UJI TARIK

uji Tarik uji tarik adalah uji tarik besi uji tarik baja uji tarik pdf

uji tarik merupakan suatu uji mekanis. Tujuan dari dilakukannya suatu pengujian mekanis adalah untuk menetukan respon material terhadap suatu konstruksi, komponen atau rakitan fabrikasi pada saat dikenakan beban atau deformasi dari luar. Dalam hal ini akan ditentukan seberapa jauh perilaku intern (sifat yang lebih merupakan ketergantungan atas fenomena atomik maupun mikroskopis dan buka dipengaruhi bentuk atau ukuran dari benda uji) dari material terhadap pembebanan tersebut. Di antara semua pengujian mekanis tersebut pengujian tarik merupakan jenis pengujian yang paling banyak digunakan karena mampu memberikan informasi representatif dari perilaku mekanis material.
  Prinsip Pengujian

Sampel atau benda uji tarik dengan ukuran dan bentuk tertentu ditarik dengan beban kontinu sambil diukur pertambahan panjangnya. Data yang didapat berupa perubahan panjang dan perubahan beban yang selanjutnya ditampilkan dalam bentuk grafik tegangan regangan. Data data penting yang diharapkan dari pengujian tarik ini adalah : perilaku mekanik material dan karakteristik perpatahan.

        I.            Dasar Teori

uji tarik (tensile testing) merupakan salah satu jenis pengujian mekanis penting yang dapat mengetahui sifat mekanis dari suatu material. Prinsip pengujian ini yaitu dengan memberikan tegangan axial berupa tarikan pada kedua ujung benda uji hingga putus. Pada uji tarik, ujung-ujung benda uji yang berbentuk dog-bone dengan ukuran tertentu dijepit dengan kuat dengan salah satu ujungnya dihubungkan dengan alat pengukur beban, sedangkan ujung yang satu lagi dengan alat penarik. Kemudian benda uji ditarik dengan beban kontinyu sambil diukur pertambahan panjangnya.

                        

  Gambar 1. Spesimen uji tarik 

Pada spesimen yang panjang bagian tengahnya biasanya lebih kecil luas penampangnya dibandingkan kedua ujungnya, hal ini dilakukan agar patahan terjadi pada bagian tengah. Panjang ukur (gauge length) adalah daerah dibagian tengah dimana elongasi diukur atau alat extensometer diletakkan untuk pengukuran.

Data yang diukur secara manual, yaitu diameter spesimen, luas penampang A, dan data yang terekam dari mesin tarik, berupa beban P yang diberikan (load cell) dan strain ε yang terbaca (extensometer), direduksi menjadi kurva tegangan-regangan dimana,

	Gambar 2. Penampang mesin uji tarik Standar ASTM untuk uji tarik : E8/E8M – 11

Perilaku Mekanik Material

Perilaku mekanik material yang dapat diperoleh dari uji  tarik pada material padatan (logam dan nonlogam) adalah sebagai berikut:

      a.      Batas Proporsionalitas (proportionality limit)

Batas proporsionalitas merupakan daerah batas dimana tegangan dan regangan mempunyai hubungan proporsionalitas satu dengan lainnya. Setiap penambahan tegangan akan diikuti dengan penambahan regangan secara proporsionl dalam hubungan linier:

σ = E ε

Ketiga nilai itu didapat dengan membandingkan hubungan

y = mx

dimana y mewakili tegangan x mewakili regangan ; m mewakili slope kemiringan dari modulus kekakuan.                                                                                                       

Gambar 3. Kurva tegangan-regangan dari sebuah benda uji baja ulet

Titik P pada Gambar 3 menunjukkan batas proporsionalitas dari kurva tegangan-regangan.
b.      Batas Elastis

Batas elastis merupakan daerah dimana material akan kembali ke ukuran semula jika tegangan luar dihilangkan. Daerah proporsionalitas merupakan bahagian dari batas elastik ini. Selanjutnya bila bahan terus diberikan tegangan (deformasi dari luar) maka batas elastis akan terlampaui pada akhirnya sehingga bahan tidak akan kembali kepada ukuran semula. Jadi, batas elastis merupakan suatu titik dimana tegangan yang diberikan akan menyebabkan terjadinya deformasi (plastis) pertama kalinya. Kebanyakan material teknik memiliki batas elastis yang hampir berimpitan dengan batas proporsionalitasnya.

			Gambar 4 Batas proporsionalitas dan batas elastis yang saling berhimpit

 

Elastisitas merupakan sifat material dimana deformasi disebabkan karena tegangan menghilang oleh adanya pelepasan tegangan. Beberapa zat, seperti gas, elatisitas ditunjukkan dengan perubahan volume, sedangkan zat padat, elastisitas ditunjukkan dengan perubahan bentuk. Material yang elastis akan kembali ke ukuran semula apabila tegangan dilepaskan. Jika suatu tegangan tarik  dalam daerah elastis diberikan, regangan elastis axial dihasilkan dari pemisahan atom – atom atau molekul sesuai dengan arah tegangan yang diberikan. Pada saat yang sama , atom – atom atau molekul tersebut akan mendekat dalam arah transverse. Untuk material isotropic, karakteristik stress – strain sesuai dengan arah bebannya ( karena adanya penyusunan secara acak dari kristal – kristal yang menyusunnya ) sedangkan untuk material aniostropik, seperti kayu, sifat – sifatnya bervariasi dengan arah pembebanan.

