Embed Size (px)
Citation preview
Kelompok XV :
Adrinaldi (0806331405)Hutri Prianugrah (0806455736)Indra Septiawan (0806331645)M.Ekaditya Albar (0806331683)Maryane Anugerah (0806331714)Wirzaroka (0806455931)
1
2
1. Untuk membandingkan kekuatan maksimum beberapa jenis logam (besi tuang, baja, tembaga,
dan aluminium).
2. Untuk membandingkan titik luluh logam-logam tersebut.
3. Untuk membandingkan tingkat keuletan logam-logam tersebut, melalui penghitungan %
elongasi dan % pengurangan luas.
4. Untuk membandingkan fenomena necking pada logam-logam tersebut.
5. Untuk membandingkan modulus elastisitas dari logam-logam tersebut.
6. Untuk membuat, membandingkan serta menganalisis kurva tegangan-regangan rekayasa
maupun sesungguhnya dari beberapa jenis logam.
7. Untuk membandingkan tampilan perpatahan (fraktografi) logam-logam tersebut dan
menganalisanya berdasarkan sifat-sifat mekanik yang telah dicapai.
3
Spesimen ditarik secara uniaxial oleh mesin uji tarik
Mesin uji tarik akan menghasillan data berupa grafik
stress vs strain
Perpatahan akan dialami oleh sampel
4
Alat & Bahan:
1. Universal Testing Machine, Servopulser Shimadzu
kapasitas 30 ton
2. Calipper dan atau micrometer
3. Spidol permanen atau penggores (cutter)
4. Steroscan macrosope
5. Sampel uji tarik (besi tuang, baja, tembaga dan
aluminium)
5
Flow Chart:
Pasang sampel pada grip mesin
Shimadzu
Mulai penarikan, perhatikan
mekanisme yang terjadi
Tandai pada grafik titik UTS dan
fracture point
Lepaskan sampel dari mesin dan ukur
panjang dan diameter akhir
Mengamati karakteristik perpatahan,
sketsa
Pengujian
selesai
Hitung formulasi sesuai nilai-nilai
yang ditentukan
Ulangi pengujian untuk material lain
yang berbeda
Selesai
Mulai
Mengukur dimensi sampel
Sketsa sampel, catat ukurannya
Tandai gauge length dengan spidol
6
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
0 5 10 15 20 25
P (
Kg)
dL (mm)
Grafik P vs dL
Fe
Cu
Al
7
Spesimen yang mengalami elongasi paling besaradalah Cu, kemudian Fe dan Al.
Fe memiliki kemampuan menahan beban palingbesar, lalu Cu dan Al.
Pertambahan panjang yang paling tinggi dimiliki olehAl, kemudian Fe dan Cu.
8
0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
500.0
600.0
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45
Str
ess (M
Pa)
Strain
Grafik vs
Fe
Cu
Al
Sampel FeTeg.Luluh: 468 MpaUTS: 566.45 MpaTeg.Putus: 540 MpaE: 52.804 Gpa% Red: 58.13%% Elong: 25%
Sampel CuTeg.Luluh: 259 MpaUTS: 294.95 MpaTeg.Putus: 243 MpaE: 43.217 GPa%Red: 66.2%%Elong: 33%
Sampel AlTeg.Luluh: 90.31 MpaUTS: 173.97 MpaTeg.putus: 136 MpaE: 17.83 Gpa%Red: 67.98%%Elong:22.8%
9
Callister, William D. Materials Science and Engineering An Introduction Fourth Edition. The McGraw-Hill Companies:
New York, NY, 2007.
10
Fe memiliki UTS, Breaking Strength, ModulusElastisitas, dan ketangguhan yang tinggi, disusul olehCu, kemudian Al.
Cu memiliki elongasi terbesar
Al memiliki reduksi luas penampang yang paling besar
11
0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
500.0
600.0
700.0
800.0
0.0
000
0.0
500
0.1
000
0.1
500
0.2
000
0.2
500
0.3
000
0.3
500
t
t
Grafik t vs t
Fe
Cu
Al
12
Nilai maksimal yang di dapat dari pengujian ini adalah
Fe 743 MPa, Cu 350.3 MPa , dan Al 213.7 MPa
Pada grafik σt vs εt , terdapat perbedaan tegangan
maksimum yang diterima oleh sampel dengan
tegangan maksimum yang diterima sampel pada grafik
σ vs ε (engineering).
13
14
15
16
Permukaan patahan ketiga sampel berserabut (tidak rata) dan gelap (dull)
Ketiga sampel menunjukan perpatahan ulet
Perpatahan Fe = cup-cone
Perpatahan Cu = patahan miring hampir 45o
Perpatahan Al = patahan miring hampir 45o
17
Pengujian tarik dapat memberikan gambaran mengenai sifat mekanis material
berupa ketangguhan, keuletan dan kekuatan yang dihubungkan dengan kekuatan
tariknya.
Urutan material dengan kekuatan tarik dari yang tertinggi adalah Fe, Cu dan Al.
Material yang paling ulet menurut hasil praktikum ini adalah Cu, lalu Fe dan Al.
Hal ini tidak sesuai dengan literatur. Seharusnya Al lebih ulet dari Fe (baja).
Fenomena necking terlihat dari ketiga sampel yang diuji.
Modulus elastis yang paling besar dimiliki Fe dan yang terendah dimiliki oleh Al.
Kurva tegangan-regangan rekayasa didasarkan atas luas penampang awal dan
kurva tegangan-regangan sesungguhnya didasarkan atas luas penampang aktual.
Patahan yang terjadi menampakan adanya fibrous dan tidak memantulkan cahaya,
menunjukan bahwa termasuk patahan ulet.
