[full] modul praktikum pengujian material 2015 (dt)

Laboratorium Metalurgi Fisik - DTMM FTUI Page 0

MODUL

PRAKTIKUM

Praktikum Pengujian Material :

Destructive Testing (DT)

Laboratorium Metalurgi Fisik

DTMM FTUI 2015


BAB 1

PENGUJIAN TARIK

1.1. Tujuan Praktikum

1. Untuk membandingkan kekuatan maksimum beberapa jenis material (besi tuang,

baja, kuningan dan alumunium dan polimer).

2. Untuk membandingkan titik-titk luluh (yield) material tersebut.

3. Untuk membandingkan tingkat keuletan material tersebut melalui % elongasi dan %

pengurangan luas.

4. Untuk membandingkan fenomena necking pada material tersebut.

5. Untuk membandingkan modulus elastisitas dari material tersebut.

6. Untuk membuat, membandingkan serta menganalisis kurva tegangan regangan,

baik kurva rekayasa maupun kurva sesungguhnya dari beberapa jenis logam.

7. Untuk membandingkan tampilan perpatahan (fractografi) logam-logam tersebut dan

menganalisanya berdasarkan sifat-sifat mekanis yang telah dicapai.

1.2. Pengantar

Tujuan dari dilakukannya suatu pengujian mekanis adalah untuk menentukan respon

material dari suatu konstruksi, komponen atau rakitan fabrikasi pada saat dikenakan beban

atau deformasi dari luar. Dalam hal ini akan ditentukan seberapa jauh perilaku inheren (sifat

yang lebih merupakan ketergantungan atas fenomena atomik maupun mikroskopis dan bukan

dipengaruhi bentuk atau ukuran benda uji) dari material terhadap pembebanan tersebut. Di

antara semua pungujian mekanis tersebut, pengujian tarik merupakan jenis pengujian yang

paling banyak digunakan karena mampu memberikan informasi representatif dari perilaku

mekanis material.

1.3. Prinsip Pengujian

Sampel atau benda uji dengan ukuran dan bentuk tertentu ditarik dengan beban

kontinyu sambil diukur pertambahan panjangnya. Data yang didapat berupa perubahan

panjang dan perubahan beban yang selanjutnya ditampilkan dalam bentuk grafik tegangan-

regangan, sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 1.1. Data-data penting yang diharapkan

didapat dari pengujian tarik ini adalah: perilaku mekanik material dan karakteristik

perpatahan.


1.4 Stress Strain Behaviour of Metals

Pengujian tarik yang dilakukan pada suatu material (logam dan nonlogam) dapat

memberikan keterangan yang relatif lengkap mengenai perilaku material tersebut terhadap

pembebanan mekanis. Informasi penting yang bisa didapat adalah:

a. Yielding & Yield Strength

Material memiliki kemampuan untuk terdefrmasi secara elastis dan plastis. Daerah

elastis merupakan daerah batas dimana tegangan dan regangan mempunyai hubungan

proporsionalitas satu dengan lainnya. Setiap penambahan tegangan akan diikuti dengan

penambahan regangan secara proporsional dalam hubungan linier = E (bandingkan

dengan hubungan y = mx; dimana y mewakili tegangan; x mewakili regangan dan m

mewakili slope kemiringan dari modulus kekakuan).

Pada daerah elastis, material akan kembali kepada bentuk semula bila tegangan luar

dihilangkan. Hal ini dikarenakan energi potensial dari ikatan antar atom masih lebih tinggi

dibandingkan dengan beban yang diterima (earlier stage of deformation), sehingga material

mampu kembali ke bentuk semula ketika beban dilepaskan.

Pada logam polycrystalline, mekanisme defirmasi dapat terjadi melalui slip atau

twinning. Hal ini akan bergantug pada stacking fault energy inheren logam tersebut.

Gambar 1.1. Permodelan Ikatan Kimia yang Mengalami Peregangan antara Atom A dan Atom B.

Jika beban terus ditingkatkan dan melewati batas elastis, maka material akan

mengalami memasuki daerah plastis (onset plasticity) dimana deformasi bersifat

irreversible/permanent. Setiap material memiliki perilaku batas proporsionalitas yang

berbeda, hal ini disebabkan oleh perbedaan karakteristik susunan dan ikatan antar atom.

Contohnya untuk ikatan logam, jika komponen repulsif dan attraktif dinyatakan dalam UA

dan UB, maka total potensial energi ikatan antar atom tersebut dinyatakan dalam :


(1.1)

Dimana A dan B adalah konstanta dari masing-masing konstanta inheren material

tersebut, r adalah jarak antar atom (angstrom), m dan n adalah konstanta jenis ikatan.

Turunan pertama dari (1.1) akan menyatakan besarnya gaya yang dibutuhkan untuk

memecah ikatan secara permanen. Hal ini dinyatakan dalam :

(1.2)

Gambar 1.2. (a) Titik P Merupakan Batas Proporsional, (b) Representatif Titik Luluh pada Beberapa Jenis

Baja (Fenomena Luder Band).

Penentuan titik luluh dapat dilakukan dengan berbagai cara, berikut adalah beberapa

cara yang digunakan menurut ASTM E8

Upper Yield, cara ini merupakan cara yang paling sederhana. Penentuan titik luluh

dilakukan dengan mengambil titik dimana peningkatan strain terjadi tanpa adanya

peningkatan tegangan, yakni titik tertinggi sebelum kurva stress-strain cenderung

menurun. Pada beberapa material seperti baja karbon akan terdapat upper dan


lower yield point, untuk alasan safety yang diambil biasanya lower yield point

sebagai titik luluh.

Gambar 1.3 Penentuan Titik Luluh (UYS) dengan metode upper yield.

Extension Undre Load (EUL) Yield Point. Tidak semua material memiliki upper

dan yield point, metode EUL memberikan nilai beban spesifik pada regangan

tertentu melalui alat yang dapat merekam dan menganalisis niliai regangan. Nilai

EUL yield point dinyatakan beserta dengan regangannya, e.g : tegangan luluh =

52.500 psi, EUL = 0,5%.


Gambar 1.4. Penentuan Nilai Tegangan Luluh EUL pada Tegangan R dan Regangan m.

Offset Method, metode offset dilakukan dengan menarik garis dengan kemiringan

yang sama terhadap modulus Young, penarikan dapa dilakukan pada nilai

regangan tertentu (umumnya 0,002 0,005). Perpotongan antara garis offset dan

kurva stress strain material kemudian menjadi titik luluh.

Pada Beberapa jenis baja dan titanium, terdapat gejala dimana batas proporsional

berada dalam serrated region yang umumnya kasar dan tidak beraturan. Gejala luluh ini

dinamakan Luders Band (Yield Point Phenomenon). Interaksi antara dislokasi dan atom-atom

tersebut menyebabkan baja ulet seperti mild steel menunjukkan titik luluh bawah (lower yield

point) dan titik luluh atas (upper yield point) sebelum akhirnya deformasi kembali normal

(ditandai dengan garis lurus pada kurva stress strain)

Namun demikian, jika strain rate atau temperatur yang digunakan pada uji tarik tidak

stabil, maka fenomena luder band dapat berlanjut menjadi Portevin-LeChatelier effect, yakni

munculnya serrated region atau garis yang tidak rata pada kurva tegangan regangan pada

kurva stress-strain. Hal ini juuga disebabkan oleh interaksi dislokasi dengan alloying element

terlarut atau interstisi.


