Modul C Uji Puntir

Laporan Praktikum

Material Teknik

Modul C Uji Puntir

oleh:

Nama : Dini Adilah Prabowo

NIM : 13111075

Kelompok : 7

Anggota (NIM) : 1. Rafiandy (13111023)

2. Caesar Esarogo (13111027) 3. Novianto Arif Setiawan (13111029) 4. M. Suyudhi Suryakusuma (13111037) 5. Dini Adilah Prabowo (13111075) 6. Arya Wijaya (13111094)

7. Muhammad Ihsan (13111113) 8. Steven (13111121)

Tanggal Praktikum : 26 Maret 2013

Tanggal Penyerahan Laporan : 1 April 2013 Nama Asisten (NIM) : Agung (13709004)

Laboratorium Metalurgi dan Teknik Material Progam Studi Teknik Material Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara

Institut Teknologi Bandung 2013

BAB I

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Ada dua jenis tegangan yang dapat bekerja pada suatu material, yaitu tegangan normal dan tegangan geser. Keberadaan hanya salah satu di antara keduanya atau keduanya akan menghasilkan respon yang berbeda-beda. Pada tegangan normal ada tegangan akibat gaya uniaksial juga akibat momen lentur, sedangkan pada tegangan geser ada tegangan akibat gaya geser juga akibat momen puntir. Contoh nyata perbedaan respon yang dapat terlihat adalah pada deformasi yang terjadi. Pada percobaan uji puntir ini akan terbukti perbedaan tersebut. Pada akhirnya akan menimbulkan perbedaan kekuatan suatu material, tingkat modulus elastisitas material, durasi terjadinya kegagalan, dan sifat lainnya.

2. Tujuan Praktikum

1) Mengetahui standar dan prosedur uji puntir.

2) Mengetahui pengaruh tegangan geser terhadap sifat mekanik material. 3) Mampu menghitung besaran-besaran sifat mekanik material dari uji puntir. 4) Memahami mekanisme terbentuknya patahan material oleh tegangan geser.

BAB II

TEORI DASAR

Sifat-sifat mekanik yang dapat diukur dari uji puntir adalah modulus geser (G),

ultimate torsional shearing strength (Ssut), dan yield torsional shearing strength (Ssy). Berikut adalah penjelasan mengenai sifat-sifat tersebut:

a. Modulus geser

Tingkat keelastisan suatu material dalam menerima momen puntir, di mana dengan mereferensikan kurva tegangan geser (akibat momen puntir) terhadap deformasi sudut dapat dihitung harganya, menggunakan persamaan:

τ

= G

γ

(1)

dengan:

τ

adalah tegangan geser akibat momen puntir G adalah modulus geser

γ

adalah besarnya deformasi sudut

b. Ultimate torsional shearing stength (modulus of rupture)

Tegangan geser (akibat momen puntir) terbesar yang dapat dicapai selama uji puntir sebelum spesimen mengalami kegagalan. Nilainya bisa dihitung dari nilai Sut yang diperoleh dari uji tarik pada material yang sama.

c. Yield torsional shearing strength

Kekuatan luluh yang dimiliki material dari uji puntir. Ketika tegangan yang diterima melebihi nilai Ssy ini material akan mulai terdeformasi plastis. Nilainya juga bisa dihitung dari nilai Sy yangdiperoleh dari uji tarik pada material yang sama. Selain itu

bisa juga digunakan offset 0,4 rad/m pada kurva

τ

-

γ

.

Spesimen pada uji puntir ini serupa dengan pada uji tarik, namun di mesin yang digunakan dalam uji tarik spesimen diletakkan vertikal, berbeda dengan pada uji puntir yang diletakkan horizontal. Momen puntir hanya diberikan pada salah satu ujung spesimen saja, karena pembebanan pada kedua ujung akan memberikan hasil sudut puntir yang tidak konstan. Bantuan sederhana yang dapat digunakan untuk mengukur sudut puntir dan jumlah putaran yang terjadi sebelum kegagalan adalah dengan membuat garis lurus dengan tinta pada spesimen sebelum pengujian. Berikut ini adalah gambar spesimen pada uji puntir.

