1
BAB II Uji Tarik Baja
BAB II
PENGUJIAN TARIK BAJAA. Spesimen PengujianBahan pertama yang akan
kita bahas adalah baja konstruksi (struktural steel), yang juga
dikenal sebagai baja lunak (mild steel) atau baja dengan kadar
karbon yang rendah (low carbon steel). Baja-konstruksi adalah salah
satu logam yang digunakan secara luas, dan merupakan baja utama
yang digunakan dalam bangunan-bangunan, jembatan-jembatan,
menara-menara dan konstruksi-konstruksi lainnya. Untuk melakukan
percobaan-tarik kita membutuhkan batang-tarik. Batang-tarik dengan
ukuran-ukuran yang dinormalisasikan, dibentuk sedemikian rupa dari
bahan yang akan diperiksa (lihat gambar 2.1a). Dengan memberikan
gaya-tarik yang makin membesar, batang akan bertambah panjang dan
bertambah mengecil dan akhirnya putus (lihat gambar 2.1b). Sekarang
ada kemungkinan untuk mengukur pada tiap saat dari percobaan, gaya
dan perpanjangan bersangkutan. Agar hasil berbagai percobaan dapat
dibandingkan, kita harus menentukan bukan gaya, akan tetapi
tegangan dan bukan perpanjangan akan tetapi regangan. Dengan
tegangan diartikan gaya tiap satuan-luas. Untuk menghitung tegangan
kita harus membagi gaya dengan luas penampang-batang.
(2.1)Luas-penampang selalu diambil luas-penampang semula.
Tegangan yang dihitung disebut tegangan-nominal.
(a)
(b)Gambar 2.1 Spesimen pengujianDengan regangan kita artikan
perpanjangan pada tiap satuan panjang. Untuk menghitung regangan,
perpanjangan harus dibagi dengan ukuran panjang batang yang semula
dan angka ini dikalikan atau tidak dengan 100%.
(2.2)B. Diagram tegangan-regangan
Dari hasil pengujian dapat diperoleh hubungan antara tegangan
dan regangan yang dapat digambarkan dalam diagram
tegangan-regangan. Dari diagram tersebut dapat dibaca berbagai
sifat dari bahan bersangkutan. Kita akan membicarakan sifat-sifat
ini selanjutanya berurutan.Diagram tegangan-regangan untuk sautu
baja konstruksi pada pengujian tarik diperlihatkan dalam gambar 2.2
(tanpa skala). Regangan digambar pada sumbu horizontal dan tegangan
pada sumbu vertikal. Diagramnya mulai dengan garis lurus dari O
hingga A. Dalam daerah ini, tegangan berbanding lurus dengan
regangan dan sifat bahan dikatakan linier. Setelah melewati titik
A, hubungan linier antara tegangan dan regangan tidak berlaku, oleh
karena itu tegangan dan regangan tidak lagi berlaku; oleh karena
itu, tegangan di titik A disebut batas sebanding (proportional
limit). Untuk baja dengan kadar karbon yang rendah, maka batas ini
berada dalam daerah 200 hingga 280 Mpa, tetapi baja kuat tarik
tinggi (hight strength steel)-dengan kandungan karbon yang tinggi
ditambah paduan-paduan (alloys) lainnya dapat memiliki batas
sebanding sekitar 550 Mpa atau lebih.
Gambar. 2.2 Diagram tegangan-regangan untuk suatu baja
kostruksi
Dengan memberikan tambahan beban di atas batas sebanding, maka
regangan mulai bertambah lebih cepat untuk setiap tambahan
tegangan. Akibatnya, kurva tegangan-reganganakan memiliki
kemiringan (slope), yang makin lama makin kecil, sehingga akhirnya
pada titik B, kurvanya mendatar. Mulai pada titik B ini, terjadi
pemanjangan yang sangat besar, tanpa tambahan gaya tarik (dari B
hingga C pada diagram). Gejala ini dikenal sebagai pelelehan
(yielding) bahan, dan tegangan pada titik B disebut tegangan leleh
(yield stress) atau titik leleh (yield point). Pada daerah dari B
hingga C, bahannya menjadi plastis sempurna (perpecly plastic),
yang berarti bahwa ia dapat berubah bentuk tanpa suatu tambahan
beban pada beban yang telah dikenakan. Sebagai contoh, pemanjangan
sebuah bahan baja lunak dalam daerah plastis sempurna khasnya
adalah 10 hingga 15 kali pemanjangan yang terjadi antara permulaan
pembebanan dan batas sebanding.
