Post on 07-Jul-2016
description
VI UJI TUMBUK (IMPACT TEST)
6.1Sub KompetensiKemampuan yang akan dimiliki oleh mahasiswa setelah memahami isi modul
ini adalah sebagai berikut :
1) Mahasiswa mampu menganalisa pengaruh takikan (notch) terhadap
kekuatan material.
2) Mahasiswa mampu menganalisa energi dan kekuatan Impact dari hasil
pengujian suatu material.
3) Mahasiswa mampu menganalisa pengaruh temperatur terhadap kekuatan
material.
4) Mahasiswa mampu menganalisa temperatur transisi suatu material.
5) Mahasiswa mampu menganalisa jenis patahan suatu material.
6.2Uraian MateriBeberapa peralatan pada otomotif dan transmisi serta bagian-bagian pada
kereta api, akan mengalami suatu beban kejutan dalam operasinya. Maka dari
itu ketahanan suatu material terhadap beban mendadak, serta faktor-faktor
yang mempengaruhi sifat material tersebut perlu diketahui dan diperhatikan.
Pengujian ini berguna untuk melihat efek-efek yang ditimbulkan oleh adanya
takikan, bentuk takikan, temperatur, dan faktor-faktor lainnya. Impact test
bisa diartikan sebagai suatu tes yang mengukur kemampuan suatu bahan
dalam menerima beban tumbuk yang diukur dengan besarnya energi yang
diperlukan untuk mematahkan spesimen dengan ayunan sebagaimana
ditunjukkan pada Gambar 6.1.
1
ho
ℓa
h1
ℓcos αb
ho
c
ℓ
Gambar 6.1 Mesin Uji Impact
Bandul yang mempunyai ketinggian tertentu berayun dan memukul spesimen.
Berkurangnya energi potensial dari bandul sebelum dan sesudah memukul
benda uji merupakan energi yang diserap oleh spesimen sebagaimana
ditunjukkan pada Gambar 6.2.
(1) (2)
Gambar 6.2 Sketsa Perhitungan Energi Impact Teoritis
Keterangan :
ho = Ketinggian bandul sebelum dilepas (m)
h1 = Ketinggian bandul setelah dilepas (m)
ℓ = Panjang lengan bandul (m)
α = Sudut awal (o)
β = Sudut akhir (o)
2
Anvill
Pointer End of SwingAnvill
Besarnya energi impact (joule) dapat dilihat pada skala mesin penguji.
Sedangkan besarya energi impact dapat dihitung dengan persamaan sebagai
berikut :
Eo =W.ho..........................................................................................(6.1)
E1 =W.h1..........................................................................................(6.2)
∆E = Eo - E1
= W (ho - h1)................................................................................(6.3)
dari (gambar 2.2) didapatkan
ho = ℓ - ℓcos α
= ℓ (1 - cos α)..............................................................................(6.4)
h1 = ℓ - ℓ cos β
= ℓ (1 - cos β)..............................................................................(6.5)
Dengan substitusi persamaan 6.4 dan 6.5 pada 6.3 didapatkan :
∆E = W ℓ(cosβ – cosα).....................................................................(6.6)
dimana : Eo = Energi awal (J)
E1 = Energi akhir (J)
W = Berat bandul (N)
ho = Ketinggian bandul sebelum dilepas (m)
h1 = Ketinggian bandul setelah dilepas (m)
ℓ = panjang lengan bandul (m)
α = sudut awal (o)
β = sudut akhir (o)
Untuk mengetahui kekuatan impact atau impact strength (Is) maka energi
impact tersebut harus dibagidengan luas penampang efektif spesimen (A)
sehingga :
Is= ∆E/A
= Wℓ(cos β - cos α)/A......................................................................