18
1. Tuliskan 5 jenis aplikasi pengujian Creep!
Jawab:
◦ Jet Engine (mesin jet)
◦ Steam Turbine (turbin uap)
◦ Light Bulb Filament (filamen pada bola lampu)
◦ Heat Exchanger
◦ Nuclear Power Plant (mesin tenaga nuklir)
19
2. Jelaskan isi ASTM D 3552 beserta sampel dan cara ujinya!
Jawab:
ASTM D 3552 berisi tentang metode pengujian standar untuk sifat tarik dari FiberReinforced Metal Matrix Composites. Metode pengujian ini didesain untuk menghasilkandata sifat tarik untuk spesifikasi, penelitian dan pengembangan, jaminan kualitas, sertadesain dan analisis struktural material. Faktor-faktor yang memengaruhi respon tarik danperlu diperhatikan antara lain material, metode preparasi material, rangkaian susunanspesimen, preparasi spesimen, pengondisian spesimen, lingkungan pengujian, perataandan gripping spesimen, kecepatan pengujian, temperatur pengujian, serta penguatanpersen volume. Sifat yang didapat dari metode pengujian ini yaitu Ultimate TensileStrength (Kekuatan Tarik Maksimum), Ultimate Tensile Strain (Regangan Tarik Maksimum),Modulus elastistas tarik, dan Poisson’s Ratio.
20
3. Apa yang terjadi jika dislokasi pindah ke butir lain?
Jawab:
Yang akan terjadi ketika dislokasi berpindah ke butir lain adalah
terjadinya fracture (kegagalan) pada material tersebut. Ini dikarenakan
energi yang diberikan untuk mendeformasi material tersebut sudah
cukup tinggi sehingga tidak lagi mampu ditahan oleh material tersebut
dan akhirnya patah.
21
4. Tuliskan rumus Frank-Rule!
Jawab:Frank Rule menjelaskan tentang Burger Vector, yaitu:
B = b1 + b2
22
5. Jelaskan proses munculnya tegangan sisa!
Jawab:
Tegangan sisa adalah tegangan yang tersisa setelah penyebab tegangan yang asli
(gaya eksternal, perubahan panas) dihilangkan. Tegangan ini menyisa di
penampang komponen, bahkan tanpa sebab eksternal. Tegangan sisa terjadi
karena berbagai alasan, misalnya karena deformasi yang tidak elastis dan
perlakuan panas. Panas dari proses pengelasan dapat mengakibatkan pemuaian
yang terlokalisasi dan ketika las-lasan tersebut sudah mendingin, ada bagian yang
ikut dingin namun ada juga yang meninggalkan tegangan sisa.
23
6. Jelaskan mekanisme twinning!
Jawab:Twinning adalah mekanisme dimana sebuah gaya geser dapat mengakibatkansuatu pemindahan atom pada satu sisi bidang sehingga atom-atom tersebutmenempati posisi seperti pantulan cermin dari atom-atom pada sisi yang lain.Jadi, pada gambar di bawah, bulatan yang kosong menandakan atom-atom yangtidak bergerak. Pada gambar (b), bulatan dengan garis putus-putus dan berisimasing-masing menandakan posisi awal atom dan posisi akhir atom. Besar jarakpemindahan pada daerah kembar (twin) yang digambarkan dengan panahproporsional terhadap jarak dari bidang kembar (twin plane).
24
7. Mengapa struktur Kristal BCC memiliki 12 dan 24 slip system?
Jawab:Seperti yang dapat dilihat pada tabel, struktur kristal BCC yang memiliki slip systemsebanyak 12 dan 24 tergantung pada jenis logamnya (Metals) dan bidangterpadatnya (Slip Plane). Sementara itu, arah terpadat (Slip Direction) padastruktur kristal BCC tidak mengalami perubahan seperti yang dialami oleh slipplane. Perbedaan slip plane akan menghasilkan perbedaan jumlah slip systempada kristal struktur BCC.
Referensi: Callister, William D., 2007, Materials Science and Engineering 7th
Edition: An Introduction, USA: John Wiley and Sons.
25
8. Manakah yang lebih tangguh? Perpatahan intergranular atautransgranular?
Jawab:
Perpatahan intergranular adalah perpatahan yang melalui sepanjang batasbutir, sedangkan perpatahan transgranular adalah yang membelah butir.Ketangguhan sendiri didefinisikan sebagai kemampuan material untukmenyerap energi sebelum patah. Perpatahan intergranular dantransgranular merupakan jenis perpatahan yang getas. Ini dapat dilihatdari material getas yang tidak mengalami deformasi plastis sehinggamemiliki ketangguhan yang rendah (luas permukaan di bawah grafikstress-strain kecil). Jadi, dapat dikatakan bahwa perpatahan transgranulardan intergranular tidak memiliki ketangguhan yang tinggi karena keduanyamerupakan hasil perpatahan dari material yang getas.
26
9. Jelaskan mekanisme Luder Band!
Jawab:
Pada Baja lunak (mild steel) kurva tegangan dan regangannya menunjukkan areatransisi lokal yang tidak linear seperti ditunjukkan pada kurva tegangan danregangan pada umumnya. Pada kurva tersebut terdapat tegangan luluh atas dantegangan luluh bawah (upper and lower yield point). Pada baja lunak, dislokasicenderung lebih mudah digerakkan, namun ketika menumbuk atom lain yanglebih keras, seperti atom karbon pada baja, gerakan dislokasi akan terhambat danmembutuhkan energi lebih untuk melewatinya, hal inilah yang menyebabkanterjadinya tegangan luluh atas. Setelah melewati penghalang tersebut, dislokasikembali mudah bergerak sehingga energi yang begitu besar akibat tertahan tadiakan turun kembali, inilah yang dikenal dengan mekanisme terjadinya teganganluluh bawah.
27
10. Sebutkan standar spesimen untuk uji tarik pada pelat!
Jawab:Standar pengujian tarik untuk material berbentuk plat dapat dilihat padaASTM E 8 – 04. Bentuk spesimen ujinya adalah sebagai berikut:
28
29
1. Mampu menguasai beberapa metode pengujian yang umum dilakukan untuk
mengetahui nilai kekerasan suatu logam.
