PENGUJIAN GRAFIK TEGANGAN – REGANGAN SEBENARNYA DAN SIFAT MEKANIK DARI GRAFIK UJI TARIK

 

BAB I

DASAR TEORI

 

1.1  Pengertian

Kekuatan tarik adalah salah satu sifat mekanik yang paling penting dan dominan dalam desain bangunan dan proses manufaktur. Setiap bahan atau material memiliki karakteristik yang berbeda (kekerasan, kelenturan, dll). Untuk dapat menentukan sifat mekanik suatu bahan diperlukan pengujian, dan salah satu pengujian yang sering dilakukan adalah pengujian tarik. Pengujian ini berfungsi untuk menentukan tingkat kekuatan material dan mengidentifikasi karakteristik material.

Kekuatan tarik adalah kemampuan suatu bahan untuk menerima beban atau tegangan tanpa menyebabkan bahan tersebut putus. Kekuatan tarik material diperoleh berdasarkan hasil uji tarik (tensile test), yaitu berdasarkan uji standar seperti ASTM, JIS, DIN, dll. Untuk melakukan uji tarik, dibuat suatu benda uji dari bahan yang akan diuji sesuai dengan standar yang digunakan.

Dalam uji tarik, sampel dikenai beban yang terus meningkat dalam arah tegak lurus terhadap penampang, dan sebagai akibat dari beban, panjang sampel berubah. Perubahan beban (P) dan perubahan panjang () akan dicatat pada mesin uji tarik dalam bentuk grafik, yang merupakan fungsi dari beban dan kenaikan, atau lebih dikenal dengan grafik P. P adalah hukum yang membatasi validitas. Oleh karena itu titik p juga disebut batas proporsional. Sedikit lebih tinggi dari titik p adalah titik e, yang merupakan batas elastis.Ketika beban dihilangkan pada titik ini, panjangnya tidak bertambah secara permanen, dan benda uji kembali ke panjang semula. Area di bawah titik e disebut zona elastis. Di atas itu disebut zona plastik.

Ada beberapa spesimen untuk uji tarik. Uji Tarik adalah suatu metode pengujian kekuatan (tensile strength) suatu bahan/material dengan memberikan beban aksial (gaya statis) dan menerapkannya secara perlahan atau cepat. Hasil unjuk kerja mekanik dari pengujian ini diperoleh berupa kekuatan dan elastisitas material.

Nilai kekuatan dan elastisitas dari material uji dapat dilihat dari kurva hasil uji tarik. Selain kekuatan dan elastisitas, sifat lain yang dapat diketahui adalah sebagai berikut :

1. Kekuatan luluh dari material

2. Keuletan dari material

3. Kelentingan dari suatu material

Uji tarik yang akan dilakukan pada praktikum ini sesuai dengan standar American Society for Testing Materials (ASTM). Untuk uji tarik dengan spesimen logam, sesuai dengan ASTM E mengenai panjang gage length yang 4 kali diameter spesimen. Spesimen uji tarik berbentuk silinder dengan ukuran adalah sebagai berikut:

 

Uji tarik adalah suatu metode yang digunakan untuk menguji kekuatan suatu bahan/material dengan cara memberikan beban gaya yang sesumbu [Askeland, 1985]. Hasil yang didapatkan dari pengujian tarik sangat penting untuk rekayasa teknik dan desain produk karena mengahsilkan data kekuatan material. Pengujian uji tarik digunakan untuk mengukur ketahanan suatu material terhadap gaya statis yang diberikan secara lambat.

Gambar 1. Mesin uji tarik dilengkapi spesimen ukuran standar.

Pengujian tarik adalah dasar untuk pengujian mekanis bahan. Spesimen standar dikenai beban uniaksial, yang menyebabkan spesimen diregangkan dan bertambah panjangnya sampai akhirnya putus. Dibandingkan dengan tes lain, pengujian tarik relatif sederhana, murah dan sangat standar. Agar pengujian menghasilkan nilai yang efektif, hal-hal yang perlu diperhatikan adalah: bentuk dan ukuran sampel, pilihan perlengkapan, dll.

1.      Bentuk dan Dimensi Spesimen uji

Spesimen uji harus memenuhi standar dan spesifikasi dari ASTM E8 atau D638. Bentuk dari spesimen penting karena kita harus menghindari terjadinya patah atau retak pada daerah grip atau yang lainnya. Jadi standarisasi dari bentuk spesimen uji dimaksudkan agar retak dan patahan terjadi di daerah gage length.

 

a.       Grip and Face Selection

Face dan grip adalah faktor penting. Dengan pemilihan setting yang tidak tepat, spesimen uji akan terjadi slip atau bahkan pecah dalam daerah grip (jaw break). Ini akan menghasilkan hasil yang tidak valid. Face harus selalu tertutupi di seluruh permukaan yang kontak dengan grip. Agar spesimen uji tidak bergesekan langsung dengan face.

 

Beban yang diberikan pada bahan yang di uji ditransmisikan pada pegangan bahan yang di uji. Dimensi dan ukuran pada benda uji disesuaikan dengan estándar baku pengujian.

Gambar 2. Dimensi dan ukuran spesimen untuk uji Tarik

 

Kurva tegangan-regangan teknik dibuat dari hasil pengujian yang didapatkan.

