BAB I

PAGE 18

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang MasalahPatah getas sebenarnya telah menjadi permasalahan sejak tahun 1900-an. Kapal-kapal perang selama perang dunia kedua banyak mengalami retak bahkan patah menjadi dua bagian yang mengakibatkan kerusakan total. Hampir semuanya kerusakan ini terjadi pada musim dingin dan terjadi pada saat kapal berada di laut bebas maupun ketika sedang berlabuh. Sejak saat itu perpatahan getas menjadi perhatian utama. Penelitian pun gencar dilakukan untuk mencari penyebab kegagalan tersebut dan menemukan cara-cara pencegahannya.

Akhirnya ditemukan bahwa penyebab kegagalan tersebut adalah karena kegagalan getas baja lunak yang digunakan sebagai penyokong kapal. Terdapat tiga buah faktor dasar yang mendukung terjadinya patah pembelahan getas. Ketiga faktor tersebut adalah1:

1. Keadaan tegangan tiga sumbu

2. Suhu rendah

3. Laju regangan yang tinggi atau pembebanan yang tinggi atau laju pembebanan yang cepat.

Ketiga faktor tersebut tidak perlu ada secara bersamaan pada waktu terjadi patah getas. Sebagian besar peristiwa kegagalan getas disebabkan oleh keadaan tegangan tiga sumbu, seperti terdapat pada takik, dan oleh sumbu rendah. Akan tetapi, kedua penyebab tersebut akan lebih menonjol apabila terdapat laju pembebanan yang tinggi, untuk menentukan kepekaan bahan terhadap patah getas, seringkali digunakan pengujian impak. Oleh karena itu, pada Laboratorium Metalurgi dilakukanlah pengujian untuk mengetahui sifat perpatahan dari logam, yaitu dengan uji impak

1.2 Tujuan Percobaan Tujuan dilakukan percobaan ini adalah untuk mengetahui sifat perpatahan (britteleness), yaitu ketangguhan suatu bahan atau sifat logam terhadap beban kejut2.

1.3 Batasan Masalah

Adapun batasan masalah pada percobaan impak ini yaitu bahan yang digunakan adalah jenis baja FL (Fast Long) dengan luas penampang 80 mm2, kemudian dilakukan pengujian pada temperatur yang berbeda (27 dan 0 C).1.4 Sistematika PenulisanPenulisan laporan ini dibagi menjadi enam bab. Dimana BAB I menjelaskan mengenai latar belakang, tujuan percobaan, batasan masalah, sistematika penulisan. BAB II menjelaskan mengenai tinjauan pustaka yang berisi mengenai teori singkat dari percobaan yang dilakukan, BAB III menjelaskan mengenai metode penelitian, BAB IV menjelaskan mengenai data percobaan, BAB V menjelaskan mengenai pembahasan dan BAB VI menjelaskan mengenai kesimpulan dari percobaan. Selain itu juga di akhir laporan terdapat lampiran yang memuat contoh perhitungan, jawaban pertanyaan dan tugas serta terdapat juga blangko percobaan.BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Uji ImpakSuatu bahan memiliki katangguhan dan kekuatan tarik yang tinggi akan tetapi sesuai untuk kondisi pembebanan kejut. Ketahanan pembebanan kejut biasanya diukur dengan menggunakan metode izod atau charpy yang bertakik.

Ada tiga macam takiakan yang biasa digunakan dalam uji impak 1,yaitu:

1. Charpy takikan bentuk V (Charpy V-notch)2. Charpy takikan bentuk U (Charpy unotch)3. Charpy takikan bentuk lubang kunci (Charpy keyhole specimen) Gambar 1. (a) Charpy takikan bentuk V (Charpy V-notch). (b) Charpy takikan bentuk lubang kunci (Charpy keyhole specimen). (c) Charpy takikan bentuk U (Charpy unotch)

Pada penelitia perpatahan getas logam telah menggunakan berbagai bentuk benda uji untuk pengujian impak bertakik. Secara umum benda uji dikelompokkan ke dalam dua golongan standar. Dikenal ada dua metoda percobaan impak 1, yaitu;

1. Metode Izod2. Metode CharpyBeban pukulan yang berbentuk seperti bandul, diperoleh dari ayunan bandul yang dilepaskan pada ketinggian tertentu, berat bandul dan panjang lengan sudah ditentukan sebelumnya. Benda uji berukuran standar dengan penampang persegi dipukul pada sisi belakang takik hingga patah, dari bentuk perpatahan yang terjadi dapat diketahui sifat perpatahannya.

