BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Uji Tarik merupakan salah satu pengujian untuk mengetahui sifat – sifat

suatu bahan. Dengan menarik suatu bahan kita akan segera mengetahui bagaimana

bahan tersebut berekasi terhadap tenaga tarikan dan mengetahui sejauh mana

material itu bertambah panjang.

Banyak hal yang dapat kita pelajari dari hasil uji tarik, bila kita terus menarik

suatu bahan suatu logam sampai putus kita akan mendapatkan profil tarikan yang

lengkap yang berupa kurva. Kurva ini menunjukan hubungan antara gaya tarikan

dengan perubahan panjang.

Dengan menarik suatu bahan kita akan segera mengetahui bagaimana bahan

tersebut bereaksi terhadap tenaga tarikan dan mengetahui sejauh mana material itu

bertambah panjang. Alat eksperimen untuk uji tarik ini harus memiliki cengkeraman

( grip ) yang kuat dan kekakuan yang tinggi ( highly stiff ).

Suatu logam mempunyai sifat – sifat tertentu yang dibedakan atas sifat fisik,

mekanik, thermal dan korosif. Salah satu yang penting dari sifat tersebut adalah sifat

mekanik. Sifat mekanik terdiri dari keuletan, kekerasan, kekuatan dan ketangguhan.

Sifat mekanik merupakan salah satu acuan untuk melakukan proses selanjutnya

terhadap suatu material yang selanjutnya dibentuk dan dilakukan proses permesinan.

Dalam pembuatan suatu konstruksi diperlukan materila dengan spesifikasi

dan sifat – sifat yang khusus pada setiap bagiannya. Diperlukan materila yang kuat

untuk menerima beban diatasnya, material juga harus elastis agar pada saat terjadi

pembebanan standart atau berlebih tidak patah.

Meskipun dalam proses pembuatan telah diprediksi sifat mekanik dari logam,

kita perlu benar – benar mengetahui nilai mutlak dan akurat dari sifat mekanik

logam tersebut. Pengujian dimaksudkan agar kita dapat mengetahui besar sifat

mekanik dari material, sehingga dapat dilihat kelebihan dan kekurangannya.

Pengujian tarik ini dilakukan untuk mengetahui sifat – sifat mekanis suatu

material, khususnya logam diantara sifat – sifat mekanis yang dapat diketahui dari

hasil pengujian tarik adalah sebagai berikut :

1. Kekuatan tarik

2. Kuat luluh dari material

3. Keuletan dari material

4. Modulus elastic dari material

5. Kelentingan dari suatu material

6. Ketangguhan.

Pengujian tarik banyak dilakukan untuk melengkapi informasi rancangan

dasar kekuatan suatu bahan dan sebagai data pendukung bagi spesifikasi bahan.

Karena dengan pengujian tarik dapat diukur ketahanan suatu material terhadap gaya

statis yang diberikan secara perlahan. Pengujian tarik ini merupakan salah satu

pengujian yang penting untuk dilakukan, karena dengan pengujian ini dapat

memberikan berbagai informasi mengenai sifat – sifat logam.

1.2 Tujuan

Praktikum ini mempunyai tujuan kepada mahasiswa antara lain :

1) Mahasiswa mampu mengaplikasikan teori dalam praktek.

2) Mahasiswa mampu memahami cara melakukan pengujian tarik dan mengerti

karakteristik pengujian yang terjadi.

3) Mahasiswa mampu melakukan analisa data terhadap pengujian tarik dengan

membaca kurva diagram tarik.