(6.7)
Pada suatu konstruksi, keberadaan takik atau nocth memegang peranan yang
amat berpengaruh terhadap kekuatan impact. Adanya takikkan pada kerja
3
yang salah seperti diskontinuitas pada pengelasan, atau korosi lokal bisa
bersifat sebagai pemusat tegangan (stress concentration). Adanya pusat
tegangan ini dapat menyebabkan material brittle (getas), sehingga patah pada
beban di bawah yield strength.
Ada tiga macam bentuk takikan pada pengujian impact yakni takikan V, U
dan key hole sebagaimana ditunjukkan pada (gambar 6.3) di bawah ini.
Gambar 6.3 Jenis Takikan pada Spesimen Uji Impact
Fracture atau kepatahan pada suatu material dapat digolongkan sebagai
brittle (getas) atau ductile (ulet). Suatu material yang mengalami kepatahan
tanpa mengalami deformasi plastis dikatakan patah secara brittle. Sedangkan
apabila kepatahan didahului dengan suatu deformasi plastis dikatakan
mengalami ductile fracture. Material yang mengalami brittle fracture hanya
mampu menahan energi yang kecil saja sebelum mengalami kepatahan.
Perbedaan permukaan kedua jenis patahan sebagaimana ditunjukkan pada
Gambar 6.4
Gambar 6.4 Pola Patahan Pada Penampang Spesimen Uji Impact
6.2.1 Metode Pengujian Impact
Metode pengujian impact dibedakan menjadi 2 yaitu:
1) Metode Charpy
4
Pada metode sebagaimana ditunjukkan pada (gambar 6.5a), spesimen
diletakkan mendatar dan kedua ujung spesimen ditumpu pada suatu
landasan. Letak takikan (notch) tepat ditengah dengan arah pemukulan
dari belakang takikan. Biasanya metode ini digunakan di Amerika dan
banyak negara yang lain termasuk Indonesia.
2) Metode Izod
Pada metode ini sebagaimana ditunjukkan pada (gambar 6.5b), spesimen
dijepit pada salah satu ujungnya dan diletakkan tegak. Arah pemukulan
dari depan takikan. Biasanya metode ini digunakan di Inggris
sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 6.5
Gambar 6.5 Metode Pengujian Charpy Dan Izod
6.2.2 Temperatur Transisi
Kemampuan suatu material untuk menahan energi impact sangat
dipengaruhi oleh temperatur kerja. Pengaruh temperatur terhadap kekuatan
impact setiap jenis material berbeda-beda. Baja karbon merupakan salah
satu contoh logam yang kekuatan impact-nya turun drastis bila berada pada
temperatur yang sangat dingin (-1000 C). Sebaliknya aluminium adalah
contoh logam yang masih mempunyai kekuatan impact yang cukup tinggi
pada temperatur yang sangat dingin tersebut. Pada umumnya kenaikan
temperatur akan meningkatkan kekuatan impact logam, sedangkan
penurunan temperatur akan menurunkan kekuatan impact-nya. Diantara
5
kedua kekuatan impact yang ekstrim tersebut ada suatu titik temperatur
yang merupakan transisi dari kedua titik ekstrim tersebut yaitu suatu
temperatur yang menunjukkan perubahan sifat material dari ductile menjadi
brittle. Titik temperatur tersebut disebut “temperatur transisi” Gambar 6.6
sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 6.6.
Gambar 6.6
Temperatur Transisi
Apabila temperatur operasi dari suatu peralatan berada di bawah temperatur
transisi dari material yang digunakan, maka adanya crack pada material
fracture akan menyebabkan kerusakan pada peralatan, sedangkan apabila
temperatur operasi terendah masih diatas temperatur transisi dari material,
maka brittle fracture bukan merupakan masalah.
