FIX BAB III

LABORATORIUM PENGUJIAN BAHAN

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2014/2015

Kelompok 11 Pengujian Kekuatan Kejut

BAB III

PENGUJIAN KEKUATAN KEJUT

3.1 Tujuan Pengujian

a. Mengetahui daya tahan suatu logam terhadap beban dinamis yang menyebabkan

terjadinya patahan.

b. Mengetahui bentuk patahan.

c. Mengetahui pengaruh perlakuan panas terhadap kekuatan kejut logam.

d. Mengetahui cara pengujian kejut.

3.2 Teori Dasar Pengujian

Kekuatan impact adalah kemampuan suatu bahan untuk menahan beban

dinamis atau mendadak yang dapat menyebabkan rusak atau patah.

3.2.1 Macam-macam Metode Pengujian Impact

Percobaan impact yang digunakan untuk menghitung besarnya ketahanan

impact suatu logam tergantung dari kerapuhan metal dan penggunaannya ada 3

macam, yaitu :

- Pengujian pukul takik (Beam Impact Test)

- Pengujian tarik kejut (Tension Impact Test)

- Percobaan puntir (Torsion Impact Test)

Percobaan pukul takik paling sering digunakan di antara ketiga percobaan di

atas. Hasil percobaan pukul takik biasanya tidak dapat langsung digunakan sebagai

pemecahan masalah perencanaan, tapi hanya dapat digunakan untuk membandingkan

sifat ketangguhan suatu bahan dengan bahan yang lain. Hal ini karena banyak faktor

yang mempengaruhi impact strength yang tak dapat dicari hubungan antara kondisi

pengujian dengan kondisi pemakaian.




1. Percobaan pukul takik ( Beam Impact Test )

Digunakan untuk mengetahui kemampuan suatu logam untuk menahan

pukulan suatu logam. Pada percobaan ini dipakai spesimen yang bertakik, cara

pembebanan di sini ada dua macam, yaitu :

a. Cara pembebanan Charpy

Pada percobaan ini benda kerja punya ukuran dan bentuk yang

standar. Takik diletakkan pada landasan dengan posisi takik membelakangi

pendulum yang akan membentuk benda kejut, sehingga mengenai bagian

punggung dari notch. Teknik yang digunakan umumnya bersudut 45 derajat.

Percobaan ini sesuai untuk material yang ductile. Cara pembebanan ini

banyak digunakan terutama di Amerika.

Gambar 3.1 Prinsip Pengujian Impact Charpy

Sumber : Geoge E. Dieter, Mechanical metallurgy,Mc Graw Hill,Singapore 1986,

hal.473

b. Cara Pembebanan Izod

Salah satu bagian benda uji dijepit pada bibir takikan dan posisi takik

berhadapan dengan pendulum yang akan memberi beban kejut. Percobaan ini

sesuai untuk material yang brittle. Pembebanan ini banyak digunakan di

Inggris.




Gambar 3.2. Prinsip Pengujian Impact Izod

Sumber : Geoge E. Dieter, Mechanical metallurgy,Mc Graw Hill,Singapore 1986,

hal.473

2. Percobaan tarik kejut ( Tension Impact Test )

Salah satu ujung spesimen dijepit dan pada ujung yang lain diberi beban

tarik secara kejut. Percobaan ini biasanya digunakan pada bahan yang bersifat

ulet. Spesimen bisa diberi notch atau tidak sesuai dengan kebutuhan.

3. Percobaan puntir ( Torsion Impact Test )

Salah satu ujung spesimen dan pada ujung yang lain diberi beban puntir

secara kejut. Dalam hal ini masih ada batas mulur dan batas pecah tetapi tak ada

kontraksi dan kontraksi adalah perlawanan bahan terhadap beban akibat adanya

tegangan dalam. Tegangan puntir pada titik beratnya sama dengan nol dan

semakin keluar semakin bertambah.

