SIFAT MEKANIKSIFAT MEKANIK

• Perilaku bahan terhadap beban Perilaku bahan terhadap beban mekanikmekanik

• Beban mekanik: gaya, momen, energi Beban mekanik: gaya, momen, energi mekanikmekanik

• Beban mekanik dapat menimbulkan Beban mekanik dapat menimbulkan deformasi (perubahan bentuk), deformasi (perubahan bentuk), sementara (elastis), permanen sementara (elastis), permanen (plastis) sampai patah (fracture)(plastis) sampai patah (fracture)

• Beban mekanik ada yang stabil Beban mekanik ada yang stabil (statis) ada yang berubah (dinamis)(statis) ada yang berubah (dinamis)

SIFAT MEKANIKSIFAT MEKANIK

• Kekuatan Kekuatan (strength)(strength):: Kemampuan Kemampuan bahan untuk menerima bebanbahan untuk menerima beban

• Keuletan Keuletan (ductility)(ductility):: Kemampuan Kemampuan bahan berdeformasi plastisbahan berdeformasi plastis

• KetangguhanKetangguhan (toughness) (toughness): : Kemampuan bahan menerima energi Kemampuan bahan menerima energi mekanikmekanik

• KekakuanKekakuan (stiffness) (stiffness): : Kemampuan Kemampuan bahan menahan terjadinya deformasibahan menahan terjadinya deformasi

• Kekerasan:Kekerasan: –Kemampuan menahan goresanKemampuan menahan goresan–Kemampuan menahan tusukanKemampuan menahan tusukan–Kemampuan memantulkan benda lainKemampuan memantulkan benda lain

• Kelelahan Kelelahan (fatigue): perilaku bahan (fatigue): perilaku bahan terhadap beban yang berulang terhadap beban yang berulang (cyclic)(cyclic)

• Merangkak Merangkak (creep): perilaku bahan (creep): perilaku bahan terhadap beban statis sebagai fungsi terhadap beban statis sebagai fungsi waktuwaktu

PENGUJIAN TARIK (TENSILE PENGUJIAN TARIK (TENSILE TEST)TEST)

• Batang Uji ditarik dengan gaya tarik Batang Uji ditarik dengan gaya tarik yang naik secara perlahan, sampai yang naik secara perlahan, sampai putusputus

• Selama pengujian diukur besarnya Selama pengujian diukur besarnya gaya tarik (P) dan pertambahan gaya tarik (P) dan pertambahan panjang (panjang (ΔΔL) L) yang terjadiyang terjadi

• Hasil pengukuran ditampilkan berupa Hasil pengukuran ditampilkan berupa Grafik P - (Grafik P - (ΔΔL) L)

Batang Uji

Batang Silindrik

Bentuk Batang Uji untuk Pengujian Tarik

Plat Gambar Projeksi

Gage length

L 0

Sebelum dibebani

Dengan beban 1

Pada saat putus

Setelah putus

L0

L1

LB L

F

Perubahan panjang batang uji akibat pembebanan

Necking

Ditransformasikan dengan persamaan:Tegangan = P/Ao Regangan = L/Lo

Pertambahan Panjang L (mm)

Gaya Tarik P (N)

0

Grafik P – L yang diperoleh dari Mesin Uji Tarik

Mengapa perlu

ditransfo

rmasi?

Besaran Notasi Satuan

Gaya P atau F N (Newton), kN, kgf, lbs, ton

Pertambahan Panjang L, l, atau e mm, inch

Tegangan Normal : atau S Geser : atau Ss

N/m2 (Pa), MPa, kgf/cm2, kgf/mm2, psi, ksi

Regangan , , atau e mm/mm, inch/inch, % atau tanpa satuan

Regangan

Tegangan

E Y

P

BM

0Diagram Tegangan-Regangan Teknik (Nominal)

menjadi

Regangan

Tegangan

EY

P

BM

0

Daerah Plastis

Daera

h

Ela

sti

s

σ1

ε1

εtotal

εelastisεplastis

• Pada tingkat beban yang rendah, Pada tingkat beban yang rendah, regangan yang terjadi berbanding regangan yang terjadi berbanding lurus (proportional) dengan besarnya lurus (proportional) dengan besarnya tegangan yang bekerja (Hukum Hook)tegangan yang bekerja (Hukum Hook)

