1 BAB I PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang - Rancangan alat uji impak tipe charpy telah selesai dirancang sesuai dengan standar ASTM E 23 -02 - Repository utu

BAB I PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

  Universitas Teuku Umar yang merupakan satu-satunya universitas di daerah pantai Barat Selatan Aceh harus mampu menyeimbangkan perkembangan teknologi tersebut agar mampu bersaing dengan universitas lainnya yang berada di tingkat lokal dan nasional, salah satu usaha yang dapat dilakukan adalah dengan peningkatan kualitas mahasiswa, mahasiswa harus mampu mengaplikasikan teori- teori yang didapatkan di ruang kuliah ke lapangan kerja tentunya, salah satunya yang dapat mendukung hal tersebut diatas adalah dengan memberikan pendalaman pemahaman teori melalui prak tikum-pratikum. Keterbatasan alat-alat praktikum di Fakultas Teknik Universitas Teuku Umar Meulaboh, yang selama ini praktikum mahasiswa dilakukan dengan menyewa alat praktikum dengan biaya yang besar di universitas-universitas lainnya seperti Unsyiah dan USU, selain biaya yang besar dan mengingat jarak tempuh perjalan ke tempat praktikum dan penelitian tersebut sangat jauh (rata-rata diatas 250-500 km dari UTU) membuat praktikum dan penelitian mahasiswa menjadi tidak optimal.

  Berdasarkan hal tersebut di atas maka rancangan alat praktikum perlu dibuat salah satunya adalah alat pengujian impak (impact testing) untuk penunjang praktikum mata kuliah Material Teknik pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Teuku Umar.

  2 Rancangan alat pengujian impak (impact testing) tipe charpy dan uji kelayakan pakai alat ini dilakukan dengan pengujian impak pada beberapa bahan/material sesuai dengan standar alat uji impak ASTM E 23-02.

  Dengan selesainya pembuatan alat pengujian impak yang direncanakan ini diharapkan dapat digunakan untuk praktikum dan penelitian mahasiswa selanjutnya yang berhubungan dengan kontruksi atau mesin yang mengalami beban kejut (impak),

  Secara struktural penelitian ini akan menjadi nilai tambah tersendiri bagi lembaga khususnya Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Teuku Umar dalam pengadaan peralatan uji / praktikum secara mandiri. Jadi dapat dikatakan secara fungsional peralatan ini dapat berguna sebagai pendukung penelitian staf pengajar dan praktikum mahasiswa.

  1.2.Rumusan Masalah

  Keterbatasan peralatan praktikum pada jurusan Teknik Mesin Universitas Teuku Umar, maka dirasa perlu untuk dirancang alat praktikum, salah satunya alat uji impak untuk praktikum material teknik, perencanaan desain alat uji ini sesuai dengan standar ASTM E 23-02.

  1.3.Tujuan Penelitian

  Tujuan dari penelitian ini adalah untuk perencanaan desain alat pengujian impak (impact testing) tipe charpy.

  3

1.4. Manfaat Penelitian

  Dengan selesainya perencanaan desain a lat pengujian impak (impact

  

testing ) tipe charpy akan memberikan dampak positif terhadap tahap proses

berikutnya yaitu pembuatan dan perakitan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Ketangguhan Bahan

  Ketangguhan adalah suatu ukuran energi yang diperlukan untuk mematahkan suatu bahan. Bahan yang bersifat ulet akan memerlukan energi perpatahan yang lebih besar dan mempunyai sifat tangguh yang lebih baik daripada bahan yang bersifat getas dengan kekuatan bahan yang sama. Penurunan ketangguhan bahan sangat beresiko dan dapat berakibat fatal, oleh karena itu ketangguhan perlu diukur atau dikuantifikasi secara konvensional, hal tersebut dilakukan dengan uji impak atau benturan. [8].

  Patah getas menjadi permasalahan penting pada besi dan baja pada tahun 1930-an ketika jembatan-jembatan rusak di berbagai tempat di negara Eropa, dan ketika pipa minyak gas alam rusak di AS antara tahun 1940-1943, ketika kapal- kapal perang patah dan tenggelam di AS. Setelah itu banyak contoh diperoleh mengenai permasalahan tersebut. Untuk menelaah ketahanan terhadap keadaan patah tersebut [11]

  Pengujian impak bertujuan untuk mengukur berapa energi yang dapat diserap suatu material sampai material tersebut patah. Pengujian impak merupakan respon terhadap beban kejut atau beban tiba-tiba (beban impak) [8].

  Dalam pengujian impak terdiri dari dua teknik pengujian standar yaitu Charpy dan Izod. Pada pengujian standar Charpy dan Izod, dirancang dan masih

  5 digunakan untuk mengukur energi impak yang juga dikena l dengan ketangguhan takik [8].

  2.2. Metode Izod

  Menggunakan batang impak kantilever. Benda uji izod sangat jarang digunakan pada saat sekarang ini. Pada benda uji izod mempunyai penampang lintang bujur sangkar atau lingkaran dan bertakik V didekat ujung yang dijepit.

  

batang uji di letakkan secara vertical, dijepit pada salah satu ujungnya dan arah

pukulan berlawanan dengan takikan.

