Pengujian Impak Denny [PDF]

Citation preview

PENGUJIAN TARIK



LAPORAN PRAKTIKUM TME 243-Praktikum Material Teknik



Nama NIM Kelompok Asisten



: DENNY : 2014-041-062 : Md-3 : WILLY PRAJA



LABORATORIUM KARAKTERISASI dan REKAYASA MATERIAL PRODI TEKNIK MESIN – FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS KATOLIK INDONESIA ATMA JAYA JAKARTA 2015



I.



TUJUAN Menentukan kemampuan baja/kuningan menyerap energi yang dihasilkan oleh pembebanan kejut, serta mengetahui temperatur transisi pada saat baja berubah dari ulet menjadi getas.



II.



TEORI DASAR Suatu sifat mekanik material yang muncul sebagai respon terhadap gaya impak disebut sebagai ketangguhan. Adapun ketangguhan sendiri didefinisikan sebagai besarnya penyerapan energi yang diperlukan untuk mematahkan logam. Ketangguhan suatu material sangat dipengaruhi oleh kekuatan dan keuletan material tersebut. Pengujian impak yang ideal diasumsikan bahwa semua energi yang muncul akibat beban impak akan diserap seluruhnya oleh spesimen. Namun pada kenyataannya kondisi ideal tidak pernah terwujud, sebagian kecil energi akan hilang sebagai akibat dari gesekan dan getaran mesin. Bentuk spesimen juga memegang peranan dalam menentukan besarnya energi yang diserap. Secara umum, pengujian impak dilakukan untuk mengetahui ketangguhan baja. Pengujian tersebut diantaranya yaitu dengan metode Izod dan Charpy, mengikuti Standar ASTM E23, sebagai berikut [1]: 1. Metode Izod Pada pengujian dengan metode Izod, spesimen berfungsi seperti batang cantilever, Gambar 1. Pengujian dengan metode Izod hanya dilakukan pada suhu kamar. Pengujian dengan metode Izod umum digunakan di Inggris/Eropa. 2. Metode Charpy Pada pengujian dengan metode Charpy, spesimen berfungsi seperti batang tumpuan sederhana ( simple beam ), Gambar 1. Pengujian dengan metode Charpy tidak hanya dilakukan pada suhu kamar, namun dapat dilakukan pada suhu yang bervariasi dari suhu rendah (kriogenik) sampai suhu tinggi. Oleh karena itu, metode ini dapat digunakan untuk mengetahui apakah suatu material memiliki karakteristik perubahan dari ulet menjadi getas dengan turunnya temperatur operasi, Ductile to Brittle Transition. Dengan demikian temperatur transisi perubahan dapat ditentukan.



Spesimen yang digunakan baik pada pengujian dengan metode Izod maupun Charpy mempunyai bentuk batang dengan dimensi permukaan 10 mm x 10 mm, notch (takik) berbentuk V dengan sudut 45 derajat dan kedalaman 2 mm.



Oleh karena spesimen impak memiliki takik berbentuk V maka pengujian ini sering disebut sebagai The Notched Bar Test atau pada metode Charpy dikenal Charpy V Notched Test. Pengujian dilakukan dengan cara memberikan beban impak dalam bentuk palu pendulum dari ketinggian tertentu, ho. Pada saat palu pendulum diayunkan akan menumbuk spesimen, selanjutnya spesimen akan patah di daerah takikan yang berfungsi sebagai konsentrasi tegangan. Palu pendulum akan terus terayun sampai ketinggian maksimum, h 1, yang tentu saja lebih rendah dari h.



Besarnya penyerapan energi untuk mematahkan spesimen dihitung berdasarkan perbedaan ketinggian antar ho dan h1, seperti skema pada Gambar 4 dan mengikuti persamaan sebagai berikut : U= mg(ho-h1)



Energi sebelum patah



Uo = Wh = WR(1-cos α)



Energi setelah patah



U1 = Wh1 = WR(1-cos β)



Energi untuk mematahkan spesimen U = W(ho-h1) = WR( cos β – cos α )



Keterangan : U = Energi yang untuk mematahkan spesimen = energi yang diserap



(J)



W = Berat pendulum



(N)



Ho = Ketinggian awal dari palu pendulum



(m)



H1 = Ketinggian akhir



(m)



α = Sudut jatuh pendulum



(derajat)