Deformasi elastis terjadi ketika tegangan berbanding lurus dengan regangan. Deformasi ini bersifat tidak permanen, yaitu ketika beban dilepaskan maka spesimen akan kembali ke bentuk awal. Deformasi elastis bila dilihat dalam skala atomik maka terjadi perubahan kecil pada jarak atom dan teregangnya ikatan antar atom.

Deformasi plastis terjadi ketika tegangan tidak lagi berbanding lurus dengan regangan. Bila dilihat dai perspektif atom, maka berhubungan dengan pemutusan ikatan dengan atom tetangga asal dan pembentukan ikatan dengan tetangga yang baru.

      c.       Titik Luluh (Yield Point) dan Kekuatan Luluh (Yield Strentgh)

Pada uji tarik titik luluh merupakan suatu batas dimana material akan terus mengalami deformasi tanpa adanya penambahan beban. Tegangan (stress) yang mengakibatkan bahan menunjukkan mekanisme luluh ini disebut tegangan luluh (yield stress). Titik luluh ditunjukkan oleh titik Y pada Gambar .1 di atas.

Gejala luluh umumnya hanya ditunjukkan oleh logam-logam ulet dengan struktur kristal BCC dan FCC yang membentuk interstitial solid solution dari atom-atom karbon, boron, hidrogen dan oksigen. Interaksi antar dislokasi dan atom-atom tersebut menyebabkan baja ulet seperti mild steel menunjukan titik luluh bawah (lower yield point) dan titik luluh atas (upper yield point).

	Gambar 5 Titik luluh pada mild steel

 

 Baja berkekuatan tinggi dan besi tuang yang getas pada umumnya tidak memperlihatkan batas luluh yang jelas.

 Untuk menentukan kekuatan luluh material seperti ini maka digunakan suatu metode yang dikenal dengan metode offset. Dengan metode ini kekuatan luluh ditentukan sebagai tegangan dimana bahan memperlihatkan batas penyimpangan/deviasi tertentu dari keadaan proporsionalitas tegangan dan regangan. Pada gambar 5 garis offset OX ditarik paralel dengan OP, sehingga perpotongan XW dan kurva tegangan regangan memberikan titik Y sebagai kekuatan luluh. Umumnya garis offset OX diambil 0,1-0,2% dari regangan total dimulai dari titik  O.

Gambar 6 Kurva tegangan-regangan dari sebuah benda uji terbuat dari bahan getas

Kekuatan luluh atau titik luluh merupakan suatu gambaran kemampuan bahan menaha deformasi permanen bila digunakan dalam penggunaan struktural yang melibatkan pembebanan mekanik seperti tarik, tekan, bending atau puntiran. Di sisi lain, batas luluh ini harus dicapai ataupun dilewati bila bahan dipakai dalam proses manufaktur produk-produk logam seperti proses rolling, drawing, stretching dan sebagainya. Dapat dikatakan titik luluh adalah suatu tingkatan tegangan yang tidak boleh dilewati dalam penggunaan struktural (in service) dan harus dilewati dalam proses manufaktur logam (forming process).

      d.      Kekuatan Tarik Maksimum (Ultimate Tensile Stregth)

Merupakan tegangan maksimum yang dapat ditanggung oleh material sebelum terjadinya perpatahan ( fracture ). Nilai kekuatan tarik maksimum σuts ditentukan dari beban maksimum F_maks dibagi luas penampang awal A_o.

Pada gambar 1 di bagian sebelumnya, titik M merupakan tegangan maksimum bahan ulet yang akan terus berdeformasi hingga titik B. Sedangkan pada bahan getas, dapat dilihat gambar 5.  bahwa tegangan maksimum sama dengan tegangan perpatahan.  Bahan yang bersifat getas memberikan perilaku yang berbeda dimana tegangan maksimum sekaligus merupakan tegangan perpatahan.

Dalam kaitannya dengan penggunaan struktural maupun dalam proses forming bahan, kekuatan maksimum adalah batas tegangan yang sama sekali tidak boleh dilewati.

     e.      Kekuatan Putus (breaking strength)

Kekuatan ini ditentukan dengan membagi beban pada saat benda uji putus (F breaking) dengan luas penampang awal Ao. Pada bahan yang bersifat ulet, setelha beban maksimum terlampaui akan terjadi mekanisme necking (penciutan) akibat adanya suatu deformasi yang terlokalisasi. Pada bahan ulet, kekuatan putus adalah lebih kecil dibanding kekuatan maksimum, sementara pada bahan getas kekuatan putus adalah sama dengan kekuatan maksimumnya.

      f.        Keuletan (Ductility)

Merupakan sifat yang menggambarkan kemampuan logam menahan deformasi hingga terjadi perpatahan.