  2.3. Metode Charpy

  Pengujian impak charpy banyak dipergunakan untuk menentukan kualitas bahan. Batang uji dengan takikan 2 mmV, paling banyak dipakai. Pengujian patah yang umum biasanya ditentukan oleh tegangan yang diperlukan untuk mematahkan, tetapi pada pengujian metode charpy adalah energi yang diperlukan untuk mematahkan, jadi dipandang dari sudut ini pengujian dengan me tode charpy dapat dianggap cara pengujian yang maju [11]

  Menggunakan batang impak yang ditumpu pada kedua ujungnya. Benda uji charpy mempunyai luas penampang lintang bujur sangkar dan memiliki takik V , dengan jari-jari dasar 0,25 mm dan kedalaman 2 mm. Benda uji

• – 45 diletakkan pada tumpuan dalam posisi mendatar dan bagian yang bertakik diberi beban impak dengan ayunan bandul. Benda uji akan melengkung dan patah pada laju regangan yang tinggi[2].

  6 Menurut American Society for Testing and Materials (ASTM), standarisasi Notched Bar Test adalah ASTM E 23-01, pengujian impak dengan metode charpy dan impak dapat dilihat pada gambar 2.1.

Gambar 2.1. Metode Pengujian Impak

  Sumber : Calliester, 2007

2.4. Pengujian Impak Metode Charpy

  Dalam menentukan ketahanan logam terhadap pembebanan kejut (Impact Strenght), prinsipnya adalah berapa besar gaya kejut yang dibutuhkan untuk mematahkan benda uji dibagi dengan luas penampang bahan[1].

  Spesimen charpy berbentuk batang dengan penampang lintang bujur sangkar dengan takikan V oleh proses permesinan (gambar 2.2.a). Mesin pengujian impak diperlihatkan secara skematik dengan (gambar 2.2.b). Beban didapatkan dari tumbukan oleh palu pendulum yang dilepas dari posisi ketinggian h. Spesimen diposisikan pada dasar seperti pada (gambar 2.2.b) tersebut. Ketika dilepas, ujung pisau pada palu pendulum akan menabrak dan mematahkan spesimen ditakikannya yang bekerja sebagai titik konsentrasi tegangan untuk

  7 pukulan impak kecepatan tinggi. Palu pendulum akan melanjutkan ayunan untuk mencapai ketinggian maksimum h’ yang lebih rendah dari h. Energi yang diserap dihitung dari perbedaan h’ dan h (mgh – mgh’), adalah ukuran dari energi impak. Posisi simpangan lengan pendulum terhadap garis vertikal sebelum dibenturkan adalah α dan posisi lengan pendulum terhadap garis vertikal setelah membentur spesimen adalah β.

Gambar 2.2. Metode Impak Metode Charpy

  Sumber : Calliester, 2007

  8

2.5. Prinsip Dasar Mesin Uji Impak

  Apabila pendulum dengan berat G dan pada kedudukan h

  1 dilepaskan,

  maka akan mengayun sampai kedudukan posisi akhir 4 pada ketinggian h

  2 yang

  juga hampir sama dengan tinggi semula (h 1 ), dimana pendulum mengayun bebas. Pada mesin uji yang baik, skala akan menunjukkan usaha kilogram meter (kg.m) pada saat pendulum mencapai kedudukan 4. seperti terlihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Prinsip Dasar Mesin Uji Impak

  Sumber : Doddy Yuniardi, 2005 Apabila batang uji dipasang pada kedudukannya dan pendulum dilepaskan, maka pendulum akan memukul batang uji dan selanjutnya pendulum

  9 akan mengayun sampai kedudukan 3 pada ketinggian h2. Usaha yang dilakukan pendulum waktu memukul benda uji atau usaha yang diserap benda uji sampai patah dapat diketahui dengan menggunakan persamaan 2.1[1,3,8]:

  W

  1 = G x h 1 (Kg.m)........................................................................... 2.1

  Atau dengan menggunakan persamaan 2.2 : W

  1

  = G x λ (1 – cos α) (Kg.m) ......................................................... 2.2 Dimana : W

  1 = Usaha yang dilakukan (Kg.m)

  G = Berat pendulum (K g) h

  1 = Jarak awal antara pendulum dengan benda uji (m)

  = Jarak lengan pengayun (m) λ cos λ = Sudut posisi awal pendulum

  Sedangkan sisa usaha setelah mematahkan benda uji dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.3 : W

  2 = G x h 2 (Kg.m)........................................................................... 2.3

  Atau dengan menggunakan persamaan 2.4 :

  10 W

  2

  = G x λ (1 – cos β) (Kg.m) .......................................................... 2.4 Dimana : W

  2 = Sisa usaha setelah mematahkan benda uji (Kg.m)

  G = Berat pendulum (K g) H = Jarak akhir antara pendulum dengan benda uji (m)

  2

  = Jarak lengan pengayun (m) λ cos β = Sudut posisi akhir pendulum

  Besarnya usaha yang diperlukan untuk memukul patah benda uji dapat diketahui melalui persamaan 2.5 : W = W

  1 2 (Kg.m) ........................................................................ 2.5

