BAB II
LANDASAN
TEORI
2.1 TEORI
DASAR
2.1.1 PENGERTIAN UJI
TARIK
Uji tarik
merupakan salah satu pengujian untuk mengetahui sifat-sifat suatu bahan. Dengan
menarik suatu bahan untuk mengetahui bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap
tenaga tarikan dan mengetahui sejauh mana material itu bertambah panjang. Alat
eksperimen untuk uji tarik ini harus memiliki cengkeraman (grip) yang
kuat dan kekakuan yang tinggi (highly stiff).
Uji tarik dilakuan dengan cara penarikan batang uji
dengan gaya tarik secara terus – menerus, sehingga bahan
(perpajangannya) terus –menerus meningkat dan teratur sampau putus, dengan tujuan menetukan nilai tarik.untuk mengetaui kekuatan
tarik suatu bahan dalam pembebanan tarik, garis gaya
harus berhimpit dengan garis sumbu bahan sehingga pepbenana
terjadi beban arik lurus. Tetapi jiga gaya tarik sudut berhimpit maka yang
terjadi adalah gaya lentur.
Beban uji yang telah
dinormalisasikan ukurannya dipasang pada mesin tarik, kemudian diberi beban
(gaya tarik) secara perlahan-lahan dari Nol hingga maksimum. Setiap kali dibuat
Catatan mengenai perubahan (pertambahan) panjang dan gaya yang diberikan. Hasil
catatan tersebut digambarkan dalam sebuah diagram Tegangan-Regangan, yang
dirumuskan : Tegangan sama dengan besarnya Beban dibagi dengan Luas penampang.
Dan Regangan sama dengan Pertambahan panjang dibagi dengan Panjang mula-mula
Bentuk
dan besaran pada kurva tegangan-regangan suatu logam tergantung pada komposisi,
perlakukan panas, deformasi plastis yang pernah dialami, 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. Parameter pertama adalah parameter
kekuatan, sedangkan yang kedua menyatakan keuletan bahan.
2.1.2
PERILAKU ELASTIS DAN
PERILAKU PLASTIK
Deformasi
elastis adalah deformasi atau perubahan bentuk material yang apabila gaya
penyebab deformasi itu dihilangkan maka deformasi kembali ke bentuk semula. contoh
pada uji tarik suatu material. akibat gaya yang di berikan kepada specimen maka
material terdeformasi, berubah bentuk. kalo uji tarik maka specimen material
bertambah panjang yaitu terdapat delta L. apabila gaya tarik dihilangkan maka
material kembali ke bentuk semuala, ke ukuran semula. delta L hilang.
deformasi
plastik maka ketika gaya dihilangkan material tidak kembali nke ukuran, tidak
ke bentuk semula. delta L tidak hilang.
Biasanya daerah
elastik itu dibatasi oleh garis proporsioanal antara tegangan dan regangan,
ujung dari titik proporsioanl ini disebut sebagai yield point..
setelah keluar
dari daerah ini, disebut sebagai daerah plastic yg tidak akan kembali kebentuk
semula. Alasannya karena sudah terjadi perubahan, sedangkan di daerah elastic
tidak terjadi perubahan secara drastis, hal ini disebabkan ketika masih di
daerah elastic, logam dapat menahan beban yg diberikan yg disebabkan oleh
bertemunya dengan batas butir dengan dislokasi.. sehingga menghambat
pergerakkan dari dislokasi.. sedangkan ketika sudah memasuki daerah plastik,
dislokasi sudah memotong batas butir.
Pada
grafik tersebut terjadi batas proporsional dan batas plastis. Batas
proporsional `adalah batas dari suatu bahan dimana
terjadi penambahan panjang. Batas plastis adalah batas
dari suatu benda dimana terjadi penambahan panjang dan benda tidak akan kembali
seperti bentuk dan ukurannya semula.
Dalam uji
tarik akan terjadi beberapa tegangan yaitu :
1. Tegangan proporsional, dimana gaya berbanding
lurus dengan petambahan panjang dan berbanding lurus dengan regangan.
2.
Tegangan alur yaitu tegangan yang didapat pada benda saat terjadinya deformasi
plastis yang tidak menunjukkan penurunan beban pada perpanjangan plastis dalam
persentase tertentu dan panjang ukur mula – mula dibagi dengan luas penampang
mula – mula. Tegangan alur terjadi pada atas (alur atas) dan bawah (alur bawah)
2.1.3 TEGANGAN RATA-RATA DAN REGANGAN
RATA-RATA
1.
