uji tarik (tensile test)

Sirmas Munte, ST, MT

PRODI: TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MEDAN AREA

UJI TARIK

MATA KULIAH MATERIAL TEKNIK (Materials Engineering )

2 sks

PERTEMUAN - 9

TUJUAN DILAKUKAN PENGUJIAN (TEST) MATERIAL ADALAH UNTUK MENGETAHUI INFORMASI TENTANG SIFAT-SIFAT

MATERIAL (BAHAN) SEBAGAI REFERENSI SPESIFIKASI MATERIAL (BAHAN) TERSEBUT DALAM PEMANFAATANNYA

UJI TARIK (TENSILE TEST)

UJI TARIK MERUPAKAN SATU METODE UNTUK

MENGETAHUI KEKUATAN (TENSILE STRENGTH) BERUPA KEKUATAN LULUH, KEULETAN DAN KELENTINGAN MATERIAL DENGAN CARA MEMBERIKAN GAYA STATIS

YANG SESUMBU BAIK DIBERIKAN SECARA LAMBAT ATAUPUN CEPAT

PENGUJIAN (TEST) MATERIAL

INI ADALAH BENTUK MESIN YANG BIASA DIGUNAKAN UNTUK MELAKUKAN UJI TARIK BENDA UJI (SPESIMEN) MATERIAL

Nilai kekuatan dan elastisitas dari material uji dapat dilihat dari kurva hasil uji tarik. Selain kekuatan dan elastisitas, sifat lain yang dapat diketahui, yaitu:

• Kekuatan luluh dari material

• Keuletan dari material

• Kelentingan dari suatu material

Pengujian dilakukan dengan tujuan untuk melengkapi informasi rancangan dasar kekuatan suatu material/bahan dan juga sebagai referensi pendukung untuk spesifikasi material/bahan.

Kekuatan ini ada beberapa macam, tergantung pada jenis beban yang bekerja, yaitu kekuatan tarik, kekuatan geser, kekuatan tekan kekuatan torsi dan kekuatan lengkung.

SIFAT MEKANIK YANG DIPEROLEH DARI UJI TARIK ADALAH:

1. Tegangan Tarik: Yield (σ_Y) σ_Y = P_Y/A₀

Dimana:

σ_Y = Tegangan yield (kN/mm²) P_Y = Beban yield (kN)

A₀ = Luas awal spesimen (mm²)

2. Tegangan Maksimum: Ultimate (σ_U) σ_U = P_U/A₀

Dimana:

σ_U = Tegangan ultimate (kN/mm²) P_U = Beban ultimate (kN)

3. Regangan (ε)

ε = (ΔL/L₀) x 100%

Dimana:

ε = Regangan (%)

ΔL = Petambahan panjang (mm) L₀ = Panjang awal spesimen (mm)

INTERPRETASI HASIL UJI TARIK:

• Interpretasi melalui nilai regangan:

Regangan tertinggi menunjukkan nilai keuletan material

• Interpretasi melalui modulus elastisitas

Apabila nilai ε semakin besar, maka material semakin kaku atau semakin ulet.

• Interpretasi melalui reduksi penampang spesimen (reduction of area = RA), dihitung dengan rumus:

RA = [(A₀–A₁)/A₀]x100%

Dimana:

RA = Reduction of Area

A₀ = Luas penampang awal spesimen (mm²) A₁ = Luas penampang setelah patah (mm²)

Semakin tinggi nilai RA, maka material semakin ulet

Kalau regangan menunjukkan keuletan, maka modulus elastisitas menunjukkan kekakuan suatu material. Apabila nilai E semakin besar, menandakan semakin kakunya suatu material. Nilai E ini diturunkan dari persamaan hukum Hooke, yaitu:

“Jika gaya tarik yang diberikan pada sebuah pegas tidak melampaui batas elastis material (bahan) maka pertambahan panjang pegas berbanding lurus atau sebanding dengan gaya tariknya”. Jika ditulis secara matematis, maka akan seperti ini:

F = k.∆x Dimana:

F = gaya yang diberikan (N) k = konstanta pegas (N/m)

Δx = pertambahan panjang pegas dari posisi normalnya (m)

MODULUS ELASTISITAS (E)

Contoh penyelesaian soal Hukum Hoke

Sebuah pegas memiliki suatu pertambahan panjang 0,25 meter sesudah diberikan gaya. Bila pada pegas bertuliskan 400 N/m.

Berapakah gaya yang dikerjakan ada pegas tersebut?

Diketahui : x = 0,25 m k = 400 N/m Ditanya : F = ….?

Jawab F = k . x

F = 400 N/m x 0,25 m F = 100 N

Jadi gaya yang diberikan pada pegas tersebut adalah 100 Newton.

Penerapan Hukum Hooke (Hooke's Law)

Hampir semua logam, pada tahap sangat awal dari uji tarik, hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut. Ini disebut daerah linier atau linear zone.

Di daerah ini, kurva pertambahan panjang vs beban mengikuti aturan Hooke yaitu rasio tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan.

“Stress adalah beban dibagi luas penampang bahan”

“strain adalah pertambahan panjang dibagi panjang

awal bahan”

Dirumuskan,

1. Tegangan (Stress):

Tegangan merupakan suatu kondisi dari suatu benda yang mengalami pertambahan panjang saat suatu benda diberikan sebuah gaya di salah satu ujungnya, sementara ujung lainnya ditahan, dirumus dengan:

Tegangan (Stress):  σ = F/A  Dimana:

F = gaya tarikan (N)

A = luas penampang (m

²

)

σ = tegangan ((N/m2 atau pa)

2. Regangan (Strain)

Regangan merupakan sebuah perbandingan antara pertambahan panjang kawat dalam x meter dan panjang normal kawat dalam x meter. Munculnya suatu regangan karena ada gaya yang diberikan kepada benda ataupun kawat yang dihilangkan.

Sehingga kawat itu akan kembali ke bentuk semula, dirumuskan dengan:

Regangan (Strain):  ε = ΔL/L Dimana:

ε = regangan (strain)

ΔL = pertambahan panjang (m)

L = panjang awal (m)

3. Modulus Elastisitas (Strain)

Modulus elastisitas adalah perbandingan antara tegangan dan regangan yang dialami bahan atau merupakan hubungan antara stress dan strain dirumuskan:, dirumuskan dengan:

Modulus Elastisitas:  E  =  σ/ε Dimana:

E = modulus elastisitas (N/m)

σ = tegangan (N/m2 atau Pa)

e = regangan

Terdapat berbagai bentuk benda uji (specimen) pada pengujian tarik. Adapun bentuk dari spesimen tersebut, yaitu:

1. Benda Uji (Spesimen) Berbentuk Plat (Plate Form)

Dalam standarisasi metoda pengujian Tarik untuk material logam telah diatur mengenai bentuk spesimen uji tarik yang baku. Setiap bahan uji (specimen) harus memiliki spesifikasi meliputi ukuran panjang (gauge length) disimbolkan dengan G, lebar (width) disimbolkan W, ketebalan (thickness) disimbolkan T, garis tengah (diameter) disimbolkan D, jari-jari (radius) disimbolkan R, panjang keseluruhan (over all length) disimbolkan L, panjang yang dikurangi (length of reduced) disimbolkan A, panjang bagian pegangan (length of grip section) disimbolkan B dan lebar bagian pegangan (width of grip section) disimbolkan C.

PROSEDUR UJI TARIK

Dalam ASTM E8 (Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials)

Gambar Spesimen Pelat (Plate Form) dengan uji Tarik Berdasarkan ASTM E8

2. Benda Uji (Spesimen) Berbentuk Silinder (Round Bar Form) Batang uji (round bar form) berdasarkan ASTM E8 (Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials) adalah 2 in. (50.8 mm). Disertai pembentukan diameter spesimen uji sebesar 0.5 in. (12.7 mm) , radius of fillet 3/8 in. dan Length of reduced section (A) sebesar 2 ¼ in.

Gambar spesimen Slinder (Round Bar Form) dengan uji Tarik sesuai dengan ASTM E8

3. Benda Uji (Spesimen) Berbentuk Baja Tulangan Beton

Besi beton diproduksi secara umum terdiri dari 2 jenis yaitu besi beton permukaan polos (round bar) dan besi beton ulir (deformed bar). Perbedaan dua jenis besi tersebut adalah terletak pada bagian permukaannya. Besi polos mempunyai penampang bundar dengan permukaan tidak bersirip, sedangkan besi ulir memiliki berbentuk sirip melintang (sirip ikan).

Gambar Besi Beton Polos dan Besi Beton Ulir/Sirip

Pengukuran panjang batang uji besi beton ulir (deformed bar) terlebih dulu diratakan ujung-ujungnya supaya diperoleh pengukuran panjang yang lebih presisi. Namun dalam menghitung diameter batang uji tidak bisa dilakukan seperti beton polos karena permukaan bidang yang berbentuk sirip melintang. Batang uji diukur pada penampang panjang yang paling rata agar didapatkan nilai hasil uji yang akurat. Langkah berikutnya yakni dengan memasukkan massa jenis dan panjang total dari bahan uji.

Penentuan diameter awal (Do) dan gauge length (Lo) dapat digunakan rumus:

Dimana:

Do = diameter awal besi beton ulir (mm) m = massa besi beton ulir (g)

� = massa jenis besi beton ulir (7.85 g/cm3) L = panjang total besi beton ulir (mm)

 

Setelah diketahui diameter awal besi beton ulir dilanjutkan menghitung gauge length (Lo) dengan rumus berikut:

Lo = 8 x Do Dimana:

Lo = panjang gauge length besi beton ulir (mm)

Do = diameter awal besi beton ulir (mm)

Spesimen akan diberi beban uji aksial yang semakin besar secara kontinyu.

Akibat dari pembebanan aksial tersebut, spesimen akan mengalami perubahan panjang.

Perubahan beban (P) dan perubahan panjang (∆L) tercatat pada mesin uji tarik berupa grafik, yang merupakan fungsi beban dan pertambahan panjang dan disebut sebagai grafik P–∆L dan kemudian dijadikan grafik Stress-Strain yang menggambarkan sifat bahan secara umum.