Gambar 1.5. Beberapa Tipe Efek Portevin-LeChatelier.

Pada sampel yang diberikan beban kompresi melebihi batas elastisitasnya dan

kemudian dihilangkan gaya kompresinya hingga menjadi gaya tarik, maka akan terlihat

mechanical hysteresis loop dengan offset yang sama pada saat spesimen tersubyek gaya tarik

dan kompresi. Hal ini dinamakan Bauschinger Effect

Gambar 1.5. Contoh Mechanical Hysteresis Loop/ Bauschinger Effect.


Kalkulasi secara spesifik terhadap gaya-gaya multiaksial yang berkaitan dengan

plastisitas dapat dilakukan dengan pendekatan sesuai dengan kriteria Von Misces (material

design) atau kriteria Tresca (Manufacturing).

b. Kekuatan Tarik Maksimum (Ultimate Tensile Strength)

Merupakan tegangan maksimum yang dapat ditanggung oleh material sebelum

terjadinya perpatahan (fracture). Nilai kekuatan tarik maksimum uts ditentukan dari beban

maksium Fmaks dibagi luas penampang awal Ao.

o

maks

UTSA

F

Pada bahan ulet tegangan maksimum ini ditunjukkan oleh titik M (kurva tegangan

regangan) dan selanjutnya bahan akan terus berdeformasi hingga titik B. Bahan yang bersifat

getas memberikan perilaku yang berbeda dimana tegangan maksimum sekaligus tegangan

perpatahan Dalam kaitannya dengan penggunaan struktural maupun dalam proses forming

bahan, kekuatan maksimum adalah atas tegangan yang sama sekali tidak boleh dilewati.

c. Kekuatan Putus (breaking strength)

Kekuatan putus ditentukan dengan membagi beban pada saat benda uji putus

(Fbreaking) dengan luas penampang awal Ao. Untuk patahan yang bersifat ulet pada saat beban

maksimum M terlampaui dan bahan terus terdeformasi hingga titik putus B maka terjadi

mekanisme penciutan (necking) sebagai akibat adanya suatu deformasi yang terlokalisasi.

Pada bahan ulet kekuatan putus adalah lebih kecil daripada kekuatan maksimum sementara

pada bahan getas kekuatan putus adalah sama dengan kekuatan maksimumnya.

d. Keuletan (ductility)

Keuletan merupakan suatu sifat yang menggambarkan kemampuan logam menahan

deformasi hingga terjadinya perpatahan. Sifat ini , dalam beberapa tingkatan, harus dimiliki

oleh bahan bila ingin dibentuk (forming) melalui proses rolling, bending, stretching, drawing,

hammering, cutting dan sebagainya. Secara umum dilakukan dengan tujuan sebagai :

Untuk menunjukkan perpanjangan dimana suatu logam dapat berdeformasi tanpa

terjadinya patah dalam suatu proses pembentukan logam, misal pengerolan dan ekstrusi

Untuk memberi petunjuk umum mengenai kemampuan logam untuk berdeformasi

secara plastis sebelum patah.

Sebagai petunjuk adanya perubahan permukaan kemurnian atau kondisi pengolahan.


Gambar 1.6. Perbandingan kurva uji tarik material ulet dan getas

Pengujian tarik memberikan dua metode pengukuran keuletan bahan yaitu:

Persentase perpanjangan (elongation)

Diukur sebagai penambahan panjang ukur setelah perpatahan terhadap panjang

awalnya.

Elongasi, (%) = [(Lf-Lo)/Lo] x 100%

dimana Lf adalah panjang akhir dan Lo panjang awal dari benda uji.

Persentase pengurangan penampang (Area reduction)

Diukur sebagai pengurangan luas penampang (cross-section) setelah perpatahan

terhadap luas penampang awalnya.

Reduksi penampang, R (%) = [(Ao-Af)/Ao] x 100%

dimana Af adalah luas penampang akhir dan Ao luas penampang awal.

e. Modulus Elastisitas (Modulus Young)

Merupakan kemampuan material untuk menahan deformasi elastis, atau disebut juga

kekakuan (stiffness) sebuah material. Semakin besar nilai modolus Young, makin sulit

material mengalami deformasi elastis atau semakin kaku ketika dilakukan pembebanan.

Modulus kekakuan tersebut dapat dihitung dari slope kemiringan garis elastis yang linier,

diberikan oleh :


E= / atau E= tan

dimana adalah sudut yang dibentuk oleh daerah elastis kurva tegangan-regangan. Selain

itu, modulus elastisitas juga dapat dihitung melalui modulus geser dan poisson ratio dengan

rumus :

Tabel 1.1. Modulus Elastisitas, Modulus Geser dan Poisson Ratio dari Beberapa Material.

f. Modulus Kelentingan (modulus of reselience)

Mewakili kemampuan material untuk menyerap energi dari luar tanpa terjadinya

kerusakan. Nilai modulus dapat diperoleh dari luas segitiga yang dibentuk oleh area elastik

diagram tegangan-regangan. Pada gambar di samping ditunjukkan oleh segitiga putus-putus.


Gambar 1.7. Daerah modulus resilience.

g. Modulus Ketangguhan (modulus of toughness)

Merupakan kemampuan material dalam menyerap energi hingga terjadinya

perpatahan. Secara kuantitatif dapat ditentukan dari luas area keseluruhan di bawah kurva

tegangan regangan hasil pengujian tarik. Pertimbangan disain yang mengikutsertakan

modulus ketangguhan menjadi sangat penting untuk komponen-komponen yang mungkin

mengalami pembebanan berlebih secara tidak disengaja. Material dengan modulus

ketangguhan yang tinggi akan mengalami distorsi yang besar karena pembebanan

berlebih,tetapi hal ini tetap disukai dibandingkan material dengan modulus yang rendah

dimana perpatahan akan terjadi tanpa suatu peringatan terlebih dahulu.

Gambar 1.8. Kurva tegangan regangan.


h. Kurva tergangan rekayasa dan sesungguhnya

Kurva tegangan-regangan rekayasa (engineering stress-strain) didasarkan atas

dimensi awal (Ao dan lo) dari benda uji, sementara untuk mendapatkan kurva tegangan-

regangan seungguhnya diperlukan luas area dan panjang aktual pada saat pembebanan setiap

saat terukur. Perbedaan kedua kurva tidaklah terlalu besar pada regangan yang kecil, tetapi

menjadi 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

actual mampu menahan turunnya 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 tegangan karena =P/A. Sehingga notasi true stress & true strain dan

hubungannya dengan engineering stress dan engineering strain dapat dituliskan sebagai :

dan

dibawah ini adalah grafik yang membandingkan antara kurva tegangan regangan rekayasa

dan sesungguhnya.

Gambar 1.9. Kurva perbandingan true dan engineering stress.


i. Damping Capacity

Ketika logam diberikan pembebanan dan kemudian pembebanan dihilangkan, maka

kurva tress strain akan memperlihatkan sebuah histeresis mekanikal (mechanical

hysteresis) berupa sebuah perubahan jalur dari loop saat beban pada logam diberikan

(loading) dan dilepaskan (unloading).