β = Sudut pantul pendulum



(derajat)



R = Jarak dari titik pusat



(m)



Pengujian impak dengan takik metode Charpy sebenarnya sangat dibutuhkan untuk mengetahui temperatur transisi perubahan sifat ulet menjadi getas pada logam akibat penurunan temperatur, Ductile to Brittle Transition Temperature (DBTT). Pada beberapa logam ternyata terjadi perubahan sifat dari ulet menjadi getas apabila terjadi perubahan temperatur kerja. Kondisi dibawah temperatur transisi, logam akan cenderung menjadi getas dan patah pada energi penyerapan yang rendah, sedangkan di atas temperatur transisi maka logam akan cenderung bersifat ulet.



III.



PERALATAN PERCOBAAN a. Mesin uji Impak merek TIME model JB 300, Gambar 5. b. Ukuran spesimen mengikuti standar ASTM E 23-82 tipe C. c. Jenis spesimen dapat terdiri dari : baja karbon, baja karbon hasil proses hardening, d. e. f. g. h.



IV.



dan baja karbon hasil proses tempering, kuningan (sesuai petunjuk asisten). Tungku/furnace. Media pendingin ( N2 cair). Termokopel tipe K. Penjepit panjang , wadah tempat N2 cair. Stereo microscope.



PROSEDUR PERCOBAAN



1. Siapkan spesimen sesuai dengan petunjuk asisten. Terdapat 3 buah spesimen yang akan diuji, pertama baja suhu kamar, baja suhu tinggi, dan baja suhu rendah. 2. Untuk mendapatkan baja suhu tinggi dapat dipanaskan terlebih dahulu didalam tungku, dan untuk baja suhu rendah dapat dimasukkan ke lemari pendingin atau dituangkan N2 cair ke spesimen. 3. Ukur dimensi spesimen pada suhu kamar, luas penampang dan kedalaman takiknya. 4. Untuk memulai pengujian, nyalakan mesin alat uji impak dengan cara memindahkan tuas ke posisi 2. 5. Letakkan spesimen pada dudukan sesuai tanda yang telah dibuat, dengan cara menahan pendulum sedikit diatas dudukan menggunakan kunci inggris terlebih dahulu. 6. Pengoperasian uji impak dapat dilakukan menggunakan control manual ataupun menggunakan kontrol otomatis melalui screen. Posisi manual control harus berada pada posisi ON, apapun pilihan pengoperasian yang dipilih. Selanjutnya lakukan langkah sebagai berikut : No 1



Uraian Langkah Naikkan pendulum ke posisi tertinggi



Tombol Manual



Layar



Rising



Sentuh Rise



2 3 4



Melepaskan pin pengaman Ayunkan pendulum Kembalikan pendulum ke posisi



Pin Off Impact Release



Dowell Impact Fall



terendah 5 Ambil patahan spesimen *) Catatan tambahan : i. Dalam menggunakan tombol manual, saat menurunkan pendulum harus ditekan terus hingga ke posisi terendah sampai mengeluarkan suara “klik” baru dapat dilepas, bila tidak maka pendulum akan cenderung untuk kembali ke posisi tertinggi. Dalam penggunaan layar sentuh hal tersebut tidak perlu dilakukan. 7. Amati besarnya nilai yang ditunjukkan oleh 2 indikator besaran energi yang terserap, baik melalui layar ataupun manual (analog). 8. Amati juga bentuk permukaan patahan dengan mengambil gambar permukaan patahan yang terjadi dengan stereo microscope. 9. Ambil spesimen selanjutnya yang sudah dipanaskan dari tungku dan lakukan kembali tahap 5 hingga 8 (ikuti petunjuk asisten). 10. Demikian halnya pada spesimen dengan suhu rendah, melakukan tahap 5 hingga 8 (mengikuti petunjuk asisten).



V.