Tegangan
Tegangan
didefenisikan sebagai gaya tiap satuan luas. Terdapat dua jenis gaya luar yang dapat bekerja pada benda yaitu
gaya permukaan dan gaya badan. Gaya yang terbagi pada permukaan benda seperti
misalnya tekanan hidrastatik atau tekanan leh benda yang satu pada benad yang
lainnya, disebut gaya permukaan (surface forces). Gaya yang terbagi pada volume
benda seprti misalnya gaya gravitasi, gaya magnetic atau gaya inersia (untuk
benda yang bergerak), disebut gaya badan (body forces). Kedua jenis gaya badan
yang paling umum dijumpai dalam praktek rekayasa ialah gaya sentrifugal sebagai
akibat gaya rotasi berkecepatan tinggi dan gaya sebgai akibat perbedaan
temeperatur pada benda (tegangan termal).
Pada
umumnya gaya tidak akan terbagi merata pada sembarang penampang melitang benda
yang digambarkan pada gambar a guna
memperoleh tegangan di suatu titik O dalam bidang misalnya mm, bagian 1 benda dihilangkan dan digantikan oleh sistem gaya luar
pada mm, yang akan menahan tiap-tiap
titik di bagian 2 benda dalam posisi yang sama seperti sebelum bagian 1
dihilangkan. Ini adalah situasi di gambar b
setelah itu ambil bidang seluas ∆A yang mengelilingi titik O dan melihat bahwa
gaya ∆P bekerja pada luas ini. Apabila
luas ∆A dengan terus menerus diperkecil menjadi nol, harga batas perbandingan
∆P/∆A ialah tegangan di titik O pada bidang mm
benda 2.
Arah
tegangan sesuai arah gaya resultan P dan umum dengan kemiringan terhadap ∆A
tegangan yang sama di titik O di bidang mm
akan diperoleh, seandainya potongan bebas dikonstruksi dengan menghilangkan
bagian 2 benda padat. Tetapi tegangan akan berlainan di sembarang bidang
lainnya yang melalui titik O, seperti misalnya titik nn.
Sulit
untuk menggunakan tegangan yang membuat sudut terhadap luas di mana tegangan
itu bekerja. Tegangan total dapat diuraikan (resolved) dalam dua komponen,
yaitu tegangan normal σ yang tegak lurus pada ∆A dan tegangan geser (shearing
atau shear stress) τ yang terletak pada bidang mm. untuk melukiskan titik ini, perhatikan gambar. Gaya P membuat
sudut θ dengan garis normal z terhadap bidang luas A juga bidang melaui garis normal dan gaya P
saling berpotongan dengan bidang A sepanjang garis putus-putus yang membuat
sudut ɸ dengan sumbu y. tegangan normal diberikan oleh
Tegangan geser
dalam bidang bekerja sepanjang garis OC dan besarnya ialah :
Tegangan
geser ini selanjutnya dapat diuraikan dalam komponen yang sejajar dengan arah x
dan y yang terletak dalam bidang tersebut.
Karena
itu suatu bidang pada umunya dapat memiliki satu tegangan normal dan dua
tegangan geser yang bekerja pada bidang itu.
2.
Regangan
Regangan
linier rata-rata didefinisikan sebagai perbandingan perubahan panjang awal
dengan dimensi yang sama.
Sejalan
dengan itu tegangan di sebuah titik, regangan di suah titik ialah perbandingan
deformasi terhadap panjang ukur (gage length), jika panjang ukur mendekati nol.
Sering lebih bermanfaat untuk mendefinisikan regangan sebagai perubahan ukuran
linier dibagi dengan harga ukuran seketika itu juga (instantaneous value).
Persamaan diatas mendefinisikan regangan alamiah
(natural strain) atau regangan sesugguhnya. Regangan sesungguhnya digunakan dalam
hal kekenyalan dan pembentukan logam. Deformasi elastis sebuah benda tidak
hanya akan mengakibatkan perubahan panjang sebuah elemen linier dalam benda
itu, melainkan dapat pula mengakibatkan perubahan sudut antara dua buah garis
sembarang. Perubahan sudut dalam sudut siku dikenal sebagai regangan geser.
Gambar diatas melukiskan reganagn yang dihasilkan oleh regangan murni pada muka
sebuah kubus. Sudut di A yang besar awalnya sam dengan 900,
diperkecil oleh penerapan tegangan geser sebesar θ. Regangan geser γ sama dengan perpindahan (displacement) a dibagi dengan jarak antara bidang h. Perbandingan a/h adalah tangent sudut yang dilalui oleh elemen dalam rotasinya.
