BAB I
PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang
Ilmu logam adalah ilmu mengenai bahan-bahan logam dimana ilmu ini
berkembang bukan berdasarkan teori saja melainkan atas dasar pengamatan,
pengukuran dan pengujian.
Pengujian bahan logam saat ini semakin meluas baik dalam konstruksi,
permesinan, bangunan, maupun bidang lainnya. Hal ini disebabkan karena
sifat logam yang bisa diubah, sehingga pengetahuan tentang metalurgi terus
berkembang.
Untuk mengetahui kualitas suatu logam, pengujian sangat erat kaitannya
dengan pemilihan bahan yang akan dipergunakan dalam konstruksi suatu alat,
selain itu juga bisa untuk membuktikan suatu teori yamg sudah ada ataupun
penemuan baru dibidang metalurgi. Dalam proses perencanaan, dapat juga
ditentukan jenis bahan maupun dimensinya, sehingga apabila tidak sesuai dapat
dicari penggantinya yang lebih tepat. Disamping tidak mengabaikan
faktor biaya produksi dan kualitasnya.
B.
Maksud dan Tujuan
1.
Maksud
Pengujian
Melalui praktikum ini, mahasiswa diharapkan dapat :
a)
Mengenal alat
pengujian, mengetahui bagaimana cara menggunakan, kemampuan dan sifat-sifatnya.
b)
Untuk
mengetahui parameter - parameter pengujian
c)
Untuk
mengetahui perhitungan suatu pengujian material yang dikaitkan dengan
penggunaanya didalam praktek.
d)
Mengetahui
sifat – sifat karakteristik dan spesifik dari material logam.
e)
Mempratekkan
teori – teori yang diperoleh dalam mata kuliah ilmu logam kedalam praktikum
pengujian material
f)
Melengkapi
syarat mata kuliah dan syarat mengikuti Praktek Kerja Nyata.
g)
Menambah
pengetahuan dan kemampuan menyusun suatu laporan.
2.
Tujuan
Pengujian
Melalui
pengujian ini diharapkan dapat mengetahui sifat – sifat logam seperti sifat
mekanik, sifat fisik dan lain sebagainya. Sifat mekanik adalah kemampuan suatu
bahan untuk menerima beban atau gaya tanpa menimbulkan kerusakan pada benda
tersebut. Beberapa sifat mekanik antara lain :
·
KEKUATAN ( STRENGHT )
Menyatakan
kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa menyebabkan bahan menjadi patah,
kekuatan ini terdiri dari : kekuatan tarik, kekuatan tekan, kekuatan geser, dan
lain sebagainya.
·
KEKERASAN ( HARDNESS )
Menyatakan
kemampuan bahan untuk tahan terhadap goresan, pengikisan (abrasi). Sifat ini
berkaitan terhadap sifat tahan aus ( wear resistance ).
·
KEKENYALAN ( ELASTICITY )
Menyatakan
kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa mengakibatkan terjadinya
perubahan bentuk yang permanent setelah tegangan dihilangkan. Tetapi apabila
tegangan melampaui batas maka perubahan bentuk akan terjadi walaupun beban
dihilangkan.
·
KEKAKUAN ( STIFNESS )
Adalah kemampuan
bahan untuk menerima tegangan atau beban tanpa mengakibatkan terjadinya
perubahan bentuk atau defleksi.
·
PLASTISITAS ( PLASTICITY )
Menyatakan
kemampuan bahan untuk mengalami sejumlah deformasi plastis (yang
permanent) tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan. Sifat ini sering disebut
sebagai keuletan ( ductility ).
·
KETANGGUHAN ( TOUGHNESS )
Menyatakan
kemampuan bahan untuk menyerap sejumlah energi tanpa mengakibatkan terjadinya
kerusakan atau banyaknya energi yang diperlukan untuk mematahkan suatu bahan.
·
MERANGKAK ( CREEP )
Merupakan
kecenderungan suatu logam untuk mengalami deformasi plastis yang besarnya
merupakan fungsi waktu pada saat menerima beban yang besarnya relatif besar.
