Rancang Bangun Alat Uji Impact Charpy Skala Laboratorium

- 19 -

Rancang Bangun Alat Uji Impact 100 Joule Type Charpy Skala Laboratorium

(1)* Rizky Derianto, ⁽²⁾ Muhammad Taufiqurrahman, ⁽³⁾ Muhammad Ivanto

(1,2,3) Program Studi Teknik Mesin, Universitas Tanjungpura, Jl. Prof. Dr. H. Hadari Nawawi, Pontianak

*Email: rizky.derianto@student.untan.ac.id

ABSTRACT

Impact testing is a method used to measure the toughness of a material against shock loads. This impact test simulates common operational conditions of materials where loading occurs suddenly rather than gradually. The need for practical tools in the laboratory is essential for the learning process and scientific research. Therefore, the availability of a Charpy-type impact test device allows students to test the material's characteristics while applying the knowledge gained in lectures through hands-on practice. The main objective of this research is to design and develop a laboratory-scale Charpy-type impact test device. The outcome of this Charpy-type impact test device design is a device with dimensions of 0.9 m x 0.6 m x 1.37763 m, using a pendulum mass of 7.053 kg and a pendulum arm length of 0.630 m, resulting in a Charpy-type impact test device capacity of 97.45 Joules. The test calculations on an aluminum alloy AA 6061 specimen with a thickness of 10 mm yielded a maximum absorbed energy value of 44.31 Joules and a maximum impact value of 0.0805 J/mm².

Keywords: charpy type, impact value, impact testing ABSTRAK

Pengujian impact adalah pengujian yang digunakan untuk mengukur ketangguhan suatu material terhadap beban kejut. Uji impact ini menyimulasikan kondisi pengoperasian material yang umum di mana pembebanan terjadi secara tiba-tiba, bukan secara perlahan. Kebutuhan akan alat praktikum di laboratorium merupakan hal penting untuk prose pembelajaran dan riset bidang ilmu pengetahuan ,oleh karena itu dengan diadakannya alat uji impact type charpy mahasiswa dapat melakukan pengujian karakteristik sifat suatu material sekailgus menerapkan ilmu yang didapatkan diruang kuliah dengan melakukan praktikum. Tujuan utama yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah merancang bangun alat uji impact type charpy skala laboratorium. Hasil dari perancangan alat uji impact type charpy ini adalah menghasilkan rancang bangun alat uji impact type charpy dengan dimensi 0,9 m x 0,6 m x 1,37763 m dengan menggunakan massa pendulum sebesar 7,053 kg dan panjang lengan pendulum 0,630 m yang menghasilkan kapasitas alat uji impact type charpy sebesar 97,45 Joule. Hasil perhitungan pengujian alat uji impact pada spesimen alumunium alloy aa 6061 dengan ketebalan 10 mm mendapatkan nilai energi yang diserap maksimum 44,31 Joule dan maksimum harga impact sebesar 0,0805 J/mm².

Kata Kunci: tipe charpy, harga impact, pengujian impact

- 20 - I. Pendahuluan

Kebutuhan akan informasi tentang sifat- sifat bahan sangat penting, baik logam maupun nonlogam, merupakan hal yang sangat penting dalam perancangan teknik mesin. Baja masih menjadi primadona dalam dunia permesinan, khususnya untuk komponen struktural. Variasi sifat mekaniknya, termasuk kekerasan, keuletan, dan ketangguhan, memungkinkan pemilihan material yang sesuai untuk aplikasi tertentu. Karena setiap bahan mempunyai sifat yang berbeda-beda, maka terdapat banyak metode pengujian untuk mengetahui sifat suatu bahan.

Dalam dunia teknik permesinan, kita harus melakukan praktik dan penelitian yang berkaitan dengan teknik mesin, seperti penentuan kekuatan suatu material. Ada beberapa alat yang dirancang untuk menjadi alat pengujian, seperti alat uji impact.