Setelah mengalami regangan besar yang terjadi selama pelelehan
dalam daerah BC, baja mulai menguat regangan (strain hardening).
Selama perkuatan regangan, bahannya mengalami perubahan-perubahan
dalam struktur atom dan kristalnya, yang menghasilkan bertambahnya
tahanan (resistance) bahan terhadap deformasi (deformation)
selanjutnya. Jadi, tambahan pemanjangan membutuhkan tambahan beban
tarik, dan diagram tegangan-regangan dengan demikian memiliki
kemiringan positif dari C hingga D. Akhirnya pembebanan mencapai
harga maksimumnya, dan tegangan yang bersangkutan (pada titik D)
disebut tegangan batas (ultimate stress). Penarikan bahan
selanjutnya sebenarnya diikuti dengan pengurangan beban, dan
akhirnya putus (fairlure) pada suatu titik seperti titik E dalam
diagram.
Pengurangan samping (lateral contraction) contoh bahan terjadi
apabila ia diregangakan yang menhasilkan suatu pengrangan dalam
luas penampangnya, sebagaimana disebutkan sebelumnya. Pengurangan
luas (reduction in area) ini sangatlah kecil untuk memberikan efek
yang berarti pada harga tegangan yang dihitung hingga sekitar titik
C, tetapi setelah melewati titik ini, mulailah terjadi pengarangan
luas yang mengubah bentuk diagram. Tentu saja, tegangan sejatinya
lebih besar daripada tegangan nominalnya, karena ia dihitung dengan
luas yang lebih kecil. Di dekat tegangan batas, pengurangan luas
batang tampak lebih jelas dan terjadi kontraksi luas (necking) dari
batang. Jika luas penampang sebenarnya pada bagian yang sempit dari
kontarksi luas (neek) dipergunakan untuk menghitung tegangan, maka
kurva tegangan-regangan sejatinya (true stress-strain Curve) akan
mengikuti.Garis terputus-putus CE` dalam Gambar 2.2. Beban total
yang dapat dipikul batang memang menjadi berkurang setelah
tegangan-batas dicapai (kurva DE), tetapi reduksi ini disebabkan
karena penurunan dalam luas batang dan bukan karena bahannya
kehilangan kekuatan (strength). Dalam kenyataannya, bahan menahan
pertambahan tegangan hingga runtuh (titik E`). Tetapi untuk
kebanyakan tujuan praktis, kurva tegangan-regangan konensional
OABCDE, yang didasarkan pada luas penampang semula dari
contoh-contoh dan oleh karena itu mudah untuk menghitungnya,
memberikan informasi yang memuaskan untuk digunakan dalam
disain.
Diagram dalam Gambar 2.2 memperlihatkan karakteristik kurva
tegangan-regangan untuk baja lunak, tetapi perbandingannya tidak
realistis karena, sebagaimana telah disebutkan, tegangan yang
terjadi dari B hingga C dapat sebesar 15 kali regangan yang terjadi
dari O hingga A. Selanjutnya, regangan dari C hingga E beberapa
kali lebih besar daripada yang dari B hingga C. Gambar 2.3
memeperlihatkan sebuah diagram tegangan regangan untuk baja lunak
yang digambarkan dengan skala. Dalam gambar ini, regangan dari O
hingga A sangat kecil bila dibandingkan terhadap regangan dari A
hingga E, sehingga mereka tidak kelihatan, dan bagian linier dari
diagram ternyata berbentuk suatu garis vertikal.
Gambar 2.3 Diagram tegangan-regangan untuk suatu baja konstruksi
(diagram berskala)
Adanya titik leleh yang tegas diikuti dengan regangan plastis
yang besar merupakan suatu karakteristik penting dari baja-lunak
yang kerapkali dipergunakan dalam disain praktis. Bahan-bahan yang
mengalami regangan yang besar sebelum keruntuhan, diklasifikasikan
sebagai liat (ductile). Suatu keuntungan dari keliatan (ductility)
ini adalah bahwa penyimpangan yang nampak dapat terjadi apabila
pembebanan menjadi sangat besar. Jadi, memberikan kesempatan untuk
mengambil tindakan penggulangan sebelum terjadi keruntuhan. Yang
termasuk bahanliat adalah baja lunak, aluminium dan dan beberapa
paduan (alloy), tembaga, magnesium, timah, molibdat, nikel,
kuningan,bronze, logam monel, nilon, teflon dan banyak lagi.
