Laporan
Praktikum
LAPORAN PRAKTIKUM
KEKUATAN BAHAN
Disusun oleh :
1. KHAIRUL AZIAL NIM:
1305106010026
2. ARTIKA SARI DEWI NIM:
13051060100
LABORATORIUM KONTRUKSI DAN
BAHAN BANGUNAN
FAKULTAS TEKNIK
UNVERSITAS SYIAH KUALA
2015
Lembar Penilaian
KATA PENGANTAR
DAFTAR ISI
BAB
I. PENDAHULUAN
Suatu logam mempunyai sifat-sifat tertentu yang
dibedakan atas sifat fisik, mekanik, thermal, dan korosif. Salah
satu yang penting dari sifat tersebut adalah sifat mekanik. Sifat mekanik
terdiri dari keuletan, kekerasan, kekuatan, dan ketangguhan. Sifat mekanik
merupakan salah satu acuan untuk melakukan proses selanjutnya terhadap suatu
material, contohnya untuk dibentuk dan dilakukan proses permesinan. Untuk
mengetahui sifat mekanik pada suatu logam harus dilakukan pengujian terhadap
logam tersebut. Salah satu pengujian yang dilakukan adalah pengujian tarik.
Dalam pembuatan suatu konstruksi diperlukan
material dengan spesifikasi dan sifat-sifat yang khusus pada setiap bagiannya.
Sebagai contoh dalam pembuatan konstruksi sebuah jembatan. Diperlukan material
yang kuat untuk menerima beban diatasnya. Material juga harus elastis agar pada
saat terjadi pembebanan standar atau berlebih tidak patah. Salah satu contoh
material yang sekarang banyak digunakan pada konstruksi bangunan atau umum
adalah logam.
Meskipun dalam proses pembuatannya telah
diprediksikan sifat mekanik dari logam tersebut, kita perlu benar-benar
mengetahui nilai mutlak dan akurat dari sifat mekanik logam tersebut. Oleh
karena itu, sekarang ini banyak dilakukan pengujian-pengujian terhadap sampel
dari material.
Pengujian ini dimaksudkan agar kita dapat
mengetahui besar sifat mekanik dari material, sehingga dapat dlihat kelebihan
dan kekurangannya. Material yang mempunyai sifat mekanik lebih baik dapat
memperbaiki sifat mekanik dari material dengan sifat yang kurang baik dengan
cara alloying. Hal ini dilakukan sesuai kebutuhan konstruksi dan
pesanan.
Uji tarik adalah suatu metode yang digunakan untuk
menguji kekuatan suatu bahan/material dengan cara memberikan beban gaya yang
sesumbu. Hasil yang didapatkan dari pengujian tarik sangat penting untuk
rekayasa teknik dan desain produk karena mengahsilkan data kekuatan material.
Pengujian uji tarik digunakan untuk mengukur ketahanan suatu material terhadap
gaya statis yang diberikan secara lambat.Salah satu cara untuk
mengetahui besaran sifat mekanik dari logam adalah dengan uji tarik. Sifat
mekanik yang dapat diketahui adalah kekuatan dan elastisitas dari logam
tersebut. Uji tarik banyak dilakukan untuk melengkapi informasi rancangan dasar
kekuatan suatu bahan dan sebagai data pendukung bagi spesifikasi bahan. Nilai
kekuatan dan elastisitas dari material uji dapat dilihat dari kurva uji tarik.
Pengujian tarik ini dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat mekanis suatu
material, khususnya logam diantara sifat-sifat mekanis yang dapat diketahui
dari hasil pengujian tarik adalah sebagai berikut:
1.
Kekuatan tarik
2.
Kuat luluh dari
material
3.
Keuletan dari
material
4.
Modulus elastic dari material
5.
Kelentingan
dari suatu material
6.
Ketangguhan.