Gambar 7 Perbandingan kurva tegangan-regangan antara material ulet (ductile) dan getas (brittle)

Secara umum dilakukan dengan tujuan sebagai berikut :

v  Untuk menunjukkan perpanjangan dimana suatu logam dapat berdeformasi tanpa terjadinya patah dalam suatu proses pembentukan logam, misal pengerolan dan ekstrusi

v  Untuk memberi petunjuk umum mengenai  kemampuan logam untuk berdeformasi secara plastis sebelum patah

v  Sebagai  petunjuk adanya perubahan permukaan kemurnian atau kondisi pengolahan

Sifat ulet dalam beberapa tingkatan harus dimiliki oleh bahan bila ingin dibentuk ( forming ) melalui proses rolling, bending, stretching, drawing, hammering, cutting, dan sebagainya. Pengujian tarik memberikan dua metode pengukuran  keuletan  bahan  yaitu :

ü  Persentase perpanjangan (Elongation) :

e (%) = [(L_f-L₀)/L₀] x 100%

dimana :  L_f= panjang akhir benda uji

L₀= panjang awal benda uji

ü  Persentase reduksi penampang (Area Reduction) :

R (%) = [(A₁ – A₀)/A₀] x 100%

dimana :  A_f = luas penampang akhir

        A₀ = luas penampang awal

Gambar 8. Kurva deformasi pada uji tarik

      g.      Modulus Elastisitas (Modulus Young)

Modulus elastisitas atau modulus young merupakan ukuran kekakuan suatu material. Semakin besar harga modulus ini maka semakin kecil regangan elastis yang terjadi pada suatu tingkat pembebanan tertentu, atau dapat dikatakan material tersebut semakin kaku ( stiff ). Pada grafik tgangan – regangan, modulus kekakuan dapat dihitung dari slope kemiringan garis elastis yang linier, diberikan oleh :

 

dimana α adalah sudut yang dibentuk oleh daerah elastis kurva tegangan regangan. Modulus elastisitas suatu material ditentukan oleh energi ikat antar atom-atom, sehingga besarnya nilai modulus ini tidak dapat dirubah oleh suatu proses tanpa merubah struktur bahan.

  h.      Modulus Kelentingan (Modulus of Resilience)

  Modulus resilience adalah kemampuan material untuk menyerap energi dari luar tanpa terjadinya

  kerusakan. Material ini memiliki kekuatan luluh yang tinggi serta nilai modulus elastisitas yang

  rendah; seperti campuran (alloy) yang akan digunakan pada pengaplikasian pegas. Nilai modulus

  dapat diperoleh dari luas segitiga yang dibentuk oleh area elastic diagram tegangan – regangan.

  Modulus resilience Ur, adalah energi regangan per unit volume yang diperlukan untuk men-stress

  material dari keadaan unloaded ke titik luluh.

Gambar 9 Daerah modulus Resilience.

      i.        Modulus Ketangguhan (Modulus of toughness)

Merupakan kemampuan material dalam menyerap energi hingga terjadinya perpatahan.Secara kuantitatif dapat ditentukan dari luas area keseluruhan di bawah kurva tegangan-regangan hasil uji tarik.

Gambar 10  Kurva tegangan regangan material ulet.

Dalam uji tarik pertimbangan disain yang mengikutsertakan modulus ketangguhan menjadi sangat penting untuk komponen-komponen yang mungkin mengalami pembebanan berlebih secara tidak disengaja. Material dengan modulus ketangguhan yang tinggi akan mengalami distorsi yang besar karena pembebanan berlebih, tetapi hal ini tetap disukai dibandingkan material dengan modulus rendah dimana perpatahan akan terjadi tanpa suatu peringatan terlebih dahulu. Material disebut tangguh apabila bila memiliki baik kekuatan dan keuletan.

       j.        Kurva tegangan-regangan rekayasa dan sesungguhnya

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. Secara khusus perbedaan menjadi demikian besar di dalam daerah necking. Pada kurva tegangan-regangan rekayasa, dapat diketahui bahwa benda uji secara aktual mampu menahan  turunnya beban karena luas area awal A₀ bernilai konstan pada saat perhitungan tegangan

σ = P/A₀.

Sementara pada kurva tegangan-regangan sesungguhnya luas area aktual adalah selalu turunsehingga terjadinya perpatahan dan benda uji mampu menahan peningkatan tegangan karena

σ = P/A.

Gambar di bawah ini memperlihatkan contoh kedua kurva tegangan-regangan tersebut pada baja karbon rendah (mild steel).

	Gambar 11 Perbandingan antara kurva tegangan-regangan rekayasa dan sesungguhnya dari baja karbon rendah (mild steel) Gambar 12. Karakter patahan pada uji tarik Untuk lebih detail tentang karakter patahan dapat di baca pada blog https://metalurgi-ilmu-logam.blogspot.com/2018/11/karakteristik-perpatahan.html. karakter patahan juga dapat digunakan dalam analisa  kegagalan dalam logam.