Baja konstruksi mengandung sekitar 0,2% karbon sebagai suatu
paduan dan diklasifikasikan sebagai baja dengan kandungan karbon
yang rendah. Dengan menambahkan kandungan karbon, baja ini menjadi
semakin kurang liat tetapi memiliki tegangan leleh yang lebih
tinggi dan tegangan batas yang tinggi pula. Sifat-sifat fisis dari
baja juga dipengaruhi oleh pemanasan, kehadiran paduan-paduan
lainnya, dan proses pembuatannya (manufacturing) seperti
penggulingan (rolling).
C. Modulus-kenyal
Bagian pertama dari diagram tegangan-regangan adalah bergaris
lurus. Ini berarti bahwa tegangan meningkat berbanding lurus dengan
regangan (Hukum Hooke). Bagian lurus ini dalam diagram kita sebut
garis-modulus. Sudut yang dibuat garis-modulus dengan garis
horisontal, adalah tidak sama untuk tiap bahan. Pada tegangan yang
sama regangan bersangkutan akan selalu berbeda untuk tiap
bahan.
Besarnya sudut adalah ukuran untuk kekenyalan. Kekenyalan ini
dinyatakan dalam modulus-kenyal , yang sama dengan tg (lihat gambar
2.4 dan 2.5).
Dalam hal ini adalah perpanjangan tiap satuan-panjang, tidak
dinyatakan dalam persen.
Tegangan tertinggi, di mana masih ada perbandingan lurus antar
tegangan dan regagan, kita sebut batas-perbandingan atau
batas-proporsionalitas P (lihat gambar 2.4 dan 2.5).D. Batas
regangan
Jikalau percobaan-tarik dalam bagian pertama dari diagram
dihentikan, benda uji akan kembali pada panjang semulanya. Bahan
dalam keadaan ini disebut kenyal sempurna. Batang memegas kembali
seluruhnya.
Gambar 2.4 Diagram Tegangan regangan
Gambar 2.5 Diagram Tegangan - reganganRegangan di atas disebut
regangan-kenyal atau regangan-memegas el (lihat gambar 2.6).
Tegangan tertinggi di mana masih ada regangan kenyal, kita sebut
batas-kenyal E (lihat gambar 2.4, 2.5 dan 2.6). Besar yang tepat
dari batas-kenyal sukar untuk ditentukan.
Apabila percobaan-tarik dihentikan setelah melampui
batas-kenyal, maka batang akan mendapat suatu perpanjangan tetap.
Regangan seperti ini kita sebut regangan plastis atau regangan
tetap pl (lihat gambar 2.6). Oleh karena batas-kenyal adalah sukar
untuk ditentukan, maka dalam praktek biasanya diambil cukup dengan
0,2 batas-regangan-tetap 0,2 (Ra 0,2)1 (lihat gambar 2.4), 0,2
batas-regangan-tetap adalah tegangan di mana terlihat suatu
regangan tetap sebesar 0,2%. 0,2 Batas-regangan-tetap adalah
tegangan di mana untuk baja terlihat suatu gejala aneh. Di kala
regangan lanjut, tegangan mendadak menurun, untuk selanjutnya
sedikit naik kembali. Goncangan tegangan berulang bebarapa kali.
Gejala ini kita sebut pelumeran baja. Tegangan pada mana baja mulai
lumer, kita sebut batas lumer V(Re)1(Lihat gambar 2.5).
Dari logam, di mana terjadi apa yang dinamakan pelumeran,
sebagai penganti 0,2 batas-regang-tetap ditentukan batas-lumeran
untuk menyimpulkan pengertian 0,2 batas-regang-tetap dan pengertian
batas-lumer dalam satu kata, maka dipergunakan sebutan batas-regang
.R. ini kita hitung dari gaya, yang mengakibatkan 0,2% regang tetap
atau dari gaya pada mana baja mulai lumer, dibagi dengan luas
penampang baja semula.
E. Kekauatan-tarik dan kekuatan-putus
Tegangan tertinggi yang dilihat pada waktu percobaan, kita sebut
kekuatan-tarik B(Rm)1 (lihat gambar 2.4 dan 2.5). Ini kita hitung
dari gaya terbesar pada percobaan dibagi dengan luas
penampang-batang semula.