2.2 Metode Uji Impak

Untuk mengetahui sifat perpatahan,keuletan dan kegetasan suatu lmaterial, dapat dilakukan suatu pengujian yaitu dengan uji impak. Umumnya pengujian ini menggunakan benda uji yang bertakik. Berbagai jenis pengujian impak batang bertakik telah digunakan untuk menentukan kecenderungan bahan untuk bersifat getas. Dengan uji ini kita dapat mengetahui perbedaan sifat bahan yang tidak teramati dalam uji tarik.

Hasil yang diperoleh dari pengujian tidak sekaligus memberikan besaran rancangan yang dibutuhkan, karena tidak mungkin mengukur komponen tegangan tiga sumbu pada takik. Para peneliti perpatahan getas logam telah menggunakan berbagai bentuk benda uji untuk pengujian impak bertakik.

Uji impak termasuk uji mekanik dinamis, dilihat dari cara pengujiannya yaitu dengan pemukulan secara tiba-tiba. Suatu material yang mendapat beban statis seperti tarik, kekerasan, tekuk dan lain-lain, maka akan berbeda karakteristiknya jika kita bandingkan dengan material yang mendapat beban dinamis.

Bila baja yang kualitasnya kurang baik atau perlakuan panasnya tidak sempurna, maka dengan pengujian statis semacam tarik, kekerasan dan lain-lain, masih mendapatkan angka yang baik, tetapi bila diuji dengan pukulan secara tiba-tiba seperti uji impak, maka akan menunjukkan angka yang rendah.

Bahan logam yang biasa diuji impak seperti ketel uap, hasil pengelasan, pelat kapal, pipa gas dan minyak. Hal ini disebabkan bahan logam tersebut dipakai dalam kondisi temperatur yang selalu berubah-ubah, sehingga mengakibatkan bahan tersebut dapat mengalami kegetasan sehingga peka terhadap beban kejut seperti pukulan dan tekanan yang tiba-tiba. Dengan pengujian impak ini material bisa diketahui ketangguhannya. Dengan demikian, dengan uji impak dapat mengetahui material logam tangguh atau tidak. Untuk ketentuan spesimennya dibuat dengan ukuran tertentu dan diberi takikan dengan tipe tertentu pula. Kemudian dipukul secara tiba-tiba sampai patah lalu mengukur kerja pukulan dalam satuan joule (J)

Secara umum harga impak (HI) didefinisikan sebagai perbandingan antara energi yang digunakan untuk mematahkan bahan (U) dengan luas penampang sisa setelah diberi takikan. Dikenal ada dua metoda percobaan impak 1, yaitu;

1. Metoda IzodDengan batang impak kontiveler. Benda uji Izod lazim digunakan di Inggris, namun saat ini jarang digunakan. Benda uji Izod mempunyai penampang lintang bujursangkar atau lingkaran dan bertakik V di dekat ujung yang dijepit.

2. Metoda CharpyBatang impak biasa, banyak di gunakan di Amerika Serikat. Benda uji Charpy mempunyai luas penampang lintang bujursangkar (10 x 10 mm) dan mengandung takik V-45o, dengan jari-jari dasar 0,25 mm dan kedalaman + 2 mm. Benda uji diletakan pada tumpuan dalam posisi mendatar dan bagian yang tak bertakik diberi beban impak dengan ayunan bandul (kecepatan impak sekitar 16 ft/detik). Benda uji akan melengkung dan patah pada laju regangan yang tinggi, kira-kira 103 detik-1.

Perbedaan cara pembebanan antara metoda Izod dan Metoda Charpy, ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Sketsa yang menggambarkan metode pembebanan pada uji impak (a) uji impak dengan Charpy .(b) uji impak dengan Izod Kendala plastis pada takik menghasilkan keadaan tegangan tiga sumbu. Konsentrasi tegangan plastis maksimum diberikan oleh persamaan:

Ka = ( 1 + /2 /2)(1)

Di mana sudut antara sisi takik. Nilai relatif ketiga tegangan utama sangat tergantung pada dimensi batang dan ukuran takik. Benda uji standar cukup tebal untuk menjamin pembebanan regangan bidang yang tinggi. Dengan demikian, benda uji takik V Charpy standar, memberikan kondisi yang baik bagi pengujian patah getas. Oleh karena itu, pemakaian benda ini bukan standar harus dilakukan dengan hati-hati.

