Uji Impak

BAB I

PENDAHULUAN

1.1       Latar Belakang

Dewasa ini kebuutuhan akan material terutama logam sangatlah penting. Besi dan baja merupakan salah satu kebutuhan yang mendasar untuk suatu konstruksi. Dengan berbagai macam kebutuhan sifat mekanik yang dibutuhkan oleh suatu material ialah berbeda-beda. Sifat mekanik tersebut terutama meliputi kekerasan, keuletan, kekeuatan, ketangguhan, sifat mampu las serta sifat mampu mesin yang baik. Dengan  sifat pada masing-masing material berbeda, maka banyak metode untuk menguji sifat apa sajakah yang dimiliki oleh suatu material tersebut. Uji impak merupakan salah satu metode yang digunakkan untuk mengetahui kekuatan, kekerasan, serta keuletan material. Oleh karena itu uji impak banyak dipakai dalam bidang menguji sifat mekanik yang dimiliki oleh suatu material tersebut

1.2       Tujan Percobaan

            Adapun tujan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui pengaruh temperatur terhadap harga impak (HI) dan sifat perpatahn berdasarkan persen patahan

1.3       Batasan Masalah

            Dalam percobaan uji impak terdapat batasan masalah yaitu pengujian menggunakan metode charpy, dengan metode ini pengujian dilakukan dengan batang impak biasa serta manggunakan bahan BS 4360.

1.4       Sistematika Penulisan

            Sistematika penulisan pada laporan ini terdiri dari lima bab. Bab I menjelaskan mengenai latar belakang, tujuan percobaan, batasan masalah, dan sistematika penulisan. Bab II menjelaskan mengenai tinjauan pustaka yang berisi mengenai teori singkat untuk mendukung sebuah percobaan yang telah dilakukan, Bab III menjelaskan mengenai metode percobaan, yang berupa diagram alir, alat & bahan, serta prosedur percobaan. Bab IV menjelaskan mengenai data-data percobaan yang telah dicatat saat melakukan praktikum, baik berupa tabel ataupun grafik beserta pembahasannya. Bab V berupa kesimpulan percobaan dan saran untuk praktikum selanjutnya. Di akhir laporan juga disertakan lampiran yang berisi contoh perhitungan, jawaban pertanyaan dan tugas, gambar alat dan bahan dan blanko percobaan.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1       Definisi Umum

Untuk menentukan sifat perpatahan suatu logam, keuletan maupun kegetasannya, dapat dilakukan suatu pengujian yang dinamakan dengan uji impak. Umumnya pengujian impak menggunakan batang bertakik. Berbagai jenis pengujian impak batang bertakik telah digunakan untuk menentukan kecenderungan benda untuk bersifat getas. Dengan jenis uji ini dapat diketahui perbedaan sifat benda yang tidak teramati dalam uji tarik. Hasil yang diperoleh dari uji batang bertakik tidak dengan sekaligus memberikan besaran rancangan yang dibutuhkan, karena tidak mungkin mengukur komponen tegangan tiga sumbu pada takik.

Gambar 1. Ilustrasi Skematis Pengujian Impak.

Para peneliti kepatahan getas logam telah menggunakan bebagai bentuk benda uji untuk pengujian impak bertakik. Secara umum benda uji dikelompokkan ke dalam dua golongan standar. Dikenal ada dua metoda percobaan impak, yaitu;

1.            Metoda Charpy

Batang impak biasa, banyak di gunakan di Amerika Serikat. Benda uji Charpy mempunyai luas penampang lintang bujursangkar (10 x 10 mm) dan mengandung takik V-45^o, dengan jari-jari dasar 0,25 mm dan kedalaman 2 mm. Benda uji diletakan pada tumpuan dalam posisi mendatar dan bagian yang tak bertakik diberi beban impak dengan ayunan bandul (kecepatan impak sekitar 16 ft/detik). Benda uji akan melengkung dan patah pada laju regangan yang tinggi, kia-kira 10³ detik.

                       

Gambar 2. Peletakan spesimen berdasarkan metode charpy.

2.            Metoda Izod

Dengan batang impak kontiveler. Benda uji Izod lazim digunakan di Inggris, namun saat ini jarang digunakan. Benda uji Izod mempunyai penampang lintang bujursangkar atau lingkaran dan bertakik V di dekat ujung yang dijepit.

                                 

Gambar 3. Peletakan spesimen berdasarkan metode izod.

