Mekanisme Kegagalan Pada Material Ductile Dan Material Brittle [PDF]

Citation preview

Mekanisme Kegagalan pada Material Ductile dan Material Brittle Fiqih Adi Noor Susetyo 5212414003 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang [email protected] Abstract Dalam mendesain perlu diperhatikan faktor perpatahan dan kelelahan suatu material. Karena banyak sekali kecelakaan yang terjadi akibat kegagalan suatu material, banyak faktor penyebab kegagalan material tersebut seperti faktor kelelahan material dan perpatahan material. Sehingga kita perlu mencegah kerusakan pada material tersebut dan dengan mengetahui penyebab mekanisme terjadinya kegagalan tersebut seperti ductile fracture dan brittle fracture. Kata Kunci : Perpatahan, Ductile Fracture, Brittle Fracture.



Pendahuluan Untuk mengetahui perkembangan ilmu pengetauan & teknologi yang semakin canggih pada pihak yang mempunyai kualitas dalam meningkatkan mutu produksi, tingkat kestabilan & kekakuan bahan produksi dari segi penggunaan bahan adalah akibat perpatahan dan kelelahan pada konstruksinya, bila beban tersbut menerima beban. Pada semua konstruksi teknik, bagianbagian pelengkap suatu bangunan konstruksi haruslah diberi ukuran-ukuran fisik, hal ini harus di ukur dengan tepat untuk menahan gaya-gaya yang sesungguhnya. Jadi suatu bahan haruslah berukuran yang cukup memadai, sehingga bagian-bagian suatu material / bahan harus cukup tegar seingga tidak akan melentur atau melengkung melebihi batas yang diizinkan bila bekerja dibawah beban yang diberikan. Dalam aplikasi keteknikan, kemampuan untuk menentukan suatu perpatahan bahan tergantung pada beban maksimum yang dapat diterima oleh suatu konstruksi. Dalam mendesain pada suatu batang, perlu diperhatikan faktor perpatahan & kelelahan suatu material. Perlu juga diperhatikan sifat bahan baja tahan karat, apakah sifatnya tahan korosi, kekuatan & keuletan tinggi & kandung Cr tinggi. (Adam, 2011). Kegagalan yang terjadi dapat mengakibatkan kematian, luka pada orang, kerusakan pada hak milik, tidak beroperasinya pabrik, rugi dalam berproduksi, masalah ekologi berupa terkontaminasinya lingkungan, perkara yang mahal dan berkepanjangan yang diakibatkan karena kredibilitas pabrik pembuat dan keandalan produk yang dibuat. Meskipun penyebab kegagalan dan perilaku materi dapat diketahui, pencegahan kegagalan sulit untuk dijaminkan. Biasanya disebabkan adalah ketidak tepatan dalam pemilihan bahan maupun pengolahan serta desain yang tidak memadai dari komponen atau salah penggunaan bahan. Dalam dunia industri banyak sekali kecelakaan yang terjadi akibat kegagalan suatu material, banyak faktor penyebab kegagalan material tersebut seperti faktor kelelahan material dan perpatahan material. Sehingga perlu kita mempelajari kelelahan material dan perpatahan material baik pada material ulet atau getas serta mekanismenya.



Pembahasan Ketika suatu bahab diberi tegangan atau stress, maka atom-atom akan berpindah dari posisi stabilnya. Jika stress yang diberikan kecil, temperature yang rendah atau pada waktu yang singkat, maka hanya terjadi perubahan yang kecil. Akibatnya adalah ketika stress dihilingkan, maka atom-atom tersebut akan kembali ke posisi semula. Suatu benda yang dapat kembali pada keadaan semula setelah diberikan pembebanan disebut dengan deformasi elastis. Lain halnya stress yang diberikan lebih besar atau dalam waktu yang lama, maka bahan akan mengalami deformasi dan mengalami regangan yang tidak dapat dipulihkan lagi. Hal ini dinamakan dengan deformasi plastis. (Karato,2008). Perpatahan adalah pemisahan atau pemecahan suatu benda padat menjadi dua bagian atau lebih yang diakibatkan oleh tegangan. Proses perpatahan karena pembelahan akibat Tarik uniaxial secara bertahap dimulai dari deformasi plastis kemudian menghasilkan tumpukan dislokasi, permukaan retak, penjalaran retak dan akhirnya patah (Avner, 1974). Patah dapat digolongkan menjadi dua, yaitu patah liat dan patah getas. Pada permukaan bahan yang mengalami patah liat ditandai oleh deformasi plastis yang cukup besar, sebelum dan selama proses penjalaran retak. Sedangkan patah getas yaitu ditandai dengan adanya kecepatan penjalaran retak yang tinggi, tanpa terjadi deformasi awal. Bentuk patahan yang terjadi dapat memperlihatkan bahan dengan jenis yang berbeda-beda tergantung temperature, keadaan tegangan, laju pembebanan, bentuk struktur mikro dan kondisi permukaan bahan (Shackelford, 1985). Berikut ini merupakan gambar model perpatahan yang terjadi pada bahan dimana a) bahan yang mempunyai keuletan dan deformasi plastis yang sangat tinggi b) bahan dengan keuletan yang sedang c) bahan dengan perpatahan getas dengan tanpa adanya deformasi plastis.