Pengujian impact merupakan metode yang umum digunakan dalam mekanika material untuk menentukan energi yang diserap oleh suatu material ketika mengalami beban tumbukan (Handoyo Yopi, 2013).

Beberapa penelitian terkait rancang bangun alat uji impact type charpy telah banyak dilakukan. M.K. Huda pada tahun 2018 telah melakukan penelitian menghasilkan Perancangan alat uji impact Charpy menghasilkan alat dengan ukuran 1,143 x 0,4 x 1,180 meter. Alat ini dilengkapi pendulum 16 kg yang diayunkan dari sudut 140° untuk memukul spesimen pada jarak 0,953 meter.

Energi potensial yang didapatkan sebesar 263,89 Joule. Fikar, Z pada tahun 2018 melakukan penelitian tentang rancang bangun alat uji impact type charpy menghasilkan alat uji yang memiliki dimensi 1,5 x 1 x 0,5 m dengan panjang lengan pengayun sebesar 0,75 m dan berat pendulum 15 kg.

Bersamaan bersama kemajuan wawasan dan teknologi, kebutuhan alat prkatikum dilaboratorium menjadi hal penting untuk proses pembelajaran dan riset. Salat satu alat praktikum yang dibutuhkan mahasiswa ialah alat uji impact type charpy yang berguna untuk mengukur katangguhan sifat suatu material.

Penelitian ini bertujuan untuk mendapat hasil rancang bangun alat uji impact type charpy yang sesuai dengan ASTM E 23. Selain itu,

penelitian ini juga bertujuan untuk mendapatkan hasil pengujian spesimen menggunakan alat uji impact type charpy yang dirancang dan memperoleh kesimpulan hasil dari perbandingan pengujian spesimen dengan alat uji impact type charpy yang sudah ada.

II. Bahan dan Metode 1. Alat dan Bahan

Peralatan kerja yang digunakan dalam penelitian ini mencakup peralatan mekanik seperti mesin las listrik, mesin gerinda sudut, bor listrik, dan peralatan pneumatik seperti kompresor. Sedangkan bahan yang digunakan berupa plat baja, besi UNP, besi siku bearing duduk, rem cakram motor, cat dan alumunium alloy aa 6061.

2. Metode dan Prosedur Penelitian

Dalam studi ini, diterapkan metode Verein Deutscher Ingenieure 2222 (VDI 2222), yang merupakan pendekatan sistematis dalam perancangan. Metode ini bertujuan untuk merumuskan dan mengarahkan berbagai teknik desain yang terus berkembang berkat kegiatan penelitian, sehingga memungkinkan optimalisasi penggunaan material dan teknologi..

Rangkaian prosedur penelitian ini memiliki beberapa langkah, yaitu:

a. Menyiapan spesimen Alumunium Alloy AA 6061 dengan menggunakan standar dimensi spesimen dari ASTM E 23, seperti pada gambar dibawah.

Gambar 1. Sampel spesimen b. Atur posisi penunjuk pada angka nol

ketika pendulum dalam posisi vertikal dan tidak berayun.

c. Letakkan sampel pada dudukannya, pastikan pendulum mengenai tengah takik.

d. Angkat pendulum secara perlahan hingga indikator sudut menunjukkan sudut awal sebelum pendulum jatuh yaitu 150^o, dalam hal ini pendulum dalam keadaan terkunci.