Gambar  3.  Contoh kurva uji tarik

Tegangan yang digunakan pada kurva adalah tegangan membujur rata-rata dari pengujian tarik. Tegangan teknik tersebut diperoleh dengan cara membagi beban yang diberikan dibagi dengan luas awal penampang benda uji. Dituliskan seperti dalam persamaan 2.1 berikut:

s= P/A0

Keterangan ;     s   : besarnya tegangan (kg/mm2)

P   : beban yang diberikan (kg)

A0 : Luas penampang awal benda uji (mm2)

Regangan yang digunakan untuk kurva tegangan-regangan teknik adalah regangan linier rata-rata, yang diperoleh dengan cara membagi perpanjangan yang dihasilkan setelah pengujian dilakukan dengan panjang awal. Dituliskan seperti dalam persamaan 2.2 berikut.

Ket      e : Besar regangan

L   : Panjang benda uji setelah pengujian (mm)

Lo : Panjang awal benda uji (mm)

 

Bentuk dan besaran pada kurva tegangan-regangan suatu logam tergantung pada komposisi, perlakuan panas, deformasi plastik, laju regangan, temperatur dan keadaan tegangan yang menentukan selama pengujian. Parameter-parameter yang digunakan untuk menggambarkan kurva tegangan-regangan logam adalah kekuatan tarik, kekuatan luluh atau titik luluh, persen perpanjangan dan pengurangan luas. Dan parameter pertama adalah parameter kekuatan, sedangkan dua yang terakhir menyatakan keuletan bahan.

 

Bentuk kurva tegangan-regangan pada daerah elastis tegangan berbanding lurus terhadap regangan. Deformasi tidak berubah pada pembebanan, daerah remangan yang tidak menimbulkan deformasi apabila beban dihilangkan disebut daerah elastis. Apabila beban melampaui nilai yang berkaitan dengan kekuatan luluh, benda mengalami deformasi plastis bruto. Deformasi pada daerah ini bersifat permanen, meskipun bebannya dihilangkan. Tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan deformasi plastis akan bertambah besar dengan bertambahnya regangan plastik.

 

Pada tegangan dan regangan yang dihasilkan, dapat diketahui nilai modulus elastisitas. Persamaannya dituliskan dalam persamaan :

Ket      E  : Besar modulus elastisitas (kg/mm2),

e : regangan

σ  : Tegangan (kg/mm2)

 

Pada mulanya pengerasan regang lebih besar dari yang dibutuhkan untuk mengimbangi penurunan luas penampang lintang benda uji dan tegangan teknik (sebanding dengan beban F) yang bertambah terus, dengan bertambahnya regangan. Akhirnya dicapai suatu titik di mana pengurangan luas penampang lintang lebih besar dibandingkan pertambahan deformasi beban yang diakibatkan oleh pengerasan regang. Keadaan ini untuk pertama kalinya dicapai pada suatu titik dalam benda uji yang sedikit lebih lemah dibandingkan dengan keadaan tanpa beban. Seluruh deformasi plastis berikutnya terpusat pada daerah tersebut dan benda uji mulai mengalami penyempitan secara lokal. Karena penurunan luas penampang lintang lebih cepat daripada pertambahan deformasi akibat pengerasan regang, beban sebenarnya yang diperlukan untuk mengubah bentuk benda uji akan berkurang dan demikian juga tegangan teknik pada persamaan (1) akan berkurang hingga terjadi patah.

 

Dari kurva uji tarik yang diperoleh dari hasil pengujian akan didapatkan beberapa sifat mekanik yang dimiliki oleh benda uji, sifat-sifat tersebut antara lain [Dieter, 1993]:

 

1.      Kekuatan tarik

2.      Kuat luluh dari material

3.      Keuletan dari material

4.      Modulus elastic dari material

5.      Kelentingan dari suatu material

6.      Ketangguhan.

 

1.2 Kekuatan Tarik

 

Kekuatan yang biasanya ditentukan dari suatu hasil pengujian tarik adalah kuat luluh (Yield Strength) dan kuat tarik (Ultimate Tensile Strength). Kekuatan tarik atau kekuatan tarik maksimum (Ultimate Tensile Strength / UTS), adalah beban maksimum dibagi luas penampang lintang awal benda uji.

 

di mana, Su = Kuat tarik

Pmaks  = Beban maksimum

A0 = Luas penampang awal

 

Untuk logam-logam yang liat kekuatan tariknya harus dikaitkan dengan beban maksimum dimana logam dapat menahan sesumbu untuk keadaan yang sangat terbatas.

Tegangan tarik adalah nilai yang paling sering dituliskan sebagai hasil suatu uji tarik, tetapi pada kenyataannya nilai tersebut kurang bersifat mendasar dalam kaitannya dengan kekuatan bahan. Untuk logam-logam yang liat kekuatan tariknya harus dikaitkan dengan beban maksimum, di mana logam dapat menahan beban sesumbu untuk keadaan yang sangat terbatas. Akan ditunjukkan bahwa nilai tersebut kaitannya dengan kekuatan logam kecil sekali kegunaannya untuk tegangan yang lebih kompleks, yakni yang biasanya ditemui. Untuk berapa lama, telah menjadi kebiasaan mendasarkan kekuatan struktur pada kekuatan tarik, dikurangi dengan faktor keamanan yang sesuai.

