Pengujian tarik

2.1 Pengujian Tarik


Uji tarik adalah cara pengujian bahan yang paling mendasar. Pengujian ini sangat sederhana, tidak mahal dan sudah mengalami standarisasi di seluruh dunia, misalnya di Amerika dengan ASTM E8 dan Jepang dengan JIS 2241. Dengan menarik suatu bahan kita akan segera mengetahui bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap tenaga tarikan dan mengetahui sejauh mana material itu bertambah panjang. Alat eksperimen untuk uji tarik ini harus memiliki cengkeraman (grip) yang kuat dan kekakuan yang tinggi (highly stiff). Brand terkenal untuk alat uji tarik antara lain adalah antara lain adalah Shimadzu, Instron
dan Dartec.

Uji tarik adalah suatu metode yang digunakan untuk menguji kekuatan suatu bahan atau material dengan cara memberikan beban gaya yang berlawanan arah. Hasil yang didapatkan dari pengujian tarik sangat penting untuk rekayasa teknik dan desain produk karena menghasilkan data kekuatan material. Pengujian uji tarik digunakan untuk mengukur ketahanan suatu material terhadap gaya statis yang diberikan secara lambat. Sifat mekanis logam yang dapat diketahui setelah proses pengujian ini seperti kekuatan tarik, keuletan dan ketangguhan. Pengujian tarik banyak dilakukan untuk melengkapi informasi rancangan dasar kekuatan suatu bahan dan sebagai data pendukung bagi spesifikasi bahan. Karena dengan pengujian tarik dapat diukur ketahanan suatu material terhadap gaya statis yang diberikan secara perlahan.
Pengujian tarik ini merupakan salah satu pengujian yang penting untuk dilakukan, karena dengan pengujian ini dapat memberikan berbagai informasi mengenai sifat-sifat logam. Dalam bidang industri juga diperlukan pengujian tarik ini untuk mempertimbangkan faktor metalurgi dan faktor mekanis yang tercakup dalam proses perlakuan terhadap logam jadi, untuk memenuhi proses selanjutnya.1
Uji tarik adalah suatu metode yang digunakan untuk menguji kekuatan suatu bahan/material dengan cara memberikan beban gaya yang sesumbu. Hasil yang didapatkan dari pengujian tarik sangat penting untuk rekayasa teknik dan desain produk karena mengahasilkan data kekuatan material. Pengujian tarik digunakan untuk mengukur ketahanan suatu material terhadap gaya statis yang diberikan secara lambat.

2.2 Hukum Hooke (Hooke’s Law)

Untuk hampir semua logam, pada tahap sangat awal dari uji tarik, hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut. Ini disebut daerah linier atau linear zone. Di daerah ini, kurva pertambahan panjang terhadap beban mengikuti aturan hukum Hooke sebagai berikut:

Rasio tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan.

Stress adalah beban dibagi luas penampang bahan dan strain adalah pertambahan panjang dibagi panjang awal bahan.
Stress: σ = F/A ……………………………………….. (1)
Strain: ε = ΔL/L …………………………………………(2)
Dimana : ΔL : pertambahan panjang,
L : panjang awal
F : gaya tarikan,
A : luas penampang

Hubungan antara stress dan strain dirumuskan:
E = σ / ε ………………………………………………..(3)

Untuk memudahkan pembahasan, gambar 3 dimodifikasi sedikit dari hubungan antara gaya tarikan dan pertambahan panjang menjadi hubungan antara tegangan dan regangan (stress versus strain). Selanjutnya kita dapatkan gambar 3, yang merupakan kurva standar ketika melakukan eksperimen uji tarik. E adalah gradien kurva dalam daerah linier, di mana perbandingan tegangan (σ) dan regangan (ε) selalu tetap. E diberi nama modulus elastisitas atau Young modulus. Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan stress seperti ini kerap disingkat kurva SS (SS curve).

Gambar 3. Kurva regangan-tegangan.3
Kurva tegangan-regangan rekayasa didasarkan atas dimensi awal (luas area dan panjang) dari benda uji, sementara untuk mendapatkan kurva tegangan-regangan seungguhnya diperlukan luas area dan panjang aktual pada saat pembebanan setiap saat terukur. Perbedaan kedua kurva tidaklah terlalu besar pada regangan yang kecil, tetapi menjadi signifikan pada rentang terjadinya pengerasan regangan (strain hardening), yaitu setelah titik luluh terlampaui.
Deformasi suatu bahan akibat pembebanan dapat ditentukan sesuai dengan Hukum Hooke. Menurut Hooke, deformasi elastis sebuah batang dengan penampang So dan panjang Lo, jika dibebani dengan gaya tarik atau tekan sebesar P, maka beban akan mengalami:
1. Deformasi elastis berbanding lurus dengan beban P.
2. Deformasi elastis berbanding lurus dengan panjang batang asal Lo.
3. Deformasi elastis berbanding terbalik dengan luas penampang Ao.
Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa; besarnya beban P, berbanding lurus dengan panjang batang Lo atau dengan kata lain tegangan sebanding dengan regangan.3