6.3 AlatPeralatan yang digunakan pada uji impact adalah :
1) Mesin Uji Impact
2) Thermo couple
3) Kompor listrik dan panci
4) Stopwatch
5) Jangka sorong
6) Kikir
7) Stamping
8) Ragum
9) Tang
6
6.4 BahanBahan yang digunakan pada uji impact adalah :
1) Spesimen uji impact untuk temperatur panas (1 buah)
2) Spesimen uji impact untuk temperatur kamar (1 buah)
3) Spesimen uji impact untuk temperatur dingin (1 buah)
6.5 Prosedur KeselamatanSebelum praktikum pengujian bahan dilaksanakan, mahasiswa harus
meyakinkan dahulu telah melengkapi diri dengan APD (Alat Pelindung
Diri) sebagai berikut :
1) Pakaian dan celana bengkel.
2) Safety shoes.
3) Kaca mata pelindung harus digunakan bila melakukan penggerindaan
dengan gerinda mesin.
4) Sarung tangan.
6.6 Langkah Kerja1) Menyiapkan Spesimen
a) Bersihkan permukaan benda kerja dengan hand grinder.
b) Ulangi langkah di atas untuk seluruh spesimen.
2) Kodifikasi
a) Ambil stamping dan tandai tiap spesimen dengan kode 1 digit (kanan
dan kiri).
b) Digit menunjukkan temperatur kerja :
4 = Temperatur Dingin
5 = Temperatur Panas
6 = Temperatur Ruangan
3) Pengukuran Dimensi
a) Ambil spesimen, kemudian ukur dimensinya.
b) Catat kode spesimen dan data pengukurannya pada lembar kerja.
c) Ulangi langkah di atas untuk seluruh spesimen.
4) Pengkondisian Spesimen Pada Temperatur Kerja
7
a) Temperatur dingin
1) Siapkan es batu dan masukkan ke dalam termos.
2) Masukan spesimen yang berkode 4 (dingin) ke dalam termos.
3) Tunggu ± 10 menit kemudian ukur temperatur spesimen dalam
termos.
4) Catat pada lembar kerja, temperatur sesaat sebelum spesimen
diambil untuk diuji impact.
b) Temperatur panas
1) Masukkan air ke dalam panci dan letakkan di atas kompor listrik
yang telah dinyalakan.
2) Tunggu sampai air mendidih dan masukkan spesimen berkode 5
(panas) ke dalam panci dan tunggu ± 5 menit hingga air mendidih.
3) Ukur temperatur air sesaat sebelum spesimen diambil untuk diuji
impact (suhu 92,90 oC)
4) Catat pada lembar kerja.
c) Temperatur ruangan
Untuk temperatur kamar pada (suhu 28,00 oC) spesimen berkode 6
(ruangan) bisa langsung diuji.
5) Pengujian pada Mesin Uji Impact
a) Catat data mesin pada lembar kerja.
b) Tempatkan bandul pada posisi awal untuk pengujian.
c) Atur jarum penunjuk pada posisi 0.
d) Ambil spesimen dan letakkan pada tempatnya secara tepat dan cepat,
terutama untuk kondisi panas dan dingin.
e) Letakkan tangan kiri pada pen pengunci beban dan tangan kanan pada
rem.
f) Tekan pen pengaman dan pen pengunci beban, sehingga bandul
meluncur menumbuk spesimen.
g) Tekan rem dengan tangan kanan ketika bandul hendak mengayun untuk
yang kedua kalinya.
8
h) Amati dan catat besarnya sudut dan besarnya energi yang ditunjukkan
oleh jarum penunjuk.
i) Ulangi langkah di atas untuk seluruh spesimen.
6) Menentukan panjang lengan bandul
a) Angkat bandul sehingga membentuk sudut 10odari garis tegak.
b) Lepaskan bandul sehingga berayun.
c) Ukur dengan stopwatch waktu yang dibutuhkan untuk 50 ayunan (T50).
d) Hitung lengan bandul dengan menggunakan persamaan berikut :
T = 2√( ℓ / g) .................................................................(6.8)
dimana: T = Periode (detik) = T50 / 50
ℓ = Panjang lengan bandul (m)
g = Percepatan gravitasi (m/det2)
6.7 Hasil Pengujian dan Analisa6.7.1 Hasil Pengujian
1) Pada temperatur 12,30 0 C (dingin)
Jenis patahan yang ditimbulkan adalah ulet (ductile) seperti yang
ditunjukkan oleh gambar di bawah ini.
Gambar 2.9 Spesimen pada
Kondisi Dingin Setelah Mengalami Pengujian
2) Pada tempratur 45,50oC (panas)
Jenis patahan yang ditimbulkan adalah ulet (ductile)seperti yang
ditunjukkan oleh gambar di bawah ini.
9
Gambar 2.7 Spesimen pada Kondisi Panas
Setelah Mengalami Pengujian
3) Pada temperatur 27,500C (ruangan)
Jenis patahan yang ditimbulkan adalah ulet (ductile) seperti yang
ditunjukkan oleh gambar di bawah ini.
Gambar 2.8 Spesimen
pada Kondisi Ruangan Setelah Mengalami Pengujian
10
a. Spesimen 4 c. Spesimen 6b. Spesimen 5
Gambar 2.10 Menunjukkan sudut dan energi Impact pada spesimen
2.7.2 Analisa
Perhitungan Kekuatan Impact (J/mm2) sesuai Pengujian
1) Spesimen 4 (dingin) temperatur 12,30 oC
Diketahui :
Eimpact(E) = 149,20 J
Luas Penampang (A) = 78,00 mm2
Maka kekuatan Impact
2) Spesimen 5 (panas) temperatur 45,50oC
Diketahui :
Eimpact(E) = 149,25 J
Luas Penampang (A) = 76,00 mm2
Maka kekuatan Impact
I = E/A
= 149,250 J/76,00 mm2
= 1,96 J/mm2
3) Spesimen 6 (ruangan) temperatur 27,50 oC
Diketahui:
Eimpact(E) = 148,80 J
Luas Penampang (A) = 71,51mm2
Maka kekuatan Impact
I = E/A
= 148,80 J/71,51 mm2
= 2,07 J/mm2
I = E/A
= 148,20 J/78,00 mm2
= 1,91 J/mm2
Perhitungan Kekuatan Impact (J/mm2) sesuai Teori
Mencari panjang lengan (L)
Waktu 50 periode (T50) = 90 detik
Periode 90/50 = 1,8 detik
11
T = 2 π √ Lg
1,8 = 2 π √ L9,8
1,82 = 42. L
9,8
L = 0,805 m
Berat bandul (W) = 96,5 N
Sudut Awal (α) = 160,43o
1) Spesimen 4 (dingin) temperatur 12,30 oC
Diketahui :
Sudut akhir (β) = 6,00o
Luas Penampang (A) = 78,00 mm2
Maka kekuatan Impact
I = W. ℓ (cos β - cos α)/A
= 96,500 N.0,803 m(cos 6,00o – cos 160,43o)/78,00 mm2
= 1,92 J/mm2
2) Spesimen 5(panas) temperatur 45,50oC
Diketahui:
Sudut akhir (β) = 7,50o
Luas Penampang (A) = 76,00 mm2
Maka kekuatan Impact
I = W. ℓ (cos β - cos α)/A
= 96,5 N.0,803 m(cos 7,50o – cos 160,43o)/76,00 mm2
= 1,97 J/mm2
3) Spesimen 6 (ruangan) temperatur 27,50oC
Diketahui:
Sudut akhir (β) = 10,00o
Luas Penampang (A) = 71,51 mm2
Maka kekuatan Impact
I = W.ℓ (cos β - cos α)/A
= 96,5 N.0,803 m(cos 10,00o – cos 160,43o)/71,51 mm2
12
= 2,08 J/mm2
Tabel 2.1Data spesimen kekuatan impact
Spesimen Dingin(J/mm2)Panas
(J/mm2)
Ruang
(J/mm2)
Kekuatan impact hasil rill
(menurut pengujian)1,78 1,96 2,07
Kekuatan impact teoritis
(menurut teori)1,92 1,97 2,08
Selisih 0,14 0,01 0,01
.