3.2.2 Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Kekuatan Impact

Faktor faktor yang mempengaruhi kekuatan impact, antara lain :

1. Bentuk dan ukuran Notch

Takik atau notch dengan sudut yang semakin kecil, maka terjadinya

patahan akan sering dialami karena takik merupakan tempat pemusatan tegangan

saat benda diberi beban kejut.




Gambar 3.5.Pengaruh ukuran bentuk notch

Sumber : Harner E. Davis,The Testing of Engineer Material, Mc Graw Hill

2. Kadar karbon

Semakin tinggi kadar karbon maka impact dan strength-nya semakin

rendah karena karbon mempunyai sifat yang rapuh. Kadar karbon akan

berpengaruh sampai 1,3% untuk kekerasan. Karena jikalau melebihi dari itu

tidak akan berpengaruh lagi untuk kekerasannya.

Gambar 3.6.Pengaruh kadar karbon terhadap impact strength

Sumber: Geoge E. Dieter, Mechanical metallurgy,Mc Graw Hill,Singapore 1986,hal.

409




3. Temperatur Pemanasan

Semakin tinggi temperature spesimen maka energi yang diperlukan untuk

mematahkan spesimen semakin besar. Impact test sebaliknya dilakukan pada

suatu daerah yang mempunyai temperature yang berbeda sehingga dapat

sekaligus mempelajari pengaruh temperature tersebut.

Gambar 3.7.Pengaruh temperature terhadap impact strength

Sumber : Geoge E. Dieter, Mechanical metallurgy,Mc Graw Hill,Singapore 1986,hal.

253

4. Homogenitas Arah Orientasi

Homogenitas suatu material memiliki arah orientasi butir yang sama

arahnya sehingga pada saat diberi gaya, butiran tersebut akan berubah arah

namun memiliki arah yang sama. Kekerasannya pun akan lunak, sehingga butuh

energi impact yang besar.

5. Heat Treatment/perlakuan panas

Proses perlakuan panas yang berbeda akan menghasilkan impact strength-

nya yang berbeda-beda pula karena setiap proses heat treatment menghasilkan

perubahan mekanik yang berbeda-beda. Jikalau diurutkan dari kekerasannya

Hardening, Tempering, Tanpa Perlakuan, Normalizing, Annealing.




6. Kecepatan pendinginan

Pendinginan yang cepat akan menurunkan harga impact strength-nya

karena pendinginan yang cepat setelah pemanasan akan cenderung membentuk

struktur martensite yang cenderung bersifat keras dan rapuh.

7. Tensile strength

Suatu material dengan tensile strength yang tinggi akan memiliki impact

strength yang rendah. Hal ini menunjukkan tensile strength berbanding terbalik

dengan impact strength.

Gambar 3.8.Hubungan Tensile Strength dan Impact Strength

Sumber : Harner E. Davis,The Testing of Engineer Material,Mc Graw Hill Wesley

,NewYork,hal.240

8. Jenis material

Jenis material yang berbeda mempunyai susunan atom yang berbeda pula.

Misalnya unsur paduan pada paduan baja akan menghambat laju dekomposisi

austenite selama perlakuan panas. Sehingga hasil dekomposisi akan berbeda-

beda yang menyebabkan penyerapan energi impact tiap jenis material juga

berbeda besarnya.

9. Ukuran butir

Ukuran butir yang besar bersifat lebih ductile dari ukuran butir yang halus.

Hal ini dikarenakan ukuran butir yang besar memiliki gaya ikatan antar atom

yang lebih besar, sehingga harga impact strength-nya tinggi.




Gambar 3.9.Pengaruh ukuran butir terhadap Impact Strength

Sumber : Harner E. Davis,The Testing of Engineer Material,Mc Graw Hill Wesley ,

NewYork,hal.240

10. Kekerasan

Semakin tinggi tingkat kekerasan suatu material maka harga impact

strength-nya semakin rendah karena semakin tinggi kekerasan material

cenderung bersifat semakin rapuh.