2. Mampu menjelaskan makna nilai kekerasan material dalam lingkungan ilmu
metalurgi dan ilmu-ilmu terapan lainnya.
3. Mampu menjelaskan perbedaan antara pengujian kekerasan dengan metode gores,
pantulan, dan indentasi.
4. Mampu menjelaskan kekhususan pengujian kekerasan dengan metode Brinell,
Vickers, Knoop, dan Rockwell.
5. Dapat mengaplikasikan beberapa formulasi dasar untuk memperoleh nilai kekerasan
material dengan uji Brinell dan Vickers.
30
Pengujian dengan cara indentasi metode Brinell.
Variabel tetap yang digunakan berupa diameter indentor, beban indentor, dan
waktu indentasi.
Pengujian untuk masing-masing sampel, antara lain:
◦ Fe: beban 187.5 kg; dindentor 3.2 mm; waktu indentasi 10 detik.
◦ Cu: beban 62.5 kg; dindentor 3.2 mm; waktu indentasi 15 detik.
◦ Al: beban 31.25 kg; dindentor 3.2 mm; waktu indentasi 15 detik.
Indentasi dilakukan sebanyak tiga kali pada titik yang berbeda dengan beban
dan waktu indentasi yang sama untuk tiap sampel.
Jejak yang dihasilkan dari indentasi diukur dengan measuring microscope.
31
Alat & Bahan:
1. Hoytom microhardness tester (metode Brinell)
2. Micrometer
3. Measuring microscope
4. Sampel uji silinder pejal (baja, tembaga, dan
aluminium)
32
Flow Chart:
Mulai
Menyiapkan
sampel uji
kekerasan
Memasang indentor
Memilih beban
sesuai sampel uji
Memutar poros
searah jarum jam
Memutar poros
hingga menyentuh
batas merah
Memutar tuas ke
belakang untuk
melakukan indentasi
selama 10-15 detik
Memutar poros
berlawanan arah
jarum jam
Melakukan proses
untuk lokasi dan
sampel lainnya
Mengukur diameter
jejak indentasi
Menghitung nilai
kekerasan
Selesai
33
Tabel Data
Sampel P (kg)D
(mm)
Nomor
Indentasi
d (mm)BHN
(kg/mm2)
BHN rata-rata
(kg/mm2)d1
(mm)d2 (mm)
d rata-rata
(mm)
Fe 187.5 3.2
1 1.393 1.408 1.4005 115.53
112.882 1.432 1.440 1.436 109.57
3 1.416 1.408 1.412 113.55
Cu 62.5 3.2
1 1.039 1.042 1.0405 71.48
71.992 1.046 1.043 1.0445 70.92
3 1.028 1.024 1.026 73.57
Al 31.25 3.2
1 0.868 0.852 0.860 52.79
56.572 0.842 0.922 0.882 50.14
3 0.748 0.784 0.766 66.80
34
Foto Spesimen Hasil penjejakan (Fe, Cu, dan Al)
35
Data ke-2 untuk sampel Fe:◦ Beban (P) = 187.5 kg◦ Dindentor (D) = 3.2 mm◦ djejak1 (d1) = 1.432 mm◦ djejak2 (d2) = 1.440 mm◦ drata-rata (d) = 1.436 mm
36
106.00
107.00
108.00
109.00
110.00
111.00
112.00
113.00
114.00
115.00
116.00
1 2 3
115.53
109.57
113.55
BH
N
Nomor Indentasi
Grafik BHN vs Beban (Fe)
37
MaterialBHN (Brinell Hardness
Number)
Steel 0.4%C
Steel 0.6%C
Steel 0.8%C
Malleable iron
Nickel cast iron
130 – 190
200 - 235
240 – 360
120
200
Referensi: Davis,HE. Troxell,GE. The Testing of Engineering Materials 4th
edition (procedure of hardness tests). The McGraw-Hill Companies : New York,NY
• Kekerasan rata-rata sampel Fe sebesar 112.88 BHN (dilakukan dengan
beban sebesar 187.5 kg, waktu pembebanan 10 detik dan pengujian
sebanyak 3x).
• Dengan nilai BHN Fe sebesar 112.88 BHN, maka jenis Fe yang digunakan
kemungkinan besar adalah malleable iron.
38
69.50
70.00
70.50
71.00
71.50
72.00
72.50
73.00
73.50
74.00
1 2 3
71.48
70.92
73.57
BH
N
Nomor Indentasi
Grafik BHN vs Beban (Cu)
39
Referensi: Callister, William D., 2007, Materials Science and Engineering 7th Edition: An Introduction, USA: John Wiley and Sons.converted from MPa to BHN
• Kekerasan rata-rata sampel Cu sebesar 71.99 BHN (dilakukan dengan
beban sebesar 62.5 kg, waktu pembebanan 15 detik dan pengujian
sebanyak 3x).
• Jenis Cu yang digunakan kemungkinan besar adalah paduan Cu C11000.
MaterialBHN (Brinell Hardness
Number)
Paduan Cu C11000
Paduan Cu C17200
Paduan Cu C36000
Paduan Cu C71500
Paduan Cu C93200
64.06 – 131.88
135.94 – 423.77
97.97 – 135.94
107.83 – 149.86
69.86
40
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
1 2 3
52.7950.14
66.80
BH
N
Nomor Indentasi
Grafik BHN vs Beban (Al)
41
Referensi: Davis,HE. Troxell,GE. The Testing of Engineering Materials 4th
edition (procedure of hardness tests). The McGraw-Hill Companies : New York,NYconverted from MPa to BHN
• Dengan nilai BHN Al sebesar 56.57 BHN, maka jenis Al yang digunakan
kemungkinan besar adalah paduan Al 2024.
