E
ImpakSejarah pengujian impak terjadi pada masa Perang Dunia ke 2, karenaketika itu
banyak terjadi fenomena patah getas yang terjadi pada daerahlasan kapal-kapal perang
dan tanker-tanker. Diantara fenomena patahantersebut ada yang patah sebagian dan ada
yang benar-benar patah terbeahmenjadi 2 bagian, fenomena patahan ini terjadi terutama
pada saat musimdingin-ketika diaut bebas ataupun ketika kapal sedang berabuh.
Dancontoh yang sangat terkenal tentang fenomena patahan getas adalahtragedi Kapal
TITANIC yang melintasi samudera Atlantik.Dasar pengujian impak ini adalah
penyerapan energi potensial daripendulum beban yang berayun dari suatu ketinggian
tertentu danmenumbuk benda uji sehingga benda uji mengalami deformasi.2. Jenis-jenis
metode uji impakSecara umum metode pengujian impak terdiri dari 2 jenis yaitu: Metode
Charpy Metode IzodMetode Charpy: Pengujian tumbuk dengan meletakkan posisi
spesimenuji pada tumpuan dengan posisi horizontal/ mendatar, dan arahpembebanan
berlawanan dengan arah takikan.Gbr1. Ilustrasi skematik pembebanan impak pada benda
uji Charpy danIzod
Metode Izod: Pengujian tumbuk dengan meletakkan posisi spesimen ujipada tumpuan
dengan posisi , dan arah pembebanan serah dengan arahtakikan.Gbr 2. Ilustrasi skematis
pengujian impak.3. Perpatahan ImpakSecara umum sebagaimana analisis perpatahan
pada benda hasil uji tarikmaka perpatahan impak digolongkan menjadi 3 jenis, yaitu: 1.
Perpatahan berserat (fibrous fracture), yang melibatkan mekanisme pergeseran
bidangbidang kristal di dalam bahan (logam) yang ulet (ductile). Ditandai dengan
permukaan patahan berserat yang berbentuk dimpel yang menyerap cahaya dan
berpenampilan buram. 2. Perpatahan granular/kristalin, yang dihasilkan oleh mekanisme
pembelahan (cleavage) pada butir-butir dari bahan (logam) yang rapuh (brittle). Ditandai
dengan permukaan patahan yang datar yang mampu memberikan daya pantul cahaya
yang tinggi (mengkilat). 3. Perpatahan campuran (berserat dan granular). Merupakan
kombinasi dua jenis perpatahan di atas.Gbr 3. Ilustrasi permukaan patahan (fractografi)
benda uji impak CharpyInformasi lain yang dapat dihasilkan dari pengujian impak
adalahtemperatur transisi bahan. Temperatur transisi adalah temperatur
yangmenunjukkan transisi perubahan jenis perpatahan suatu bahan bila diujipada
temperatur yang berbeda-beda. Pada pengujian dengan temperatur
yang berbeda-beda maka akan terlihat bahwa pada temperatur tinggimaterial akan
bersifat ulet (ductile) sedangkan pada temperatur rendahmaterial akan bersifat rapuh atau
getas (brittle). Fenomena ini berkaitandengan vibrasi atom-atom bahan pada temperatur
yang berbeda dimanapada temperatur kamar vibrasi itu berada dalam kondisi
kesetimbangandan selanjutnya akan menjadi tinggi bila temperatur
dinaikkan(ingatlahbahwa energi panas merupakan suatu driving force
terhadappergerakan partikel atom bahan). Vibrasi atom inilah yang berperansebagai suatu
penghalang (obstacle) terhadap pergerakandislokasi padasaat terjadi deformasi
kejut/impak dari luar. Dengan semakin tinggi vibrasiitumaka pergerakan dislokasi mejadi
relatif sulit sehingga dibutuhkanenergi yang lebih besaruntuk mematahkan benda uji.
Sebaliknya padatemperatur di bawah nol derajat Celcius, vibrasi atom relatif
sedikitsehingga pada saat bahan dideformasi pergerakan dislokasi menjadi lebihmudah
dan benda uji menjadi lebih mudah dipatahkan dengan energi yangrelatif lebih
rendah.Gbr 4. Efek temperatur terhadap ketangguhan impak beberapa material.4. Patah
Getas dan Patah UletSecara umum perpatahan dapat digolongkan menjadi 2 golongan
umumyaitu : Patah Ulet/ liatPatah yang ditandai oleh deformasi plastis yang cukup besar,
sebelum danselama proses penjalaran retak.