• – W Sehingga dari persamaan diatas diperoleh persamaan 2.6 :

  W

  2 = G x λ (cos β – cos λ) (Kg.m).................................................... 2.6

  dimana : W = usaha yang diperlukan untuk mematahkan benda uji (kg m) W

  1 = usaha yang dilakukan (kg m)

  W

  2 = sisa usaha setelah mematahkan benda uji (kg m)

  11 G = berat pendulum (kg) = jarak lengan pengayun (m)

  λ cos λ = sudut posisi awal pendulum cos β = sudut posisi akhir pendulum

  Besarnya harga impak setelah dilakukan pengujian dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.7:

  W

  K = .............................................................................................. 2.7

  A

  dimana :

2 K = nilai impak (kg m/mm )

  W = usaha yang diperlukan untuk mematahkan benda uji (kg m)

  2 Ao = luas penampang di bawah takikan (mm )

  Pengujian impak dapat diidentifikasi sebagai berikut [1,4]: 1.

  Material yang getas, bentuk patahannya akan bermukaan merata, hal ini menunjukkan bahwa material yang getas akan cenderung patah akibat tegangan normal.

2. Material yang ulet akan terlihat meruncing, hal ini menunjukkan bahwa material yang ulet akan patah akibat tegangan geser.

  12 3.

  Semakin besar posisi sudut β akan semakin getas, demikian sebaliknya. Artinya pada material getas, energy untuk mematahkan material cenderung semakin kecil, demikian sebaliknya.

  2.6. Perencanaan Teknik Mesin

  Merencanakan berarti merumuskan suatu rancangan dalam memenuhi kebutuhan manusia, suatu persoalam perencanaan bukanlah suatu persoalan hipotesis, perencanaan mempunyai maksud yang asli, suatu kreasi untuk mendapatkan suatu hasil akhir dengan mengambil suatu tindakan yang jelas atau suatu kreasi atas sesuatu yang mempunyai kenyataan fisik. [9]

  Perencanaan mesin berarti perencanaan dari s istem dan segala yang berkaitan dengan sifat mesin- mesin, produk, struktur, alat-alat dan instrumen.

  Pada umumnya perencanaan mesin mempergunakan matematika, ilmu bahan dan ilmu mekanika teknik.

  2.7. Tahapan Perencanaan

  Kadangkala perencanaan bermula pada saat seorang sarjana teknik menemukan adanya suatu kebutuhan dan memutuskan untuk berbuat sesuatu akan hal tersebut. Pengenalan kebutuhan dan merangkaikan kebutuhan itu dalam bentuk kata-kata, sering merupakan tindakan kreatif yang tinggi [9]

  Proses perencanaan yang menyeluruh dari tahapan perencanaan dapat digambarkan seperti dalam Gambar 2.4.

  13 Gambar 2.4. Tahapan Perencanaan Sumber : (J.E. Shigley, 1994).

  Perumusan masalah harus mencakup seluruh spesifikasi tentang sesuatu yang direncanakan. Perincian tersebut mencakup sejumlah masukan dan keluaran, sifat dan dimensi ruang yang dipakai dan semua batasan-batasan atas besaran yang berkaitan dengan hal tersebut.

  Ada beberapa spesifikasi yang dinyatakan secara tidak langsung, sebaga i akibat dari lingkungan tertentu dari perencana, atau sebagai akibat dari sifat persoalan itu sendiri. Proses pembuatan yang telah tersedia, bersama-sama dengan fasilitas yang telah ada pada suatu pabrik tertentu, akan membatasi kebebasan seorang perencana dan ini tentunya suatu batasan pula. Segala sesuatu yang membatasi keterbatasan memilih dari si perencana adalah spesifikasi. Banyak

  14 bahan dan dalam berbagai ukuran tidak terdaftar dalam katalog para leveransir, tetapi tidak semuanya mudah didapatkan dan sering tidak cukup. Dan pertimbangan ekonomis atas persediaan diperlukan agar persediaan tersebut dapat ditekan sampai ke suatu angka yang paling rendah [9]

2.8. Pertimbangan Perencanaan

  Pertimbangan perencanaan bearti menghubungkan beberapa sifat yang mempengaruhi rencana dari komponen elemen, biasanya sejumlah faktor harus dipertimbangkan pada setiap situasi perencanaan, kekuatan dari suatu elemen adalah merupakan faktor yang paling penting dalam mencari geometri dan ukuran dari elemen, faktor-faktor lain yang harus dipertimbangkan antara lain keandalan, pertimbangan panas, korosi, keausan, gesekan, pembuatan, kegunaan, biaya, keamanan, berat, kebisingan, corak bentuk, ukuran, kelendutan, pengaturan, kekakuan, pengerjaan akhir, pelumasan, pemeliharaan dan lain- lain [9].

  Bebererapa di antara faktor tersebut, ada yang berkaitan langsung dengan ukuran, jenis bahan, pengerjaan dan penggabungan elemen-elemen tersebut menjadi sebuah sistem. Faktor lainnya mempengaruhi susunan bentuk dari sistem secara keseluruhan.