Gambar 3.10.Pengaruh kekerasan terhadap Impact Strength

Sumber : Harner E. Davis,The Testing of Engineer Material,Mc Graw Hill Wesley,

NewYork, hal.24

11. Ketebalan bahan

Dengan uji impact charpy, benda uji dengan ketebalan standar (0,394)

memiliki impact strength yang lebih tinggi daripada benda uji yang sama

dengan ketebalan yang lebih besar.

12. Unsur Paduan

Baja dengan paduan yang berbeda akan menyebabkan susunan atom yang

berlainan dengan logam induknya. Karena susunannya berbeda dari sifat

mekanik baja karena pengaruh paduan yang berbeda. Paduan ini mempengaruhi

nilai impact strength.




3.3. Pelaksanaan Pengujian

3.3.1 Alat dan Bahan yang Digunakan

Spesifikasi Alat yang Digunakan

1. Charpy Impact

Digunakan untuk mengukur kekuatan kejut.

Gambar 3.11. Charpy Impact Testing Machine

Sumber : Laboratorium Pengujian Bahan, Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

2. Kertas Gosok

Digunakan untuk membersihkan spesimen dari kotoran dan kerak.

3. Baja Bohler Spesial K

Bentuk dan dimensi standar ASTM A370 V- notch digunakan sebagai

spesimen yang akan diuji.

Komposisi Kimia Spesimen

Spesimen bahan pada pengujian impact kali ini menggunakan baja boher

special K yang berbentuk v-notch dengan bentuk dan dimensi yang telah sesuai

standar , diharapkan dapat mempermudah praktikan dalam melaksanakan pengujian

impact. Dengan komposisi kimia penyusunnya antara lain

1. Karbon ( C ) : 2 %

2. Krom ( Cr) : 12%

3. Mangan ( Mn ) : 0.3 %

4. Silikon ( Si ) : 0.2%




Pergeseran Titik Eutectoid

Tabel 3.1 Pergeseran titik eutectoid

Komposisi

Bahan Prosentase Bahan

Titik Eutectoid

Bahan

Komposisi

Eutectoid

Cr

Mn

Si

12 %

0,3 %

0,2 %

840 oC

727 oC

735 oC

0,375 %

0,73 %

0,72 %

Gambar 3.12. Pergeseran Titik Eutectoid

Sumber : Dokumentasi Pribadi

% 59 , 0 735 727 840

) 72 , 0 735 ( ) 73 , 0 727 ( ) 375 , 0 840 ( %

3 , 754 72 , 0 73 , 0 375 , 0

) 72 , 0 735 ( ) 73 , 0 727 ( ) 375 , 0 840 (

x x x C

C x x x

Tc o




Bentuk dan Dimensi Spesimen

skala : 1:1 satuan : mm

Gambar 3.13 Bentuk dan dimensi spesimen uji kejut

Sumber : Dokumentasi Pribadi

3.3.2. Prosedur Pengujian

1. Benda kerja diberi heat treatment.

2. Spesimen dibersihkan dari kotoran dan terak.

3. Dilakukan dry run tes sebagai berikut:

Pendulum alat uji charphy diatur agar benar-benar menggantung bebas dan

dalam keadaaan diam.

Lengan pengikat diturunkan dengan roda pemutar.

Tombol pengunci ditekan selanjutnya jika kedudukan lengan pengikat sudah

tepat terhadap pendulum , pengunci dapat dilepas tanpa menggeser kedudukan

pendulum.

Kedua jarum penunjuk diatur pada posisi vertikal.

Pendulum beserta lengannya diangkat dengan roda pemutar sehingga jarum

luar menunjukkan skala yang sesuai dengan kedudukan pendulum dalam

posisi horizontal ( 900 ).

Dilakukan dry run test untuk mengetahui energi yang dilepas mesin karena

kerugian mekanik . Dilakukan pencatatan sudut yang ditunjuk oleh jarum.

4. Dilakukan Pengujian sebagai berikut:

Spesimen diletakkan pada tempatnya sehingga bagian punggung takik tepat

pada posisi jatuhnya pendulum.

Dilakukan seperti pada dry run test.