Gambar 3.1 Spesimen uji puntir

Dalam perhitungan sifat-sifat mekaniknya dibutuhkan beberapa persamaan, di antaranya:

1. Momen puntir:

∫

=

∫

dengan

∫

adalah momen inersia polar (J), maka:

Mτ = , maka didapat tegangan geser akibat momen puntir adalah:

=

(2)

denganc adalah jarak titik yang ditinjau terhadap pusat penampang J adalah momen inersia polar penampang

Persamaan ini hanya berlaku selama fase elastis

Untuk momen puntir pada fase plastis didapat dari:

Diketahui bahwa regangan geser didapat dari

γ

= rθ’dan θ’ = θ/L, maka

Mτ =

∫

=

2

∫

Kini didapat bahwa tegangan geser adalah fungsi dari regangan geser,

τ

= f(

γ

). Kemudian didapat persamaan:

3

( ) + ( )

′

= 2

( )

Didapat pula:

Dengan bantuan kuva berikut, persamaan tersebut menjadi:

=

(

+ 3

)

Gambar 3.2 Kurva momen puntir terhadap sudut putar

2. Momen inersia polar:

∫

=

∫

(

)

J = 2

π

∫

J =

(3)

dengan r merupakan jarak terjauh dari pusat penampang (spesimen memiliki penampang lingkaran dengan r adalah jari-jari) maka akan didapat nilai J terbesar adalah pada permukaan spesimen.

Jmax =

= dengan M terbesar, maka akan diperoleh:

=

3. Regangan geser:

γ

= (4)

dengan

γ

adalah regangan geser

dφ adalah perubahan sudut

C adalah jarak titik yang ditinjau terhadap pusat penampang dL adalah perubahan panjang

4. Sudut putar:

γ

=

→

φ

= , dengan

τ

= G

γ

dan

τ

=

φ

=

(5)

Pengujian untir dengan tarik memilik perbedaan yang sangat mendasar. Berikut ini adalah perbedaannya.

Uji Tarik Uji Puntir

Perbedaan dari uji tarik dan uji puntir juga dapat dibuktikan dari diagram Mohr yang berbeda. 1. Uji puntir

τ

max

τ

max

σ

1

σ

3 45o

2. Uji tarik

Perbedaan kegagalan pada material ulet dan getas juga dapat dijelaskan mengenai diagram Mohr tersebut.

1. Material ulet

Material ulet mengalami kegagalan akibat tegangan geser. Pada pembebanan puntir,

τmax

bergerak menuju -

τmax

dengan sudut 2θ = 180o sama dengan 90o. Pada pembebanan tarik memilik

τmax

sudut 2θ = 90o sama dengan 45o terhadap sumbu

σ

.

(a) (b)

Gambar 3.3 Bentuk patahan pada material ulet akibat (a) uji puntir dan (b) uji tarik

2. Material getas

Material getas mengalami kegagalan akibat tegangan normal. Pada pembebanan puntir,

τmax

bergerak menuju

σ

max dengan sudut 2θ = 90

o

sama dengan 45o. Pada

pembebanan tarik

σ

max memilik sudut 2θ = 180o sama dengan 90o terhadap sumbu

σ

.

(a) (b)

Gambar 3.4 Bentuk patahan pada material getas akibat (a) uji puntir dan (b) uji tarik

σ

(+)

τ (+)

1

3

1’

3’

Pada keadaan awal hanya ada tegangan geser maksimum, yang ketika dibuat menjadi principal normal stress terbentuk arah tekan dan tarik dan nilai tegangan geser menjadi 0.

τ (

-)

σ

(+)

1

3

τ

max

Hanya ada satu tegangan normal bekerja yaitu dalam bentuk tarikan (σ1

)

.