2.2       Kurva Suhu Peralihan

Pemanfaatan utama hasil uji Charpy dalam rekayasa adalah untuk memilih benda yang tahan terhadap patah getas dengan menggunakan kurva suhu peralihan. Dasar pemikiran perancangan adalah memilih benda yang mempunyai ketangguhan takik yang memadai untuk berbagai kondisi pembebanan yang berat sedemikian hingga kemampuan dukung beban bagian konstruksi dapat dihitung dengan menggunakan metode kekuatan standar, tanpa memperhatikan sifat-sifat patah dari benda atau efek konsentrasi tegangan retak atau cacat.

Suhu peralihan benda dapat digolongkan menjadi 3 kategori, seperti tampak pada gambar 5. Logam kps (FCC) berkekuatan menengah dan rendah dan sebagian besar logam heksagonal tumpukan padat mempunyai ketangguhan takik yang demikian tingginya sehingga kepatahan getas tidak merupakan persoalan, terkecuali dalam lingkungan kimiawi khusus yang relatif.

 Benda berkekuatan tinggi (σ₀ > E/150) mempunyai ketangguhan takik demikian rendahnya, sehingga patah getas dapat terjadi akibat beban nominal di daerah elastis pada sembarang suhu dan laju regangan, apabila terdapat cacat (retakan). Baja berkekuatan tinggi, paduan-paduan titanium dan aluminium termasuk dalam kategori ini. Pada suhu rendah, terkadi patah pembelahan getas, sedangkan pada suhu yang lebih tinggi terjadi perpatahan energi rendah. Pada kondisi seperti inilah, analisis mekanika patahan merupakan hal yang berguna dan wajar. Ketangguhan takik logam kubik pusat ruang (BCC) berkekuatan menengah dan rendah, Be, Zn dan benda keramik sangat tergantung pada suhu. Pada suhu rendah, patah terjadi secara pembelahan, sedangkan pada suhu tinggi terjadi perpatahan ulet. Jadi, terdapat peralihan dari takik getas ke takik tangguh, apabila suhu naik.

Kriteria suhu peralihan demikian dinamakan plastik peralihan patah (fracture transition plastic, FTP). FTP adalah suhu di mana perpatahan akan mengalami perubenda dari ulet sempurna menjadi patah getas. Kemungkinan terjadinya patah getas di atas FTP, dapat diabaikan. Penggunaan FTP dianggap tua dan pada berbagai penerapan, kriteria FTP kurang praktis. Kriteria lain yang kurang konservatif adalah berdasarkan suhu peralihan di mana terjadi perpatahan 50% pembelahan dan 50% geseran, dan disebut T₂. Kriteria ini dinamakan suhu peralihan penampilan patah (fracture-appearance transition temperature, FATT). Hubungan antara hasil uji impak Charpy dan kegagalan dalam pemakaian menunjukkan bahwa bila terjadi patah belah pada batang Charpy kurang dari 70%, maka besar kemungkinan bahwa tidak terjadi patah pada suhu peralihan atau diatasnya, jika tegangan tidak melebihi setengah tegangan luluhnya. Secara garis besarnya, akan diperoleh serupa bila digunakan definisi suhu peralihan T₃. T₃ adalah nilai rata-rata bagian atas dan bagian bawah.

Kriteria umum lainnya adalah definisi, suhu peralihan T₄ berdasarkan sembarang nilai energi serap yang rendah, C_V. T₄ ini sering disebut suhu peralihan keuletan (ductility transition temperature). Sesuai dengan hasil pengujian pada pelat baja kapal Perang Dunia II, terbukti pada pada pelat tidak akan mengalami patah getas apabila C_V sama dengan 15 ft-lb pada suhu uji. Suhu peralihan dimana C_V = 15 ft-lb menjadi kriteria umum yang diterima untuk baja kapal kekuatan rendah. Akan tetapi, perlu ditegasakan di sini bahwa untuk benda lain, C_V 15 tidak berlaku.

Kriteria yang didefinisikan dengan cermat adalah penentuan suhu transisi berdasarkan suhu T₅ dimana terjadi patah belah sempurna atau 100%. Titik ini dikenal sebagai suhu tanpa keuletan atau NDT. NDT adalah suhu dimana patah mulai terjadi tanpa didahului oleh deformasi plastik. Di bawah NDT, kemungkinan terjadinya patah ulet dapat diabaikan.

BAB III

METODE PERCOBAAN

3.1       Diagram Alir Percobaan

            Adapun diagram alir yang digunakan dalam percobaan ini yaitu sebagai berikut:

Mengukur luas penampang dan kedalaman takik. Memasang bahan uji pada tumpuan Melakukan proses pengujian impak Memasang bandul pada posisi 300 joule. Pembahasan Data Pengamatan Kesimpulan Mengatur temperatur benda uji pada 0°C Benda uji BS 4306 A Literatur Mencatat energy yang diserap banda uji serta mengukur bentuk dan perpatahan yang terjadi

                                         Gambar 4. Diagram Alir Percobaan Uji Impak.