Pengujian tarik banyak dilakukan untuk melengkapi
informasi rancangan dasar kekuatan suatu bahan dan sebagai data pendukung bagi
spesifikasi bahan. Karena dengan pengujian tarik dapat diukur ketahanan suatu
material terhadap gaya statis yang diberikan secara perlahan. Pengujian tarik
ini merupakan salah satu pengujian yang penting untuk dilakukan, karena dengan
pengujian ini dapat memberikan berbagai informasi mengenai sifat-sifat logam.
Dalam bidang industri diperlukan pengujian tarik
ini untuk mempertimbangkan faktor metalurgi dan faktor mekanis yang tercakup
dalam proses perlakuan terhadap logam jadi, untuk memenuhi proses selanjutnya.
Oleh karena pentingnya pengujian tarik ini, kita sebagai mahasiswa
metalurgi hendaknya mengetahui mengenai pengujian ini. Dengan adanya kurva
tegangan regangan kita dapat mengetahui kekuatan tarik, kekuatan luluh,
keuletan, modulus elastisitas, ketangguhan, dan lain-lain. Pada pegujian tarik
ini kita juga harus mengetahui dampak pengujian terhadap sifat mekanis
dan fisik suatu logam. Dengan mengetahui parameter-parameter tersebut maka kita
dapat data dasar mengenai kekuatan suatu bahan atau logam.
BAB
II. TINJAUAN KEPUSTAKAAN
2.1 Dasar Pengujian Logam
Uji tarik adalah suatu metode
yang digunakan untuk menguji kekuatan suatu bahan/material dengan cara
memberikan beban gaya yang sesumbu [Askeland, 1985]. Hasil yang didapatkan dari
pengujian tarik sangat penting untuk rekayasa teknik dan desain produk karena
mengahsilkan data kekuatan material. Pengujian uji tarik digunakan untuk
mengukur ketahanan suatu material terhadap gaya statis yang diberikan secara
lambat.
Gambar 1. Mesin
uji tarik dilengkapi spesimen ukuran standar.
Seperti pada
gambar 1 benda yang di uji tarik diberi pembebanan pada kedua arah sumbunya.
Pemberian beban pada kedua arah sumbunya diberi beban yang sama besarnya.
Pengujian tarik adalah dasar dari pengujian mekanik yang dipergunakan pada
material. Dimana spesimen uji yang telah distandarisasi, dilakukan
pembebanan uniaxial sehingga spesimen uji mengalami peregangan
dan bertambah panjang hingga akhirnya patah. Pengujian tarik relatif sederhana,
murah dan sangat terstandarisasi dibanding pengujian lain. Hal-hal yang perlu
diperhatikan agar penguijian menghasilkan nilai yang valid adalah; bentuk dan
dimensi spesimen uji, pemilihan grips dan lain-lain.
1.
Bentuk dan
Dimensi Spesimen uji
Spesimen uji
harus memenuhi standar dan spesifikasi dari ASTM E8 atau D638. Bentuk dari
spesimen penting karena kita harus menghindari terjadinya patah atau retak pada
daerah grip atau yang lainnya. Jadi standarisasi dari bentuk spesimen uji
dimaksudkan agar retak dan patahan terjadi di daerah gage length.
2.
Grip and Face
Selection
Face dan grip adalah
faktor penting. Dengan pemilihan setting yang tidak tepat,
spesimen uji akan terjadi slip atau bahkan pecah dalam daerah grip (jaw
break). Ini akan menghasilkan hasil yang tidak valid. Face harus
selalu tertutupi di seluruh permukaan yang kontak dengan grip. Agar
spesimen uji tidak bergesekan langsung dengan face.
Beban yang
diberikan pada bahan yang di uji ditransmisikan pada pegangan bahan yang di
uji. Dimensi dan ukuran pada benda uji disesuaikan dengan estándar baku
pengujian.
Gambar 2. Dimensi dan ukuran spesimen untuk uji tarik
Kurva tegangan-regangan
teknik dibuat dari hasil pengujian yang didapatkan.