- 21 - e. Kemudian, tarik tuas untuk pembebas

kunci sehingga pendulum akan mengayun kebawah dan akan mematahkan spesimen yang berada didudukan spesimen.

f. Setelah spesimen patah, barulah melakukan pengamatan dan membuat data tertulis.

g. Hasil pengujian dicatat dan dilaporkan sesuai dengan hasil perhitungan yang berlaku mencakup nilai energi yang diserap, harga impact rata-rata, dan hasil analisis data lainnya. Dalam perhitungan nilai rata-rata energi impact dari spesimen yang diuji dilakukan perhitungan harga impact yang dihasilkan dengan menggunakan rumus:

Eserap = W x R (cos β – cos β^’ ) (1) Keterangan :

W =Gaya Beban Pendulum (N)

R = Jarak Antara Titik Pusat Ke Sumbu Pendulum (m)

E =Energi yang diserap (joule) α=Sudut pendulum sebelum diayunkan β=Sudut ayunan pendulum setelah mematahkan spesimen

β’=Sudut ayunan pendulum tanpa spesimen

h. Hasil pengujian divalidasi untuk memastikan keakuratannya dan divalidasi dengan metode pengujian lain.

3. Flow Chart

Ilustrasi alur penelitian secara

menyeluruh tertampil pada Gambar 2:

Gambar 2. Flow Chart

III. Hasil dan Pembahasan 1. Alat Uji Impact Type Charpy

Gambar 3. Desain Alat Uji Impact Type Charpy

- 22 - Alat uji impact type charpy merupakan alat pengujian kekerasan material yang menerapkan beban tumbukan secara tiba-tiba pada sampel menggunakan pendulum dan menampilkan hasil kekerasan sampel.

Alat uji impact dengan metode charpy terdiri dari beberapa bagian utama, antara lain:

a. Pendulum

b. Dudukan spesimen c. Lengan pengayun d. Poros lengan pengayun e. Kerangka alat uji

f. Indikator/skala pengukuran

Spesifikasi alat uji impact type charpy sebagai berikut:

Tabel 1. Spesifikasi Alat Uji Impact Type Charpy Spesifikasi Keterangan

Standar uji ASTM E-23

Mode control Semi-otomatis

Energi dampak (J) 100

Sudut terangkat 150^o Jarak pusat rotasi pendulum

ke pusat specimen (mm)

750 Dimensi p x l x t (mm) 900 x 600 x 1386

Rentang standar (mm) 40 Ukuran Spesimen (mm) 10 x 10 x 55

Energi potensial yang dihasilkan oleh alat uji impact type charpy sesuai dengan perancangan didapatkan dengan perhitungan sebagai berikut:

Ep = m . g . h (1)

= 7,053 kg x 9,81 m/s² x 1,4085 m

= 97,45 Joule keterangan :

Ep = Energi Potensial (J) m = massa pendulum (kg) g = Percepatan Gravitasi (m/s²) h = ketinggian Awal Pendulum (m)

Gambar 4. Alat Uji Impact Type Charpy

2. Pengujian Impact Type Charpy

Dalam pengujian spesimen alumunium alloy AA-6061 dilkaukan pengujian menggunakan dua buah alat uji impact type charpy, yaitu pengujian menggunakan alat uji yang dirancang dengan alat uji impact JB-300B Dial Display di laboratorium Universitas Muhammadiyah Pontianak.

a. Pengujian menggunakan alat uji impact yang dirancang.

Gambar 5. Spesimen uji

Pengujian menggunakan spesimen alumunium allouy aa 6061 dengan dimensi spesimen 10 x 10 x 55 mm dan kedalaman takik 2mm dengan sudut 45^o.

Alat uji impak dilengkapi dengan pendulum bermassa 7,4 kg, dengan jarak antara pusat putaran dan pusat massa pemukul sebesar 1,4085 meter. Pada kondisi tanpa beban, pendulum dapat berayun hingga sudut 110 derajat Nilai kekuatan impact dihitung dengan rumus:

Eserap = W x R (cos β – cos β^”)

= 69,19 N x 0,745 m (cos 60-cos 110)

= 69,19 N x 0,745 m (0,5 – ( - 0,3420))

= 69,19 N x 0,745 m x 0,8420

= 69,19 x 0,627

= 43,38 Joule.