Karena uji puntir sebenarnya merupakan berasal dari uji tarik, maka bisa dibuat perbandingan di antara keduanya. Maka itu dapat dianalisis apa keuntungan dan kekurangan tiap uji.

 Keuntungan uji tarik:

 Pengolahan data lebih mudah

 Lebih mudah mengukur kekuatan luluh

 Keuntungan uji puntir:

 Hasil pengukuran mengenail plastisitas lebih mendasar

 Tidak terjadi necking mempermudah perhitungan deformasi regangan

 Laju regangan yang diperoleh tinggi dan konstan

Dapat dilihat pula perbedaan di antara uji tarik dan uji puntir, dilihat dari kurva berikut ini, bahwa kurva pada uji puntir akan memiliki gradien yang lebih besar (lebih curam) dibandingkan uji tarik, pada material yang sama. Hal ini menunjukkan pada uji puntir lebih cepat mencapai nilai

τ

max, sedangkan pada uji tarik lebih cepat mencapai

σ

max.

Gambar 3.5 Perbedaan kurva uji puntir dan uji tarik

Dalam memperhitungkan kegagalan ada beberapa kriteria yang digunakan. Untuk material ulet, digunakan dua kriteria, yaitu:

1. Teori Tegangan Geser Maksimum (biasa disebut kriteria Tresca)

Disebutkan bahwa: kegagalan akan terjadi ketika tegangan geser terbesar yang diterima suatu spesimen adalah sama atau lebih besar dari tegangan geser yang diterima spesimen lain dengan material yang sama pada saat terjadi kegagalan statik. Dalam hal ini kekuatan luluh lah yang dilihat. Kekuatan luluh material akibat tegangan geser bernilai setengah dari kekuatan luluh material akibat tegangan normal (Ssy = 0,5 Sy), dan pada uji puntir

τ

max =

σ

max, maka:

N = =

,

dengan N adalah faktor keamanan

σ

1 dan

σ

3 adalah tegangan yang bekerja pada bidang 1 dan bidang 3 Sedangkan pada uji tarik:

N = =

,

,

|

|

=

|

|

(7)

2. Teori Energi Distorsi (biasa disebut kriteria Von Mises-Hencky)

Disebutkan bahwa: kegagalan akan terjadi ketika energi distorsi per unit volume pada suatu spesimen adalah sama atau lebih besar dari energi distorsi per unit volume pada spesimen lain dengan material yang sama pada saat terjadi kegagalan statik.

U = Ud + Uh, dengan U adalah energi regangan total, Ud adalah energi regangan akibat adanya distorsi, dan Uh adalah energi regangan akibat beban hidrostatik. U = ½

σε

=

½

(

σ

1

ε

1

+

σ

2

ε

2

+

σ

3

ε

3) (dengan tegangan bekerja di 3 sumbu)

dengan

:

ε

1 = (

σ

1

-

v

σ

2

-

v

σ

3);

ε

2 = (

σ

2

–

v

σ

1

-

v

σ

3);

ε

3 = (

σ

3

–

v

σ

1

–

v

σ

2)

U = [

σ

12 +

σ

32 +

σ

32 - 2v(

σ

1

σ

2

+

σ

2

σ

3

+

σ

1

σ

3)]

Dengan Uh selalu sama nilainya sedangkan Ud tidak sama. Maka didapat: Ud = [

σ

12 +

σ

32 +

σ

32 -

σ

1

σ

2

-

σ

2

σ

3

-

σ

1

σ

3] = Sy2

Sy = √ 1 + 2 + 3 − σ1σ2 − σ2σ3− σ1σ3

Pada kriteria Von Mises ini ada yang disebut ‘Tegangan Efektif Von Mises’, yaitu tegangan tarik unikasial yang dapat menghasilkan energi distorsi yang sama dengan yang dihasilkan oleh kombinasi tegangan yang bekerja.

