IV. Data, Perhitungan, dan Grafik IV.1 Tabel DataIV.1.1 Uji
Tarik Besi (Fe) P (kg)dL (mm) (Regangan) (Tegangan(mPa))t (Tegangan
Sesungguhnya (mPa))t (Regangan Sesungguhnya)
000000
20000.250.005276.6930023278.07646730.004987542
23500.50.01325.1142777328.36542040.009950331
24000.750.015332.0316027337.01207670.014888612
245010.02338.9489278345.72790630.019802627
25001.250.025345.8662528354.51290910.024692613
26001.50.03359.7009029370.491930.029558802
27001.750.035373.535553386.60929740.034401427
275020.04380.4528781395.67099320.039220713
28502.250.045394.2875282412.0304670.044016885
29002.50.05401.2048533421.26509590.048790164
30002.750.055415.0395034437.86667610.053540767
305030.06421.9568284447.27423810.058268908
31003.250.065428.8741535456.75097350.062974799
31503.50.07435.7914786466.29688210.067658648
31903.750.075441.3253386474.4247390.072320662
323040.08446.8591986482.60793450.076961041
32504.250.085449.6261287487.84434960.081579987
32804.50.09453.7765237494.61641080.086177696
33104.750.095457.9269187501.4299760.090754363
335050.1463.4607788509.80685670.09531018
33655.250.105465.5359763514.41725380.099845335
33805.50.11467.6111738519.04840290.104360015
34005.750.115470.3781038524.47158580.108854405
342560.12473.8367664530.69717830.113328685
34506.250.125477.2954289536.95735750.117783036
34606.50.13478.6788939540.90715010.122217633
34756.750.135480.7540914545.65589380.126632651
349070.14482.8292889550.42538940.131028262
35007.250.145484.212754554.42360330.135404637
35107.50.15485.596219558.43565180.139761942
35207.750.155486.979684562.4615350.144100344
353080.16488.363149566.50125280.148420005
35358.250.165489.0548815569.74893690.152721087
35408.50.17489.746614573.00353840.157003749
35408.750.175489.746614575.45227140.161268148
354590.18490.4383465578.71724890.165514438
35409.250.185489.746614580.34973760.169742775
35409.50.19489.746614582.79847070.173953307
35359.750.195489.0548815584.42058340.178146185
3520100.2486.979684584.37562080.182321557
350010.250.205484.212754583.47636850.186479567
349010.50.21482.8292889584.22343960.19062036
345010.750.215477.2954289579.91394610.194744077
3400110.22470.3781038573.86128670.198850859
335011.250.225463.4607788567.7394540.202940844
330011.50.23456.5434537561.54844810.207014169
325011.750.235449.6261287555.28826890.21107097
3150120.24435.7914786540.38143340.21511138
305012.250.245421.9568284525.33625140.21913553
295012.50.25408.1221783510.15272290.223143551
275012.750.255380.4528781477.4683620.227135573
2450130.26338.9489278427.0756490.231111721
210013.250.265290.5276524367.51748020.235072122
190013.50.27262.8583521333.83010720.2390169
165013.750.275228.2717269291.04645170.242946179
IV.I.2 Uji Tarik Tembaga (Cu)P (kg)dL (mm) (Regangan)
(Tegangan(mPa))t (Tegangan Sesungguhnya (mPa))t (Regangan
Sesungguhnya)
000000
15000.250.005169.8694999170.71884740.004987542
23000.50.01260.4665666263.07123220.009950331
24000.750.015271.7911999275.86806790.014888612
245010.02277.4535166283.00258690.019802627
24601.250.025278.5859799285.55062940.024692613
24751.50.03280.2846749288.69321520.029558802
25001.750.035283.1158332293.02488740.034401427
251020.04284.2482966295.61822840.039220713
25152.250.045284.8145282297.6311820.044016885
25202.50.05285.3807599299.64979790.048790164
25252.750.055285.9469916301.67407610.053540767
253530.06287.0794549304.30422220.058268908
25403.250.065287.6456866306.34265620.062974799
25403.50.07287.6456866307.78088460.067658648
25453.750.075288.2119182309.82781210.072320662
254540.08288.2119182311.26887170.076961041
25404.250.085287.6456866312.09556990.081579987
