View
10
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
1
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 praktikum-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 alat pengujian impak (impact
testing) tipe charpy akan memberikan dampak positif terhadap tahap proses
berikutnya yaitu pembuatan dan perakitan.
4
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 dikenal 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 metode 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 – 450, dengan jari-jari dasar 0,25 mm dan kedalaman 2 mm. Benda uji
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 h1 dilepaskan,
maka akan mengayun sampai kedudukan posisi akhir 4 pada ketinggian h2 yang
juga hampir sama dengan tinggi semula (h1), 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]:
W1 = G x h1 (Kg.m)........................................................................... 2.1
Atau dengan menggunakan persamaan 2.2 :
W1 = G x λ (1 – cos α) (Kg.m) ......................................................... 2.2
Dimana :
W1 = Usaha yang dilakukan (Kg.m)
G = Berat pendulum (Kg)
h1 = Jarak awal antara pendulum dengan benda uji (m)
λ = Jarak lengan pengayun (m)
cos λ = Sudut posisi awal pendulum
Sedangkan sisa usaha setelah mematahkan benda uji dapat dihitung
dengan menggunakan persamaan 2.3 :
W2 = G x h2 (Kg.m)........................................................................... 2.3
Atau dengan menggunakan persamaan 2.4 :
10
W2 = G x λ (1 – cos β) (Kg.m) .......................................................... 2.4
Dimana :
W2 = Sisa usaha setelah mematahkan benda uji (Kg.m)
G = Berat pendulum (Kg)
H2 = Jarak akhir antara pendulum dengan benda uji (m)
λ = Jarak lengan pengayun (m)
cos β = Sudut posisi akhir pendulum
Besarnya usaha yang diperlukan untuk memukul patah benda uji dapat
diketahui melalui persamaan 2.5 :
W = W1 – W2 (Kg.m) ........................................................................ 2.5
Sehingga dari persamaan diatas diperoleh persamaan 2.6 :
W2 = G x λ (cos β – cos λ) (Kg.m).................................................... 2.6
dimana :
W = usaha yang diperlukan untuk mematahkan benda uji (kg m)
W1 = usaha yang dilakukan (kg m)
W2 = sisa usaha setelah mematahkan benda uji (kg m)
11
G = berat pendulum (kg)
λ = jarak lengan pengayun (m)
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:
K = 0A
W.............................................................................................. 2.7
dimana :
K = nilai impak (kg m/mm2)
W = usaha yang diperlukan untuk mematahkan benda uji (kg m)
Ao = luas penampang di bawah takikan (mm2)
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].
15
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
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian
MULAI
RENCANA DESAIN ALAT UJI IMPAK CHARPY - Desain Tumpuan Spesimen
- Desain Kerangka Alat Uji - Desain Pendulum dan Lengan Pengayun
- Desain Poros Pengayun dan Bantalan
- Desain Skala Pengukur Energi Impak
RENCANA PERAKITAN DAN PENGUJIAN ALAT UJI IMPAK
- Perakitan Alat Uji Impak
- Dimensi dan Ukuran Spesimen Uji
SELESAI
EVALUASI RENCANA DESAIN TERHADAP ASTM E 23 -02
Tidak Sesuai
Sesuai
STUDI LITERATUR
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 Kuala .
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 Perakitan 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 Syiah Kuala .
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 :
W1 = G x λ (1 – cos α) (Kg.m) ......................................................... 3.1
Dimana :
W1 = Usaha yang dilakukan (Kg.m)
G = Berat pendulum (Kg)
h1 = 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
menghasilkan satuan Kg.m2 /s2 (Kg.m2/s2 = 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 berlaku untuk uji impak dengan
desain alat uji impak yang direncanakan, sehingga dihasilkan suatu tabel konversi
satuan dari sudut derajat (0) 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.
Tabel 3.1. Form konversi derajat sudut β (0) terhadap usaha dan nilai impak
No Besar sudut β (0) Usaha Impak W (N.m)
Nilai impact K (N.m/mm2)
1 10
2 15
3 20
4 25
5 30
6 35
7 40
8 45
9 50
10 55
11 60
12 65
13 70
14 75
15 80
16 85
17 90
18 95
19 100
20 105
21 110
22 115
23 120
24 125
25 130
26 135
27 140
20
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.
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.
ANVIL
UNMODIFIED
(WILL JAM)
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.