• Pada tahap ini, bila kemudian beban Pada tahap ini, bila kemudian beban dihilangkan (tegangan dihilangkan (tegangan 0) maka 0) maka perubahan bentuk juga akan hilang perubahan bentuk juga akan hilang (regangan (regangan 0), bahan masih 0), bahan masih elastiselastis

• Bila beban dinaikkan terus, regangan Bila beban dinaikkan terus, regangan yang terjadi tidak lagi proportional yang terjadi tidak lagi proportional dan tidak lagi sepenuhnya elastis dan tidak lagi sepenuhnya elastis (melewati batas proportional P dan (melewati batas proportional P dan batas elastis E)batas elastis E)

Apa dan dimana

batas elastis?

• Bila beban lebih besar lagi maka Bila beban lebih besar lagi maka dapat terjadi pertambahan panjang dapat terjadi pertambahan panjang tanpa ada penambahan beban (Yield, tanpa ada penambahan beban (Yield, titik Y), yang berlangsung sesaattitik Y), yang berlangsung sesaat

• Setelah itu pertambahan panjang Setelah itu pertambahan panjang akan terjadi bila beban bertambah, akan terjadi bila beban bertambah, tetapi tidak lagi liniertetapi tidak lagi linier

• Sampai disini peregangan dianggap Sampai disini peregangan dianggap homogen, terjadi pada seluruh homogen, terjadi pada seluruh panjang uji (gage length)panjang uji (gage length)

• Bila saat ini kemudian beban Bila saat ini kemudian beban dihilangkan maka tidak semua dihilangkan maka tidak semua regangan akan hilang, ada regangan regangan akan hilang, ada regangan yang permanen (plastis)yang permanen (plastis)

• Pada beban yang sangat besar dapat Pada beban yang sangat besar dapat terjadi terjadi neckingnecking (pengecilan setempat) (pengecilan setempat)

• Dengan terjadinya necking, beban Dengan terjadinya necking, beban mesin akan makin berkurangmesin akan makin berkurang

• Dan pertambahan panjang Dan pertambahan panjang selanjutnya akan terjadi hanya pada selanjutnya akan terjadi hanya pada neck, sampai akhirnya patah.neck, sampai akhirnya patah.

Sifat mekanik di daerah elastisSifat mekanik di daerah elastis

• KekuatanKekuatan dinyatakan dengan dinyatakan dengan Yield Point, Yield Point, σσyy

besarnya tegangan untuk dapat terjadi yieldingbesarnya tegangan untuk dapat terjadi yielding

• KekakuanKekakuan dinyatakan dengan dinyatakan dengan Young’s Young’s modulusmodulus (modulus elastisitas), perbandingan (modulus elastisitas), perbandingan besarnya tegangan yang bekerja dengan besarnya tegangan yang bekerja dengan regangan yang terjadi (di daerah elastis),regangan yang terjadi (di daerah elastis),

• ResilienResilien dinyatakan dengan dinyatakan dengan modulus resilienmodulus resilien, , besarnya energi yang diperlukan untuk besarnya energi yang diperlukan untuk mencapai batas elastis per satuan volume, mencapai batas elastis per satuan volume,

luasan di bawah garis elastisluasan di bawah garis elastis 2Eσ ε .σ U

2y

yy21

R

el

elε

σ E

Regangan

Tegangan

Y

B

0 εy

sy

UR

UT

Ductility

su

• KekuatanKekuatan, dinyatakan dengan , dinyatakan dengan ssuu (Ultimate (Ultimate Tensile Strength, UTS)Tensile Strength, UTS), besarnya tegangan , besarnya tegangan maksimum atau yang menyebabkan patah maksimum atau yang menyebabkan patah