TUGAS DAN PERTANYAAN 1.Dari data yang diperoleh berikan analisis terhadap kekuatan impak pada temperatur yang berbeda. Jawab : Percobaan dilakukan terhadap baja yang dilakukan pada temperatur kamar,suhu tinggi dan juga suhu rendah . Dari hasil percobaan yang didapatkan terlihat bahwa harga impak berbanding lurus dengan suhu specimen tersebut . Artinya bahwa semakin tinggi suhunya maka semakin tinggi harga impaknya namun , sebaliknya semakin rendah suhunya maka semakin rendah harga impaknya . Harga impak mengindikasikan bahwa semakin rendah harga impaknya maka semakin getas specimen tersebut,begitu pula sebaliknya . Mengapa harga impak dapat berbanding lurus dengan suhu spesimenya . Hal tersebut dikarena semakin rendah suhunya maka kemampuan bergerak atom yang dimiliki oleh specimen tersebut menurun sehingga jika diberikan gaya maka dislokasi specimen tersebut tidak mampu menyerap energy yang besar sehingga dibutuhkan gaya yang lebih kecil untuk mematahkan specimen tersebut, sebaliknya jika specimen tersebut memilki



suhu yang tinggi maka kemampuan bergerak atom meningkat sehingga jika diberikan gaya maka dislokasi specimen tersebut mampu menyerap energy yang besar sehingga dibutuhkan gaya yang lebih besar untuk mematahkan specimen tersebut. 2. Dari data yang diperoleh berikan pula analisis permukaan patahan yang terjadi kaitkan dengan kekuatan impak yang diperoleh. Jawab : Pada pengujian spesimen suhu kamar (21,4ᵒC) tampak terlihat bahwa hasil pathan



dari



specimen



tersebut



permukaan patahanya terlihat kasar menandakan bahwa specimen tersebut sedikit



ulet



sehingga



specimen



tersebut masih mampu sedikitnya menyerap energy yang diberikan oleh pendulum.Serta spesimenya tidak patah menjadi 2 bagian.



Pada pengujian spesimen suhu rendah (18ᵒC) Terlihat hasil patahanya halus menandakan



bahwa



specimen



tersebut getas sehingga specimen tersebut hanya menyerap sedikit energy yang diberikan oleh pendulumnya serta kedalaman patahan yang hampir putus .



Pada pengujian spesimen pada suhu kamar (21,5ᵒC) ini diketahui bentuk patahannya lebih besar daripada kedua spesimen atas . Dikarenakan besar dan permukaan patahan yang lembut, menandakan spesimen ini getas karena tipe kuningan adalah besi fcc yang tidak memiliki temperature transisi sehingga dia lebih getas dibanding baja.



4. Jelaskan mengapa dalam uji impak perlu dibuat takik? Jawab : Takik berpengaruh terhadap uji impak benda . Fungsinya adalah sebagai pusat kosentrasi tegangan gaya yang diterima agar terjadi fracture . Tegangan adalah gaya yang diterima benda per satuan luas benda tersebut .



5. Jelaskan pula ada berapa jenis takik dan mengapa takik V lebih umum digunakan? Jawab : Ada 3 jenis bentuk takik yaitu :



Takik V paling sering digunakan karena pemusatan tegangannya yang paling baik. 7. Jelaskan faktor-faktor yang dapat mempengaruhi kekuatan impak suatu material? Jawab : Karena yang diuji baja maka : 1. Kadar karbon pada material Baja yang memiliki kadar karbon yang redah maka memiliki nilai ketangguhan yang besar . Sebaliknya jika kadar karbonya besar maka dia lebih getas sehingga nilai ketangguhanya rendah. 2. Temperatur operasi bahan Sangat berpengaruh karena semakin tinggi temperaturnya maka semakin ulet sehingga material tersebut memiliki harga impak yang besar . Namun sebaliknya jika suhunya rendah maka specimen semakin getas sehingga harga impaknya kecil. 3. Takik Takik penting karena jika tidak menggunakan takik maka itdak ada konsentrasi tegangan sehingga mempengaruhi nilai impak yang didapatkan. 8. Jelaskan bagaimana cara menentukan kekuatan impak dari polimer? Jawab : Uji Kekuatan impak polimer dengan metode Falling Weight Impact Test 9. Jelaskan bagaimana arah pemotongan spesimen berpengaruh terhadap kekuatan impaknya?



Jawab : Arah rolling serta takik specimen bervariasi yaitu ada longitudinal serta transversal . gelombang transversal adalah arah ujung takik searah dengan arah pengerollan . Sedangkan longitudinal adalah arah takik tegak lurus dengan arah pengerollan.



11. Jelaskan bagaimana cara menentukan temperatur transisi perubahan sifat dari ulet menjadi getas? Jawab :



Dengan (Nilai suhu



menggunakan rumus berikut: saat energi



maksimum – nilai suhu



saat energi yang terserap minimum)



dibagi 2 Ttransisi = (Tmax-Tmin) : 2



VI.