  Pada beberapa situasi perencanaan terdapat beberapa pertimbangan perencanaan yang penting, yang ternyata tidak memerlukan perhitungan atau percobaan dalam merumuskan sebuah elemen atau sebuah sistem. Hal ini perlu ditegaskan agar tidak terbawa ke arah yang salah dengan mempercayai bahwa untuk setiap perencanaan akan selalu ada pendekatan matematikanya yang masuk akal [9].

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian

  Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan Juli sampai dengan Desember 2013 untuk mencapai target yang diinginkan. Pekerjaan persiapan dan pengujian serta segala sesuatu yang menyangkut pekerjaan kesekretariatan akan dilakukan di Laboratorium/workshop Mesin Universitas Teuku Umar (Workshop MUTU).

  Setiap kejadian, respon dan hasil yang diperoleh selama menjalankan riset dicatat dalam logbook dan didokumentasi dengan bantuan komputer untuk menjamin akuntabilitas hasil penelitian. Rangkaian kegiatan yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat dalam gambar 3.1

  

MULAI

STUDI LITERATUR

RENC ANA DESAIN ALAT UJI IMPAK CHARPY

Desain T umpuan Spesimen

• Desain Kerangka Alat Uji - Desain Pendulum dan Lengan Pengayun - Desain Poros Pengayun dan Bantalan - Desain Skala Pengukur Energi Impak -

  

RENC ANA PERAKITAN DAN PENGUJIAN ALAT

UJI IMPAK

• Perakitan Alat Uji Impak - Dimensi dan Ukuran Spesimen Uji

  Tidak Sesuai

EVALUASI RENC ANA DESAIN

TERHADAP ASTM E 23 -02

  Sesuai

SELESAI

Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian

  16

  3.2. Rencana Desain Alat Uji Impak Tipe Charpy

  Desain Alat Uji Impak Tipe Charpy direncanakan berdasarkan studi literatur dari beberapa buku teks, jurnal, makalah ilmiah dan standar-standar yang relevan yang berlaku untuk alat uji impak tipe charpy serta pengamatan langsung terhadap alat praktikum uji impak yang digunakan di laboratorium Rekayasa Material Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Syiah K uala .

  Desain alat uji impak tipe charpy yang direncanakan pada penelitian ini adalah tumpuan spesimen, kerangka alat uji, pendulum dan lengan pengayun, poros dan bantalan serta skala pengukur energi impak. Untuk mempermudah dalam mempelajari setiap komponen alat ukur ini, komponen yang direncanakan di desain, digambarkan secara utuh sesuai dengan perencanaan.

  Rujukan utama dalam merencanakan desain alat uji impak tipe charpy ini adalah American Society for Testing and Materials (ASTM) E 23-02 Standard

  Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials.

  3.3. Rencana Pe rakitan dan Pengujian Alat Uji Impak Tipe Charpy

  Perakitan Alat Uji Impak Tipe Charpy dilakukan dengan penggabungan beberapa komponen alat uji yang telah direncanakan pada sub bab 3.2. perakitan dilaksanakan berdasarkan standar sebuah alat uji menggunakan sambungan las dan baut.

  Tata cara perakitan dipelajari berdasarkan studi literatur dari beberapa buku teks, jurnal, makalah ilmiah dan standar-standar yang relevan yang berlaku untuk alat uji impak tipe charpy serta pengamatan langsung terhadap bentuk utuh

  17 alat praktikum uji impak yang digunakan di laboratorium Rekayasa Material Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas S yiah K uala .

  Pengujian alat uji impak dilakukan terhadap beberapa spesimen dengan jenis yang berbeda. Ukuran dan dimensi spesimen berdasarkan standar ASTM E 23-02.

3.4. Menghitung kapasitas maksimum energi impak

  Kapasistas maksimum energi impak dihitung dengan menggunakan persamaan standar pengujian impak seperti pada persamaan pada sub bab 2.5. persamaan 2.2. adalah :

  W

  1 = G x λ (1 – cos α) (Kg.m) ......................................................... 3.1

  Dimana : W

  1 = Usaha yang dilakukan (Kg.m)

  G = Berat pendulum (K g) h

  1 = Jarak awal antara pendulum dengan benda uji (m)

  λ = Jarak lengan pengayun (m) cos λ = Sudut posisi awal pendulum Dimana usaha awal yang dilakukan pendulum untuk memukul benda uji atau usaha yang diserap benda uji sampai patah, di hitung sesuai dengan kondisi

  18 alat yang didesain dan hasil usaha awal ini merupakan energi impak maksimum dari alat uji yang didesain.

  Besarnya kapasitas maksimum energi impak yang dihitung dalam satuan Kg.m di konversikan ke dalam satuan Joule, adalah : 1.

  Satuan Kg.m sama dikalikan dengan standar gravitasi bumi 9,80 m/det

  2

  2

  2

  2 menghasilkan satuan Kg.m /s (Kg.m /s = N.m).