Untuk sudut kecil, tangent sudut sama dengan sudut dalam radial. Karena itu
reganagan geser sering dinyatakan sebagai sudut rotasi.
Gambar. 7 Regangan Putus Geser
3. Deformasi Tarik Logam Ulet
Data
dasar tentang sifat mekanis logam ulet (ductile metal) diperoleh dari percobaan
uji tarik, di mana sebuah benda uji dengan desain tertentu mengalami beban
aksial yang semakin besar sampai benda uji patah. Data yang diperoleh dari uji
tarik pada umumnya digambarkan sebagai diagram tegangan-regangan
Gambar. 8 Garis
lengkung tegangan-regangan tarik tepikal
Gambar
diatas memperlihatkan sebuah garis lengkung tegangan-regangan untuk logam
seperti almunium atau tembaga. Bagian awal linier lengkung OA merupakan elastis
dimana hokum hooke ditaati. Titik A adalah batas elastis yang didefinisikan
sebagai tegangan yang terbesar yang dapat ditahan oleh logam tanpa mengalami
regangan permanen apabila beban ditiadakan. Penetuan bats elastis cukup rumit,
bukan percobaan rutin dan tergantung dari kepekaan instrument pengukur
regangan. Itulah sebabnya batas elatis itu sering disebut batas proporsional
(batas utama), yaitu titik A’. batas proporsional ialah tegangan di mana garis
lengkung tegangan-regangan menyimpan dari kelinierannya. Kemiringan garis
lengkung tegangan-regangan diaderah ini ialah modulus elastis.
Untuk
keprluan rekayasa, batas perilaku elastis yang berguna adalah kekuatan luluh
(yield strength) yaitu titik B kekuatan luluh didefinisikan sebagai tegangan
yang akan menghasilkan deformasi permanen dalam jumlah kecil yang pada umumnya
sama dengan regangan sebesar 0,002. Dalam gambar diatas regangan permanen ini,
atau offset, ialah OC. Deformasi plastis mulai kalau batas elastis dilampaui.
Kalau deformasi plastis benda uji bertambah besar, logam menjadi lebih
kuat (pengerasan-regangan; strein
hardening), sehingga diperlukan untuk memanjangkan benda uji bertambah besar
pada peregangan selanjutnya. Akhirnya beban mencapai suatu harga makssimum.
Beban maksimum yang dibagai oleh luas asli benda uji ialah kekuatan tarik
maksimum. Untuk logam yang ulet, garis tengah benda uji mulai mengecil dengan
cepat melampaui beban maksimum, sehingga beban yang diperlukan untuk meneruskan
deformasi terus turun sampai batas uji patah. Karena tegangan rata-rata
didasarkan luas asli beban uji. Maka tegangan rata-rata pun turun dari beban
maksimum sampai patah.
2.1.4 METODE
OFFSET
Baja
berkekuatan tinggi dan besi tuang yang getas pada umumnya tidak memperlihatkan batas luluh yang jelas.Untuk
menentukan kekuatan luluh material
seperti ini maka
digunakan suatu metode yang dikenal dengan metode offset. Dengan metode ini kekuatan luluh ditentukan sebagai
tegangan di mana bahan memperlihatkan batas penyimpangan atau deviasi tertentu
dari keadaan proporsionalitas tegangan dan regangan. Pada gambar 4 di bawah ini
garis offset OX ditarik paralel dengan OP, sehingga perpotongan antara garis XW
dan kurva tegangan regangan memberikan titik Y sebagai kekuatan luluh.Umumnya
garis offset OX diambil 0,1% ± 0,2% dari regangan total dimulai dari titik O.
Gambar 6. Metode offset untuk
menentukan yield point pada kurva tegangan-regangan dari spesimen terbuat dari
bahan getas .
Titik luluh
(yield point) juga dapat dikatakan sebagai suatu tingkat tegangan yang:
Tidak boleh
dilewati dalam penggunaan struktural (in
service) Harus dilewati
dalam proses manufaktur logam atau pengubahan bentuk logam (formingprocess).