3.2       Alat dan Bahan

3.2.1 Alat yang digunakan

         1. Mesin uji impak charpy

         2. Penjepit spesimen

         3. Termometer

         4. Jangkan sorong

3.2.2 Bahan yang digunakan

         1. BS 4360 A

2. Es batu

3.3       Prosedur Percobaan

1.      Menyiapkan benda uji berupa BS 4306 A.

2.      Mengukur luas penampang dan kedalaman takik.

3.      Memasang benda uji pada tumpuan, perhatikan posisi takik.

4.      Memasang bandul pada posisi 300 joule.

5.      Melepaskan bandul dan catat energi yang diserap untuk mematahkan benda uji.

6.      Mengamati dan ukur bentuk perpatahan yang terjadi.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1       Hasil Percobaan

Dari percobaan yang telah dilakukan oleh praktikan didapatkan hasil percobaan sebagai berikut:

Tabel 1. Data hasil percobaan proses uji impak.

No	Bahan	Luas Penampang (mm2)	Suhu (°C)	Energi (joule)	Harga Impak (J/mm2)	Bentuk Perpatahan (%) Patahan
1	BS 4306	82	0	34	0.41	0
2	BS 4306	82	25	60	0.73	66
3	BS 4306	82	78	82	1	62

4.2       Pembahasan

9

            Berdasarkan percobaan uji impak yang telah dilakukan oleh praktikan didapatkan hasil seperti yang telah tercantum pada tabel 1. Pada percobaan tesebut benda yang akan diuji terlebih dahulu didinginkan menggunakan es batu hingga mencapai temperatur 0⁰C. Dari data yang telah diperoleh oleh praktikan hanya pada saat benda uji temperatur 0⁰C saja yang diuji oleh praktikan kali ini, sedangkan untuk data pada temperatur 25⁰C dan 78⁰C dihasilkan oleh praktikan sebelumnya yang melakukan percobaan uji impak dengan variasi temperatur berbeda. Berikut grafik hubungan antara energi yang diserap oleh benda uji dengan pengaruh temperatur yang diberikan pada benda uji sebelum proses pengujian impak berlangsung:
 

Gambar 5. Grafik Perbandingan Pengaruh Temperatur dengan Energi yang Diserap

Dari gambar 5, pada benda uji dengan temperatur 0⁰C, 25⁰C dan 78⁰C setelah dilakukan uji impak dihasilkan energi yang diserap masing-masing sebesar 34 Joule, 60 Joule dan 82 Joule. Jadi semakin tinggi temperatur benda uji maka akan menghasilkan energi yang diserap lebih besar dari pada benda uji dengan temperatur rendah, sehingga semakin tinggi temperatur benda uji maka harga impak yang dihasilkanpun akan semakin besar.

Benda uji dengan temperatur tinggi dapat menyerap energi lebih tinggi karena benda uji temperatur tinggi mempunyai sifat keuletan yang relatif lebih tinggi sehingga membutuhkan energi yang besar untuk terjadinya fracture.

Semakin tinggi temperature benda uji maka akan semakin besar persen perpatahannya, akan tetapi pada percobaan ini terdapat data yang kurang valid pada % perpatahan. % perpatahan benda 25⁰C lebih besar dari pada % perpatahan benda 78⁰C yaitu masing-masing sebesar 66% dengan 62%. Penyebab hal tersebut tidak praktikan ketahui karena data benda uji pada 25⁰C dan 78⁰C diperoleh dari data yang sudah ada. Menurut praktikan kemungkinan hal tersebut terjadi karena kesalahan pada saat perhitungan %patahannya. Pada ketiga benda uji yang dipakai, benda uji kedua yang mempunyai persen perpatahan paling besar yaitu 66%, sedangkan yang paling rendah dimiliki oleh benda uji pertama yaitu sebesar 0%.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1       Kesimpulan

            Dari percobaan yang telah dilakukan dapat dihasilkan kesimpulan yaitu sebagai berikut:

1.      Semakin tinggi temperatur yang diberikan pada benda uji, maka energi yang diserap akan semakin besar.

2.      Semakin tinggi temperatur yang diberikan, maka keuletan dan persen perpatahan benda uji akan semakin meningkat.

3.      Semakin rendah harga impak maka jenis perpatahan yang terjadi akan semakin getas.

5.2       Saran

            Praktikan harus lebih teliti pada saat pengamatan jarum pada alat uji impak supaya data yang dihasilkan lebih akurat. Selain itu pada saat penempatan benda uji di alat uji impak seharusnya dilakukan dengan cepat supaya temperatur benda uji tidak berubah karena dapat mempengaruhi data hasil pengujian yang diperoleh.