• KeuletanKeuletan, dinyatakan dengan: , dinyatakan dengan:

percentage elongation percentage elongation DDee = {(l = {(lff – l – loo)/l)/loo} x 100%} x 100%

percentage area reduction percentage area reduction DDaa ={(A ={(Aoo – A – Aff)/A)/Aoo}x 100% }x 100%

• Ketangguhan,Ketangguhan, dinyatakan dengan dinyatakan dengan modulus modulus ketangguhan, ketangguhan, besarnya energi untuk besarnya energi untuk mematah-kan per satuan volume, mematah-kan per satuan volume, luasan di luasan di bawah kurva, bawah kurva, UUTT = = ssuu.e.ebb atauatau U UTT = = ½½ eebb ( (ssuu + s + syy)) … …

(bahan ulet)(bahan ulet)

UUTT = = 22//33 ssuu.e.ebb …………………………. ………………………….(bahan getas)(bahan getas)

Sifat Mekanik di daerah plastisSifat Mekanik di daerah plastis

M

Regangan e

Tegangan s

Regangan e

Tegangan s

Bahan ulet type A

Bahan ulet type B

B

B M

Regangan e

Tegangan s

Regangan e

Tegangan s

Bahan getas type A Bahan getas type B

M=B

M=B

Regangan e

Tegangan s

0

Y

0,2 %

Y

ASTM offset method

Regangan e

Tegangan s

0

Y

A B CBC = ½ AB

G

H

GH//OC

Johnson’s apparent elastic limit

Pengaruh kadar karbon dalam baja Pengaruh kadar karbon dalam baja terhadap sifat tarikterhadap sifat tarik

• KekuatanKekuatan ( (ssuu dan dan ssyy) makin tinggi dengan makin ) makin tinggi dengan makin tingginya kadar karbon dalam bajatingginya kadar karbon dalam baja

• Keuletan Keuletan (D(Dee dan D dan Daa) makin rendah dengan makin ) makin rendah dengan makin tingginya kadar karbon dalam bajatingginya kadar karbon dalam baja

• Kekakuan Kekakuan (dinyatakan dengan modulus elastisitas E) (dinyatakan dengan modulus elastisitas E) tidak berubah dengan perubahan kadar karbon dalam tidak berubah dengan perubahan kadar karbon dalam baja baja

• Ketangguhan Ketangguhan (dilihat dari luasan di bawah kurva (dilihat dari luasan di bawah kurva tegangan regangan dari masing-masing baja), tegangan regangan dari masing-masing baja), mencapai maksimum pada baja dengan kadar karbon mencapai maksimum pada baja dengan kadar karbon menengahmenengah

• Resilien Resilien makin tinggi pada baja dengan kadar karbon makin tinggi pada baja dengan kadar karbon lebih tinggi (modulus resilien tergantung pada kekuatan lebih tinggi (modulus resilien tergantung pada kekuatan elastis dan modulus elastisitas, Uelastis dan modulus elastisitas, URR = = ssyy

22/2E, tampak /2E, tampak bahwa kekuatan elastis makin tinggi, sedang harga E bahwa kekuatan elastis makin tinggi, sedang harga E konstan) konstan)

Regangan e

Tegangan s

Baja Karbon Rendah

Baja Karbon Menengah

Baja Karbon Tinggi

0

True Stress – True StrainTrue Stress – True Strain

• Tegangan dan regangan teknis/nominal Tegangan dan regangan teknis/nominal perhitungannya didasarkan pada ukuran perhitungannya didasarkan pada ukuran semula/nominal dari batang uji, semula/nominal dari batang uji, seharusnya didasarkan pada ukuran seharusnya didasarkan pada ukuran batang uji pada saat menerima beban ybs.batang uji pada saat menerima beban ybs.

NominalNominal SebenarnyaSebenarnya

TeganganTegangan P/AP/Aoo tt = P/A = P/A

ReganganRegangan = = L/LL/Loo tt = = L/LL/L

Hubungan antara Tegangan/Regangan Hubungan antara Tegangan/Regangan Teknis dengan Tegangan/Regangan Teknis dengan Tegangan/Regangan

SebenarnyaSebenarnya Regangan SebenarnyaRegangan Sebenarnya

tt = = ( (LL11-L-L00)/L)/L00 + (L + (L22-L-L11)/L)/L11 + ….. + …..