2.1.5 PERILAKU ULET GETAS
Perilaku
umum bahan yang dibebani dapat diklasifikasikan sebagai ulet atau getas,
tergantung apakah bahan itu memperlihatkan kemampuan untuk mengalami deformasi
plastic atau tidak. Bahan yang getas adanya deformasi akan patah hamper pad
batas elastis sedang logam getas seperti misalnya besi cor putih,
memperlihatkan plastic dalam jumlah kecil sebelum patah. keuletan yang memadai
merupakan suatu pertimbangan rekayasa yang penting, sebab keuletan memebrikan
kesempatan kepada bahan untuk distribusi ulang tegangan setempat. Bilamana
tegangan setempat. Bilamana tegangan di sekitar takik dan pada konsentrasi
tegangan lain kebetulan tidak perlu diperhatikan,
Ada
kemungkinan membuat desain untuk situasi atas dasar tegangan rata-rata. Tetapi
dengan bahan yang getas, tegangan yang dialokasikan terus menerus bertambah
besar, apabila tidak terjadi luluh local (local yielding). Akhirnya
terbentuklah retak pada satu atau lebih kensentrasi tegangan yang menjalar
dengan cepat. Bahkan apabila tidak terdapat konsentrasi tegangan dalam logam
getas perpatahan akan tetap terjadi dengan tiba-tiba, sebab tegangan luluh
praktis identik dengan kekuatan tarik.
Penting
untuk dicatat, bahwa kegetasan bukan merupakan sifat mutlak logam seperti
misalnya Tungsten yang getas pada temperatur kamar dan ulet temperature tinggi.
Gambar.
8 Garis Lengkung Teg-Reg bahan yang
getas sempurna (perilaku ideal), Garis lengkung teg-reg untuk logam getas
dengan sedikit
2.1.6
MULUR
Gambar 9. mulur
Creep
(mulur) adalah deformasi (perubahan bentuk) permanen material fungsi terhadap
waktu jika material tsb diberikan beban (tegangan) konstan pada temperatur
tinggi (> 0.4*Temperatur Lelehan (K) mekanisme Creep diawali dengan adanya
sliding (pergeseran) diantara butir-butir logam dan terjadi permanent deformasi
(pengecilan penampang) selanjutnya patah Untuk diagram rate pada creep (maaf
gambarnya tidak bisa saya lampirkan) biasanya bentuk kurva mulur ideal.
Kemiringan pada kurva (de/dt ) tersebut dinyatakan sebagai laju mulur (creep
rate). Mula-mula benda uji mengalami perpanjangan yang sangat cepat (primary),
e0, kemudian laju mulur akan turun terhadap waktu hingga mencapai keadaan
hampir seimbang (secondary), dimana laju mulurnya mengalami perubahan yang
kecil terhadap waktu. Pada tahap akhir (tertiary), laju mulur bertambah besar
secara cepat hingga terjadi patah.. Mekanisme yang terjadi pada tapan creep
adalah sbb: Komponen pertama kurva mulur adalah kurva transien, dimana laju
mulurnya turun terhadap waktu. Tahap ini disebut mulur primer dimana hambatan
mulur bahan bertambah besar akibat pemulihan (recovery) dari deformasi yang
terjadi. Komponen yang kedua adalah mulur viskos dengan laju mulur tetap. Tahap
mulur yang kedua ini disebut mulur sekunder, adalah proses dengan laju mulur
hampir tetap. Hal ini disebabkan oleh terjadinya keseimbangan antara kecepatan
proses pengerasan regang dan proses pemulihan (recovery). Oleh karena itu mulur
sekunder biasanya dinyatakan sebagai mulur keadaan seimbang (steady state).
Nilai rata-rata laju mulur selama terjadi mulur sekunder dinamakan laju mulur
minimum. Tahap mulur ketiga atau mulur tersier terutama terjadi pada uji beban
tetap pada temperatur dan tegangan-regangan yang tinggi. Mulur tersier terjadi
apabila terdapat pengurangan efektif pada luas penampang lintang yang
disebabkan oleh penyempitan setempat atau pembentukan rongga internal. Mulur
tahap ketiga sering dikaitkan dengan perubahan metalurgi tertentu, seperti
pengkasaran partikel endapan, rekristalisasi, atau perubahan difusi dalam fasa
yang ada.
2.1.7
NECKING
Gambar. 9 necking
Mekanisme
Necking (pengecilan setempat) biasanya mulai terjadi pada beban maksimum dari
suatu deformasi tarik logam yang ulet, dimana kenaikan tegangan yang disebabkan
oleh penurunan penampang lintang benda uji lebih besar dibandingkan pertambahan
kemampuan logan menahan beban akibat pengerasan regangan.
Penyempitan
mulai pada titik ketidakstabilan plastis, dimana kenaikan kekuatan yang
disebabkan oleh pengerasan regangan akan berkurang, untuk mengkompensasi
penurunan permukaan penampang lintang (pada gambar a). Ini terjadi pada beban
maksimum atau pada regangan sebenarnya. Pembentukan penyempitan menimbulkan
keadaan tegangan tiga sumbu pada daerah yang bersangkutan. Komponen tarik
hidropstatik terjadi disekitar sumbu benda uji pada pusat daerah penympitan.