A = b x h (3)

= 10 x 55

= 550 mm² HI = ^𝐸

𝐴 (4)

= ^{43,53 J}

550 𝑚𝑚²

= 0,079 J/mm². Keterangan :

HI = Harga Impact (J/mm²) E = Energi yang diserap (J) A = Luas Penampang (mm²)

- 23 - Hasil niilai impact pada 10 kali pengujian setiap spesimen ditunjukan pada tabel 2 sebagai berikut:

Tabel 2 Pengujian spesimen dengan alat yang dibuat

No. W (N) R

(m) α (^O) β

(^O) β^’ (^O) E

(J) A

(mm²) HI (J/mm²) 1 69,19 0,745 150 60 110 43,38 550 0,079 2 69,19 0,745 150 64 110 40,33 550 0,073 3 69,19 0,745 150 64 110 40,33 550 0,073 4 69,19 0,745 150 60 110 43,38 550 0,079 5 69,19 0,745 150 64 110 40,33 550 0,073 6 69,19 0,745 150 59 110 44,31 550 0,0805 7 69,19 0,745 150 69 110 36,19 550 0,066 8 69,19 0,745 150 59 110 44,31 550 0,0805 9 69,19 0,745 150 69 110 36,19 550 0,066 10 69,19 0,745 150 60 110 43,38 550 0,079

rata-rata 41,258 0,0749

Secara rata-rata, nilai energi yang di serap dan harga impact yang dihasilkan oleh spesimen uji dari bahan alumunium alloy aa 6061 pada pengujian ini sebesar 41,258 Joule untuk nilai rata-rata energi yang di serap oleh spesimen sedangkan nilai rata-rata untuk harga impact sebesar 0,0749 J/mm².

b. Pengujian menggunakan alat uji impact JB-300B Dial Display.

Gambar 6. Alat Uji Impact JB-300B Dial Display

Agar dapat memastikan keandalan alat uji impak yang telah dirancang, dilakukan kalibrasi dengan membandingkannya terhadap alat uji impak standar JB-300B.

Alat uji standar ini memiliki pendulum dengan massa 20,39 kg (setara dengan gaya berat 200 N), jarak antara pusat putaran dan titik berat pemukul 750 mm, dan sudut ayunan maksimum tanpa beban 150 derajat.

Hasil Pengujian nilai impact yang didapatkan adalah:

Eserap = W x R (cos β – cos β^”)

= 200 N x 0,750 m (cos 123-cos 150)

= 200 N x 0,750 m (-0,545 – (-0,866))

= 200 N x 0,750 m (0,321)

= 200 N x 0,24075

= 48,15 Joule A = b x h

= 10 x 55

= 550 mm² HI = ^𝐸

𝐴

= ^{48,15 J}

550 𝑚𝑚²

= 0,0875 J/mm²

Hasil niilai impact pada 5 kali pengujian setiap spesimen ditunjukan pada tabel 2 sebagai berikut:

Tabel 3. Pengujian spesimen dengan alat JB-300B Dial Display

No. W (N) R

(m) α (^O) β

(^O) β^’ (^O) E

(J) A

(mm²) HI (J/mm²) 1 200 0,750 150 123 150 48,15 550 0,0875 2 200 0,750 150 125 150 43,8 550 0,0796 3 200 0,750 150 125 150 43,8 550 0,0796 4 200 0,750 150 127 150 39,6 550 0,072 5 200 0,750 150 123 150 48,15 550 0,0875

rata-rata 44,7 0,08124

Dari hasil perhitungan menggunakan alat uji impact type charpy JB-300B Dial Display diatas, dihasilkan nilai rata-rata energi yang diserap sebesar 44,7 Joule dan rata-rata nilai harga impact sebesar 0,08124 J/mm².

