laporan uji bahan impact test

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.            Tujuan

1.1.1        Tujuan instruksional umum

Mahasiswa mampu melakukan pengujian beban mendadak (Impact test) terhadap suatu material.

1.1.2        Tujuan intruksional khusus

·         Mahasiswa mampu menganalisa pengaruh takikan (notch) terhadap kekuatan material.

·         Mahasiswa mampu menganalisa energi dan kekuatan impact dari hasil pengujian suatu material.

·         Mahasiswa mampu menganalisa pengaruh temperatur terhadap kekuatan material.

·         Mahasiswa mampu menganalisa temperatur transisi suatu material.

·         Mahasiswa mampu menganalisa jenis patahan suatu material

1.2.            Dasar Teori

Beberapa perangkat pada otomotif dan transmisi serta bagian-bagian pada kereta api dan lain, akan mengalami suatu beban kejutan atau beban secara mendadak dalam pengoperasianya. 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 1.1

Gambar 1.1. Mesin Uji Impact

Bandul dengan ketinggian tertentu berayun dan memukul spesimen. Berkurangnya energi potensial dari bandul sebelum dan sesudah memukul benda uji merupakan energi yang diserap oleh spesimen.

Gambar 1.2. Sketsa Perhitungan Energi Impact Teoritis

Besarnya energi impact (joule) dapat dilihat pada skala mesin penguji. Sedangkan besarya energi impact dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

                                                E_o = W.h_o………....(1)

                                                            E₁  = W.h₁………...(2)

                                                            ∆E = E_o - E₁

   = W (h_o- h₁)… .(3)

dari gambar 1.2 didapatkan h_o = ℓ - ℓcos α

                                   = ℓ (1 - cos α)……(4)

                               h₁ = ℓ - ℓcos β

                                    = ℓ (1 - cos β)…...( 5)

dengan subtitusi persamaan 4 dan 5 pada 3 di dapatkan :

∆E = W ℓ( cos β - cos α )……… (6)

dimana:           E_o = Energi awal  (J)

E₁ = Energi akhir (J)

W = Berat bandul (N)

h_o = 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 /impact strength (I_s) maka energi impact tersebut harus dibagi dengan luas penampang efektif spesimen (A) sehingga :

                                                I_s = ∆E/A

                                                    = W ℓ( cos β - cos α )……… (7)

Pada suatu konstruksi, keberadaan takik atau nocth memegang peranan yang amat berpengaruh terhadap kekuatan impact. Adanya takikan pada kerja yang salah seperti diskotinuitas 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 type A (V), type B (key hole) dan type C (U) sebagaimana ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

                                                 

Gambar 1.3 Macam-macam Bentuk Takikan Pada Spesimen Uji Impact.

(a) Bentuk V, (b) Bentuk U, (c) Bentuk key hole

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 dibawah ini :

Gambar 1.4 Pola Patahan Pada Penampang Specimen Uji Impact

1.3.            Metode Pengujian Impact

Metode pengujian impact dibedakan menjadi 2 macam yaitu :

a)      Metode Charpy 

Gambar 1.5. Metode Charpy

Pada metode sebagaimana ditunjukkan pada gambar1.5.a, 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.

b)      Metode izod

Gambar 1.6. Metode Izod

Pada metode ini sebagaimana ditunjukkan pada gambar 1.5.b, spesimen dijepit pada salah satu ujungnya dan diletakkan tegak. Arah pemukulan dari depan takikan. Biasanya metode ini digunakan di Negara Inggris.

1.4       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 impactnya 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 impactnya.

Diantara kedua kekuatan impact yang ekstrim tersebut ada suatu titik temperatur yang merupakan transisi dari kedua titik ekstrim tersebut yakni suatu temperatur yang menunjukkan perubahan sifat material dari ductile menjadi brittle. Titik temperatur tersebut disebut ‘temperatur transisisi’.