Pada uji impak pengukura energi yang diserap untuk mematahkan benda uji. Setelah benda uji patah, bandul berayun kembali. Makin besar energi yang diserap, makin rendah ayunan kembali dari bandul. Energi perpatahan yang diserap biasanya dinyatakan dalam joule atau foot-pound dan dibaca langsung pada skala petunjuk (dial) yang telah dikalibrasi yang terdapat pada alat penguji.

Energi yang diperlukan untuk mematahkan benda uji Charpy sering kali diberi tanda CV 25 ft-lb. Di Eropa hasil uji impak seringkali dinyatakan sebagai energi yang diserap tiap satuan luas penampang lintang benda uji. Perlu diingat bahwa energi perpatahan yang diukur dengan uji Charpy hanyalah energi relatif dan tidak bisa digunakan secara langsung dalam persamaan perancangan.

Cara mengukur dari uji Charpy salain hasil dari alat uji,biasanya dilakukan penelaahan permukaan patahan untuk menentukan jenis patahan yang terjadi; patahan berserat (patahan geser), granular (patahan belah), atau campuran dari keduanya. Bentuk patahan yang berbeda-beda ini dapat ditentukan dengan mudah, walaupun pengamatan permukaan patahan tidak menggunakan perbesaran.

Sementara permukaan patahan ulet berserat yang berbentuk dimpel menyerap cahaya serta penampilan yang buram. Biasanya dibuat suatu perkiraan berapa persen (%) patahan permukaan yang terjadi berupa patahan belah atau serat.2.3 Angka Hasil Pukul Takik (Impact) Angka pukul takik (impact) memiliki satuan joule yang didefinisikan sebagai hasil bagi dari kerja pukul dalam Kgm terhadap luas penampang dalam cm2 dari benda uji yang diukur dari luas penampang yang diberi takikan dalam cm2. Metode pengujian yang dilakukan ada dua yaitu dengan metode charpy dan metode izod. Dimana pada metode charpy spesimen posisinya horizontal dengan takikan spesimen ditengah-tengah dan arah takikan berlawanan dengan palu pemukulnya. Sedangkan metode izod posisi spesimennya vertical dengan takikan menghadap palu pemukul.

Perlu menjadi perhatian bahwa selain pengaruh temperatur pengujian impact juga sangat berpengaruh terhadap posisi pengambilan spesimen yaitu antara perbedaan arah spesimen sangat berpengaruh terhadap nilai pengujian. masing-masing posisi pengambilan spesimen dan arah takikan mempunyai nilai yang berlainan1.2.4 Cara Pemukulan dengan Mesin Charpy Spesimen diletakkan horizontal lalu bagian yang ditakik diletakkan tepat ditengah-tengah dan arah pukulan berlawanan dengan palu pemukul serta spesimen ditahan oleh dua penumpu kiri dan kanan dengan jarak 40 mm. Kemudian palu dipukulkan tepat ditengah-tengah punggung yang ditakik. Angka pengujian ini sangat berpengaruh terhadap ukuran benda uji, bentuk takikan dan temperatur waktu pengujian. Bekas pukulan spesimen bisa langsung putus dan menampakkan permukaan yang mengkilat, hal ini menunjukkan nilai impact rendah, begitu juga sebaliknya jika spesimen tidak putus dan menunjukkan patahannya buram dan berserabut, hal itu menunjukkan nilai kuat impactnya tinggi disamping bisa melihat secara langsung angka impact pada mesin uji impact.2.5 Standar Spesimen Uji Impact

Untuk mendapatkan hasil yang menguatkan, maka batang uji harus distandarisasi terlebih dahulu, baik ukuran dan tipe takikannya. Benda uji atau spesimen harus sesuai dan dikerjakan seteliti mungkin dengan ketentuan kehalusan tertentu. Bahkan selama preparasi spesimen uji impact, material tidak boleh mengalami pengaruh deformasi, maupun pengaruh pengerjaan panas. Dengan demikian kondisi temperatur pengerjaan preparasi harus dalam kondisi dingin agar tidak mempengaruhi struktur mikro materialnya1.