- 24 - 3. Evalusai Kesesuaian Alat

Hasil pengujian diatas didapatkanlah nilai rata-rata harga impact dari setiap pengujian dimana rata-rata harga impact pada pengujian menggunakan alat uji yang dirancang sebesar 0,0749 J/mm² sedangkan rata-rata harga impact pada pengujian menggunakan alat uji impact JB-300B Dial Display sebesar 0,08124 J/mm², dimana didapatkan selisih harga impact antara kedua alat uji ini sebesar 0,00634 J/mm² (0,00634 𝐽/𝑚𝑚²

0,08214 𝐽/𝑚𝑚² x 100 = 7,72 %). Sehingga dapat disimpulkan, nilai harga impact yang didapatkan pada pengujian menggunakan alat uji yang dirancang sebesar 92,28 %.

Gambar 7. Grafik Perbandingan Harga Impact.

Hasil perbandingan diatas juga memberikan gambaran pada alat uji impact type charpy yang telah di rancang bangun tentang performa alat dalam melakukan pengujian dengan hasil yang memuaskan baik dari segi keinginan penulis, regulasi termasuk dimensi, dan berbagai komponen lainnya. perancangan ini telah berhasil mengintegrasikan elemen- elemen kritis sesuai dengan pedoman regulasi yang berlaku, serta mencapai tujuan utama yang diinginkan. Keberhasilan merancang alat uji impact ini tidak hanya tercermin dalam penerapan standar regulasi, tetapi juga dalam pemenuhan tujuan yang lebih luas, seperti efesiensi, keandalan, atau aspek lainnya yang mungkin menjadi fokus dalam proses perancangan alat uji impact type charpy.

IV. Kesimpulan

Setelah melakukan serangkaian penelitian dan pengujian, diperoleh beberapa temuan penting yang dapat dirangkum sebagai berikut:

1. Diperoleh perancangan alat uji impact type charpy yang memiliki dimensi sebesar 0,9 m x 0,6 m x 1,37763 m dengan berat pendulum sebesar 7,053 kg, panjang

lengan pendulum 0,63 m dan poros lengan pendulum 0,3 m dengan diameter 25 mm dan menghasilkan energi potensial pada alat sebesar 97,45 Joule.

2. Diperoleh dari perhitumgan dan pengujian alat uji impact type charpy pada bahan alumunium alloy aa 6061 dengan beban pendulum sebesar 69,19 N mendapatkan energi yang diserap minimum 36,19 Joule dan maksimum 44,31 Joule dan harga impact minimum sebesar 0,066 J/mm² dan maksimum 0,0805 J/mm². Diperoleh hasil perbandingan nilai pengujian antara alat uji impact yang di rancang dengan alat uji impact JB-300B Dial Display dengan selisih sebesar 0,00634 J/mm² atau sekitar 7,72 %.

Daftar Pustaka

Yopi Handoyo, “Perancangan Alat Uji Impak Metode Charpy Kapasitas 100 Joule,” J.

Imiah Tek. Mesin, vol. 1, no. 2, pp. 17–

25, 2018.

M. K. Huda, “Rancang Bangun Alat Uji Impact Metode Charpy,” Mechonversio Mech.

Eng. J., vol. 1, no. 1, p. 7, 2018, doi:

10.51804/mmej.v1i1.348.

Z. Fikar, “Perancangan Alat Uji Impak Charpy Sederhana Untuk Material Logam Baja St 30,” J. Mech. Eng. Manuf. Mater.

Energy, vol. 1, no. 1, p. 1, 2018, doi:

10.31289/jmemme.v1i1.1189.

A. Jumadi, B. Hartono, and G. Eka Pramono,

“Rancang Bangun Alat Uji Impak Metode Charpy,” J. Imiah Tek. Mesin, vol. 1, no. 2, pp. 1–5, 2017.

R. I., Adhiharto, R., Patriatna, E., &

Primayangputri, U. "Studi Perancangan Combination Tool Air Vent Non- Cylinder dengan Metode VDI 2222", Jurnal Teknik Mesin (JTM), Vol. 06, No.

4, 2017.

T. Materials and I. Company, “The Materials Information Company”