TINJAUAN PUSTAKA
2.4. Uji Tarik (Tensile Test)
Kekuatan tarik adalah kemampuan bahan untuk menerima beban tarik tanpa mengalami kerusakan dan dinyatakan sebagai tegangan maksimum sebelum putus. Proses ini dilakukan dengan cara memberikan gaya tarik berlawanan arah pada salah satu ujung benda yang akan diuji. Proses ini akan mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk (deformasi) dari benda uji.
Hukum Hooke (Hooke's Law)
Hampir semua logam, pada tahap sangat awal dari uji tarik, hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut. Ini disebut daerah linier atau linear zone. Di daerah ini, kurva pertambahan panjang vs beban mengikuti aturan Hooke yaitu rasio tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan. Berikut ini merupakan kurva hubungan antara gaya tarikan dengan perubahan panjang.
Perubahan panjangan dalam kurva disebut sebagai regangan teknik (εeng), yang didefinisikan sebagai perubahan panjang yang terjadi akibat perubahan statik (ΔL) terhadap panjang batang mula mula (Lo). Tegangan yang dihasilkan pada proses ini disebut dengan tegangan teknik (σeng), dimana didefinisikan sebagai nilai pembebanan yang terjadi (F) pada suatu luas penampang awal (Ao).
Tegangan normal akibat gaya tarik dapat ditentukan berdasarkan persamaan (2.1).
A
F
(2.1)Dimana :
σ = Tegangan Tarik (MPa) F = Gaya Tarik (N)
A = Luas Penampang (mm2)
Regangan akibat beban tekan statik dapat ditentukan berdasarkan persamaan (2.2).
L L (2.2) Dimana : ΔL = L - Lo Dimana:
ε = Regangan akibat gaya tarik
L = Panjang spesimen akibat beban tarik (mm) Lo = Panjang spesimen mula mula (mm)
Regangan akibat gaya tarik yang terjadi, panjang akan bertambah dan diameter pada spesimen akan menjadi kecil, maka ini akan terjadi deformasi plastis (Nash, 1998). Hubungan antara stress dan strain dirumuskan pada persamaan:
E adalah “Modulus Elastisitas” atau “Young Modulus” merupakan gradien kurva
daerah dalam linier, dimana perbandingan tegangan (σ) dan regangan (ε) selalu
tetap. Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan stress disingkat kurva SS (SS Curve).
Gambar 2.16. Profil Data Hasil Uji Tarik Keterangan Gambar:
1. Atas elastic σE (elastic limit), Pada Gambar 3 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. Tetapi bila beban ditarik sampai melewati titik A, hukum Hooke tidak lagi berlaku. 2. 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.
3. Deformasi plastis (plastic deformation). Perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula. Pada Gambar 3 yaitu bila bahan ditarik sampai melewati batas proporsional dan mencapai daerah landing.
4. Tegangan luluh atas σuy (upper yield stress). Tegangan maksimum sebelum bahan memasuki fase daerah landing peralihan deformasi elastis ke plastis.
5. 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.
6. Regangan luluh εy (yield strain). Regangan permanen saat bahan akan memasuki fase deformasi plastis.
7. Regangan elastis εe (elastic strain). Regangan yang diakibatkan perubahan elastis bahan. Pada saat beban dilepaskan regangan ini akan kembali ke posisi semula.
8. Regangan plastis εp (plastic strain). Regangan yang diakibatkan perubahan plastis. Pada saat beban dilepaskan regangan ini tetap tinggal sebagai perubahan permanen bahan.
9. 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.
10. Tegangan tarik maksimum (UTS, Ultimate Tensile Strength). Pada Gambar 3
ditunjukkan dengan titik C (σβ), merupakan besar tegangan maksimum yang didapatkan dalam uji tarik.
11. Kekuatan patah (breaking strength). Pada Gambar 3 ditunjukkan dengan titik D, merupakan besar tegangan di mana bahan yang diuji putus atau patah.
Umumnya, limit elastis bukan merupakan definisi tegangan yang jelas, tetapi pada besi tidak murni dan baja karbon rendah, titik awal terjadinya deformasi plastis ditandai dengan penurunan bebas secara tiba-tiba yang menunjukkan adanya titik luluh atas dan titik luluh bawah. Perilaku luluh ini merupakan karakteristik berbagai jenis logam khususnya yang memiliki struktur BCC dan mengandung sejumlah kecil elemen terlarut. Untuk material yang tidak memiliki titik luluh yang jelas, berlaku definisi konvensional mengenai titik awal
deformasi plastis yaitu tegangan uji 0,1 atau 0,2%. Disini ditarik garis sejajar dengan bagian elastis kurva tegangan-regangan dari titik dengan regangan 0,2%. Faktor – Faktor Yang Mempengaruhi Kekuatan Tarik :
1. Kadar Karbon
Penambahan kadar karbon akan meningkatkan kekerasan bahan. Sehingga kekuatan bahan juga meningkat namun pertambahan %C hanya sampai ± 1 % 2. Heat Treatment
Heat Treatment berpengaruh pada bentuk buturan.Bila bentuk butiran kecil maka daya tarik antar atom semakin besar sehingga kekuatan tarik menjadi besar, sedangkan butiran besar maka daya tarik antar atom semakin kecil sehingga kekuatan tarik menjadi kecil.
3. Bidang Slip
Logam dan paduannya berdeformasi dengan geseran plastis/slip dimana atom bergeser terhadap bidang atom didekatnya. Deformasi geser terjadi apabila ada gaya tekan, karena gaya – gaya tersebut dapat diuraikan menjadi tegangan geser. Slip dapat terjadi dengan lebih mudah dalam arah kristal atau bidang tertentu.