Rumus Rumus yang digunakan :

a. Enegi yang dibutuhkan secara ideal

A0 = ( m x g x h1 ) ( m x g x h2 )

= G x ( h1 - h2 )

= G x R x { Cos ( 900 - 10 ) Cos0 }

b. Kerugian energi pada alat

f = G x R x { Cos ( 900 - 00 ) Cos0 }

c. Energi aktual yang diperlukan

A = A0 - f

d. Enegi yang diperlukan untuk mematahkan spesimen tiap satuan luas

penampang

Ak = A / F0

Dengan :

R = Radius Lintasan ( mm )

G = Berat Pendulum ( Kg )

F0 = Luas Penampang ( mm2 )

= Sudut awal (o)

0 = Sudut dry run (o)

1 = Sudut akhir (o)

3.4 Hipotesa

Spesimen Kelompok dan Spesimen Tanpa Perlakuan

Pada uji kekuatan kejut, semakin tinggi temperaturnya maka semakin

tinggi pula kekuatan impact strength-nya. Semakin tinggi tingkat kekerasannya suatu

material maka harga impact strength-nya semakin rendah karena semakin tinggi

kekerasan material cenderung bersifat semakin getas maka dari itu spesimen dengan

perlakuan annealing akan menghasilkan impact strength yang lebih tinggi

dibandingkan tanpa perlakuan




Spesimen Kelompok dan Spesimen antar Kelompok

Semakin tinggi tingkat kekerasannya suatu material maka harga impact

strength-nya semakin rendah karena semakin tinggi kekerasan material cenderung

bersifat semakin getas. Maka dari itu dapat disimpulkan harga impact strength

terendah sampai tertinggi: Hardening, Tempering, Normalizing, Annealing.

3.5 Pengolahan Data

3.5.1 Data Kelompok

- Spesimen tanpa Perlakuan

R = 600 mm o = 90

G = 24 kg o = 4

fo= 600 mm2 1 = 7

a. Energi yang diperlukan secara ideal

Ao = (m.g.h1) (m.g.h2)

= G (h1 - h2)

= G.R ( cos (o- 1) cos o )

= 24 x 600 ( cos(90-7) cos 90 )

= 14400 (cos 83 cos 90 )

= 14400 (0.12186)

= 1754,8 kg.mm


F = G.R ( cos (o- o) cos o )

= 24 x 600 ( cos(90-4) cos 90 )

= 14400 (cos 86 cos 90 )

= 14400 (0,069)

= 1004,49 kg.mm


A = Ao F = 1754,8 1004,49 = 750,43 kg.mm

d. Energi patah yang diperlukan untuk mematahkan spesimen tiap satuan luas

penampang .

=

0 =

750,43 .

600 2 = 1,25

.

2




- Spesimen dengan perlakuan Annealing 9500.

R = 600 mm o = 90

G = 24 kg o = 4

fo= 600 mm2 1 = 17


Ao = (m.g.h1) (m.g.h2)

= G (h1 - h2)

= G.R ( cos (o- 1) cos o )

= 24 x 600 ( cos(90-17) cos 90 )

= 14400 (cos 73 cos 90 )

= 14400 (0,2923)

= 4210,15 kg.mm



= 24 x 600 ( cos(90-4) cos 90 )

= 14400 (cos 86 cos 90 )

= 14400 (0,0697)

= 1004,49 kg.mm


A = Ao F = 4210,15 1004,49 = 3205,65 kg.mm


penampang .

=

0

=3205,65 .

600 2

= 5,34 .

2

3.5.2 Data Antar Kelompok

- Spesimen dengan perlakuan Normalizing 9500.

R = 600 mm o = 90

G = 24 kg o = 4

fo= 600 mm2 1 = 8





Ao = (m.g.h1) (m.g.h2)

= G (h1 - h2)

= G.R ( cos (o- 1) cos o )

= 24 x 600 ( cos(90-8) cos 90 )

= 14400 (cos 82 cos 90 )

= 14400 (0,1391)

= 2004,09 kg.mm



= 24 x 600 ( cos(90-4) cos 90 )

= 14400 (cos 86 cos 90 )

= 14400 (0,069)

= 1004,49 kg.mm


A = Ao F = 2004,09 1004,49 = 999,59 kg.mm


penampang .