Ada beberapa rongga-rongga kecil ternentuk pada daerah tersebut (gambar b), dan
jika peregangan berlangsung terus, rongga tersebut bertambah besar dan menjadi
satu dengan retakan pusat (pada gambar c). Retakan ini berkembang pada arah
tegak lurus sumbu benda uji, hingga mencapai permukaan benda uji tersebut.
Kemudian merambat disekitar bidang-bidang geser lokal, kira-kira berarah 450
terhadap sumbu “kerucut” patah yang terbentuk (gambar d)
Gambar. 10 necking
2.1.8 KURVA TEGANGAN REGANGAN REKAYASA (
TEKNIK )
Gambar. 11 kurva tegangan-regangan rekayasa
( teknik )
|
Kita akan
membahas istilah mengenai sifat-sifat mekanik bahan dengan berpedoman pada
hasil uji tarik seperti pada Gambar . Asumsikan bahwa kita melakukan uji
tarik mulai dari titik O sampai D sesuai dengan arah panah dalam gambar.
|
·
Batas elastic σE (elastic
limit), Pada Gambar diatas dinyatakan dengan titik A. Bila sebuah bahan
diberi beban sampai pada titik A, kemudian bebannya dihilangkan, maka bahan
tersebut akan kembali ke kondisi semula (tepatnya hampir kembali ke kondisi
semula) yaitu regangan “nol” pada titik O (lihat Gambar ). Tetapi bila
beban ditarik sampai melewati titik A, hukum Hooke tidak lagi berlaku.
·
Batas proporsional σp (proportional
limit). Titik di mana penerapan hukum Hooke masih bisa ditolerir. Tidak
ada standarisasi tentang nilai ini. Dalam praktek, biasanya batas proporsional
sama dengan batas elastis.
·
Deformasi plastis (plastic
deformation). Perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula. Pada
Gambar yaitu bila bahan ditarik sampai melewati batas proporsional dan
mencapai daerah landing.
·
Tegangan luluh atas σuy
(upper yield stress). Tegangan maksimum sebelum bahan memasuki fase
daerah landing peralihan deformasi elastis ke plastis.
·
Tegangan luluh bawah σly
(lower yield stress). Tegangan rata-rata daerah landing
sebelum benar-benar memasuki fase deformasi plastis. Bila hanya disebutkan
tegangan luluh (yield stress), maka yang dimaksud adalah tegangan
mekanis pada titik ini.
·
Regangan luluh εy
(yield strain). Regangan permanen saat bahan akan memasuki fase
deformasi plastis.
·
Regangan elastis εe
(elastic strain). Regangan yang diakibatkan perubahan elastis
bahan. Pada saat beban dilepaskan regangan ini akan kembali ke posisi semula.
·
Regangan plastis εp
(plastic strain). Regangan yang diakibatkan perubahan plastis. Pada
saat beban dilepaskan regangan ini tetap tinggal sebagai perubahan permanen
bahan.
·
Regangan total (total
strain). Merupakan gabungan regangan plastis dan regangan elastic (εT
= εe+εp). Perhatikan beban dengan arah OABE.
Pada titik B, regangan yang ada adalah regangan total. Ketika beban dilepaskan,
posisi regangan ada pada titik E dan besar regangan yang tinggal (OE) adalah
regangan plastis.
·
Tegangan tarik maksimum (UTS,
Ultimate Tensile Strength). Pada Gambar ditunjukkan dengan titik C (σβ),
merupakan besar tegangan maksimum yang didapatkan dalam uji tarik.
·
Kekuatan patah (breaking
strength). Pada Gambar ditunjukkan dengan titik D, merupakan
besar tegangan di mana bahan yang diuji putus atau patah.
2.1.9 KURVA
TEGANGAN-REGANGAN SEJATI (TRUE STRESS-TRUE STRAIN CURVE)
Definisi tegangan dan regangan
sejati, yaitu tegangan dan regangan berdasarkan luas penampang bahan secara real
time. Detail definisi tegangan dan regangan sejati ini dapat dilihat pada
gambar.
2.1.10
FATIGUE
1.
Pengetian
fatigue
Fatigue
(kelelahan) adalah kerusakan material yang diakibatkan oleh adanya tegangan
yang berfluktuasi (siklik) yang besarnya lebih kecil dari tegangan tarik
(tensile) maupun tegangan luluh (yield) material yang diberikan beban konstan.
