oleh :
Nama : Catia Julie Aulia
NIM : 13714035
Kelompok : 7
Anggota (NIM) : 1. Conrad Cleave Bonar (13714008) 2. Catia Julie Aulia (13714035) 3. Hutomo Tanoto (13714044) 4. Fakhri Arsyi Hawari (13714051)
Tanggal Praktikum : Rabu, 13 April 2016 Tanggal Penyerahan Laporan : Selasa, 19 April 2016
Nama Asisten (NIM) : I Gede Bagus Eka S. W. (13712055)
Laboratorium Metalurgi dan Teknik Material Program Studi Teknik Material
Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung
Page 2 of 39
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sesuai dengan namanya, uji tarik adalah pengujian mekanik yang memberikan beban tarik pada material uji dengan kecepatan pembebanan yang statis. Uji tarik merupakan salah satu pengujian yang bersifat merusak. Standar pengujian tarik mengacu pada ASTM E8/E8M. Uji tarik banyak digunakan di industri karena informasi yang diberikannya mengenai sifat mekanik material cukup banyak dan mudah untuk diolah. Selain itu, pengujian ini juga dapat digunakan untuk hampir semua jenis material, dimulai dari logam, keramik, dan polimer.
Informasi yang diperoleh dari uji tarik biasa digunakan sebagai dasar pemilihan material, pengembangan paduan, kontrol kualitas, dan proses desain dalam berbagai kondisi. Pada awalnya, banyak industri yang membutuhkan bahan baku untuk membuat suatu produk. Untuk memastikan kualitas bahan baku yang dibutuhkan dan memastikan apakah bahan baku yang ada sesuai atau tidak, dilakukanlah uji tarik.
1.2 Tujuan Praktikum
Tujuan dari Praktikum Uji Tarik adalah : 1. Menentukan modulus elastisitas spesimen. 2. Menentukan nilai yield strength spesimen.
3. Menentukan nilai ultimate tensile strength spesimen.
4. Menentukan nilai konstanta kekuatan dan koefisien strain hardening. 5. Menentukan ductility spesimen.
Page 3 of 39
BAB II
TEORI DASAR
2.1 Uji Tarik
Uji tarik adalah pengujian mekanik yang memberikan beban tarik pada material uji dengan kecepatan pembebanan yang statis. Pada uji tarik, spesimen diberi beban gaya tarik pada satu sumbu yang bertambah secara kontinyu, bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan terhadap perpanjangan yang dialami oleh benda uji. Standar pengujian tarik mengacu pada ASTM E8/E8M.
2.2 Skema Uji Tarik
(Sumber : Callister, William D. “Materials and Science Engineering An Introduction”, 6th edition. John Wiley & Sons, Inc. 2003.)
Gambar 1. Skema Alat Uji Tarik
Pada uji tarik, spesimen dipasang pada mesin uji tarik dan dihubungkan ke extensometer melalui strain gauge. Extensometer adalah alat yang mengukur perubahan panjang yang dialami spesimen dengan strain gauge sebagai sensor. Crosshead bergerak sehingga membuat load cell bergerak. Load cell akan memberikan gaya dan menimbulkan tegangan tarik pada spesimen. Spesimen yang menerima tegangan tarik akan mengalami perubahan panjang. Perubahan
Page 4 of 39 panjang yang terjadi pada spesimen akan terdeteksi oleh strain gauge yang terpasang pada spesimen dan terukur oleh extensometer yang terhubung pada strain gauge. Data perubahan panjang dan perubahan gaya yang diterima oleh spesimen pun diperoleh dan dapat diolah lebih lanjut.
2.3 Spesimen Uji Tarik
(Sumber : ASTM E 8M)
Gambar 2. Bentuk Spesimen Uji Tarik
Berdasarkan standar ASTM E8/E8M, untuk jenis material logam, panjang gage length spesimen adalah 4 kali diameter spesimen. Spesimen uji berbentuk silinder dengan dimensi sebagai berikut :
Standard
Specimen Small-Size Specimen Proportional to Standard
12,5 9 6 4 2,5 G 62,5 ± 0,1 45,0 ± 0,1 30,0 ± 0,1 20,0 ± 0,1 12,5 ± 0,1 D 12,5 ± 0,2 9,0 ± 0,1 6,0 ± 0,1 4,0 ± 0,1 2,5 ± 0,1 R 10 8 6 4 2 A 75 54 36 24 20 Dengan : G = Gage length D = Diameter R = Radius of fillet
Page 5 of 39 A = Length of reduced section
2.4 Baja ST-37
Baja ST-37 merupakan salah satu jenis baja yang paling sering digunakan. Berdasarkan literatur[1], nilai modulus elastisitas baja ST37 adalah 200 GPa. Baja ini mempunyai nilai ultimate tensile strength sebesar 370 MPa (tidak diberi perlakuan) dengan yield strength sebesar 298 MPa.
2.5 Kurva Stress – Strain
Data hasil pengujian tarik dapat diolah menjadi kurva tegangan vs regangan. Kita mengenal dua tipe stress-strain, yaitu engineering stress – engineering strain dan true stress – true strain. Dari kurva dibawah dapat dilihat perbedaan diantara keduanya.
(Sumber : Slide Kuliah Sifat Mekanik Material)
Gambar 3. Kurva Stress-Strain
1. Engineering Stress – Engineering Strain
Sesuai dengan namanya, engineering stress – engineering strain adalah nilai dari tegangan dan regangan yang telah direkayasa. Rekayasa yang dimaksud adalah dengan mengasumsikan bahwa luas penampang untuk setiap pembebanan adalah sama, yaitu luas penampang awal. Kita
Page 6 of 39 tahu, semakin diberi beban, luas penampang spesimen akan selalu turun untuk setiap penambahan beban sehingga untuk meminimalkan faktor geometri ini dibentuklah engineering stress – engineering strain untuk memudahkan perhitungan.