2. Satuan N.m sama dengan satuan Joule ( 1 N.m = 1 Joule)

3.5. Evaluasi Rencana Desain Alat Uji Impak tipe Charpy

  Perencanaan desain dimensi dan ukuran komponen alat uji impak di evaluasi kembali kelayakannya berdasarkan standar alat uji impak ASTM E 23- 02, apakah semua komponen seperti kerangka alat uji, pendulum, lintasan pendulum, tempat dudukan dan tumpuan spesimen dan lainnya telah sesuai dengan standar-standar alat uji impak, dan jika ditemukan ada beberapa komponen yang tidak sesuai dimensi dan ukurannya maka komponen tersebut harus di rencanakan desain ulangnya.

  Evaluasi terhadap hasil perhitungan energi impak impak dilakukan dengan menghubungkan antara persamaan standar yang berlak u untuk uji impak dengan desain alat uji impak yang direncanakan, sehingga dihasilkan suatu tabel konversi satuan dari sudut derajat ( ) pada desain skala ukur energi impak pada setiap sudut derajat menjadi satuan N.m atau joule, untuk memudahkan pengguna alat uji nantinya dalam membaca besaran energi impak alat uji impak yang direncanakan ini ke dalam satuan standar internasional (SI).

  19 Hasil perhitungan konversi satuan, dibuat dalam bentuk tabel isian seperti terlihat pada Tabel 3.1.

  70

  50

  10

  55

  11

  60

  12

  65

  13

  14

  45

  75

  15

  80

  16

  85

  17

  90

  18

  9

  8

Tabel 3.1. Form k onversi derajat sudut β (

  2

  ) terhadap usaha dan nilai impak No

  Besar sudut β ( ) Usaha Impak W

  (N.m) Nilai impact K

  (N.m/mm

  2

  )

  1

  10

  15

  40

  3

  20

  4

  25

  5

  30

  6

  35

  7

  95 19 100 20 105 21 110 22 115 23 120 24 125 25 130 26 135 27 140

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Komponen Alat Uji Impak Tipe Charpy

4.1.1. Desain Tumpuan Spesimen (Anvil)

  Tumpuan spesimen adalah tempat diletakkannya benda uji yang akan dilakukan pengujian, tumpuan spesimen dibuat dengan menggunakan baja pejal yang dibubut sesuai dengan tipe Unmodified (Will Jam) berdasarkan ASTM E 23 -02, dengan dimensi 250 x 200 x 150 mm seperti terlihat pada Gambar 4.1.

  ANVIL UNMODIFIED (WILL JAM)

Gambar 4.1. Dimensi tumpuan specimen tipe Unmodified

  Sumber : ASTM E 23-02, 2002 Tumpuan untuk penempatan posisi spesimen pada saat pengujian impak di desain berdasarkan standar ASTM E 23-02, dimensi dan ukuran tumpuan spesimen seperti terlihat pada Gambar 4.2.

  21 Gambar 4.2. Desain tumpuan spesimen Sumber : G.D. Henderiec KX, Gietech BV, 2007

  Penempatan bagian yang terjadi kontak pada saat pendulum di lepas dan menyentuh spesimen tepat berada pada bagian tengah spesimen (bagian yang diberi takik), seperti terlihat pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3. Posisi pendulum dan spesimen pada pengujian

  Sumber : ASTM E 23-02, 2002

  22

4.1.2. Desain Kerangka

  Desain kerangka dibuat berdasarkan pertimbangan faktor keamanan, dimana untuk menghindari pendulum pada saat dijatuhkan agar tidak bersentuhan dengan benda-benda asing lainnya disekitar alat uji, maka dibuat rel lintasan pendulum, ukuran dimensi kerangka alat uji 130cm x 110cm x 30cm, desain kerangka alat uji impak seperti telihat pada Gambar 4.4.

  Keterangan : 1.

  Skala pengukur energi impak 4. Kerangka utama 2. Pengunci Pendulum 5. Kerangka penyangga 3. Rel lintasan Pendulum

Gambar 4.4. Desain kerangka alat uji impak

  23

4.1.3. Desain Pendulum dan Lengan Pengayun

  Desain pendulum dibuat berdasarkan standar pendulum tipe C ASTM E 23-02, pendulum dibuat dari baja plat silinder dengan diameter 200 x 30 mm dengan berat 6 Kg. Panjang lengan pendulum 550 mm dengan diameter 20 mm dan pada bagian atasnya dihubungkan ke poros pengayun dan bagian bawah dihubungkan ke pendulum dengan cara dilas. Desain pendulum untuk pengujian impak tipe charpy seperti terlihat pada Gambar 4.5

Gambar 4.5. Pendulum alat uji impak

  Sumber : RL Sanroman, 2006

  Pendulum harus cukup kuat sehingga getaran dan torsi yang berlebihan tepat

dihindari. Untuk menghindari hal ini, maka benda uji harus dipukul tepat pada

pendulum percussion centernya. Avil juga harus cukup kokoh dan keras sehingga

energi yang dihasilkan tidak akan menyebabkan deformasi maupun getaran. Sticking

edge berbentuk sedikit bulat dan harus berhubungan langsung dengan benda uji pada

saat pemukulan.

  24

4.1.4. Poros Pengayun dan Bantalan

  Poros pengayun berfungsi untuk meneruskan ayunan dari bantalan ke lengan pengayun dan pendulum. Poros pengayun terbuat dari baja silinder diameter 25 x 200 mm dan pada bagian ujung kiri dan kanan dihubungkan dengan bantalan, bagian tengahnya di hubungkan dengan lengan pendulum dengan cara dilas.

