TERHADAP HASIL UJI IMPAK BAJA KARBON S45C
Hendri Sukma
Dosen Teknik Mesin - FTUP
ABSTRAK
Pengujian impak adalah salah satu jenis pengujian mekanis yang menggunakan benda uji dengan bentuk dan ukuran yang di standarisasi, selanjutnya diberi beban impak untuk melihat beberapa karakteristik benda uji seperti kekuatan impak, temperatur transisi, patah ulet dan patah getas. Pengujian impak dengan temperatur benda uji yang berbeda akan menghasilkan harga impak yang berbeda, yang secara visual dapat terlihat dari bentuk patahan, apakah terjadi patah ulet atau patah getas.
Dari hasil pengujian didapat bahwa benda uji dengan temperatur 50ºC mengalami patah ulet dengan harga impak 0,936 ( J/mm2 ), benda uji dengan temperatur 30ºC mengalami patah ulet dengan harga impak 0,909 ( J/mm2 ), sedangkan benda uji dengan temperatur 10ºC mengalami patah getas dengan harga impak 0,695 ( J/mm2 )
Jadi pengaruh temperatur benda uji terhadap hasil pengujian impak dapat terlihat dari semakin rendah temperatur maka harga impak juga semakin kecil, demikian sebaliknya semakin tinggi temperatur benda uji maka harga impak juga semakin tinggi.
Kata Kunci : harga impak, patah getas, patah ulet, temperatur
LATAR BELAKANG
Salah satu dasar dari pemanfaatan atau penggunaan material adalah karakteriktik atau sifat-sifat yang dimiliki oleh suatu material. Setiap material memiliki sifat dan karakteristik yang berbeda-beda. Sifat-sifat material tersebut sangat ditentukan oleh komposisi kimia dan struktur internal material tersebut. Sifat-sifat material didapatkan melalui serangkaian pengujian sesuai dengan jenis sifat yang ingin diketahui.
Salah satu sifat material yang cukup penting dalam aplikasi mechanical adalah sifat mekanis mekanis, yang didapat melalui serangkaian pengujian mekanis.
Pengujian impak adalah salah satu jenis pengujian mekanis yang menggunakan benda uji dengan bentuk dan ukuran yang di standarisasi, selanjutnya diberi beban impak untuk melihat beberapa karakteristik benda uji seperti kekuatan impak, temperatur transisi, patah ulet dan patah getas
Salah satu manfaat pengujian ini adalah untuk melihat perubahan nilai harga impak serta perubahan keuletan atau kelenturan material melalui perubahan patah ulet dan patah getas benda uji akibat perubahan temperatur.
Mekanisme dasar pengujian impak adalah penyerapan energi dari pendulum beban yang
berayun dari ketinggian tertentu dan menumbuk benda uji, sehingga benda uji mengalami deformasi atau perubahan bentuk (lihat gambar 1).
Pengujian impak dapat dilakukan dengan dua metode yaitu metode Izod dan metode
Charpy, dengan benda uji bertakik maupun
yang tidak bertakik. Kedua macam pengujian ini berbeda dalam hal ukuran benda uji serta cara meletakan benda uji dan arah pembebanan, tetapi sama dalam sistem pengukurannya. Pada pengujian ini beban diayun dari ketinggian tertentu untuk memukul benda uji kemudian diukur energi potensial yang diserap oleh benda uji.
Benda uji Charpy mempunyai luas penanpang lintang bujur sangkar (10 x 10 mm) dan mengandung takik V - 45° dengan jari – jari dasar 0,25 mm dan kedalaman 2 mm. Benda uji diletakan pada tumpuan dalam posisi mendatar dan bagian yang tak bertakik diberi beban impak dengan ayunan bandul. Benda uji akan melengkung dan patah pada laju regangan yang tinggi.
Gambar 1. Skema pengujian impak.
Benda uji Izod, yang saat ini jarang digunakan, mempunyai penampang lintang bujur sangkar atau lingkaran dan bertakik V di dekat ujung yang dijepit. Perbedaan antara uji Izod dan Charpy, ditunjukan pada gambar 2.
Material dengan kekuatan tinggi akan cenderung mengalami patah getas, sedangkan material dengan kekuatan rendah akan cenderung mengalami patah ulet. Hal ini disebabkan karena pada material dengan kekuatan yang tinggi, perpatahan disebabkan oleh perambatan retak pada daerah batas butir (pembelahan butir), sehingga perpatahan dapat terjadi akibat beban nominal yang rendah. Sedangkan pada material dengan kekuatan yang rendah, perpatahan disebabkan oleh perambatan retak pada daerah butir.