Dalam uji tarik biasa, gerakan kepala silang mesin penguji memaksa benda uji berada di penjepit. Sebab penjepit harus tetap sebaris. Karena benda uji tidak dapat berubah bentuk secara bebas dengan luncuran merata di tiap –tiap bidang slip sepanjang ukuran benda uji.
4. Homogenitas ( kesamaan partikel logam)
Homogenitas suatu bahan akan terpengaruh terhadap gaya ikatan antar atomnya. Untuk material dengan tingkat homogenitas yang tinggi maka gaya ikat antar atom juga tinggi sehinggaa kekuatan tariknya juga tinggi.
5. Kecepatan Pendinginan
Semakin cepat pendinginan yang dilakukan maka kekerasan akan meningkat begitu pula dengan kekuatan tarikannya juga kecil.
6. Konduktifitas Fermal Bahan
Konduktifitas Fermal yang kecil akan memperlambat laju pendinginan sehingga kekerasan baja kecil dan kekuatan tariknya juga kecil.
7. Unsur Paduan
Adanya unsur paduan yang pada umumnya dapat bersenyawa dengan baja atau bahan seperti, nikel, chronium dan mangan dapat meningkatkan kekuatan tarik karena unsur paduan tersebut memiliki sifat keras.
8. Ukuran Butir
Ukuran butiran yang besar bersifat ductive dibandingkan dengan butir yang halus. Ukuran butir yang halus memiliki sifat yang keras sehingga kekuatan tarik besar.
9. Dimensi Bahan
Pada dimensi bahan yang kecil kecepatan pendinginan lebih besar jadi kekerasan besar dan kekuatan tarik besar, begitu juga sebaliknya.
Hubungan tegangan-regangan pada kekuatan tarik memberikan nilai yang cukup berubah tergantung pada laju tegangan, temperatur, lebaman dst, sebab dalam bahan polimer sifat-sifat viskoelastik mempunyai kekhasan seperti dinyatakan diatas, Pada bahan thermoplastik kelakuan demikian sangat berubah dengan penyearahan molekul rantai dalam bahan. Umunya kekuatan tarik dari bahan polimer lebih rendah daripada umpamanya baja 70 kgf/mm2, duralumin 44 kgf/mm2 dan sebagainya. Kekuatan tarik nilon 66 adalah 6,5 - 8,4 kgf/mm2 dan PVC 3,5-6,3 kgf/mm2. Pada resin biasa seperti Polystyrene, Polyethylene dan Polypropylene kekuatan tariknya antara 0,7-8,4 kgf/mm2.
Gambar 2.10 menunjukan kekuatan tarik dari bahan polimer dalam bentuk kurva tegangan-regangan menurut kehasannya lunak atau besar, lemah atau kuat, getas atau liat. Dilihat dari kelakuan mulurnya ada tiga jenis kurva tegangan –regangan seperti ditunjukkan pada gambar 2.11.
Seperti ditunjukkan oleh garis OA1 pada (a) laju perpanjangan agak rendah dan meningkat sampai 0,5-2 % pada saat patah menunjukkan hubungan lurus. Bahan yang termasuk kelompok ini adalah fenol, urea, melamin, polister tak jenuh, epoksi dan resin stiren yang bersifat patah getas.
Selanjutnya, yang ditunjukkan pada (c), OY adalah lurus sampai titik mulur pada Y, tetapi setelah itu memberikan perpanjangan yang besar sampai 100
-1000%, dan sebelum patah tegangan tarik meningkat cepat. Kadang-kadang peningkatan terakhir ini tidak dapat teramati. Bahan yang termasuk kelompok ini adalah polyethylene, polypropylene, polyacetal dan lainnya yang terdiri dari molekul rantai.
Jenis (b) ada di antara (a) dan (c) yang tidak menunjukkan penurunan bebas setelah titik mulur seperti halnya ditunjukkan pada (c) tetapi hanya satu titik infleksi, jadi beban meningkat dan akhirnya mengakibatkan patah. Bahan yang termasuk jenis ini adalah resin ABS, Asetat, resin fluoro,dst. Kelakuan bahan tersebut diatas berlaku pada temperatur kamar (20oC). Kelakuan tersebut akan berubah banyak apabila temperatur berubah.
Gambar 2.17. Kelakuan tarikan bahan polimer
Resin termoset seperti resin fenol menunjukkan kelakuan semacam pada (a), walaupun temperatur berubah sampai batas tertentu, sedangkan resin thermoplastik sering berubah dari kelakuan (a) ke (c) apabila temperatur meningkat.
Dari setiap gambar tersebut, konstanta perbandingan antara tegangan dan regangan pada bagian lurus OY adalah modulus elastic yaitu modulus elastic Young. Modulus elastic Young pada bahan polimer terletak di daerah 0,1-21 x 102 kgf/mm2 .
Harga tersebut lebih rendah daripada baja yaitu 200x102 kgf/mm2. Akan tetapi kalau molekul rantai cukup terarah seperti serat, maka harga tersebut
diatas menjadi lebih besar hampir menyamai logam. Deformasi oleh penarikan sampai patah berbeda banyak tergantung pada jenis dan temperatur. Pada 20ºC perpanjangannya ada pada daerah luas yaitu 0,5 – 700%. Kebanyakan thermoset, kurang dari 5%. Pada resin thermoplastic berkristal kebanyakan menunjukkan tipe (c) dengan perpanjangan yang jelas.
BAB 1 PENDAHULUAN