Sifat Mekanik dan Volumetrik dari Materi (1)

(1)

Sifat Mekanik dan

Volumetrik dari Material

(2)

Sifat Mekanik Material

 _{Sifat mekanik dari material menentukan perilakunya ketika diberikan}

beban mekanis

 _{Sifat ini meliputi modulus elastisitas, ductility, hardness, dan berbagai}

ukuran kekuatan.

 _{Dalam desain , tujuan umumnya adalah agar produk dan komponen dapat}

bertahan terhadap beban ini tanpa terjadi perubahan yang signifikan di geometry.

 _{Kemampuan ini bergantung pada sifat seperti modulus elastisitas dan}

(3)

Sifat Mekanik Material

 _{Dalam manufaktur , tujuannya agar beban dapat melebihi yield strength}

sehingga material dapat dibentuk.

 _{Proses mekanikal seperti forming dan machining diikuti dengan}

penambahan gaya yang melebihi resistansi material untuk berubah bentuk.

 _{Sehingga terdapat dilema, sifat mekanis yang diinginkan oleh desainer}

seperti strength, umumnya membuat benda tersebut sulit di manufaktur.

 _{Akan sangat membantu jika insinyur manufaktur dan desain dapat}

(4)

 Hubungan tegangan dan regangan



_{Jika sebuah beban statis diberikan secara merata pada}

permukaan sebuah material, perilaku mekanik dapat

ditentukan dengan menggunakan tes strain-stress(tes

regangan-tegangan) sederhana.



_{Tes ini biasanya dilakukan pada logam pada temperatur}

ruangan



_{Tiga cara dasar untuk memberikan beban statis adalah :}

(5)

(6)

 Beban dan perubahan panjang dari spesimen dicatat sehingga dapat digambarkan kurva stress-strain.

 Terdapat 2 tipe kurva stress-strain, yaitu :

1. Engineering stress–strain

2. True stress–strain

 _{Poin pertama lebih penting bagi desain, dan yang kedua lebih penting bagi}

manufaktur.

 Engineering stress dapat dihitung :

0

A

F



(7)

 _{F = beban yg diberikan tegak lurus luas penampang ( N )}  A₀ = luas penampang sebelum dibebani ( m2₎

 σ = engineering stress ( 1MPa = 106_N/m2 ₎

 _{Engineering (}Є) strain dapat dihitung :

(8)

(9)

 Terdapat dua daerah pada kurva yaitu daerah elastis dan plastis.

 Pada daerah elastis, perubahan geometri akibat beban dapat kembali ke bentuk awal jika beban dihilangkan.

 _{Perubahan ini dapat dirumuskan :}

σ =єE

 E = modulus elastisiatas (MPa)

 Rumus di atas disebut hukum Hooke

 Modulus elastisitas adalah ukuran kekakuan dari benda.

 Semakin besar nilainya semakin kaku benda tersebut.

(10)

(11)

 Necking adalah pembentukan deformasi terkonsentrasi pada bagian tengah spesimen

 Seberapa banyak regangan yang dapat ditahan oleh material sebelum putus /hancur juga merupakan data penting bagi proses manufaktur.

 _{Ukuran regangan ini disebut ductility / keliatan, dapat dihitung dengan rumus :}

(12)

 _{Material yang mengalami deformasi plastis sangat sedikit atau tidak sama sekali}

(13)

 Salah satu besaran lain yang penting bagi proses manufaktur adalah true stress dan strain.

 True stress dapat dihitung sbb :

 _{True strain dapat dihitung sbb :}

(14)



Dimana A

_i

adalah luas penampang pd beban gaya yg sedang diberikan



Sementara l

_i

adalah panjang benda pd bebadn gaya yg sedang

(15)

(16)

(17)

 Karena hubungan true stress dan strain berbentuk garis lurus, maka hubungan ini dapat dirumuskan sbb :

 _{Persamaan ini disebut kurva aliran, dan memberikan sebuah estimasi yang baik}

terhadap perilaku logam dalam daerah plastis, termasuk kapasitas logam untuk strain hardening.