Perpatahan dengan mekanisme pembelahan butir dapat juga terjadi pada temperatur rendah, sedangkan pada suhu tinggi terjadi patahan energi rendah pada butir, sehingga dapat dilihat benda uji mengalami deformasi plastis yang cukup besar.
b. Metode Izod
Gambar 2. Cara penempatan benda uji impak
Keempat faktor tersebut tidak perlu ada secara bersamaan pada waktu terjadi patah getas, sebagian besar peristiwa kegagalan getas disebabkan oleh keadaan tiga sumbu seperti pada takik dan oleh suhu rendah. Akan tetapi karena kedua penyebab tersebut lebih menonjol apabila terdapat laju pembebanan yang tinggi.
METODE PENGUJIAN DAN MATERIAL BENDA UJI
Suatu material apabila diberi pembebanan kejut maka akan mengalami proses penyerapan energi, sehingga akan terjadi deformasi plastis maksimum sehingga material tersebut akan mengalami perpatahan. Energi yang digunakan berasal dari bandul yang diayunkan dari ketinggian tertentu, kemudian akan mengenai benda uji sehingga benda uji akan mengalami perpatahan.
Energi yang diserap pada waktu mematahkan benda uji adalah perbedaan energi dari pendulum sebelum dan sesudah terjadi perpatahan benda uji atau perbedaan ketinggian sebelum dan sesudah terjadi impak. Adapun perhitungannya adalah sebagai berikut: E = m.g.h (Joule) (1) Dimana : h = L (sin α + cos β) (2) Jadi : E = m.g.h (sin α + cos β) (3) Keterangan :
E = Energi yang diserap benda uji (J) m = Percepatan gravitasi (m/s2) h = Ketinggian pendulum (m)
β = Sudut sebelum tumbukan α = Sudut sesudah tumbukan
HI =
A
E
(Joule/mm2) (4) Dimana :
A = Luas penampang benda uji (mm2) = a x b
Material yang digunakan dalam pengujian ini adalah baja karbon sedang JIS G 4051 (S 45C), dengan komposisi kimia sebagai berikut: C = 0,42 – 0,48 % Si = 0,15 – 0.35 % Mn = 0,60 – 0,90 % P = 0,030 % S = 0,035 % Kekuatan yield = 35 kg/mm² Kekuatan tarik = 58 kg/mm²
Pengujian dilakukan dengan metode Charpy pada benda uji dengan temperatur 50ºC, 30ºC, 10ºC. Sedangkan data-data pengujian dari mesin uji impak adalah sebagai berikut :
M : Massa dari pendulum = 21,91 kg G : Gravitasi = 9,81 m/s2
H : Ketinggian pendulum = 0,6786 m β : Sudut sebelum tumbukan = 120º Setelah itu dilakukan perhitungan energi impak yang dibutuhkan dengan menggunakan persamaan (3-4).
Data Hasil Pengujian
Untuk setiap pengujian, semua benda uji diukur luas panjang dan lebar penampang lintang takikannya (lihat gambar 4 dan tabel 1, 2, dan 3).
Gambar 3. Bentuk dan ukuran benda uji
Benda uji a b 1 8 10 2 8 10 3 8 10 4 8 10 5 8 10 6 7 10 7 7 10 8 7 10 9 8 10 10 8 10 11 8 10 12 8 10 13 8 10 14 8 10 15 8 10
Tabel 2. Hasil perhitungan a dan b benda uji pada temperatur 30ºC. Benda uji a b 1 8 10 2 8 10 3 7 10 4 7 10 5 8 10 6 8 10 7 8 10 8 8 10 9 8 10 10 8 10 11 8 10 12 8 10 13 8 10 14 8 10 15 8 10
Tabel 3. Hasil pengujian dan perhitungan harga impak pada temperatur benda uji 10ºC. Benda uji a b 1 8 10 2 8 10 3 8 10 4 8 10 5 8 10 6 7 10 7 7 10 8 7 10 45º b a 55
9 8 10 10 8 10 11 8 10 12 8 10 13 8 10 14 8 10 15 8 10
Pengujian dilakukan sebanyak lima belas kali untuk masing-masing temperatur. Hasil lengkap pengujian dapat dilihat pada tabel berikut ini.