Jikalau dalam pembicaraan sebelumnya dibicarakan mengenai
tegangan, maka yang dimaksud adalah selalu tegangan-nominal,
artinya gaya dibagi luas-penampang semula dari benda uji. Oleh
karena benda uji di saat percobaan-tarik menjadi lebih mengecil,
maka untuk menetukan tegangan sesungguhnya kita harus membagi gaya
dengan luas-penampang benda uji sesungguhnya pada saat itu. Hasil
yang diperoleh yang diolah secara grafik memberikan diagram garis
putus-putus dalam gambar 2.4 dan 2.5. Tegangan sesungguhnya, dengan
mana batang putus, kita sebut kekuatan-putus F (lihat gambar 2.4
dan 2.5). Ini kita hitung dengan membagi gaya pada saat putus
dengan luas penampang batang terkecil setelah putus.
Indeks F datang dari kata Fin = AkhirF. Regangan dan
penggentingan.
Perpanjangan benda uji setelah putus yang dinyatakan dalam
persen dari panjang semula kita sebut regang atau A.
Ini sama dengan jumlah regangan tetap atau regangan plastis pl
(lihat gambar 2.6). Pada pemberian keterangan regangan atau A harus
selalu diterangkan perbandingan-LO/d benda uji. Perbandingan LO/d
yang bayak digunakan adalah 5 dan 10; benda uji dengan
perbandingan-perbandingan ini kita sebut batang dp 5 dan batang dp
10 dan soal dari regangan yang diperoleh dengan benda uji ini
adalah A dp 5 dan A dp 10. batang dp 5 lebih banyak digunakan untuk
percobaan baja dan paduan-baja, batang dp 10 banyak digunakan untuk
percobaan logam non ferro dan paduan non-ferro.
Gambar 2.6Diagram Tegangan - regangan
Gambar 2.7 Diagram Tegangan - reganganPada waktu benda uji tidak
hanya bertambah panjang, akan tetapi juga semakin mengecil.
Pengurangan laus-penampang yang terjadi pada bagian pertama dalam
diagram hingga kekuatan-tarik kita sebut kontraksi. (lihat gambar
2.7).
Pengurangan luas-penampang, yang dalam diagram terjadi mulai
dari kekutan-tarik, diperkuat setempat dan ini kita sebut
penggentingan. (lihat gambar 2.7). Pengurangan terbesar dari
luas-penampang setelah putus yang dinyatakan dalam persen dari luas
penampang semula, kita sebut pengentingan f.
f =
Gambar 2.8 Gambar permukaan struktur baja pada kondisi elastis,
pembesaran 600 kali. (difoto oleh N.J. Alleman and N.H.Roy in the
University of Metallographic Laboratories)
Gambar 2.9 Gambar permukaan struktur baja pada kondisi leleh
pembesaran 600 kali. (difoto oleh N.J. Alleman and N.H.Roy in the
University of Metallographic Laboratories)
Gambar 2.10 . Diagram tegangan regangan untuk baja pada
beberapa kondisi
Gambar 2.11 Diagram tegangan regangan pada beberapa jenis
campuran baja
Gambar 2.12 Diagram tegangan regangan pada beban siklik
(bolak-balik)
sampai pada kondisi leleh Contoh:
Untuk memeriksa loyang-otomat kita bubut suatu benda uji dengan
garis-tengah d = 10 mm dan panjang-ukur LO = 10 mm. Pada waktu
percobaan batas-proporsionalitas p dicapai dengan gaya 22 kN.
Regangan pada saat itu adalah 0,28 %. Batas-regangan R di capai
dengan gaya 25 kN, kekuatan-tarik B dengan gaya terbesar 31,4 kN.
Benda uji putus pada gaya 23 kN. Benda uji setelah percobaan
mempunyai garis-tengah terkecil 3,5 mm dan panjang-ukur LU = 132
mm.
Ditanyakan :
a. Batas proporsionalitas p
b. Modulus-kenyal E
c. Batas-regangan Rd. Kekuatan-tarik Be. Kekuatan-putus Ff.
Regangan atau A
g. Penggentingan fh. Diagram tegangan-regangan
i. Pencamtuman regangan
Penyelesaian:
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
Gambar 2.13 Diagram tegangan-regangan hasil perhitunganh.
Diagram tegangan-regangan dapat digambarkan seperti, tergambar
dalam gambar 2.13.
i. Perbandingan-LO/d benda uji adalah 100/10 = 10. Benda uji
seperti ini kita sebut batang dp 10. Regangan dalam hal ini
diterangkan sebagai berikut : A dp 10 = 3 %.
Percobaan-tarik diadakan untuk hampir semua bahan, oleh karena
itu kita memperoleh sifat-sifat mekanik yang terpenting. Arti
praktis dari sifat-sifat mekanik ini akan kita paparkan dengan
menggunakan gambar 2.14.