Gambar 1.10. Mechanical Hyesteresis yang Dihasilkan pada saat Beban Diberikan (Loading) dan Dilepaskan

(Unloading).

Diskrepansi yang terjadi pada jalur loading dan unloading diakibatkan adanya

energi yang hilang saat beban diberikan dan dilepaskan. Hal ini disebabkan oleh adanya

friksi internal antar atom (internal friction) yang juga menyebabkan material terkait

menjadi panas. Energi loss ini menjadi parameter kemampuan material untuk menyerap

energi vibrasi, semakin besar diskrepansi pada mechanical hysteresis pada saat beban

diberikan dan beban dilepas, maka akan semakin besar kemampuan material untuk

menyerap energi vibrasi (damping capacity). Material seperti besi tuang kelabu (gray cast

iron) memiliki damping capacity yang baik, sehingga aplikasi yang melibatkan getaran

konstan banyak menggunakan material tersebut.


1.5 Standar Spesimen

Dimensi sampel, penentuan titik luluh, elongasi titik luluh, kekuatan tarik dan persen

elongasi pengujian tarik logam diatur pada ASTM E8 standard test methods for tension

testing of metallic material. Berikut beberpa contohnya untuk dimensi sampel :

Gambar 1.11. Contoh Dimensi Spesmen Uji Tarik Logam ASTM E8.

2. Stress Strain Behaviour of Plastics

Polimer memiliki karakteristik yang berbeda dengan logam. Pada diagram tegangan

regangan, polimer cenderung memperlihatkan sensitivitas yang tinggi terhadap strain rate,

temperatur uji dan lingkungan sekitar (O2, H2O, larutan organik, d.l.l). Polimer menunjukan

beragam karaktersitk mekanik, beberapa jenis polimer (elastomer) dapat mengalami

regangan yang bersifat elastis hingga lebih dari dari 5 kali panjang awal. Beberapa polimer

(thermoset) menunjukan karakteristik yang mirip dengan logam, cenderung getas namun

kuat.


Tabel 1.2. Beberapa Contoh Mechanical Properties dari Polimer.

Plastik merupakan gabungan dari polimer dan aditif. Aditif ditambahkan untuk

memberikan alterasi pada sifat mekanik, optik, thermal, d.l.l sesuai dengan yang diinginkan.

Kekuatan mekanik plastic sangat dipengaruhi oleh beberapa hal yakni :

- Susunan rantai molekul, semakin sulit belitan yang terjadi (entanglement) melalui cross

link maka pergerakan rantai akan semakin sulit dan material akan semakin kuat & kaku

- Function group, semakin bulky dan elektronegatif gugus fungsional, maka akan

semakin sulit material polimer terdeformasi

- Berat molekul, semakin besar berat molekul, semakin kaku dan kuat material polimer

tersebut

- Derajat Kristalinitas, semakin tinggi derajat kristalinitas material polimer, maka

material tersebut akan semakin kaku dan kuat

- Anisotropy, kekuatan mekanik juga akan dipengaruhi oleh susunan daerah kristalin dan

amorf terhadap pembebanan (maxwell & voigt element)


Selain dari inherent properties material polimer, terdapat beberapa hal yang juga

mempengahuri hasil uji tarik polimer secara signifikan, antara lain : temperatur, strain rate,

arah pengambilan spesimen, d.l.l. Pengujian tarik plastik diatur dalam standar ASTM D 638

Gambar 1.12. Mechanical Properties dari Beberapa Material Polimer.

3. Karakteristik Perpatahan

Sampel hasil pengujian tarik dapat menunjukkan beberapa tampilan perpatahan seperti

diilustrasikan oleh gambar di bawah ini :

Gambar 1.13. Mode perpatahan material ulet ke getas.

Material dikatakan ulet bila material tersebut mengalami deformasi elastis dan plastis

sebelum akhirnya putus. Sedangkan material getas tidak mengalami deformasi elastis

sebelum mengalami putus.

Sangat getas Sangat ulet


2.1 Perpatahan Ulet

Gambar 1.14. Mekanisme perpatahan ulet.

Tahapan terjadinya perpatahan ulet pada sampel uji tarik :

(1) Penyempitan awal

(2) Pembentukan rongga2 kecil( cavity)

(3) Penyatuan rongga-rongga membentuk suatu retakan.

(4) Perambatan retak.

(5) Perpatahan gesek akhir pada sudut 45

Tampilan foto SEM dari perpatahan ulet :

Gambar 1.15. Ciri perpatahan ulet menunjukkan adanya dimple.

2.2 Perpatahan Getas

Perpatahan getas memiliki ciri-ciri sebagai berikut :

(1) Tidak ada atau sedikit sekali deformasi plastis yang terjadi pada material.

(2) Retak/perpatahan merambat sepanjang bidang-bidang kristalin membelah atom-

atom material (transgranular).


(3) Pada material lunak dengan butir kasar (coarse-grain) maka dapat dilihat pola-

pola yang dinamakan chevrons or fan-like pattern yang berkembang keluar dari

daerah awal kegagalan.

(4) Material keras dengan butir halus (fine-grain) tidak memiliki pola-pola yang

mudah dibedakan.

(5) Material amorphous (seperti gelas) memiliki permukaan patahan yang bercahaya

dan mulus

Gambar 1.16. (a) Cup and cone fracture pada Aluminium dan (b) Brittle fracture pada besi tuang.

3. Metodologi Penelitian

1. Alat dan Bahan

1. Universal testing machine, Servopulser Shimadzu kapasitas 30 ton

2. Caliper dan/atau micrometer

3. Spidol permanent atau penggores (cutter)

4. Stereoscan macroscope

5. Sampel Uji tarik (Alumunium seri 5xxx, 6xxx, kuningan, baja, SS 304, PP,

Polyurethane, PVC)

2. Prosedur Pengujian

1. Ukurlah dimensi (diameter rata-rata) dari benda uji dengan menggunakan caliper atau

mikrometer. Buatlah sketsa dari benda uji dan masukkan hasil pengukuran dimensi

tersebut pada lembar data

2. Tandailah panjang ukur (gauge length) berupa jarak antara dua titik pada benda uji

dengan menggunakan penggores (cutter) atau spidol permanen.

3. Pasanglah benda uji dengan hati-hati pada grip mesin uji Shimadzu. Pada tahap ini

anda akan didampingi oleh teknisi lab. Catatlah setiap langkah operasional setting

pengujian dengan seksama.

4. Mulailah penarikan dan perhatikan dengan baik mekanisme deformasi yang terjadi

pada benda uji serta tampilan grafik beban-perpanjangan yang terlihat pada recorder


Teruskan pengamatan hingga terjadinya beban maksimum dan dilanjutkan dengan

necking lalu perpatahan

5. Tandailah pada grafik beban-perpanjangan titik-titik terjadinya beban maksimum dan

perpatahan.

6. Lepaskan benda uji dari grip mesin uji, satukan kembali patahan benda uji dan

ukurlah panjang akhir (Lf) antara dua titik (gauge marks). Ukurlah pula diameter

akhir dari bagian benda uji yang mengalami necking. Catatlah hasil-hasil pengukuran

ini di dalam lembar data.

7. Amati dan analisa karakteristik tipe perpatahan yang terjadi dengan menggunakan

stereoscan macroscope.