Nilai engineering stress dapat dihitung melalui persamaan berikut :
(1)
Dengan :
σ = engineering stress (N/m2)
F = beban yang bekerja pada spesimen (N) A0 = luas penampang awal spesimen (m2)
Dan untuk engineering strain dapat dihitung melalui persamaan berikut :
(2)
Dengan :
ε = engineering strain
lo = panjang awal spesimen (m) li = panjang akhir spesimen (m)
2. True Stress – True Strain
True stress – true strain adalah nilai tegangan dan regangan yang sebenarnya, dimana perubahan luas penampang spesimen seiring dengan penambahan beban juga diperhitungkan.
Nilai true stress – true strain dapat dihitung dengan mengkonversi nilai dari engineering stress – engineering strain dengan persamaan :
a.) Sesaat sebelum necking
( ) ( ) (3)
( ) (4)
Dengan :
Page 7 of 39
σ = engineering stress (N/m2)
ε = engineering strain
εt = true strain
b.) Setelah terjadi necking
(5)
(6)
Dengan :
σt = true stress (N/m2)
F = beban yang diberikan pada spesimen (N) Ai = luas penampang spesimen (m2)
εt = true strain
Ao = luas penampang awal spesimen (m2)
2.6 Fenomena Pada Uji Tarik
Dalam pengujian tarik, terdapat fenomena-fenomena yang akan terjadi, diantaranya :
1. Deformasi Elastis
Deformasi elastis adalah perubahan bentuk suatu material secara tidak permanen, dimana material tersebut dapat kembali lagi ke bentuk semula.
2. Deformasi Plastis
Deformasi plastis adalah perubahan bentuk suatu material secara permanen. Meskipun beban yang diberikan dihilangkan, material tersebut tidak dapat kembali ke bentuk semula.
Page 8 of 39 Necking adalah penyempitan luas penampang setempat yang mulai ada setelah beban mencapai ultimate tensile strength nya.
(Sumber : Slide Kuliah Sifat Mekanik Material)
Gambar 4. Perubahan yang Akan Terjadi Pada Material Saat Uji Tarik
4. Strain Hardening
Strain hardening adalah fenomena pada material yang menyebabkan material tersebut menjadi lebih keras dan kuat ketika mengalami deformasi plastis.
5. Luders Band
(Sumber : Dieter G. E. “Mechanical Metalurgy, SI Metric Edition”, 4th ed.)
Gambar 5. Luders Band
Luders band adalah fenomena yang terjadi pada baja karbon rendah dimana nilai yield strength nya mengalami perpanjangan. Ketika
Page 9 of 39 beban yang diberikan sudah mencapai yield point, tegangan yang akan dialami material berfluktuasi pada nilai tegangan yang cukup konstan hingga tegangan yang dialami material tersebut kembali naik.
6. Reduction Area
Reduction area adalah pengurangan luas penampang suatu material pada saat mengalami deformasi plastis.
7. Fracture
Fracture adalah patahnya suatu material karena tidak dapat menahan beban lagi.
2.7 Sifat Mekanik Pada Uji Tarik
(Sumber : https://en.wikipedia.org/wiki/Resilience)
Gambar 6. Sifat Mekanik Pada Uji Tarik
Dari pengujian uji tarik dapat diperoleh sifat mekanik sebagai berikut : 1. Modulus Elastisitas
Modulus elastisitas atau kekakuan adalah nilai ketahanan suatu material untuk mengalami deformasi elastis ketika ada gaya diterapkan pada benda itu.
Page 10 of 39 2. Yielding
(Sumber : Slide Kuliah Sifat Mekanik Material)
Gambar 7. Tipe Yielding Pada Material
Yielding adalah nilai tegangan pada saat material akan terdeformasi plastis. Tipe yielding ada 4, yaitu :
a. True Elastic Limit
Nilai tegangan minimum dimana adanya pergerakan dislokasi. b. Proportional Limit
Nilai tegangan maksimum dimana nilai tegangannya sebanding dengan nilai regangannya.
c. Elastic Limit
Nilai tegangan maksimum yang dapat diterima oleh suatu material tanpa adanya regangan secara permanen.
d. Offset Yield Strength
Nilai tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan regangan sebesar 0,2 persen pada material. Nilai 0,2 persen ini merupakan suatu kesepakatan dimana pada regangan sebesar 0,2 persen, suatu material telah mengalami deformasi plastis.
Page 11 of 39 Ultimate tensile strength adalah nilai tegangan maksimum yang dapat diterima oleh suatu material.
4. Ductility
Keuletan adalah kemampuan suatu material untuk terdeformasi sebelum mengalami kegagalan.
5. Resilience
Resilience adalah kemampuan suatu material untuk menyerap energi ketika terdeformasi elastis dan untuk kembali ke bentuk semula.