 

Kecenderungan yang banyak ditemui adalah menggunakan pendekatan yang lebih rasional yakni mendasarkan rancangan statis logam yang liat pada kekuatan luluhnya. Akan tetapi, karena jauh lebih praktis menggunakan kekuatan tarik untuk menentukan kekuatan bahan, maka metode ini lebih banyak dikenal, dan merupakan metode identifikasi bahan yang sangat berguna, mirip dengan kegunaan komposisi kimia untuk mengenali logam atau bahan. Selanjutnya, karena kekuatan tarik mudah ditentukan dan merupakan sifat yang mudah dihasilkan kembali (reproducible). Kekuatan tersebut berguna untuk keperluan spesifikasi dan kontrol kualitas bahan. Korelasi empiris yang diperluas antara kekuatan tarik dan sifat-sifat bahan misalnya kekerasan dan kekuatan lelah, sering dipergunakan. Untuk bahan-bahan yang getas, kekuatan tarik merupakan kriteria yang tepat untuk keperluan perancangan.

 

Tegangan di mana deformasi plastik atau batas luluh mulai teramati tergantung pada kepekaan pengukuran regangan. Sebagian besar bahan mengalami perubahan sifat dari elastik menjadi plastik yang berlangsung sedikit demi sedikit, dan titik di mana deformasi plastik mulai terjadi dan sukar ditentukan secara teliti. Telah digunakan berbagai kriteria permulaan batas luluh yang tergantung pada ketelitian pengukuran regangan dan data-data yang akan digunakan.

 

1.      Batas elastik sejati berdasarkan pada pengukuran regangan mikro pada skala regangan 2 X 10-6 inci/inci. Batas elastik nilainya sangat rendah dan dikaitkan dengan gerakan beberapa ratus dislokasi.

2.      Batas proporsional adalah tegangan tertinggi untuk daerah hubungan proporsional antara tegangan-regangan. Harga ini diperoleh dengan cara mengamati penyimpangan dari bagian garis lurus kurva tegangan-regangan.

3.      Batas elastik adalah tegangan terbesar yang masih dapat ditahan oleh bahan tanpa terjadi regangan sisa permanen yang terukur pada saat beban telah ditiadakan. Dengan bertambahnya ketelitian pengukuran regangan, nilai batas elastiknya menurun hingga suatu batas yang sama dengan batas elastik sejati yang diperoleh dengan cara pengukuran regangan mikro. Dengan ketelitian regangan yang sering digunakan pada kuliah rekayasa (10-4 inci/inci), batas elastik lebih besar daripada batas proporsional. Penentuan batas elastik memerlukan prosedur pengujian yang diberi beban-tak diberi beban (loading-unloading) yang membosankan.

 

1.3 Kekuatan luluh (yield strength)

 

Salah satu kekuatan yang biasanya diketahui dari suatu hasil pengujian tarik adalah kuat luluh (Yield Strength). Kekuatan luluh ( yield strength) merupakan titik yang menunjukan perubahan dari deformasi elastis ke deformasi plastis [Dieter, 1993]. Besar tegangan luluh dituliskan seperti pada persamaan 2.4, sebagai berikut.

 

Ket      v Ys  : Besarnya tegangan luluh (kg/mm2)

Py  : Besarnya beban di titik yield (kg)

Ao : Luas penampang awal benda uji (mm2)

 

Tegangan di mana deformasi plastis atau batas luluh mulai teramati tergantung pada kepekaan pengukuran regangan. Sebagian besar bahan mengalami perubahan sifat dari elastik menjadi plastis yang berlangsung sedikit demi sedikit, dan titik di mana deformasi plastis mulai terjadi dan sukar ditentukan secara teliti.

 

Kekuatan luluh adalah tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah kecil deformasi plastis yang ditetapkan. Definisi yang sering digunakan untuk sifat ini adalah kekuatan luluh ditentukan oleh tegangan yang berkaitan dengan perpotongan antara kurva tegangan-regangan dengan garis yang sejajar dengan elastis ofset kurva oleh regangan tertentu. Di Amerika Serikat offset biasanya ditentukan sebagai regangan 0,2 atau 0,1 persen (e = 0,002 atau 0,001)

 

 

Cara yang baik untuk mengamati kekuatan luluh offset adalah setelah benda uji diberi pembebanan hingga 0,2% kekuatan luluh offset dan kemudian pada saat beban ditiadakan maka benda ujinya akan bertambah panjang 0,1 sampai dengan 0,2%, lebih panjang daripada saat dalam keadaan diam. Tegangan offset di Britania Raya sering dinyatakan sebagai tegangan uji (proff stress), di mana harga ofsetnya 0,1% atau 0,5%. Kekuatan luluh yang diperoleh dengan metode ofset biasanya dipergunakan untuk perancangan dan keperluan spesifikasi, karena metode tersebut terhindar dari kesukaran dalam pengukuran batas elastik atau batas proporsional.

 

1.4  Pengukuran Keliatan (keuletan)

 

Keuleten adalah kemampuan suatu bahan sewaktu menahan beban pada saat diberikan penetrasi dan akan kembali ke baentuk semula.Secara umum pengukuran keuletan dilakukan untuk memenuhi kepentingan tiga buah hal [Dieter, 1993]:

 

1.      Untuk menunjukan elongasi di mana suatu logam dapat berdeformasi tanpa terjadi patah dalam suatu proses suatu pembentukan logam, misalnya pengerolan dan ekstrusi.