Gambar
3. Contoh kurva uji tarik
Tegangan yang
digunakan pada kurva adalah tegangan membujur rata-rata dari pengujian tarik.
Tegangan teknik tersebut diperoleh dengan cara membagi beban yang diberikan
dibagi dengan luas awal penampang benda uji. Dituliskan seperti dalam persamaan
2.1 berikut:
s= P/A0
Keterangan ; s :
besarnya tegangan (kg/mm2)
P : beban yang diberikan (kg)
A0 : Luas penampang awal benda uji (mm2)
Regangan yang
digunakan untuk kurva tegangan-regangan teknik adalah regangan linier
rata-rata, yang diperoleh dengan cara membagi perpanjangan yang dihasilkan
setelah pengujian dilakukan dengan panjang awal. Dituliskan seperti dalam
persamaan 2.2 berikut.
Keterangan ; e : Besar regangan
L : Panjang benda uji
setelah pengujian (mm)
Lo : Panjang awal benda uji (mm)
Bentuk dan besaran pada kurva tegangan-regangan suatu
logam tergantung pada komposisi, perlakuan panas, deformasi plastik, laju
regangan, temperatur dan keadaan tegangan yang menentukan selama pengujian.
Parameter-parameter yang digunakan untuk menggambarkan kurva tegangan-regangan
logam adalah kekuatan tarik, kekuatan luluh atau titik luluh, persen
perpanjangan dan pengurangan luas. Dan parameter pertama adalah parameter
kekuatan, sedangkan dua yang terakhir menyatakan keuletan bahan.
Bentuk kurva tegangan-regangan pada daerah elastis tegangan berbanding
lurus terhadap regangan. Deformasi tidak berubah pada pembebanan, daerah
remangan yang tidak menimbulkan deformasi apabila beban dihilangkan disebut
daerah elastis. Apabila beban melampaui nilai yang berkaitan dengan kekuatan
luluh, benda mengalami deformasi plastis bruto. Deformasi pada daerah ini
bersifat permanen, meskipun bebannya dihilangkan. Tegangan yang dibutuhkan
untuk menghasilkan deformasi plastis akan bertambah besar dengan bertambahnya
regangan plastik.
Pada tegangan
dan regangan yang dihasilkan, dapat diketahui nilai modulus elastisitas.
Persamaannya dituliskan dalam persamaan
Keterangan ;
E : Besar modulus elastisitas (kg/mm2),
e : regangan
σ : Tegangan (kg/mm2)
Pada mulanya pengerasan regang lebih besar dari yang dibutuhkan untuk
mengimbangi penurunan luas penampang lintang benda uji dan tegangan teknik
(sebanding dengan beban F) yang bertambah terus, dengan
bertambahnya regangan. Akhirnya dicapai suatu titik di mana pengurangan luas
penampang lintang lebih besar dibandingkan pertambahan deformasi beban yang
diakibatkan oleh pengerasan regang. Keadaan ini untuk pertama kalinya dicapai
pada suatu titik dalam benda uji yang sedikit lebih lemah dibandingkan dengan
keadaan tanpa beban. Seluruh deformasi plastis berikutnya terpusat pada daerah
tersebut dan benda uji mulai mengalami penyempitan secara lokal. Karena
penurunan luas penampang lintang lebih cepat daripada pertambahan deformasi
akibat pengerasan regang, beban sebenarnya yang diperlukan untuk mengubah
bentuk benda uji akan berkurang dan demikian juga tegangan teknik pada
persamaan (1) akan berkurang hingga terjadi patah.
Dari kurva uji
tarik yang diperoleh dari hasil pengujian akan didapatkan beberapa sifat
mekanik yang dimiliki oleh benda uji, sifat-sifat tersebut antara lain [Dieter,
1993]:
1.
Kekuatan tarik
2.
Kuat luluh dari
material
3.
Keuletan dari
material
4.
Modulus elastic dari material
5.