Ukuran dan tipe takikan yang digunakan untuk uji tumbuk atau uji pukul takik atau uji impact. Beberapa tipe takikan spesimen uji impact metoda charpy yaitu tipe (A, B dan C) dapat dilihat pada gambar 2. Pada gambar terlihat ada tiga tipe spesimen yaitu : tipe A atau V (V Notch), tipe B atau lubang kunci (key notch) dan tipe C atau U (U Notch).

Ukuran beberapa jenis spesimen uji impact dengan metode charpy bisa disesuaikan dengan tebal yang akan diuji seperti pada Gambar 4.

Gambar 3. Ukuran beberapa jenis spesimen uji impact dengan metode charpyTipe dan ukuran spesimen metode izod yaitu tipe D dengan ukuran seperti Gambar 5 standar spesimen uji impact metode charpy pada material. Cara pengujian dengan metode izod sesuai dengan Gambar 5, benda uji atau spesimen diklem tegak lurus tepat pada bagian yang ditakik yang kemudian dipukul dengan palu dari bagian muka yang ditakik. Posisi spesimen uji impact dengan metode izod, berikut usuran palu dan syarat-syarat yang harus dipenuhi saat melakukan pengujian impact (sesuai standar ASTM).

Gambar 4. Standar Spesimen Metode Izod Tipe D

Gambar 5. Uji impact metode izodBAB III

METODE PENELITIAN3.1 Diagram Alir Percobaan

Gambar 6. Diagram alir percobaan

3.2 Alat dan Bahana. Benda uji

b. Mesin uji impak charpyc. Penjepit spesimen

d. Bejana berisi es

e. Jangka sorong

3.3 Prosedur Percobaan1. Buatlah benda uji dengan ukuran standar.

2. Ukur luas penampang dan kedalaman takik pada benda uji.

3. Pasang benda uji pada tumpuan. Perhatikan letak dan posisi takik.

4. Pasang Bandul pada posisi skala 300 Joule.

5. lepaskan bandul dan catat energi bandul yang diserap untuk mematahkan benda uji.

6. Lakukan percobaan pada kondisi temperatur yang berbeda-beda, yaitu 5 C, dan 25 C.

7. Amati dan gambar bentuk perpatahan yang terjadi.

BAB IV

HASIL PERCOBAAN4.1 Tabel hasil PercobaanMETODE CHARPY Beban: 300 JouleTabel 1. Data hasil percobaan

NoBahanLuas Penampang (mm2)Suhu

CEnergi

(joule)Harga Impak

(J/mm2)Bentuk % patahan

1.BS4360A8025650,8125 39 %

2.3.BS4360ABS4360A

80

80610052940,651,17511%

44%

BAB V

PEMBAHASANUji impak merupakan salah satu metode yang digunakan untuk mengetahui sifat suatu material. Pada percobaan yang telah dilakukan untuk jenis baja face long pada temperatur 27 C, dengan luas penampang 80 mm2. maka besarnya energi bandul yang diserap untuk mematahkan material sebesar 85 Joule, sedangkan jika dilakukan pengukuran dari bentuk patahannya maka dapat disimpulkan bahwa material tersebut bersifat ulet (% patahannya sebesar 26 %). Pada temperatur 5 C serta luas penampang 80 mm2 , besarnya energi bandul yang diserap untuk mematahkan material sebesar 53 Joule. Dan jika dilakukan pengukuran dari bentuk patahannya maka dapat dikatakan bahwa material tersebut bersifat ulet, yakni berdasarkan % patahannya sebesar 26 %. Berdasarkan data dari percobaan yang telah dilakukan maka dapat digambarkan kurva peralihan sebagai berikut :

Gambar 7. Kurva peralihan

BAB VI

KESIMPULANBerdasarkan percobaan uji impak yang telah dilakukan, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :

1. Metode uji impak terbagi menjadi 2, yaitu metode charpy dan metode izot.

2. Fungsi dari uji impak yaitu untuk mengetahui sifat mekanik dari suatu material.

3. semakin besar temperatur material pada luas penampang yang sama, maka harga impaknya pun semakin besar serta energi bendul yang diserap untuk mematahkan material face long.

4. material face long memiliki sifat yang ulet.