=

0

=999,59 .

600 2

= 1,665 .

2

- Spesimen dengan perlakuan Hardening 9500.

R = 600 mm o = 90

G = 24 kg o = 4

fo= 600 mm2 1 = 5


Ao = (m.g.h1) (m.g.h2)

= G (h1 - h2)

= G.R ( cos (o- 1) cos o )

= 24 x 600 ( cos(90-5) cos 90 )

= 14400 (cos 85 cos 90 )




= 14400 (0,087)

= 1255,04 kg.mm



= 24 x 600 ( cos(90-4) cos 90 )

= 14400 (cos 86 cos 90 )

= 14400 (0,069)

= 1004,49 kg.mm


A = Ao F = 1255,04 1004,49 = 250,54 kg.mm


penampang .

=

0

=250,54 .

600 2

= 0,4175 .

2

- Spesimen dengan perlakuan Tempering 9500.

R = 600 mm o = 90

G = 24 kg o = 3

fo= 600 mm2 1 = 9


Ao = (m.g.h1) (m.g.h2)

= G (h1 - h2)

= G.R ( cos (o- 1) cos o )

= 24 x 600 ( cos(90-9) cos 90 )

= 14400 (cos 81 cos 90 )

= 14400 (0,156)

= 2252,65 kg.mm



= 24 x 600 ( cos(90-3) cos 90 )

= 14400 (cos 87 cos 90 )




= 14400 (0,0523)

= 753,63 kg.mm


A = Ao F = 2252,65 753,63 = 1499,01 kg.mm


penampang .

=

0

=1499,01 .

600 2

= 2,498 .

2

Tabel 3.2 Data Data Hasil Pengujian Berbagai Macam Perlakuan

No Perlakuan

0

o

Energi

Ideal

(kg.mm)

Kerugian

Energi

(kg.mm)

Energi

Aktual

(kg.mm)

Energi

Patah

(kg.mm/mm2)

1 Tanpa Perlakuan 4o 7o 1754,92 1004,49 750,43 1,25

2 Annealing (950oC) 4o 17o 4210,15 1004,49 3205,65 5,34

3 Normalizing(950oC) 4o 8o 2004,09 1004,49 999,59 1,66

4 Hardening (950oC) 4o 5o 1255,04 1004,49 250,54 0,41

5 Tempering (950oC) 3o 9o 2252,65 753,63 1499,01 2,49




Pembahasan

a. Data kelompok

Gam

bar

3.6

: G

rafi

k H

ub

un

gan

Du

a P

erla

kuan

Pan

as D

enga

n E

ner

gi P

atah

Gra

fik

3.1

. Gra

fik

Hu

bu

nga

n D

ua

Per

laku

an P

anas

den

gan

En

ergi

Pat

ah

Gra

fik

3.1

. Gra

fik

Hu

bu

nga

n D

ua

Per

laku

an P

anas

den

gan

En

ergi

Pat

ah




Dari grafik di atas dijelaskan tentang perbandingan tingkat kekuatan kejut

dua perlakuan panas yang diberikan, dan diperoleh nilai energi kejut dari Annealing

lebih tinggi daripada Tanpa Perlakuan.

Pada awal pengujian ini, didapatkan nilai energi kekuatan kejut tanpa

perlakuan sebesar 1,25 kgmm/mm2 dan energi kekuatan kejut Annealing sebesar 5,34

kgmm/mm2. Dari nilai tersebut, nilai dan grafik energi kejut dua perlakuan ini sesuai

dengan teori yang menyatakan nilai dari Annealing lebih besar daripada nilai Tanpa

Perlakuan. Hal ini dapat disebabkan karena Annealing memiliki ukuran butiran yang

besar jika dibandingkan dengan Tanpa Perlakuan.