σ

’

= √ 1 + 2 + 3 − σ1σ2 − σ2σ3− σ1σ3 (8)

= ( ) ( ) ( ) ( )

Untuk kasus 2 dimensi

σ

2= 0, maka:

σ

’

= √ 1 + 3 − σ1σ3

σ

’

= + − + 3 (9)

Maka faktor keamanannya adalah: N =

(10)

Pada uji puntir

τ

max = σ1 = - σ3, σ2 = 0 Sy =

√

3 1

= √

3

τ

max →

τ

max = Ssy =

BAB III

DATA DAN PENGOLAHAN DATA

A. Data Spesimen : St37 Gage length : 80,0 mm Diameter : 7,25 mm Kecepatan : 0,28 putaran/s Diameter patahan : 7,00 mm Mesin uji : Tarno Grocki Kekerasan rataan : 46,6 HRA Jumlah puntir : 4,5 putaran Kekerasan akhir : 55 HRA

Tabel 3.1 Data hasil praktikum Time

(s) Voltage (V) Putaran θ (radian) θ' (radian) γ (radian) Mτ (Nm) τ (MPa) 0 0,03222656 0 0 0 0 0,34998047 4,67735039 0,55 1,40238281 0,154 0,96761054 12,0951317 0,04384485 15,2298773 203,541278 1,04 2,05839844 0,2912 1,82966356 22,8707945 0,08290663 22,354207 298,755122 1,54 2,52601563 0,4312 2,7093095 33,8663688 0,12276559 27,4325297 366,624892 2,03 2,8865625 0,5684 3,57136253 44,6420316 0,16182736 31,3480688 418,95452 2,52 3,15398438 0,7056 4,43341555 55,4176944 0,20088914 34,2522703 457,768024 3,02 3,40675781 0,8456 5,3130615 66,4132687 0,2407481 36,9973898 494,455459 3,51 3,60792969 0,9828 6,17511452 77,1889315 0,27980988 39,1821164 523,653464 4,01 3,79484375 1,1228 7,05476046 88,1845058 0,31966883 41,2120031 550,782096 4,5 3,97667969 1,26 7,91681349 98,9601686 0,35873061 43,1867414 577,173691 5 4,13609375 1,4 8,79645943 109,955743 0,39858957 44,9179781 600,310984 5,54 4,28804688 1,5512 9,74647705 121,830963 0,44163724 46,5681891 622,365399 6,04 4,44242188 1,6912 10,626123 132,826537 0,4814962 48,2447016 644,771324 6,53 4,57570313 1,8284 11,488176 143,6022 0,52055798 49,6921359 664,115711 7,03 4,69175781 1,9684 12,367822 154,597775 0,56041693 50,9524898 680,959842 7,52 4,82167969 2,1056 13,229875 165,373437 0,59947871 52,3634414 699,816651 8,02 4,86425781 2,2456 14,1095209 176,369012 0,63933767 52,8258398 705,996423 8,51 4,13085938 2,3828 14,971574 187,144674 0,67839944 44,8611328 599,551269 9 4,40722656 2,52 15,833627 197,920337 0,71746122 47,8624805 639,663091 9,5 4,94921875 2,66 16,7132729 208,915911 0,75732018 53,7485156 718,327619 10,05 4,45410156 2,814 17,6808835 221,011043 0,80116503 48,371543 646,46651 10,54 4,99902344 2,9512 18,5429365 231,786706 0,84022681 54,2893945 725,556251 11,04 5,1015625 3,0912 19,4225824 242,78228 0,88008577 55,4029688 740,43873 11,53 5,09863281 3,2284 20,2846354 253,557943 0,91914754 55,3711523 740,013516 12,03 5,20410156 3,3684 21,1642814 264,553517 0,9590065 56,516543 755,321208