8. Lakukanlah pengujian untuk material yang berbeda jenisnya.

9. Berdasarkan grafik beban-perpanjangan setiap logam, hitunglah dengan formulasi

yang sesuai dari nilai-nilai sebagai berikut: (i) titik luluh; (ii) kekuatan tarik

maksimum; (iii) persentase elongasi; (iv) persentase pengurangan area; (v) modulus

elastisitas


BAB 2

PENGUJIAN KEKERASAN

2.1 Tujuan Praktikum

1. Menguasai beberapa metode pegujian yang umum dilakukan untuk mengetahui nilai

kekerasan suatu logam.

2. Menjelaskan makna nilai kekerasan material dalam lingkungan ilmu metalurgi dan

ilmu-ilmu terapan lainnya.

3. Menjelaskan perbedaan antara pengujian kekerasan dengan metode gores, pantulan

dan indentasi.

4. Menjelaskan kekhususan pengujian kekerasan dengan metode Brinell, Vickers,

Knoop, dan Rockwell.

5. Mengaplikasikan beberapa formulasi dasar untuk memperoleh nilai kekerasan

material dengan uji Brinell dan Vickers.

2.2 Pengantar

Makna nilai kekerasan suatu material berbeda untuk setiap kelompok bidang

ilmu.Bagi insinyur metalurgi nilai kekerasan adalah ketahanan material terhadap penetrasi

sementara insinyur mekanika perpatahan akan memandang material yang keras sebagai

material yang getas dan tidak dapat diandalkan pada beban impak yang tinggi, insinyur yang

mengontrol proses manufaktur akan lebih memilih material untuk tidak terlalu keras agar

mudah dibentuk (roll, forge, extrude, etc). Konsekuensi ini akan bergantung langsung kepada

industri yang mengaplikasikannya.

2.3 Dasar Teori

Kekerasan suatu material dapat didefinisikan sebagai ketahan suatu material terhadap

gaya penekan dari material lain yang lebih keras dalam skala yang terlokalisasi (localized

region). Melalui prinsip ini, uji kekerasan pun dikembangkan. Dari mulai metode goresan

yang memanfaatkan nilai kekerasa minel, metode pantulan yang memanfaatkan hilangnya

energi potensial, metode elektromagnetik (non destructive test) hingga kekerasan skala nano.

Namun demikian, metode yang paling umum digunakan oleh industri dan skala lab adalah

metode indentasi, baik secara makro maupun mikro.


Metode Indentasi Makro

Pengujian dengan metode ini dilakukan dengan penekanan benda uji dengan indentor

dengan gaya tekan dan waktu indentasi yang ditentukan. Kekerasan suatu material ditentukan

oleh dalam ataupun luas area indentasi yang dihasilkan (tergantung jenis indentor dan jenis

pengujian). Indentasi Makro berbicara hasil indentasi yang cenderung besar dari hasil

pengujian. Berdasarkan prinsip bekerjanya metode uji kekerasan dengan cara indentasi dapat

diklasifikasikan sebagai berikut:

Metode Brinell

Diperkenalkan oleh JA Brinell tahun 1900. Sebagai uji indentasi yang pertama kali

diperkenalkan, pengujian Brinel menggunakan bola baja yang diperkeras (hardened steel

ball) dengan beban dan waktu indentasi tertentu. Hasil penekanan berupa jejak yang

berbentuk setengah bola dengan permukaan lingkaran bulat, yang harus dihitung diameternya

dengan mikroskop khusus pengukur jejak. Nilai kekerasan dapat dikorelasikan ke tensile

strength, ketahanan aus, keuletan.

Pengukuran nilai kekerasan suatu material diberikan oleh rumus:

dimana P adalah beban (kg), D diameter indentor (mm) dan d diameter jejak (mm).

Prinsip Indentasi Brinell terbagi menjadi dua langkah :

1. Indentor menyentuh permukaan spesimen secara tegak lurus tanpa shock, getaran atau

overshoot kemudian apikasikan beban. Beban ditungu sampai waktu tertentu

(tergantung material spesimen), selanjutnya dilepaskan.

2. Diameter indentasi diukur. Dilakukan sekurang-kurangnya 2 kali secara tegak lurus

satu sama lain, kemudian dicari rata-rata diameter.

Untuk melakukan pengujian, hal yang harus diperhatikan pada spesimen uji antara

lain ketebalan dan permukaan specimen.

)d - D - D)(D(

2P BHN

22


Gambar 2.1 Prinsip indentasi dengan metoda Brinell.

Prosedur pengujiannya yaitu dengan menggunkan indentor berbentuk bola dengan

diameter D = 10 mm terbuat dari baja atau karbida tungsten. Beban yang diaplikasikan dapat

dipilih sebesar 500, 1500, atau 3000 kg, tergantung jenis bahan yang akan diuji (pada

umumnya 3000 kg untuk logam-logam ferous dengan waktu indentasi sekitar 10 detik dan

500 untuk logam-logam nonferous, dengan waktu indentasi sebesar 30 detik) sehingga

terbentuk jejak berupa lingkaran atau cekungan yang simetris dipermukaan bahan dengan

diameter d (mm). Besarnya nilai kekerasan Brinnel (BHN= Brinell Hardness Number)

dihitung dengan menggunakan persamaan di atas.

Pengujian Brinell tidak memerlukan surface preparation yang khusus, hal ini

disebabkan Uji Brinell tidak terlalu terpengaruh oleh kekasaran dan goresan pada permukaan

spesimen, pengujian Brinell juga menghasilkan rata-rata dari heterogenitas pada sampel. Pada

sampel polimer yang terlalu elastis, BHN dapat bernilai tak hingga apabila tidak ada jejak

yang dihasilkan (elsastis), pengujian Brinell juga menjadi tidak valid apabila pembacaan nilai

menunjukan angka lebih dari 650 BHN


Tabel 2.1 Rekomendasi Penggunaan Beban untuk Tingat Kekerasan sesuai ASTM E 10.

Karena banyaknya standar dalam pengujian Brinell, maka direkomendasikan untuk

mencantumkan diameter indentor yang digunakan, beban dan durasi. Contohnya, 80 HB

10/1500/60 berart nilai kekerasan 80 HB didapatkan dengan menggunakan diameter indentor

10 mm, beban 1500 kgf dan waktu tahan 60 detik.

Metode Rockwell

Berbeda dengan metode Brinell dan Vickers di mana kekerasan suatu bahan dinilai

dari diameter/diagonal jejak yang dihasilkan, maka metode ini merupakan uji kekerasan

dengan pembacaan langsung (direct-reading). Metode ini banyak digunakan dalam industri

karena praktis. Prinsip pengujian pada metode rockwell yaitu dengan melakukan

pembebanan sebanyak 2 tahap, dimana tahap pertama adalah pembebanan minor untuk

menentukan titik awal (starting point) dan tahap kedua adalah pembebanan mayor

(pembebanan utama). Dibutuhkan waktu tunggu (dwell time) pada setiap pembebanan, setiap

pembebanan mempunyai dwell time yang berbeda. Nilai kekerasan didapatkan bukan

dihitung dari panjang diameter yang didapatkan melainkan oleh kedalaman ( h ) penetrasi

dari indentor.


Gambar 2.2 Skema pembebanan Mayor dan Minor.

Gambar 2.3. Kedalaman pembebanan Mayor dan Minor.

Skala Rockwell terbagi 2 kategori yaitu Regular Rockwell Scales dan Superficial Rockwell

Scales. Terdapat masing-masing 15 pengujian untuk regular dan superficial. Beban yang

diberikan pada kedunya berbeda, Regular Rockwell Scales dikerjakan untuk level beban

yang lebih berat dibandingkan Superficial Rockwell Scales.


Regular Rockwell Scales

Beban minor : 98.07 N (10 kgf), beban mayor : 588.4 N (60 kgf), 980.7 N (100 kgf)

atau 1471 N (150 kgf).

Superficial Rockwell Scales

Biasanya dikerjakan pada material yang lebih tipis.

Beban minor : 29.42 N (3 kgf) , beban mayor : 147.1 N (15 kgf), 294.2 N (30 kgf)

atau 441.3 N (45 kgf).


Tabel 2.2 Daftar Indentor untuk metode Rockwell.

Indentor pada metode rockwell ini berbentuk kerucut dengan sudut 120o dari intan

dengan diameter 1/16 inch atau bola baja berdiameter 1/8 inch. Beban yang digunakan

bervariasi 60, 100, dan 150. Jenis indentor dan beban menentukan skala kekerasan yang

digunakan. Metode Rockwell dikenal karena prosesnya yang cepat, penggunaanya yang

mudah (beberapa alat dapat mengeluarkan hasil secara otomatis), indentasi yang dihasilkan

kecil dan akurasi yang baik. Untuk jarak penjejakan, antara indentasi harus berjarak minimal

3 kali diameter indentasi (ASTM) atau 4 kali diameter indentasi (ISO).


Gambar 2.4 Penjejakan metoda Rockwell.

Metode Vickers

Pada metode ini digunakan indentor intan berbentuk piramida dengan sudut 136.

Prinsip pengujian adalah sama dengan metode Brinell, walaupun jejak yang dihasilkan

berbentuk bujur sangkar berdiagonal. Panjang diagonal diukur dengan skala pada mikroskop

pengukur jejak. Nilai kekerasan suatu material diberikan oleh:

dimana d adalah panjang diagonal rata-rata dari jejak berbentuk bujur sangkar.

Gambar 2.5 Jejak pada metoda Vickers.

Penggunaan indentor intan berbentuk piramid pada metode Vickers sangat

menguntungkan karena dapat digunakan untuk memeriksa bahan-bahan dengan kekerasan

tinggi. Di samping itu, bentuk dan geometri jejak yang dihasilkan tidak banyak terpengaruh

oleh besarnya beban yang diberikan sehingga besarnya beban tidak perlu dikontrol terlalu

ketat seperti halnya pada metode brinnel. Selain pada skala makro, metode vickers dapat

digunakan pada skala mikro, dengan pembebanan sangat rendah, yaitu 1-1000 gram.

2d

P 1.854 VHN


Penampang jejek untuk uji ini sangat bergantung dari sifat material yang akan

diindentasi. Penulisan hasil pengujian Vickers juga sama seperti pengujian Brinell.

Contohnya, 350 HV 30/60 berarti spesimen memiliki kekerasan 350 HV pada pembebanan

30 kgf dan waktu tahan 60 detik.

Gambar 2.6 Penampang hasil jejak metode Vickers.

Metode Knoop

Merupakan salah satu metoe micro-hardness, yaitu uji kekerasan dengan benda uji

yang kecil. Metode ini digunakan saat benda uji bersifat getas atau memiliki ketebalan yang

tipis. Pengujian Knoop (dan Vickers) sangat sensitif terhadap kondisi permukaan, sehingga

membutuhkan polishing (diamond/Al2O3). Namun demikian pengujian Knoop dapat

mendeteksi anisotropi dan sangat akurat pada aplikasi beban manapun. Disebut

microhardness karena beban yang digunakan kurang dari 2N sedangkan ketiga pengujian

kekerasan diatas merupakan macrohardness karena beban yang digunakan lebih besar dari 2

N. Nilai kekerasan knoop adalah pembebanan dibagi dengan luas penampang yang

terdeformasi permanen. Jejak yang dihasilkan sekitar 0.01 mm- 0.1 mm dan beban yang

digunakan sebesar 5gr 5 kg. Permukaan benda uji harus benar-benar halus.


= 14,2

2

Gambar 2.7 Hasil Indentasi Uji Knoop.

2.4 Aplikasi Pengujian Kekerasan

Selain mengkarakterisasi kekerasan material, pengujian kekerasan juga memiliki

banyak aplikasi yang sangat berguna, berikut meruapakan beberapa diantaranya

Mengkarakterisasi Anisotropi

Kekerasan dari material polikristalin bergantung pada arah kristalografi, melalui

pengujian Knoop, kekerasan di taip orientasi dapat diketahui.

Gambar 2.8 Hasil Pengujian Knoop 200-gf pada Paduan Cobalt untuk Mendeteksi Anisotropi.


Memprediksi Machineability Spesimen

Kekerasan sangat mempengaruhi sifat mampu mesin dari sebuah material

(machineability), pada umumnya, kekerasan 300 350 HB dianggap toleransi maksimum

untuk proses permesinan pada baja. Nilai optimum permesinan baja berkisar pada 180 200

HB. Jika terlalu keras, mesin akan mudah aus dan rusak. Jika terlalu lunak, deformasi pada

permukaan akan terlihat buruk dan dibutuhkan energi lebih besar karena banyaknya disipasi

energi dalam bentuk panas.

Indentifikasi Fasa

Kekerasan pada skala mikro juga dapat digunakan untuk mengidentifikasi fasa melalui

nilai kekerasannya, hal ini sangat berguna jika hasil etsa mikrostruktur tidak jelas. Nilai

kekerasan mikrostruktur akan membantu mempersempit kemungkinan fasa yang sedang

diidentifikasi.

Mempreiksi Sifat Mekanis Lainnya

Kekerasan ditemukan memiliki korelasi yang akurat dengan sifat mekanis lainnya

seperti kekuatan tarik dan titik luluh. Peneliti banyak mengembangkan formula yang

mengaitkan sifat mekanis lain dengan kekerasan. Contohnya :

Dimana TS adalah kekuatan tarik, HV adalah kekerasan skala Vickers, HB adalah

kekerasan skala Brinell. Terdapat begitu banyak formula untuk berbagai jenis pengujian dan

paduan. Konversi nilai kekerasan dapat dilakukan dengan mengacu pada standar ASTM E

140. Nilai kekerasan juga dipakai untuk mengkarakterisasi Kemampukerasan baja

(hardenability) serta menilai tingkat keausan material.

2.5 Metodologi Penelitian

1. Alat dan Bahan

1. Hoytom macrohardness tester (metode Brinell dan Rockwell)


2. Sampel uji keras (Alumuium seri 5xx.x, seri 6xx.x, kuningan, baja, SS 304)

2. Prosedur : Metode Rockwell (Skala E)

1. Persiapkan benda uji dengan baik (amplas dan poles secukupnya).

2. Pasang indentor yang sesuai (Rockwell E)

3. Pasang beban yang sesuai, lihatlah buku manual alat.

4. Putar ring dari dial pembaca sehingga jarum panjang berwarna hitam menunjuk angka nol

pada skala. Sesuaikan skala tersebut dengan metode Rockwell yang dipilih. Untuk

Rockwell pilihlah skala terluar (merah) sedangkan Rockwell pakailah skala dalam

(hitam).

5. Lakukan preload dengan memutar poros dudukan benda uji searah jarum jam hingga jarum

kecil pada dial pembaca menyentuh batas merah.

6. Lakukan pembebanan dengan memutar tuas beban ke belakang dengan hati-hati. Biarkan

tuas bergerak dengan halus selama beberapa waktu, antara 10-15 detik.

7. Kembalikan tuas beban ke posisi semula dengan hati-hati.

8. Bacalah nilai kekerasan material pada dial yaitu posisi jarum hitam panjang sesuai metode

Rockwell yang dipakai.

9. Lepaskan benda uji dengan memutar poros dudukan benda uji berlawanan arah jarum.

10. Lanjutkan pengujian untuk lokasi atau material lain.


BAB 3

PENGUJIAN IMPAK


1. Menjelaskan tujuan dan prinsip dasar pengukuran harga impak dari logam.

2. Mengetahui temperatur transisi perilaku kegetasan beberapa logam

3. Menganalisa permukaan patahan (fractografi) sampel impak yang diuji pada

beberapa temperatur.

4. Membandingkan nilai impak beberapa jenis logam.

5. Menjelaskan perbedaan metode Charpy dan Izod.

3.2 Pengantar

Uji impak adalah pengujian material dengan menggunakan pembebanan yang cepat

(rapid loading) atau secara tiba-tiba. Uji ini bertujuan untuk mengetahui sifat mekanis

material terhadap beban impact atau kejut dan juga untuk mengetahui besar energi pada

temperatur variasi rendah - tinggi akibat beban kejut. Inilah yang membedakan pengujian

impak dengan pengujian tarik dan kekerasan dimana pembebanan dilakukan secara perlahan-

lahan. Pengujian impak merupakan suatu upaya untuk mensimulasikan kondisi operasi

material yang sering ditemui dalam perlengkapan konstruksi dan transportasi dimana beban

tidak selamanya terjadi secara perlahan-lahan melainkan datang secara tiba-tiba, contoh

deformasi pada bumper mobil pada saat kecelakaan.

3.3 Prinsip Pengujian

Dasar pengujian impak ini adalah penyerapan energi potensial dari pendulum beban

yang berayun dari suatu ketinggian tertentu dan menumbuk benda uji sehingga benda uji

mengalami deformasi maksimum hingga mengakibatkan perpatahan. Pada pengujian impak

ini banyaknya energi yang diserap oleh bahan untuk terjadinya perpatahan merupakan ukuran

ketahanan impak atau ketangguhan bahan tersebut. suatu material dikatakn tangguh bila

memiliki kemampuan menyerap beban kejut yang besar tanpa mengalami retak atau

deformasi dengan mudah. Gambar di bawah ini memberikan ilustrasi suatu pengujian impak

dengan metode Charpy:


Gambar 3.1. Mekanisme pengujian impak.

Pada pengujian impak, energi yang diserap oleh benda uji biasanya dinyatakan dalam

satuan Joule dan dibaca langsung pada skala (dial) penunjuk yang telah dikalibrasi yang

terdapat pada mesin penguji. Harga impak (HI) suatu bahan yang diuji dengan metode

Charpydiberikan oleh :

dimana E adalah energi yang diserap dalam satuan Joule dan A luas penampang di bawah

takik dalam satuan mm2.

dimana : P = beban yang diberikan (Newton)

Ho= ketinggian awal bandul (mm)

H1= ketinggian akhir setelah terjadi perpatahan benda uji (mm)

Benda uji impak dikelompokkan kedalam dua golongan sampel standar (ASTM E-23)

yaitu batang uji Charpy (Metode Charpy - USA) dan batang uji Izod (ASTM D-256).


1. Batang Uji Charpy

Sampel uji memiliki dimensi ukuran yaitu 10x10x55 mm (tinggi x lebar x panjang).

Dengan posisi takik (notch) berada di tengah, kedalaman takik 2 mm dari permukaan benda

uji, dan sudut takik 45. Bentuk takik berupa huruf bentuk U, V, key hole ( seperti lubang

kecil). Benda diletakkan pada tumpuan dengan posisi horisontal dan tidak dijepit. Hal ini

menyebankan pengujian berlangsung lebih cepat, sehingga memudahkan untuk melakukan

pengujian pada temperatur transisinya. Sedangkan ayunan bandul dari arah belakang takik

dengan pembebanan dilakukan dari arah punggung takik.

Gambar 3.2 Sampel uji impak Charpy.

2. Batang Uji Izod

Sampel uji memiliki dimensi ukuran yaitu 10 x 10 x 75 mm (tinggi x lebar x panjang).

Dengan posisi takik berada pada jarak 28 mm dari ujung benda uji, kedalaman takik 2 mm

dari permukaan benda uji, dengan sudut takik 45. Bentuk takik berupa huruf U, V , atau key

hole (seperti lubang kunci). Benda diletakkan pada tumpuan dengan posisi vertikal dan

dijepit. Sampel yang dijepit menyebabkan pengujian berlangsung lama, sehingga tidak cocok

digunakan pada pengujian dengan temperatur yang bervariasi. Sedangkan ayunan bandul dari

arah depan takik dengan pembebanan dilakukan dari arah muka takik.

Gambar 3.3 Sampel uji impak izod.


Pengukuran lain yang bisa dilakukan dalam pengujian impak Charpy adalah

penelaahan permukaan perpatahan untuk menentukan jenis perpatahan (fractografi) yang

terjadi. Secara umum perpatahan impak digolongkan menjadi 3 jenis perpatahan, yaitu :

1. Perpatahan berserat (fibrous fracture), yang melibatkan mekanisme pergeseran

bidang-bidang kristal di dalam material / logam (logam) yang ulet (ductile).

2. Perpatahan granular/kristalin, yang dihasilkan oleh mekanisme pembelahan

(cleavage) pada butir-butir dari material / logam (logam) yang rapuh (brittle).

3. Perpatahan campuran, merupakan kombinasi kedua jenis perpatahan di atas.

Informasi lain yang dapat diperoleh dari pengujian impak adalah temperatur transisi

bahan. Temperatur transisi (Ductile to Britte Transition Temperature) adalah temperatur

yang menunjukkan transisi perubahan jenis perpatahan suatu bahan bila diuji pada temperatur

yang berbeda-beda. Pada pengujian dengan temperatur yang berbeda-beda maka akan terlihat

bahwa pada temperatur tinggi material akan bersifat ulet (ductile) sedangkan pada

temperatur rendah material akan bersifat rapuh atau getas (brittle). Fenomena ini berkaitan

dengan deaktivasi slip system pada beberapa struktur kristal dalam rentang temperatur

tertentu. Hal ini akan mengakibatkan menurunnya ductility & toughness material secara

signifikan. Mode perpatahan yang terjadi adalah patahan getas, energy yang diperlihatkan

hingga patahan terjadi relatif rendah. Informasi mengenai temperatur transisi menjadi

demikian penting bila suatu material akan diaplikasikan pada rentang temperatur yang besar,

misalnya dari temperatur dibawah 0OC hingga temperatur tinggi di atas 100

OC. Contohnya

sistem penukar panas (heat exchanger), lambung kapal (hull), d.l.l. Hampir semua logam

berkekuatan rendah dengan struktur kristal FCC seperti tembaga dan aluminium bersifat ulet

pada semua temperatur sementara bahan dengan kekuatan luluh yang tinggi bersifat rapuh

Bahan keramik, polimer dan logam-logam BCC dengan kekuatan luluh yang rendah

dan sedang memiliki transisi rapuh-ulet bila temperatur dinaikkan. Hampir semua baja

karbon yang dipakai pada jembatan, kapal, jaringan pipa dan sebagainya bersifat rapuh pada

temperatur rendah. Gambar di samping ini memberikan ilustrasi efek temperatur terhadap

ketangguhan impak beberapa bahan.


