Laporan Resmi ACC Impact Siap Assistensi

POLITEKNIK TEKNIKPERKAPALAN PERMESINANNEGERI KAPALSURABAYA PRAKTEK UJI BAHAN 52103

3. Uji Tumbuk

( Impact Test )

3.1 Tujuan Instruksional Umum

Mahasiswa mampu melakukan pengujian beban mendadak (Impact test) terhadap

suatu material.

Tujuan Instruksional Khusus

Mahasiswa mampu menganalisa pengaruh takikan (notch) terhadap kekuatan

material.

Mahasiswa mampu menganalisa energi dan kekuatan impact dari hasil pengujian

suatu material.

Mahasiswa mampu menganalisa pengaruh temperatur terhadap kekuatan material.

Mahasiswa mampu menganalisa temperatur transisi suatu material.

Mahasiswa mampu menganalisa jenis patahan suatu material.

3.2 Dasar Teori

Beberapa peralatan pada otomotif dan transmisi serta bagian-bagian pada kereta

api, akan mengalami suatu beban kejutan dalam operasinya. Maka dari itu ketahanan

suatu material terhadap beban mendadak, serta faktor-faktor yang mempengaruhi sifat

material tersebut perlu diketahui dan diperhatikan. Pengujian ini berguna untuk

melihat efek-efek yang ditimbulkan oleh adanya takikan, bentuk takikan, temperatur,

dan faktor-faktor lainnya. Impact test bisa diartikan sebagai suatu tes yang mengukur

kemampuan suatu bahan dalam menerima beban tumbuk yang diukur dengan besarnya

energi yang diperlukan untuk mematahkan spesimen dengan ayunan sebagaimana

ditunjukkan pada gambar 3.1.

UJI TUMBUK 1


Bandul yang mempunyai ketinggian tertentu berayun dan memukul spesimen.

Berkurangnya energi potensial dari bandul sebelum dan sesudah memukul benda uji

merupakan energi yang diserap oleh spesimen.

UJI TUMBUK

End of swing

h0h1

l

a

2


Gambar 3.2 Sketsa perhitungan energi impact teoritis

Besarnya energi impact (joule) dapat dilihat pada skala mesin penguji. Sedangkan

besarya energi impact dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

Eo = W.ho……………………………………………………………………(3.1)

E1 = W.h1……………………………………………………………………(3.2)

∆E = Eo - E1

= W (ho- h1)…………………………………………….………………..(3.3)

dari gambar 2.2 didapatkan ho = ℓ - ℓcos α

= ℓ (1 - cos α)………………....………(3.4)

h1 = ℓ - ℓcos β

= ℓ (1 - cos β)…………………...…….(3.5)

dengan subtitusi persamaan 3.1 dan 3.5 pada 3.3 di dapatkan :

∆E = W ℓ( cos β - cos α )………………………………………………..….(3.6)

dimana Eo = Energi awal (J)

E1 = Energi akhir (J)

W = Berat bandul (N)

ho = Ketinggian bandul sebelum dilepas (m)

h1 = Ketinggian bandul setelah dilepas (m)

ℓ = panjang lengan bandul (m)

α = sudut awal (o)

β = sudut akhir (o)

Untuk mengetahui kekuatan impact /impact strength (Is) maka energi impact

tersebut harus dibagi dengan luas penampang efektif spesimen (A) sehingga :

Is = ∆E/A

= W ℓ( cos β - cos α )/A………………………………………………(3.7)

Pada suatu konstruksi, keberadaan takik atau nocth memegang peranan yang amat

berpengaruh terhadap kekuatan impact. Adanya takikan pada kerja yang salah seperti

diskotinuitas pada pengelasan, atau korosi lokal bisa bersifat sebagai pemusat

UJI TUMBUK 3


tegangan (stress concentration). Adanya pusat tegangan ini dapat menyebabkan

material brittle (getas), sehingga patah pada beban di bawah yield strength.

Ada tiga macam bentuk takikan pada pengujian impact yakni takikan V, U dan key

hole sebagaimana ditunjukkan pada gambar 3.3 di bawah ini.