2.3 Bentuk Perpatahan Material

Sampel hasil pengujian tarik dapat menunjukkan beberapa tampilan perpatahan seperti ditunjukkan oleh Gambar di bawah ini :

Pengamatan kedua tampilan perpatahan ulet dan getas dapat dilakukan baik dengan mata telanjang maupun dengan bantuan stereoscan macroscope. Pengamatan lebih detil dimungkinkan dengan penggunaan SEM (Scanning Electron Microscope).

a. Perpatahan Ulet

Perpatahan ulet umumnya lebih disukai karena bahan ulet umumnya lebih tangguh dan memberikan peringatan lebih dahulu sebelum terjadinya kerusakan. Tampilan foto SEM dari perpatahan ulet diberikan oleh Gambar berikut:

b. Perpatahan Getas

Perpatahan getas memiliki ciri-ciri mempunyai ciri-ciri yang berbeda dengan perpatahan ulet. Pada perpatahan getas tidak ada atau sedikit sekali terjadi deformasi plastis pada material. Perpatahan jenis ini merambat sepanjang bidang-bidang kristalin membelah atom-atom material. Pada material yang lunak dengan butir kasar akan ditemukan pola chevrons atau fan like pattern yang berkembang keluar dari daerah kegagalan. Material keras dengan butir halus tidak dapat dibedakan sedangkan pada material amorphous memiliki permukaan patahan yang bercahaya dan mulus.

2.4 Profil Uji Tarik dan Sifat Mekanik Logam

Pengujian tarik ialah peregangan dari suatu batang uji yang secara kontinu bertambah akibat beban yang bekerja pada batang uji sampai batang uji tersebut putus. Pengujian ini merupakan salah satu bentuk pengujian merusak dan umum dilakukan pada bahan bahan Iogam yang akan digunakan dalam lapangan teknik. Dengan pengujian ini akan dapat diketahui; tegangan tarik. Perpanjangan (regangan), penyusutan penampang (kontraksi), modulus elastis, tegangan mulur atau tegangan uji dari batang uji. Semua batang uji sudah dinormalisasikan. dan beban tarik yang bekerja meningkat secara teratur sampai batang uji putus. Beban yang digunakan dalam perhitungan tegangan tarik dari bahan adalah beban maksimum yang dapat ditahan oleh bahan uji tarik tersebut

1. Batas Elastis σE ( Elastic Limit)

Dalam gambar 7 dinyatakan dengan titik A. Bila sebuah bahan diberi beban sampai pada titik A, kemudian bebannya dihilangkan, maka bahan tersebut akan kembali ke kondisi semula (tepatnya hampir kembali ke kondisi semula) yaitu regangan nol. pada titik O . Tetapi bila beban ditarik sampai melewati titik A, hukum Hooke tidak lagi berlaku dan terdapat perubahan permanen dari bahan. Terdapat konvensi batas regangan permamen (permanent strain) sehingga masih disebut perubahan elastis yaitu kurang dari 0.03%, tetapi sebagian referensi menyebutkan 0.005% . Tidak ada standarisasi yang universal mengenai nilai ini.

2. Batas Proporsional σp (Proportional Limit)

Titik sampai di mana penerapan hukum Hooke masih bisa ditoleransi. Tidak ada standarisasi tentang nilai ini. Dalam praktek, biasanya batas proporsional sama dengan batas elastis.

3. Deformasi Plastis (Plastic Deformation)

Yaitu perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula. Pada gambar 7 yaitu bila bahan ditarik sampai melewati batas proporsional dan mencapai daerah landing.

4. Tegangan Luluh Atas σuy (Upper Yield Stress)

Tegangan maksimum sebelum bahan memasuki fase daerah landing peralihan deformasi elastis ke plastis.

5. Tegangan Luluh Bawah σly (Lower Yield Stress)

Tegangan rata-rata daerah landing sebelum benar-benar memasuki fase deformasi plastis. Bila hanya disebutkan tegangan luluh (yield stress), maka yang dimaksud adalah tegangan ini.

6. Regangan Luluh εy (Yield Strain)

Regangan permanen saat bahan akan memasuki fase deformasi plastis.

7. Regangan Elastis εe (Elastic Strain)

Regangan yang diakibatkan perubahan elastis bahan. Pada saat beban dilepaskan regangan ini akan kembali ke posisi semula.

8. Regangan Plastis εp (Plastic Strain)

Regangan yang diakibatkan perubahan plastis. Pada saat beban dilepaskan regangan ini tetap tinggal sebagai perubahan permanen bahan.

9. Regangan Total (Total Strain)

Merupakan gabungan regangan plastis dan regangan elastis,
εT = εe+εp ………………………………………………(4)
Perhatikan beban dengan arah OABE. Pada titik B, regangan yang ada adalah regangan total. Ketika beban dilepaskan, posisi regangan ada pada titik E dan besar regangan yang tinggal (OE) adalah regangan plastis.