·
KELELAHAN ( FATIQUE )
Merupakan
kecenderungan dari logam untuk patah bila menerima tegangan berulang – ulang
yang besarnya masih jauh dibawah batas kekuatan elastisnya.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Dasar Pengujian Logam
Dalam ilmu logam, jenis-jenis logam dikelompokkan menjadi 4 kelompok,
yaitu:
1. Logam berat (besi,
nikel, khrom, tembaga, timah hitam, timah putih, timah, dan seng).
2. Logam ringan
(alumunium, magnesium, titanium, kalsium, kalium, natrium, dan barium).
3. Logam mulia
(emas, perak, dan platina).
4. Logam tahan
api (wolfram, titanium, sirkonium, dan molibden).
Sedangkan
jenis logam berdasarkan bahan dasar yang membentuknya dibagi menjadi 2
kelompok, yaitu :
1. Logam besi (ferrous)
yaitu suatu logam paduan yang terdiri dari campuran unsur karbon dengan besi.
Jenis-jenis logam ini antara lain yaitu besi tuang, besi tempa, baja lunak,
baja karbon sedang, baja karbon tinggi, serta baja karbon tinggi dan campuran.
2. Logam bukan
besi (non ferrous) yaitu logam yang tidak mengandung unsur besi (Fe).
Jenis-jenis logam ini antara lain yaitu tembaga (Cu), alumunium (Al), timbel
(Pb), dan timah (Sn).
Proses
pengujian logam adalah proses pemeriksaan bahan-bahan untuk diketahui sifat dan
karakteristiknya yang meliputi sifat mekanik, sifat fisik, bentuk struktur, dan
komposisi unsur-unsur yang terdapat di dalamnya. Proses pengujian logam
dikelompokkan ke dalam tiga kelompok metoda pengujian, yaitu :
1. Destructive
Test (DT),
yaitu proses pengujian logam yang bisa menimbulkan kerusakan logam yang di uji.
2. Non
Destructive Test (NDT), yaitu proses pengujian logam yang tidak
bisa menimbulkan kerusakan logam atau benda yang di uji.
3. Metallography, yaitu
proses pemeriksaan logam tentang komposisi kimianya, unsur-unsur yang terdapat
didalamnya, dan bentuk strukturnya.
B.
Pengujian
Tarik
Pengujian
ini merupakan proses pengujian yang biasa dilakukan karena pengujian tarik
dapat menunjukkan perilaku bahan selama proses pembebanan. Pada uji tarik ,
benda uji diberi beban gaya tarik , yang bertambah secara kontinyu, bersamaan
dengan itu dilakukan pengamatan terhadap perpanjangan yang dialami benda uji.
Untuk
mengetahui sifat-sifat mekanik dari suatu material, maka yang harus dilakukan
adalah melakukan pengujian terhadap material tersebut. Dalam dunia industri
tentu akan menjadi sangat boros bila dilakukan pengujian dari setiap barang
yang ingin diketahui sifat mekaniknya. Lalu apa yang dilakukan oleh orang-orang
di industri? Mereka melakukan pengujian terhadap spesimen dari barang yang
ingin mereka ketahui sifat mekaniknya. Ada beberapa uji mekanik yang bisa
dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat material, antara lain; uji tarik
(tensile test), uji tekan (compression test), uji torsi/ puntir(torsion test),
uji fatigue, dll. Dari sekian pengujian yang dapat dilakukan untuk mengetahui
sifat material, uji tarik menjadi pengujian yang paling disukai untuk dilakukan
karena dari satu pengujian dapat diketahui lebih banyak sifat material dari
satu pengujian tersebut. Dalam artikel kali ini, penulis akan sedikit membahas
tentang pengujian tarik dan sifat-sifat material apa saja yang bisa diketahui dari
uji tarik.
Uji tarik
mungkin dapat dikatakan pengujian yang paling mendasar. Pengujian ini sangat
sederhana, tidak mahal dan telah mengalami standarisasi di seluruh dunia, baik
dari metode pengujian, bentuk spesimen yang diuji dan metode perhitungan dari
hasil pengujian tersebut. Dengan menarik suatu material secara perlahan-lahan,
kita akan mengetahui reaksi dari material tersebut terhadap pembebanan yang
diberikan dan seberapa panjang material tersebut bertahan sampai akhirnya
putus.
Gbr 1.Skema
pengujian tarik dari awal pembebanan
A) Mengapa melakukan Uji Tarik?
Dari uji tarik, banyak
sifat-sifat yang bisa kita ketahui dibandingkan dengan pengujian lain. Dari
hasil penarikan material hingga material tersebut putus, kita dapat mengetahui
data yaitu berupa tegangan tarik versus pertambahan
panjang dari material yang kita uji.
Biasanya yang menjadi fokus
perhatian adalah kemampuan maksimum bahan tersebut dalam menahan beban.
Kemampuan ini umumnya disebut “Ultimate Tensile Strength” disingkat
denganUTS, dalam bahasa Indonesia disebut tegangan tarik
maksimum.
C.
Kekuatan
Tarik
Kekuatan tarik atau
kekuatan tarik maksimum (Ultimate Tensile Strength) (UTS) adalah beban maksimum
dibagi luas penampang lintang awal benda uji.
…………………………………………………………
(1)
di mana Su = Kuat tarik
Pmaks = Beban maksimum
A0 = Luas penampang awal
Untuk logam-logam yang
liat kekuatan tariknya harus dikaitkan dengan beban maksimum dimana logam dapat
menahan sesumbu untuk keadaan yang sangat terbatas.
Tegangan tarik adalah
nilai yang paling sering dituliskan sebagai hasil suatu uji tarik, tetapi pada
kenyataannya nilai tersebut kurang bersifat mendasar dalam kaitannya dengan
kekuatan bahan. Untuk logam-logam yang liat kekuatan tariknya harus dikaitkan
dengan beban maksimum, di mana logam dapat menahan beban sesumbu untuk keadaan
yang sangat terbatas. Akan ditunjukkan bahwa nilai tersebut kaitannya dengan
kekuatan logam kecil sekali kegunaannya untuk tegangan yang lebih kompleks,
yakni yang biasanya ditemui. Untuk berapa lama, telah menjadi kebiasaan
mendasarkan kekuatan struktur pada kekuatan tarik, dikurangi dengan faktor
keamanan yang sesuai.
Kecenderungan yang banyak
ditemui adalah menggunakan pendekatan yang lebih rasional yakni mendasarkan
rancangan statis logam yang liat pada kekuatan luluhnya. Akan tetapi, karena
jauh lebih praktis menggunakan kekuatan tarik untuk menentukan kekuatan bahan,
maka metode ini lebih banyak dikenal, dan merupakan metode identifikasi bahan
yang sangat berguna, mirip dengan kegunaan komposisi kimia untuk mengenali
logam atau bahan. Selanjutnya, karena kekuatan tarik mudah ditentukan dan
merupakan sifat yang mudah dihasilkan kembali (reproducible). Kekuatan tersebut
berguna untuk keperluan spesifikasi dan kontrol kualitas bahan. Korelasi
empiris yang diperluas antara kekuatan tarik dan sifat-sifat bahan misalnya
kekerasan dan kekuatan lelah, sering dipergunakan. Untuk bahan-bahan yang
getas, kekuatan tarik merupakan kriteria yang tepat untuk keperluan
perancangan.
D.
Pengukuran
Batas Luluh (Yielding)
Batas luluh adalah titik
yang menunjukkan perubahan dari deformasi elastis ke deformasi plastis.Tegangan
dimana deformasi atau batas luluh mulai teramati tergantung pada kepekaan
pengukuran regangan. Telah digunakan berbagai kriteria permulaan batas luluh
tergantung pada ketelitian pengukuran tegangan dan data-data yang digunakan.
1.
Batas elastik sejati berdasarkan pada
pengukuran regangan mikro pada skala regangan 2 X 10-6 inci/inci. Batas elastik
nilainya sangat rendah dan dikaitkan dengan gerakan beberapa ratus dislokasi.
2. Batas
proporsional adalah tegangan tertinggi untuk daerah hubungan proporsional
antara tegangan-regangan. Harga ini diperoleh dengan cara mengamati
penyimpangan dari bagian garis lurus kurva tegangan-regangan.
3. Batas
elastik adalah tegangan terbesar yang masih dapat ditahan oleh bahan tanpa
terjadi regangan sisa permanen yang terukur pada saat beban telah ditiadakan.
Dengan bertambahnya ketelitian pengukuran regangan, nilai batas elastiknya
menurun hingga suatu batas yang sama dengan batas elastik sejati yang diperoleh
dengan cara pengukuran regangan mikro. Dengan ketelitian regangan yang sering
digunakan pada kuliah rekayasa (10-4 inci/inci), batas elastik lebih besar
daripada batas proporsional. Penentuan batas elastik memerlukan prosedur
pengujian yang diberi beban-tak diberi beban (loading-unloading) yang
membosankan.
4. Kekuatan
luluh adalah tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah kecil
deformasi plastis yang ditetapkan. Definisi yang sering digunakan untuk sifat
ini adalah kekuatan luluh ofset ditentukan oleh tegangan yang berkaitan dengan
perpotongan antara kurva tegangan-regangan dengan garis yang sejajar dengan
elastis ofset kurva oleh regangan tertentu. Di Amerika Serikat ofset biasanya
ditentukan sebagai regangan 0,2 atau 0,1 persen (e = 0,002 atau 0,001).
so = F (ofset regangan =
0,002) ............................. (2)
Ao
Cara yang baik untuk
mengamati kekuatan luluh ofset adalah setelah benda uji diberi pembebanan
hingga 0,2% kekuatan luluh ofset dan kemudian pada saat beban ditiadakan maka
benda ujinya akan bertambah panjang 0,1 sampai dengan 0,2%, lebih panjang
daripada saat dalam keadaan diam.
Tegangan ofset di
Britania Raya sering dinyatakan sebagai tegangan uji (proff stress), di mana
harga ofsetnya 0,1% atau 0,5%. Kekuatan luluh yang diperoleh dengan metode
ofset biasanya dipergunakan untuk perancangan dan keperluan spesifikasi, karena
metode tersebut terhindar dari kesukaran dalam pengukuran batas elastik atau
batas proporsional.
Beberapa bahan pada dasarnya tidak
mempunyai bagian linier pada kurva tegangan-regangannya, misal tembaga lunak
atau besi cor kelabu. Untuk bahan-bahan demikian, metode ofset tidak dapat
digunakan dan untuk pemakaian praktis, kekuatan luluh didefinisikan sebagai
tegangan yang diperlukan untuk menghasilkan regangan total tertentu, misalnya ε
= 0,005.
E.
Pengukuran
Keuletan
Keuleten adalah kemampuan suatu bahan untuk menahan beban pada daerah plastis
tanpa terjadi perpatahan. Secara umum pengukuran keliatan dilakukan untuk
memenuhi kepentingan tiga buah hal:
1. Untuk
menunjukan perpanjangan di mana suatu logam dapat berdeformasi tanpa terjadi
patah dalam suatu proses suatu pembentukan logam, misalnya pengerolan dan
ekstrusi.
2. Untuk
memberi petunjuk secara umum kepada perancang mengenai kemampuan logam untuk
mengalir secara pelastis sebelum patah.
3. Sebagai
petunjuk adanya perubahan permukaan kemurnian atau kondisi pengolahan.
F.
Modulus
Elastisitas
Modulus
Elastisitas adalah ukuran kekuatan suatu bahan akan keelastisitasannya. Makin
besar modulus, makin kecil regangan elastik yang dihasilkan akibat pemberian
tegangan.Modulus elastisitas ditentukan oleh gaya ikat antar atom, karena
gaya-gaya ini tidak dapat dirubah tanpa terjadi perubahan mendasar pada sifat
bahannya. Maka modulus elastisitas salah satu sifat-sifat mekanik yang tidak
dapat diubah. Sifat ini hanya sedikit berubah oleh adanya penambahan paduan,
perlakuan panas, atau pengerjaan dingin.
Secara
matematis persamaan modulus elastic dapat ditulis sebagai berikut.