2.      Untuk memberi petunjuk secara umum kepada perancang mengenai kemampuan logam untuk mengalir secara pelastis sebelum patah.

3.      Sebagai petunjuk adanya perubahan permukaan kemurnian atau kondisi pengolahan

 

1.5 Modulus Elastisitas

 

Modulus Elastisitas adalah ukuran kekuatan suatu bahan akan keelastisitasannya. Makin besar modulus, makin kecil regangan elastik yang dihasilkan akibat pemberian tegangan.Modulus elastisitas ditentukan oleh gaya ikat antar atom, karena gaya-gaya ini tidak dapat dirubah tanpa terjadi perubahan mendasar pada sifat bahannya. Maka modulus elastisitas salah satu sifat-sifat mekanik yang tidak dapat diubah. Sifat ini hanya sedikit berubah oleh adanya penambahan paduan, perlakuan panas, atau pengerjaan dingin.

 

Secara matematis persamaan modulus elastic dapat ditulis sebagai berikut.

 

 

 

Dimana, s = tegangan

ε = regangan

 

Tabel 1. Harga modulus elastisitas pada berbagai suhu [Askeland, 1985]

 

1.6 Kelentingan (resilience)

 

Kelentingan adalah kemampuan suatu bahan untuk menyerap energi pada waktu berdeformasi secara elastis dan kembali kebentuk awal apabila bebannya dihilangkan [Dieter, 1993]. Kelentingan biasanya dinyatakan sebagai modulus kelentingan, yakni energi regangan tiap satuan volume yang dibutuhkan untuk menekan bahan dari tegangan nol hingga tegangan luluh σo. Energi regangan tiap satuan volume untuk beban tarik satu sumbu adalah :

 

Uo = ½ σxеx

 

Dari definisi diatas, modulus kelentingan adalah :

 

 

 

Persamaan ini menunjukan bahwa bahan ideal untuk menahan beban energi pada pemakaian di mana bahan tidak mengalami deformasi permanen, misal pegas mekanik, adalah data bahan yang memiliki tegangan luluh tinggi dan modulus elastisitas rendah.

 

1.7         Ketangguhan (Toughness)

 

Ketangguhan (Toughness) adalah kemampuan menyerap energi pada daerah plastik. Pada umumnya ketangguhan menggunakan konsep yang sukar dibuktikan atau didefinisikan. Salah satu menyatakan ketangguhan adalah meninjau luas keseluruhan daerah di bawah kurva tegangan-regangan. Luas ini menunjukan jumlah energi tiap satuan volume yang dapat dikenakan kepada bahan tanpa mengakibatkan pecah. Ketangguhan (S0) adalh perbandingan antara kekuatan dan kueletan. Persamaan sebagai berikut.

 

UT ≈ su ef

 

Atau

 

 

Untuk material yang getas

 

 

 

 

Keterangan;    UT  : Jumlah unit volume

 

Tegangan patah sejati adalah beban pada waktu patah, dibagi luas penampang lintang. Tegangan ini harus dikoreksi untuk keadaan tegangan tiga sumbu yang terjadi pada benda uji tarik saat terjadi patah. Karena data yang diperlukan untuk koreksi seringkali tidak diperoleh, maka tegangan patah sejati sering tidak tepat nilai.

 

1.8 Pemberian Beban

 

Spesimen akan diberi beban uji aksial yang semakin besar secara kontinyu. Akibat dari pembebanan aksial tersebut, spesimen akan mengalami perubahan panjang. Perubahan beban (P) dan perubahan panjang (∆L) tercatat pada mesin uji tarik berupa grafik, yang merupakan fungsi beban dan pertambahan panjang dan disebut sebagai grafik P – ∆L dan kemudian dijadikan grafik Stress-Strain yang menggambarkan sifat bahan secara umum seperti pada Gambar 4 berikut ini.

Gambar 4. Grafik P – ∆L hasil pengujian tarik

Keterangan :

A = Titik propolsionalitas

B = Titik elastis

C = Titik yield

D = Titik maksimum

E = Titik patah

 

Dari Gambar 4 di atas tampak bahwa sampai titik A perpanjangan sebanding dengan pertambahan beban. Pada daerah inilah berlaku hukum Hooke, sedangkan titik C merupakan batas berlakunya hukum tersebut. Oleh karena itu titik A di sebut juga batas proporsional. Sedikit di atas titik A terdapat titik B yang merupakan batas elastis di mana bila beban dihilangkan maka belum terjadi pertambahan panjang permanen dan spesimen kembali ke panjang semula.

 

Daerah di bawah titik B disebut daerah elastis. Sedangkan di atasnya disebut daerah plastis. Di atas titik B terdapat titik C yang merupakan titik yield (luluh) yakni di mana logam mengalami pertambahan panjang tanpa pertambahan beban yang berarti. titik yield merupakan keadaan dimana spesimen terdeformasi dengan beban minimum.

 

Pada kenyataannya karena perbedaan antara ketiga titik A, B dan C sangat kecil maka untuk perhitungan teknik seringkali keberadaan ketiga titik tersebut cukup diwakili dengan titik C saja. Dalam kurva titik yield ditunjukkan pada bagian kurva yang mendatar atau beban relatif tetap. Titik C ini tidak sama untuk semua logam. Pada material yang ulet misalkan besi murni dan baja karbon rendah, titik C tampak sangat jelas. Namun pada umumnya penampakan titik C tidak tampak jelas.