10. Tegangan Tarik Maksimum TTM (UTS, Ultimate Tensile Strength)

Pada gambar 7 ditunjukkan dengan titik C (σβ), merupakan besar tegangan maksimum yang didapatkan dalam uji tarik.
11. Kekuatan Patah (Breaking Strength)
Pada gambar 7 ditunjukkan dengan titik D, merupakan besar tegangan di mana bahan yang diuji putus atau patah.

12. Tegangan Luluh Tanpa Batas Jelas Antara Perubahan Elastis dan Plastis

Untuk hasil uji tarik yang tidak memiliki daerah linier dan landing yang jelas, tegangan luluh biasanya didefinisikan sebagai tegangan yang menghasilkan regangan permanen sebesar 0.2%, regangan ini disebut offset-strain (lihat gambar 7).

13. Kelenturan (Ductility)

Merupakan sifat mekanik bahan yang menunjukkan derajat deformasi plastis yang terjadi sebelum suatu bahan putus atau gagal pada uji tarik. Bahan disebut lentur (ductile) bila regangan plastis yang terjadi sebelum putus lebih dari 5%, bila kurang dari itu suatu bahan disebut getas (brittle).

14. Derajat Kelentingan (Resilience)

Derajat kelentingan didefinisikan sebagai kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase perubahan elastis. Sering disebut dengan Modulus Kelentingan (Modulus of Resilience), dengan satuan strain energy per unit volume (Joule/m3 atau Pa).

15. Derajat Ketangguhan (Toughness)

Kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase plastis sampai bahan tersebut putus. Sering disebut dengan Modulus Ketangguhan (modulus of toughness). Dalam gambar 6, modulus ketangguhan sama dengan luas daerah dibawah kurva OABCD.

16. Pengerasan Regang (Strain Hardening)

Sifat kebanyakan logam yang ditandai dengan naiknya nilai tegangan berbanding regangan setelah memasuki fase plastis.2


2.5 Kurva Tegangan Regangan Sesungguhnya
Kurva tegangan regangan teknik tidak memberikan indikasi karekteristik deformasi yang sesungguhnya, karena kurva tersebut semuanya berdasarkan pada dimensi awal benda uji, sedangkan selama pengujian terjadi perubahan dimensi. Pada tarik untuk logam liat, akan terjadi penyempitan setempat pada saat beban mencapai harga maksimum. Karena pada tahap ini luas penampang lintang benda uji turun secara cepat, maka beban yang dibutuhkan untuk melanjutkan deformasi akan segera mengecil.
Kurva tegangan regangan teknik juga menurun setelah melewati beban maksimum. Keadaan sebenarnya menunjukkan, logam masih mengalami pengerasan regangan sampai patah sehingga tegangan yang dibutuhkan untuk melanjutkan deformasi juga bertambah besar. Tegangan yang sesungguhnya (s) adalah beban pada saat manapun dibagi dengan luas penampang lintang benda uji, Ao dimana beban itu bekerja.

Pembahasan
Pengujian uji tarik digunakan untuk mengukur ketahanan suatu material terhadap gaya statis yang diberikan secara lambat. Sifat mekanis logam yang dapat diketahui setelah proses pengujian ini seperti kekuatan tarik, keuletan dan ketangguhan.1
Tegangan sudah mencapai titik yield stress maka benda uji sudah mulai nampak adanya pengecilan penampang. Dan ternyata pula pada titik tersebut benda uji mengalami pertambahan panjang dengan sendirinya walaupun besarnya beban tidak ditambah. Yields stress dapat juga disebut dengan yield point (batas lumer). Tetapi pada umumnya banyak logam yang tidak memiliki titik atau batas lumer yang jelas, terutama pada logam-logam yang rapuh. Apabila pembebanan sudah mencapai titik ultimate stress (batas maksimum) maka tegangan ini merupakan tegangan tarik maksimum yang mampu ditahan oleh benda uji tersebut. Pada titik tersebut, benda uji sudah menunjukan gejala-gejala patah berupa retakan-retakan. Retakan-retakan yang sudah mulai timbul pada titik ultimate stress akan semakin bertambah besar dan akhirnya benda uji akan patah pada titik fracture stress.4
Pada percobaan pengujian tarik yang dilakukan terhadap kawat dan pelat dengan standar yang telah ditetapkan, kecepatan penarikan diatur pada posisi 0,4 mm/s sehingga akan teramati besarnya tegangan yang dialami oleh spesimen kawat dan pelat tersebut sampai terjadinya perpatahan serta besarnya regangan dari elongasi yang terjadi. Dari tegangan dan regangan tersebut dapat terlihat sifat mekaniknya. Dibawah ini gambar yang menjelaskan kurva regangan-tegangan dari spesimen kawat.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

  • Meta

  • %d blogger menyukai ini: