Pengujian Tarik

I. TUJUAN PRAKTIKUM

Mengetahui sifat-sifat mekanis dan perubahan-perubahannya dari suatu

material terhadap tenaga tarikan dan membandingkannya antara beberapa jenis

material yang berbeda serta karakteristik perpatahannya

II. DASAR TEORI

Sampel uji dengan ukuran dan bentuk tertentu ditarik dengan beban kontinyu

sambil diukur pertambahan panjangnya. Data yang didapat adalah perubahan

panjang dan perubahan beban yang selanjutnya ditampilkan dalam bentuk grafik

tegangan-regangan pada gambar 1.1

Gambar 1.1 kuva tegangan regangan

1. Perilaku mekanik material

Dari pengujian tarik, informasi mekanis yang bisa didapatkan adalah :

a. Batas Proporsionalitas (proportionality limit)

Daerah batas dimana tegangan dan regangan mempunyai hubungan

proporsionalitas atau kesetaraan antara satu dengan yang lainnya. Setiap

penambahan tegangan diikuti dengan penambahan regangan dalam hubungan

linier (seperti hubungan y=mx dimana y merupakan tegangan, x regangan, dan

m merupakan slope kemiringan dari modulus kekakuan) titik E dari gambar 1.1

menunjukan batas proporsionalitas dari kurva tegangan regangan

b. Batas Elastis (elastic limit)

Daerah dimana bahan akan kembali kepada panjang semula bila tidak diberi

tegangan luar. Daerah proporsionalitas merupakan bagian dari batas plastis ini.

Bila bahan diteruskan diberikan tegangan dari luar maka batas elastis akan

terlampaui sehingga bahan tidak akan dapat kembali kepada ukuran semula.

Dengan kata lain, batas elastis adalah suatu titik dimana tegangan yang diberikan

akan menyebabkan terjadinya deformasi permanen atau plastis untuk pertama

kalinya. Kebanyakan material memiliki batas elastisitas yang hampir berhimpitan

dengan batas proporsionalitasnya.

c. Titik Luluh (yield point dan kekuatan luluh (yield strength)

Batas di mana material akan terus mengalami deformasi tanpa adanya

penambahan beban. Tegangan yang mengakibatkan bahan menunjukan

mekanisme luluh ini disebut tegangan luluh (yield stress).

Gambar 1.2 Fenomena yield pada kurva hasil uji tarik

Gejala luluh umumnya hanya ditunjukan oleh logam-logam ulet dengan struktur

Kristal BCC dan FCC yang membentuk bentuk interstitial solid solution dari

ataom-atom karbon, boron, hidrogen dan oksigen. Interaksi antara dislokasi dan

atom-atom tersebut menyebabkan baja ulet seperti mild steel menujukan titik

luluh bawah (lower yield point) dan titik luluh atas (upper yield point).

Baja berkekuatan tinggi dan besi tuang yang getas biasanya tidak

memperlihatkan batas luluh yang jelas. Untuk menentukan kekuatan luluh

material seperti ini digunakan suatu metode yang dikenal dengan metode offset.

Dengan metode ini kekuatan luluh (yield strength) ditentukan sebagai tegangan

dimana bahan memperlihatkan batas penyimpangan/deviasi tertentu dari

proporsionalitas dari suatu tegangan dan regangan. Umumnya garis offset

diambil 0.1%-0.2% dari regangan total dimulai dari titik 0, dan ditarik ke atas

sejajar dengan garis proporsional sampai berpotongan dengan kurva. Kekuatan

luluh atau titik luluh menunjukan suatu gambaran kemampuan bahan menahan

deformasi permanen bila digunakan dalam penggunaan struktural yang

melibatkan penambahan mekanik seperti tarik, tekan, bending atau rotasi. Disisi

lain batas luluh ini harus dicapai bila bahan tersebut digunakan dalam proses

manufaktur produk-produk logam seperti rolling, drawing, stretching dan lain-

lain. Dapat dikatakan titik luluh adalah suatu tingkat tegangan yang:

- Tidak boleh dilewati dalam penggunaan struktural (in service)

- Harus dilewati dalam proses manufaktur logam (forming process)

d. Kekuatan Tarik Maksimum (ultimate tensile strength)

Tegangan maksimum yang dapat ditanggung oleh material sebelum terjadinya

perpatahan (fracture). Nilainya σUTS ditentukan dari beban maksimum Fmaks dibagi

luas penampang A0.

Pada material yang ulet tegangan maksimum ditunjukan pada titik S (gambar 1.1)

dan material akan terus berdeformasi hingga titik B. Material yang bersifat

rapuh memberikan perilaku yang berbeda pada tegangan maksimum sekaligus

perpatahan. Dalam kaitannya baik dengan penggunaan struktural maupun dalam

proses forming bahan, kekuatan tarik maksimum adalah tegangan yang sama

sekali tidak boleh dilewati.

e. Kekuatan Putus (breaking strength)

Kekuatan putus merupakan tegangan tarik yang diberikan kepada material

sehingga mengakibatkan material tersebut mengalami perpatahan. Kekuatan

putus ditentukan dengan membagi beban saat putus (Fbreaking) dibagi dengan luas

penampang awal A0. Untuk patahan yang bersifat ulet pada saat beban

maksimum S terlampaui dan bahan terus terderfomasi sampai titik putus B maka

terjadi mekanisme penciutan (necking) sebagai akibat adanya suatu deformasi

yang terlokalisasi. Pada bahan ulet kekuatan putus adalah lebih kecil dari

kekuatan maksimum sedangkan pada bahan getas kekuatan putus adalah sama

dengan kekuatan maksimumnya.