Patah GetasPatah yang ditandai oleh adanya kecepatan penjalaran retak yang tinggi,tanpa
terjadi deformasi kasar, dan sedikit sekali terjadi deformasi mikro.Terdapat 3 faktor dasar
yang mendukung terjadinya patah dari benda uletmenjadi patah getas : 1. Keadaan
tegangan 3 sumbu/ takikan. 2. Suhu yang rendah. 3. Laju regangan yang tinggi/ laju
pembebanan yang cepat.Jenis-jenis takikan/ notch yang terdapat pada pengujian
impakUji Impak 08.04 Mukhamad Aziz 1 commentUji impak adalah pengujian dengan
menggunakan pembebanan yang cepat (rapid loading). Klo ceritanya titanic itu, sikapal
kan berada pada suhu rendah, sehingga menyebabkan materialnya menjadi getas dan
mudah patah. Kemudiandi laut itu kan banyak beban (tekanan) dari arah manapun.
Ditambah lagi nabrak gunung es, langsung deh teganganyang udah terkonsentrasi karena
pembebanan sebelumnya menyebabkan kapalnya terbelah dua..Pada uji impak terjadi
proses penyerapan energi yang besar ketika beban menumbuk spesimen. Energi yang
diserapmaterial ini dapat dihitung dengan menggunakan prinsip perbedaan energi
potensial. Tapi klo di mesin ujinya udahnunjukin energi yang dapat diserap material, ya
udah.. ga perlu ngitung manual.Proses penyerapan energi ini akan diubah menjadi
berbagai respon material, yaitu Deformasi plastis Efek Hysteresis Efek Inersia
Standar ASTM Uji ImpakAda dua macam pengujian impak, yaitu 1. Charpy 2.
IzodPerbedaan charpy dengan izod adalah peletakan spesimen. Pengujian dengan
menggunkan charpy lebih akurat karenapada izod, pemegang spesimen juga turut
menyerap energi, sehingga energi yang terukur bukanlah energi yangmampu di serap
material seutuhnya.Faktor yang mempengaruhi kegagalan material pada pengujian impak
adalah NotchNotch pada material akan menyebabkan terjadinya konsentrasi tegangan
pada daerah yang lancip sehingga materiallebih mudah patah. Selain itu notch juga akan
menimbulkan triaxial stress. Triaxial stress ini sangat berbahaya karenatidak akan terjadi
deformasi plastis dna menyebabkan material menjadi getas. Sehingga tidak ada tandatanda bahwamaterial akan mengalami kegagalan.
TemperaturPada temperatur tinggi material akan getas karena pengaruh vibrasi
elektronnya yang semakin rendah, begitupunsebaliknya. StrainrateJika pembebanan
diberikan pada strain rate yang biasa-biasa saja, maka material akan sempat mengalami
deformasiplastis, karena pergerakan atomnya (dislokasi). Dislokasi akan bergerak menuju
ke batas butir lalu kemudian patah.Namun pada uji impak, strain rate yang diberikan
sangat tinggi sehingga dislokasi tidak sempat bergerak, apalagi terjadideformasi plastis,
sehingga material akan mengalami patah transgranular, patahnya ditengah-tengah atom,
bulan dibatas butir. Karena dislokasi ga sempat gerak ke batas butir.Kemudian, dari hasil
percobaan akan didapatkan energi dan temperatur. Dari data tersebut, kita akan buat
diagramharga impak terhadap temperatur. Energi akan berbanding lurus dengan harga
impak. Kemudian kita akanmendapakan temperatur transisi. Temperatur transisi adalah
range temperature dimana sifat material dapat berubahdari getas ke ulet jika material
dipanaskan.Temperatur transisi ini bergantung pada berbagai hal, salah satunya aspek
metalurgi material, yaitu kadar karbon.Material dengan kadar karbon yang tinggi akan
semakin getas, dan harga impaknya kecil, sehingga temperaturtransisinya lebih besar.
Temperatur transisi akan mempengaruhi ketahanan material terhadap perubahan suhu.