Gambar 3.3 Jenis takikan pada spesimen uji impact

Fracture atau kepatahan pada suatu material dapat digolongkan sebagai brittle

(getas) atau ductile (ulet). Suatu material yang mengalami kepatahan tanpa

mengalami deformasi plastis dikatakan patah secara brittle. Sedangkan apabila

kepatahan didahului dengan suatu deformasi plastis dikatakan mengalami ductile

fracture. Material yang mengalami brittle fracture hanya mampu menahan energi

yang kecil saja sebelum mengalami kepatahan. Perbedaan permukaan kedua jenis

patahan sebagaimana ditunjukkan pada gambar 3.4.

Gambar 3.4 Pola patahan pada penampang specimen uji impact

3.4 Metode Pengujian Impact

Metode pengujian impact dibedakan menjadi 2 yaitu:

a) Metode Charpy

Pada metode sebagaimana ditunjukkan pada gambar 3.5 a, spesimen

diletakkan mendatar dan kedua ujung spesimen ditumpu pada suatu landasan.

Letak takikan (notch) tepat ditengah dengan arah pemukulan dari belakang

UJI TUMBUK 4


takikan. Biasanya metode ini digunakan di Amerika dan banyak negara yang lain

termasuk Indonesia.

b) Metode Izod

Pada metode ini sebagaimana ditunjukkan pada gambar 3.5 b, spesimen

dijepit pada salah satu ujungnya dan diletakkan tegak. Arah pemukulan dari depan

takikan. Biasanya metode ini digunakan di Negara Inggris.

Gambar 3.5 Metode pengujian Charpy dan Izod

3.5 Temperatur Transisi

Kemampuan suatu material untuk menahan energi impact sangat dipengaruhi oleh

temperatur kerja. Pengaruh temperatur terhadap kekuatan impact setiap jenis material

berbeda-beda. Baja karbon merupakan salah satu contoh logam yang kekuatan

impactnya turun drastis bila berada pada temperatur yang sangat dingin (±1000 C).

Sebaliknya aluminium adalah contoh logam yang masih mempunyai kekuatan impact

yang cukup tinggi pada temperatur yang sangat dingin tersebut. Pada umumnya

kenaikan temperatur akan meningkatkan kekuatan impact logam, sedangkan

penurunan temperatur akan menurunkan kekuatan impactnya. Di antara kedua

kekuatan impact yang ekstrim tersebut ada suatu titik temperatur yang merupakan

transisi dari kedua titik ekstrim tersebut yakni suatu temperatur yang menunjukkan

perubahan sifat material dari ductile menjadi brittle. Titik temperatur tersebut disebut

‘temperatur transisi’ (gambar 3.6).

UJI TUMBUK 5


Gambar 3.6 Temperatur Transisi

Apabila temperatur operasi dari suatu peralatan berada di bawah temperatur transisi

dari material yang digunakan, maka adanya crack pada material fracture akan

menyebabkan kerusakan pada peralatan, sedangkan apabila temperatur operasi

terendah masih di atas temperatur transisi dari material, maka brittle fracture bukan

merupakan masalah.

3.6 Material

Spesimen uji impact untuk temperatur panas (1 buah)

Spesimen uji impact untuk temperatur kamar (1 buah)

Spesimen uji impact untuk temperatur dingin (1 buah)

3.7 Peralatan

Mesin Uji Impact

Cooling Chamber

Thermo couple

Kompor listrik dan panci

Stopwatch

Jangka sorong

Kikir

Stamping

Ragum

Tang

3.8 Langkah Kerja

UJI TUMBUK 6


Menyiapkan Spesimen

-Bersihkan permukaan benda kerja dengan hand grinder.

-Ulangi langkah di atas untuk seluruh spesimen.

Kodifikasi

-Ambil stamping dan tandai tiap spesimen dengan kode 1 digit

-Digit menunjukkan temperature kerja :

1 = temperatur panas (88,8oC)

2 = temperatur kamar (28,40C)

3 = temperatur dingin (1,90C )

Pengukuran Dimensi

-Ambil spesimen ukur dimensinya.

-Catat kode spesimen dan data pengukurannya pada lembar kerja.

-Ulangi langkah di atas untuk seluruh spesimen.

Pengkondisian Spesimen Pada Temperatur Kerja

Temperatur panas (88,8oC)

-Masukkan air ke dalam panci dan letakkan diatas kompor listrik yang telah

dinyalakan.