Material BHN (Brinell Hardness
Number)
Paduan Al 1100
Paduan Al 2024
Paduan Al 2014
Paduan Al 5052
Paduan Al 5456
Paduan Al 7075
21.74 – 47.83
53.62 – 143.48
53.62 – 140.58
56.52 – 84.06
89.86 – 101.45
66.67 – 165.22
42
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
Fe Cu Al
112.88
71.99
56.57
BH
N
Sampel
Grafik BHN vs Sampel
43
Urutan nilai kekerasan berdasarkan BHN:
Fe > Cu > Al
(Sesuai literatur)
Semakin kecil diameter jejak yang dihasilkan, semakin
besar nilai kekerasannya.
44
Kekerasan↑ → ketahanan aus↑
Kekerasan↑ → keuletan↓
Kekerasan↑ → kekuatan↑
◦ TS (MPa) = 3.45 x BHN
◦ TS (Psi) = 500 x BHN
45
Metode Brinell adalah metode yang umum dilakukan untuk mengetahuinilai kekerasan dari suatu material.
Nilai kekerasan material dipengaruhi oleh beban, diameter indentor, dandiameter jejak yang dihasilkan.
Material dengan jarak indentasi paling besar menghasilkan nilai kekerasanyang lebih tinggi
Urutan material dengan nilai kekerasan dari yang tertinggi hingga yangterendah dalam pengujian ini adalah Fe (112.88 BHN), Cu (71.99 BHN), danAl (56.57 BHN).
Nilai kekerasan yang meningkat mengakibatkan kekuatan tarik materialjuga meningkat, namun material akan menjadi semakin getas. Oleh karenaitu, keuletan material juga perlu diperhatikan untuk mendapatkan materialyang tangguh.
46
1. Mengapa dislokasi bergerak menuju batas butir?
Jawab:
Batas butir adalah daerah yang megandung energi palingtinggi. Untuk bergerak, dislokasi butuh energi sehinggadislokasi ini cenderung mencari daerah yang energinyatinggi. Ketika dislokasi sampai di batas butir, energi yangdimiliki batas butir terlalu tinggi dan malah menghambatpergerakan dislokasi. Oleh karena itu, dislokasi terhenti dibatas butir.
47
2. Mengapa standar pengujian kekerasan di DTMMberbeda dengan standar ASTM? (Beban= 187.5 kgdan D= 3.2 mm)?
Jawab:
Standar pengujian kekerasan yang dipakai diDTMM berbeda dengan standar ASTM karenapengujian yang dilakukan di DTMM hanya untukmembandingkan kekerasan material, bukan untukstandarisasi.
48
3. Mengapa pada pengujian kekerasan Fe dibutuhkan waktu10 detik? Apakah waktunya boleh lebih?
Jawab:
Pengujian kekerasan Fe dibutuhkan waktu minimal 10 detikkarena proses deformasi yang diharapkan pada pengujiankekerasan ini adalah deformasi plastis, artinya materialtersebut sudah melewati deformasi elastis sehingga atom-atomnya tidak akan kembali lagi. Waktu pengujian ini tidakboleh lebih dari waktu yang telah ditentukan (10 detik)karena material tersebut akan terus terdeformasi sehinggahasil yang diperoleh tidak akurat dengan hasil sebenarnya.
49
50
1. Untuk menjelaskan tujuan dan prinsip dasar pengukuran
harga impak dari logam.
2. Untuk mengetahui temperatur transisi perilaku kegetasan
baja struktural ST 42.
3. Untuk menganalisa permukaan patahan (fraktografi) sampel
impak yang diuji pada beberapa temperatur.
4. Untuk membandingkan nilai impak beberapa jenis logam.
5. Untuk menjelaskan perbedaan metode Charpy dan Izod.
51
Prinsip pengujian impak adalah pemberianbeban kejut terhadap material sehingga sampelmenyerap energi dan mengalami deformasi.
Energi berasal dari pendulum bandul yangdiayunkan dari ketinggian tertentu, sehinggamemiliki energi potensial terhadap sampel.
52
53
Metode Charpy
• Dimensi ukuran benda uji:
10x10x55 mm
• Posisi benda uji horizontal
dan tidak dijepit
• Bentuk takik berupa : V
• Ayunan bandul dari arah
belakang takik dengan
pembebanan dilakukan dari
arah punggung takik
54
Alat dan Bahan:
1. Impact testing machine
(metode Charpy)
kapasitas 300 Joule
2. Caliper dan atau
mikrometer
3. Termometer
4. Pemanas
5. Sampel uji impak baja ST
42
6. Kuningan (Cu-Zn)
7. Nitrogen Cair
55
Bahan A (mm2) T (oC) E (Joule) HI (J/mm2)
Fe
(Besi)
76,1175 92 0C 148 1,9443
80,685 -1 0C 8 0,0992
75,95 25,5 0C 140 1,8433
ZnCu
(kuningan)
78,705 145 0C 4 0,0508
79,2 -19 0C 22 0,2778
82,0875 25,5 0C 4,5 0,0548
a = tinggi daerah dibawah takik (mm); b = lebar sampel (mm)
56
57
HI terus menunjukkan peningkatan seiring dengan bertambahnya
temperatur dari temperatur dibawah nol. Pada saat specimen (Fe)
didinginkan sampai temperature bawah 0 derajat celcius material
tersebut memiliki sifat yang getas, sedangkan specimen pada
temperature ruang dan specimen pada temperature tinggi memilki
sifat keuletan yang lebih tinggi.
Fe lebih tangguh daripada CuZn karena memiliki harga impak (HI)
yang lebih besar (menurut data hasil pengujian).
Fe memperlihatkan temperatur transisi ulet-getas
58
Perubahan sifat mekanis pada Fe dari ductile ke brittle
seiring perubahan temperature dari suhu tinggi ke
rendah dinamakan Temperatur Transisi
Pada temperatur tinggi material, terutama yang memiliki
struktur BCC bersifat ulet dan pada temperatur rendah
material bersifat getas.