Kelentingan
dari suatu material
6.
Ketangguhan.
2.2 Kekuatan Tarik
Kekuatan yang biasanya ditentukan dari suatu hasil pengujian tarik adalah
kuat luluh (Yield Strength) dan kuat tarik (Ultimate Tensile Strength).
Kekuatan tarik atau kekuatan tarik maksimum (Ultimate Tensile Strength /
UTS), adalah beban maksimum dibagi luas penampang lintang awal benda uji.
di mana, Su =
Kuat tarik
Pmaks = Beban maksimum
A0 = Luas penampang awal
Untuk logam-logam yang liat kekuatan tariknya harus dikaitkan dengan beban
maksimum dimana logam dapat menahan sesumbu untuk keadaan yang sangat terbatas.
Tegangan tarik adalah nilai yang paling sering dituliskan sebagai hasil
suatu uji tarik, tetapi pada kenyataannya nilai tersebut kurang bersifat
mendasar dalam kaitannya dengan kekuatan bahan. Untuk logam-logam yang liat
kekuatan tariknya harus dikaitkan dengan beban maksimum, di mana logam dapat
menahan beban sesumbu untuk keadaan yang sangat terbatas. Akan ditunjukkan
bahwa nilai tersebut kaitannya dengan kekuatan logam kecil sekali kegunaannya
untuk tegangan yang lebih kompleks, yakni yang biasanya ditemui. Untuk berapa
lama, telah menjadi kebiasaan mendasarkan kekuatan struktur pada kekuatan
tarik, dikurangi dengan faktor keamanan yang sesuai.
Kecenderungan yang banyak ditemui adalah menggunakan pendekatan yang lebih
rasional yakni mendasarkan rancangan statis logam yang liat pada kekuatan
luluhnya. Akan tetapi, karena jauh lebih praktis menggunakan kekuatan tarik
untuk menentukan kekuatan bahan, maka metode ini lebih banyak dikenal, dan
merupakan metode identifikasi bahan yang sangat berguna, mirip dengan kegunaan
komposisi kimia untuk mengenali logam atau bahan. Selanjutnya, karena kekuatan
tarik mudah ditentukan dan merupakan sifat yang mudah dihasilkan kembali (reproducible).
Kekuatan tersebut berguna untuk keperluan spesifikasi dan kontrol kualitas
bahan. Korelasi empiris yang diperluas antara kekuatan tarik dan sifat-sifat
bahan misalnya kekerasan dan kekuatan lelah, sering dipergunakan. Untuk
bahan-bahan yang getas, kekuatan tarik merupakan kriteria yang tepat untuk
keperluan perancangan.
Tegangan di mana deformasi plastik atau batas luluh mulai teramati
tergantung pada kepekaan pengukuran regangan. Sebagian besar bahan mengalami
perubahan sifat dari elastik menjadi plastik yang berlangsung sedikit demi
sedikit, dan titik di mana deformasi plastik mulai terjadi dan sukar ditentukan
secara teliti. Telah digunakan berbagai kriteria permulaan batas luluh yang
tergantung pada ketelitian pengukuran regangan dan data-data yang akan
digunakan.
1.
Batas elastik
sejati berdasarkan pada pengukuran regangan mikro pada skala regangan 2 X 10-6 inci/inci.
Batas elastik nilainya sangat rendah dan dikaitkan dengan gerakan beberapa
ratus dislokasi.
2.
Batas
proporsional adalah tegangan tertinggi untuk daerah hubungan proporsional
antara tegangan-regangan. Harga ini diperoleh dengan cara mengamati
penyimpangan dari bagian garis lurus kurva tegangan-regangan.
3.