  Bantalan yang digunakan adalah bantalan glinding dengan diameter dalam sesuai dengan diameter poros pengayun yaitu 25 mm, ditempatkan dibagian kiri dan kanan poros pengayun dan dihubungkan dengan kerangka dengan cara dipasang baut sebagai pengikat rumah bantalan. Jenis bantalan yang digunakan seperti terlihat pada Gambar 4.6.

Gambar 4.6. Bantalan dan Rumah Bantalan

  Sumber : Sularso, 1997

  25

4.1.5. Skala Pengukur Ene rgi Impak

  Skala pengukur energi impak berfungsi sebagai alat untuk mengukur atau membaca hasil pengujian, jarum penunjuk berfungsi untuk menunjukkan angka pada busur derajat yang merupakan hasil pengujian. Jarum penunjuk dihubungkan dengan poros pengayun dengan menggunakan baut sehingga arah ayunan sesuai dengan dengan arah ayunan poros pengayun.

4.2. Perakitan Alat Uji Impak Tipe Charpy

  Proses perakitan alat uji impak tipe charpy dilakukan dengan menggabungkan beberapa komponen utama dan pendukung seperti rangka, tumpuan spesimen, pendulum, skala ukur energi impak, lengan pendulum, pengerem pendulum, poros pengayun dan bantalan glinding, dengan posisi sudut awal pendulum 140 , desain hasil perakitan alat uji impak seperti terlihat pada Gambar 4.7

  Kerangka penyangga diikat dengan menggunakan baut pada pondasi beton yang dibuat sesuai dengan ukuran kerangka penya ngga untuk menjaga alat uji tetap dan tidak bergetar pada saat dilakukan pengujian.

  Pengerem pendulum menggunakan prinsip rem gesek sistem injak, apabila pendulum telah dilepas dan menyentuh spesimen dan jarum penunjuk telah menunjukkan angka energi impak pada skala, maka pengerem pendulum difungsikan dengan melepas injakan pedal rem pendulum dan pendulum akan berhenti. Pengereman pendulum ini berfungsi untuk memperpendek/ menghemat waktu satu kali pengujian impak.

  26 Keterangan : 1.

  Skala pengukur energi impak 4. Kerangka utama 7. Lengan pendulum 10. Pengerem pendulum 2. Pengunci pendulum 5. Kerangka penyangga 8. Tumpuan specimen 3. Rel lintasan Pendulum 6. Pendulum 9. Spesimen

Gambar 4.7. Pendulum alat uji impak

  Sambungan las listrik digunakan untuk perakitan kerangka penyangga terhadap rel lintasan pendulum dan tumpuan spesimen, pendulum terhadap lengan dan poros pendulum. Sedangkan poros lengan pendulum dan skala pengukur energi impak di sambung dengan menggunakan baut.

4.3. Menghitung kapasitas maksimum energi impak

  Evaluasi terhadap hasil perhitungan energi impak dilakukan dengan menghubungkan sudut derajat energi impak terhadap persamaan standar pengujian impak dari persamaan 2.2 dimana :

  27 W

  1

  = G x λ (1 – cos α) (Kg.m) ......................................................... 4.1 Dimana : W

  1 = Usaha yang dilakukan (Kg.m)

  G = Berat pendulum (K g) = Jarak lengan pengayun (m)

  λ cos α = Sudut posisi awal pendulum

  Data dari alat uji impak diketahui G = 6 Kg, , maka λ = 0,55 m, α = 140 dihasilkan usaha awal yang dilakukan (W

  1 ) adalah :

  W

  1

  = G x λ (1 – cos α) W

  1 = 6 Kg x 0,55 m (1 )

• – cos 140 W

  1 = 3.3 Kg.m (1 + 0.766)

  W

  1 = 3,3 Kg.m x 1.766

  W

  1 = 5,8278 Kg.m

  Usaha awal yang dilakukan oleh alat uji impak tipe charpy yang direncanakan adalah sebesar 5,8278 K g.m Untuk menghasilkan besarnya energi awal alat uji impak tipe charpy dalam satuan Joule atau N.m meter maka :

  28 1.

  Satuan Kg.m sama dikalikan dengan standar gravitasi bumi 9,80 m/det

  2

  2

  menghasilkan 5,8278 Kg.m x 9,80 m/det = 57,11 Kg.m /s , jika satuan

  2

  2

  2

  2 Kg.m /s = N.m., maka 57,11 K g.m /s sama dengan 57,11 N.m 2.

  Satuan N.m sama dengan satuan Joule ( 1 N.m = 1 Joule), maka kapasitas maksimum alat uji impak yang direncanakan desainnya ini adalah 57,11 N.m atau 57,11 Joule.