Gambar 2.2 model patahan bahan (Smith, 1996)



Perpatahan sederhana adalah pemisahan material menjadi dua atau lebih sebagai reaksi terhadap tegangan statis (konstan) dan pada suhu yang relatif rendah terhadap Tm dari material. Mekanisme Perpatahan (Fracture): Adanya Tekanan (Stress)



Pembentukan Retakan (Crack)



Perambatan (Propagation)



 



Adanya tekanan pada material menyebabkan faktor utama terjadinya perpatahan. Pembentukan Retakan Perambatan retakan terjadi karena ketajaman ujung retakan.



Material yang mengalami deformasi plastis di ujung, akan menumpulkan retakan.



Karena adanya keseimbangan energi pada retakan yang disebut energi regangan elastis, dimana : • Energi yang tersimpan dalam material yang mengalami deformasi elastis. • Energi ini dilepaskan ketika retakan merambat. • Penciptaan permukaan baru memerlukan energi.



Berdasarkan pada kemampuan suatu material untuk mengalami deformasi plastis. Maka ada dua jenis perpatahan diantaranya : 1. Ductile fracture (Perpatahan Ulet) disertai dengan deformasi plastis yang signifikan. Perpatahan ulet umumnya lebih disukai karena bahan ulet umumnya lebih tangguh dan memberikan peringatan lebih dahulu sebelum terjadinya kerusakan.



 Ductile fracture didahului deformasi plastis yg meluas.  Ductile fracture ditandai adanya void yang saling bertemu.  Ductile fracture prosesnya lambat, memungkinkan adanya upaya pencegahan.  Ductile fracture biasanya mengikuti jalur transgranular Jika kepadatan inklusi lebih sepanjang batas butir, retak tumbuh sepanjang batas kristal yang mengarah ke ductile fracture intergranular.  Jika inklusi tidak terbentuk, void terbentuk di daerah yang kosentrasi cacatnya tinggi dan mengarah ke bidang slip dan ketidakstabilan makroskopik mengakibatkan pengecitan dimensi atau shear fracture. Tahapan kerusakan pada Ductile fracture:



Gambar Cup dan Cone akibat Ductile Fracture



2. Brittle fracture (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 fanlike 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. Dimana Brittle fracture memiliki ciri-ciri :



 Pertumbuhan retak cepat tanpa adanya deformasi plastik yang berlebihan  Tegangan patah lebih rendah jika dibandingkan tengangan luluh.  Patah getas dapat terjadi baik secara transgranular atau intergranular  Patah getas kebanyakan didominasi material logam dengan kristal bcc pada suhu kriogenik (rendah) atau pada laju reganganannya tinggi.  Retak mikro diawali oleh beban kelelahan yg dapat menyebabkan patah getas.  Sedikit/tidak ada deformasi plastis.  Terjadi secara tiba-tiba tanpa peringatan, dan catastrophic (kerusakan yang berat/parah).



Gambar Brittle Fracture Tingkatan Perpatahan menurut tingkat elastisitas:



Kesimpulan Patah dapat digolongkan menjadi dua, yaitu patah liat dan patah getas. 1. Ductile fracture (Perpatahan Ulet) disertai dengan deformasi plastis yang signifikan. Perpatahan ulet umumnya lebih disukai karena bahan ulet umumnya lebih tangguh dan memberikan peringatan lebih dahulu sebelum terjadinya kerusakan. 2. Brittle fracture (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



Daftar Pustaka Adam, Kaharuddin. 2011. Faktor Perpatahan dan Kelelahan pada Kekuatan Bahan Material. Makassar: ILTEK Karato, Shun-Ichiro. 2008. Deformation of Earth Material. New York: Cambrige University Press. Avner, Sillney H. 1974. Introduction to Physical Metallurgy Second Edition. New York: Mc Graw Hill Kogakusha, Ltd. Shackelford, James F. 1985. Introduction to Material Science for Enginers, PP. 225,302. New York: Macmillan Publishing Company Smith, Wiliam F. 1996. Principle of Materials Science and Engineering. New York: Mc Graw Hill Callister,Jr, William D. 2007. Material Science and Engineering. John Wiley & Sons, Inc. United States of America