12,52 4,74511719 3,5056 22,0263344 275,32918 0,99806828 51,5319727 688,7044 13,01 5,21679688 3,6428 22,8883874 286,104843 1,03713006 56,6544141 757,163801 13,51 5,18261719 3,7828 23,7680334 297,100417 1,07698901 56,2832227 752,202975 14 5,37011719 3,92 24,6300864 307,87608 1,11605079 58,3194727 779,416649 14,5 5,40722656 4,06 25,5097324 318,871654 1,15590975 58,7224805 784,802689 15,05 4,73925781 4,214 26,4773429 330,966786 1,1997546 51,4683398 687,853973 15,54 4,94335938 4,3512 27,3393959 341,742449 1,23881638 53,6848828 717,477192 16,04 4,69726563 4,4912 28,2190419 352,738023 1,27867533 51,0123047 681,759244 16,53 5,453125 4,6284 29,0810949 363,513686 1,31773711 59,2209375 791,46437 17,02 5,38183594 4,7656 29,9431479 374,289349 1,35679889 58,4467383 781,117504 17,52 4,7421875 4,9056 30,8227938 385,284923 1,39665785 51,5001563 688,279187 18,01 4,86914063 5,0428 31,6848469 396,060586 1,43571962 52,8788672 706,705112 18,51 3,57324219 5,1828 32,5644928 407,05616 1,47557858 38,8054102 518,618934 19 0,015625 5,32 33,4265458 417,831823 1,51464036 0,1696875 2,26780622

Tabel 3.2 Data Tresca dan Von Mises

Tresca Von-Mises Tresca Von-Mises

σ (MPa) ε σ (MPa) ε log σ log ε log σ log ε

9,3547008 0 8,1014085 0 0,9710299 - 0,9085605 - 407,08256 0,0219224 352,54383 0,0253138 2,6096825 -1,659111 2,5472131 -1,596642 597,51024 0,0414533 517,45905 0,0478662 2,7763454 -1,382441 2,713876 -1,319971 733,24978 0,0613828 635,01294 0,0708787 2,8652519 -1,211953 2,8027826 -1,149484 837,90904 0,0809137 725,65052 0,0934311 2,9231969 -1,091978 2,8607275 -1,029509 915,53605 0,1004446 792,87748 0,1159834 2,9616754 -0,998074 2,8992061 -0,935604 988,91092 0,120374 856,42198 0,138996 2,9951572 -0,919467 2,9326878 -0,856998 1047,3069 0,1399049 906,99441 0,1615483 3,020074 -0,854167 2,9576046 -0,791698 1101,5642 0,1598344 953,98257 0,1845609 3,0420098 -0,79633 2,9795404 -0,73386 1154,3474 0,1793653 999,69416 0,2071132 3,0623365 -0,746262 2,9998672 -0,683792 1200,622 0,1992948 1039,7691 0,2301258 3,0794063 -0,700504 3,0169369 -0,638035 1244,7308 0,2208186 1077,9685 0,2549794 3,0950754 -0,655964 3,0326061 -0,593495 1289,5426 0,2407481 1116,7767 0,277992 3,1104357 -0,618437 3,0479663 -0,555968 1328,2314 0,260279 1150,2822 0,3005443 3,1232738 -0,584561 3,0608044 -0,522092 1361,9197 0,2802085 1179,457 0,3235569 3,1341515 -0,552519 3,0716821 -0,490049 1399,6333 0,2997394 1212,118 0,3461092 3,1460143 -0,523256 3,0835449 -0,460787 1411,9928 0,3196688 1222,8217 0,3691218 3,1498325 -0,4953 3,0873631 -0,43283 1199,1025 0,3391997 1038,4533 0,3916741 3,0788563 -0,469545 3,016387 -0,407075 1279,3262 0,3587306 1107,929 0,4142264 3,1069813 -0,445232 3,0445119 -0,382762 1436,6552 0,3786601 1244,1799 0,437239 3,1573526 -0,42175 3,0948832 -0,359281 1292,933 0,4005825 1119,7128 0,4625528 3,111576 -0,397308 3,0491067 -0,334839 1451,1125 0,4201134 1256,7003 0,4851052 3,1617011 -0,376633 3,0992317 -0,314164 1480,8775 0,4400429 1282,4775 0,5081178 3,1705191 -0,356505 3,1080498 -0,294036 1480,027 0,4595738 1281,741 0,5306701 3,1702696 -0,337645 3,1078003 -0,275175 1510,6424 0,4795033 1308,2547 0,5536827 3,1791617 -0,319208 3,1166923 -0,256739 1377,4088 0,4990341 1192,871 0,576235 3,1390629 -0,30187 3,0765935 -0,2394 1514,3276 0,518565 1311,4462 0,5987873 3,1802198 -0,285197 3,1177505 -0,222727 1504,4059 0,5384945 1302,8538 0,6217999 3,177365 -0,268819 3,1148957 -0,206349 1558,8333 0,5580254 1349,9892 0,6443522 3,1927997 -0,253346 3,1303303 -0,190877 1569,6054 0,5779549 1359,3181 0,6673648 3,1957905 -0,238106 3,1333211 -0,175637