Jikatemperatur transisinya kecil maka material tersebut tidak tahan terhadap perubahan
suhu.Pada percobaan ini, ada 10 sampel, 5 baja dan 5 aluminium. 2 baja dipanaskan dan
2 lagi didinginkan. begitu puladengan aluminium.Dipanaskan. Baja dan aluminium ini
dipanaskan dengan menggunakan kompor listrik sampai pada temperatur 200anderajat
celcius. Kemudian sampel ini di beri beban impak dan… hasilnya keempat sampel ini
tidak patah seluruhnya,hanya sebagian. Terjadi pembengkokan pada sampel. Mengapa
sampel tidak patah? Hal ini ada pengaruhnya dengansuhu. Suhu yang semakin tinggi
menyebabkan vibrasi elektron semakin tinggi sehingga pergerakan elektron
menjadisemakin bebas. Dan energi untuk melakukan deformasi elastis semakin rendah.
Hal inilah yang menyebabkanspesimen tidak patah, melainkan hanya mengalami
deformasi plastis.Pada temperatur kamar. Spesimen nya gas diberi perlakuan apapun.
Langsung diberi beban impak dan spesimen nya
patah ulet. Temperatur spesimen lebih rendah dari yang semula, sehingga vibrasi
elektronnya lebih rendah danmenyebabkan material menjadi agak lebih getas jika
dibandingkan dengan spesimen awal. Namun spesimen ini belumgetas karena
elektronnya masih dapat bergerak hingga deformasi plastis.Didinginkan. Pada pengujian
ini, spesimen didinginkan dengan menggunakan nitrogen cair, hingga mencapai
suhuminus puluhan derajat. Kemudian spesimen diberi beban impak dan terjadi patah
getas. Hal ini terjadi karena vibrasielektron yang melemah sehingga energi yang
dibutuhkan untuk elektron bergeran dan berdeformasi plastis lebih tinggi,sehingga
terjadilah patah getas pada material.Analisis.Pada baja dan aluminium terdapat perbedaan
harga impak. Harga impak baja lebih tinggi daripadaaluminium menunjukkan bahwa
ketangguhan baja lebih tinggi jika dibandingkan denganaluminium. Ketangguhan adalah
kemampuan material untuk menyerap energy danberdeformasi plastis hingga patah.
Selain suhu, hal lain yang mempengaruhi harga impak suatu material adalah
kadarkarbonnya. Material yang memiliki kadar karbon yang tinggi akan lebih getas. Hal
ini akanmempengaruhi harga impaknya dan temperature transisi. Material yang memiliki
kadarkarbon tinggi akan memiliki temperature transisi yang lebih panjang jika
dibandingkandengan material yang memiliki kadar karbon rendah. Temperatur transisi
yang berbeda-beda ini akan mempengaruhi ketahanan material terhadap perubahan suhu.
Material yangmemiliki temperature transisi rendah maka material tersebut tidak akan
tehan terhadapperubahan suhu. Pada pembebanan impak ini, terjadi proses penyerapan
energy yang besar.Penyerapan energy ini akan diubah menjadi berbagai respon material
seperti deformasiplastis, efek hysteresis, dan inersia. Sebuah system dengan hysteresis
menunjukkan „rate-independent memory‟, yaitukemampuan suatu material untuk
“mengingat” bentuk atau sifat sebelum material tersebutberubah karena pengaruh gaya
dari luar material. Banyak system fisik yang menunjukkanhysteresis yang alami.
Misalnya sebuah besi yang diletakkan pada medan magnet akanmemiliki sifat magnet,
bahkan setelah medan magnetnya dipindahkan. Ketika sekali dimagnetisasi, besi tersebut
akan tetap memiliki sifat magnet. Untuk menghilangkan sifatmagnetnya, dapat dilakukan
dengan menempatkannya pada medan magnet yang arahnyaberlawanan. Efek hysteresis
ini biasanya terjadi jika material diberikan beban yang sangatcepat dan beban tersebut
pun dihilangkan dengan cepat. Efek inersia adalah kemampuan suatu material untuk
mempertahankan bentuknyaketika diberikan gaya. Ketika diberikan pembebanan dengan
strain rate yang tinggi materialtersebut tidak sempat untuk mempertahankan bentuknya
dan akhirnya patah .