Dilihat mekanisme
perpatahannya, mekanisme fatigue umumnya dimulai (di-inisiasi) dari permukaan
material (surface) yang lemah atau adanya konsentrasi tegangan di permukaan
(seperti goresan, notch, lubang-pits dll) yang selanjutnya merambat ke bagian
tengah dan akhirnya patah secara tiba-tiba (catastrophic) tanpa atau sedikit
sekali adanya deformasi plastis. Indikasi permukaan patahannya adanya
beach-mark (garis pantai) secara makro atau adanya striations secara mikro
(dengan SEM).
Fatigue
sendiri dibagi menjadi LCF & HCF. Perbedaan kedua istilah tersebut dalam
hubungannya dengan aplikasi di turbin gas adalah : Low cycle fatigue: high
loads, plastic and elastic deformation (N<105 ), terjadinya
akibat shock temperature pada saat turbin di "On-Off" atau
"start-stop". Sedangkan High cycle fatigue: low loads, elastic
deformation (N >105 ), terjadi akibat adanya variasi tekanan gas
yang disebabkan oleh proses pembakaran (combustion). Pada beberapa aplikasi
material temperatur tinggi misalnya untuk pembangkit tenaga (turbin) uap maupun
gas, pengilangan minyak, peralatan pada industry kimia (seperti bejana tekan,
reaktor-reaktor, boiler, cracking unit, juga pada penukar panas (heat
exchanger), gejala Fatigue dan Creep bisa terjadi bersamaan yang istilahnya
menjadi "fatigue-creep". Dalam kondisi seperti ini, umur (life)
komponen ditentukan ditentukan oleh inisiasi dan pertumbuhan creep atau retakan
fatigue. Pada fluktuasi beban yang tinggi dan atau temperatur yang relatif
rendah, pertumbuhan crack (retakan) tidak tergantung pada waktu dan temperatur
(seperti proses oksidasi dan relaksasi). Mekanisme tersebut didominasi oleh
fatigue dan prosesnya sama seperti fatigue pada temperatur ruang. Sedang pada f
luktuasi beban rendah dan atau temperatur relatif tinggi maka perambatan retak
didominasi oleh creep. Jika dua kondisi ekstrem terjadi, fluktuasi beban tinggi
dan temperatur relatif tinggi, maka kriteria untuk prosedur assesment kerusakan
akibat creep-fatique adalah dengan menggunakan "Total Damage
Comulative" yaitu penjumlahan damage akibat fatigue dan damage akibat
creep (Df + Dc)
2. Rumus dan Faktor penyebab
terjadinya fatigue
Dimana
stres yang cukup tinggi untuk deformasi plastis terjadi, rekening dalam hal
kurang bermanfaat stres dan ketegangan dalam material menawarkan deskripsi
sederhana. Rendah-siklus kelelahan biasanya ditandai oleh-Manson hubungan
Coffin (diterbitkan secara mandiri oleh LF Coffin pada 1954 dan SS Manson
1953):
dimana:
p Δε / 2 adalah amplitudo regangan plastik;
ε f 'adalah konstanta empiris yang dikenal
sebagai koefisien kelelahan daktilitas, strain kegagalan pembalikan tunggal;
2 N adalah jumlah pembalikan terhadap kegagalan
(N siklus);
c adalah konstanta empiris yang dikenal sebagai
eksponen daktilitas kelelahan, biasanya mulai dari -0,5 ke -0,7 untuk logam dalam
waktu kelelahan independen.
Factor penyebab terjadinya fatique
1. Penyelesaian permukaan
Retak
fatik kerap kali berawal dari permukaan komponen bekas permesinan atau
ketidakpastian lain harus dihilangkan dan usaha ini berpengaruh sekali terhadap
fatik. Perlakuan permukaan akan meningkatkan umur fatik.
2. Frekuensi siklus tegangan
Pengaruh terhadap umur fatik hamper tidak
ada walaupun penurunan frekwensi biasanya menurunkan umur fatik.
3. Temperatur
Kekuatan
fatik yang paling tinggi pada temperature rendah dan berkurang secara bertahap.
4. Tegangan rata-rata
Kondisi
fatik dimana tegangan rata-rata tidak besar dari tegangan luluh.
2.1.11
JENIS-JENIS PERPATAHAN
F Patahan Intergranular
Perpatahan ini kerap kali dianggap sebagai
kelompok perpatahan khusus. Pada berbagai paduan didapatkan kesimpulan yang
sangat peka antara tegangan yang diperlukan untuk perambatan retak pembelahan
dan tegangan yang diperlukan untuk perpatahan rapuh sepanjang batas butir.Yang
paling mudah dikenali dari patahan ini adalah jejak petahan melalui batas butir
dari sampel yang gagal. Patahan memiliki permukaan tiga dimensi yang bentuk
butir awalnya dapat dibedakan dengan jelas.
