Sifat-sifat Material dan Pengujiannya

Sifat-sifat Material dan Pengujiannya Klasifikasi sifat material teknik Klasifikasi sifat-sifat material perlu diketahui dalam pemilihan material dalam proses design, klasifikasi tersebut adalah : 1. Mechanical class Strength, tension, compression, shear and flexure (under statics, impact, or fatique conditions), stiffness, Tougness, elasticity, plasticity, ductileness, brittleness, hardness, wear resistance. 2. Physical class Dimension, shape, Berat jenis, specific gravity, porosity, moisture content, macrostructure, microstructure, Elektrikal properties 3. Chemical class Oxide and compound composition, acidity atau alkalinity, resistance to corrosion or wethering. 4. Thermal class Specific heat, expansion, conductivity 5. Physical chemical class Water absorbtive, shrinkage and swell due to moisture changes 6. Electrical and magnetic optical class Magnetic permeability, galvanic action, colour, light transmission, light reflection 7. Acoustical class Sound transmission, sound reflection

Material Teknik 2nd session

[email protected]

Page 1

Sifat Mekanik Beberapa sifat mekanik yang penting : 1. Kekuatan (Strength) Kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa menyebabkan bahan menjadi patah. Kekuatan ini tergantung pada jenis pembebannya, yaitu : Kekuatan tarik akibat beban tarik Kekuatan geser akibat beban geser Kekuatan tekan akibat beban tekan Kekuatan torsi akibat beban torsi Kekuatan lengkung akibat beban bending

2. Kekerasan (hardness) Kemampuan bahan untuk tahan terhadap penggoresan, pengikisan (abrasi), indentasi atau penetrasi. Sifat ini berkaitan dengan sifat tahan aus (wear resistance). Kekerasan juga berkorelasi dengan kekuatan.

3. Kekenyalan (elastisitas) Kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa menyebabkan terjadinya perubahan bentuk yang permanen setelah tegangan dihilangkan.

4. Kekakuan (stiffness) Kemampuan bahan untuk menerima tegangan / beban tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk(deformasi/defleksi).


[email protected]

Page 2

5. Plastisitas (plasticity) Kemampuan bahan untuk mengalami sejumlah deformasi plastis tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan

6. Ketangguhan (toughness) Kemampuan bahan untuk menyerap sejumlah energy tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan.

7. Kelelahan (fatique) Kecenderungan dari logam untuk patah bila menerima beban yang berulang/dynamic yang besarnya masih jauh dibawah batas kekuatan elastiknya.

8. Creep (merangkak) Kecenderuangan suatu logam untuk mengalami deformasi plastic yang besarnya merupakan fungsi waktu.

Perilaku material seperti yang disebutkan diatas dapat terjadi sebagai akibat dari pembebanan static dan akibat pembebanan dinamik. Pembebanan static merupakan pembebanan yang tetap atau relative konstan, sedangkan pembebanan dinamik merupakan pembebanan yang sifatinya bervariasi atau merupakan beban impak/kejut.

Pembebanan static akan menghasilkan sifat dinamakan statics properties Pembebanan dynamic akan menghasilkan sifat dinamakan dynamics properties


[email protected]

Page 3

STATIC PROPERTIES Bila gaya yang bekerja pada material adalah konstan atau mendekati konstan maka hal ini dikatakan static. Pembebanan static banyak diamati pada fenomena aplikasi engineering. Sifat static suatu material dapat di tentukan dengan menggunakan pengujian2 : a. Tensile Test b. Compression test c. Hardness test Tensile Test Uniaxial tensile test Hasil dari tensile tests biasanya digunakan untuk pemilihan material untuk aplikasi engineering.


[email protected]

Page 4

Spesimen yang dipergunakan untuk pengujian ini harus standar dan mesti mengikuti pengujian yang standar pula hal ini perlu dilakukan agar diperoleh hasil pengujian yang standar dan bisa dipertanggungjawabkan. Standar yang bisa dipergunakan contohnya adalah ASTM. JIS, NIST, dll.


[email protected]

Page 5

Hasil Uji Tarik Kurva tegangan regangan tensile testing machine


[email protected]

Page 6

Data yang diperoleh dari mesin tarik biasanya dinyatakan dengan grafik beban-pertambahan panjang (grapik P – ΔL). Grafik ini masih belum banyak gunanya karena hanya menggambarkan kemampuan batang uji untuk menerima beban gaya. Untuk dapat digunakan menggambarkan sifat bahan secara umum maka grafik (P- ΔL) harus dijadikan grafik lain yaitu suatu diagram tegangan – regangan (Stress-Strain diagram), di sebut juga diagram tarik atau σ – ε. Pada saat batang uji menerima beban sebesar P kg maka batang uji akan bertambah panjang sebesar ΔLmm. Pada saat itu pada batang uji bekerja tegangan yang besarnya : .σ = P/Ao Dimana Ao adalah luas penampang batang uji mula-mula Juga pada saat itu pada batang uji terjada regangan yang besarnya : .ε = ΔL/Lo = (L – Lo)/Lo Dimana

Lo = panjang uji mula-mula L = panjang saat menerima beban


[email protected]