25254.50.09285.9469916311.68222080.086177696
25204.750.095285.3807599312.49193210.090754363
250050.1283.1158332311.42741660.09531018
24805.250.105280.8509066310.34025180.099845335
24505.50.11277.4535166307.97340340.104360015
24305.750.115275.1885899306.83527770.108854405
240060.12271.7911999304.40614390.113328685
23606.250.125267.2613466300.66901490.117783036
23206.50.13262.7314932296.88658740.122217633
22906.750.135259.3341032294.34420720.126632651
224070.14253.6717866289.18583670.131028262
21707.250.145245.7445432281.3775020.135404637
21007.50.15237.8172999273.48989490.139761942
20007.750.155226.4926666261.59902990.144100344
IV.I.3 Uji Tarik Alumunium (Al)P (kg)dL (mm) (Regangan)
(Tegangan(mPa))t (Tegangan Sesungguhnya (mPa))t (Regangan
Sesungguhnya)
000000
16000.250.005151.0503514151.80560320.004987542
24000.50.01226.5755271228.84128240.009950331
27000.750.015254.897468258.720930.014888612
274010.02258.6737268263.84720130.019802627
27601.250.025260.5618562267.07590260.024692613
28001.50.03264.338115272.26825840.029558802
28401.750.035268.1143737277.49837680.034401427
286020.04270.0025031280.80260330.039220713
28802.250.045271.8906325284.1257110.044016885
29002.50.05273.7787619287.46770.048790164
29202.750.055275.6668913290.82857030.053540767
293030.06276.610956293.20761340.058268908
29403.250.065277.5550207295.5960970.062974799
29353.50.07277.0829884296.47879750.067658648
29103.750.075274.7228266295.32703860.072320662
282040.08266.2262443287.52434390.076961041
27604.250.085260.5618562282.70961390.081579987
27004.50.09254.897468277.83824010.086177696
26404.750.095249.2330798272.91022240.090754363
258050.1243.5686916267.92556080.09531018
25005.250.105236.0161741260.79787230.099845335
24005.50.11226.5755271251.49883510.104360015
22605.750.115213.3586214237.89486280.108854405
214060.12202.029845226.27342640.113328685
20406.250.125192.589198216.66284780.117783036
19406.50.13183.1485511206.95786270.122217633
18606.750.135175.5960335199.3014980.126632651
Gambar Sample Fe
Gambar Sample Cu
Gambar Sample AlIV.2. Contoh PerhitunganIV.2.1. Perhitungan
Sampel Besi (Fe)Ao:70,88 mm2Af:36,86 mm2Lo:50 mmLf:63,6 mmUTS:50,01
kg/mm2% elongasi (sampel):( Lf - Lo)/ Lo x 100%:27,2 %% reduksi:(Ao
Af )/Ao x 100%:47.99 %Modulus elastisitas: / : 9684.255079 mPa
IV.2.2. Perhitungan Sampel Alumunium (Al)Ao:103,87 mm2Af:42,63
mm2Lo:50 mmLf:61,4 mmUTS:28.30 kg/mm2% elongasi (sampel):( Lf -
Lo)/ Lo x 100%:22,8 %% reduksi:(Ao Af )/Ao x 100%:58,96 %Modulus
Elastisitas: / : 15105.04 mpaIV.2.3. Perhitungan Sampel Tembaga
(Cu)Ao:86,59 mm2Af:27,79 mm2Lo:50 mmLf:66,2 mmUTS:29.39 kg/mm2%
elongasi (sampel):( Lf - Lo)/ Lo x 100%:32,4 %% reduksi:(Ao Af )/Ao
x 100%:67,91 %Modulus Elastisitas: / :18119.41 mPaIV.3. Grafik
IV.3.1. Grafik P vs dL
IV.3.2. Grafik vs (Stress Strain)
IV.3.3. Grafik t vs t (True Stress True Strain)
V. PembahasanV.1 Prinsip PengujianPengujian tarik ini bertujuan
untuk melihat sifat keuletan dari suatu benda dengan melihat jenis
perpatahan yang terjadi dan juga melihat daru kurva stress-strain
yang dapat dibuat dari data yang ada. Data yang diperoleh adalah
grafik tekanan berikut dengan perubahan panjangnya. Dari grafik ini
dapat diperoleh data-data lainnya seperti tegangan dan
regangan.Setelah dilakukannya pengujian tarik ini, ada beberapa
sifat mekanis dari material yang diuji yang diharapkan dapat
diketahui. Sifat-sifat mekanis tersebut adalah:1. Batas
Proporsionalitas (Proportionality Limit)2. Batas Elastis (Elastic
Limit)3. Titik Luluh (Yield Point) dan Kekuatan Luluh (Yield
Strength)4. Kekuatan Tarik Maksimum (Ultimate Tensile Strength)5.