f. Keuletan (ductility)

Kelenturan merupakan suatu sifat yang menggambarkan kemampuan material

menahan deformasi hingga terjadinya perpatahan. Dalam beberapa keadaan,

sifat lentur ini harus dimiliki oleh material yang ingin dibentuk melalui proses

manufaktur logam, seperti rolling, bending, stretching, drawing, hamering,

cutting, dan sebagainya. Secara umum dilakukan dengan tujuan sebagai :

- Untuk menunjukan perpanjangan dimana suatu logam dapat

berdeformasi tanpa terjadinya patah dalam suatu proses pembentukan

logam.

- Untuk memberikan petunjuk umum mengenai kemampuan logam untuk

berdeformasi secara plastis sebelum patah.

- Sebagai petunjuk adanya perubahan permukaan kemurnian atau kondisi

pengolahaan.

Gambar 1.3 perbandingan kurva uji tarik material ulet dan getas

Ada dua metode pengukuran kelenturan material dengan pengujian tarik, yaitu:

- Persentase perpanjangan (elongation)

Diukur berdasarkan pertambahan panjang ukur setelah perpatahan

terhadap panjang awalnya.

Elongasi, ε (%) = [ ] x 100 %

Dimana Lf adalah panjang akhir dan Lo adalah panjang awal dari benda uji.

- Persentase pengurangan/reduksi penampang

Diukur sebagai pengurangan luas penampang (cross-section) setelah

perpatahan terhadap luas penampang awalnya.

Reduksi penampang, R (%) = [ ] x 100%

dimana Af adalah luas penampang akhir dan Ao luas penampang awal.

g. Modulus Elastisitas (modulus young)

Kekuatan ukuran suatu material. Semakin besar harga modulus ini maka semakin

kecil regangan elastis yang terjadi pada suatu tingat pembebanan tertentu, atau

dapat dikatakan material tersebut semakin kaku (stiff). Modulus kekakuan

tersebut dapat dihitung dari slope kemiringan garis elastis yang linier, dimana:

Dimana α adalah sudut yang dibentuk oleh daerah elastis pada kurva tegangan-

regangan. Modulus elastisistas pada suatu material ditentukan dari ikatan antar

atom-atomnya, sehingga besarnya nilai ini tidak dapat dirubah oleh proses tanpa

merubah struktur bahan. Contoh grafik modulus kekakuan:

Gambar 1.4 grafik tegangan regangan beberapa baja yang memperlihatkan

kesamaan modulus kekakuan

h. Modulus Kelentingan (modulus of resilience)

Ukuran kemampuan material untuk menyerap energi dari luar tanpa terjadinya

kerusakan. Nilai modulus resilience adalah luas segitiga pada area elastis kurva

tegangan-regangan

Gambar 1.5 daerah modulus of resilience

i. Modulus Ketangguhan (modulus of toughness)

Kemampuan material menyerap energi hingga terjadinya perpatahan. Secara

kuantitatif dapat diperoleh dengan menghitung luas area keseluruhan yang ada

dibawah kurva tegangan-regangan. Pertimbangan design yang melibatkan

perhitungan modulus ketangguhan menjadi saat penting untuk komponen-

komponen yang mungkin mengalami pembebanan lebih secara tidak disengaja.

Material yang memiliki modulus ketangguhan yang tinggi akan mengalami

distorsi yang besar karena pembebanan berlebih, tetapi hal ini masih disukai

dibandingkan dengan material yang memiliki modulus yang rendah dimana

patahan akan terjadi tanpa ada suatu peringatan.

Gambar 1.6 kurva tegangan regangan (luas daerah kelabu merupakan total

modulus ketangguhan)

j. Kurva Tegangan Rekayasa dan Sesungguhnya

Kurva tegangan-regangan rekayasa (engineering stress-strain curve) dibuat

berdasarkan dimensi awal yaitu luas area dan panjang dari benda uji. Sementara

untuk mendapatkan kurva tegangan-regangan sesungguhnya (true stress-strain

curve) diperlukan luas area dan panjang aktual pada saat pembebanan yang

terukur. Perbedaan kurva tegangan-regangan rekayasa dan sesungguhnya tidak

terlalu besar pada regangan yang kecil, tetapi akan terdapat perbedaan yang

signifikan jika terjadi pengerasan regangan (strain hardening), yaitu setelah titik

luluh terlampaui. Secara umum perbedaan menjadi besar di dalam daerah

necking.

Pada kurva tegangan-regangan dapat diketahui bahwa beda uji seacra aktual

mampu menahan turunnya beban karena luas penampang awal Ao bernilai

konstan pada saat perhitungan . Sementara pada kurva tegangan-

regangan sesungguhnya luas area aktual adalah selalu turun sehingga terjadinya

perpatahan dan benda uji mampu menahan peningkatan tegangan karena .

Sehingga notasi true stress dan true strain dan hubungannya dengan engineering

stress dan strain adalah:

Gambar. 1.7 kurva perbandingan true dan engineering stress

2. karakteristik perpatahan