4.3. Evaluasi Rencana Desain Terhadap ASTM E 23-02

  Perencanaan desain dimensi dan ukuran komponen alat uji impak di sub

  bab 4.2. telah di evaluasi berdasarkan standar alat uji impak ASTM E 23-02, G.D Henderiec KX dan L.R. Sanroman and S.R Hernandez. Semua komponen seperti kerangka alat uji, pendulum, lintasan pendulum, tempat dudukan dan tumpuan spesimen dan lainnya telah sesuai dengan standar-standar alat uji impak

  Evaluasi terhadap hasil perhitungan energi impak dilakukan dengan menghubungkan sudut derajat energi impak terhadap persamaan sta ndar pengujian impak dari persamaan 2.2 dimana :

  W

  1

  = G x λ (1 – cos α) (Kg.m) ......................................................... 4.1 Dimana : W

  1 = Usaha yang dilakukan (Kg.m)

  G = Berat pendulum (K g) = Jarak lengan pengayun (m)

  λ cos α = Sudut posisi awal pendulum

  29 Data dari alat uji impak diketahui G = 6 Kg, , maka λ = 0,55 m, α = 140 dihasilkan usaha awal yang dilakukan (W

  1 ) adalah :

  W

  1

  = G x λ (1 – cos α) W

  1 = 6 Kg x 0,55 m (1 )

• – cos 140 W = 3.3 Kg.m (1 + 0.766)

  1 W 1 = 3,3 Kg.m x 1.766

  W

  1 = 5,8278 Kg.m

  Usaha awal yang dilakukan oleh alat uji imp ak tipe charpy yang direncanakan adalah sebesar 5,8278 K g.m Adapun sisa usaha setelah mematahkan benda uji dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.4 :

  W

  2

  = G x λ (1 – cos β) (Kg.m) .......................................................... 4.2 Dimana : W

  2 = Sisa usaha setelah mematahkan benda uji (Kg.m)

  G = Berat pendulum (K g) = Jarak lengan pengayun (m)

  λ cos β = Sudut posisi akhir pendulum

  30 jika diasumsikan bahwa sudut posisi akhir pendulum setelah pengujian adalah 60 (

  β), maka akan dihasilkan sisa usaha setelah mematahkan benda uji adalah : W

  2 = G

  x λ (1 – cos β) W

  2 = 6 Kg x 0,55 K g (1 )

• – Cos 60 W = 3.3 Kg.m ( 1

  2 – 0,5)

  W

  2 = 3.3 Kg.m (0,5)

  W

  2 = 1,65 Kg.m

  Jadi sisa usaha setelah mematahkan benda uji oleh alat uji impak tipe charpy yang direncanakan ini adalah sebesar 1,65 Kg.m Dan besarnya usaha yang diperlukan untuk memukul patah benda uji dapat diketahui melalui persamaan 2.5 :

  W = W

  1 2 (Kg.m) ........................................................................ 4.3

• – W dimana : W = usaha yang diperlukan untuk mematahkan benda uji (kg m) W

  1 = usaha yang dilakukan (kg m)

  W

  2 = sisa usaha setelah mematahkan benda uji (kg m)

  31 Dengan menggunakan data diatas dimana W

  1 = 5,8278 K g.m dan W 2 =

  1,65 Kg.m, maka akan dihasilkan usaha yang diperlukan alat uji yang direncanakan untuk mematahkan benda uji adalah sebesar : W = W

  1

  2

• – W W = 5,8278 Kg.m - 1,65 Kg.m W = 4.1778 Kg.m

  Besarnya harga impak setelah dilakukan pengujian dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.7

  W

  K = .............................................................................................. 4.4

  A

  dimana :

2 K = nilai impak (kg m/mm )

  W = usaha yang diperlukan untuk mematahkan benda uji (kg m)

  2 Ao = luas penampang di bawah takikan (mm )

  Dengan diketahui W = 4.1778 Kg.m dan luas penampang spesimen yang direncanakan berdasarkan standar ASTM E 23-07 tipe A, seperti terlihat pada Gambar 4.1.

  32 Gambar 4.1. Dimensi dan ukuran spesimen uji impak charpy Sumber : ASTM E 23-02, 2002

  Maka diketahui dari gambar 4.1. dimensi dan ukuran spesimen uji impak charpy adalah luas penampang di bawah takikan A adalah : A = t x l (mm

  2

  ) ................................................................................. 4.5 Dimana : t = tinggi spesimen dibawah takik (mm) l = lebar spesimen (mm)

  Dari dimensi dan ukuran spesimen tipe A uji impak charpy ASTM E-23- 02, diketahui bahwa t = 8 mm dan l = 10 mm, maka dihasilkan luas penampang dibawah takikan A adalah

  A = t x l (mm

  2

  ) A = 8 mm x 10 mm A = 80 mm

  2

  33

  2 Jika A telah diketahui sebesar 80 mm , maka besarnya harga impak

  setelah dilakukan pengujian, adalah :

  W

  K =

  A

  4.1778 Kg.m K = ₂ 80 mm

2 K = 0,052 kg m/mm

  Maka dapat diketahui bahwa besarnya energi impak terhadap suatu bahan yang dilakukan pengujian impak jika sudut posisi akhir pendulum setelah pengujian adalah 60 (

  β), maka energi impak bahan tersebut adalah 0,052 kg

  2

  m/mm Apabila nilai usaha/ energi impak W (N.m) dan dan nilai impak K

  2

  (N.m/mm ), di masukkan dalam isian tabel ) terhadap konversi derajat sudut β ( usaha dan nilai impak dengan nilai sudut yang bervariasi dari 10 sampai dengan 140 , maka akan dihasilkan suatu tabel yang dapat mempermudah pengguna alat uji impak yang direncanakan ini, karena hasil pembacaan besaran energi telah dikonversikan ke dalam satuan standar internasional (SI).