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Teori Dasar

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:

Stress (Tegangan Mekanis):   σ= FA

Dimana :

F = gaya tarikan

A = luas penampang

Strain (Regangan):   ε=∆ LL

Dimana :

ΔL = Pertambahan panjang

L = Panjang awal

  Maka, hubungan antara stress dan strain dirumuskan:E=σε

atau δLLo

= FE . A .0

Dimana :

E = Modulus elastisitas yang merupakan konstanta bahan

ε = Regangan

σ = Tegangan

δL = Pertambahan panjang material

Lo = Panjang mula – mula material

F = Beban tarik

Ao = Luas penampang material

Untuk menghitung tegangan ( σ ¿ dan Regangan ( ε ¿ digunakan rumus :

σ= FAo

dan ε=AlLo

x 100%

Dimana :

F = Gaya Total ( Newton )

A0 = Luas Penampang awal (m² )

L0 = Panjang Mula – mula ( m )

Untuk reduksi penampang dapat dihitung dengan menggunakan :

Q= Ao−AfAo

x100 %

Dimana :

Q = Reduksi Penampang dalam persen

Ao = Luas Penampang awal

Af = Luas penampang

 

Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan stress seperti ini sering disingkat

dengan kurva SS (SS curve).

kurva standar ketika melakukan eksperimen uji tarik. E adalah gradien kurva dalam

daerah linier, di mana perbandingan tegangan (σ) dan regangan (ε) selalu

tetap. E diberi nama "Modulus Elastisitas" atau " Modulus Young".

Gambar 2.1. Kurva Pertambahan Panjang.

B. Dasar Pengujian Logam

Uji tarik adalah suatu metode yang digunakan untuk menguji kekuatan suatu

bahan/ material dengan cara memberikan beban gaya. Hasil yang didapatkan dari

pengujian tarik sangat penting untuk rekayasa teknik dan desain produk karena

menghasilkan data kekuatan material. Pengujian uji tarik digunakan untuk mengukur

ketahanan suatu material terhadap gaya statis yang diberikan secara lambat.

Gambar 2.2. Mesin Uji Tarik.

Pengujian tarik adalah dasar dari pengujian mekanik yang dipergunakan pada

material. Dimana spesimen uji yang telah distandarisasi, dilakukan pembebanan

uniaxial sehingga spesimen uji mengalami peregangan dan bertambah panjang hingga

akhirnya patah. Pengujian tarik relatif sederhana, murah dan sangat terstandarisasi

dibanding pengujian lain. Hal – hal yang perlu diperhatikan agar pengujian

menghasilkan nilai valid adalah bentuk dan dimensi spesimen uji, pemilihan grips dll.

Beban tarikan adalah apabila pada suatu benda bekerja beberapa gaya yang

arah garis kerja gaya berlawanan ( bertolak belakang ). Besarnya gaya tarik yang

dapat ditahan batang bahan uji dengan ukuran dan penampang tertentu, dapat

ditentukan dengan cara membebani batang tersebut dengan tarikan yang semakin

tinggi dan mengukur besarnya gaya maksimum yang dapat ditahan oleh batang

sebelum putus dan patah .

Gambar. 2.3. Kerja gaya tarik terhadap batang uji.

Apabila setap mm² penampang dari bahan menerima/ menahan beban yang sama

besar sebelum bahan uji tarik putus, maka harga ini disebut kekuatan tarik.

C. Konsep Dasar Tegangan dan Regangan

Proses pembentukan secara metalurgi merupakan proses deformasi plastis.

Deformasi plastis artinya adalah apabila bahan mengalami pembebanan sewaktu

terjadinnya proses pembentukan dimana setelah beban dilepaskan maka diharapkan

pelat tidak kembali kekeadaan semula. Bahan yang mengalami proses embentukan ini

mengalami peregangan atau penyusutan. Terbentuknya bahan inilah yang dikatakan

sebagai deformasi plastis. Kondisi proses pembentukan dengan deformasi plastis ini

mendekatkan teori pembentukan dengan teori plastisitas.

Teori plastisitas membahas prilaku bahan pada regangan dimana pada kondisi

tersebut hukum hook tidak berlaku lagi. Aspek – aspek deformasi plastis membuat

formulasi matematis teori plastisitas lebih sulit dari pada perilaku benda pada elastis.

Pada hasil uji tarik sebuah benda uji menunjukan grafik tegangan regangan yang

terbentuk terdiri dari komponen elastis yang ditunjukan pada garis linier dan kondisi

plastis ditunjukan pada garis parabola sampai mendekati putus.