 Konstanta K disebut koefisien strenght (Mpa)

 Parameter n disebut eksponen strain hardening dan merupakan kemiringan dari grafik di atas.

 _{Nilai n yg besar meyatakan material dapat diberikan beban tarikan yg besar}

sebelum pembentukan necking terjadi

n

T



K



(18)



_{Tipe hubungan antara stress-strain}

 _{Banyak informasi mengenai perilaku elastis-plastis diberikan oleh kurva true}

stress-strain

 _{Sperti yg telah dijelaskan hokum hooke mengatur perilaku logam pada daerah}

elastis, sementara kurva aliran menentukan perilaku di daerah plastis

 _{Terdapat tiga bentuk dasar dari hubungan stress-strain yg menggambarkan}

(19)

1. Elastis Sempurna

 _{Perilaku dari material ini didefinisikan seluruhnya oleh kekakuannya,}

diindikasikan umumnya oleh modulus elastisitas yg tinggi

 _{Material ini akan hancur daripada mengikuti aliran plastis}

 _{Material getas seperti keramik, kebanyakan baja cor dan polimer}

thermosetting memiliki kurva stress-strain yg masuk ke dalam kategori ini

(20)

(21)

2. Elastis dan plastis sempurna

 _{Material ini memiliki kekakuan yg ditentukan oleh E}

 _{Ketika yield strength Y dicapai, material terdeformasi secara plastis pada}

tingkat stress yg sama

 _{Kurva aliran akan memiliki K = Y dan n = 0.}

 _{Logam berprilaku seperti ini ketika telah dipanaskan pada temperature tinggi}

sehigga terjadi rekristalisasi daripada strain hardening pd saat deformasi

 _{Timbal memiliki perilaku ini pada temperature ruang karena temperature}

(22)

(23)

3. Elastis dan strain hardening

 _{Material ini mematuhi hokum hooke pada daerah elastis}

 _{Mulai mengalir pd yield strength Y}

 _{Deformasi lanjutan membutuhkan beban yg ters meningkat, yg ditunjukkan}

pd kurva aliran dg K lebih besar dari Y dan n lebih besar dari nol

(24)

(25)

Sifat Tensile



_Resilience

 _{Adalah kapasitas sebuah bahan untuk menyerap energi ketika benda tsb}

terdeformasi secara elastis, dan kemudian ketika beban dilepaskan bisa merekover energinya.

 _{Disimbolkan U}_r_{modulus of resilliance}

 _{Material yang resiliance adalah material yang memiliki yield strength yang}

tinggi dan modulus elastisitas yang rendah

(26)

(27)

Sifat Tensile



_{Toughness / keuletan}

 _{Adalah kemampuan setiap material untk menyerap energi sampai hancur}

(fracture)

 _{Geometri spesimen dan jenis beban penting dalam pengukuran toughness}

 _{Untuk situasi statis ( tingkat strain rendah), toughness adalah area dibawah}

(28)

Sifat Tensile

 _{Material yang memiliki toughness tinggi mempunyai strenght dan ductility}

yang tinggi juga.

(29)

 _{Beban Kompresi /Tekanan}

 _{Rumus untuk engineering stress :}

 Rumus untuk enginering strain :

 _{Pada beban tekanan yang terjadi adalah kebalikan dari beban tarik, luas}

(30)

(31)

 _{Tes untuk material rapuh/getas}

(32)

 _{Tes untuk material rapuh/getas}

 _{Nilai strenght yang dihasilkan dari tes ini disebut transverse rupture strength}

dengan satuan MPa.

 _{Tes puntir (shear)}

(33)

 _{Shear stress dapat dihitung dengan rumus :}

 Shear strain dapat dihitung dengan rumus :

0

A

F



(34)

(35)

 _{Hubungan antara shear stress-strain di daerah elastis dapat dirumuskan sbb :}

 Dimana G adalah modulus elastisitas shear (MPa)

 Untuk kebanyakan material G = 0.4E , dimana E adalah modulus elastisitas konvensional



(36)



_Hardness

 Hardness adalah ukuran dari resitansi material terhadap deformasi plastis yang terlokalisasi.