Gambar 4.4. Desain kerangka alat uji impak
Keterangan :
1. Skala pengukur energi impak 4. Kerangka utama
2. Pengunci Pendulum 5. Kerangka penyangga
3. Rel lintasan Pendulum
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 Energi 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 1400, 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 penyangga 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
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 :
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
27
W1 = G x λ (1 – cos α) (Kg.m) ......................................................... 4.1
Dimana :
W1 = Usaha yang dilakukan (Kg.m)
G = Berat pendulum (Kg)
λ = Jarak lengan pengayun (m)
cos α = Sudut posisi awal pendulum
Data dari alat uji impak diketahui G = 6 Kg, λ = 0,55 m, α = 1400, maka
dihasilkan usaha awal yang dilakukan (W1) adalah :
W1 = G x λ (1 – cos α)
W1 = 6 Kg x 0,55 m (1 – cos 1400)
W1 = 3.3 Kg.m (1 + 0.766)
W1 = 3,3 Kg.m x 1.766
W1 = 5,8278 Kg.m
Usaha awal yang dilakukan oleh alat uji impak tipe charpy yang
direncanakan adalah sebesar 5,8278 Kg.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
menghasilkan 5,8278 Kg.m x 9,80 m/det = 57,11 Kg.m2/s2, jika satuan
Kg.m2/s2 = N.m., maka 57,11 Kg.m2/s2 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 standar
pengujian impak dari persamaan 2.2 dimana :
W1 = G x λ (1 – cos α) (Kg.m) ......................................................... 4.1
Dimana :
W1 = Usaha yang dilakukan (Kg.m)
G = Berat pendulum (Kg)
λ = Jarak lengan pengayun (m)
cos α = Sudut posisi awal pendulum
29
Data dari alat uji impak diketahui G = 6 Kg, λ = 0,55 m, α = 1400, maka
dihasilkan usaha awal yang dilakukan (W1) adalah :
W1 = G x λ (1 – cos α)
W1 = 6 Kg x 0,55 m (1 – cos 1400)
W1 = 3.3 Kg.m (1 + 0.766)
W1 = 3,3 Kg.m x 1.766
W1 = 5,8278 Kg.m
Usaha awal yang dilakukan oleh alat uji impak tipe charpy yang
direncanakan adalah sebesar 5,8278 Kg.m
Adapun sisa usaha setelah mematahkan benda uji dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan 2.4 :
W2 = G x λ (1 – cos β) (Kg.m) .......................................................... 4.2
Dimana :
W2 = Sisa usaha setelah mematahkan benda uji (Kg.m)
G = Berat pendulum (Kg)
λ = Jarak lengan pengayun (m)
cos β = Sudut posisi akhir pendulum
30
jika diasumsikan bahwa sudut posisi akhir pendulum setelah pengujian
adalah 600 (β), maka akan dihasilkan sisa usaha setelah mematahkan benda uji
adalah :
W2 = G x λ (1 – cos β)
W2 = 6 Kg x 0,55 Kg (1 – Cos 600)
W2 = 3.3 Kg.m ( 1 – 0,5)
W2 = 3.3 Kg.m (0,5)
W2 = 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 = W1 – W2 (Kg.m) ........................................................................ 4.3
dimana :
W = usaha yang diperlukan untuk mematahkan benda uji (kg m)
W1 = usaha yang dilakukan (kg m)
W2 = sisa usaha setelah mematahkan benda uji (kg m)
31
Dengan menggunakan data diatas dimana W1 = 5,8278 Kg.m dan W2 =
1,65 Kg.m, maka akan dihasilkan usaha yang diperlukan alat uji yang
direncanakan untuk mematahkan benda uji adalah sebesar :
W = W1 – W2
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
K = 0A
W.............................................................................................. 4.4
dimana :
K = nilai impak (kg m/mm2)
W = usaha yang diperlukan untuk mematahkan benda uji (kg m)
Ao = luas penampang di bawah takikan (mm2)
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 A0 adalah :
A0 = t x l (mm2) ................................................................................. 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 A0 adalah
A0 = t x l (mm2)
A0 = 8 mm x 10 mm
A0 = 80 mm2
33
Jika A0 telah diketahui sebesar 80 mm2, maka besarnya harga impak
setelah dilakukan pengujian, adalah :
K = 0A
W
K = 280
Kg.m 4.1778
mm
K = 0,052 kg m/mm2
Maka dapat diketahui bahwa besarnya energi impak terhadap suatu bahan
yang dilakukan pengujian impak jika sudut posisi akhir pendulum setelah
pengujian adalah 600 (β), maka energi impak bahan tersebut adalah 0,052 kg
m/mm2
Apabila nilai usaha/ energi impak W (N.m) dan dan nilai impak K
(N.m/mm2), di masukkan dalam isian tabel konversi derajat sudut β (0) terhadap
usaha dan nilai impak dengan nilai sudut yang bervariasi dari 100 sampai dengan
1400, 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).
Tabel hasil konversi derajat sudut β (0) terhadap usaha dan nilai impak dari
hasil perhitungan seperti terlihat pada Tabel 4.1.
34
Tabel 4.1. Hasil perhitungan derajat sudut β (0) terhadap usaha dan nilai impak
No Besar sudut β (0) 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
4 25 5.519 0.069
5 30 5.386 0.067
6 35 5.231 0.065
7 40 5.056 0.063
8 45 4.861 0.061
9 50 4.649 0.058
10 55 4.421 0.055
11 60 4.178 0.052
12 65 3.923 0.049
13 70 3.657 0.046
14 75 3.382 0.042
15 80 3.101 0.039
16 85 2.816 0.035
17 90 2.528 0.032
18 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 Kg.m di konversikan ke satuan N.m
dengan mengalikan faktor gaya gravitasi bumi yaitu sebesar 9.8 m/s2, sehingga
dihasilkan konversi satuan seperti terlihat pada Tabel 4.2.
Tabel 4.2. Hasil konversi usaha dan nilai impak dalam satuan Newton.meter
(N.m)
No Besar sudut β (0) Usaha Impak W
(N.m)
Nilai impak K
(N.m/mm2)
1 10 56.623 0.708
2 15 56.012 0.700
3 20 55.164 0.690
4 25 54.084 0.676
5 30 52.781 0.660
6 35 51.265 0.641
7 40 49.548 0.619
8 45 47.642 0.596
9 50 45.562 0.570
10 55 43.323 0.542
11 60 40.944 0.512
12 65 38.441 0.481
13 70 35.835 0.448
14 75 33.144 0.414
15 80 30.390 0.380
16 85 27.592 0.345
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
37
BAB V
PENUTUP
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 1400.
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
38
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
Elemen 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
Recommended