Peningkatan temperatur meningkatkan harga impak,
sehingga sampel lebih tangguh
59
60
61
62
Fe suhu rendah (dibawah 0 0C) patah secarasempurna. Fe pada suhu rendah bersifat brittle. Jenispatahan yang dihasilkan merupakan patahan getas
Pada Fe bertemperatur tinggi patahan berupapatahan berserat. Tekstur berserat-serat halus, danpatahan ini tidak mengakibatkan specimen terbagidua.
Secara umum patahan dari Fe telah menggambarkansifat patahan material yang ulet dengan ciri-ciripatahan gelap, buram dan fibrous.
63
64
CuZn pada suhu (<0 0C) memiliki nilai HI yang tinggi
dibandingkan dengan pada temperature ruang dan pada
temperature tinggi.
Hal ini kemungkinan disebabkan dari kesalahan praktikan
dalam preparasi sampel dan interpretasi nilai HI.
Dari data CuZn terlihat harga impak fluktuatif.
Tidak terlihat temperatur transisi karena nilai HI yang
kecil.
65
Cu-Zn tidak memiliki temperatur transisi
Harga impak fluktuatif dan tidak mengalami
perubahan signifikan.
Pada temperatur tinggi maupun rendah material
yang memiliki struktur FCC tetap bersifat ulet
66
67
68
69
Patahan pada CuZn bertemperatur tinggi berupa patahanberserat dan specimen patah terbagi menjadi dua (patahansempurna).
Pada CuZn bertemperatur kamar, patahan berupa patahancampuran, tekstur patahan yang memiliki serat dan jugabutiran mengkilat. Patahan yang terbentuk merupakanpatahan yang sempurna, dimana specimen patah terbagi dua.
Sementara pada specimen CuZn dengan temperature rendahpatahan yang dihasilkan juga merupakan jenis patahancampuran.
70
71
Dari grafik HI vs T terlihat bahwa Fe mempunyaiharga impak yang lebih besar dari Cu (sesuai denganliteratur)
Hal ini disebabkan karena Fe mempunyai strukturkristal BCC sedangkan Cu mempunyai struktur kristalFCC.
72
Pengujian impak digunakan untuk mengetahui
ketangguhan dari suatu material terhadap pembebanan
secara tiba-tiba (kejut).
Adanya temperatur transisi, yaitu transisi perubahan
jenis perpatahan pada temperatur yang berbeda.
Pada suhu tinggi beberapa material bersifat ulet dan
pada suhu rendah bersifat getas.
Baja ST42 lebih tangguh dibandingkan CuZn.
73
1. Tuliskan rumus pengaruh ukuran butir terhadap kurva
DBTT !
DBTT = A – Kd -1/2 atau … (1)
= A – K ln d -1/2 … (2)
A : Faktor metalurgi
K : Koefisien dari material
d : Diameter atau ukuran butir
74
2. Sebutkan isi standar ISO 148-1, EN 10045-1, dan ISO 180!
ISO 148-1: 2009
Metallic Materials -- Charpy Pendulum Impact Test – Part 1 :
Test Method
BS EN 10045-1: 1990
Charpy Impact Test on Metallic Materials. Test Method (V-
and U-notches)
ISO 180
Determination of Izod Impact Strength
75
3. Apakah perbedaan perpatahan intergranular dantransgranular? Manakah yang getas dan ulet?
Pada perpatahan intergranular, crackingmerambat melalui batas butir dan perpatahantransgranular, cracking merambat melintasi ataumenembus butir. Keduanya merupakan jenis daribrittle fracture. Perpatahan getas terjadi tanpaadanya deformasi dan dipengaruhi oleh propagasicrack yang cepat. Untuk kebanyakan materialgetas berstruktur kristalin, propagasi crackterjadinya karena adanya breaking dari ikatanatom sepanjang bidang crystallographic (cleavage)dan prosesnya disebut Transgranular atautranscrystalline karena fracture crack tembusmelalui butir. Sedangkan pada beberapa paduan,propagasi crack berlangsung melalui sepanjangbatas butir yang disebut Intergranular.
76
77
Untuk menjelaskan tujuan dan prinsip dasar pengujian
keausan pada logam.
Untuk menganalisis mekanisme keausan yang terjadi
pada beberapa jenis logam (baja lunak, besi tuang,
paduan tembaga dan paduan alumunium).
Untuk membandingkan ketahanan aus beberapa jenis
logam-logam tersebut.
78
Menggunakan metode Ogoshi
Benda uji memperoleh beban gesek yang berasal darirevolving disc sehingga menghasilkan kontak antarpermukaan yang berulang-ulang yang pada akhirnyaakan mengambil sebagian material pada permukaanbenda uji.
