Perpatahan Rapuh Keramik - Taufiqur Rachman

TIN107 - Material Teknik #6 - Mechanical Failure #2

6623 - Taufiqur Rachman 1

66

23

-T

au

fiq

ur

Ra

ch

ma

nh t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d

TIN107 – Material TeknikMateri #6

1TIN107 - Material Teknik

h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d

66

23

-T

au

fiq

ur

Ra

ch

ma

n

Perpatahan Rapuh Keramik (1)

Sebagian besar keramik (pada suhu kamar), perpatahan terjadi sebelum deformasi plastis.

Secara umum konfigurasi retakan untuk 4 metode pembebanan umum dapat dilihat pada gambar.

Materi #6

2

TIN107 - Material Teknik




66

23

-T

au

fiq

ur

Ra

ch

ma

nPerpatahan Rapuh Keramik … (2)

Ciri perpatahan pada keramik:

Titik asal (origin point)

Daerah awal (initial region/mirror) adalah rata danhalus.

Setelah mencapai kecepatan kritis retakan, akan muncul:

Mist (berkabut)

Hackle (mematahkan)

Materi #6

3



66

23

-T

au

fiq

ur

Ra

ch

ma

n

Perpatahan Polimer

Kekuatan perpatahan relatif lebih rendahdibandingkan keramik dan logam.

Perpatahan pada polimer thermosetting(jaringan berikatan silang) biasanya yangrapuh (brittle).

Untuk polimer thermoplastic, keduaperpatahan (elastis dan rapuh) sangatmungkin.

Penurunan suhu, laju regangan meningkat,lekukan tajam, peningkatan ketebalanspesimen adalah beberapa faktor yang dapatmempengaruhi perpatahan rapuh (brittle).

Salah satu fenomena yang terjadi padathermoplastics adalah crazing (deformasiplastis setempat dan membentuk celah kecildan menjembatani fibrillar /urat saraf).

Materi #6

4





66

23

-T

au

fiq

ur

Ra

ch

ma

nPengujian Tumbukan

Materi #6TIN107 - Material Teknik

5

Pembebanan tumbukan:

Untuk kasus pengujian yang berat.

Membuat material lebih rapuh (brittle).

Mengurangi ketangguhan

finalheight

initialheight

(Charpy)


66

23

-T

au

fiq

ur

Ra

ch

ma

n

Tabel Hubungan


6

Hu

bu

nga

n S

uh

u,D

amp

ak

En

ergy

Ch

arp

y(A

) d

an%

P

erp

atah

an G

eser

(B)




66

23

-T

au

fiq

ur

Ra

ch

ma

nContoh Baja Charpy

Permukaan perpatahan setelah tumbukanmemperlihatkan variasi elastisitas (ductility)terhadap temperatur pengujian (℃).

Materi #6

7



66

23

-T

au

fiq

ur

Ra

ch

ma

n

Temperatur/Suhu


8

Peningkatan suhu

Meningkatkan %EL dan Kc

Ductile-to-Brittle Transition Temperature (DBTT).

DBTT

BCC metals polymers ( e.g., iron at T < 914°C)

Imp

act

En

ergy

Temperature

High strength materials (y > E/150)

More DuctileBrittle

FCC metals (e.g., Cu, Ni)




66

23

-T

au

fiq

ur

Ra

ch

ma

nKelelahan (Fatigue)

Kelelahan adalah suatu bentuk kerusakan yang terjadi padastruktur terhadap tekanan dinamis pada waktu tertentu.

Dengan kondisi tersebut adalah mungkin untuk gagal padalevel tekanan yang jauh lebih rendah dari kekuatan tarik ataukekuatan luluh pada beban statis.

Penyebab terbesar kerusakan pada logam; juga berpengaruhterhadap polimer dan keramik.

Biasanya merupakan kerusakan pada jembatan, pesawatterbang dan komponen mesin.

Materi #6

9


Alat pengujian kelelahan untuk pengujian kelenturan yang berputar


66

23

-T

au

fiq

ur

Ra

ch

ma

n

Variasi tekanan terhadap waktumenyebabkan kerusakan karenakelelahan.

Sifat tekanan mungkin axsial (kompresitegangan), lentur (flexural/bending)atau puntir/memutar (torsion).

Ada 3 jenis fluktuasi tekanan terhadapwaktu yang terlihat pada gambar:a) Siklus tekanan berbalik –

amplitudo simetris terhadaptingkat tekanan bernilai nol,

b) Siklus tekanan berulang – relatiftidak simetris maksimum danminimum ke tingkat tekanan nol,

c) Tingkat tekanan bervariasi (acak)

Materi #6

10


Siklus Tekanan Kelelahan




66

23

-T

au

fiq

ur

Ra

ch

ma

nMekanisme Kelelahan

Kerusakan kelelahan

Permulaan retakan

Rambatan retakan

Kerusakan akhir

Persamaan pertumbuhan retakan:

Dimana:

da = Peningkatan panjang retakan

dN = Peningkatan siklus pembebanan

m = Kontanta kelelahandengan angka 1 hingga 6

a = Panjang retakan

σ = Tekanan

Materi #6

11


Dengan


66

23

-T

au

fiq

ur

Ra

ch

ma

n

Laju Pertumbuhan Retakan

Awalnya, laju pertumbuhan kecil, tetapi meningkat dengan meningkatnya panjang retakan.

Tingkat pertumbuhan meningkat dengan tingkat tekanan yg diterapkan untuk panjang retakan yg diberikan (a1).