6. Toughness
Page 12 of 39
BAB III
DATA PERCOBAAN DAN PENGOLAHAN DATA
3.1 Data Percobaan
Material : ST-37
Mesin Uji : Universal Testing Machine (TARNO GROCKI) Gage Length Awal : 32,59 mm
Gage Length Akhir : 43,77 mm Diameter Awal : 6,39 mm Diameter Akhir : 3,8 mm Beban Skala : 16000 N Kecepatan : 5 mm/min Beban (kN) Diameter (mm) 0 6,39 10 6,38 11 6,38 12 6,37 13 6,30 14 6,28 15 6,24 16 6,18 17 6,08 17 5,81 16 5,78 15 4,72 14 4,14
Page 13 of 39 7.2 Pengolahan Data
1. Kurva Gaya vs. Regangan
Dari data yang telah diperoleh, didapatkan nilai tegangan dan waktu. Untuk mengkonversi tegangan menjadi gaya, dilakukan perbandingan antara tegangan (mV) dengan gaya. Diketahui ultimate tensile strength pada spesimen uji adalah sebesar 17700. Nilai tersebut setara dengan nilai tegangan (mV) maksimum yang ada. Untuk pengolahan data yang lainnya, perbandingan antara ultimate tensile stregth dengan tegangan maksimum dijadikan sebagai acuan. Sehingga didapat persamaan :
(mV)
Untuk mencari nilai regangan, kita tahu bahwa kecepatan pada mesin uji adalah sebesar 5mm/min dan kita memiliki data berupa waktu. Sehingga kita dapat menghitung nilai regangan menggunakan persamaan :
Page 14 of 39
Tabel 1. Pengolahan Data Gaya dan Regangan
waktu (s) Milivolt Gaya (N) Regangan (mm)
0 0 0 0 2 127 488,3554 0,166666 4 291 1118,988 0,333332 6 421 1618,879 0,499998 8 511 1964,958 0,666664 10 661 2541,755 0,83333 12 801 3080,1 0,999996 14 938 3606,909 1,166662 16 1104 4245,231 1,333328 18 1270 4883,554 1,499994 20 1490 5729,524 1,66666 22 1679 6456,289 1,833326 24 1930 7421,464 1,999992 26 2101 8079,014 2,166658 28 2297 8832,696 2,333324 30 2538 9759,418 2,49999 32 2746 10559,24 2,666656 34 2952 11351,38 2,833322 36 3158 12143,52 2,999988 38 3372 12966,41 3,166654 40 3401 13077,93 3,33332 42 3135 12055,07 3,499986 44 3255 12516,51 3,666652 46 3108 11951,25 3,833318 48 3196 12289,64 3,999984 50 3225 12401,15 4,16665 52 3320 12766,46 4,333316
Page 15 of 39 54 3398 13066,39 4,499982 56 3508 13489,38 4,666648 58 3558 13681,64 4,833314 60 3653 14046,95 4,99998 62 3723 14316,12 5,166646 64 3792 14581,45 5,333312 66 3841 14769,87 5,499978 68 3889 14954,44 5,666644 70 3928 15104,41 5,83331 72 3968 15258,22 5,999976 74 4008 15412,04 6,166642 76 4045 15554,31 6,333308 78 4077 15677,36 6,499974 80 4116 15827,33 6,66664 82 4143 15931,15 6,833306 84 4181 16077,28 6,999972 86 4222 16234,93 7,166638 88 4249 16338,76 7,333304 90 4286 16481,03 7,49997 92 4321 16615,62 7,666636 94 4357 16754,05 7,833302 96 4398 16911,71 7,999968 98 4425 17015,53 8,166634 100 4436 17057,83 8,333300 102 4465 17169,35 8,499966 104 4487 17253,94 8,666632 106 4516 17365,46 8,833298 108 4527 17407,76 8,999964 110 4537 17446,21 9,16663 112 4565 17553,88 9,333296
Page 16 of 39 114 4596 17673,08 9,499962 116 4603 17700 9,666628 118 4595 17669,24 9,833294 120 4576 17596,18 9,99996 122 4547 17484,66 10,16663 124 4515 17361,61 10,33329 126 4496 17288,55 10,49996 128 4467 17177,04 10,66662 130 4418 16988,62 10,83329 132 4377 16830,96 10,99996 134 4320 16611,77 11,16662 136 4223 16238,78 11,33329 138 4082 15696,59 11,49995 140 3836 14750,64 11,66662 142 3558 13681,64 11,83329
Data yang telah diolah dapat diplotkan kedalam kurva F vs. l.
