MAKALAH Creep Test [PDF]

Citation preview

MAKALAH CREEP TEST Disusun untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah : Pengujian Bahan dan Metrologi Dosen Pengampu : Ir AGUS DARMAWAN, M.T



Oleh : Akhmad rifai raden 20190110004



JURUSAN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS NUSA PUTRA SUKABUMI



i



Kata Pengantar Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga saya dapat menyelesaikan tugas makalah yang berjudul CREEP TEST ini tepat pada waktunya. Adapun tujuan dari penulisan dari makalah ini adalah untuk memenuhi tugas ir.Agus Darmawan, M.T pada Pengujian Bahan dan Metrologi. Selain itu, makalah ini juga bertujuan untuk



menambah wawasan tentang Pengujian Bahan & Metrologi bagi para pembaca dan juga bagi penulis. Saya mengucapkan terima kasih kepada Bapa ir.Agus Darmawan, M.T, selaku Dosen Pengujian Bahan & Metrologi yang telah memberikan tugas ini sehingga dapat menambah pengetahuan dan wawasan sesuai dengan bidang studi yang saya tekuni. Saya juga mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membagi sebagian pengetahuannya sehingga saya dapat menyelesaikan makalah ini. Saya menyadari, makalah yang saya tulis ini masih jauh dari kata sempurna. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun akan saya nantikan demi kesempurnaan makalah ini. Sukabumi,



Oktober 2020



Penulis



i



DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ......................................................................................................................................ii DAFTAR ISI ...................................................................................................................................................iii BAB I PENDAHULUAN ................................................................................................................................... 1 A.



Latar Belakanng................................................................................................................................. 1



B.



Rumusan Masalah ............................................................................................................................. 1



C.



Tujuan ............................................................................................................................................... 1



BAB II PEMBAHASAN................................................................................................................................ 2 A.



Sifat Mekanis Logam ........................................................................................................................ 2



B.



Pengertian Creep Test ...................................................................................................................... 3



C.



Kurva Mulur ...................................................................................................................................... 3



D.



Perubahan Struktur Selama Mulur .................................................................................................. 6



E.



Mekanisme Deformasi Mulur .......................................................................................................... 7 1.



Pergelinciran Dislokasi .................................................................................................................. 8



2.



Mulur Dislokasi.............................................................................................................................. 8



3.



Mulur Difusi................................................................................................................................... 9



4.



Pergelinciran Batas-Butir ............................................................................................................ 10



BAB III PENUTUP ......................................................................................................................................... 11 A.



Kesimpulan...................................................................................................................................... 11



B.



Saran ............................................................................................................................................... 11



DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................................................................... 12



ii



BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakanng Ilmu logam adalah ilmu mengenai bahan-bahan logam dimana ilmu ini Perkembang 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. Rumusan Masalah 1. Bagaimana sifat mekanis logam? 2. Apa yang dimaksud dengan uji creep?



C. Tujuan 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. Diantaranya uji creep, uji creep merupakan kecenderungan suatu logam untuk mengalami deformasi plastis yang besarnya merupakan fungsi waktu pada saat menerima beban yang besarnya relatif besar.



1



BAB II PEMBAHASAN A. Sifat Mekanis Logam Sifat mekanik suatu bahan adalah kemampuan bahan untuk menahan beban-beban yang dikenakan kepadanya. Dimana beban-beban tersebut dapat berupa beban tarik, tekan, bengkok, geser, puntir,atau beban kombinasi.beberapa sifat mekanis logam antara lain: 1. Kekuatan (strenght) Menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa menyebabkan bahan tersebut menjadi patah. 2. Kekerasan (hardness) Dapat didefinisikan sebagai kemampuan bahan untuk tahan terhadap goresan , pengikisan (abrasi), penetrasi. Sifat ini berkaitan erat dengan sifat keausan (wear resistance). 3. Kekenyalan (elasticity) Menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk yang permanen setelah tegangan dihilangkan. 4. Kekakuan (stiffness) menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan / beban tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk (deformasi) atau defleksi. 5.