 _{Teknik pengukuran kuantitatif dikembangkan dengan menggunakan sebuah}

indenter/penekan kecil.

(37)

(38)

(39)



_{Prinsip dasar tes hardness tidak jauh berbeda satu dengan yg lainnya}

yang berbeda adalah metoda pengukuran dan bentuk indenter.



_{Untuk logam tes rockwell dan brinell dapat digunakan sementara tes}

(40)



_Hardness

 _{Rockwell Hardness Test}

 Tes tipe ini sangat umum digunakan untuk mengukur hardness, karena sederhana dan tidak membutuhkan keahlian khusus.

 _{Beberapa ukuran yang berbeda dapat digunakan dan kombinasi dari berbagai}

bentuk indenter dan beban yang berbeda dapat digunakan untuk mengetes berbagai macam material.

(41)

 Kedalaman dan ukuran dari bekas indenter diukur, yang kemudian dihubungkan pada angka hardness

 Jika didasarkan kepada besarnya beban ringan dan berat, maka tes rockwell terbagi 2:

 Tes Rockwell; dengan beban ringan 10 kg, dan beban berat 60, 100 dan 150kg.

 _{Tes Superficial Rockwell; dengan beban ringan 3 kg, dan beban berat 15, 30 , dan 45 kg.}

(untuk spesimen tipis)

 Tahapan tes rockwell :

 Indenter didekatkan pada spesimen, lalu ditekan pada spesimen menggunakan gaya awal (beban ringan )

(42)

 Tahapan tes rockwell :

 _{Langkah selanjutnya gaya tambahan digunakan terus ditingkatkan sampai mencapai beban}

maksimum ( major load ). Gaya ini dipertahankan untuk jangka waktu tertentu, lalu diturunkan sampai kepada beban awal kembali.

 _{Beban awal ini dipertahankan untuk jangka waktu tertentu, lalu indenter diangkat dari}

spesimen dan pengukuran kedalaman dilakukan

 _{Perbedaan antara kedalaman pertama dan kedua (h) dijadikan acuan untuk perhitungan}

(43)

(44)

(45)

 Perhitungan kedalaman dapat dirumuskan :

 _{Untuk indenter berbentuk diamond sphericonical :}

 Ketika melakukan spesifikasi tes Rockwell angka hardness dan simbol skala harus digunakan. Skala ini menggunakan simbol HR diikuti oleh indentifikasi skala.

 Contoh :

 80 HRB = Rockwell hardness pada 80 pada skala B

 _{60 HR30W = superficial hardness 60 pada skala 30W}

(46)

(47)

Hardness



_{Korelasi antara Hardness dan Tensile Strength}

 _{Tensile strength dan hardness merupakan indikator dari resistansi logam}

terhadap deformasi plastis. Sehingga kedua ukuran ini proporsional.

 _{Dapat dirumuskan sebagai :}

(48)

(49)

Variabilitas Sifat dan Faktor

Keselamatan Desain



_{Faktor Keamanan Desain}

 _{Akibat variasi dari data maka penyesuaian desain harus dilakukan.}

 _{Salah satu caranya adalah dengan mengaplikasikan design stress (}_σ_d₎  Untuk beban yang statis dan ketika ductile material digunakan, σd dapat dirumuskan :

 _{Dimana N’ merupakan faktor desain dan σ}_c_{merupakan stress yang dihitung}

c

d

N



(50)

Variabilitas Sifat dan Faktor

Keselamatan Desain

 _{Nilai N’ lebih besar dari 1.}

 _{Sehingga material yang digunakan dipilih agar memiliki yield strength}

minimum σ_d.

 Selain itu juga terdapat safe stress σ_w atau working stress juga dapat digunakan.

Sifat Mekanik dan Volumetrik dari Materi (1)