Batas elastik
adalah tegangan terbesar yang masih dapat ditahan oleh bahan tanpa terjadi
regangan sisa permanen yang terukur pada saat beban telah ditiadakan. Dengan
bertambahnya ketelitian pengukuran regangan, nilai batas elastiknya menurun
hingga suatu batas yang sama dengan batas elastik sejati yang diperoleh dengan
cara pengukuran regangan mikro. Dengan ketelitian regangan yang sering
digunakan pada kuliah rekayasa (10-4 inci/inci), batas elastik
lebih besar daripada batas proporsional. Penentuan batas elastik memerlukan
prosedur pengujian yang diberi beban-tak diberi beban (loading-unloading)
yang membosankan.
2.3. Kekuatan luluh (yield strength)
Salah satu kekuatan yang biasanya diketahui dari suatu hasil pengujian
tarik adalah kuat luluh (Yield Strength). Kekuatan luluh ( yield
strength) merupakan titik yang menunjukan perubahan dari deformasi elastis
ke deformasi plastis [Dieter, 1993]. Besar tegangan luluh dituliskan seperti
pada persamaan 2.4, sebagai berikut.
Keterangan ; Ys
: Besarnya tegangan luluh (kg/mm2)
Py : Besarnya beban di
titik yield (kg)
Ao : Luas penampang awal benda uji (mm2)
Tegangan di mana deformasi plastis atau batas luluh mulai teramati
tergantung pada kepekaan pengukuran regangan. Sebagian besar bahan mengalami
perubahan sifat dari elastik menjadi plastis yang berlangsung sedikit demi
sedikit, dan titik di mana deformasi plastis mulai terjadi dan sukar ditentukan
secara teliti.
Kekuatan luluh adalah tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah
kecil deformasi plastis yang ditetapkan. Definisi yang sering digunakan untuk
sifat ini adalah kekuatan luluh ditentukan oleh tegangan yang berkaitan dengan
perpotongan antara kurva tegangan-regangan dengan garis yang sejajar dengan
elastis ofset kurva oleh regangan tertentu. Di Amerika Serikat offset biasanya
ditentukan sebagai regangan 0,2 atau 0,1 persen (e = 0,002 atau
0,001)
Cara yang baik untuk mengamati kekuatan luluh offset adalah
setelah benda uji diberi pembebanan hingga 0,2% kekuatan luluh offset dan
kemudian pada saat beban ditiadakan maka benda ujinya akan bertambah panjang
0,1 sampai dengan 0,2%, lebih panjang daripada saat dalam keadaan diam.
Tegangan offset di Britania Raya sering dinyatakan sebagai
tegangan uji (proff stress), di mana harga ofsetnya 0,1% atau 0,5%.
Kekuatan luluh yang diperoleh dengan metode ofset biasanya
dipergunakan untuk perancangan dan keperluan spesifikasi, karena metode
tersebut terhindar dari kesukaran dalam pengukuran batas elastik atau batas
proporsional.
2.4. Pengukuran Keliatan (keuletan)
Keuleten adalah
kemampuan suatu bahan sewaktu menahan beban pada saat diberikan penetrasi dan
akan kembali ke baentuk semula.Secara umum pengukuran keuletan dilakukan untuk
memenuhi kepentingan tiga buah hal [Dieter, 1993]:
1.
Untuk
menunjukan elongasi di mana suatu logam dapat berdeformasi tanpa terjadi patah
dalam suatu proses suatu pembentukan logam, misalnya pengerolan dan ekstrusi.
2.
Untuk memberi
petunjuk secara umum kepada perancang mengenai kemampuan logam untuk mengalir
secara pelastis sebelum patah.
3.
Sebagai
petunjuk adanya perubahan permukaan kemurnian atau kondisi pengolahan
2.5. Modulus Elastisitas
Modulus Elastisitas adalah ukuran kekuatan suatu bahan akan
keelastisitasannya. Makin besar modulus, makin kecil regangan elastik yang
dihasilkan akibat pemberian tegangan.Modulus elastisitas ditentukan oleh gaya
ikat antar atom, karena gaya-gaya ini tidak dapat dirubah tanpa terjadi
perubahan mendasar pada sifat bahannya. Maka modulus elastisitas salah satu
sifat-sifat mekanik yang tidak dapat diubah. Sifat ini hanya sedikit berubah oleh
adanya penambahan paduan, perlakuan panas, atau pengerjaan dingin.