Kekuatan Putus (Breaking Strength)6. Keuletan (Ductility)7. Modulus
Elastisitas (Modulus Young)8. Modulus Kelentingan (Modulus of
Resilience)9. Kurva Tegangan-Regangan10. Modulus Ketangguhan
(Modulus of Toughness)Jenis perpatahan dari uji tarik ini sendiri
pun ada 2, yaitu:1. Perpatahan ulet Perpatahan ini terjadi pada
material yang bersifat ductile di mana sumber patahan bermula dari
mengecilnya luas benda. Kemudian di daerah yang menyusut ini
terjadi rongga-rongga yang kemudian akan bersatu membentuk retakan.
Retakan ini akan menyebar dan merambat sehingga akan mematahkan
material. Umumnya, perpatahan ini berbentuk cup and cone.2.
Perpatahan getas Jenis perpatahan ini terjadi pada material yang
bersifat brittle/getas di mana pada material yang mengalami
perpatahan ini tidak atau sedikit sekali mengalami deformasi
plastis. Selain itu retakan dan perpatahannya merambat sepanjang
bidang-bidang kristalin membelah atom-atom material.Pada pengujian
tarik ini, sampel harus berbentuk silinder dengan diameter beberapa
bagian tengahnya lebih kecil daripada diameter di kedua bagian
ujungnya. Hal ini dimaksudkan agar tekanan dari tarikan akan
terkonsentrasi di tengah, sehingga material putus di daerah
tersebut. Namun, hal ini tidak menutup kemungkinan material putus
di bagian salah satu ujungnya. Hal ini dapat disebabkan oleh
beberapa faktor yaitu jenis material dan adanya retak/cacat pada
ujung tersebut. Retak/cacat pada material merupakan asal/sumber
dari perpatahan dari material, jadi jika ada cacat pada ujung, maka
bagian yang putus kemungkinan besar adalah bagian yang ada
retak/cacat tersebut. Kemudian jenis material seperti ceramics juga
dapat mengalami putus di bagian ujungnya. Hal ini disebabkan karena
tekanan yang diberikan tidak terkonsentrasi di tengah, melainkan
merata di setiap bagian, sehingga tidak menutup kemungkinan sample
putus di bagian ujung, walaupun sudah dikecilkan diameternya di
beberapa bagian tengah.Pengujian tarik ini menguji 3 macam
material, yaitu besi (Fe), aluminium (Al) dan tembaga (Cu).
Masing-masing material tersebut sudah dibentuk agar dapat menjadi
sample uji tarik. Pertama, kami mengukur dan menandai panjang di
bagian yang lebih kecil sepanjang 50 cm dengan menggunakan jangka
sorong. Selain itu, diameter masing-masing sample juga dihitung.
Dari data diameter ini, luas awal sample dapat diketahui. Setelah
ditandai dan diukur diameternya, sample dipasangkan ke mesin uji
tarik Shimadzu dengan menjepit kedua bagian ujung sample pada grip
mesin dengan hati-hati. Pengujian dimulai dengan menyalakan mesin
penguji, data mengenai tekanan dan pertambahan panjang dari sample
tercatat pada recorder yang akan menghasilkan sebuah grafik.
Pengujian tarik ini berlangsung cukup cepat, sehingga sulit untuk
mengamati dengan seksama fase-fase yang terjadi, seperti
necking.Untuk mencari diagram stress-strain dari tiap-tiap sample,
dibutuhkan data mengenai tekanan, pertambahan panjang, panjang awal
dan luas awal. Tekanan dan pertambahan panjang sudah tersajikan
dalam bentuk grafik, sedangkan panjang awal sudah diperoleh sebelum
pengujian dimulai. Luas awal dapat diketahui dari menghitung
diameter yang sudah diukur sebelumnya. Luas akhir juga dibutuhkan
untuk mengukur persentase pengurangan luas. Jenis perpatahan
masing-masing sample juga diamati dan dicermati.
V.2 Analisa GrafikV.2.1. Analisa Grafik P vs dLPada pengujian
ini, beban yang diberikan pada Fe lebih besar daripada beban yang
diberikan kepada Cu dan Al, hal ini karena daya tahan dari Fe lebih
besar daripada daya tahan Al dan Cu, sehingga untuk memperlihatkan
perubahan bentuk atas beban yang diberikan pada Fe, beban yang
diberikan pada Fe lebih besar. Jika dilihat dari tabel P vs dL,
maka terlihat dengan jelas bahwa pertambahan panjang (dL) dari besi
adalah yang paling besar dengan persentase elongasinya adalah
27,2%, sedangkan dL yang paling kecil adalah Cu. Selain itu,
tekanan maksimum dari Fe juga merupakan tekanan yang paling besar
dibandingkan dengan Cu dan Al, sedangkan tekanan maksimum terkecil
ada pada Al. Tekanan pada besi sebelum putus juga merupakan yang
terkecil di antara ketiga sample, sedangkan Al memiliki tekanan
sebelum putus yang paling besar, berbeda sedikit dengan Cu.Jika
dilihat dengan sekasama lagi, bagian ujung dari garis linier dari
Fe adalah yang terendah dan yang teringgi adalah Cu. Titik ujung
dari garis linier ini adalah batas sebelum material memasuki fase
yield. Lebih tepatnya, titik ini merupakan upper yield point yang
merupakan titik ujung dari fase elastis suatu material sebelum
turun secara drastis ke lower yield point (memasuki fase yield).