Plastisitas (plasticity) Menyatakan kemampuan bahan untuk mengalami sejumlah deformasi plastis (yang permanen) tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan. Sifat ini sangat diperlukan bagi bahan yang akan diproses dengan berbagai proses pembentukan seperti, forging, rolling, 2



extruding dan sebagainya. Sifat ini sering juga disebut sebagai keuletan atau kekenyalan (ductility). Bahan yang mampu mengalami deformasi plastis yang cukup tinggi dikatakan sebagai bahan yang mempunyai keuletan atau kekenyalan tinggi, dimana bahan tersebut dikatakan ulet atau kenyal (ductile)



B. Pengertian Creep Test Definisi creep adalah aliran plastis yang dialami material pada tegangan tetap. Meskipun sebagian besar pengujian dilakukan dengan kondisi beban tetap,



tersedia



peralatan



yang



mampu



mengurangi



pembebanan



selama



pengujian sebagai kompensasi terhadap pengurangan penampang benda uji. Pada temperatur relatif tinggi, creep terhadi pada semua level tegangan, tetapi pada temperatur tertentu laju creep bertambah dengan meningkatnya tegangan. Pengukuran dimensi memerlukan kehati-hatian, karena dengan peningkatan temperatur beberapa per sepuluh derajat sudah terjadi penggandaan laju creep. Kurva a pada Gambar 1 menampilkan karakteristik kurva creep dan setelah regangan seketika akibat



pembebanan



tiba-tiba, proses



creep dapat



dibagi



menjadi tiga tahapan, yaitu creep primer atau creep transien, creep sekunder atau creep keadaan-stasioner dan creep tersier atau creep dipercepat.



C. Kurva Mulur Untuk menentukan kurva mulur rekayasa suatu logam, maka pada benda tarik dikenakan beban tetap sedang suhu benda uji dijaga tetap, regangan 3



(perpanjangan) yang



terjadi ditentukan sebagai fungsi waktu. Waktu yang



diperlukan dapat berbulan-bulan, bahkan beberapa pengujian memerlukan waktu lebih dari 10 tahun. Kurva A pada Gambar 2 merupakan bentuk kurva mulur ideal. Kemiringan pada kurva



(d/dt



atau



)



tersebut



dinyatakan



sebagai



laju



mulur.



Mula-mula



1 benda uji mengalami perpanjangan sangat cepat, 0, kemudian laju mulur akan turun terhadap waktu hingga mencapai keadaan hampir seimbang, dimana laju mulurnya Dalam



mengalami



melakukan



uji



perubahan mulur



rekayasa,



yang



kecil



biasanya



beban



terhadap uji



waktu.



dipertahankan



konstan. Jadi sejalan dengan memanjangnya benda uji serta mengecilnya luas penampang lintang, maka tegangan sesumbu (uniaxial) bertambah besar.



Gambar 2. Kurva mulur tipikal yang menggambarkan 3 tahapan mulur. Kurva A, uji beban tetap, kurva B uji tegangan tetap Andrade



menyatakan



bahwa



kurva



mulur



tegangan



tetap



merupakan



superposisi dua buah proses mulur yang berbeda yang terjadi setelah regangan mendadak yang dihasilkan oleh beban yang dikenakan. Komponen pertama kurva mulur adalah kurva transien, dimana laju mulurnya turun terhadap



4



waktu. Komponen yang kedua adalah mulur viskos dengan laju mulur tetap. Andrade mengajukan suatu persamaan empiris untuk menyatakan kurva mulur:  = 0 (1 + t1/3) e(kt)



(1)



dimana  adalah regangan selama waktu t dan  serta k merupakan konstanta. Mulur transien yang dinyatakan oleh  dan persamaan (1) akan mempunyai harga sama bila k = 0. Konstanta k menggambarkan perpanjangan tiap satuan panjang yang terjadi pada laju tetap. Suatu persamaan yang lebih sesuai dibandingkan



persamaan



Andrade,



walaupun



pengujiannya



dilakukan



pada



jumlah bahan yang terbatas, dikemukakan oleh Garafalo.  = 0 + t (1 – e – rt) + st