 

DAFTAR PUSTAKA

Dieter George E, University Of Maryland, 1987, ” Metalurgi mekanik ”, Halaman 91-117,  Edisi ketiga, Jilid 1, Jakarta, Erlangga, 1042.

Lakhtin, Y., (1968), “ Engineering Physical Metallurgy “, MIR Published, Moscow.

Tim laboratorium metalurgi. 2012. ”Buku panduan praktikum Laboratorium Metalurgi II”, Fakultas Teknik Universitas Sultan Ageng Tirtayasa. Cilegon

http://danidwikw.wordpress.com/2010/12/17/pengujian-impak-dan-fenomena-perpatahan/

   

LAMPIRAN

 

Lampiran 1. Contoh Perhitungan

1.        Mencari luas penampang

Untuk pengujian benda uji BS 4360

Keterangan ;  A : luas penampang permukaan (mm²)

      P : panjang benda uji (mm)

            L : lebar benda uji (mm)

2.        Mencari harga impak

Untuk pengujian benda uji BS 4360 pada temperature 0⁰C

Keterangan ;  A : luas penampang permukaan (mm²)

                             W : energi yang dibutuhkan (Joule)

                             HI : harga impak (Joule/mm²)

Lampiran 2. Jawaban Pertanyaan dan Tugas Khusus

Jawaban Pertanyaan

1.            Apa yang dimaksud dengan temperatur transisi uji impak? Serta gambarkan dan jelaskan diagram FATT?

Jawab :

Temperatur transisi adalah temperatur dimana terjadi perubahan sifat keuletan dan ketangguhan pada material. Pada suatu material terjadi perubahan sifat dari ulet menjadi getas akibat penurunan temperature. Terdapat pula material yang tidak memiliki temperature transisi, material ini disebut chriogenic.

 

Gambar 6. Diagram FATT

Dari grafik diatas pada diagram FATT dimana semakin besar temperatur maka energi yang diserap semakin tinggi sehingga dihasilkan harga impak yang besar.

2.            Gambarkan bentuk dan dimensi spesimen uji impak untuk metode charpy dan izod berdasarkan standar ASTM?

Jawab :

a.             Metode Charpy

Gambar 7. Spesimen Metode Charpy Standar ASTM

b.      Metode izot

Gambar 8. Spesimen Metode Izod Standar ASTM

3.            Jelaskan perbedaan perpatahan ulet dan getas? Serta jelaskan hubungan antara harga impak dengan jenis perpatahannya?

Jawab :

Getas:

Bentuk perpatahan dari meterial getas adalah berbentuk granular. Facet permukaan patahan belah datar memiliki daya pantul yang tinggi serta penampilan yang berkilat.

         Ulet: 

Bentuk perpatahan dari meterial lunak adalah berserat yang berbentuk sampel menyerap cahaya serta penampilannya buram.

Harga impak paling kecil mengalami patah getas, harga impak yang tinggi mengalmi patah ulet.

4.            Jelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi harga impak?

Jawab :  

1.            Tegangan triaksial.

2.            Temperatur

Karena patah getas disebabkan oleh tempertur rendah (dibawah temperature transisi), sedangkan patah ulet disebabkan oleh temperature tinggi (diatas temperature transisi). Temperature transisi adalah rentang temperature yang menjadi batasan dari sifat ulet dan gelas suatu material,

3.            Laju regangan atau laju pembebanan

Semakin tinggi laju pembebanan maka energy yang diserap akan semakin kecil sehingga mengakibatkan terjadinya patah getas.

4.            Kadar karbon

Semakin kecil kadar karbon yang terdapat pada suatu bahan, maka energi impak yang dibutuhkan untuk mematahkan semakin besar, karena ikatan molekul bahan tinggi.

5.            Jelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi perpatahan ulet dan getas?

Jawab :

1.            Keadaan tegangan 3 sumbu/ takikan.

2.            Temperatur, temperature rendah akan terjadi patah ulet sedangkan temperature tinggi akan patah getas.

3.            Laju regangan yang tinggi/ laju pembebanan yang cepat.

6.            Jelaskan hubungan antara temperatur dan bentuk perpatahan yang terjadi serta harga impak dari masing-masing perpatahan? Berikan contohnya

Jawab :

Semakin besar nilai temperatur maka akan semakin ductile logam jadi mengalami patah ulet, dan semakin kecil nilai maka akan semakin brittle logam jadi mengalami patah getas. Harga impak patah ulet lebih besar daripada patah getas