Gambar 1.7. Grafik Temperatur Transisi

Ada lima criteria penentuan temperature transisi seperti yang telah ditunjukkan oleh gambar di atas, yaitu :

1.      T1 adalah temperature transisi yang diperoleh dari temperature suatu material pada saat material tersebut bersifat 100% ductile menuju ductile-brittle. Suhu transisi ini sering disebut dengan Fracture temperature plastic (FTP).

2.      T2 adalah temperature transisi suatu material pada saat fracture appearance berada pada 50% ductile – 50 % brittle.

3.      T3 adalah criteria temperature transisi yang diperoleh dari rumus :

Is taransisi = (Is maximum + Is minimum) / 2

4.      T4 adalah temperature transisi yang diperoleh pada saat material dari sifat ductile-brittle menu brittle setelah melewati Cv = 15 ft-lb.

5.      T5 adalah temperature transisi yang diperoleh pada saat material bersifat ductile-brittle menuju brittle 100%. Temperatur ini disebut dengan nil ductility temperature (NDT)

Apabila temperatur operasi dari suatu peralatan berada dibawah 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.

BAB  II

METODOLOGI

II.1.          Peralatan

1.      Mesin Uji Impact

2.      Cooling Chamber

3.      Sarung Tangan

4.      Kompor Listik

5.      Panci

6.      Jangka Sorong

7.      Tang

8.      Stamping

9.      Palu

10.  Kikir

11.  Amplas

II.2.          Bahan

1.      Spesimen uji impact untuk temperatur panas (1buah)

2.      Spesimen uji impact untuk temperature kamar (1 buah)

3.      Spesimen uji impact untuk temperature dingin (1 Buah)

II.3.          Prosedur Praktikum

II.3.1.          Persiapan Spesimen

·   Ambil spesimen dan jepit pada ragum,

·   Ambil kikir  dan    kikir     bekas-bekas  machining  pada spesimen   yang   memungkinkan   menyebabkan  kesalahan ukur.

·   Ulangi langkah diatas untuk seluruh spesimen.

II.3.2.          Penandaan Spesimen

·   Ambil stamp dan tandai seluruh specimen

1             : Untuk Spesimen Suhu Panas 100^oC

                                 2             : Untuk Spesimen Suhu Kamar 26 ^oC

                                 3             : Untuk Spesimen Suhu Dingin -40 ^oC

II.3.3.          Pengukuran Dimensi

·   Ambil    spesimen    ukur   dimensinya   (panjang, lebar dan tebalnya).

·   Catat kode spesimen dan data pengukurannya pada lembar kerja

·   Ulangi langkah diatas untuk semua spesimen.

II.3.4.          Pengkondisian Spesimen Pada Temperatur Kerja

v  Temperatur Panas

·   Masukkan   air ke  dalam  panci dan letakkan  diatas kompor listrik yang telah dinyalakan.

·   Tunggu sampai air mendidih dan masukkan  spesimen berkode P ke dalam panci dan tunggu ±5 menit.

·   Ukur temperatur air sesaat sebelum spesimen diambil untuk diuji impact.

·   Catat pada lembar kerja.

v  Temperatur Dingin

·   Nyalakan cooling chamber dan setting pada temperatur -50 ^oC untuk percobaan dingin.

·   Tunggu   sampai    penunjuk   temperatur menunjukkan angka –50 ^oC.

·   Masukan    specimen   ke   dalam   cooling chamber dan tunggu ± 5 menit.

·   Catat   pada   lembar   kerja,   temperatur sesaat sebelum spesimen diambil untuk diuji impact.

v  Tempeatur Kamar

Untuk    specimen     pada    suhu   kamar     bisa    langsung dilakukan pengujian impact.

II.3.5.          Pengujian Pada Mesin Uji Impact

v  Mencatat data mesin pada lembar kerja.

v  Tempatkan bandul pada posisi awal untuk pengujian.

v  Atur jarum penunjuk pada posisi 0.

v  Ambil specimen dan letakkan pada tempatnya  secara tepat dan cepat, terutama  untuk  kondisi  panas  dan   dingin.

v  Letakkan  tangan   kanan   pada   pin   pengunci   beban dan tangan kiri pada rem.

v  Tekan     pin   pengunci   beban,   sehingga  bandul meluncur menimpa spesimen.

v  Tekan rem   ketika   bandul   hendak  mengayun untuk yang kedua kalinya.

v  Amati dan catat  besarnya  sudut  dan  besarnya  energi yang ditunjukkan oleh jarum penunjuk.Ulangi langkah diatas untuk seluruh specimen.