(2)



dimana 0 = regangan yang terjadi segera setelah pembebanan t = batas mulur transien r



=



perbandingan



antara



laju



mulur



transien



terhadap



tegangan



yang



regangan



mulur



transien s = laju mulur keadaan tunak (steady-state)



Gambar



3



memperlihatkan



efek



dikenakan



terhadap



kurva mulur pada suhu tetap. Jelas kelihatan bahwa kurva mulur dengan 3 tahap dengan jelas pada kombinasi tegangan dan suhu tertentu saja. Sekumpulan kurva yang serupa didapatkan untuk mulur pada tegangan tetap dan suhu yang berbeda. Makin besar suhu, makin besar pula laju mulurnya.



5



parameter rancangan yang paling penting yang dijabarkan dari kurva mulur adalah laju mulur minimum. Biasanya digunakan 2 buah standar, yakni: (1) tegangan untuk menghasilkan laju mulur 0,0001 persen tiap jam atau 1 % tiap 10.000 jam; atau (2) tegangan untuk menghasilkan laju, mulur 0,00001 persen tiap jam atau 1 % tiap 100.000 jam (kira-kira 11 ½ tahun). Kriteria yang pertama cocok untuk paduan yang digunakan pada mesin jet, sedangkan kriteria yang kedua digunakan bagi bahan untuk turbin-turbin uap dan peralatan yang sejenis.



D. Perubahan Struktur Selama Mulur Jika gradien kurva mulur (Gambar 2) dipetakan terhadap regangan, akan diperoleh kurva yang menghubungkan laju mulur terhadap regangan total (Gambar 4). Kurva ini secara dramatis menggambarkan perubahan laju mulur besar yang terjadi selama uji mulur. Karena tegangan dan suhu tetap, maka variasi laju mulur tersebut ditimbulkan oleh perubahan struktur internal bahan dengan adanya regangan mulur dan waktu.



6



Logam-logam yang berada pada suhu tinggi mengalami sejumlah proses deformasi sekunder. Proses ini terdiri atas pergelinciran ganda, pembentukan pita gelincir yang sangat kasar, pita-pita tertekuk, pembentukan lipatan pada batas-batas butir, dan migrasi batas butir.



E. Mekanisme Deformasi Mulur Mekanisme



deformasi



mulur



utama



dapat



dikelompokkan



sebagai



berikut: 



Pergelinciran slip



dan



dislokasi



melintasi



–



mencakup



hambatan



oleh



pergerakan aktivasi



dislokasi



termal.



sepanjang



Mekanisme



ini



bidang terjadi



pada tegangan tinggi, /G > 10-2. 



Mulur



dislokasi



–



mencakup



pergerakan



dislokasi



yang



dapat



melampaui



habatan oleh mekanisme termal meliputi difusi kekosongan atau interstisi. Terjadi pada 10-4 < /G < 10-2. 



Mulur difusi – mencakup aliran kekosongan dan interstisi melalui kristal di bawah pengaruh tegangan luar. Terjadi pada /G < 10-4. Mulur NabarroHerring dan Mulur Coble termasuk dalam kelompok ini.



7







Gelincir batas butir – mencakup pergelinciran dari butir yang satu terhadap butir lainnya. Seringkali, lebih dari satu mekanisme bekerja pada waktu yang bersamaan. Bila beberapa mekanisme beroperasi secara paralel, yaitu mereka tidak tergantung satu dengan lainnya, maka laju mulur tunak (steady state) adalah:



Dimana  i  adalah laju mulur untuk mekanisme i. Bila mekanisme beroperasi secara paralel, maka mekanisme tercepat akan mendominasi perilaku mulur. Bila beberapa mekanisme beroperasi secara seri, maka mekanisme tersebut beroperasi secara berurutan,



dan mekanisme yang paling lambat akan mengendalikan deformasi mulur. 1. Pergelinciran Dislokasi Mekanisme pergelinciran



dislokasi



bekerja



pada



level



tegangan



yang



relatif tinggi untuk deformasi mulur biasa. Laju mulur ditentukan oleh kecepatan gerak dislokasi melampaui rintangan seperti endapan, atom larut dan dislokasi lainnya.