-Tunggu sampai air mendidih dan masukkan spesimen berkode 1 ke dalam

panci dan tunggu ±5 menit.

-Ukur temperatur air sesaat sebelum spesimen diambil untuk diuji impact.

-Catat pada lembar kerja.

Temperatur kamar (28,4°C)

-Untuk temperatur kamar, spesimen berkode 2 bisa langsung diuji.

Temperatur dingin (1,90C)

-Nyalakan Cooling Chamber dan setting pada temperatur 1,90 C untuk

pengujian dingin.

-Tunggu sampai penunjuk temperatur menunjukkan angka 1,90 C.

UJI TUMBUK 7


-Masukan spesimen yang berkode 3 ke dalam Cooling Chamber dan tunggu ±

5 menit.

-Catat pada lembar kerja, temperatur sesaat sebelum spesimen diambil untuk

diuji impact.

Pengujian pada Mesin Uji Impact

-Catat data mesin pada lembar kerja.

-Tempatkan bandul pada posisi awal untuk pengujian.

-Atur jarum penunjuk pada posisi 0.

-Ambil spesimen dan letakkan pada tempatnya secara tepat dan cepat, terutama

untuk kondisi panas dan dingin.

-Letakkan tangan kanan pada pin pengunci beban dan tangan kiri pada rem.

-Tekan pin pengunci beban, sehingga bandul meluncur menimpa spesimen.

-Tekan rem ketika bandul hendak mengayun untuk yang kedua kalinya.

-Amati dan catat besarnya sudut dan besarnya energi yang ditunjukkan oleh

jarum penunjuk.

-Ulangi langkah diatas untuk seluruh spesimen.

Menentukan Panjang Lengan Bandul

-Angkat bandul sehingga membentuk sudut 100 dari garis tegak.

-Lepaskan bandul sehingga berayun.

-Hitung dengan stopwatch waktu yang dibutuhkan untuk 50 ayunan (T50).

-Hitung lengan bandul dengan menggunakan persamaan berikut :

T = 2√( ℓ/ g) …………………………………… (3.8)

Dimana T = periode (detik)

= T50 / 50

ℓ = panjang lengan bandul (m)

g = percepatan gravitasi (m/det2)

UJI TUMBUK 8


3.9 Hasil Pengujian

Menghitung kekuatan Impact ( J/mm2 ) pada tiga spesimen yang berbeda

temperatur :

Tabel 3.1 Data Spesimen Hasil Uji Impact

SpesimenTemperatur

(°c)Panjang(mm)

Lebar(mm)

Tebal (mm)

Tebal takikan (mm)

Luas Penampang (mm²)

Energi impact (joule)

SudutAkhir(ß°)

1 88,80 57,90 9,90 9,75 8,400 87,12 117,50 54,50

2 28,40 57,45 10,00 9,95 8,250 84,00 85,00 81

3 1,90 58,10 10,00 10,00 8,350 75,00 34 120

Menurut Pengujian

Spesimen 1

Diket : E = 117,50 joule

A = 87,12 mm2

Maka kekuatan impact ( Is ) = E/A

= 117,50/87,12

= 1,390 J/mm2

Spesimen 2


A = 84,00 mm2


= 85,00/84,00

= 1,012 J/mm2

Spesimen 3


A = 75,00 mm2


= 34,00/75,00

= 0,450 J/mm2

Menurut Teori

Mencari panjang lengan (ℓ)

UJI TUMBUK 9


Periode (T) = 89,34 detik

Periode tiap detik (T50) = 89,34/ 50 = 1,79 detik

T50 = 2.√( ℓ/ g)

1,79 = 2.√( ℓ /9 , 81)

3,20 = 42.(ℓ/9,81)

ℓ = 0,793 N

Berat bandul (W) = 96,5 N

Sudut awal ( α ) = 160,430

Spesimen 1

Sudut akhir = 54,500

Luas penampang = 87,120 mm2

Maka kekuatan impact

I = W.ℓ.(cos - cos )/A

= 96,5 N.0,793m.(cos 54,5 0 – cos 160,430 ) / 87,120 mm2

= 1,338 J/mm2

Spesimen 2

Sudut akhir = 810

Luas penampang = 84 mm2



= 96,5 N.0,793 m.(cos 810 – cos 160,430)/84 mm2

= 1,001 J/mm2

Spesimen 3

Sudut akhir = 1200

Luas penampang = 75 mm2



= 96,5 N.0,793 m.(cos 1200-cos160,430 ) /75 mm2

=0,451 J/mm2

UJI TUMBUK 10


Tabel 3.2 Data spesimen kekuatan impact

Spesimen1

(88,8°)