Grafik 1. Kurva Gaya vs. Regangan
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 0 2 4 6 8 10 12 14 F (N ) l (mm)
Page 17 of 39 2. Kurva Engineering Stress – Engineering Strain
Dari pengolahan data sebelumnya, kita tahu nilai beban yang diberikan pada spesimen dan regangan yang terjadi pada spesimen. Dari data tersebut dapat dihitung nilai engineering stress dan engineering strain nya melalui persamaan :
dan
Dimana :
Ao = luas penampang awal = ( ) = (
) = 32,0532 mm2 lo = panjang awal spesimen = 32,59 mm
Tabel 2. Pengolahan Data Engineering Stress – Engineering Strain
Gaya (N) Regangan (mm) σe (MPa)
0 0 0 0 488.3554 0.166666 15.23577741 0.005114 1118.988 0.333332 34.91032461 0.010228 1618.879 0.499998 50.50600227 0.015342 1964.958 0.666664 61.30300988 0.020456 2541.755 0.83333 79.29802257 0.02557 3080.1 0.999996 96.09336774 0.030684 3606.909 1.166662 112.5288127 0.035798 4245.231 1.333328 132.4432934 0.040912 4883.554 1.499994 152.3577741 0.046026 5729.524 1.66666 178.7504593 0.05114 6456.289 1.833326 201.4241753 0.056254 7421.464 1.999992 231.5358299 0.061368 8079.014 2.166658 252.0501443 0.066482 8832.696 2.333324 275.5636276 0.071596
Page 18 of 39 9759.418 2.49999 304.4756146 0.07671 10559.24 2.666656 329.4286989 0.081824 11351.38 2.833322 354.1418496 0.086938 12143.52 2.999988 378.8550004 0.092052 12966.41 3.166654 404.5278852 0.097166 13077.93 3.33332 408.006921 0.10228 12055.07 3.499986 376.0957651 0.107394 12516.51 3.666652 390.4917753 0.112508 11951.25 3.833318 372.8566628 0.117623 12289.64 3.999984 383.4137369 0.122737 12401.15 4.16665 386.8927727 0.127851 12766.46 4.333316 398.2896141 0.132965 13066.39 4.499982 407.6470207 0.138079 13489.38 4.666648 420.8433633 0.143193 13681.64 4.833314 426.8417009 0.148307 14046.95 4.99998 438.2385423 0.153421 14316.12 5.166646 446.6362148 0.158535 14581.45 5.333312 454.9139207 0.163649 14769.87 5.499978 460.7922915 0.168763 14954.44 5.666644 466.5506956 0.173877 15104.41 5.83331 471.2293989 0.178991 15258.22 5.999976 476.0280689 0.184105 15412.04 6.166642 480.826739 0.189219 15554.31 6.333308 485.2655087 0.194333 15677.36 6.499974 489.1044448 0.199447 15827.33 6.66664 493.7831481 0.204561 15931.15 6.833306 497.0222504 0.209675 16077.28 6.999972 501.5809869 0.214789 16234.93 7.166638 506.4996237 0.219903 16338.76 7.333304 509.738726 0.225017
Page 19 of 39 16481.03 7.49997 514.1774958 0.230131 16615.62 7.666636 518.3763321 0.235245 16754.05 7.833302 522.6951351 0.240359 16911.71 7.999968 527.6137719 0.245473 17015.53 8.166634 530.8528742 0.250587 17057.83 8.3333 532.1725085 0.255701 17169.35 8.499966 535.6515443 0.260815 17253.94 8.666632 538.2908128 0.265929 17365.46 8.833298 541.7698486 0.271043 17407.76 8.999964 543.0894828 0.276157 17446.21 9.16663 544.2891504 0.281271 17553.88 9.333296 547.6482194 0.286385 17673.08 9.499962 551.3671887 0.291499 17700 9.666628 552.2069559 0.296613 17669.24 9.833294 551.2472219 0.301727 17596.18 9.99996 548.9678537 0.306841 17484.66 10.16663 545.4888179 0.311955 17361.61 10.33329 541.6498818 0.317069 17288.55 10.49996 539.3705136 0.322183 17177.04 10.66662 535.8914778 0.327297 16988.62 10.83329 530.013107 0.332411 16830.96 10.99996 525.0944702 0.337525 16611.77 11.16662 518.2563653 0.34264 16238.78 11.33329 506.6195905 0.347754 15696.59 11.49995 489.7042785 0.352868 14750.64 11.66662 460.1924577 0.357982 13681.64 11.83329 426.8417009 0.363096
Page 20 of 39 Data yang telah diolah dapat diplotkan kedalam kurva Engineering Stress vs. Engineering Strain.
Grafik 2. Kurva Engineering Stress – Engineering Strain
Dari kurva engineering stress vs. engineering strain didapatkan nilai ultimate tensile strength nya sebesar 552,2 MPa. Dari kurva juga diketahui bahwa terdapat Luders Band dengan nilai upper yield strength sebesar 408,0 MPa dan lower yield strength sebesar 372,85 MPa.
σuts = 552,2 MPa
σy upper = 408,0 MPa
σy lower = 372,85 MPa
Berdasarkan literatur[1], nilai ultimate tensile strength baja ST37 seharusnya adalah sebesar 370 MPa dengan yield strength sebesar 298 MPa. σyupper = 408.0 MPa σylower = 372.85 MPa σuts = 552.2 MPa 0 100 200 300 400 500 600 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 En gi n e e ri n g Str e ss (M Pa) Engineering Strain
Kurva Engineering Stress -
Engineering Strain
Page 21 of 39 Dari kurva tersebut juga dapat dicari nilai modulus elastisitasnya dengan menggunakan regresi pada daerah elastis.
Grafik 3. Kurva Engineering Stress – Engineering Strain Pada Daerah Elastis
Dari kurva diatas didapatkan persamaan : y = 4210.2x – 22,291
Dimana gradien dari kurva adalah modulus elastisitas spesimen, sehingga nilai dari modulus elastisitas spesimen adalah 4210,2 MPa.
E = 4210.2 MPa = 4.210 GPa
Berdasarkan literatur[1], nilai modulus elastisitas baja ST37 seharusnya adalah 200 GPa.