2. Mulur Dislokasi Mulur dislokasi terjadi akibat pergelinciran dislokasi yang terjadi akibat pengaruh difusi kekosongan. Kerangka dasar berbagai teori dicetuskan oleh Orawan dan Bailey yang menyatakan bahwa laju mulur tunak mencerminkan antara faktor yang saling bersaingan yaitu: lau pergeseran regangan h = / dan laju pemulihan termal hasil pengaturan kembali dan peniadaan dislokasi, r =



8



-/t. Keadaan tunak tercapai bila laju pemulihan cukup besar dan laju pergeseran regang cukup rendah sehingga tercapai keseimbangan antara kedua faktor ini.



Model fisis untuk mulur dislokasi harus dapat menentukan h dan r. Mekanisme yang



dikemukakan



oleh



Gituus



memberikan



hasil



yang



sesuai



dengan



percobaan. Gagasannya didasarkan pada model pergerakan dislokasi oleh pengaruh tegangan dan difusi dalam jaringan tiga dimensi (substruktur).



3. Mulur Difusi Pada suhu tinggi dan tegangan yang relatif rendah, /G < 10-4 mulur difusi merupakan mekanisme pengendali. Nabarro dan Herring mengemukakan bahwa proses mulur dikendalikan oleh difusi atom yang digerakkan oleh tegangan. Tegangan mengubah potensial kimia atom pada permukaan butir dalam polikristal sedemikian sehingga ada aliran kekosongan ( vacancies) dari batas butir yang mengalami tegangan tarik ke batas butir yang mengalami tekanan. Bersamaan dengan itu terjadi aliran atom dalam arah yang berlawanan,



9



yang menyebabkan terjadinya perpanjangan butir. Persamaan mulur NabarroHerring adalah:



dimana d adalah diameter butiran dan Dv adalah koefisien difusi kisi. Kita lihat bahwa laju mulur berkurang dengan bertambahnya besar butir. Pada suhu yang lebih rendah, difusi batas butir memegang peran utama. Mulur jenis Cobble dinyatakan oleh persamaan berikut:



4. Pergelinciran Batas-Butir Meskipun pergelinciran terhadap



mulur



tunak,



batas-butir



pergelinciran



tidak



batas-butir



begitu penting



besar



pengaruhnya



memegang



peran



penting dalam tahap awal kepatahan intergranular. Namun telah dibuktikan bahwa pergelinciran batas-butir harus ada untuk mempertahankan kemuluran butir selama mekanisme alir difusi.



10



BAB III PENUTUP A. Kesimpulan Sifat mekanik suatu bahan adalah kemampuan bahan untuk menahan beban-beban yang dikenakan kepadanya. Beberapa sifat logam diantaranya : Kekuatan (strenght), Plastisitas (plasticity), Kekenyalan (elasticity), Kekakuan (stiffness), Kekerasan (hardness). Creep (mulur) adalah deformasi (perubahan bentuk) permanen material fungsi terhadap waktu jika material tsb diberikan beban (tegangan) konstan pada temperatur tinggi (> 0.4*Temperatur Lelehan (K) mekanisme Creep diawali dengan adanya sliding (pergeseran) diantara butir-butir logam dan terjadi permanent deformasi (pengecilan penampang) selanjutnya patah Untuk diagram rate pada creep biasanya bentuk kurva mulur ideal



B. Saran 1. Mahasiswa harus lebih mementingkan kolaborasi dalam melaksanakan pembelajaran. 2.



Mahasiswa harus lebih rajin mencari referensi yang lebih luas



11



DAFTAR PUSTAKA George E. Dieter, 1992, Metalurgi Mekanik, Jilid 2, Jakarta: Erlangga. Gere, Timoshenko, 1996, Mekanik Bahan, Jilid 2, Jakarta: Erlangga. M.J. Smith, 1985, Bahan Konstruksi dan Struktur Teknik, Jakarta: Erlangga. Popov, E.P., 1996, Mekanika Bahan, Edisi 2, Erlangga, Jakarta.



12