Gambar 2.11 Grafik Kekuatan Impact
13
10.00 20.00 30.00 40.00 50.001.80
1.85
1.90
1.95
2.00
2.05
2.10
1.97
2.08
1.92
1.96
2.07
1.91
Impact Strength Pengujian Impact Strength Teoritis
GRAFIK IMPACT STRENGTH TEORI dan PRAKTEK
Temperatur oC
Kek
uat
an
Im-
pact
(J/
mm
2 )
GRAFIK IMPACT STRENGTH TEORI dan PRAKTEKGRAFIK IMPACT STRENGTH TEORI dan PRAKTEK
Analisa Grafik
Dari gambar 2.11 grafik kekuatan impact, spesimen dengan temperatur
pengujian 27,50 0C mempunyai kekuatan impact yang lebih besar dari
spesimen yang lainnya. Kekuatan impact paling rendah baik dari
perhitungan maupun dari hasil pengujian adalah spesimen dengan
temperatur pengujian 12,300C. Trend kurva gambar 2.11 tidak sesuai
dengan gambar 2.6. Trend kurva pada gambar 2.6 menunjukkan semakin
tinggi temperatur, maka semakin tinggi pula kekuatan impactnya dan
semakin rendah temperatur, maka semakin rendah pula kekuatan impactnya.
Sedangkan trend kurva pada gambar 2.11 menunjukkan temperatur dingin
(spesimen 4) mempunyai kekuatan impact yang lebih rendah dari
temperatur panas maupun temperatur ruangan (spesimen 5 maupun
spesimen 6). Material pada temperatur dingin mempunyai kekuatan impact
lebih rendah. Hal ini terjadi karena pada kondisi temperatur rendah partikel–
partikel merapat yang menyebabkan internal stress tinggi, sehingga apabila
diberi tekanan dari luar, material menjadi mudah patah.Perbedaan hasil
pengujian antara kurva gambar 2.11 dan gambar 2.6 kemungkinan
disebabkan beberapa faktor, seperti jenis bahan, cara pemotongan spesimen
dan sudut takikan.
6.8 KesimpulanUji kekuatan tumbuk (impact test) merupakan salah satu cara untuk
mengukur kekuatan material terhadap beban mendadak. Pengujian ini
dilakukan pada tiga keadaan yang berbeda yakni pada temperatur 45,50oC,
27,50oC, dan 12,30oC. Dari analisa perhitungan di atas, dapat disimpulkan
bahwa perubahan temperatur mempengaruhi kekuatan impact. Selain
temperatur disini juga didapat bahwa luasan spesimen juga berpengaruh
terhadap kekuatan impact.Pada umumnya semakin tinggi temperatur,
kekuatan impact semakin tinggi dan semakin rendah temperatur, kekuatan
impact semakin rendah. Pada pengujian ini terjadi kesalahan pada
pengukuran temperatur panas. Sehingga temperatur panas memiliki kekuatan
impact yang lebih rendah dibanding pada suhu ruang.
14
Daftar Pustaka
- Dosen Metallurgi. 1986.Petunjuk Praktikum Logam. Jurusan Teknik Mesin
FTI. ITS
- Harsono& T.Okamura. 1991.Teknologi Pengelasan Logam. PT. Pradya
Paramita. Jakarta
- M. Munir,Muh. 2000.Modul Praktek Uji Bahan. Vol 1. Jurusan Teknik
Bangunan Kapal. PPNS
- Prasojo, Budi. 2012. Buku Petunjuk Praktek Uji Bahan. Jurusan Teknik
Permesinan Kapal. PPNS
- Suherman, Wachid. 1987.Diktat Pengetahuan Bahan. Jurusan Teknik Mesin
FTI. ITS
15