Page 7

Ductile materials Low carbon steel umumnya memiliki hubungan yang linier hingga mencapai yield point (Gambar.2). Bagian linear dari kurva ini merupakan elastic region dan gradiennya merupakan modulus of elasticity atau Young's Modulus. Setelah yield point, bentuk curve menurun mendadak karena dislocations dari Cottrell atmospheres. Deformation kemudian meningkat kembali, peristiwa ini terjadi karena strain hardening hingga mencapai ultimate strength. Sampai titik ini, luasan cross-sectional spesimen berkurang karena kontraksi poisson (akibat dari poisson ratio). (Noted :The actual rupture point is in the same vertical line as the visual rupture point.). Neck terbentuk ketika pengurangan luas penampang terjadi secara cepat. Seperti ditunjukkan dalam gambar.2, Pada engineering stress–strain curve kondisi ini ditunjukkan dengan pengurangan apparent stress. Tetapi pada kurva true stress dan true strain, stress akan terus berlanjut naik hingga failure. Ductile materials seperti aluminum dan medium hingga high carbon steels tidak memiliki yield point. Pada material ini, yield strength ditentukan dengan "offset yield method", Dimana penentuan yield point dilakukan dengan menggambar garis pararel dengan bagian linier elastic dari kurca, dan berpotongan dengan absis pada 0.2% (0.1%) Elastic region merupakan bagian dari kurva dimana material akan kembali ke bentuk asalnya jika beban di hilangkan. Plastic region adalah bagian dimana deformasi permanen akan terjadi jika beban dihilangkan.

Gambar 2. A stress–strain curve typical of structural steel Material Teknik 2nd session

[email protected]

Page 8

Brittle materials

Gambar.3 Stress–strain curve untuk brittle materials. Brittle materials seperti concrete dan carbon fiber tidak mempunyai yield point, dan dan tidak mengalami strain-harden. Sehingga the ultimate strength dan breaking strength adalah sama. Seperti ditunjukkan pada gambar 3. Beberapa material brittle seperti glass tidak menunjukkan plastic deformation dan fail ketika deformation masih elastic. Salah satu karakteristik dari kegagalan brittle adalah hasil patahan bisa disambung lagi untuk menghasilkan bentuk yang sama seperti sebelum patah. Bentuk stress strain curve untuk brittle material akan linear. Glass fibers memiliki tensile strength lebih kuat dibandingkan steel, tetapi tidak untuk bulk glass. Hal ini karena stress intensity factor berhubungan dengan defects dalam material. Umumya tensile strength dari a rope biasanya selalu lebih kecil dibandingkan dengan penjumlahan dari tensile strength tiap-tiap individual fibers penyusunnya.


[email protected]

Page 9

SIFAT MEKANIK PADA DAERAH ELASTIK 1. Kekuatan elastis Kemampuan untuk meneriama beban/tegangan tanpa berakibat terjadinya deformasi plastik (perubahan bentuk yang permanen). Kekuatan elastik ini ditunjukkan oleh titik yield (besarnya tegangan yang mengakibatkan terjadinya yield). 2. Kekakuan Suatu bahan yang memiliki kekakuan tinggi (dalam batas elastisnya) bila mendapat beban akan mengalami deformasi elastik tapi hanya sedikit saja. Dinyatakan dengan E=σ/ε = elastisitas. Kekakuan adalah 1/E = ρ 3. Resilien (Resilience) Kemampuan untuk menyerap energi tanpa mengakibatkan terjadinya deformasi plastic.


[email protected]

Page 10

SIFAT MEKANIK PADA DAERAH PLASTIK 1. Kekuatan tarik (tensile strength) Kemampuan untuk menerima beban / tegangan tanpa terjadi rusak / putus. Ini dinyatakan dengan tegangan maksimum sebelum putus. Kekuatan tarik adalah Ultimate tensile strength, UTS) = Pmax/Ao Pada baja kekuatan tarik cenderung naik dengan naiknya kadar carbon, seperti gambar berikut.

2. Keuletan (ductility) Kemampuan untuk berdeformasi secara plastis tanpa menyebabkan patah. Dapat diukur dengan besarnya regangan plastis yang terjadi setelah batang uji putus. Keuletan biasanya dinyatakan dengan persentase perpanjangan (percentage elongation). εDo = (Lf – Lo)/ 100% Lf = gage length setelah putus Contohnya : 25% pada gauge length 50 mm.


[email protected]

Page 11

Secara grafis persentase perpanjangan dapat diukur langsung pada diagram σ – ε, yaitu dengan menarik garis dari titik patah (B) sejajar dengan garis elastis hingga memotong di absis (D). Panjang DC adalah regangan elastis, panjang OD adalah regangan plastis.

Keuletan merupakan faktor mekanik yang penting karena : -

Keuletan menunjukkan seberapa banyak suatu logam dapat dideformasi tanpa menjadi patah/retak. Hal ini penting untuk menentukan besar deformasi yg akan dilakukan pada proses rolling, extruding, forming, drawing. Dll. Kerusakkan pada bahan yang ulet biasanya didahului oleh adanya deformasi, sehingga bila dijumpai adanya deformasi maka akan dapat diambil tindakan untuk mencegah kerusakan lebih lanjut.


[email protected]

Page 12

3. Ketangguhan (toughness) Kemampuan menyerap energi tanpa menyebabkan patah, dapat diukur dengan besarnya energi yang diperlukan untuk mematahkan. Ketangguhan diukur dengan modulus ketangguhan. Beberapa pendekatan mekanik untuk mengukur ketangguhan adalah sebagai berikut. Pada bahan ductile

UT = ε.σu = ε. (σu + σy )/2 Pada bahan britle

UT =2/3 ε.σu Besarnya ketangguhan merupakan area luasan dibawah kurva teg. – reg. seperti berikut ini.


[email protected]

Page 13