MAKALAH

ANALISIS PERPATAHAN ULET

(ANALYSIS OF DUCTILE FRACTURE)

Disusun untuk Memenuhi Salah Satu Tugas Mata Kuliah Perpatahan dan Fatik

Dosen Pengampu Bpk. Heri Yudiono

Oleh

Satrio Hudi Asrori (5212412016)

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

SEMARANG

2014

ii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL i

DAFTAR ISI ii

DAFTAR GAMBAR iii

BAB I PENDAHULUAN 1

A. LATAR BELAKANG 1

B. RUMUSAN MASALAH 1

C. TUJUAN 2

D. MANFAAT 2

BAB II PEMBAHASAN 3

A. DASAR TEORI 3

B. PEMBAHASAN 5

BAB III PENUTUP 8

A. SARAN 8

B. SIMPULAN 8

DAFTAR PUSTAKA 9

LAMPIRAN 10

iii

DAFTAR GAMBAR

Gambar1. Bainite structure 5

Gambar2. Spesimen patah ulet 6

Gambar3. Proses pembentukan patahan 6

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Dalam sebuah konstruksi dan perancangan, terdapat suatu kondisi dimana

material akan mengalami perubahan sifat mekanis dan fisis sesuai dengan

perlakuan yang diberikan. Perubahan sifat yang dimiliki material tentu saja akan

berpengaruh pada kondisi akhirnya. Salah satu kondisi yang umum terjadi adalah

patah, patah merupakan kondisi dimana material terpisah dari bagiannya karena

mengalami tegangan dalam bwaktu tertentu.

Patah sendiri memilki 2 jenis, yaitu patah getas dan patah ulet, namun pada

kesempatan kali ini penulis akan menjelaskan mengenai patah ulet. Patah ulet

adalah patah akibat deformasi berlebih, elastis atau plastis, terkoyak atau patah

geser (tearing or shear fracture). Pada dasarnya patah ulet memiliki beberapa ciri,

dianaranya:

a) terjadi penyerapan energi;

b) adanya deformasi plastis yang cukup besar di sekitar patahan;

c) permukaan patahan nampak kasar ,berserabut (fibrous), dan berwarna

kelabu.

Dari penjelasan diatas dapat kita ketahui bahwa kondisi patah pada material

sangat penting, khususnya patah ulet (ductile fracture). Sebagai seorang

mahasiswa, kita harus mengetahui secara mendasar dan secara detail patah ulet

tersebut, sehingga diharapkan saat berada di lapangan tidak hanya mengetahui

secara umum.

B. RUMUSAN MASALAH

1. Bagaimana mekanisme perpatahan ulet pada material?

2. Bagaimana ciri-ciri material yang mengalami patah ulet?

3. Apa dampak patah ulet bagi material?

4. Bagaimana mengatasi patah ulet pada material?

2

C. TUJUAN

Tujuan penyusunan makalah ini adalah untuk:

1. mengetahui mekanisme perpatahan ulet pada material;

2. mengetahui ciri-ciri material yang mengalami patah ulet;

3. mengetahui dampak patah ulet bagi material;

4. mengetahui cara mengatasi material yang mengalami patah ulet.

D. MANFAAT

Manfaat yang diharapkan dari penulisan makalah ini adalah dapat memberikan

pengetahuan mendalam mengenai perpatahn ulet, sehingga dalam praktik atau

berada di lapangan kita dapat mengatasi.

3

BAB II

PEMBAHASAN

A. DASAR TEORI

1. Mekanisme Perpatahan

Setiap faktor desain yang menimbulkan konsentrasi tegangan dapat

mengakibatkan perpatahan dini. Telah kita ketahui bahwa untuk

menyelesaikannya merupakan faktor penting. Mekanika patah menyajikan

studi struktural yang memandang perambatan retak sebagai fungsi beban

kerja. Retak adalah cacat mikroskopik yang secara normal muncul pada

permukaan atau bagian dalam material. Tidak ada material atau proses

manufaktur yang menghasilkan struktur kristal yang bebas cacat (selalu

terdapat cacat mikro). Pada tahap permulaan tumbuhnya retak terlihat bahwa

terjadi slip mikroskopik, dan slip tak mampu balik di dalam butir-butir (terjadi

konsenterasi tegangan). Hal tersebut mengakibatkan terjadinya penurunan

keuletan secara bertahap pada daerah bidang slip, yang menyebabkan

terbentuknya retak mikroskopik. Ini terjadi sekitar 10% - 20% dari umur fatik.

Retak tumbuh secara perlahan-lahan selama sisa siklus yang akhirnya terjadi

pengurangan luas penampang yang cukup besar hingga terjadi perpatahan.