Tabel 4. Hasil perhitungan a dan b benda uji pada temperatur 50ºC. Benda uji
α
β
E impak (J) Harga impak (J/mm2 ) 1 91 120 72,90 0,911 2 91 120 72,90 0,911 3 91 120 72,90 0,911 4 91 120 72,91 0,911 5 91 120 72,91 0,911 6 95 120 72,37 1,034 7 95 120 72,37 1,034 8 95 120 72,37 1,034 9 91 120 72,90 0,911 10 91 120 72,90 0,911 11 91 120 72,90 0,911 12 91 120 72,90 0,911 13 91 120 72,90 0,911 14 91 120 72,90 0,911 15 91 120 72,90 0,911 Tabel 5. Hasil pengujian dan perhitungan hargaimpak pada temperatur benda uji 30ºC. Benda uji
α
β
E impak (J) Harga impak (J/mm2) 1 99 120 71,13 0,889 2 99 120 71,13 0,889 3 91 120 72,90 1,041 4 99 120 71,13 1,016 5 99 120 71,13 0,889 6 98 120 71,5 0,894 7 98 120 71,5 0,894 8 98 120 71,5 0,894 9 99 120 71,13 0,889 10 99 120 71,13 0,889 11 99 120 71,13 0,889 12 99 120 71,13 0,889 13 99 120 71,13 0,889 14 99 120 71,13 0,889 15 99 120 71,13 0,889 Tabel 6. Hasil pengujian dan perhitungan hargaimpak pada temperatur benda uji 10ºC. Benda uji
α
β
E impak (J) Harga impak (J/mm2) 1 118 120 55,85 0,698 2 118 120 55,85 0,698 3 118 120 55,85 0,698 4 118 120 55,85 0,698 5 118 120 55,85 0,698 6 122 120 50,76 0,725 7 122 120 50,76 0,725 8 122 120 50,76 0,725 9 118 120 55,85 0,698 10 118 120 55,85 0,698 11 118 120 55,85 0,698 12 118 120 55,85 0,698 13 118 120 55,85 0,698 14 122 120 50,76 0,635 15 122 120 50,76 0,635 Catatan : m = 21,91 kg g = 9,81 m/s2 h = 0,6786 mANALISA HASIL PENGUJIAN
Dari hasil pengujian yang telah dilakukan, didapat hasil harga impak rata-rata untuk benda uji dengan temperatur 50oC adalah 0,936 J/mm2, temperatur 30oC adalah 0,909 J/mm2, sedangkan untuk temperatur 10oC nilai rata-rata harga impaknya adalah 0,695 J/mm2. Jadi dapat disimpulkan bahwa dengan semakin tinggi temperatur maka harga impak juga akan semakin tinggi, dan sebaliknya semakin rendah temperatur maka harga impak juga akan semakin rendah (lihat gambar 4.).
Dengan demikian, semakin tinggi harga impak suatu material maka material tersebut akan semakin ulet, dan semakin rendah harga impak suatu material maka material tersebut akan semakin getas atau rapuh. Hal ini disebabkan oleh terjadinya perubahan
semakin ulet, dan semakin rendah harga impak suatu material maka material tersebut akan semakin getas atau rapuh
DAFTAR PUSTAKA
1. William F. Smith, ”Principles of Materials
Science and Engineering”, Mc Graw-Hill,
Singapore, 1986.
2. George E. Dieter, Sriati Djaprie.
“Metalurgi Mekanik“ Edisi Ketiga. Jilid 2. Erlangga. Jakarta,1988.
3. William D. Callister, ”Fundamentals of
Materials Science and Engineering”, John
Wiley & Sons, USA, 2001.
Gambar 4. Grafik pengaruh temperatur terhadap harga impak baja S45C.
4. Lawrence H. Van Vlack, riati Djaprie, ”Elemen-Elemen Ilmu dan Rekayasa
Material”, Erlangga, Jakarta, 2002.
KESIMPULAN
Dari pengujian impak yang telah dilaksanakan, dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut;
1. Pengujian impak dilakukan dengan metode Charpy dengan penampang lintang benda uji berbentuk persegi empat.
2. Temperatur benda uji bervariasi yaitu 50oC, 30oC dan 10oC.
3. Pada temperatur 50ºC, benda uji mengalami patah ulet dengan harga impak 0,936 J/mm2. Pada temperatur 30ºC benda uji mengalami patah ulet dengan harga impak 0,909 J/mm2. Sedangkan pada temperatur 10ºC benda uji mengalami patah getas dengan harga impak 695 J/mm2.
4. Semakin tinggi temperatur maka harga impak juga akan semakin tinggi, dan sebaliknya semakin rendah temperatur maka harga impak juga akan semakin rendah