P
r
h
b
ω
79
Besarnya jejak permukaan dari material yang tergesekadalah dasar penentuan tingkat keausan pada materialyang diuji keausannya
Volume material yang hilang
Laju Keausan
r
bBW
12
. 3
xr
bB
x
WV
.12
. 3
Keterangan:W = volume material yang terabrasi (mm3)B = tebal revolving disc (mm) R = jari-jari revolving disc (mm) b = lebar celah material yang terabrasi (mm)V = Laju Aus
80
Mesin pengujian keausan metode Ogoshi
Caliper
Mikrometer
Alat pemasang dan pembuka gear (tracker)
Mikroskop pengukur (measuring microscope)
81
Baja karbon
Logam paduan tembaga
Logam paduan aluminium
82
mulai
Menyiapkan sampeluji, gir dan tacker
Memasang benda ujipada sampel holder
Memutar baut padawindow searah jarum
jam
Men-set variasi gir,untuk mengatur
parameter pengujian
Mengatur skala lubangintip pada posisi nol
Menyentuhkan sampeldengan revolving disc
Mengatur pasangan girbeban hingga skala 4.5
pada lubang intip
Skala 4.5
Menyesuaikan set upparameter uji
Membersihkan mesinuji
Menekan tombol switchon
Melepaskan sampel bilamesin telah mati
Mengukur lebar celah(b) pada measuring
microscope
Mengamati jejakkeausan
membuat sketsa dandeskripsi jejak
selesai
tidak
ya
83
Sampel b (mm) x (mm) P (Kg)V
(mm/s)W (mm3)
LA (mm3/mm)
LA rata-rata (mm3/mm)
Fe
3.311
600000 6,32 1970
0.61 1.008E-06
1.337E-063.923 1.01 1.677E-06
3.626 0.80 1.324E-06
Al
5.357
600000 6,32 1970
2.56 4.27E-06
8.092E-065.220 2.37 3.951E-06
8.330 9.63 1.606E-05
Cu
2.898
600000 6,32 1970
0.41 6.761E-07
6.708E-062.863 0.39 6.519E-07
2.910 0.41 6.845E-07
84
Sampel Fe
Sampel Kecepatan (mm) Laju Aus
Fe
1970 1.33654E-06
2380 1.39195E-06
2910 1.19196E-06
3620 1.26328E-06
85
Sampel Cu
Sampel Kecepatan (mm) Laju Aus
Cu
1970 6.70816E-07
2380 3.40719E-06
2910 9.37943E-07
3620 3.53154E-06
86
Sampel Al
Sampel Kecepatan (mm) Laju Aus
Al
1970 8.09239E-06
2380 2.38169E-05
2910 2.90994E-06
3620 3.35758E-05
87
Sampel Fe
Sampel Beban (Kg) Laju Aus
Fe
2.11 1.31201E-06
3.16 1.00357E-06
6.32 1.33654E-06
12.64 9.6934E-07
88
Sampel Cu
Sampel Beban (Kg) Laju aus
Cu
2.11 3.69394E-06
3.16 1.51571E-06
6.32 6.70816E-07
12.64 9.78373E-07
89
Sampel Al
Sampel Beban (Kg) Laju aus
Al
2.11 2.35228E-05
3.16 8.19465E-06
6.32 8.09239E-06
12.64 1.31472E-06
90
91
r = 15 mm
B = 3 mm
b = 3.626 mm
x = 600000 mm
3 33. 3(3.626)
0.7945712 12(15)
B bW mm
r
mmmmx
WLA /10.324.1
600000
79457.0 36
92
r = 15 mm
B = 3 mm
b = 2.91 mm
x = 600000 mm
333
4107.0)15(12
)91.2(3
12
.mm
r
bBW
mmmmx
WLA /10.845.6
600000
4107.0 37
93
r = 15 mm
B = 3 mm
b = 5.22 mm
x = 600000 mm
333
37061.2)15(12
)22.5(3
12
.mm
r
bBW
mmmmx
WLA /10.951.3
600000
37061.2 36
94
0
0.0000002
0.0000004
0.0000006
0.0000008
0.000001
0.0000012
0.0000014
0.0000016
0 2 4 6 8 10 12 14
Laju
Aus
Beban (Kg)
Laju Aus vs Beban (Fe)
95
Berdasarkan literatur: Laju Aus (LA) akan terus meningkat seiring dengan pertambahan
beban. Laju aus berbanding lurus dengan volume material yang
terabrasi.
Berdasarkan grafik: Ditemukan bahwa ada penurunan Laju Aus pada sampel ke-2
dan ke-4 pada pembebanan sebesar 3.16 Kg dan 12.64 Kg.
Faktor penyebab: Permukaan sampel uji tidak rata, sehingga lebar celah material
yang terabrasi tidak terjadi pada permukaan material melainkanpada pengotor yang ada di atasnya.
96
0
0.0000005
0.000001
0.0000015
0.000002
0.0000025
0.000003
0.0000035
0.000004
0 2 4 6 8 10 12 14
Laju
Aus
Beban (Kg)
Laju Aus vs Beban (Cu)
97
Menurut literatur: Laju Aus akan meningkat saat adanya pertambahan beban. Laju aus berbanding lurus dengan volume material yang terabrasi.
Berdasarkan grafik: Ada penurunan Laju Aus pada sampel ke-2, ke-3 dan ke-4. Dapat dilihat
pula bahwa Laju Aus dengan beban pertama, yaitu 2.11 Kg, memilikiLaju Aus yang paling tinggi dibandingkan dengan penambahan bebanberikutnya yang semakin besar.
Penyebab: Preparasi sampel yang kurang tepat pada saat pengamplasan. Permukaan sampel Cu yang tidak bersih dan tidak rata. Ketidaktelitian dalam menggunakan mikroskop pengukur
98
0
0.000005
0.00001
0.000015
0.00002
0.000025
0 2 4 6 8 10 12 14
Laju
Aus
Beban (Kg)
Laju Aus vs Beban (Al)
99
Berdasarkan Grafik: Menunjukkan kurva yang fluktuatif pada setiap pembebanan. Pada beban
2,11 Kg laju keausannya 2.352x10-5 mm3/mm, lalu pada beban 3,16 Kg lajukeausannya turun menjadi 8.194x10-6 mm3/mm, dan turun pada beban 6,32Kg laju ausnya mencapai titik 8.092x10-6 mm3/mm, serta turun kembali ketikabeban 12,64 Kg menjadi 1.314x10-6 mm3/mm.
Berdasarkan literatur: Semakin besar beban yang digunakan maka energi yang di gunakan untuk
mengabrasi suatu material akan semakin besar pula, sehingga laju keausansuatu material juga semakin besar.
Penyebab: Kesalahan dalam menggunakan measuring microscope. Preparasi sampel yang kurang baik.
100
0
0.000005
0.00001
0.000015
0.00002
0.000025
0 2 4 6 8 10 12 14
Laju
Aus
Beban (Kg)
Perbandingan Laju Aus vs Beban
Fe
Cu
Al
101
Berdasarkan grafik: Perbandingan laju aus ketiga sampel terhadap beban di
atas, terlihat bahwa pada beban 2.11 Kg – 12.64 Kg, logamyang mempunyai laju aus tertinggi adalah logam Al diikutidengan logam Cu dan kemudian Fe.LA rata-rata Fe = 1.155E-06 mm3/mmLA rata-rata Cu = 1.714E-06 mm3/mmLA rata-rata Al = 1.028E-05 mm3/mm
Berdasarkan literatur: Laju keausan Al lebih tinggi daripada Cu dan Fe pada tiap-
tiap pembebanan.
