Pengujian Sifat Mekanik 2 Uji Kekerasan 1 Kekerasan

Pengujian Sifat Mekanik (2)

Uji Kekerasan (1) • Kekerasan : Ketahanan terhadap deformasi plastis • Uji kekerasan: - mudah dan relatif murah, - tidak merusak - sifat material lain (mis: kekuatan tarik) dapat diestimasi dari data kekerasan

Uji Kekerasan (2) • Material mempunyai kekerasan tinggi : - logam kuat biasanya keras - mempunyai ketahanan yang tinggi terhadap deformasi plastis - mempunyai ketahanan terhadap aus yang baik

Jenis Uji Kekerasan (1) 1. Uji kekerasan goresan 2. Uji kekerasan penekanan (indentation) - Brinnel, Rockwell, Vickers, Knoop 3. Uji kekerasan pantulan atau dinamis

Jenis Uji Kekerasan (2)

Uji Kekerasan Goresan (1) • Kekerasan didasarkan pada kemampuan mineral untuk tergores dan tidak tergores oleh mineral standar • Skala: Mohs (1 -10)

Uji Kekerasan Goresan (2) • Diamond adalah mineral paling keras diberi skala 10 • Talc adalah mineral paling lunak diberi skala 1 • Kekerasan material terletak diantara dua skala - Contoh: baja tergores oleh orthoclase dan tidak tergores oleh apatite. Kekerasan baja terletak antara 5 dan 6 pada skala

Uji Kekerasan Brinell • Prinsip : menekan indenter pada permukaan benda yang diuji kekerasannya • Penekan (indenter) berbentuk bola baja yang dikeraskan/tungsten carbide (dia=10 mm) • Gaya untuk menekan 500 -3000 kg • Waktu penekanan ~ 10 - 30 detik • Diameter bekas penekanan diukur (dengan mikroskop) • Harga kekerasan Brinell (BHN atau HB) :

Uji Kekerasan Vickers • Indenter: intan berbentuk piramid dengan sudut yang berlawanan sebesar 136 o • Beban: 1 -1000 gram • Merupakan microhardness testing (beban dan ukuran indenter kecil) • Untuk benda berukuran kecil

Uji Kekerasan Rockwell (1) • Indenter dari bola baja yang dikeraskan atau intan ditekan pada permukaan benda uji dengan cara memberikan beban minor dan major • Yang diukur adalah dalamnya bekas penekanan

Uji Kekerasan Rockwell (2) • Berdasarkan beban minor dan major uji kekerasan Rockwell dapat dibagi 2 tipe 1. Rockwell - minor load: 10 kg - major load: 60, 100, 150 kg Skala dinyatakan dengan simbol HR diikuti identifikasi skala yang sesuai. Contoh: 80 HRB artinya kekerasan Rockwell 80 pada skala B 2. Superficial Rockwell - untuk benda tipis - minor load: 3 kg - major load: 15, 30, 45 kg Contoh: 60 HRW artinya kekerasan superficial 60 pada skala 30 W

Uji Kekerasan Rockwell (3)

Konversi Kekerasan

Korelasi Kekerasan Dengan Kekuatan Tarik • Untuk kebanyakan baja: - UTS (MPa)= 3. 45 x HB - UTS (psi) = 500 x HB

Pengujian Sifat Dinamis • Uji Impak • Uji Kelelahan (fatigue)

Uji Impak (1) • Tujuan : 1. Mengukur ketahanan material terhadap pembebanan yang tiba-tiba 2. Mengukur energi impak atau energi yang diabsorbsi sebelum patah 3. Menentukan temperatur transisi dari ulet ke getas (ductile to brittle transition) • Metode pengujian : 1. Charpy test 2. Izod test

Uji Impak (2) • Spesimen • Peralatan Charpy

Uji Impak (3) • Prosedur: - spesimen diletakkan mendatar pada penjepit - palu pemukul (pendulum) diatur pada ketinggian tertentu - palu dilepaskan yang kemudian menumbuk spesimen - energi yang diserap spesimen ditentukan berdasarkan perbedaan potensial sebelum dan sesudah penumbukan

Jenis Patahan • Patah ulet - patahan buram, menyerap cahaya, terjadi deformasi plastis - energi yang diabsorsi tinggi • Patah getas - patahan berkilat, memantulkan cahaya, tidak didahului deformasi plastis - energi yang diabsorbsi rendah

Transisi Ductile-Brittle (1)

Transisi Ductile-Brittle (2) • Tidak semua material menunjukkan transisi ulet ke getas. Material FCC (mis: alumunium, copper based alloy) tetap ulet meskipun pada temperatur sangat rendah • Pada material BCC dan HCP temperatur transisi tergantung pada komposisi paduan dan stuktur mikro

Transisi Ductile-Brittle (3) • Struktur yang terbuat dari material yang menunjukkan sifat bertransisi dari duktil ke getas harus digunakan di atas temperatur transisi untuk menghindari terjadinya patah getas • Kasus: patahnya kapal Liberty Ships (WWII), Titanic

Kelelahan (Fatigue) • Kelelahan (Fatigue) : kegagalan yang terjadi pada struktur yang mengalami tegangan dinamis dan fluktuatif (mis: jembatan, pesawat terbang, komponen mesin) • Kegagalan terjadi setelah struktur mengalami tegangan yang berulang-ulang dalam periode yang panjang • Kegagalan terjadi pada tegangan di bawah tegangan tarik atau tegangan yield • Penyebab ~90% kegagalan pada struktur yang terbuat dari logam

Siklus Tegangan

Pengujian Kelelahan (1) Kurva S-N

Pengujian Kelelahan (2) • Batas kelelahan (Fatigue Limit): tegangan terbesar dimana material dapat menahan jumlah siklus yang tidak terbatas tanpa mengalami kegagalan • Untuk kebanyakan baja: batas kelelahan = 30 -60% dari kekuatan tarik • Kebanyakan non ferrous alloys (mis: alumunium, copper, magnesium) tidak mempunyai batas kelelahan

Pengujian Kelelahan (3) • Kekuatan lelah (Fatigue Strength) : tegangan dimana terjadi kegagalan untuk jumlah siklus tertentu (mis: 107 siklus) • Umur kelelahan (Fatigue Life): banyaknya siklus yang menyebabkan kegagalan untuk besar tegangan tertentu

Fatigue Failure • Proses kegagalan fatigue : - mulai terjadinya retak (crack) - perambatan retak - kegagalan akhir

Menaikkan Umur Kelelahan 1. Perbaikan desain struktur: Menghilangkan konsentrasi tegangan 2. Proses Pengerjaan pada permukaan - Shoot Peening dan carburizing

Mulur (Creep) • Creep: Deformasi yang terjadi akibat tegangan konstan pada temperatur tinggi Mis: turbin rotor pada mesin jet, pembangkit uap • Terjadi pada temperatur , T > 0. 4 Tm ( Tm= temperatur cair absolut)

Mulur (2) • 3 daerah pada kurva mulur - primary atau transient creep: laju mulur menurun - secondary atau steady state creep: laju mulur konstan - tertiary creep: laju mulur mengalami percepatan sampai rupture (failure) Parameter desain : - steady state creep rate - time to rupture atau rupture lifetime, tr

Mulur (3)