Gambar. 13 Patahan Intergranular
F Patahan Transgranular
Perpatahan transkristalin dapat
dikelompokkan atas perpatahan ulet, mikro dan rapuh.Pada pematahan ulet terjadi
deformasi plastis dan pematahan terjadi akibat pertumbuhan rongga internal yang
bargabung menjadi satu sehingga terjadi pemisahan sempurna. Permukaan
perpatahan mempunyai penampilan berserat dan sering kali terjadi bibir geser.
Kepatahan ulet semacam ini meliputi pertumbuhan letak perlahan-lahan dan
penampang pematahan berkurang karena penguletan setempat diiringi
instrabilitas.Pada patahan transgranular patahan merambat melalui butir. Selain
itu ciri permukaan yang tampak cenderung planar atau konkoidal dan hanya
merupakan ciri proses patahan tanpa indikasi yang jelas mengenai struktur dasar
butir.
2.1.12
TIPE-TIPE
PERPATAHAN
Sampel hasil pengujian tarik dapat menunjukkan
beberapa tampilan perpatahan seperti diilustrasikan oleh Gambar 1.5 di bawah
ini
Gambar. 15.Ilustrasi penampang samping bentuk
perpatahan benda uji tarik sesuai dengan
tingkat keuletan/kegetasan
Perpatahan ulet memberikan karakteristk
berserabut (fibrous) dan gelap (dull), sementara perpatahan getas ditandai dengan permukaan
patahan yang berbutir (granular) dan terang.
Perpatahan ulet umumnya lebih disukai karena
bahan ulet umumnya lebih tangguh dan memberikan peringatan lebih dahulu sebelum
terjadinya kerusakan
Pengamatan kedua tampilan perpatahan itu dapat
dilakukan baik dengan mata telanjang maupun dengan bantuan stereoscan
macroscope. Pengamatan lebih detil dimungkinkan dengan penggunaan SEM (Scanning
Electron Microscope).
a.
Perpatahan Ulet
Gambar. 16 di bawah ini memberikan ilustrasi
skematis terjadinya perpatahan ulet pada suatu spesimen yang diberikan
pembebanan tarik
Tampilan
foto SEM dari perpatahan ulet diberikan oleh Gambar 1.7 berikut:
Gambar 17.
Tampilan permukaan patahan dari suatu sampel logam yang ditandai dengan
lubang-lubang dimpel sebagai suatu hasil proses penyatuan rongga-rongga
kecil(cavity) selama pembebanan berlangsung.
b. 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-atommaterial (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
awalkegagalan.
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. 18 Perpatahan getas pada dua sampel logam
berpenampang lintang perseg panjang (pelat)
Sedangkan hasil foto SEM sampel dengan perpatahan
getas diberikan oleh Gambar 1.9 pada halaman berikut ini:
Gambar.
19 Foto SEM sampel dengan perpatahan getas. Perhatikan bentuk
perambatanretak yang menjalar (a) memotong butir (transgranular fracture) dan
(b) melalui bata butir material (intergranular fracture)
2.1.13
JENIS-JENIS
PEMBEBANAN
1.
Pembebanan statis
Beban statis yaitu
beban yang tetap baik besar maupun arahnya pada setiap saat. Beban statis dapat berupa
beban tarik, tekan, lentur, punter, geser dan kombinasi dari beban tersebut.
2.
Pembebanan dinamis
Beban
dinamis yaitu beban yang besar dan arahnya berubah menurut waktu. Beban dinamis
dapat berupa beban tiba-tiba, berubah-ubah dan beban jalar.
Sifat mekanis logam ditentukan
oleh keadaan pembebanan yaitu statis atau dinamis yang menyangkut frekuensi
pembebanan, kecepatan, lamanya pembebanan, keadaan lingkungan, suhu, tekanan
dan besar pembebanan.
2.1.14
CACAT
PADA MATERIAL
Pada kenyataan kekuatan logam jauh dibawah
kekuatan teoritis, ini berarti ada sesuatu didalam logam yang menurunkan
kekuatannya yang disebut dislokasi. Jadi, secara singkat dislokasi menurunkan
kekuatan logam atau dislokasi ini adalah cacat di dalam logam yang menurunkan
kekuatan logam tersebut.
a.
Dislokasi Butir
Dislokasi butir
terjadi jika ada gaya tekan dan tegangan yang akhir gaya ini dapat diuraikan
menjadi tegangan geser. Hal ini mengakibatkan bidang atom bergeser terhadap
bidang atom di dekatnya yang disebut slip.