1375,7079 0,5998773 1191,398 0,6926786 3,1385262 -0,221938 3,0760569 -0,159468 1434,9544 0,6194082 1242,7069 0,715231 3,1568381 -0,208023 3,0943687 -0,145554 1363,5185 0,6393377 1180,8416 0,7382435 3,134661 -0,19427 3,0721917 -0,1318 1582,9287 0,6588686 1370,8565 0,7607959 3,1994614 -0,181201 3,136992 -0,118732 1562,235 0,6783994 1352,9352 0,7833482 3,1937464 -0,168515 3,131277 -0,106045 1376,5584 0,6983289 1192,1345 0,8063608 3,1387946 -0,15594 3,0763253 -0,093471 1413,4102 0,7178598 1224,0492 0,8289131 3,1502682 -0,14396 3,0877989 -0,081491 1037,2379 0,7377893 898,27434 0,8519257 3,0158784 -0,132068 2,953409 -0,069598 4,5356124 0,7573202 3,9279556 0,874478 0,6566359 -0,12072 0,5941666 -0,058251 B. Pengolahan Data

1. Gambar 3.6 Kurva momen puntir terhadap sudut putar

2. Gambar 3.7 Kurva momen puntir terhadap θ’

0 10 20 30 40 50 60 70 0 5 10 15 20 25 30 35 Mo m e n p u n ti r (N m )

Sudut putar (rad)

0 10 20 30 40 50 60 70 0 100 200 300 400 500 Mo m e n p u n ti r (N m ) θ' (rad/m)

3. Gambar 3.8 Kurva tegangan geser terhadap regangan geser

4. Gambar 3.9 Kurva Tresca dan Von Mises

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0 0,5 1 1,5 2 T e g a n g a n g e s e r (MPa )

Regangan geser (rad)

y = 1288,3x + 774,35 y = 966,21x + 670,61 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 0,5 1 Sh e a r s tre s s Shear strain Tresca Von Mises Linear (Tresca) Linear (Von Mises)

y = 0,3227x + 3,2648 y = 0,3227x + 3,1822 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 Sh e a r s tre s s (l o g )

Shear strain (log)

Tresca Von Mises Linear (Tresca) Linear (Von Mises)

BAB IV

ANALISIS

A. Pengolahan Data

Pada Tabel 3.1 data awal yang didapat hanyalah durasi (waktu) dan tegangan listrik (voltase). Dari data yang diketahui dibuatlah berbagai konversi menjadi besaran lain.

 Waktu [s] x kecepatan angular [putaran/s] = jumlah putaran

 Putaran x 2π= sudut putar (θ) [rad]  θ [rad] / panjang spesimen [m] = θ’ [rad/m]  θ’ [rad/m] x jari-jari spesimen [m] = γ [rad]

 Voltase [volt] x 10,86 (pengali konversi) = momen puntir (Mτ) [Nm]

 Mτ [Nm] x jari-jari spesimen [m] x momen inersia polar (J) [m4] = tegangan geser (τ) [MPa]

Pada Tabel 3.2 data awal yang didapat sama seperti data awal pada Tabel 3.1. Dari data yang diketahui dan dengan persamaan (yang akan disebut berikut) didapatkanlah besaran untuk membuat kurva Tresca dan Von Mises.