y = 4210.2x - 22.291 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 En gi n e e ri n g Str e ss (M Pa) Engineering Strain
Engineering Stress - Engineering
Strain Pada Daerah Elastis
Page 22 of 39 3. Kurva True Stress – True Strain
Untuk menghitung nilai true stress dan true strain, dapat dilakukan dengan pengolahan data engineering stress dan engineering strain lebih lanjut. Pada kurva engineering stress – engineering strain yang telah diperoleh, kita dapat membaginya menjadi 3 daerah. Yaitu :
a. Daerah elastis sampai sebelum daerah plastis b. Daerah plastis sampai sesaat sebelum necking c. Daerah setelah terjadi necking sampai patah
a. Daerah elastis sampai sebelum daerah plastis
Pada daerah ini, tidak ada pengolahan data lanjutan untuk mengkonversi engineering stress – engineering strain menjadi true stress – true strain. Nilai stress dan strain nya sama persis. Hal ini disebabkan karena pada daerah elastis diasumsikan bahwa tidak terjadi perubahan luas penampang pada spesimen. Sehingga didapat nilai true stress – true strain spesimen pada daerah elastis sebagai berikut :
Tabel 3. True Stress True Strain pada Daerah Elastis
σe (MPa) 0 0 15.23577741 0.005114 34.91032461 0.010228 50.50600227 0.015342 61.30300988 0.020456 79.29802257 0.02557 96.09336774 0.030684 112.5288127 0.035798 132.4432934 0.040912
Page 23 of 39 152.3577741 0.046026 178.7504593 0.05114 201.4241753 0.056254 231.5358299 0.061368 252.0501443 0.066482 275.5636276 0.071596 304.4756146 0.07671 329.4286989 0.081824 354.1418496 0.086938 378.8550004 0.092052 404.5278852 0.097166 408.006921 0.10288
b. Daerah plastis sampai sesaat sebelum necking
Pada daerah ini, data engineering stress – engineering strain yang akan diolah adalah data dari daerah plastis sampai sesaat sebelum necking, dimana necking terjadi pada ultimate tensile strengthnya. Oleh karena itu, untuk daerah ini kita batasi hanya dari upper yield strength sampai sebelum ultimate tensile strength. Diketahui upper yield strength adalah 408 MPa dan ultimate tensile strength nya adalah 552,2 MPa.
Kemudian, untuk mendapatkan nilai true stress – true strain dapat dihitung melalui persamaan :
Page 24 of 39
Tabel 4. True Stress – True Strain pada Daerah Sebelum Necking
σe (MPa) σt (MPa)
376.0957651 0.107394 416.486194 0.10200951 390.4917753 0.112508 434.425224 0.10661693 372.8566628 0.117623 416.713182 0.11120411 383.4137369 0.122737 430.472789 0.11576945 386.8927727 0.127851 436.357401 0.12031405 398.2896141 0.132965 451.248193 0.12483809 407.6470207 0.138079 463.934514 0.12934175 420.8433633 0.143193 481.105187 0.13382522 426.8417009 0.148307 490.145313 0.13828868 438.2385423 0.153421 505.473538 0.14273231 446.6362148 0.158535 517.443687 0.14715628 454.9139207 0.163649 529.360129 0.15156076 460.7922915 0.168763 538.556981 0.15594592 466.5506956 0.173877 547.673131 0.16031195 471.2293989 0.178991 555.57522 0.16465899 476.0280689 0.184105 563.667217 0.16898721 480.826739 0.189219 571.808294 0.17329679 485.2655087 0.194333 579.568611 0.17758787 489.1044448 0.199447 586.654859 0.18186062
Page 25 of 39 493.7831481 0.204561 594.791923 0.18611519 497.0222504 0.209675 601.235391 0.19035173 501.5809869 0.214789 609.315065 0.1945704 506.4996237 0.219903 617.88041 0.19877135 509.738726 0.225017 624.438605 0.20295472 514.1774958 0.230131 632.505677 0.20712067 518.3763321 0.235245 640.321772 0.21126933 522.6951351 0.240359 648.329615 0.21540085 527.6137719 0.245473 657.128707 0.21951538 530.8528742 0.250587 663.877703 0.22361304 532.1725085 0.255701 668.249551 0.22769398 535.6515443 0.260815 675.357502 0.23175834 538.2908128 0.265929 681.43795 0.23580624 541.7698486 0.271043 688.612774 0.23983782 543.0894828 0.276157 693.067445 0.24385322 544.2891504 0.281271 697.381904 0.24785255 547.6482194 0.286385 704.486455 0.25183596 551.3671887 0.291499 712.090173 0.25580356 552.2069559 0.296613 715.9988929 0.259756
Page 26 of 39 c. Daerah setelah terjadi necking sampai patah
Pada daerah ini, nilai true stress dan true strain dapat diperoleh melalui persamaan :
dan Dengan A0 = 32,0532 mm2 F (kN) Diameter (mm) σt (MPa) 17669.24 5,81 666.1942699 0.189398 17596.18 5,78 670.3443927 0.199752 17484.66 4,72 998.8691471 0.604941 17361.61 4,14 1289.213114 0.867167
Page 27 of 39 Dari data yang telah diolah didapatkan kurva true stress vs. true strain sebagai berikut :
Grafik 4. Kurva True Stress vs. True Strain
4. Kurva Log True Stress vs. True Strain
Kemudian dari nilai true stress dan true strain yang telah diperoleh dapat dihitung nilai koefisien strain hardening dan konstanta kekuatannya melalui persamaan flow stress.
Dengan :
σ = true stress pada daerah setelah yield sampai necking K = konstanta kekuatan
n = koefisien strain hardening
ε = true strain pada daerah setelah yield sampai necking 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Tr u e S tr e ss (M Pa) True Strain
Page 28 of 39 Untuk mendapatkan nilai konstanta kekerasan dan koefisien strain hardening digunakan regresi sehingga perlu diplotkan kurva log true stress vs. log true strain.
Grafik 5. Kurva Log True Stress – True Strain
Dari kurva diatas didapatkan persamaan garis: y = 0.9176x + 3.4373 dimana persamaan flow stress nya adalah :
log σ = n log ε + log K sehingga didapatkan :
n = 0.9176 log K = 3.4373 K = 2737.15 MPa
Berdasarkan literatur[2], nilai koefisien strain hardening untuk baja adalah 0,15-0,40 dengan konstanta kekerasan 500-2500 MPa.
y = 0.9176x + 3.4373 R² = 0.9638 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 Tr u e S tr e ss (M Pa) True Strain
Page 29 of 39
BAB IV
ANALISIS DATA
Pengujian tarik merupakan pengujian yang bersifat merusak. Pengujian tarik banyak digunakan informasi yang diberikannya mengenai sifat mekanik material cukup banyak dan mudah untuk diolah.