KULIAH PENGETAHUAN BAHANPENDAHULUANMATERIAL : Adalah segala
sesuatu yang kita gunakan untuk tujuan-tujuan tertentu.Contoh : Untuk Pembuatan
Produk.Pembagian Material :METALContoh : Baja, Al, Kuningan, Cu, dll.MATERIAL
POLIMERContoh : PlastikKERAMIKAdalah senyawa-senyawa anorganik yang
diperoleh dengan perlakuan panas.Keramik material-material yang tahan pada temperatur
tinggiContoh : TembikarKeterangan : Polimer dan Keramik disebut pula bahan-bahan
Non Metal.Campuran antara metal, polimer dan keramik disebut dengan KOMPOSIT
(Material Susun).Komposit disebut juga dengan Materal Maju, karena dapat disesuaikan
dengan keinginan.Komposit merupakan gabungan dari beberapa material yang dapat
didisain sesuai keinginan.Contoh : MMC (Metal Matrix Composite)FRP (Fiber
Reinffored Plastic)ArallKelompok Metal banyak digunakan dalam bidang
Konstruksi.Kelompok Komposit banyak digunakan dalam bidang industry Pesawat
Terbang.Catatan : Dalam penggunaanya, yang dimanfaatkan dari material adalah SIFATSIFATNYA (Properties).
SIFAT-SIFAT MATERIALSifat-sifat material :SIFAT FISIK (Physical
Properties)Adalah sifat-sifat yang dimiliki oleh material tersebut ,“inherent”, atau
merupakan ciri khas material tersebut.Contoh : - Titik Cair - Panas JenisMasa Jenis Konduktivitas PanasTahanan Listrik - Ketahanan KorosiKetahanan pada temperatur
tinggi, dll.Catatan : Jika kita ingin merubah ketahanan korosi suatu material, maka kita
harus merubah sifat fisik materialtersebut.SIFAT MEKANIK (Mechanical
Properties)Adalah sifat-sifat dari bahan yang berkaitan dengan kelakuan (behavior)
terhadap pembebanan mekanik.Contoh : - Kekuatan (strength) - Kekerasan
(hardness)Ketangguhan (toughness) - Keuletan (Ductile)Medulus Elastisitas - Ketahanan
LelahKetahanan Aus, dll.SIFAT TEKNOLOGI (Engineering Properties)Adalah sifatsifat dari bahan yang berkaitan dengan kemudahan bahan untuk diproses atau mampu
(ability) untukdiproses.Contoh : - Mampu Cor (cast ability) - Mampu Las (weld
ability)Mampu Mesin (machine ability) - Mampu Bentuk (form ability)Dilapangan tidak
semua material memiliki sifat-sifat yang baik sesuai keinginan, sehingga untuk
memperoleh materialyang baik dapat dilakukan dengan cara memadukan material yang
satu dengan yang lain, melalui proses perlakukanpanas.Catatan : Sifat-sifat material akan
berubah jika temperatur berubah.Sifat-sifat material dipengaruhi oleh :Temperatur
KerjaKomposisi Kimia
Struktur Mikro, menyatakan konfigurasi/fasa. Jika fasa berubah sifat material berubah
(bahasan selanjutnya).Untuk mengetahui sifat-sifat bahan, maka harus dilakukan
pengujian terhadap bahan. Dalam hal ini adalah pengujianmaterial logam.Secara umum
pengujian logam dibagi menjadi 2 cara :Pengujian yang tidak merusak, Non Distructive
Test (NDT)Pengujian yang merusak, Distructive Test (DT)Evaluasi sifat-sifat logam
difokuskan pada pengujian merusak pada Sifat Mekanik.PENGUJIAN LOGAMUntuk
mengetahui sifat-sifat Mekanik, perlu dilakukan pengujian berdasarkan pembebanan
mekanik.Dari definisi diperoleh bahwa “beban mekanik” terdiri dari :Beban Statik, beban
yang tidak dipengaruhi oleh waktu, artinya beban yang bekerja tetap tidak berubah.Beban
Dinamik, beban yang berfluktuasi, berubah-ubah, terhadap waktu.Sifat-sifat mekanik
dievaluasi berdasarkan ke dua beban tersebut, dan atas dasar jenis beban tersebut maka
dapatdikelompokkan beberapa jenis pengujian, yaitu :PENGUJIAN BEBAN
STATIK :Uji Tarik (Tensile Test)Uji Tekan (Compressive Test)Uji Puntir (Torsion
Test)Uji Lentur (Bending Test)Uji Keras (Hardness Test)Uji Impact (Impact Test)Uji
Mulur, : - Pada temperatur kamar, Creep Test.- Pada temperatur tinggi, Stress Rupture
Test.PENGUJIAN BEBAN DINAMIK :Uji Lelah (Fatique Test)Dalam praktek
pengujian didasarkan pada 2 kriteria :Memilih jenis pengujian mana yang memberikan
lebih banyak informasi tentang sifat materialBerdasarkan tuntutan disain.