 Pada Tresca, σ = 2τ, didapat dari Ssy = 0,5 Sy→ Sy = 2 Ssy.

 Pada Von Mises, σ = 1,733τ, didapat dari Ssy = 0,577 Sy→ Sy = 1,733 Ssy.

 Pada Tresca, ε = 0,5 γ, didapat dari Ssy = 0,5 Sy.

 Pada Von Mises, ε = 0,577 γ, didapat dari Ssy = 0,577 Sy.

B. Kurva

Pertama dibuat kurva momen puntir terhadap sudut putar (θ) [Gambar 3.6], untuk melihat hubungan perubahan momen puntir terhadap perubahan sudut putar

yang terjadi. Dibuat pula kurva momen puntir terhadap θ’ [Gambar 3.7], untuk melihat hubungan perubahan momen puntir terhadap perubahan sudut per panjang

spesimen. Ternyata kedua kurva tersebut berbentuk sama, karena antara θ dengan θ’ memang hanya berbeda dikarenakan pembagian dengan besar panjang awal spesimen.

Kemudian dibuat kurva tegangan geser terhadap regangan geser [Gambar 3.8], sebagai proyeksi kurva stress-strain pada uji tarik. Lalu dibuat kurva tegangan geser sebenarnya terhadap regangan geser sebenarnya, dengan menerapkan teori Tresca dan Von Mises [Gambar 3.9]. Dibuat juga kurva serupa namun dengan nilai

logaritma, untuk kemudian bisa menentukan kurva linear, yang berguna dalam mencari konstanta K (strengt coefficient) dan n (strain-hardening exponent).

C. Peningkatan Harga Kekerasan

Terjadi peningkatan harga kekerasan dari 46,6 HRA (sebelum pengujian) menjadi 55 HRA (setelah pengujian). Serupa pada uji tarik, hal ini terjadi karena

strain hardening. Fenomena ini terjadi akibat adanya deformasi plastis yang menciptakan penumpukan pergerakan dislokasi pada skala atomik, kemudian energi yang dibutuhkan untuk menggerakkan atom pun menjadi lebih besar (karena sulit terjadi slip), berdampak pada meningkatnya harga kekerasan.

D. Bentuk Patahan yang Terjadi

Pada percobaan ini digunakan spesimen dari material ulet. Sesuai dengan literatur, bentuk patahannya adalah 90o terhadap normal axis. Hal ini, jika dilihat dari digram Mohr terjadi karena adanya perubahan tegangan geser akibat gaya tarik

menjadi tegangan geser akibat gaya tekan, yang besarnya 2θ = 180o→ θ = 90o.

E. Letak Patahan

Letak patahan adalah di antara gage length, sesuai dengan literatur. Karena pada gage length inilah terdapat konsentrasi tegangan akibat luas permukaan penampangnya yang lebih kecil dari penampang si ujung (tempat yang sipasangkan pada mesin uji).

F. Spesimen Terasa Panas Setelah Pengujian

Timbulnya rasa panas ini adalah akibat aktivitas dalam skala atomik. Ada energi berupa panas yang sihasilkan akibat terjadinya gesekan antar-atom ketika terjadi pergerakan dislokasi.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

 Pada uji puntir akan didapat beberapa sifat mekanik, yaitu:

 Modulus elatisitas: G = = ,

, = 4647,05 MPa/rad  Modulus of rupture: = = 791,464 MPa

 Yield torsional shearing strength: dapat dicari dengan rumus yang sama pada saat mencari modulus of rupture, namun dengan harga momen puntir pada nilai regangan dengan offset 0,4 rad/m.

 Patahan terbentuk seperti pada gambar, dengan spesimen terbuat dari material ulet.