Material yang digunakan dalam pengujian ini adalah Baja ST 37. Berdasarkan literatur[1], diketahui nilai modulus elastisitas baja ST37 adalah 200 GPa. Baja ini mempunyai nilai ultimate tensile strength sebesar 370 MPa (tidak diberi perlakuan) dengan yield strength sebesar 298 MPa.
Dari data percobaan, setelah diplotkan kurva engineering stress vs. engineering strain didapatkan nilai modulus elastisitas baja ST37 adalah sebesar 4,210 GPa. Nilai tersebut sangat jauh berbeda dengan literatur, yaitu 200 GPa. Hal tersebut disebabkan oleh adanya error dalam penentuan nilai modulus elastisitas. Kesalahan tersebut terjadi karena pada pengujian kali ini tidak menggunakan ekstensometer sehingga nilai beban dan elongasi kurang akurat karena nilai yang diolah merupakan perbandingan dari tegangan dengan ultimate tensile strengthnya. Nilai ultimate tensile strength nya pun didapat dari jarum skala yang ada sehingga terdapat human error ketika membaca skala. Penentuan nilai modulus elastisitasnya juga merupakan pendekatan (regresi) sehingga terdapat error didalamnya dimana idealnya pada daerah elastis grafik yang akan terbentuk murni lurus (linear). Selain itu, bisa jadi daerah spesimen yang terdeformasi berada diluar daerah yang telah ditandai oleh praktikan (daerah sepanjang gage length) sehingga nilai regangan yang didapat kurang akurat.
Selain modulus elastisitas, didapat juga nilai yield strength nya. Pada pengujian kali ini terdapat fenomena luders band sehingga nilai yield strength yang didapat lebih dari satu. Nilai yield yang diambil adalah upper yield strength dan lower yield strengthnya. Upper yield strength yang diperoleh adalah sebesar 408 MPa dan lower yield strength nya sebesar 372,85 MPa. Nilai tersebut jauh berbeda dengan nilai yang ada pada literatur, yaitu 298 MPa. Perbedaan nilai
Page 30 of 39 tersebut disebabkan oleh terdapat error pada pembacaan skala beban dan kurang akuratnya pengukuran diameter spesimen.
Nilai ultimate tensile strength yang diperoleh pada pengujian ini adalah sebesar 552,2 MPa. Nilai tersebut jauh berbeda dengan nilai pada literatur, yaitu 370 MPa. Hal tersebut disebabkan oleh error yang ada pada pengukuran diameter spesimen sehingga diameter yang digunakan untuk menghitung luas penampang kurang akurat. Selain itu, adanya kesalahan dalam membaca skala beban maksimum pada mesin uji. Pada kenyataannya, nilai beban maksimum yang dapat diterima oleh spesimen tidak akan tepat 17700. Nilai tersebut merupakan pendekatan sehingga terdapat error didalamnya.
Nilai koefisien strain hardening yang didapat adalah sebesar 0,9176 dengan konstanta kekerasan 2737,15 MPa. Berdasarkan literatur[2], nilai koefisien strain hardening untuk baja adalah 0,15-0,40 dengan konstanta kekerasan 500-2500 MPa. Nilai koefisien strain hardening dan konstanta kekerasan yang didapat berbeda dengan nilai yang ada pada literatur karena terdapat error propagation dimana sejak awal terdapat error pada pembacaan nilai beban yang terukur dan pengukuran dimensi spesimen, sehingga mempengaruhi nilai koefisien strain hardening dan konstanta kekerasannya. Selain itu, untuk nilai koefisien strain hardening dan konstanta kekerasan yang didapat berupa rentang yang cukup jauh karena tidak ditemukan literatur untuk baja ST37, sehingga yang digunakan adalah literatur untuk baja pada umumnya. Jadi error yang terjadi juga tidak dapat dipastikan apakah cukup besar atau cukup kecil.
Pada pengujian kali ini diketahui beberapa fenomena yang terjadi, diantaranya deformasi, luders band, reduction area, necking, strain hardening, dan fracture. Deformasi adalah perubahan yang terjadi pada suatu material. Deformasi sendiri terbagi menjadi dua, yaitu deformasi elastis dan deformasi plastis. Deformasi elastis adalah perubahan bentuk yang terjadi pada suatu material yang tidak bersifat permanen, dimana material tersebut masih bisa kembali ke bentuk semula. Pada pengujian tarik, deformasi elastis dapat dilihat dari kurva stress strain yang linear. Deformasi plastis adalah perubahan bentuk yang terjadi pada suatu material secara permanen. Pada pengujian ini diketahui bahwa spesimen
Page 31 of 39 mengalami perubahan bentuk. Selain itu, deformasi plastis juga dapat dilihat melalui kurva stress strain yang dihasilkan, yaitu pada kurva yang tidak linear. Luders band adalah fenomena yang terjadi pada baja karbon rendah dimana nilai yield strength nya mengalami perpanjangan. Pada luders band, spesimen mengalami fluktuasi tegangan pada nilai tegangan yang cukup konstan kemudian tegangan kembali naik. Fenomena ini dapat dilihat dari kurva stress strain, dimana terdapat fluktuasi tegangan pada daerah sekitar yield point. Pada pengujian ini juga diketahui bahwa spesimen mengalami reduction area, yaitu pengurangan luas penampang pada saat mengalami deformasi plastis. Semakin besar reduction area yang terjadi, maka semakin ulet spesimen tersebut. Necking adalah pengecilan diameter di suatu daerah pada spesimen ketika terdeformasi plastis. Fenomena necking ini terjadi saat spesimen mencapai ultimate tensile strengthnya hingga patah. Spesimen juga mengalami strain hardening, strain hardening adalah fenomena pada material ulet yang berubah menjadi lebih keras dan kuat pada saat mengalami deformasi plastis. Strain hardening terjadi karena adanya penumpukan dislokasi pada suatu daerah. Pengujian diakhiri dengan fenomena fracture, yaitu patahnya spesimen karena tidak dapat menahan beban lagi. Fenomena fracture ini dapat menentukan sifat ulet atau getas suatu material dari bentuk patahan yang terjadi. Pada pengujian ini, bentuk patahan yang terjadi adalah patahan ulet karena pada daerah patahan membentuk sudut sekitar 45o terhadap garis normal. Oleh karena itu baja ST37 merupakan material yang ulet.