 

1.9 Metode Offset

Untuk kasus seperti ini cara menentukan titik y dengan menggunakan metode offset. Metode offset dilakukan dengan cara menarik garis lurus yang sejajar dengan garis miring pada daerah proporsional dengan jarak 0,2% dari regangan maksimal. Titik yield didapat pada perpotongan garis tersebut dengan kurva σ-ε seperti ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5. Metode offset untuk menentukan titik yield

1.10 Persiapan Pengujian Tarik

a) Chuck

Chuck memiliki peranan penting yang merupakan komponen mesin uji tarik yang berfungsi sebagai pemegang benda kerja atau spesimen. Oleh karena itu sebelum melakukan pengecekan terlebih dahulu terhadap chuck.

b) Tuas pemutar

Tuas pemutar berfungsi sebagai pemutar atau penggerak poros, dimana poros ini memutar roda-roda gigi pada mesin uji tarik yang berfungsi menarik chuck bagian bawah sehingga benda uji ikut tertarik. Pada saat benda uji tertarik disinilah terjadi pembebanan tarik pada benda uji.

c) Load Cell

Load Cell berfungsi sebagai pengukur tegangan tarik atau pembebanan yang terjadi pada spesimen. Pemasangan Load Cell harus sesumbu dengan chuck bagian atas dan bawah. d) Indikator Indikator berfungsi menampilkan beban tarik dari Load Cell dan sebagai penghubung ke komputer.

e) Perakitan indikator ke komputer

Load cell yang sudah terpasang ke indikator sebenarnya sudah bisa dikatakan cukup, akan tetapi untuk lebih efisien, maka perlu ditambahkannya memory sebagai perekam hasil pembebanan uji tarik yang telah dilakukan. Dalam tugas akhir ini, dirancang menggunakan komputer sebagai perekam hasil uji tarik.

 

1.11 Tegangan Regangan Sejati (Sebenarnya)

Kurva regangan regangan sejati atau biasa juga disebut kurva tegangan regangan sebenarnya dapat dihitung dengan menggunakan data dari kurva tegangan regangan sejati. Adapun perhitungannya menggunakan persamaan persamaan berikut:

 

Tegangan sejati atau sebenarnya dihitung sebagai berikut:

 

σ = S ( 1 + e )

 

Persamaan Ini dapat diturunkan dari:

 

σ = P/Ai  atau = P x 1/Ai (persamaan 1)

 

Volume awal adalah A0 x l0 dan volume setelah dideformasi dengan perubahan panjang dan penampang adalah Ai x li. Tanpa terjadi perubahan volume maka,

 

A0 x l0 = Ai x li atau A0/Ai = li/l0 atau

 

1/Ai = 1/A0 x li/l0   (persamaan a)

 

sedangkan diketahui bahwa elongasi adalah

 

e = (l1 – l0)/l0 x 100% atau e = (l1/l0 – 1) x100% atau

 

 

1 + e = l1/l0   (persamaan b)

 

substitusi persamaan b ke persamaan a, maka

 

1/Ai = 1/A0 x (1 + e)   (Persamaan c)

 

Substitusi persamaan c ke persamaan 1, maka

 

σ =  P x 1/A0 x (1 + e)   jadi

 

σ=  P/A0 x (1 + e)   diketahui P/A0 adalah S, maka

 

σ =  S (1 + e)

 

Regangan sejati atau sebenarnya dihitung sebagai berikut:

 

ε = ln ( 1 + e)

 

e = (l1 – l0)/l0 x 100%

 

e = Δl/l0 x 100%

 

l1 = panjang ukur, gauge length sampale uji setelah perpanjangan

 

l0 = panjang ukur, gauge length awal sampel uji.

 

Regangan sejati dapat pula dihitung dengan persamaan berikut:

 

ε = ln ( A0/Ai)

 

A0 = luas penampang awal atau mula-mula

 

Ai = luas penampang sesaat pada regangan atau gaya tertentu.

 

Posisi kurva tegangan regangan sejati terhadap kurva tegangan regangan rekayasa atau nominal dapat dilihat pada gambar tersebut. Dapat dilihat bahwa tegangan yang diperlukan untuk terjadinya deformasi plastis terus meningkat dengan membesarnya regangan yang dialami oleh bahan uji. Hal ini berbeda dengan yang ditunjukkan dengan kurva tegangan regangan rekayasa atau nominal.

 

Gambar 6. Kurva Tegangan Regangan Sebenarnya

 

Pada kurva rekayasa, tegangan dihitung terhadap luas penampang awal yaitu A0. Sedangkan pada kurva sejati, tegangan dihitung terhadap luas penampang sesaat yaitu Ai. Luas penampang sampel uji tarik akan mengecil ketika regangan semakin besar. Dengan demikian nilai tegangan sejati akan menjadi lebih besar daripada tegangan rekayasa.

 

Konsep Kurva Tegangan-Regangan Pada Uji Tarik

Konstanta proporsionalitas tersebut dikenal sebagai Modulus Elastisitas (E) atau Modulus Young dan dengan kemiringan yang sama pada diagram tegangan-regangan dari O ke A.

 

Pada titik A hingga ke titik B, bahan masih pada kondisi elastis yaitu, bahan dapat kembali ke bentuk asalnya ketika gaya yang bekerja padanya dihilangkan.

 

Jika spesimen diberikan gaya hingga melebihi titik B, maka akan terjadi perubahan bentuk secara permanen terjadi atau pada kondisi tersebut, spesimen memasuki daerah deformasi plastis. Pada daerah deformasi plastis, regangan tidak dapat sepenuhnya hilang meskipun dengan menghilangkan gaya yang bekerja. Jika gaya yang diberikan meningkat lebih jauh hingga mencapai titik C dimana pada kondisi tersebut regangan terjadi meskipun tegangan tidak meningkat. Titik ini disebut dengan (Yield point). Pada kenyataannya, terdapat dua titik yield point yaitu titik C dan D yang masing-masing disebut sebagai Upper dan Lower yield point.

 

Dengan regangan yang lebih lanjut, efek dari fenomena tersebut dikenal dengan strain hardening (Pengerasan regangan) atau Work hardening (pengerasan kerja). Spesimen uji pada kondisi tersebut mampu menerima lebih banyak tegangan. Jika gaya yang diberikan pada spesmen semakin meningkat maka akan mecapai titik E. Dimana itik E ini adalah titik tertinggi dalam kurva tegangan-regangan dan mewakili nilai tegangan maksimum yang diterima oleh spesimen atau dikenal dengan Ultimate Tensile Strength (UTS). Nilai dari Ultimate Tensile Strength (UTS) ini sama dengan gaya maksimum yang diberikan dibagi dengan luas penampang awal (A0) dari spesimen uji.

 

Di sini, efek peningkatan beban pada area penampang spesimen harus mempertimbangkan. Dengan meningkatnya deformasi plastis, luas penampang spesimen akan berkurang. Namun untuk perhitungan tegangan dalam grafik tegangan-regangan, luas penampang awal perlu dipertimbangkan. Berdasarkan pengaruh luas penampang tersebut, akan terjadi kerusakan spesimen yang berpengaruh terhadap luasan penampang yang terjadi pada titik F dengan tingkat tegangan yang lebih rendah daripada titik E. Setelah titik E Ultimate Tensile Strength (UTS), terjadi pengurangan signifikan pada luas penampang spesimen uji dan akan terbentuk "Neck" di tengah spesimen. Tegangan putus sebenarnya jauh lebih tinggi daripada UTS, jika berkurangnya luas penampang spesimen uji diperhitungkan.

 

Ukuran kekuatan suatu material adalah Ultimate Tensile Strength (UTS) atau tegangan yang terjadi pada titik E. Namun, pada perancangan dan pemilihan material, titik luluh (Yield point) lebih perlu diperhatikan, karena harus memastikan bahwa material yang dipilih harus dapat menahan kekuatan tanpa terjadi deformasi plastis/luluh. Tegangan luluh pada titik D adalah dua pertiga dari UTS dan disebut sebagai kekuatan luluh material.

 

Dalam praktik sebenarnya, untuk menentukan besarnya Ultimate Tensile Strength (UTS) perlu dilakukan pengujian tarik yang dilakukan pada mesin uji tarik atau mesin uji universal. Potongan spesimen uji yang digunakan untuk uji tarik telah distandarisasi. Potongan spesimen uji standar ditunjukkan pada Gambar berikut.

 

Gambar 7. Spesimen Uji tarik kurva tegangan regangan

 

Definisi Lain

Tegangan-regangan teknik tidak memberikan indikasi karekteristik deformasi yang sesungguhnya, karena kurva tersebut semuanya berdasarkan pada dimensi awal benda uji, sedangkan selama pengujian terjadi perubahan dimensi. Pada tarik untuk logam liat, akan terjadi penyempitan setempat pada saat beban mencapai harga maksimum. Karena pada tahap ini luas penampang lintang benda uji turun secara cepat, maka beban yang dibutuhkan untuk melanjutkan deformasi akan segera mengecil.

Gambar 8. Kurva tegangan-regangan teknis

 

Tegangan-regangan teknik juga menurun setelah melewati beban maksimum. Keadaan sebenarnya menunjukkan, logam masih mengalami pengerasan regangan sampai patah sehingga tegangan yang dibutuhkan untuk melanjutkan deformasi juga bertambah besar. Tegangan yang sesungguhnya adalah beban pada saat manapun dibagi dengan luas penampang lintang benda uji, Ao dimana beban itu bekerja. Tegangan-regangan rekayasa didasarkan atas dimensi awal (luas area dan panjang) dari benda uji, sementara untuk mendapatkan tegangan-regangan sejati diperlukan luas area dan panjang aktual pada saat pembebanan setiap saat terukur. Perbedaan kedua kurva tidaklah terlampau besar pada regangan yang kecil, tetapi menjadi signifikan pada rentang terjadinya pengerasan regangan, yaitu setelah titik luluh terlampaui. Secara khusus perbedaan menjadi demikian besar di dalam daerah necking (pengecilan penampang). Pada tegangan regangan rekayasa, dapat diketahui bahwa benda uji secara aktual mampu menahan turunnya beban karena luas area awal Ao bernilai konstan pada saat penghitungan tegangan P/ Ao . Sementara pada kurva tegangan-regangan sejati luas area aktual adalah selalu turun hingga terjadinya perpatahan dan benda uji mampu menahan peningkatan tegangan karena ' P/ Ai . Hubungan tegangan-regangan sejati dan tegangan-regangan teknis, yaitu dengan persamaan sebagai berikut:

Gambar 9. Perbandingan antara kurva tegangan regangan teknik Dengan kurva tegangan regangan sejati

 

1.12 Sifat Mekanik

Pada proses mendesain produk, ketika memilih material harus diperhatikan properti (sifat) dari material tersebut, sehingga  pada saat digunakan tidak mengalami kegagalan (mis: deformasi yang berlebihan, patah). Sifat mekanik: kekuatan, keuletan, kekakuan, kelentingan, ketangguhan, kekerasan, ketahanan terhadap impak, kekuatan fatique.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BAB II

METODE PRKTIKUM

 

2.1 Alat-Alat

1. Masin uji tarik

2. Jangka sorong

3. Meteran

 

2.2 Baha-Bahan

1. Sampel berbentuk plat

2. Sampel berbentuk kawat

 

2.3 Prosedur Percobaan

1. Mengukur benda uji dengan ukuran standar

2. Mengkur panjang awal (Lo) dan luas penampang irisan benda uji.

3. Mengukur benda uji pada pegangan (grip) atas dan pegangan bawah pada mesin uji tarik.

4. Nyalakan mesin uji tarik dan lakukan pembebanan tarik sampai benda uji putus.

5. Mencatat beban luluh dan beban putus yang terdapat pada skala.

6. Melepaskan benda uji pada pegangan atas dan bawah, kemudian satukan keduanya seperti semula.

7. Mengukur panjang regangan yang terjadi.

2.4 Langkah-langkah pengujian tarik

1. Lakukan pengecekan terhadap mesin uji tarik.

2. Settimg atau lakukan pengaturan pada indicator, seperti ketelitian Load Cell pada tampilan indicator.

3. Lakukan pengkalibrasian terhadap alat ukur Load Cell ter hadap indicator.

4. Setting indicator, seperti satuan yang digunakan, baud rate dan lain-lain.

5. Hubungkan kabel RS232 dari indicator ke komputer.

6. Setting pada komputer sehingga indicator dapat terbaca.

7. Siapkan alat ukur seperti jangka sorong atau micrometer.

8. Siapkan spesimen yang akan di uji, yaitu dengan mengampelas spesimen, karena spesimen uji harus halus dan bersih.

9. Ukur dimensi spesimen yang akan di uji, seperti panjang dan diameternya.

10. Pasangkan spesimen pada mesin uji tarik, pasangkan kedua ujungnya dengan benar dan tegak lurus.

11. Lakukan pemberian beban tarik pada spesimen

12. Penarikan atau pemberian beban tarik dimulai dari nol, dengan penambahan beban secara merata agar tidak terjadi beban kejut.

13. Selama pengujian berlangsung akan terjadi pertambahan panjang dan pengecilan penampang sampai terjadinya patah atau putus.

14. Hitung berapa kali putaran tuas pemutar berputar dari awal pembebanan hingga spesimen patah.

15. Lakukan pencatatan data hasil pengujian.

16. Untuk memudahkan dalam pembuatan kurva uji tarik, sebaiknya minimal setiap lima kali putaran dicatat data perubahan panjang, diameter dan beban tariknya.

17. Setelah terjadinya patah pada spesimen atau pengujian selesai, lakukan pengukuran lagi terhadap dimensi spesimen.

18. Olah data hasil pengujian sehingga menjadi kurva uji tarik.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BAB III

ANALISA DATA

 

3.1 Hasil Percobaan

Dari hasil percobaan pengujian tarik yang telah dilakukan, didapatkan data-data berikut,dengan spesimen uji adalah wire dan strip.

Tabel 2. Data hasil percobaan uji tarik

Keterangan :

T : Tebal Sampel Uji                      YS    : Yield strength

W : Lebar Sampel Uji                     TS    : Tensile strength

So : Luas Sampel Uji                     % EL : % elongation

Lo : Gage Lenght                            LI     : Perpanjangan

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 Pembahasan

Pada percobaan uji tarik ini, menggunakan bahan alumunium berbentuk pelat dan kawat. Proses pengujiannya adalah dengan cara memasangkan specimen pada alat uji tarik. Dengan gaya yang sudah ditentukan pengujian dilakukan sampai terjadi fracture dan dapat diketahui UTS dan tegangan luluhnya.

3.2.1 Uji tarik kawat logam

Berdasarkan hasil pengujian tarik pada bahan kawat yang dilakukan, didapatkan grafik sebagai berikut:

Gambar 5 Grafik hasil uji tarik pada bahan kawat

Dari gambar 5 dapat dilhat perubahan grafik dari deformasi elastis menjadi deformasi plastis, perubahan tersebut terjadi pada saat nilai mencapai 364,64 N/mm dan fenomena fracture terjadi pada saat regangan bertambah 200 mm.Ultimate Tensile Strengh yang dicapai oleh kawat dicapai pada saat nilai mencapai 365,303 N/mm dan tensile strength didapat sebesar 365,303N/mm dimana tensile strength ini adalah nilai akhir sebelum terjadinya patahan.Pertambahan panjang ini terjadi akibat gaya yang diberikan hingga mencapai putus dan terbukti makin besar tegangan maka makin panjang regangan yang didapat.