Perambatan retak memerlukan tegangan yang lebih kecil

dibandingkan untuk inisiasi retak. Pada tegangan kerja, retak mudah bergerak

disepanjang material, menyebabkan slip pada bidang geraknya. Pada lokasi ini

lebih mudah terjadi kerusakan. Perambatan ini dapat dicegah dengan adanya

diskontinuitas pada material. Kegagalan patah terjadi pada level tegangan

dibawah tegangan luluh material solid.

Mekanika patah memfokuskan pada panjang retak yang kritis yang

menyebabkan elemen mengallami kegagalan. Pengawasan terhadap patah

terbagi atas menjaga tegangan nominal dan menjaga ukuran retak agar dibawah

level kritis untuk material yang telah digunakan pada elemen mesin. Kegagalan

patah terjadi patah level tegangan dibawah tegangan luluh material solid.

Mekanika patah memfokuskan pada panjang retak yang kritis yang

menyebabkan elemen gagal. Pengawasan terhadap patah terbagi atas menjaga

4

tegangan nominal dan menjaga ukuran retak agar dibawah level kritis untuk

material yang telah digunakan pada elemen mesin.

Pada kebanyakan bahan teknik, tahapan yang paling sulit adalah

perambatan deformasi hasil retakan mikro melalui penghalang yang kuat,

misalnya perbatasan butiran. Oleh karena itu ukuran butiran mempunyai

pengaruh yang besar pada sifat-sifat patah getas. Kita mengetahui bahwa

karbida rapuh memainkan peran kritis hingga pada baja lunak terjadi

perpatahan rapuh. Smith mengusulkan mengenai pembentukan retakan mikro

pada batas butir lapisan karbida sebagai gambar berikut.

2. Teori perambatan retak (Theory of crack propagation).

Dalam teori perambatan retak (Theory of crack propagation), ada 3

(tiga) aspek perambatan retak yang perlu dipertimbangkan yaitu :

1. Ukuran keretakan (crack size). Ukuran retak kritis merupakan fungsi

dari tegangan dan ketangguhan patah material yang didefinisikan

dari persamaan; KIC = σ f (ac π) 0,5 di mana K adalah ketangguhan

patah, σ adalah stress (design property), dan ac adalah ukuran retak

kritis untuk kegagalan (deteksi tergantung pada teknik NDE (ukuran

deteksi berbanding terbalik dengan biaya).

2. Plastik zona di ujung retak Bahan rapuh memiliki kemampuan

sedikit plastis berubah bentuk, sehingga mudah retak merambat.

Bahan ulet dengan mudah dapat merusak di ujung retak, yang

menumpulkan ujung dan menghasilkan energi tambahan (kekuatan)

untuk memajukan ujung retak.

3. Ketebalan (t) Ketebalan dinding bejana tekan adalah fungsi

Ketangguhan retak dan kekuatan hasil dan t adalah tebal dinding; t

<2,5 (KIC / σys) 2. Bila hubungan bentuk patahan terhadap

mikrostruktur merupakan hal yang dianggap penting, maka profil

retakan diuji dan kehatihatian harus dilakukan untuk menjaga bagian

ujung.

Proses nukleasi hanya bergantung pada tegangan geser yang

memaksa dislokasi menjadi satu, sebelum mereka bergabung, oleh karena itu

proses perpatahan hanya bergantung pada tegangan geser. Dengan demikian

5

nukleasi retak mikro dianggap sebagai suatu proses yang lebih mudah

dibandingkan dengan perambatan retak dan tegangan pertumbuhan merupakan

faktor tertentu pada mekanisme perpatahan. Bila tegangan luluh lebih kecil dari

tegangan tumbuh maka bahan dikatakan ulet. Sedangkan bila tegangan luluh

lebih kecil dari tegangan tumbuh maka dikatakan bahan rapuh. Pertumbuhan

retak berlangsung terus dengan cara tadi dan terjadi perpatahan rapuh atau ulet

(karena penampang yang telah berkurang tidak mampu menahan beban). Pada

paduan rekayasa (bukan logam murni) yang mengandung inklusi atau partikel

fasa kedua, terbentuk retak atau rongga dimuka ujung retak awal ketika

tegangan atau regangan tarik mencapai nilai kritis tertentu. Perambatan retak

memerlukan tegangan yang lebih kecil dibandingkan untuk inisiasi retak. Pada

tegangan kerja, retak bergerak mudah disepanjang material, menyebabkan slip

pada bidang geraknya. Pada lokasi ini lebih mudah terjadi kerusakan.

Perambatan ini dapat dicegah dengan adanya diskontinuitas pada material.