Gambar 3.4. Grafik efek temperatur terhadap kekuatan impak.

3.4 Metodologi Penelitian 1. Alat an Bahan

1. Impact testing machine (metode Charpy) kapasitas 30 Joule.

2. Caliper dan/atau micrometer

3. Stereoscan macroscope

4. Termometer

5. Furnace

6. Sampel uji impak baja ST 42 dan Cu-Zn (3 buah)

7. Dry ice


1. Dengan menggunakan caliper/mikrometer lakukan pengukuran luas area di bawah

takik dari sampel-sampel uji anda. Catatlah hasil pengukuran anda di dalam lembar

data.

2. Persiapkan sampel uji untuk temperatur rendah (

100oC), yaitu dengan memasukkan masing-masing ke dalam wadah berisi

campuran nitrogen cair % dan elemen pemanas.

3. Ujilah satu demi satu sampel pada: temperatur ruang (Tr), 0oC, 100

oC

dengan mengikuti langkah-langkah sebagai berikut:

a) Pastikan jarum skala berwarna merah sebagai penunjuk harga impak material

berada pada posisi nol.


b) Putarlah handel untuk menaikkan pendulum hingga jarum penunjuk beban

berwarna hitam mencapai batas merah.

a) Letakkan benda uji pada tempatnya dengan takik membelakangi arah

datangnya pendulum. Pastikan benda uji tepat berada di tengah dengan

bantuan centre setting.

b) Bila benda uji telah siap, tariklah centre setting ke posisi semula. Jangan

sekalikali meninggalkan centre setting ini di belakang benda uji karena akan

ikut mengalami tumbukan oleh pendulum.

c) Berhati-hatilah, jangan berdiri pada garis ayunan gaya pendulum. Bersiaplah

melakukan pengujian pada posisi di samping alat uji.

d) Lepaskan tombol pada tangkai pendulum sehingga pendulum berayun dan

menumbuk benda uji.

e) Lakukan pengereman dengan menarik tuas rem sehingga ayunan pendulum

dapat dikurangi.

f) Bacalah nilai yang ditunjukkan oleh jarum merah pada skala yang sesuai (300

Joule). Hitunglah harga impak material dengan rumus dasar.

g) Ambil benda uji dan amatilah permukaan patahannya di bawah stereoscan

macroscope. Buatlah sketsa patahannya di dalam lembar data anda. Ukurlah

luas area getas dan ulet dari masing-masing sampel uji. Nyatakan dalam

persenta seterhadap luas area total di bawah takik.

h) Ulangi pengujian untuk sampel-sampel lain. Tingkat kehati-hatian lebih tinggi

diperlukan dalam menangani sampel temperatur tinggi.


BAB 4

PENGUJIAN KEAUSAN


Pada praktikum pengujian keausan ini, mahasiswa diharapkan mampu untuk :

1. Menjelaskan tujuan dan prinsip dasar pengujian keausan pada logam.

2. Menganalisis mekanisme keausan yang terjadi pada beberapa jenis logam (baja lunak,

besi tuang, paduan tembaga, dan paduan alumunium).

3. Membandingkan ketahanan aus beberapa jenis logam-logam tersebut.

4.2 Wear Concept

Keausan merupakan peristiwa hilangnya material dari permukaan (loss of material),

salah satu definisi yang lebih tajam dari keusan adalah hilangnya material dari permukaan

secara progresif akibat pergerakan relatif pada permukaan yang disebabkan oleh berbagai

macam hal. Namun demikian, pada cabang ilmu tribologi, keausan memiliki definisi dan

aplikasi yang luas, keausan dapat disebabkan oleh banyak dan terjadi pada banyak bidang

aplikasi seperti mesin pembakaran internal, mesin gas turbin, material sambungan buatan,

transmisi, ban atau pada alat-alat mekanik lainnya. Keausan tidak selalu berdampak negatif,

beberapa aplaksi seperti pembentukan material dan rekayasa permukaan menggunakan

keausan secara terkontol untuk tujuan tertentu.

Tidak seperti kekerasan, kekuatan dan energi impak, keausan bukanlah properti

inheren material. Keausan adalah respon material terhadap sistem. Wear rate dari material

dapat bervariasi dari 10-3

hingga 10-10

mm3/N.m. hal ini tergantung pada jenis kontak yang

terjadi, material yang mengabrasi, tekanan pada kontak, kecepatan sliding, bentuk kontak,

kekakuan suspensi, lingkungan dan lubrikan yang digunakan.

Walaupun peristiwa aus sangat kompleks, keausan dapat diformulasikan secara

sederhana dengan asumsi antara laju keuasan (wear rate) dan beban yang diterima. Yakni :


Dimana Q merupakan volume yang hilang dari permukaan per unit sliding terjadi, W adalah

beban normal yang diaplikasikan, H adalah indentasi kekerasan pada permukaan yang

mengalami aus dan K adalah wear coefficient tanpa dimensi unit. Persamaan ini disebut juga

Archard wear equation, persamaan ini digunakan untuk menurunkan rumus-rumus yang

lebih kompleks dan berkaitan pada prinsip pengujian masing masing. Selain dari parameter

yang dibuat oleh Archard, terdapat banyak parameter yang akan mempengaruhi keausan.

Tabel 4.1 Berbagai Macam Parameter dalam Keausan.


4.3 Mekanisme Deformasi pada Aus

Keausan dapat terjadi seketika ketika kontak terjadi antara material yang keras dan

lunak. Keausan yang terjadi akan benyebabkan deformasi plastis dan penghilangan material

pada permukaan dalam satu siklus. Mekanisme ini disebut single-cycle deformation

mechanism. Mekanisme ini sering terjadi pada peristiga plowing, wedge formation dan

pembentukan mikocrack. Single-cycle deformation mechanism dominan pada lingkungan

yang abrasif dan erosif, terutama ketika partikel yang mengabrasi jauh lebih kerasi dibanding

permukaan material yang mengalami aus.

Gambar 4.1 Peristiwa Plowing, Cutting, Wedge dan Microcraking pada Singl- Cycle

Deformation Mechanism.