Page 32 of 39
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Kesimpulan dari uji tarik adalah sebagai berikut :
1. Nilai modulus elastisitas baja ST37 berdasarkan pengujian adalah sebesar 4,210 GPa. Nilai tersebut sangat jauh berbeda dengan literatur, yaitu 200 GPa.
2. Nilai yield strength pada baja ST37 berdasarkan pengujian adalah sebesar 408 MPa untuk upper yield strength dan sebesar 372,85 MPa untuk lower yield strength. Nilai tersebut jauh berbeda dengan nilai yang ada pada literatur, yaitu 298 MPa.
3. Nilai ultimate tensile strength baja ST37 berdasarkan pengujian adalah sebesar 552,2 MPa. Nilai tersebut jauh berbeda dengan nilai pada literatur, yaitu 370 MPa.
4. Nilai koefisien strain hardening baja ST37 berdasarkan pengujian adalah sebesar 0,9176 dengan konstanta kekerasan sebesar 2737,15 MPa. Nilai koefisien strain hardening jauh berbeda dengan nilai pada literatur, yaitu 0,15-0,40. Sedangkan nilai konstanta kekerasan hampir mendekati dengan nilai pada literatur, yaitu 500-2500 MPa.
5. Nilai keuletan baja ST37 dapat dilihat dari %EL nya, yaitu sebesar 34,30 %.
6. Fenomena yang terjadi pada uji tarik adalah deformasi elastis, deformasi plastis, luders band, reduction area, necking, strain hardening, dan fracture.
Saran
Saran dari uji tarik adalah sebagai berikut :
1. Untuk pengujian tarik lebih baik menggunakan ekstensometer agar data yang diperoleh lebih akurat dan meminimalisir error yang akan terjadi.
Page 33 of 39
DAFTAR PUSTAKA
Callister, William D. “Materials and Science Engineering An Introduction”, 6th edition. John Wiley & Sons, Inc. 2003.
Dieter G. E. “Mechanical Metalurgy, SI Metric Edition”, 4th ed.
[1] Kirk, Mark. “Constraint Effects in Fracture Theory and Applications” 2nd volume. 1916
http://jejakklinisku.blogspot.co.id/2013/06/uji-tarik.html, diakses pada Selasa, 12 April 2016 pukul 17.52.
http://john.maloney.org/Papers/On%20strain%20(9-20-06).pdf, diakses pada Selasa, 12 April 2016 pukul 19.06.
https://en.wikipedia.org/wiki/Resilience_%28materials_science%29, diakses pada Selasa, 12 April 2016 pukul 20.15.
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Strain_hardening_exponent, diakses pada Senin, 28 April pukul 21.48.
Page 34 of 39
LAMPIRAN
Tugas Setelah Praktikum
1. Dari kurva yang anda dapatkan antara F vs. L, buat berturut-turut kurva engineering stress vs. engineering strain, kurva true stress vs. true strain, dan kurva log true stress vs. log true strain!
Jawab : σyupper = 408.0 MPa σylower = 372.85 MPa σuts = 552.2 MPa 0 100 200 300 400 500 600 0 0,1 0,2 0,3 0,4 En gi n e e ri n g Str e ss (M Pa) Engineering Strain
Kurva Engineering Stress -
Engineering Strain
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Tr u e S tr e ss (M Pa) True StrainPage 35 of 39 2. Tentukan ultimate tensile strength, yield strength, persen elongasi, dan
modulus elastisitas dari spesimen uji tarik ini! Jawab :
Pada pengujian tarik, didapat :
σuts = 552,2 MPa σy upper = 408,0 MPa σy lower = 372,85 MPa E = 4210.2 MPa = 4.210 GPa % EL = ( ) = ( ) = 34,30 %
3. Fenomena apa saja yang terjadi dalam pengujian tarik ini? Jawab :
Deformasi elastis, deformasi plastis, luders band, reduction area, necking, strain hardening, dan fracture.
4. Jelaskan yang dimaksud dengan yield point phenomenon pada baja karbon rendah! Jawab : y = 0.9176x + 3.4373 R² = 0.9638 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 Tr u e S tr e ss (M Pa) True Strain
Page 36 of 39 Pada baja karbon rendah terdapat fenomena pada yield point dimana ketika sudah memasuki yield point, yield strength mengalami perpanjangan dan nilai tegangan yang dialami baja karbon rendah mengalami fluktuasi pada daerah tegangan yang relatif sama.