102
1.15E-06
0.0000012
1.25E-06
0.0000013
1.35E-06
0.0000014
1.45E-06
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Laju
Aus
Kecepatan (mm/s)
Laju Aus vs Kecepatan (Fe)
103
Berdasarkan literatur: Laju Aus (LA) akan terus meningkat seiring dengan pertambahan
kecepatan. Laju aus berbanding lurus dengan volume material yang terabrasi.
Berdasarkan grafik: Adanya penurunan Laju Aus pada sampel ke-3 dan ke-4, yaitu pada
kecepatan 2910 mm/s dan 3620 mm/s. Hasil ini tidak sesuai denganliteratur, seharusnya semakin cepat revolving disc berputar makamakin cepat pula abrasi yang terjadi pada suatu material.
Penyebab: Kesalahan menggunakan measuring microscope. Preparasi sampel yang kurang baik.
104
0
0.0000005
0.000001
0.0000015
0.000002
0.0000025
0.000003
0.0000035
0.000004
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Laju
Aus
Kecepatan (mm/s)
Laju Aus vs Kecepatan (Cu)
105
Pada grafik: Pada sampel Cu, adanya penambahan kecepatan yang diterima
menyebabkan meningkatnya laju aus. Akan tetapi ada satu datapengujian (Sampel ke-3 dengan kecepatan 2910 mm/s) dimanaterdapat penurunan laju aus. Dengan adanya penyimpangandata tersebut menyebabkan grafik berbentuk fluktuatif.
Pada literatur: Semakin besar kecepatan maka semakin besar pula laju aus.
Penyebab; Permukaan sampel Cu yang tidak bersih dan tidak rata. Ketidaktelitian dalam menggunakan mikroskop pengukur.
106
0
0.000005
0.00001
0.000015
0.00002
0.000025
0.00003
0.000035
0.00004
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Laju
Aus
Kecepatan (mm/s)
Laju Aus vs Kecepatan (Al)
107
Pada Grafik: Pada sampel Al ini menunjukkan bentuk yang mirip dengan grafik pada
sampel Cu. Pada grafik ini dapat terlihat bahwa terdapatpenyimpangan data pada kecepatan 2910 mm/s sehinggamenyebabkan grafik tidak berbentuk linear melainkan fluktuatif.
Pada literatur: Peningkatan kecepatan akan sebanding dengan peningkatan laju aus.
Penyebab: Terjadinya kesalahan pengukuran oleh praktikan. Bentuk spesimen atau hasil pengamplasan yang mungkin tidak rata.
108
0
0.000005
0.00001
0.000015
0.00002
0.000025
0.00003
0.000035
0.00004
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Laju
Aus
Kecepatan (mm/s)
Perbandingan Laju Aus vs Kecepatan
Fe
Cu
Al
109
Pada grafik: Logam yang mempunyai laju aus tertinggi adalah Al
diikuti oleh Cu dan Fe.LA rata-rata Fe = 1.295E-06 mm3/mmLA rata-rata Cu = 2.137E-06 mm3/mmLA rata-rata Al = 1.710E-05 mm3/mm
Pada literatur: Laju keausan tertinggi adalah Al, diikuti Cu dan Fe.
110
Faktor-faktor yang mempengaruhi laju keausan abrasif:
Kekerasan material (material hardness)Semakin keras material, maka akan semakin tahan aus.
Ukuran abrasifSemakin besar ukuran abrasive maka laju keausan abrasifnyaakan semakin meningkat.
Bentuk abrasifBentuk abrasif yang lebih meruncing atau tajam, akanmemungkinkan material lebih cepat terabrasi dibandingkandengan bentuk abrasive yang datar.
111
Metode Ogoshi adalah salah satu metode yang dapatdigunakan untuk mengetahui nilai keausan suatu materialdimana benda uji memperoleh beban gesek dari cincinyang berputar (revolving disc).
Aluminium (Al) memiliki laju keausan (LA) yang lebih tinggidibandingkan Tembaga (Cu) dan Baja Karbon (Fe).
Besarnya laju keausan (LA) tergantung pada tebal revolvingdisk (B), jari-jari revolving disk (r), dan lebar celah yangterabrasi (b), kecepatan putar revolving disk () dan jarakluncur (x).
Laju keausan (LA) suatu material akan menurun apabilanilai kekerasan material tersebut meningkat.
112
1. Sebutkan standar pengujian yang mendekati pengujian padaaus beserta isinya!
2. Sebutkan metode uji keausan selain Ogoshi besertastandarnya!
3. Apa yang dimaksud dengan plowing, cutting, danfragmentation?
4. Tuliskan Archard Equation beserta keterangannya!
5. Jelaskan bentuk kerusakan adhesive, yaitu scoring, scuffingdan galling!
6. Sebutkan senyawa yang terdapat dalam lubrikan! Apa yang terjadi jika di dalam lubrikan mengandung nitrogen dankarbon?
113
Standar pengujian aus yang mendekati metode Ogoshi adalah metodepin-on-disk dengan standar ASTM G 99-04.
Metode ini menggunakan prinsip dasar yang hampir sama denganmetode Ogoshi, yaitu melakukan kontak antara material yang lebihkeras terhadap spesimen uji.
Jika pada Ogoshi, kita memberikan beban dan kecepatan kepada suatuindentor kepada material yang diuji, sedangkan pada metode pin-on-disk, kita menggunakan pin (sampel yang akan diuji) untuk diberikontak dengan disk sebagai material penguji yang biasanya terbuatdari tool steel (baja perkakas).
114
Metode pengujian keausan selain metodeOgoshi adalah metode pin on disk. Standarnyaadalah ASTM G 99-04 yang judulnya adalah“Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus”.