V.2.2. Analisa Grafik vs (stress strain)Grafik ini adalah grafik
yang dapat menunjukkan 10 sifat mekanis yang diharapkan dapat
diketahui dari pengujian ini. Grafik ini menunjukkan prubahan
panjang sample terhadap tekanan yang diberikan. Pada grafik,
terlihat dengan jelas bahwa Fe memiliki strain yang terbesar
deibandingkan dengan 2 material lainnya, sedangkan Al memiliki
strain yang terendah. Selain strain yang paling besar, yield point
Fe juga merupakan yang terbesar, sedangkan Al merupakan yang
terkecil. Fase elastis ditunjukkan oleh garis linier pada grafik,
terlihat bahwa fase elastis Fe juga merupakan yang paling besar dan
Al merupakan yang paling kecil.Berdasarkan grafik ini, dapat
disimpulkan bahwa sifat keuletan dari Fe lebih besar dibandingkan
kedua material lainnya, dan Al memiliki sifat keuletan yang paling
rendah. Hal ini ditunjukkan pada fase plastis Fe yang paling besar
di antara kedua material lainnya. Data lain yang dapat disimpulkan
dari grafik ini adalah breaking strength, di mana breaking strength
adalah tekanan yang dapat diterima benda sebelum putus. Breaking
strength dari Al merupakan yang terkecil, sedangkan Fe dan Cu
memiliki breaking strength yang berdekatan nilainya. Selain itu,
kekuatan tarik maksimum (ultimate tensile strength) juga dapat
disimpulkan, di mana Fe memiliki ultimate tensile strength yang
paling tinggi dibandingkan Cu dan Al. Ultimate tensile strength ini
sendiri menunjukkan tekanan maksimum yang dapat diterima benda
sebelum terdeformasi. Pada grafik stress strain ini, titik tersebut
berada di puncak grafik, di mana pada titik ini terjadi juga fase
necking, yaitu mekanisme penciutan akibat adanya deformasi yang
terlokalisasi. Dapat dilihat bahwa fase necking pada Fe terjadi
pada tekanan yang lebih besar daripada Cu dan Al, sedangkan Al
mengalami necking pada tekanan yang terendah. Berdasarkan grafik
stress strain ini, dapat disimpulkan bahwa fe memiliki sifat
keuletan yang paling tinggi dibandinkan Cu dan Al, sedangkan Al
memiliki sifat keuletan yang paling rendah. Hal ini ditentukan oleh
data-data dan panjang fase yang ada pada grafik, seperti fase
plastis Fe yang tertinggi daripada fase plastis Cu dan Al.V.2.3.