UJI TARIK (TENSILE TEST)Tujuan : Untuk melihat respon bahan terhadap beban tarik.
Artinya kita harus dapat mengamati apa yang terjadipada Bahan (specimen) apabila
material tersebut dibebani dengan beban tarik.Pelaksanaan : Dilakukan pada suhu kamar,
karena pada temperatur kamar mudah untuk dilakukan.Alat Uji : Mesin Uji Tarik
(Tensile Testing Machine)Fungsi Mesin Uji Tarik :Harus mampu memberikan beban
tarikHarus mampu mencatat pertambahan panjang yang terjadi akibat adanya beban
tarik.Bentuk-Bentuk Benda Uji / Specimen :Bentuk benda uji secara umum dibagi
menjadi 2 jenis :PelatProfil : - Rod,Profil I,Profil C, dikategorikan ke dalam Plat.Profil
L,Bentuk benda Uji Rod Bentuk Benda Uji Plat
Jika specimen dari plat, maka specimen tersebut harus sejajar dengan arah pengerolan
plat, karena pengerolan akanmenghasilkan harga yang maximum.Rasio perbandingan Lo
terhadap do, disebut Rasio Kerampingan (Slenderness Ratio)Lo/do=5
……………………………………….. Slenderness RatioPrinsip Pengujian :Pengujian
dilakukan sampai benda kerja putusJika specimen putus, harus berada pada daerah
Panjang Uji (Lt)Selama Pengujian Tarik berlangsung, volume = konstan, dan dianggap
luas penampang benda uji konstan (A=c)Mekanisme Pengujian :Setiap ada beban
senantiasa ada penambahan panjang sebesar L.Jika gaya (F) semakin besar maka L
semakin besar pula. Dari kenyataan ini maka mesin Uji Tarik akan mencatathubungan
antara gaya dan pertambahan panjang (F dan L) dalam bentuk diagram.Catatan :
Pemberian beban harus sedemikan rupa sehingga pemberian beban serendah mungkin,
dengan maksudcriteria static dapat dipenuhi.Dari Diagram F - ∆L yang dihasilkan,
terdapat dua jenis segmen garis :
Segmen garis LinearSegmen garis tidak Linear (curvature)Dalam praktek, diagram tarik
ini hasilnya berbeda-beda untuk setiap logam, sehingga kita dapat membedakan
manalogam yang ulet (ductile) mana logam yang getas (brittle).Interprestasi : Sepanjang
hubungan linear maka setiap pembebanan akan menghasilkan perubahan temporer
/sementara atau mengalamai “Deformasi Elastis”.Artinya, benda uji bertambah panjang
selama beban diterapkan, jika beban dihilangkan benda uji kembali ke bentuksemula.
Makin besar F, maka ∆L makin besar.Batas maksimum dimana hubungan F dan ∆L
linear dikenal dengan titik P (proporsional).∆L yang bersifat sementara disebut dengan
“∆L elastis”.Jika pembebanan terjadi diatas titik P, maka pada saat beban F dihilangkan,
∆L bersifat tetap.Panjang specimen setelah ditarik sampai dengan titik x, dan setelah
beban dihilangkan menjadi :Dari diagram F - L, belum terbaca sifat logam yang
diuji.Agar sifat logam yang di uji dapat dibaca, diagram F - L harus diubah menjadi
diagram - e (Tegangan – Regangan).Dimana :σ= F/Ao σ = Tegangan Tarik (Kg/mm2)Ao
= Luas penampang awale= ∆L/Lo e = reganganLo = PanjangKesimpulan :
Diagram -e mirip dengan diagram F- LAlasan diubah ke dalam bentuk diagram -e karena
erat hubungan dengan harga L/do = 5.Pembacaan Sifat MaterialDidaerah Elastic
(hubungan -e linear) = E.e, dimana : E = tg. = Modulus Elastisitas = E.e,--------------Hukum HOOKE(Hukum Hooke hanya bekerja di daerah Elastis)eHubungan Modulus
Elastisitas (E) dengan sifat material :E dipakai sebagai ukuran KEKAKUAN
(RIGIDITY)Artinya : Makin besar berarti material yang di uji makin kaku ( >> E)Makin
kecil berarti material yang di uji tidak kaku (E