Perpatahan Rapuh Keramik (1)

(1)

6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d

TIN107 – Material Teknik

Materi #6

h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n

Perpatahan Rapuh Keramik

(1)

 Sebagian besar keramik

(pada suhu kamar), perpatahan terjadi sebelum deformasi plastis.

 Secara umum konfigurasi

retakan untuk 4 metode pembebanan umum dapat dilihat pada gambar.

(2)

Perpatahan Rapuh Keramik … (2)

Ciri perpatahan pada keramik:

 Titik asal (origin point)

 Daerah awal (initial region

/mirror) adalah rata dan halus.

 Setelah mencapai kecepatan

kritis retakan, akan muncul:

Mist (berkabut)

Hackle (mematahkan)

Materi #6

3

TIN107 - Material Teknik

Perpatahan Polimer

 Kekuatan perpatahan relatif lebih rendah

dibandingkan keramik dan logam.

 Perpatahan pada polimer thermosetting

(jaringan berikatan silang) biasanya yang rapuh (brittle).

 Untuk polimer thermoplastic, kedua

perpatahan (elastis dan rapuh) sangat mungkin.

 Penurunan suhu, laju regangan meningkat,

lekukan tajam, peningkatan ketebalan spesimen adalah beberapa faktor yang dapat mempengaruhi perpatahan rapuh (brittle).

 Salah satu fenomena yang terjadi pada

thermoplastics adalah crazing (deformasi plastis setempat dan membentuk celah kecil dan menjembatanifibrillar/urat saraf).

(3)

Pengujian Tumbukan

Materi #6 TIN107 - Material Teknik

5

 Pembebanan tumbukan:

 Untuk kasus pengujian yang

berat.

 Membuat material lebih rapuh

(brittle).  Mengurangi ketangguhan final height initial height (Charpy) h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n

Tabel Hubungan

6

H

ubun

ga

n

Suhu

,D

am

pa

k

En

erg

y

Cha

rp

y

(A

)

da

n

%

Pe

rp

at

aha

n

G

ese

r

(B

)

(4)

Contoh Baja Charpy

Permukaan

perpatahan

setelah

tumbukan

memperlihatkan

variasi

elastisitas

(

ductility

)

terhadap temperatur pengujian (℃).

Materi #6

7

Temperatur/Suhu

8  Peningkatan suhu

Meningkatkan %EL dan Kc

 Ductile-to-Brittle Transition Temperature (DBTT).

DBTT

BCC metals polymers ( e.g., iron at T< 914°C)

Im pa ct E ne rg y Temperature

High strength materials (_y>E/150)

More Ductile Brittle

(5)

Kelelahan (

Fatigue

)

 Kelelahan adalah suatu bentuk kerusakan yang terjadi pada

struktur terhadap tekanan dinamis pada waktu tertentu.

 Dengan kondisi tersebut adalah mungkin untuk gagal pada

level tekanan yang jauh lebih rendah dari kekuatan tarik atau kekuatan luluh pada beban statis.

 Penyebab terbesar kerusakan pada logam; juga berpengaruh

terhadap polimer dan keramik.

 Biasanya merupakan kerusakan pada jembatan, pesawat

terbang dan komponen mesin.

Materi #6

9

Alat pengujian kelelahan untuk pengujian kelenturan yang berputar

 Variasi tekanan terhadap waktu

menyebabkan kerusakan karena

kelelahan.

 Sifat tekanan mungkin axsial (kompresi tegangan), lentur (flexural/bending) atau puntir/memutar (torsion).

 Ada 3 jenis fluktuasi tekanan terhadap waktu yang terlihat pada gambar:

a) Siklus tekanan berbalik –

amplitudo simetris terhadap tingkat tekanan bernilai nol, b) Siklus tekanan berulang – relatif

tidak simetris maksimum dan minimum ke tingkat tekanan nol, c) Tingkat tekanan bervariasi (acak)

10

(6)

Mekanisme Kelelahan

 Kerusakan kelelahan Permulaan retakan Rambatan retakan Kerusakan akhir  Persamaan pertumbuhan retakan: Dimana:  da = Peningkatan panjang retakan  dN = Peningkatan siklus pembebanan  m = Kontanta kelelahan dengan angka 1 hingga 6  a = Panjang retakan  σ = Tekanan Materi #6 11

Dengan h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n

Laju Pertumbuhan Retakan

 Awalnya, laju pertumbuhan kecil, tetapi meningkat dengan meningkatnya panjang retakan.  Tingkat pertumbuhan meningkat dengan tingkat tekanan yg diterapkan untuk panjang retakan yg diberikan (a1). 12

(7)

Kurva S-N

 Merupakan kurva/grafik yang

menggambarkan siklus kelelahan ketika diberikan tekanan maksimum

 Sebuah benda uji dikenai siklus tekanan pada amplitudo dg tekanan maksimum,

jumlah siklus untuk kerusakan

ditentukan.

 Prosedur ini diulang pada benda uji lainnya dengan menurunkan amplitudo tekanan.

 Data diplot sebagai tekanan S

dibandingkan dengan jumlah siklus N untuk kerusakan semua benda uji.  Sifat umum S – N: semakin tinggi

tingkat tekanan, semakin sedikit jumlah siklus.

Materi #6

13

 Untuk beberapa paduan besi

dan titanium, kurva S – N menjadi horizontal pada jumlah yang lebih tinggi dari siklus N.

 Pada dasarnya telah mencapai

batas kelelahan, dan di bawah

tingkat tekanan material

tersebut tidak akan kelelahan.

 Batas kelelahan merupakan

nilai terbesar dari fluktuasi

tekanan yang tidak akan

menyebabkan kerusakan bagi jumlah siklus yang tak terbatas. 14

(8)

 Salah satu metode yang paling efektif untuk

meningkatkan kinerja kelelahan adalah dengan menerapkan kekuatan tekan sisa dalam lapisan tipis terluar permukaan. Sebuah tegangan tarik permukaan akan diimbangi oleh tegangan tekan.

 Shot peening(deformasi plastis setempat yang

kecil dengan diameter mulai dari 0,1 hingga 1,0 mm), partikel keras (shot) diterapkan pada kecepatan tinggi ke permukaan. Deformasi yang dihasilkan menyebabkan kekuatan tekan hingga kedalaman sekitar ¼ hingga ½ dari diameter

shot.

Materi #6

15

 Selama pengoperasian mesin, goresan kecil dan alur dapat ditemui, ini dapat

membatasi umur kelelahan.

 Memperbaiki penyelesaian permukaan dengan pemolesan akan

meningkatkan umur kelelahan secara signifikan.

Grafik perbandingan pengaruh shot peening .

Perawatan Permukaan

Metode Meningkatkan Umur Kelelahan

16  Penerapan tekanan tegangan permukaan (untuk menekan pertumbuhan retakan permukaan) Shot Peening Carburizing  Menghilangkan konsentrator tekanan.

(9)

Creep

(Mulur)

17

 Creep (mulur) adalah deformasi permanen dari material ketika

mengalami beban konstan atau tekanan pada waktu tertentu.

 Umumnya terjadi pada material yang ditempatkan pada suhu

yang ditinggikan (> 0,4 Tm) dan terkena tekanan mekanis statis.

 Contoh: turbin rotor dalam mesin jet dan generator uap yang

mengalami tekanan sentrifugal dan tekanan uap yang tinggi.

Uji

Creep

(Mulur)

 Umumnya dengan memperlakukan

benda uji pada beban konstan atau tekanan tetap dan menjaga suhu secara konstan.

 Setelah pembebanan, terjadi

deformasi elastis secara instan.

 Perbandingan regangan mulur

dengan waktu pada beban konstan dan suhu yang ditinggikan secara konstan.

 Tingkat mulur minimum (pada

kondisi stabil laju mulur), adalah kemiringan dari garis linear di wilayah sekunder. Pecahnya masa pakai t_r adalah total waktu untuk pecah.

(10)

Daerah

Creep

(Mulur)

19

1) Mulur utama atau sementara (primary atau transient

creep)

 Menyesuaikan dengan tingkat mulur (laju mulur dapat

dikurangi).

2) Mulur kedua atau tambahan (secondary creep)

 Kondisi stabil, lajucreep konstan, wilayah cukup linear

(pengerasan regangan dan tahap pemulihan).

3) Mulur ketiga (tertiary creep)

 Terjadi percepatan laju regangan sampai pecah

(pemisahan batas butir, pembentukan retakan internal, rongga dan celah).

Perbandingan Daerah Mulur

20

Contoh deformasi pada tekanan konstan (s) dibandingkan dengan waktu

 Primary Creep : kemiringan (laju mulur) menurun terhadap waktu.  Secondary Creep : kondisi stabil, contoh: kemiringan konstan.

 Tertiary Creep : kemiringan (laju mulur) meningkat terhadap waktu, contoh: laju percepatan.

(11)

Daftar Pustaka



http://www.csun.edu



http://web.utk.edu



http://www.virginia.edu



http://www.photonics.com

Materi #6 21