METODE PEMBERIAN BEBAN

Grafik P–∆L hasil pengujian Tarik

Keterangan :

A = Titik proporsionalitas B = Titik elastis

C = Titik yield

D = Titik maksimum E = Titik patah

Pada gambar diatas tampak bahwa sampai titik A perpanjangan sebanding dengan pertambahan beban. Pada daerah inilah berlaku hukum Hooke, sedangkan titik C merupakan batas berlakunya hukum tersebut. Oleh karena itu titik A di sebut juga batas proporsional. Sedikit diatas titik A terdapat titik B yang merupakan batas elastis di mana bila beban dihilangkan maka belum terjadi pertambahan panjang permanen dan spesimen kembali ke ukuran panjang semula.

Daerah di bawah titik B disebut sebagai daerah elastis.

Sedangkan diatasnya disebut daerah plastis. Di atas titik B terdapat titik C yang merupakan titik yield (luluh) yakni di mana logam mengalami pertambahan panjang tanpa pertambahan beban yang berarti.

Titik yield merupakan keadaan dimana spesimen terdeformasi dengan beban minimum.

Pada kenyataannya karena perbedaan antara ketiga titik A, B dan C sangat kecil, maka untuk perhitungan teknik seringkali keberadaan ketiga titik tersebut cukup diwakili dengan titik C saja.

Dalam kurva titik yield ditunjukkan pada bagian kurva yang mendatar atau beban relatif tetap. Titik C ini tidak sama untuk semua logam.

Untuk material yang ulet misalkan besi murni atau baja karbon rendah, titik C tampak sangat jelas. Namun pada umumnya penampakan titik C tidak selalu tampak jelas.

Menentukan titik yield dengan menggunakan metode offset dilakukan dengan cara menarik garis lurus yang sejajar dengan garis miring pada daerah proporsional dengan jarak 0,2% dari regangan maksimal.

Titik yield didapat pada perpotongan garis tersebut dengan kurva σ-ε sebagaimana ditunjukkan pada gambar berikut.

METODE OFFSET

Urutan langkah kerja yang dilakukan dalam pengujian Tarik adalah:

1. Menyiapkan spesimen. Langkah yang dilakukan dalam menyiapkan spesimen adalah: – Ambil spesimen dan jepit pada ragum. – Siapkan kikir, dan kikir bekas machining pada spesimen yang memungkinkan menyebabkan salah ukur. – Ulangi langkah di atas untuk seluruh specimen.

2. Pembuatan gauge length. Langkah yang dilakukan dalam pembuatan gauge length adalah: – Siapkan penitik dan tandai spesimen dengan dua titik sejuh 60 mm untuk spesimen plate bar dan round bar. Sedangkan untuk beton ulir gauge lenghtnya 8 x diameter. Dimana gauge lenght untuk beton ulir diperoleh: ℓ = 78.40 mm m = 177.38 gram ρ baja = 0,00785 gram/mm3 d= √((4 m)/(π ρ l)) d= √((4 x 177.38)/(π 0,00785 x 78.40)) = 9,816 mm Sehingga gauge lenght beton neser ℓ0 = 8 x 9,816 = 78,526 mm - Ulangi langkah di atas untuk seluruh spesimen.

LANGKAH KERJA UJI TARIK (TENSILE TEST)

3. Pengukuran dimensi, Langkah yang dilakukan dalam pengukuran dimensi adalah: – Ambil spesimen dan ukur dimensinya. – Catat jenis spesimen dan data pengukurannya pada lembar kerja. – Ulangi langkah di atas untuk seluruh specimen

4. Pengujian pada mesin uji tarik. Langkah yang dilakukan dalam pengujian pada mesin uji tarik adalah: – Catat data mesin pada lembar kerja. – Ambil kertas milimeter dan pasang pada tempatnya. – Ambil spesimen dan letakkan pada tempatnya secara tepat. – Setting beban dan pencatat grafik pada mesin tarik. – Berikan beban secara kontinyu sampai spesimen patah. – Catat besarnya beban pada saat yield, ultimate dan ketika patah yang nilainya tampak pada monitor beban. – Setelah patah, ambil spesimen dan ukur panjang dan luasan penampang yang patah . – Ulangi langkah di atas untuk seluruh spesimen. 

Pengujian Pada Mesin Uji Tarik

Ada banyak manfaat yang diperoleh dari uji Tarik. Dengan memberikan gaya tarik pada material sampai putus maka semua susunan struktur material bisa diketahui dengan jelas sehingga dapat menentukan kualitas dari material tersebut.

Untuk manfaat dari kriteria Uji Tarik itu sendiri mengacu pada nilai kekuatan tarik pada sertifikat dari material atau bahan tersebut, apabila nilai dari Uji Tarik kurang dari nilai kekuatan tarik pada sertifikat material, maka material tersebut tidak bisa diterima.

MANFAAT UJI TARIK (TENSILE TEST)

Terima

Kasih