LAMPIRAN

Tugas setelah praktikum

1. Buat kurva momen torsi dengan θ, kemudian buat juga kurva antar momen torsi dengan θ’. Hitunglah tegangan geser dan regangan geser sebenarnya dengan menggunakan persamaan

τ

a =

(BC+3CD). Ambil 8 titik di setiap

kurva untuk mendapatkan tegangan dan regangan gesernya. Setelah itu dengan kriteria Tresca dan Von Mises buat kurva tegangan dan regangan sebenarnya.

Kurva momen torsi dengan θ ditunjukkan pada Gambar 3.6. Kurva mmomen torsi dengan θ’ ditunjukkan pada gambar 3.7.

Kurva tegangan geser dengan regangan geser sebenarnya ditunjukkan pada Gambar 3.9.

2. Hitung modulus elastisitas geser, kekuatan geser maksimum, serta cari nilai K dan n dari maerial yang diuji.

a. Modulus elastisitas geser

Ditentukan dari tegangan di titik proporsional, dari Gambar 3.8 dilihat titik tersebut berada pada

τ

= 203,541 MPa dan

γ

= 0,0438 rad.

G = = ,

, = 4647,05 MPa/rad

b. Kekuatan geser maksimum

= = ( , )

( , ∗ ) = 791,464 MPa

c. Nilai K dan n

Nilai n adalah gradien dari kurva linear log shear stress terhadap log shear strain. Pada Tresca dan Von Mises nilainya sama, yaitu: n = 0,3227.

Nilai K adalah true shear stressdari kurva yang sama pada ε = 1. Pada Tresca K =log-1 3,5 = 3162,278 MPa; pada Von Mises K = log-1 3,6 = 3981,072 MPa.

3. Apa kelebihan dan kekurangan uji puntir dibandingkan dengan uji tarik dalam mendapatkan besaran sifat mekaniknya?

 Keuntungan uji tarik:

 Pengolahan data lebih mudah

 Keuntungan uji puntir:

 Hasil pengukuran mengenail plastisitas lebih mendasar

 Tidak terjadi necking mempermudah perhitungan deformasi regangan

 Laju regangan yang diperoleh tinggi dan konstan

4. Analisis bentuk patahan dari hasil uji puntir ini. Apa bedanya dengan patahan uji puntir untuk material ulet dan getas.

Material ulet mengalami kegagalan akibat tegangan geser. Pada pembebanan puntir,

τmax

bergerak menuju -

τmax

dengan sudut 2θ = 180o sama dengan 90o. Material getas mengalami kegagalan akibat tegangan normal. Pada pembebanan puntir,

τmax

bergerak menuju

σ

maxdengan sudut 2θ = 90

o

sama dengan 45o.

Tugas tambahan dari asisten

1. Mengapa setalah uji puntir spesimen terasa panas?

Timbulnya rasa panas ini adalah akibat aktivitas dalam skala atomik. Ada energi berupa panas yang sihasilkan akibat terjadinya gesekan antar-atom ketika terjadi pergerakan dislokasi.

RANGKUMAN PRAKTIKUM

Setalah uji puntir spesimen akan mengalami kegagalan pada daerah gage length, yang pada percobaan ini digunakan spesimen dari material ulet, hasil patahan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.10. Setelah patah, sesaat terasa panas pada spesimen. Harga kekerasan spesimen setalah pengujian mengalami kenaikan. Mengenai adanya perubahan sudut dari uji puntir ini terbukti dari berubahnya garis lurus (terbuat dari tip-ex) yang dibuat di spesimen sebelum pengujian, menjadi tidak lurus lagi, seperti terpelintir.

DAFTAR PUSTAKA

Dieter, George E. 1988. Mechanical Metallurgy SI Metric Edition. London: Mc-Graw Hill Book Company.

Norton, Robert L. 2006. Machine Design An Integrated Approach Third Edition. New Jersey: Pearson Prentice Hall.