Gambar.20 dislokasi butir
Mekanisme slip memerlukan
pertumbuhan dan pergerakan garis dislokasi. Energi garis dislokasi ε sebanding dengan panjang garis dislokasi I, modulus geser G, dan a kuadrat
satuan vektor slip b dengan sendirinya.
b.
Dislokasi Dalam Kristal
Dislokasi merupakan cacat kisi
yang tidak stabil. Secara termodinamika meskipun dislokasi merupakan cacat kisi
yang diperlukan untuk proses deformasi plastis. Selain untuk proses pembentukan
kristal tertentu dan untuk katalis kimia pada permukaan kristal. Pada temperatur tinggi
terdapat konsentrasi kekosonganyang besar pada semua jenis logam pada saat
pendinginan tidak seimbang. Kelebihan konsentrsi cacat fisik dan menimbulkan
dislokasi. Dislokasi secara heterogen akibat tegangan termal untuk tegangan
mekanik pada konsentrasi tegangan akibat dekat partikel, retak atau cacat
permukaan.
Gambar. 21 dislokasi dalam kristal
c.
Dislokasi Butir Dalam Larutan Padat
Energi suatu dislokasi garis
ialah sama, tidak tergantung letaknya, jika diperlukan energi untuk bergerak di
antara kedua titik tersebut. Tidak demikian bila atom-atom lain, energi
dislokasi kurang dibandingkan dengan energi dislokasi dalam logam murni.
Jadi bila dislokasi bertemu dengan
atom-atom asing, pergerakannya terhambat karena diperlukan energi tambahan
untuk membebaskannya dengan logam murni. Hal ini disebut pergeseran larutan.
Gambar. 22 dislokasi
Butir Dalam Larutan Padat
2.1.15
DIAGRAM
TEGANGAN-REGANGAN BERBAGAI MATERIAL
Pada
gambar di bawah dapat dilihat bahwa jenis-jenis material itu memperlihatkan
perbedaan kurva-kurva tariknya satu dengan yang lainnya. Umpamanya pada besi
tuang dapat dilihat bahwa kurvanya tidak mengikuti hukum Hooke itu berarti
bahwa kurva tariknya tidak memperlihatkan garis modulus yang lurus. Selain itu
pada kurva tersebut kita melihat bahwa besi tuang adalah sangat getas. Oleh
karena itu hampir tidak memiliki regangan, sebaliknya tembaga mempunyai
regangan yang sangat tinggi jadi sangat ulet
Keterangan
:
a.Bahan tidak ulet, tidak ada deformasi plastis misalnya besi cor.
b.Bahan ulet dengan titik luluh misalnya pada baja karbon rendah.
c.Bahan ulet tanpa titik luluh yang jelas misalnya alumunium.
Diperlukan metode off set untuk mengetahui titik luluhnya.
d.Kurva tegangan regangan sesungguhnya regangan-tegangan nominal
o
Sb = Kekuatan Patah
o
St = Kekuatan tarik
o
SL = Kekuatan luluh
o
ef = Perpanjangan / elongasi sebelum
patah.
o
x = titik patah
o
yp = titik luluh
2.1.16
PENGERASAN
REGANGAN
Dalam fabrikasi elemen struktur, berbagai macam bentuk profil
seringkali dibuat dari pelat
datar yang dilekukkan secara dingin pada temperatur ruang. Pelaksanaan semacam
ini akan menyebabkan
perubahan bentuk inelastis yang menimbulkan regangan sisa (residual strain)
dan disertai dengan tegangan sisa (residual stress). Untuk memberi gambaran umum pengaruh perubahan bentuk secara dingin, ditinjau suatu spesimen yang
dibebani dengan tarikan
sampai terjadi perubahan bentuk plastis. Pembebanan ini dilakukan secara
berulang ulang. Tampak pada Gambar 24. bahwa setiap beban dilepas, selalu ada
regangan sisa, sehingga setelah pembebanan dilakukan
beberapa kali dicapai regangan batas bahan yang apabila
spesimen dibebani lagi, spesimen akan putus. Mengingat hal itu, maka dapat
dipahami banwa sifat batang struktur yang dibentuk secara dingin
cukup rumit.
Gambar. 24 kurva pengerasan regangan
Seperti terlihat pada Gambar 24, jika spesimen baja dibebani sampai
daerah plastis atau pengerasan regangan, kemudian beban
dilepas maka kurva pada pembebasan beban akan sejajar
dengan kurva bagian elastis. Oleh karena itu akan terdapat regangan yang
tertinggal setelah beban dilepas.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar