Pengetahuan Bahan Teknik [PDF]

Citation preview

PENGETAHUAN BAHAN TEKNIK (RM-1419)



Tensile Test Sifat Mekanik Pengujian Merusak dan Tidak Merusak Uji Tarik Grafik Tegangan - Regangan Sifat Mekanik Daerah Elastis dan Plastis Dosen: Fahmi Mubarok, ST, MSc. Mechanical Engineering ITS- Surabaya @2008



http://www.its.ac.id/personal/material.php?id=fahmi



Sifat Mekanik Sifat Mekanik adalah sifat suatu material yang dikaitkan dengan kemampuan material untuk menahan beban 1. Kekuatan (strength) Strength is the ability of a material to resist deformation under load 2. Elastisitas (elasticity) Elasticity is the ability of a material to return to its original shape after the load is removed 3. Plastisitas (plasticity) Plasticity is the ability of a material to deform permanently under load. 4. Kekakuan (stiffness) Stiffness is the ability of material to resist elastic deformation 5. Keuletan (ductility) Ductility is the ability of a material to stretch, bend, or twist without cracking or breaking Fahmi Mubarok, ST. MSc.



6. Resilien (resilience) Resilience is the ability of a material to absorb energy without being deform plastically 7. Ketangguhan (toughness) Toughness is the ability of a material to absorb energy and deform plastically before rupturing 8. Kekerasan (hardness) Hardness is the ability of a material to resist permanent indentation 9. Kelelahan (fatigue) The characteristic of a material due to which is fail, at much lower stresses than the static stresses, when subjected to cyclic stresses. 10. Mulur (creep) Creep is plastic deformation with time under constant load |Jurusan Teknik Mesin ITS|



1-2



Pengujian Merusak (destructive) Benda yang diuji akan mengalami proses kerusakan baik itu di potong maupun patah, umumnya di lakukan di laboratorium. Uji yang dilakukan adalah uji mekanik Pengujian mekanik adalah suatu proses uji untuk mengetahui sifat mekanik suatu material Jenis Pengujian mekanik: 1. Didasarkan pada beban statik 9 Uji tarik (tensile test) 9 Uji keras (hardness test) 9 Uji bentur (impact test) 9 Uji mulur (creep test) 2. Didasarkan pada beban dinamik 9 Uji lelah (fatigue test) Fahmi Mubarok, ST. MSc.



Tanpa merusak (non destructive) Pengujian dilakukan tanpa merusak benda uji, lebih banyak langsung dilakukan dilapangan daripada di laboratorium. Non Destructive Test adalah suatu proses uji untuk mengetahui sifat suatu material tanpa merusak benda uji Pengujian yang dilakukan adalah NDT meliputi: Visual test Ultrasonic test Liquid Penetran test Magnetic Particle test Radiograph test Eddy Current test Acoustic Emission test Thermal infrared test |Jurusan Teknik Mesin ITS|



1-3



Uji Tarik Tujuan : Mengetahuai sifat material terhadap beban tarik Prinsip kerja : 1. Benda uji ditarik dengan gaya dan kecepatan tertentu (relatif lambat) 2. Gaya tarik yang bekerja dan besarnya pertambahan panjang benda uji yang terjadi dicatat oleh mesin 3. Penarikan dilakukan sampai benda putus



Fahmi Mubarok, ST. MSc.



Benda Uji



Mesin Tarik :



|Jurusan Teknik Mesin ITS|



1-4



(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.



Tipe-tipe grafik uji tarik



Tensile stress-strain curves for different materials. Note that these are qualitative Fahmi Mubarok, ST. MSc.



|Jurusan Teknik Mesin ITS|



1-5



Uji tarik / tension test Data yang diperoleh dari uji tarik



Pengolahan hasil uji tarik



1. Data yang diperoleh dengan pengukuran tangan: - Diameter spesimen Luas daerah : Ao - Panjang awal spesimen (l0) 2. Data yang diperoleh dari mesin uji tarik : - Gaya yang bekerja (Load cell) : P - Regangan yang terjadi (Extensometer) : ε - Grafik F - Δl 3. Maka diperoleh tegangan-regangan teknik : σ = P/Ao Kurva Tegangan-regangan



Kurva P- Δℓ



ε



Definisi :