1. Modulus-kenyal adalah ukuran kekuatan suatu bahan. Suatu
bahan dengan modulus-kenyal yang lebih besar kita sebut lebih kaku.
Suatu bahan dengan modulus-kenyal yang lebih kecil kita sebutlebih
lemah.
2. Batas-regang adalah ukuran untuk kekokohan suatu bahan. Suatu
bahan dengan batas-regang yang tinggi kita sebut lebih kokoh. Suatu
bahan dengan batas-regang yang lebih rendah kita sebut kurang
kokoh.
3. Kekuatan-tarik (adalah) ukuran untuk kekuatan suatu bahan.
Suatu bahan dengan kekuatan-tarik yang lebih tinggi kita sebut
lebih kuat. Suatu bahan dengan kekkuatan-tarik yang lebih rendah
kita sebut lebih lemah.
4. Regangan adalah ukuran untuk sifat dapat dibentuk dari suatu
bahan. Suatu bahan dengan regangan yang lebih besar kita sebut
lebih dapat dibentuk. Bahan dengan regangan yang lebih kecil kita
sebut kurang dapat dibentuk. Di antara ke-empat sifat-sifat bahan
yang penting tersebut di atas biasanya terdapat hubungan umum
sebagai berikut:
Dengan peningkatan kekuatan, kekokohan dan kekuatan meningkat
tetapi sifat-dapat-dibentuk berkurang atau sebaliknya.
Selain itu untuk memperjelas, juga dapat dijelaskan dengan
contoh-contoh berikut:
1. Dalam gambar 2.14 bahan a dalah lebih kuat, lebih kokoh dan
lebih kaku, tetapi lebih kurang dapat dibentuk dari bahan b.
2. Dalam gambar 2.9 bahan c lebih lemah, kurang kokoh dan lebih
lunak, akan tetapi lebih dapat dibentuk dari bahan b.
Kami minta perhatian para pembaca, bahwa ini adalah suatu aturan
umum. Seperti pada tiap aturan umum,ini juga mempunyai
pengecualian.
Dalam gambar 2.15 digambarkan diagram-diagram tegangan-regangan
berbagai bahan dari uji-tarik. Perbedaan yang menyolok pada diagram
tersebut ditujukkan oleh perunggu-tuang dan besi-tuang. Sedikit
penyimpangan terlihat pada duralumin dan baja ditarik dingin.
Selanjutnya pada diagram regangan-tegangan tembaga dan
perunggu-tuang tampak jelas, bagaimana dengan paduan sifat-sifat
diubah. Pada diagram tegangan-regangan Fe 360 (St. 37), Fe 490 (St.
50), baja tarik dingin, baja dimurnikan dan baja disepuh keras
dalam minyak, kita lihat bahwa dalam turutan ini, semua sifat
kecuali sifat-dapat dibentuk. Ini sesuai dengan aturan umum yang
telah disebut diatas. Sifat yang baru disebut dapat diperbaiki
dengan paduan (Fe 490 berisi lebih banyak zatarang dari Fe 360),
dengan pengkokohan (baja yang ditarik dinigin adalah yang
diperkokoh) dan oleh pengerjaan-panas (baja yang dimurnikan dari
baja yang disepuh keras dalam minyak telah mengalami
pengerjaan-panas).
Dalam gambar 2.15 digambarkan, bagaimana ke-empat sifat penting
dapat digabungkan menjadi satu, di mana kerja-putus diambil sebagai
ukuran keliatan.
Gambar 2.14Diagram tegangan regangan berbagai jenis bahan
Gambar 2.15 Diagram tegangan regangan berbagai jenis bahan
Perbandingan besar dalam kerja (keliatan)
Pada kekuatan yang dapat diperbandingkan dan
Sifat dapat-dibentuk yang sangat berbeda
Perbedaan besar dalam kerja (keliatan)
Pada sifat-dapat-dibentuk
Yang dapat diperbandingkan dan
Kekuatan yang sangat berbeda
Gambar 2.16 Diagram tegangan-regangan beberapa jenis
bahanStrain
PAGE 24Pengujian Tarik
_1194937617.unknown
_1194944417.unknown
_1194944706.unknown
_1194944897.unknown
_1194945557.unknown
_1194944877.unknown
_1194944606.unknown
_1194941657.unknown
_1194944226.unknown
_1194941465.unknown
_1194936488.unknown
_1194937173.unknown
_1194937296.unknown
_1194937101.unknown
_1194934346.unknown
_1194935006.unknown
_1194934081.unknown