Materi #6

12





66

23

-T

au

fiq

ur

Ra

ch

ma

nKurva S-N

Merupakan kurva/grafik yangmenggambarkan siklus kelelahan ketikadiberikan tekanan maksimum

Sebuah benda uji dikenai siklus tekananpada amplitudo dg tekanan maksimum,jumlah siklus untuk kerusakanditentukan.

Prosedur ini diulang pada benda ujilainnya dengan menurunkan amplitudotekanan.

Data diplot sebagai tekanan Sdibandingkan dengan jumlah siklus Nuntuk kerusakan semua benda uji.

Sifat umum S – N: semakin tinggitingkat tekanan, semakin sedikit jumlahsiklus.

Materi #6

13



66

23

-T

au

fiq

ur

Ra

ch

ma

n

Untuk beberapa paduan besidan titanium, kurva S – Nmenjadi horizontal pada jumlahyang lebih tinggi dari siklus N.

Pada dasarnya telah mencapaibatas kelelahan, dan di bawahtingkat tekanan materialtersebut tidak akan kelelahan.

Batas kelelahan merupakannilai terbesar dari fluktuasitekanan yang tidak akanmenyebabkan kerusakan bagijumlah siklus yang tak terbatas.

Materi #6

14


Batas Kelelahan




66

23

-T

au

fiq

ur

Ra

ch

ma

n

Salah satu metode yang paling efektif untukmeningkatkan kinerja kelelahan adalah denganmenerapkan kekuatan tekan sisa dalam lapisantipis terluar permukaan. Sebuah tegangan tarikpermukaan akan diimbangi oleh tegangan tekan.

Shot peening (deformasi plastis setempat yangkecil dengan diameter mulai dari 0,1 hingga 1,0mm), partikel keras (shot) diterapkan padakecepatan tinggi ke permukaan. Deformasi yangdihasilkan menyebabkan kekuatan tekan hinggakedalaman sekitar ¼ hingga ½ dari diametershot.

Materi #6

15


Selama pengoperasian mesin, goresan kecil dan alur dapat ditemui, ini dapatmembatasi umur kelelahan.

Memperbaiki penyelesaian permukaan dengan pemolesan akanmeningkatkan umur kelelahan secara signifikan.

Grafik perbandingan pengaruh shot peening .

Perawatan Permukaan


66

23

-T

au

fiq

ur

Ra

ch

ma

n

Metode Meningkatkan Umur Kelelahan


16

Penerapan tekanan tegangan permukaan(untuk menekanpertumbuhanretakan permukaan)

Shot Peening

Carburizing

Menghilangkan konsentrator tekanan.




66

23

-T

au

fiq

ur

Ra

ch

ma

nCreep (Mulur)


17

Creep (mulur) adalah deformasi permanen dari material ketikamengalami beban konstan atau tekanan pada waktu tertentu.

Umumnya terjadi pada material yang ditempatkan pada suhuyang ditinggikan (> 0,4 Tm) dan terkena tekanan mekanisstatis.

Contoh: turbin rotor dalam mesin jet dan generator uap yangmengalami tekanan sentrifugal dan tekanan uap yang tinggi.


66

23

-T

au

fiq

ur

Ra

ch

ma

n

Uji Creep (Mulur)

Umumnya dengan memperlakukanbenda uji pada beban konstan atautekanan tetap dan menjaga suhusecara konstan.

Setelah pembebanan, terjadideformasi elastis secara instan.

Perbandingan regangan mulurdengan waktu pada beban konstandan suhu yang ditinggikan secarakonstan.

Tingkat mulur minimum (padakondisi stabil laju mulur), adalahkemiringan dari garis linear diwilayah sekunder. Pecahnya masapakai tr adalah total waktu untukpecah.

Materi #6

18





66

23

-T

au

fiq

ur

Ra

ch

ma

nDaerah Creep (Mulur)


19

1) Mulur utama atau sementara (primary atau transientcreep)

Menyesuaikan dengan tingkat mulur (laju mulur dapatdikurangi).

2) Mulur kedua atau tambahan (secondary creep)

Kondisi stabil, laju creep konstan, wilayah cukup linear(pengerasan regangan dan tahap pemulihan).

3) Mulur ketiga (tertiary creep)

Terjadi percepatan laju regangan sampai pecah(pemisahan batas butir, pembentukan retakaninternal, rongga dan celah).


66

23

-T

au

fiq

ur

Ra

ch

ma

n

Perbandingan Daerah Mulur

Materi #6

20


Contoh deformasi pada tekanan konstan (s) dibandingkan dengan waktu

Primary Creep : kemiringan (laju mulur) menurun terhadap waktu.

Secondary Creep : kondisi stabil, contoh: kemiringan konstan.

Tertiary Creep : kemiringan (laju mulur) meningkat terhadap waktu,contoh: laju percepatan.




66

23

-T

au

fiq

ur

Ra

ch

ma

nDaftar Pustaka

http://www.csun.edu

http://web.utk.edu

http://www.virginia.edu

http://www.photonics.com

Materi #6

21


http://www.csun.edu/~bavarian/Courses/MSE 227/Lectures_Exam2/ch9_Failure_Mechanisms.ppt

http://web.utk.edu/~prack/mse201/Chapter 8 Failure.pdf

http://www.virginia.edu/

http://www.photonics.com/Article.aspx?AID=30528

Perpatahan Rapuh Keramik - Taufiqur Rachman

Documents