- Tegangan (stress) intensitas gaya persatuan luas - Regangan (strain) deformasi (perubahan bentuk) akibat tegangan yang bekerja



σ=



P Ao



ε=



Δl lo



Kurva σ - ε



Analisa hasil uji tarik 1. Melihat diagram hasil uji tarik 2. Melihat spesimen setelah proses uji tarik 3. Terhadap spesimen selama penarikan (fenomena apa yang terjadi?) Fahmi Mubarok, ST. MSc.



|Jurusan Teknik Mesin ITS|



1-6



Uji tarik / tension test



Fahmi Mubarok, ST. MSc.



|Jurusan Teknik Mesin ITS|



1-7



Uji tarik / tension test



Gambar a) menunjukan benda uji tarik sebelum dan sesudah patah Gambar b) menunjukkan tahapan dari perpanjangan yang terjadi pada spesimen sampai patah Fahmi Mubarok, ST. MSc.



|Jurusan Teknik Mesin ITS|



1-8



Grafik Tegangan – Regangan Teknik



Fahmi Mubarok, ST. MSc.



|Jurusan Teknik Mesin ITS|



1-9



Grafik Uji Tarik



Fahmi Mubarok, ST. MSc.



|Jurusan Teknik Mesin ITS| 1 - 10



Sifat Mekanik Daerah Elastis Kekuatan Elastik



a)



Definisi : Kemampuan material untuk menerima beban atau tegangan tanpa mengakibatkan terjadinya deformasi plastik Dinyatakan : – Yield point (σY) atau – Titik offset yaitu 0.2% sejajar garis elstis b) Kegunaan : Kekuatan elastik ini penting sekali dalam perancangan karena tegangan yang bekerja tidak boleh melebih yield point dari bahan supaya tidak terjadi deformasi plastik



(a) Determining the 0.2% offset yield strength in gray cast ion (b) upper and lower yield point behavior in a low-carbon steel Fahmi Mubarok, ST. MSc.



|Jurusan Teknik Mesin ITS| 1 - 11



Sifat Mekanik Daerah Elastis Kekakuan Definisi : Kemampuan material untuk mempertahankan bentuknya terhadap deformasi elastis



Modulus Elastisitas (Modulus Young’s)



Poisson Ratio



E=



Δσ Δε



Δd εy d Δd l0 ν =− =− 0 =− . Δl εx Δl d 0 l0



Dinyatakan : – Modulus elastis (E) atau Poisson’s ratio (υ)



Kegunaan : Misalnya untuk mesin perkakas, bila rancang bangunnya kurang kaku maka akan mengakibatkan proses permesinan yang dikerjakan mesin tersebut kurang akurat



Fahmi Mubarok, ST. MSc.



|Jurusan Teknik Mesin ITS| 1 - 12



Sifat Mekanik Daerah Elastis Resilien



Modulus Resilience



Definisi : Kemampuan material untuk menyerap energi tanpa mengakibatkan terjadinya deformasi plastik Dinyatakan : Modulus Resilience (UR) Kegunaan : Resilien sangat penting untuk bagian-bagian yang harus menerima tegangan dan sekaligus juga regangan elastik yang besar, misalnya pegas alat transport, ia harus menerima beban atau tegangan dan juga harus mampu berdeformasi secara elastik cukup banyak



Fahmi Mubarok, ST. MSc.



UR = Bila σul



σ y2



1 σ y .ε y = 2 2E UR



|Jurusan Teknik Mesin ITS| 1 - 13



Example



* Callister, 7ed, 2007 John Wiley & Sons, Inc.



Fahmi Mubarok, ST. MSc.



|Jurusan Teknik Mesin ITS| 1 - 14



Sifat Mekanik Daerah Plastik Kekuatan Tarik Definisi : Kemampuan material untuk menerima beban atau tegangan tanpa mengakibatkan terjadinya putus Dinyatakan : Tensile Strength (σU) Kegunaan : Kekuatan tarik ini sering dianggap data terpenting yang diperoleh dari hasil pengujian tarik, karena perhitunganperhitungan kekuatan dihitung atas dasar kekuatan tarik ini



Fahmi Mubarok, ST. MSc.