  ) terhadap usaha dan nilai impak dari Tabel hasil konversi derajat sudut β ( hasil perhitungan seperti terlihat pada Tabel 4.1.

  34 Tabel 4.1.

  14

  55 4.421 0.055

  11

  60 4.178 0.052

  12

  65 3.923 0.049

  13

  70 3.657 0.046

  75 3.382 0.042

  50 4.649 0.058

  15

  80 3.101 0.039

  16

  85 2.816 0.035

  17

  90 2.528 0.032

  18

  10

  9

  Hasil perhitungan derajat sudut β (0) terhadap usaha dan nilai impak

  4

  No Besar sudut β ( ) Usaha Impak W (Kg.m) Nilai impak K (Kg.m/m2)

  1

  10 5.778 0.072

  2

  15 5.716 0.071

  3

  20 5.629 0.070

  25 5.519 0.069

  45 4.861 0.061

  5

  30 5.386 0.067

  6

  35 5.231 0.065

  7

  40 5.056 0.063

  8

  95 2.240 0.028 19 100 1.955 0.024 20 105 1.674 0.021 21 110 1.399 0.017 22 115 1.133 0.014 23 120 0.878 0.011 24 125 0.635 0.008 25 130 0.407 0.005 26 135 0.194 0.002 27 140 0.000 0.000

  35 Kemudian dari tabel 4.1. satuan K g.m di konversikan ke satuan N.m dengan mengalikan faktor gaya gravitasi bumi yaitu sebesar 9.8 m/s

  7 40 49.548 0.619

  16 85 27.592 0.345

  15 80 30.390 0.380

  14 75 33.144 0.414

  13 70 35.835 0.448

  12 65 38.441 0.481

  11 60 40.944 0.512

  10 55 43.323 0.542

  9 50 45.562 0.570

  8 45 47.642 0.596

  6 35 51.265 0.641

  2

  5 30 52.781 0.660

  4 25 54.084 0.676

  3 20 55.164 0.690

  2 15 56.012 0.700

  1 10 56.623 0.708

  2 )

  No Besar sudut β ( ) Usaha Impak W (N.m) Nilai impak K (N.m/mm

  (N.m)

Tabel 4.2. Hasil konversi usaha dan nilai impak dalam satuan Newton.meter

  , sehingga dihasilkan konversi satuan seperti terlihat pada Tabel 4.2.

  17 90 24.774 0.310

  36

  18 95 21.955 0.274 19 100 19.158 0.239 20 105 16.404 0.205 21 110 13.713 0.171 22 115 11.106 0.139 23 120 8.604 0.108 24 125 6.224 0.078 25 130 3.986 0.050 26 135 1.906 0.024 27 140 0.000 0.000

BAB V PEN UTUP

  5.1. Kesimpulan

  Rancangan alat uji impak tipe charpy telah selesai dirancang sesuai dengan standar ASTM E 23 -02. Ukuran dimensi kerangka alat uji 130cm x 110cm x 30cm, kapasitas pendulum 6 Kg, panjang lengan pendulum 55 cm dan sudut awal pendulum 140 .

  Hasil perhitungan kapasitas maksimum alat uji impak yang telah direncanakan desainnya adalah 57,11 N.m

  5.2. Saran

  Penelitian selanjutnya diharapkan rancangan alat uji impak ini dapat dilakukan proses pembuatan dan perakitan

DAFTAR PUSTAKA [1].

  ASM Handbook, 2000, Mechanical Testing and Evaluation, Volume 08 [2]. ASTM E 23-02, 2002, Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials.

  [3]. ASTM E 1236-91, 1997, Standard Practice for Qualifying Charpy

  Impact Machines as Reference Mechines [4].

  George E. Dieter, 1992, alih bahasa Djaprie, Sriati, Metalurgi Mekanik, Erlangga, Jakarta. [5].

  G.D Henderiec KX, 2007, Charpy Test, Gietech BV [6]. L.R. Sanroman and S.R Hernandez, 2006, Design of an Impact Test

  System for Polymers, Instituto Tecnologico Autonomo de Mexico, Mexico.

  [7].

  Sularso dan Kiyokatsu Suga,, 1997. Dasar Perencanaan dan Pemilihan

  Ele men Mesin. PT. Prandnya Paramita. Jakarta [8].

  William D. Callister, Jr, 2001, Fundamentals of Materials Science and Engineering, John Wiley & Sons, Inc, New York.

  [9].

  Shigley dan Joseph Edward, 1994, Perencanaan Teknik Mesin, Erlangga. Jakarta [10].

  Doddy Yunardi, 2005, Modul Praktikum Material Teknik, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Gunadarma [11].

  Tata Surdia MS dan Shinroku Saito, 1985, Pengetahuan Bahan Teknik, PT. Pradnya Paramita, Jakarta