Analisa Grafik t vs t (true stress true strain)Grafik ini
menunjukkan perubahan antara stress dan strain yang berbeda dari
grafik stress strain sebelumnya. Pada grafik sebelumnya, grafik
tersebut merupakan grafik engineering stress strain atau kurva
rekayasa yang didasarkan atas dimensi awal benda. Grafik ini
menggunakan tekanan dan perpanjangan yang sesungguhnya yang
didasarkan atas luas area dan pertambahan aktual pada saat
pembebanan setiap saat terukur. Perbedaan kedua kurva tidaklah
terlalu besar pada regangan yang kecil. terlihat secara signifikan
pada rentang terjadinya pengerasan regangan (strain hardening),
yaitu setelah titik luluh terlampaui. Secara khusus perbedaan
menjadi demikian besar di dalam daerah necking.Pada kurva
tegangan-regangan rekayasa, dapat diketahui bahwa benda uji secara
aktual mampu menahan turunya beban karena luas area awal Ao
bernilai konstan pada saat perhitungan tegangan = P / Ao. Sementara
pada kurva tegangan-regangan sesungguhnya luas area actual adalah
selalu turun , sehingga terjadinya perpatahan dan benda uji mampu
menahan peningkatan teganan karena = P / Ao. Jika dibandingkan,
perbedaan antara kurva rekayasa dan kurva akual memang tidak
terlalu berbeda pada fase sebelum yield point terlampaui. Namun,
setelah yield point terlampaui perbedaan yang ada mulai terlihat
dan perbedaan ini terlihat secara signifikan mulai dari daerah
necking, di mana strain yang sesungguhnya lebih pendek daripada
strain rekayasa dan stress yang sesungguhnya lebih besar daripada
stress rekayasa.V.2.4. Analisa Hasil PerpatahanSecara sederhana,
bentuk dari perpatahan ulet atau getas dapat dilihat dari bentuk
perpatahannya seperti pada gambar berikut:
CBAHasil patahan dari masing-masing sample berbeda satu sama
lain. Pertama, pada Al terlihat pada permukaan patahannya terdapat
bentuk cup and cone / kerucut, seperti pada gambar A. Hal ini
merupakan suatu ciri-ciri dari perpatahan ductile yang mana
perpatahan ini disebabkan karena adanya retak yang muncul dari
gabungan rongga-rongga akibat adanya penyempitan, maka dapat
disimpulkan bahwa Al merupakan bahan yang ductile/ulet. Untuk Cu,
terlihat ada sedikit bentuk kerucut yang merupakan ciri-ciri dari
perpatahan ulet. Permukaan patahannya pun juga memiliki kemampuan
dalam memantulkan cahaya yang cukup baik. Hal ini menunjukkan bahwa
Cu juga merupakan material yang ductile/ulet, namun jika
berdasarkan hasil patahan ini, keuletan Cu lebih kecil dibandingkan
dengan keuletan Al. Untuk Fe, permukaan patahan yang terjadi tidak
menunjukkan adanya bentuk cup and cone / kerucut, permukaan patahan
yang terbentuk lebih membentuk permukaan yang rata, selain itu daya
pantul cahayanya buruk, namun permukaan patahannya tidak mulus,
seperti gambar B. Hal ini menunjukkan bahwa besi merupakan bahan
yang kurang ductile, namun juga tidak sangat brittle. Hal ini
bertentangan dengan data yang ada pada grafik, di mana grafik
menunjukkan bahwa Fe merupakan bahan yang paling ulet dibandingkan
kedua material lainnya. Namun, jika berdasarkan pada hasil patahan
yang terbentuk Fe justru merupakan material yang paling brittle
dibandingkan kedua material lainnya dan Al merupakan material yang
paling ductile.VI. KesimpulanSetelah dilakukan pengujian tarik ini,
dapat diambil kesimpulan bahwa:1. Jenis perpatahan tiap material
berbeda-beda, ada perpatahan ductile dan perpatahan brittle.2.
Grafik stress strain dapat menunjukkan sifat-sifat mekanis pada
benda mengenai sifat keuletan, yield point, necking, breaking
strength, ultimate tensile strength, dll.3. Kekuatan tarik Fe
adalah yang terbesar dan Al adalah yang terkecil (kekuatan tarik
besi lebih besar daripada kekuatan tarik tembaga dan kekuatan tarik
tembaga lebih besar daripada kekautan tarik aluminium).4.
Berdasarkan grafik stress strain ketiga material yang diuji
bersifat ductile.5. Berdasarkan grafik stress strain, besi (Fe)
merupakan material yang paling ductile, sedangkan aluminium (Al)
merupakan material yang paling kurang ductile.6. Berdasarkan hasil
patahannya, aluminium merupakan material yang paling ductile,
sedangkan besi merupakan material yang paling tidak ductile
(mendekati brittle).7. Yield point dari Fe merupakan yang tertinggi
daripada yield point Cu dan yield point Al.8. Necking terjadi pada
titik ultimate tensile strength di mana terjadi peyusutan pada
sample akibat adanya deformasi yang terlokalisasi.9. Grafik
engineering stress strain berbeda dengan grafik true stress strain
di mana perbedaan yang signifikan terjadi pada fase setelah titik
luluh terlampaui.10. Engineering stress srain menggunakan dimensi
awal dari benda, sedangkan true stress strain menggunakan dimensi
aktual dari sample pada saat pembebanan setiap saat terukur.
Daftar PustakaModul Praktikum Material Teknik Pengujian Merusak
(Destructive Test). 2012. Laboratorium Metalografi dan HST
Departemen Metalurgi dan Material FTUI: DepokCallister, William D.
Materials Science and Engineering An Introduction 6th Edition.
2004. Canada : John Wileys & Sons,
Inc.http://www.infometrik.com/2009/09/mengenal-uji-tarik-dan-sifat-sifat-mekanik-logam/http://www.tutorvista.com/content/physics/physics-iii/solids-and-fluids/elasticity-modulus.php