LEMBAR DATA Lembar data sebagai lampiran kerja laporan.



PERHITUNGAN A. Rumus



Impak Energi =



E A



Keterangan : (Joule/mm2) (Joule) (mm2)



1. Impak Energi 2. E = Energi impak mesin 3. A = Luas daerah patahan



B. Contoh perhitungan Spesimen 1 pada suhu kamar (21,4 ᵒC) Impak Energi = C. Tabel Perhitungan



E A



=



terserap



146 J 129,15 mm2



= 1,1304J/mm2



No.Spesimen



Temperatur



Energi (J)



Luas



Harga



Harga Impak



(ᵒC)



Patahan



Impak



Mesin



1



21,4



146



(mm2) 129,15



(J/mm2) 0,01823



(J/mm2) 1,1304



2



-18



15,9



118,73



0,00652



0,1139



3



346



52,2



83,72



0,00198



0,6235



Energi vs Suhu (Ductile to Brittle Temperature) 160 140 120 100 80



ENERGI (JOULE)



60 40 20 0 -50



0



50



100



150



200



SUHU (ᵒC)



ANALISIS



250



300



350



400



ANALISIS Pada pengujian terhadap 3 spesimen yang ada didapati bahwa ada 3 hasil yang berbeda beda hal itu mungkin dikarenakan oleh suhu yang berbeda-beda yang diterapkan ketika melakukan pengujian .umumnya hasil pengujian material adalah ketika semakin rendah suhunya maka kemampuan bergerak atom yang dimiliki oleh specimen tersebut menurun sehingga jika diberikan gaya maka dislokasi specimen tersebut tidak mampu menyerap energy yang besar sehingga dibutuhkan gaya yang lebih kecil untuk mematahkan specimen tersebut, sebaliknya jika specimen tersebut memilki suhu yang tinggi maka kemampuan bergerak atom meningkat sehingga jika diberikan gaya maka dislokasi specimen tersebut mampu menyerap energy yang besar sehingga dibutuhkan gaya yang lebih besar untuk mematahkan specimen tersebut. Namun pada percobaan kali ini pada suhu tinggi terjadi kesalahan yang mungkin dikarenakan adanya kandungan karbon pada baja tersebut sehingga harga impak tersebut kecil,mungkin juga karena kesalahan perhitungan mesin. Pada lembar data yang diperoleh dari pengujian nilai energi pada spesimen suhu tinggi (37ᵒC) didapat energi sebesar 52,2J yang lebih kecil daripada energi pada spesimen suhu kamar ( 21,4ᵒC), penyimpangan nilai ini terjadi karena spesimen yang memiliki suhu tinggi (346ᵒC) telah mengalami perpindahan panas saat dilakukan pemindahan dari tungku ke tempat uji coba, sehingga nilai impaknya semakin berkurang. Karena masih banyak kesalah yang terjadi maka tidak dapat disertakan perhitungan perubahan suhu karena masih kurang akurat.



VII.



SIMPULAN 1. Suhu,jenis takik, dan kadar karbon mempengaruhi harga impak specimen tersebut 2. Dengan uji impak metode charpy kita dapat mengetahui bahwa perbedaan suhu berpengaruh terhadap ulet getasnya specimen tersbut. 3. Jadi dengan mengetahui harga impak kita dapat mengetahui berapa banyak energy yang mampu diserap oleh baja per satuan luas.



VIII.



DAFTAR PUSTAKA Callister, W.D., (2001): Fundamentals of Materials Science and Engineering, John Wiley & Sons, New York. Dieter, G.E., (1988): Mechanical Metallurgy,McGraw Hill Book Co,London. Swallowe, G.M., (1999): Mechanical Properties and Testing of Polymers, Springer, Netherlands. Karakterisasi dan Rekayasa Material,Laboratorium, (2015): Buku Petunjuk Praktikum TME243 Material Teknik, UNIKA, Jakarta.



IX.



LAMPIRAN



Keterangan : Spesimen suhu kamar ( 21,4ᵒC)



Keterangan : Spesimen suhu dingin ( -18ᵒC)



Keterangan : Spesimen suhu tinggi (346ᵒC)



Keterangan : Spesimen kuningan suhu kamar(21,5ᵒC)