Selain single cycle deformastion mechanism, terdapat juga mekanisme yang

membutuhkan siklus berulang agat terjadi deformasi. Mekanisme ini disebut repeated cycle

deformation. Pada mekanisme ini, dibutuhkan siklus yang berulang hingga material

mengalami aus yang signifikan. Mekanisme repeated cycle deformation sering dijumpai pada

peristiwa surface fatigue, delaminasi, d.l.l

Mekanisme repeated cycle deformation mengakumulasikan beban yang diterima

oleh material sebelum akhirnya mengalami deformasi plastis pada permukaan material. Hal

ini ditunjukan pada gambar mechanical hysteresis 4.3


Gambar 4.2. Perubahan dari Penampakan Permukaan Aus Tembaga akibat Repeated Cycle

Deformation.


Gambar 4.3. Mechanical Hysteresis pada Mekanisme Repeated Cycle Deformation.

4.4 Prinsip Pengujian

Prinsip pengujian keausan dapat dilakukan dengan berbagai macam metode dan

teknik yang bertuajuan untuk mensimulasikan kondisi keausan aktual. Salah satunya adalah

metode Ogoshi, dimana benda uji memperoleh beban gesek dari revolving disc (ASTM G

99). Pembebanan gesek ini akan menghasilkan kontak antar permukaan yang berulang-ulang

yang pada akhirnya akan mengambil sebagian material pada permukaan benda uji. Besarnya

jejak permukaan dari material tergesek inilah yang dijadikan dasar penentuan tingkat keausan

pada material. Semakin besar dan dalam jejak keausan maka semakin tinggi volum material

yang terkelupas dari benda uji. Di bawah ini merupakan ilusrasi skematis dari kontak

permukaan antara revolving disc dan benda uji.

Gambar 4.4 Pengujian keausan metode Ogoshi.


Dengan B adalah tebal revolving disc (mm), r jari-jari disc (mm), b lebar celah

material yang terabrasi (mm), maka dapat diturunkan besarnya volume material yang

terabrasi (W) :

W = B.b3/12r

Laju keausan (V) dapat ditentukan sebagai perbandingan volume terabrasi (W)

dengan jarak luncur x (setting pada mesin uji):

V = W/x = B.b3/12r.x

Sebagaimana telah disebutkan pada bagian pengantar, material jenis apapun akan

mengalami keausan dengan mekanisme yang beragam. Mekanisme keausan yang umum

terjadi yaitu:

1. Keausan adhesive

Terjadi jika kontak permukaan dari dua material atau lebih mengakibatkan adanya

perlekatan (microweld) satu sama lain dan pada akhirnya terjadi pelepasan/ pengoyakan salah

satu material. Hal ini terjadi karena material memiliki kekasaran permukaan (surface

roughness) yang menandakan adanya permukaan yang tidak rata secara mikro (walaupun

secara makro terlihat rata). Pada aplikasi pembebanan, akan terjadi junction atau bagian yang

tersambug antara material yang kemudian menimbulkan perlekatan mikro. Pada nilai K

(persamaan Archard) yang lebih besar dari 10-4

, keausan akan didominasi oleh peristiwa

adhesive.

Gambar 4.5. Mekanisme Keausan Adhesive dan Perbandngan Beberapa Nilai K.


2. Keausan abrasif

Terjadi ketika suatu partikel keras (asperity) dari material tertentu meluncur pada

permukaan material lain yang lebih lunak sehingga terjadi penetrasi atau pemotongan

material yang lebih lunak. Tingkat keausan pada mekanisme ini ditentukan oleh derajat

kebebasan (degree of freedom) partikel keras tersebut. Contoh : partikel pasir silika akan

menghasilkan keausan yang lebih tinggi ketika diikat pada suatu permukaan seperti pada

kertas amplas, karena adanya gaya tarik sepanjang permukaan dan mengakibatkan

pengoyakan. Sementara, bila partikel tersebut berada di dalam system slury laju keausan akan

semakin rendah karena tidak adanya efek abrasi, partikel hanya berputar (rolling).

Gambar 4.6 Ilustrasi skematis keausan abrasif.

3. Keausan lelah / fatik

Terjadi akibat interaksi permukaan dimana permukaan yang mengalami beban

berulang-ulang akan mengarah pada pembentukan retak mikro. Retak-retak tersebut pada

akhirnya akan menyatu dan menghasilkan pengelupasan material

Gambar 4.7 Ilustrasi skematis keausan fatik.


4. Keausan oksidasi/korosif

Pada prinsipnya mekanisme ini dimulai dengan adanya perubahan kimiawi material di

bagian permukaan oleh faktor lingkungan. Kontak kimiawi dengan lingkungan ini akan

menghasilkan pembentukan lapisan pada permukaan dengan sifat yang berbeda dengan

material induk. Sebagai konsekuensinya, material pada bagian permukaan akan mengalami

pengelupasan. Hal ini mengarah kepada perpatahan interface antara lapisan permukaan dan

material induk dan akhirnya seluruh lapisan permukaan itu akan tercabut.

Gambar 4.8 Ilustrasi skematis keausan oksidasi/korosif.

Selain dari metode pin on disk, terdapat beberapa pengujian yang umumnya

digunakan untuk menguji keuausan pada materal seperti rubber wheel, dry abrasive (ASTM

G 65), cavitation erosion test system (ASTM G 134), liquid jet erosion test (ASTM G 32),

gas blast erosion test (ASTM G 76), d.l.l

4.5 Metodologi Penelitian

1. Alat dan Bahan

1. Ogoshi wear testing machine

2. Caliper dan/atau mikrometer

3. Pemasang-pembuka gir (tracker)

4. Sampel uji aus


1. Persiapkan semua perlengkapan yang dibutuhkan selama pengujian: sampel uji (5

buah), satu set gir, tracker.

2. Ukur tebal (B) dari cincin pemutar (revolving disc). Pasang pada tempatnya dan

kencangkan dengan memutar mur pengikatnya.


3. Pasang benda uji pada sample holder yang berada pada tengah-tengah lever. Pastikan

daerah yang akan diuji berada tepat di bawah garis penanda pada window.

Kencangkan benda uji dengan memutar baut pada window tersebut searah putaran

jarum jam.

4. Aturlah parameter pengujian (beban, kecepatan dan jarak luncur) dengan men-set

variasi gir. Lihatlah tabel penunjuk variasi tersebut.

5. Aturlah skala pada lubang intip pada posisi nol. Bila belum diperoleh maka tekanlah

spring adjusting handle sambil diputar ke arah increase bila angkanya masih di bawah

nol atau decrease bila angkanya melewati nol.

6. Sekarang sentuhkan sampel uji yang telah terikat pada sample holder dengan

revolving disc.

7. Aturlah pasangan gir beban (yang berhubungan langsung dengan sample holder)

sehingga diperoleh skala 4.5 pada lubang intip sebagai suatu pembebanan awal

(preload). Bila posisi ini belum diperoleh, lakukan kembali langkah 5.

8. Pastikan set-up parameter pengujian telah sesuai.

9. Bersihkan mesin uji dari benda-benda yang membahayakan (kain, gir, obeng dsb).

10. Tekan tombol switch-on untuk memulai pengujian.

11. Lepaskan sampel bila mesin telah mati. Ulangi pengujian untuk lokasi atau sampel

lain.

12. Ukurlah dengan measuring microscope lebar celah (b) yang diperoleh. Catat pada

lembar data anda. Amati pula jejak keausan yang anda peroleh. Buatlah sketsa dan

deskripsi jejak tersebut.

[full] modul praktikum pengujian material 2015 (dt)

Documents