3.2.2 Uji tarik pelat logam

Percobaan dengan menggunakan specimen uji berbeda dengan mengguanakan pelat terlihat sedikit perbedaan baik dari nilai maupun nilai pertambahan panjang karena specimen ketika mengalami patah ujung dari permukaan patahan menjadi tidak lurus melainkan patahannya miring. Perbandingan dapat dilihat pada gambar 7.

Gambar 7 Grafik hasil uji tarik pada bahan pelat

 

Dari gambar 7, titik yang menunjukan perubahan dari deformasi elastis ke deformasi plastis berada pada nilai 303.94 N/mm dapat diketahui bahwa nilai yang berada pada tittik tersebut menunjukkan kekuatan luluh (yield strength),  . Sedangkan nilai kekuatan tarik (tensile strength), yaitu merupakan titik akhir pengujian tarik yang ditandai dengan perpatahan berada pada nilai 2620 N/mm.

Pengujian yang sudah dilakukan mendapat perbedaan data yang dapat dibandingkan dari kedua jenis specimen yaitu specimen uji berbentuk kawat dan specimen uji berjenis pelat atau strip. Pada pengujian antara dua specimen ini terlihat bahwa kekuatan tarik makasimum kawat lebih besar dibandingkan kekuatan tarik maksimum pada pelat, tetapi kekuatan luluh pada kawat lebih rendah dibandingkan kekuatan luluh pada pelat.Faktor penyebab ini adalah perbedaan dimensi terutama dimensi standar yang digunakan berbeda-beda.

Pada perlakuan awal dari kedua specimen pun berbeda.Pada kawat merupakan hasil dari proses ektrusi (penarikan), yang menyebabkan sifat dari specimen uji menjadi lebih keras. Pada bahan pelat merupakan hasil dari proses pengerolan, yang mempunyai sifat lebih ulet dari kawat.

Dari kurva hasil uji tarik dapat diperoleh keterangan bahwa bahan yang berbentuk pelat lebih ulet dari pada bahan yang berbentuk kawat. Sebaliknya, bahan yang berbentuk kawat lebih keras dari pada bahan yang berbentuk pelat.

Pembacaan grafik tegangan regangan sebenarnya, grafik tegangan regangan sebenarnya pembaginya selalu Ai. Dimana A adalah pada saat berjalannya pengujian. Specimen yang diberi gaya akan bertambah panjang, sedangkan luas penampang turun. Ai hanya berlaku sampai pada titik puncak. Setelah titik puncak dilakukan interpulasi.

 

 

 

 

 

 

Pembacaan sifat mekanik dari grafik uji tarik dapat dilakukan dengan cara  sebagai berikut :

1.      Kuat tarik, tegangan maksimum yang bisa diterima suatu benda sebelum patah

2.      Kuat luluh (yield), titik dimana terjadi perpindahan elastic menjadi plastik.

3.      Modulus elastisitas yaitu :  ukuran kekakuan, perbandingan dari y/x pada zona yang masih elastic

4.      % perpanjangan saat patah, langsung dibaca pada grafik

5.      % reduksi luas penampang saat patah, A1/A0 dikali 100%

6.      Proof stress pada tegangan 0,002 (jika tidak menampakkan yield

 

 

 

 

BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Dari hasil percobaan pengujian tarik yang telah dilakukan, maka didapatkan beberapa kesimpulan, antara lain :

1.      Pada uji coba ini kita menguji ketahanan bahan materialnya sejauh mana pertambahan panjangnya dan bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap tarikan, berdasarkan hasil percobaan dan dari grafik kurva uji tarik, plat mengalami perpanjangan lebih kecil dari kawat dikarnakan luas penampang kawat lebih kecil dibanding plat

2.      Jenis material yang berbeda, dengan perlakuan yang didapatkannya berbeda dan komposisinya yang berbeda akan menyebabkan nilai kekuatannya berbeda pula dan kurva hasil uji tariknya juga berbeda.

3.      Faktor penyebab terjadinya nilai diantara dua specimen uji tersebut adalah dimensi yang berbeda dan perlakuan yang berbeda pula.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DAFTAR PUSTAKA

 

Ardra, Biz, 2019, https://ardra.biz/sain-teknologi/metalurgi/besi-baja-iron-steel/pengujian-sifat-mekanik-bahan-logam/kurva-tegangan-regangan-sejati-sebenarnya/, Diakses 09 Oktober 2021

Askeland., D. R., 1985, “The Science and Engineering of Material”, Alternate Edition, PWS Engineering, Boston, USA

Budiman, Haris, 2016, Analisis Pengujian Tarik (Tensile Test) Pada Baja St37 Dengan Alat Bantu Ukur Load Cell, No. 1, Vol. 3, Hal. 11-12

Firmansyah, 2020, Tensile Test : Pengertian, Prosedur, Acceptance dan Standard https://www.detech.co.id/tensile-test/, diakses 23 September 2021

Gabriel Sianturi MT, https://repository.unikom.ac.id/35775/1/Uji Tarik.ppt, Diakses 09 Oktober 2021

https://www.etsworlds.id/2020/01/kurva-tegangan-regangan-stress-strain.html, diakses 09 Oktober 2021

Suselo Suluhito, dkk, 2010, Pengujian Test Tensile, ITB Bandung

Rafe’I, Ahmadi, 2011, Laporan Material Uji Tarik, PT Untirta