DAFTAR PUSTAKA1. ASM Hand book , Volume 8 Mechanical Testing.

2. Tim Laboratorium Metalurgi, 2008, Buku panduan praktikum laboratorium metalurgi II , Cilegon, Banten.3. www.google.com

Lampiran B. Jawaban Tugas Dan Pertanyaan

1. Grafik hubungan antara Harga Impact terhadap Temperatur

2. Untuk menentukan daerah getas dan daerah lunak/ulet, dapat diketahui setelah suhu peralihan ditentukan. Dari pembahasan didapat suhu peralihannya adalah pada suhu yag lebih dari 5 0C yaitu sekitar 25 0C. Hal ini berarti bahwa daerah getas terletak pada bagian bawah suhu peralihan dan sebaliknya pada daerah lunak/ulet terletak pada bagian atas suhu peralihan. Daerah getas dan ulet dapat dilihat dalam grafik diatas.3. Temperatur transisi atau suhu peralihan merupakan temperatur yang menentukan perubahan sifat logam dari getas menjadi lunak/ulet. Dari grafik pada kurva suhu peralihan diatas penentuan temperatur transisi dengan menggunakan kriteria T3, yaitu nilai rata-rata bagian atas dan bawah. Dari grafik telah ditentukan nilai temperatur peralihannya terjadi pada temperatur diatas 5 0C yaitu sekitar 25 0C.4. Macam-macam takik uji impak dapat dibedakan menjadi 4 macam, yaitu :

a. Tipe A atau tipe takikan V, takikan benda uji ini berbentuk huruf V dengan membentuk lingkaran dibagian sudutnya. Tipe A ini merupakan tipe takikan spesimen uji impak Charpy. Gambaran dari uji impak Charpy ini dapat dilihat dibawah ini.

Gambar 8. Spesimen uji impak charpy tipe Ab. Tipe B atau lubang anak kunci (key notch). Tipe ini juga merupakan takiakan benda uji impak Charpy. Bentuk takikannya memang menyerupai lubang anak kunci dengan gambarannya sebagi berikut:

Gambar 9. Spesimen uji impak charpy tipe Bc. Tipe C atau tipe takikan U, tipe ini merupakan tipe takikan spesimen uji impak Charpy. Takikan benda uji ini berbentuk huruf dengan membentuk setengah lingkaran dibagian sudutnya, seperti yang terlihat pada gambar berikut ini :

Gambar 10. Spesimen uji impak charpy tipe C

d. Tipe D, tipe takikan ini merupakan tipe takikan spesimen benda uji impak metode Izod, gambarannya adalah sebagai berikut :

Gambar 11. Spesimen uji impak izod tipe D5. Gambar dan bentuk dimensi uji impak sebagai berikut : ASTM E23 untuk Charpy

Gambar 12. ASTM E23 untuk charpyKeterangan :

ASTM E23 untuk Izod

Gambar 13. ASTM E23 untuk izodKeterangan :

6. Berikan 5 contoh kegunaan hasil uji impak dalam kehidupan sehari-hari!

a. Untuk mengukur ketangguhan bahan berkekuatan rendah seperti baja konstruksi.

b. Untuk memperbandingkan pengaruh paduan terhadap ketangguhan takik.

c. Untuk memperbandingkan pengaruh perlakuan panas pada ketangguhan bahan.

d. Untuk keperluan pengendalian kualitas bahan.

e. Untuk mengetahui ketangguhan bahan pada berbagai temperatur.

7. Bagaimana bentuk perpatahan dari material getas dan lunak?

i. Bentuk perpatahan dari meterial getas adalah berbentuk granular. Facet permukaan patahan belah datar memiliki daya pantul yang tinggi serta penampilan yang berkilat.

ii. Bentuk perpatahan dari meterial lunak adalah berserat yang berbentuk dimpel menyerap cahaya serta penampilannya buram.

Lampiran C. Gambar Alat dan Bahan

Gambar 14. Mesin uji impak charpy11

3

1

(b)

(a)

Mengukur luas penampang dan kedalaman takik

BS 4360 A

Meletakkan benda uji pada tumpuan

Memasang benda uji dengan skala 300 joule

Melepaskan bandul

Data

Pembahasan

Kesimpulan

literatur

Energi yang diserap

13

14

15

PAGE