II.3.6.          Menentukan Panjang Lengan Bandul

v  Angkat bandul sehingga membentuk sudut 100 dari garis tegak.

v  Lepaskan bandul sehingga berayun.

v  Hitung dengan stopwatch waktu yang dibutuhkan untuk 50 ayunan (T50).

v  Hitung lengan bandul dengan menggunakan persamaan berikut :

T = 2p (ℓ / g)^1/2…… (8)

Dimana   T          = periode (detik)

= T₅₀ / 50

               ℓ = panjang lengan bandul (m)

               g = percepatan gravitasi (m/det²)

BAB  III

ANALISA DATA

Tabel  3.1 Spesifikasi Mesin Impact dan Spesimen

IMPACT TEST
	α : 160.43º	Berat Bandul : 96.5 N		Panjang Lengan : 0.80 m
Specimen Stamp	1		2		3
Length = L (mm)	54.8		55		54.9
Width = W (mm)	10.2		10.1		10
Overall Thick = T (mm)	10		10		10
Thick. At Notch = tn (mm)	8.85		8.8		8.75
Cross Section = An (mm2)	90.27		88.88		87.5

Tabel  3.2 Hasil Percobaan

Spesimen Stamp	1	2	3
Type of Notch	V	V	V
Location of Notch	Center	Center	Center
Temperature (oC)	-41.9	26.7	95.1
Angle (β)	135.8	56.2	17.9
E impact (J)	17.58	115.6	146.2
E Theorit (J)	17.55	115.8	146.4
Strenght(J/mm2)	0.19	1.3	1.67
Type of Fracture	brittel	mixture	ductile

III.2.1. Menurut Percobaan

v  Spesimen Suhu Dingin -40^oC

Diket : E = 17,50 joule

                           A = 90,27 mm²

Maka kekuatan impact ( I_s ) =

                                                            =

               = 0,19 J/mm²

v  Spesimen Suhu Kamar 26,7^oC

Di ket :      E = 115,6 joule

                                A = 88,88 mm²

Maka kekuatan impact ( I_s )          =

                                                                    =

                                                                    = 1.3 J/mm²

v  Spesimen Suhu Panas 100^oC

Diket :       E = 146,20 joule

                                 A = 87,50 mm²

Maka kekuatan impact ( I_s )          =

                                                                     =

                                                                           =1,67 J/mm²

III.2.2. Menurut Teori

                        Mencari panjang lengan (ℓ)

                        Periode (T)                              = 90 detik

                        Periode tiap detik (T₅₀)           = 90 / 50 = 1,8 detik

T₅₀       = 2p.

1,8       = 2p.

1,8²      = 4p².(ℓ/9,81)

ℓ          = 0,80 m   

Berat bandul (W) = 96.5 N

Sudut awal ( α ) = 160.80 ^o

v  Spesimen Suhu Dingin -50 ^oC (E)

Sudut akhir = 135,80 ⁰

Luas penampang = 90,27 mm²

Maka kekuatan impact

=   = 0,19 J/mm²

v  Spesimen Suhu Kamar 26,7 ^oC (C)

Sudut akhir = 56,2 ⁰

Luas penampang = 88,88mm²

Maka kekuatan impact

     

                     =   = 1,3 J/mm²

v  Spesimen Suhu Panas 100^oC

Sudut akhir = 17,9⁰

Luas penampang = 87.50 mm²

Maka kekuatan impact

     

                     =   = 1,67 J/mm²

            Tabel 3.3 Perbandingan Kekuatan Impact Percobaan

dengan Perhitungan

Temperatur Spesimen	100oC	26oC	-50oC
Kekuatan Impact Hasil Percobaan   (J/mm2)	1,67	1,3	0,19
Kekuatan Impact Hasil Perhitungan (J/mm2)	1,67	1,3	0,19
Selisih	0,00	0,00	0,00

Gambar 3.1 Grafik  Temperatur Transisi (^oC)

            Temperatur transisi tersebut diperoleh dengan cara menarik garis hasil dari menjumlahkan kekuatan impact tertinggi dengan kekuatan impact terendah kemudian dibagi dua. Lebih singkatnya dapat dicari melalui rumus :

            Dari hasil Is transisi tersebut barulah ditarik garis kebawah sehingga didapat temperatur transisinya.