Secara matematis persamaan modulus elastic dapat ditulis
sebagai berikut.
Dimana, Ϭ = tegangan
ε = regangan
Tabel 1 Harga
modulus elastisitas pada berbagai suhu [Askeland, 1985]
2.6. Kelentingan (resilience)
Kelentingan adalah kemampuan suatu bahan untuk menyerap energi pada waktu
berdeformasi secara elastis dan kembali kebentuk awal apabila bebannya
dihilangkan [Dieter, 1993]. Kelentingan biasanya dinyatakan sebagai modulus
kelentingan, yakni energi regangan tiap satuan volume yang
dibutuhkan untuk menekan bahan dari tegangan nol hingga tegangan luluh σo.
Energi regangan tiap satuan volume untuk beban tarik satu sumbu adalah :
Uo = ½ σxеx
2.7. Ketangguhan (Toughness)
Ketangguhan (Toughness) adalah kemampuan menyerap energi
pada daerah plastik. Pada umumnya ketangguhan menggunakan konsep yang sukar
dibuktikan atau didefinisikan. Salah satu menyatakan ketangguhan adalah
meninjau luas keseluruhan daerah di bawah kurva tegangan-regangan. Luas ini
menunjukan jumlah energi tiap satuan volume yang dapat dikenakan kepada bahan
tanpa mengakibatkan pecah. Ketangguhan (S0) adalh perbandingan
antara kekuatan dan kueletan. Persamaan sebagai berikut.
UT ≈ su ef
atau
Untuk material
yang getas
Keterangan; UT :
Jumlah unit volume
Tegangan patah
sejati adalah beban pada waktu patah, dibagi luas penampang lintang. Tegangan
ini harus dikoreksi untuk keadaan tegangan tiga sumbu yang terjadi pada benda
uji tarik saat terjadi patah. Karena data yang diperlukan untuk koreksi
seringkali tidak diperoleh, maka tegangan patah sejati sering tidak tepat
nilai.
BAB III. METODE PENGUJIAN
3.1. Benda Uji
3.2. Peralatan yang
Digunakan
Adapun peralatan yang digunakan pada pengujian kali ini
adalah :
·
Jangka sorong, digunakan untuk mengukur
diameter baja
·
Mistar, digunakan untuk mengukur panjang baja
·
Besi baja ukuran 10 mm dengan panjang 10 cm
·
Timbangan untuk mengukur berat baja
·
Alat uji tarik baja
3.3. Langkah pengujian
Langkah-langkah pengujian uji tarik baja adalah :
·
siapkan baja sepanjang 10 cm.
·
ukur diameter baja menggunakan jangka sorong.
·
Ukur panjang baja dengan mistar untuk
memastikan apakah panjang besi baja benar-benar 10 cm.
·
Timbang besi baja untuk mendapatkan beratnya.
·
Letakkan besi di mesin uji tarik dengan
mengikat kedua ujung besi pada mesin.
·
Jalankan mesin uji tarik sampai besi baja yang
diuji putus dengan memberikan tekanan tarik kelipatan 200 kg.
·
Catat hasil pengujian.
BAB IV. HASIL DAN
PEMBAHASAN
4.1. Hasil
4.2. Pembahasan
BAB V. KESIMPULAN
DAFTAR KEPUSTAKAAN
Askeland, D. R.
1985.The Science and Engineering of Material. Alternate Edition PWS Engineering.Boston.USA
Dieter, E. George.1993.Metalurgi Mekanik.
Gelora Aksara Pratama.Jakarta
Tim Laboratorium metalurgi.2009.Panduan Praktikum Laboratorium Metalurgi II.FT. Untirta.Cilegon
Tidak ada komentar:
Posting Komentar