= = LoLo∫∫LL11dL/L = ln (L/LdL/L = ln (L/Loo) = ln {(L) = ln {(Loo+∆L)/L+∆L)/Loo}}

tt = ln (1 + = ln (1 + εε))

Tegangan SebenarnyaTegangan Sebenarnya

tt = P/A = P/A

V = AV = AooLLoo = A = A11LL11 = AL = AL A = A A = AooLLoo/L = A/L = AooLLoo/(L/(Loo+ΔL)+ΔL)

A = AA = Aoo/(1+/(1+εε) ) tt = P/{A = P/{Aoo/(1+/(1+εε)})}

tt = = (1+(1+εε))Persamaan ini hanya berlaku selama pengecilan penampang masih homogen, hanya sampai menjelang mendekati beban maksimum

Regangan e

Tegangan st = (1+ε)t = ln (1 + ε)

Regangan e

Tegangan s

Tegangan-Regangan Sebenarnya

Tegangan-Regangan Nominal

Diagram Tegangan-Regangan Nominal/Teknik Diagram Tegangan – Regangan Sebenarnya

Hubungan antara Tegangan Hubungan antara Tegangan Sebenarnya dengan Regangan Sebenarnya dengan Regangan

SebenarnyaSebenarnyaRumus empiris:Rumus empiris:

dimana: k = strength coefficientdimana: k = strength coefficient

n = strain-hardening coefficientn = strain-hardening coefficient

Hubungan ini menunjukkan Hubungan ini menunjukkan flow curve flow curve dari dari logam di daerah deformasi plastis yang logam di daerah deformasi plastis yang uniform, yang berlaku di atas uniform, yang berlaku di atas yieldyield pointpoint sampai di bawah tegangan maksimum.sampai di bawah tegangan maksimum.

Bila pers. di atas dilogaritma maka diperoleh:Bila pers. di atas dilogaritma maka diperoleh:

sstt = k = k eettnn

log st = log k + n log et

k = harga st yg menghasilkan et = 1

n = tg a, kemiringan garis = Dst/Det

a

k

10,10.010,001

Regangan Sebenarnya et

Teg

anga

n S

eben

arny

a s t

Strain (in/in)

Str

ess

(x 1

03 p

si)

Kurva True Stress-True Strain pada skala log-log

untuk beberapa macam logam

No.No. MaterialMaterial TreatmentTreatment nnkk

(psi)(psi)Thickness Thickness

(in.) (in.)

1.1. 0.05 %C rimmed steel0.05 %C rimmed steel AnnealedAnnealed 0.2610.261 77,10077,100 0.0370.037

2.2. 0.05 %C killed steel0.05 %C killed steelAnnealed & Annealed & temper rolledtemper rolled

0.2340.234 73,10073,100 0.0370.037

3.3.Same as no.2 complete-Same as no.2 complete-ly decarburizedly decarburized

Annealed in wet Annealed in wet hydrogenhydrogen

0.280.2844

75,5075,5000

0.0370.037

4.4.0.05/0.07 %P Low C 0.05/0.07 %P Low C SteelSteel

AnnealedAnnealed 0.1560.156 93,33093,330 0.0370.037

5.5. SAE 4130 steelSAE 4130 steel AnnealedAnnealed 0.1180.118 169,400169,400 0.0370.037

6.6. SAE 4130 steelSAE 4130 steelNormalized & Normalized & temper-rolledtemper-rolled

0.1560.156 154,500154,500 0.0370.037

7.7.Type 430 stainless steel Type 430 stainless steel (17 %Cr)(17 %Cr)

AnnealedAnnealed 0.2290.229 143,000143,000 0.0500.050

8.8. Alcoa 24-S aluminiumAlcoa 24-S aluminium Annealed Annealed 0.2110.211 55,90055,900 0.0400.040

9.9. Reynolds R-301 alumi.Reynolds R-301 alumi. AnnealedAnnealed 0.2110.211 48,45048,450 0.0400.040