Tegangan teknik



Regangan teknik



P σt = Ao



Δl l − l o e= = lo lo



|Jurusan Teknik Mesin ITS| 1 - 15



Sifat Mekanik Daerah Plastik Keuletan Definisi : Kemampuan material untuk dideformasi tanpa mengakibatkan terjadinya retak ataupun patah



Persen pengurangan panjang



Persen pengurangan luas penampang



Dinyatakan : 1. Persen pengurangan panjang (е) 2. Persen pengurangan luas penampang (ψ) Kegunaan : – Penting dalam menentukan besarnya deformasi yang akan dilakukan pada proses rolling, extruding, forging, drawing dll – Kerusakan pada meterial dengan keulutan tinggi didahului oleh deformasi, sehingga jika dijumpai deformasi maka dapat diambil tindakan untuk mencegah kerusakan lebih lanjut Fahmi Mubarok, ST. MSc.



|Jurusan Teknik Mesin ITS| 1 - 16



Sifat Mekanik Daerah Plastik Ketangguhan Definisi : Kemampuan material untuk menyerap energi dan berdeformasi plastik tanpa menjadi patah Dinyatakan : Modulus Ketangguhan (UT)



Ketangguhan - Untuk bahan ulet (ductile)



U T = σ U .ε



f



UT =



ε f .(σ u + σ y ) 2



- Untuk bahan getas (brittle)



2 U T = σ U .ε f 3



Kegunaan : Komponen mesin seperti kopling, roda gigi, rantai sering mengalami kenaikan tegangan sesaat hingga di atas yield pointnya, untuk itu diperlukan bahan yang memiliki ketangguhan cukup tinggi



Fahmi Mubarok, ST. MSc.



|Jurusan Teknik Mesin ITS| 1 - 17



Perbandingan Grafik Tegangan – Regangan Teknik



Fahmi Mubarok, ST. MSc.



|Jurusan Teknik Mesin ITS| 1 - 18



Tugas 2



Note: - Tugas dikumpulkan minggu depan sebelum perkuliahan dimulai - Tugas dikerjakan di kertas A4 Fahmi Mubarok, ST. MSc.



|Jurusan Teknik Mesin ITS| 1 - 19



PENGETAHUAN BAHAN TEKNIK (RM-1419)



MINGGU III



TENSILE TEST Dosen: Fahmi Mubarok, ST, MSc. Mechanical Engineering ITS- Surabaya @2008



Tugas 3. Tensile Testing of Aluminum Alloy Convert the change in length data in Table 6-1 to engineering stress and strain and plot a stress-strain curve.



Calculate the elastic properties (E, v, σy, UR) and plastic properties (σu, %EL, UT) of this material Fahmi Mubarok, ST. MSc.



|Jurusan Teknik Mesin ITS| 1 - 21



Design of an Aluminum Suspension Rod An aluminum rod is to withstand an applied force of 45,000 pounds. To assure a sufficient safety, the maximum allowable stress on the rod is limited to 25,000 psi. The rod must be at least 150 in. long but must deform elastically no more than 0.25 in. when the force is applied. Design an appropriate rod. (Use stress-strain graph in previous exercise to determine the stress at any point of strain



Fahmi Mubarok, ST. MSc.



|Jurusan Teknik Mesin ITS| 1 - 22



Tensile Testing of Aluminum Alloy Convert the change in length data in Table 6-1 to engineering stress and strain and plot a stress-strain curve.



Calculate the elastic properties (E, v, σy, UR) and plastic properties (σu, %EL, UT) of this material Fahmi Mubarok, ST. MSc.



|Jurusan Teknik Mesin ITS| 1 - 23



Answer



(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.



Figure 6.10 The stress-strain curve for an aluminum alloy from Table 6-1



Fahmi Mubarok, ST. MSc.



|Jurusan Teknik Mesin ITS| 1 - 24



Answer: Design of an Aluminum Suspension Rod



The maximum allowable elastic deformation is 0.25 in. From the definition of Engineering strain



Δl 0.25 ε= = l0 l0



From Stress-Strain Curve 6.10, the strain that expected for a stress of 25,000 psi is 0.0025 in/in. If we use the cross sectional area determined previously. The maximum length of rod should be:



0.0025 =



Fahmi Mubarok, ST. MSc.



Δl 0.25 0.25 = l0 = = 100in l0 l0 0.0025



|Jurusan Teknik Mesin ITS| 1 - 25