Deformasi elastis tergantung dari keadaan awal dan akhir tegangan serta

regangan – regangan plastis tergantung dari jalannya pembebanan yang menyebabkan

tercapainnya keadaan akhir. Gejalan pengerasan regang ( strain hardening ) sewaktu

pelat mengalami proses pembentukan sulit diteliti dengan pendekatan teori plastisitas

ini.

Gambar.2.4. Kurva Tegangan dan Regangan

Teori plastisitas telah menjadi salah satu bidang mekanika kontinum yang paling

berkembang, dam suatu kemajuan untuk mengembangkan suatu teori dalam rekayasa

yang penting. Analisis regangan plastis diperlukan dalam menangani proses

pembentukan logam. Teori plastisitas ini didasari atas pengujian tarik, dimana

pengujian tarik ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik dari suatu bahan.

Gambar 2.5. Benda Yang Diberi Gaya Tarik

Prinsip dasar pengujian tarik yang dilakukan ini adalah dengan melakukan

penarikan terhadap suatu bahan sampai bahan tersebut putus/ patah. Gaya tarik yang

dikenakan pada spesimen benda uji sejajar dengan garis sumbu spesimen ( bahan uji )

dan tegak lurus terhadap penampang spesimen yang sudah ditentukan menurut BS,

ISO, ASTM dan sebagainnya. Pengujian tarik merupakan pengujian terpenting dalam

pengujian statis, secara skematis hasil pengujian tarik untuk logam diperlihatkan

dibawah ini :

Gambar 2.6. Dimensi Spesimen Uji Tarik ( JIS Z2201 ).

D. Detail Profil Uji Tarik dan Sifat Mekanik Logam

Untuk keperluan kebanyakan analisa teknik, data yang didapatkan dari uji tarik dapat

digeneralisasi seperti pada gambar.

Gambar 2.9. Kurva Hasil Uji Tarik

Asumsi bahwa kita melakukan uji tarik mulai dari titik O sampai D sesuai dengan arah

panah dalam gambar.

Batas elastisitas σϵ (elastic limit ).

Dalam gambar dinyatakan dengan titik A. Bila sebuah bahan diberi beban sampai

pada titik A, kemudian bebannya dihilangkan, maka bahan tersebut akan kembali ke

kondisi semula (tepatnya hampir kembali ke kondisi semula) yaitu regangan “nol”

pada titik O .Tetapi bila beban ditarik sampai melewati titik A, hukum Hooke tidak

lagi berlaku dan terdapat perubahan permanen dari bahan. Terdapat konvensi batas

regangan permamen (permanent strain) sehingga masih disebut perubahan elastis

yaitu kurang dari 0.03%, tetapi sebagian referensi menyebutkan 0.005% . Tidak ada

standarisasi yang universal mengenai nilai ini.

Batas proporsional σp ( proportional limit ) .

Titik sampai di mana penerapan hukum Hook masih bisa ditolerir. Tidak ada

standarisasi tentang nilai ini. Dalam praktek, biasanya batas proporsional sama

dengan batas elastis.

Deformasi plastis ( plastis deformation )

Yaitu perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula. Pada gambar diatas

yaitu bila bahan ditarik sampai melewati batas proporsional dan mencapai

daerah landing.

Tegangan luluh atas σ uy( upper yield stress ).

Tegangan maksimum sebelum bahan memasuki fase daerah landing peralihan

deformasi elastis ke plastis.

Tegangan luluh bawah σ ly ¿)

Tegangan rata-rata daerah landing sebelum benar-benar memasuki fase deformasi

plastis. Bila hanya disebutkan tegangan luluh (yield stress), maka yang dimaksud

adalah tegangan ini.

Regangan luluhε y¿yield strain )

Regangan permanen saat bahan akan memasuki fase deformasi plastis

Regangan elastis ε e(Elastic strain)

Regangan yang diakibatkan perubahan elastis bahan. Pada saat beban dilepaskan

regangan ini akan kembali ke posisi semula.