………………………………………. (3)
dimana
s = tegangan
ε
= regangan
Tabel 1.1 Harga modulus elastisitas pada berbagai suhu
Bahan Modulus elastisitas, psi x 106
Suhu
kamar 4000 F 8000 F 10000 F 12000 F
Baja
karbon
Baja
tahan karat austenit
Paduan
titanium
Paduan
aluminium 30,0
28,0
16,5
10,5
27,0
25,5
14,0
9,5
22,5
23,0
10,7
7,8
19,5
22,5
10,1
18,0
21,0
G.
Kelentingan
(Resilience)
Kelentingan
adalah kemampuan suatu bahan untuk menyerap energi pada waktu berdeformasi
secara elastis dan kembali ke bentuk awal apabila bebannya dihilangkan.
Kelentingan biasanya dinyatakan sebagai modulus kelentingan, yakni energi
regangan tiap satuan volume yang dibutuhkan untuk menekan bahan dari tegangan
nol hingga tegangan luluh σ0. Untuk menentukan nilai modulus kelentingan dapat
dapat digunakan persamaan sebagai berikut.
U0
= ½ σ x e x ................................................. ....... (4)
Dari definisi diatas , modulus kelentingan adalah :
UR
= ½ soeo = ½ so so = so2 ................... (5)
E
2E
Persamaan
ini menunjukan bahwa bahan ideal untuk menahan beban ebergi pada pemakaian di
mana bahan tidak mengalami deformasi permanen, misal pegas mekanik, adalah data
bahan yang memiliki tegangan luluh tinggi dan modulus elastisitas rendah. Tabel
2 memberikan beberapa modulus kelentingan untuk berbagai bahan.
Tabel 2.1 Modulus kelentingan untuk berbagai bahan
Bahan E, Psi so, Psi Modulus kelentingan UR
Baja
karbon rendah 30 X 106 45,000 33,7
Baja
pegas karbon tinggi 30 X 106 140,000 320
Duralumunium
10,5 X 106 18,000 17
Tembaga
16 X 106 4,000 5,3
Karet
150 300 300
Polimer
akrilik 0,5 X 106 2,000 4,0
H.
Ketangguhan
(Toughness)
Ketangguhan
(Toughness) adalah kemampuan menyerap energi pada daerah plastik. Kemampuan
untuk menahan beban yang kadang-kadang diatas tegangan luluh tanpa terjadi
patah, dan khususnya diperlukan pada bagian–bagian rantai, roda gigi, kopling
mobil barang, dan cangkuk kran. Pada umumnya ketangguhan menggunakan konsep
yang sukar dibuktikan atau didefinisikan. Salah satu menyatakan ketangguhan
adalah meninjau luas keseluruhan daerah di bawah kurva tegangan-regangan. Luas
ini menunjukan jumlah energi tiap satuan volume yang dapat dikenakan kepada
bahan tanpa mengakibatkan pecah. Baja pegas karbon tinggi mempunyai kekuatan
luluh dan kekuatan tarik lebih tinggi dibandingkan baja struktur karbon
menengah. Akan tetapi baja struktur lebih liat dan memiliki perpanjangan total
lebih besar. Luas keseluruhan daerah dibawah kurva tegangan-regangan lebih
besar untuk baja struktur, oleh karena itu baja struktur merupakan bahan yang
lebih tangguh. Hal ini menunjukan bahwa ketangguhan adalah parameter yang
terdiri dari dua hal yakni tegangan dan keliatan. Terdapat beberapa cara
pendekatan matematik untuk menentukan luas daerah di bawah kurva tegangan-
regangan. Luas dibawah kurva dapat didekati dengan persamaan- persamaan berikut
:
UT ≈ su ef ...................................... (6)
UT
≈ so + su ef .......................................... (7)
2
Untuk
logam- logam getas, kadang-kadang tegangan-regangan dianggap sebagai
parabola,
dan luas daerah di bawah kurva diberikan oleh persamaan
UT
= 2/3 su ef ........................................... (8)
Semua
hubungan diatas hanya cara pendekatan untuk mengetahui luas daerah di bawah
kurva
regangan–tegangan. Kurva-kurva tersebut tidak menggambarkan perilaku yang
sejati pada daerah plastis, karena pembuatan kurva didasarkan pada luas semula
benda uji