2

(28,4°)

3

(1,9°)

Kekuatan impact hasil percobaan (J/mm²) 1,390 1,012 0,450

Kekuatan impact hasil perhitungan (J/mm²) 1,338 1,001 0,451

Selisih 0,052 0,011 0,001

Gambar 3.7 Grafik Kekuatan impact

3.10 Gambar Hasil Pengujian

Pada temperatur 1,90C (dingin)

Jenis pola patahan yang ditimbulkan adalah brittle seperti yang ditunjukkan oleh

gambar di bawah ini :

Gambar 3.8 Pola patahan suhu dingin

Pada temperatur 28,40C (kamar)

Jenis pola patahan yang ditimbulkan adalah ulet seperti yang ditunjukkan oleh gambar

di bawah ini :

UJI TUMBUK

1.9 28.4 88.80

0.20.40.60.8

11.21.41.6

Grafik Kekuatan Impact

Hasil Pengu-jianTemperatur (°C)

Keku

atan

Impa

ct(J

/mm

2)

11


Gambar 3.9 Pola patahan suhu kamar

Pada temperatur 88,80C (panas)

Jenis pola patahan yang ditimbulkan adalah ulet seperti yang ditunjukkan oleh gambar

di bawah ini :

Gambar 3.10 Pola patahan suhu panas

3.11 Analisa pengujian

Dari data hasil percobaan dan hasil perhitungan spesimen dengan temperatur

pengujian 88,8 0C mempunyai kekuatan impact yang lebih besar dari yang lainnya.

Kekuatan impact paling rendah baik dari perhitungan maupun dari hasil percobaan

adalah spesimen 3 dengan temperatur pengujian 1,9 0C.

Terjadinya selisih antara grafik pengujian dan teoritis disebabkan karena kurangnya

keakuratan dalam pembacaan skala dalam mesin pengujian impact dan perhitungan

dalam penentuan panjang lengan.

Dari grafik temperatur transisi terdapat kesamaan trend (kecenderungan) antara

kurva kekuatan uji impact hasil perhitungan maupun percobaan dengan kurva

kekuatan uji impact temperatur transisi teoritis (kekuatan impact pada umumnya).

Pada spesimen bersuhu dingin partikel semakin merapat, maka semakin sulit partikel

untuk bergerak. Hal ini meningkatkan internal stress, sehingga apabila spesimen

UJI TUMBUK 12


menerima beban tumbuk dari luar akan mudah patah. Sebaliknya, spesimen bersuhu

panas akan sulit mengalami kepatahan apabila terjadi beban tumbuk dari luar. Hal ini

disebabkan karena partikel mengalami kerenggangan, sehingga partikel bebas

bergerak.

3.12 Kesimpulan

Uji kekuatan tumbuk ( impact test ) merupakan salah satu cara untuk mengukur

kekuatan material terhadap beban mendadak. Percobaan ini dilakukan pada tiga

keadaan yang berbeda yakni pada temperatur panas (88,80C), dingin (1,90C), dan

temperatur kamar (28,40). Dari sini dapat disimpulkan bahwa temperature

mempengaruhi kekuatan impact.

Daftar Pustaka

Budi Prasojo, ST [2002], Buku Petunjuk Praktek Uji Bahan, Jurusan Teknik

Permesinan Kapal, PPNS

Dosen Metallurgi, [1986], Petunjuk Praktikum Logam, Jurusan Teknik Mesin

FTI, ITS

Harsono, Dr, Ir & T.Okamura, Dr, [1991], Teknologi Pengelasan Logam, PT.

Pradya Paramita, Jakarta

M.M. Munir, [2000], Modul Praktek Uji Bahan, Vol 1, Jurusan Teknik Bangunan

Kapal, PPNS

Wachid Suherman, Ir, [1987], Diktat Pengetahuan Bahan, Jurusan Teknik Mesin

FTI, ITS

UJI TUMBUK 13

Documents

Laporan Resmi ACC Impact Siap Assistensi