Gam

bar

3.1

Hu

bu

nga

nEn

ergi

Pat

ah A

nta

ra S

pes

imen

Den

gan

Per

laku

anP

anas

Den

gan

Spes

imen

Tan

paP

erla

kuan

Pan

as

Gra

fik

3.1

Gra

fikH

ub

un

gan

Du

aPer

laku

anP

anas

Den

gan

Ener

giP

atah




b. Data antar kelompok

Gra

fik

3.2

. Gra

fik

Hu

bu

nga

n M

acam

M

acam

Per

laku

an P

anas

den

gan

En

ergi

Pat

ah




Dari grafik tersebut juga dijelaskan tingkat kekuatan kejut dari masing

masing perlakuan panas yang diberikan. Dan telah diperoleh energi kejut dari yang

tertinggi sampai terendah adalah Annealing, Tempering, Normalizing, Tanpa

Perlakuan, Hardening.

Pada hasil pengujian ini, didapatkan bahwa Annealing yang memiliki energi

kejut paling tinggi yaitu 5,34 kgmm/mm2. Normalizing nilainya 1,66 kgmm/mm2,

hal ini sesuai dengan teori yang meyatakan bahwa Annealing memiliki energi kejut

tertinggi. Pada Annealing, material dipanaskan untuk meningkatkan keuletan,

menghilangkan tegangan dalam, menghaluskan ukuran butir dan meningkatkan sifat

mampu mesin. Oleh karena itu, Annealing memiliki tingkat keuletan yang cukup

tinggi dan lebih besar dibandingkan dengan Normalizing sehingga energi untuk

mematahkan spesimen tersebut pada uji impact juga besar.

Dari grafik di atas juga didapatkan bahwa nilai Hardening memiliki energi

kejut yang lebih rendah dibandingkan Tanpa Perlakuan dan Tempering yaitu sebesar

0,417 kgmm/mm2 sedangkan Tanpa Perlakuan sebesar 1,25 kgmm/mm2 dan

Tempering sebesar 2,498 kgmm/mm2. Hal ini sesuai dengan teori yang menyatakan

bahwa Hardening memiliki energi kejut yang terendah karena pendinginan dengan

media pendingin menghasilkan struktur yang keras dan getas sehingga mudah patah

apabila diberikan beban dinamis. Hal ini telah sesuai dengan dasar teori karena pada

Hardening terdapat struktur yang keras dan getas. Hal ini menyebabkan material

menjadi rapuh.




3.7 Kesimpulan Dan Saran

3.7.1 Kesimpulan

1. Sifat mekanik spesimen dipengaruhi oleh perlakuan panas yang diberikan

kepada spesimen tersebut.

2. Urutan energi patah pada uji kejut spesimen berdasarkan hasil pengujian

adalah Annealing, Tempering, Normalizing, Tanpa Perlakuan, Hardening.

Urutan energi patah pada spesimen uji kejut berdasarkan teori tidak sesuai.

Sehingga hasil pengujian ada penyimpangan dari dasar teori.

3. Dari grafik, yang mengalami Annealing memiliki energi kejut tertinggi

karena ukuran butir yang terbentuk homogen besar-besar. Tempering

memiliki energi kejut tertinggi kedua karena ukuran butir yang dihasilkan

lebih besar dari Normalizing dan Hardening yang terendah karena

strukturnya yang getas dan keras.

3.7.2 Saran

1. Alangkah baiknya pada pengujian kejut tidak hanya mengunakan

pembebanan Charpy karena hasil pengujian kurang tepat dimanfaatkan dalam

perancanaan disebabkan oleh level tegangan yang diberikan tidak merata

2. Alat alat pengujian di Laboratorium Pengujian Bahan ditambah dan sarana

seperti kursi diperbaiki agar meningkatkan kinerja dari praktikan.

3. Praktikan harus lebih memahami dan mengerti materi praktikum.

4. Praktikan harus teliti dalam mengambil data pengujian kejut.

5. Untuk jam aktif asistensi mohon ditambah.

FIX BAB III

Documents