Regangan plastis ε p(plastic strain)

Regangan yang diakibatkan perubahan plastis. Pada saat beban dilepaskan regangan

ini tetap tinggal sebagai perubahan permanen bahan.

Regangan total ( total strain )

Merupakan gabungan regangan plastis dan regangan elastis, εT = εe+εp. Perhatikan

beban dengan arah OABE. Pada titik B, regangan yang ada adalah regangan total.

Ketika beban dilepaskan, posisi regangan ada pada titik E dan besar regangan yang

tinggal (OE) adalah regangan plastis.

Tegangan tarik maksimum ( ultimate tensile strength )

Pada gambar ditunjukkan dengan titik C (σβ), merupakan besar tegangan maksimum

yang didapatkan dalam uji tarik.

Kekuatan patah ( breaking strength )

Pada gambar ditunjukkan dengan titik D, merupakan besar tegangan di mana bahan

yang diuji putus atau patah.

Tegangan luluh pada data tanpa batas jelas antara perubahan elastis dan plastis

satuan SI untuk tegangan (stress) adalah Pa (Pascal, N/m2) dan strain adalah besaran

tanpa satuan.

Kelenturan (ductility)

Merupakan sifat mekanik bahan yang menunjukkan derajat deformasi plastis yang

terjadi sebelum suatu bahan putus atau gagal pada uji tarik. Bahan disebut

lentur (ductile) bila regangan plastis yang terjadi sebelum putus lebih dari 5%, bila

kurang dari itu suatu bahan disebut getas (brittle).

Derajat kelentingan ( resilience )

Derajat kelentingan didefinisikan sebagai kapasitas suatu bahan menyerap energi

dalam fase perubahan elastis. Sering disebut dengan Modulus Kelentingan (Modulus

of Resilience), dengan satuan strain energy per unit volume (Joule/m3atau Pa).

Derajat ketanguhan ( toughness )

Kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase plastis sampai bahan tersebut

putus. Sering disebut dengan Modulus Ketangguhan (modulus of toughness). Dalam

gambar 2.6., modulus ketangguhan sama dengan luas daerah dibawah kurva OABCD.

Ketangguhan ( So) adalah perbandingan antara kekuatan dan keuletan.

Pengerasan regang ( strain hardening ).

Sifat kebanyakan logam yang ditandai dengan naiknya nilai tegangan berbanding

regangan setelah memasuki fase plastis.

Tegangan sejati, regangan sejati ( true stress, true strain )

Untuk itu dipakai definisi tegangan dan regangan sejati, yaitu tegangan dan regangan

berdasarkan luas penampang bahan secara real time.

Gambar.2.11. Regangan Sejati

Regangan sejati didefinisikan sebagai pertambahan panjang dL dibagi panjang bahan L.

E. Mesin Uji Tarik

Dilihat dari cara pemberian beban atau gaya tarik pada batang uji maka mesin uji

dapat dibedakan menjadi 2 ( dua ) yaitu :

1. Mesin uji tarik mekanik

2. Mesin uji tarik hidrolik

Mesin uji tarik mekanik, pemberian gaya tarik diperoleh melalui sistem

mekanik roda – roda gigi yang digerakan dengan tangan ataupun dengan motor listrik.

Kapasitas mesin uji tarik mekanik ini biasanya realtif rendah dibandingkan dengan

mesin hidrolik.

Gambar 2.12 Mesin uji tarik mekanik

Mesin uji tarik hidrolik, gaya tarik dihasilkan oleh tekanan minyak didalam

silindernya. Kapasitas mesin hidrolik relatif besar dan biasannya mesin ini universal

sehingga dapat digunakan untuk melaksanakan beberapa macam pengujian

diantarannya :

Pengujian tarik

Pengujian tekan

Pengujian geser

Pengujian lengkung

Gambar 2.13 Mesin Uji tarik hidrolik