Prinsip pengujian pin-on-disk adalah spesimenberbentuk pin ditekan terhadap disk dandiberikan beban tertentu.
Pengujian ini dapat dilakukan untuk berbagaimaterial.
Spesimen yang akan diuji dibentuk menjadisilinder atau lingkaran. Diameter spesimenberbentuk pin berukuran dari 2-10 mm,sementara untuk disk memiliki diameter dari30-100 mm dan memiliki ketebalan dari 2-10mm.
115
Beban (Load)Besarnya gaya dalam Newton pada kontak aus
Kecepatan (Speed)Kecepatan relatif luncuran antara kontak permukaan
Jarak (Distance)Jarak luncuran hasil kontak permukaan
TemperatureSuhu permukaan di sekitar area kontak
AtmosphereKeadaan lingkungan di sekitar daerah pengujian
116
Plowing = Plowing terjadi ketika material terdeformasi kepinggir oleh suatu beban aus yang menghasilkanpembentukan alur yang tidak menimbulkan penghilanganmaterial. Perpindahan tersebut membentuk seperti bukityang bersebelahan dengan alurnya.
117
Cutting = Cutting terjadi ketika material terpisahkandari permukaan sebagai bentuk primary debris (puing).
Fragmentation = Fragmentation terjadi ketika materialterpisahkan dari permukaan oleh proses cutting danindentasi dari material abrasif menyebabkanperpatahan terlokalisasi.
118
V = Volum Aus (Wear Volume)
k = Koefisien Aus (Wear Coefficient)
L = Jarak Luncur (Sliding Distance)
W = Gaya Normal pada permukaan (Normal Force between surface)
H = Kekerasan indentasi dari material yang lunak (Indentation Hardness)
kLWV
H
119
ScoringPembentukan satu atau lebih goresan pada material,termasuk proses plowing oleh partikel yang keras darimaterial yang lain.
ScuffingDeformasi plastis dari permukaan material karena gosokanyang menghasilkan tampilan yang halus dan terlokalisasipada permukaan.
GallingBentuk sederhana dari pergeseran material yang meliputideformasi plastis dan adanya kehilangan material padamaterial yang mengalami kontak.
120
Bahan dasar pelumas adalah base oil, yang didapat dari crude oil (hanyajenis parafinik).
Untuk mendapatkan pelumas yang sesuai dengan spesifikasi yangdibutuhkan mesin, ke dalam base oil ditambahkan aditif.Aditif merupakansenyawa-senyawa kimia (chemical compound) dalam formulasi tertentuyang ditambahkan ke dalam base oil untuk mendapatkan pelumas sesuaispesifikasi yang ditentukan.
Komposisi base oil dalam pelumas berkisar 80% dan komposisi aditifsekitar 30%.
Fungsi aditif bermacam-macam, antara lain untuk membersihkan mesin,mengurangi gesekan, meminimalkan keausan, mencegah karat,meningkatkan indeks kekentalan pelumas sehingga pelumas tetap mudahmengalir pada suhu rendah dan tidak encer pada suhu tinggi.
121
Antioxidant
sebagai antioksidan adalah sulfida, disulfida, fosfit amina, dan fenol.
Antiwear / Extreme Pressure
Adalah bahan kimia yang ditambahkan pada minyak pelumas denganmaksud untuk menghindari kerusakan atau keausan akibat kontak logamdengan logam pada permukaan yang bergerak.
Anticorrosive
Aditif yang biasa digunakan adalah logam ditiofosfat, logamditiokarbamat, sulfurized terpene, sulfurized dipentene, phosphoruspentasulfide.
Antirust
Adalah bahan yang digunakan untuk melindungi permukaan logam besiterhadap timbulnya karat.
122
Viscosity Index Improver
Bahan kimia yang biasa digunakan adalah poliisobutena, polimetakrilat,vinil asetat ester, poliakrilat.
Detergent
Bahan yang sering digunakan adalah alumunium naftenat, kalsiumdiklorostearat, kalsium fenilklorostearat, dan kalsium klorostearat.
Dispersan
Bahan kimia yang sering digunakan adalah alkil metakrilat, dialkilaminoetil metakrilat, polistearamida.
Jika di dalam lubrikan mengandung nitrogen dan karbon, pada awalpemakaian, aus yang terjadi lebih rendah. Namun pada umur pakai yangberlangsung lama dapat menyebabkan keausan yang lebih besardibanding lubrikan biasa karena timbulnya kerak dan secara mekanismenggores permukaan lebih intens.
123
American Society for Metals, ASM Metals Handbook Vol. 8, Mechanical testing and Evaluation, Metals Park Ohio, 1987.
American Society for Metals, ASM Metals Handbook Vol. 12, Fractography, Metals Park Ohio, 1987.
ASTM E 8-04, Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials 1.
ASTM E10-04, Standard Brinell Hardness Test Methods for Metallic Materials 1.
ASTM E23-04, Standard Impact Test Methods for Metallic Materials 1.
ASTM G 99-04, Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus.
Callister, William D. Materials Science and Engineering An Introduction Fourth Edition. The McGraw-Hill Companies: New York, NY, 2007.
Davis,HE. Troxell,GE. The Testing of Engineering Materials 4th edition halaman 206 (procedure of hadness tests). The McGraw-Hill Companies : New York,NY.
Dieter, G.E., Mechanical Metallurgy, SI metric edition, McGraw-Hill, ISBN 0-07-100406-8, 1988.
Handout Kuliah Karakterisasi Material 1, Ir.Rahmat Saptono,M.Sc.Tech.
Laboratorium Metalurgi Fisik Departemen Metalurgi dan Material. Modul PraktikumKarakterisasi Material 1 – Pengujian Rusak (Destructive Testing). Depok: FTUI. 2010.
http://en.wikipedia.org/wiki/Wear
http://www.sulzer.com/en/Portaldata/7/Resources/03_NewsMedia/ImageDatabase/SIT_0008_preview.jpg
124
125