B. PEMBAHASAN

Patah ulet merupakan patah yang diakibatkan oleh beban statis yang

diberikan pada material, jika beban dihilangkan maka penjalaran retak akan

berhenti. Patah ulet ini ditandai dengan penyerapan energi disertai adanya

deformasi plastis yang cukup besar di sekitar patahan, sehingga permukaan

patahan nampak kasar, berserabut (fibrous), dan berwarna kelabu. Selain itu

komposisi material juga mempengaruhi jenis patahan yang dihasilkan, jadi bukan

karena pengaruh beban saja. Biasanya patah ulet terjadi pada material berstruktur

bainit yang merupakan baja dengan kandungan karbon rendah.

Gambar 1. Bainite Structure

http://www.metallographic.com/Procedures/1018%20quenched%20steel.htm

6

Gambar 2. Spesimen Patah Ulet

Sumber: http://okasatria.blogspot.com/2008/02/pengujian-tarik.html

Beberapa jenis patah ulet dapat terjadi selama proses logam atau pada

berbagai jenis pemakaian yang berbeda-beda. Patah ulet akibat beban tarik

biasanya didahului oleh penurunan secara lokal diameter bahan yang dinamakan

penyempitan (necking).

Gambar 3. Tahapan Pembentukan Patahan

Mekanisme patah ulet menggambarkan dimana partikel-partikel fasa

kedua seluruhnya akan terdistorsi akibat proses deformasi plastik, biasanya secara

umum ketahanan terhadap patah ulet sangat bervariasi terhadap arah dalam proses

pembentukannya.

Pada praktiknya Suhu semakin tinggi nilai energi impak semakin tinggi

menunjukkan kemungkinan bagi atom-atom untuk melompat meningggalkan

tempatnya atau kekosongan dalam kristal yang berbentuk garis, sehingga aktivitas

pergeseran meningkat, dan terjadi keadaan perpatahan ulet, hal ini yang

menyebabkan baja karbon rendah semakin ulet. Kecenderungan perpatahan yang

terjadi pada suhu rendah adalah perpatahan rapuh, sebab ketika suhu berkurang

aktivitas pergeseran pada baja karbon rendah tersebut juga berkurang (Putra

22:2012).

7

Dengan keuletan relatif dapat ditentukan dari:

1. Pengukuran keuletan (dengan mengukur % perpanjangan atau %

penyusutan penampang)

2. Jumlah energi yang diserap pada percobaan Impack /pukul. Pada suhu

rendah, retak dapat merambat lebih cepat daripada terjadinya deformasi plastik,

berarti energy yang diserap sedikit. Baja dibebani secara perlahanlahan dapat

patah ulet & patah rapuh pada impack (beban kejut).

Ciri-ciri patah ulet:

Ada reduksi luas penampang patahan, akibat tegangan uniaksial

Tempo terjadinya patah lebih lama.

Pertumbuhan retak lambat, tergantung pada beban

Permukaan patahannya terdapat garisgaris benang serabut (fibrosa),

berserat, menyerap cahaya, pempilannya buram

terjadi penyerapan energi

adanya deformasi plastis yang cukup besar di sekitar patahan

permukaan patahan nampak kasar ,berserabut (fibrous), dan berwarna

kelabu.

8

BAB III

PENUTUP

A. SARAN

Setiap faktor desain yang menimbulkan konsentrasi tegangan dapat

mengakibatkan perpatahan dini. Telah kita ketahui bahwa untuk

menyelesaikannya merupakan faktor penting, begitu patah ulet. Untuk

memprediksi suatu material mengalami patah ulet harus kita selalu awasi dalam

memberikan perlakuan, entah saat pembuatan ataupun penggunaan, sehigga patah

ulet dapat dihindari.

B. SIMPULAN

Patah ulet merupakan patah yang diakibatkan oleh beban statis yang diberikan

pada material, jika beban dihilangkan maka penjalaran retak akan berhenti. Patah

ulet ini ditandai dengan penyerapan energi disertai adanya deformasi plastis yang

cukup besar di sekitar patahan. Patah ulet akibat beban tarik biasanya didahului

oleh penurunan secara lokal diameter bahan yang dinamakan penyempitan

9

Daftar Pustaka

Nusyirwan .2007. Analisa Perpatahan Roda Gigi Terhadap Misslignment Gear

Box Kiln Indarung V Pt. Semen Padang. No. 27 Vol.2 Thn. Xiv April

2007 .Diakses pada 16 Oktober 2014 Melalui www.scholar.google.co.id

Putra, Trisna.2012.Perambatan Retak (Crack Propagation) Tap Bolt

Unc - Oil Coated Astm 325.Jurnal Teknik Mesin Vol.2, No. 1, Oktober 2012 : 20-

2. Diakses pada 16 oktober 2014 melalui www.scholar.google.co.id

10

Lampiran