III.2.       Gambar Hasil Pengujian

III.2.1. Pada Temperatur  -50^oC ( dingin )

Jenis patahan yang ditimbulkan adalah Brittle seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3.2 di bawah ini :

Gambar 3.2 Patahan Brittle Pada Spesimen Suhu Dingin

Ciri – ciri Brittle Fracture :

1.      Spesimen putus dengan permukaan yang halus

2.      Terdapat bulir-bulir halus pada permukaan patahannya

3.      Permukaan patahannya mengkilap

4.      Biasa disebut granular fracture atau cleavage fracture

III.2.2. Pada Temperatur 26^oC ( kamar)

Jenis patahan yang ditimbulkan adalah mixture yaitu campuran antara ulet (ductile) dan brittle (getas) seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3.3 di bawah ini ;

Gambar 3.3 Patahan mixture (ductile and brittle) Pada Spesimen Suhu kamar 26^oC

Ciri – ciri Mixture Fracture :

1.      Spesimen pada umumnya tidak putus dengan permukaan patahan  yang kasar

2.      Permukaan patahannya terlihat buram

3.      Terdapat serabut-serabut kasar pada permukaan patahannya

4.      Gabungan antara patahan ductille dan brittle

III.2.3. Pada Temperatur 100 ^oC (panas)

Jenis patahan yang ditimbulkan adalah ulet (ductile) seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3.4 di bawah ini :

Gambar 3.4 Patahan Ulet (ductile) Pada Spesimen Suhu Panas 100^oC

Ciri – ciri Ductile Fracture :

1.      Spesimen pada umumnya tidak putus dengan permukaan patahan  yang kasar

2.      Permukaan patahannya terlihat buram

3.      Terdapat serabut-serabut kasar pada permukaan patahannya

4.      Biasa disebut Fibrous fracture

                                  

BAB  IV

PENUTUP

IV.1.       Kesimpulan

Tabel 4.1. Data hasil praktikum

Temperatur Spesimen	100oC	26oC	-50oC
Kekuatan Impact Hasil Percobaan   (J/mm2)	1,67	1,3	0,19
Kekuatan Impact Hasil Perhitungan (J/mm2)	1,67	1,3	0,19
Selisih	0	0	0

           

            Kekuatan impact pada temperatur transisi :

            Is transisi         =  

                                    =

                                    = 0,93 J/mm²

Disamping mengetauhi nilai impact suatu material uji impact ini juga dapat bertujuan untuk mengetauhi lateral expansion dan shear yang mana leteral expension ini adalah untuk mengetauhi perubahan tebal dari suatu material yang patah setelah uji impact sedangkan shear adalah untuk mengetauhi perubahan panjang dari suatu material yang patah setelah uji impact

IV.2.       Analisa Kesalahan

Ketidak tepatan data hasil percobaan dengan hasil perhitungan dapat disebabkan oleh terjadinya kesalahan pada perhitungan untuk mencari panjang lengan. Hal ini terjadi karena pencatatan waktu dalam 50 periode dan terjadinya kesalahan pada saat meletakkan sudut awal saaat mencari periode sehingga berpengaruh pada periode yang didapat.

DAFTAR PUSTAKA

·         Budi Prasojo, ST [2002], Buku Petunjuk Praktek Uji Bahan, Jurusan Teknik Permesinan Kapal, PPNS

·         [1988], Annual Book of ASTM Standart, Vol 03.01, E 23, American Society for Testing and Materials.