5. Kenapa necking terjadi di pengujian tarik? Jawab :
Necking terjadi pada pengujian tarik karena spesimen sudah tidak dapat menerima beban lagi sehingga terjadi pengecilan diameter pada daerah tertentu. Berdasarkan pengujian, necking terjadi karena adanya tegangan geser maksimum pada spesimen (bentuk patahannya membentuk sudut 45o terhadap garis normal).
Rangkuman
Pengujian tarik awalnya ada karena kebutuhan industri untuk memastikan apakah material yang akan digunakan sudah sesuai atau belum dan memenuhi standar atau tidak, agar tidak terjadi kegagalan ketika digunakan. Pengujian tarik ini digunakan karena merupakan salah satu pengujian yang dapat memberikan banyak informasi mengenai sifat mekanik suatu material, diantaranya modulus elastisitas, yield strength, ultimate tensile strength, modulus of rupture, toughness, resilience, dan ductility.
Modulus elastisitas atau biasa disebut kekakuan adalah kemampuan suatu material untuk terdeformasi elastis setelah menerima beban. Modulus elastisitas pada kurva stress strain adalah kemiringan garis lurus yang ada pada kurva. Yield strength adalah tegangan yang dapat diterima oleh material sesaat sebelum mengalami deformasi plastis. Pada kurva uji tarik, yield strength adalah titik peralihan antara garis linear dengan garis yang sudah tidak linear lagi. Salah satu metode untuk menentukan nilai yield strength adalah dengan menggunakan metode offset. Metode offset adalah metode yang digunakan untuk mencari nilai yield strength pada regangan sebesar 0,2 persen. Nilai 0,2 persen itu sudah
Page 37 of 39 menjadi suatu kesepakatan bahwa suatu material mulai mengalami deformasi plastis pada regangan 0,2 persen. Ultimate tensile strength adalah nilai beban maksimum yang dapat diterima oleh material atau nilai tegangan yang dapat menyebabkan material tersebut mengalami necking. Modulus of rupture adalah nilai beban yang dapat diterima oleh material hingga material tersebut patah. Toughness adalah kemampuan suatu material untuk menyerap energi. Pada kurva uji tarik, toughness merepresentasikan luas area dibawah kurva. Energi yang dapat diserap merupakan energi per satuan volume. Resilience adalah kemampuan suatu material untuk menyerap energi ketika terdeformasi elastis. Pada kurva uji tarik, resilience merepresentasikan luas area dibawah kurva daerah elastis (garis linear). Ductility atau keuletan adalah kemampuan suatu material untuk mengalami deformasi sebelum patah. Ductility dapat dilihat dari elongasi yang terjadi pada material.
Spesimen yang digunakan pada pengujian ini memiliki penampang berbentuk lingkaran seperti gambar berikut ini :
Bagian A adalah panjang spesimen. Bagian D adalah diameter spesimen. Bagian R adalah jari-jari fillet. Bagian G adalah gage length. Pada pengujian tarik, yang akan diukur adalah perubahan gage length nya.
Bentuk penampang spesimen uji tarik yang digunakan adalah lingkaran, hal itu bertujuan agar menghindari terjadinya tegangan terkonsentrasi apabila menggunakan bentuk spesimen yang bersudut (bentuk penampang persegi). Terdapat perbedaan ukuran diameter pada ujung spesimen dengan bagian tengah spesimen, hal tersebut bertujuan agar bagian tengah spesimen mengalami tegangan lebih besar daripada bagian ujung spesimen. Semakin kecil luas penampang, dengan pemberian beban yang sama, maka akan mengalami tegangan yang lebih besar. Bagian sepanjang gage length sengaja diharapkan mengalami tegangan yang lebih besar daripada bagian ujungnya karena bagian yang akan kita
Page 38 of 39 tinjau pada pengujian ini adalah bagian tengah atau disepanjang gage length nya, bukan bagian ujungnya.
Pengujian tarik akan menghasilkan data berupa nilai beban dan elongasi yang terjadi pada spesimen. Data tersebut kemudian dapat diplotkan pada kurva stress – strain. Spesimen yang digunakan biasanya baja karbon, baik itu baja karbon rendah, baja karbon medium, atau baja karbon tinggi. Perbedaan ketiga jenis baja karbon tersebut terletak pada komposisi karbonnya. Untuk tiap jenis baja karbon dengan komposisi karbon yang berbeda tentunya kurva hasil uji tariknya akan berbeda pula. Berikut perbandingan kurva uji tarik baja karbon rendah, medium, dan tinggi.
Berdasarkan kurva yang ada, diketahui bahwa pada umumnya nilai modulus elastisitas untuk baja karbon adalah sama. Baja karbon tinggi lebih cepat mengalami patah dan lebih getas namun memiliki yield strength yang tinggi. Baja karbon medium lebih ulet dibandingkan dengan baja karbon tinggi, dan mengalami deformasi plastis cukup lama, namun yield strengthnya masih dibawah baja karbon tinggi. Baja karbon rendah mengalami fenomena luders band dimana ada perpanjangan nilai yield strength dan nilai tegangannya berfluktuasi. Fenomena tersebut disebabkan oleh adanya dislokasi yang menumpuk. Baja karbon rendah lebih ulet dibandingkan dengan baja karbon lainnya dan memiliki yield strength yang paling rendah diantara ketiga jenis baja karbon ini.
Page 39 of 39 (Sumber : http://nptel.ac.in)
Dari state of stress tersebut kita tahu bahwa pada uji tarik tegangan yang akan dialami oleh material hanya tegangan normal (tarik). Apabila dibuat lingkaran mohr nya :
(Sumber : https://en.wikiversity.org/)
Dimana pada uji tarik, ketika nilai tegangan normalnya maksimum, tidak terdapat tegangan geser (sama dengan nol).
