bab 4 pengujian tarik

119Laboratorium Pengujian Bahan

BAB IV

PENGUJIAN TARIK

4.1 Tujuan Pengujian

1. Mengetahui tegangan yield, tegangan Ultimate, regangan dan kontraksi

suatu bahan.

2. Mengetahui pengaruh perlakuan panas terhadap parameter di atas.

3. Mengetahui cara pengujian tarik.

4.2 Teori Dasar Pengujian

Uji tarik digunakan untuk memperoleh informasi dari kekuatan bahan dan

sebagai uji spesifikasi bahan. Pada uji tarik spesimen dibebani gaya tarik

searah sumbu secara kontinyu. Kekuatan tarik suatu bahan dapat diketahui

melalui pengujian tarik, kekuatan suatu bahan ditetapkan dengan membagi

gaya maksimum dengan luas penampang mula-mula. Tegangan yang

digunakan adalah tegangan rata-rata pada uji tarik yang diperoleh dari

pembagian beban (P) dengan luasan spesimen (A0), yang dapat dirumuskan :

σ = P

A 0

Dimana :

σ = Tegangan tarik (N/mm2)

P = Beban tarik maksimum (N) 𝐴0 = Luas penampang mula-mula (mm2)

Regangan yang digunakan adalah regangan rata-rata yang diperoleh dari

perbandingan antara pertambahan panjang (Δl) dengan panjang awal

pengukuran (l0) yang dapat dirumuskan :

ℰ=Δll0

Dimana : ℰ = Regangan (%)

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013


𝑙0 = Panjang awal (mm)

Δl = Pertambahan panjang (mm)

Gambar 4.1 Spesimen Uji TarikSumber : Anonymous 72

4.2.1 Definisi Kekuatan Tarik

Kekuatan tarik merupakan kemampuan bahan untuk menerima

beban tarik tanpa mengalami kerusakan dan dinyatakan sebagai

tegangan maksimum sebelum patah.

4.2.2 Hubungan Tegangan dan Regangan

- Tegangan tarik merupakan distribusi gaya tarik persatuan luas bahan,

dirumuskan:

σT = FA

Dimana :

σ 𝑇 = Tegangan tarik

F = Gaya tarik

A = Luas penampang

- Regangan adalah perbandingan antara pertambahan panjang dengan

panjang awal, dirumuskan:

ℰ=Δll0

Dimana : ℰ = Regangan (%) 𝑙0 = Panjang awal (mm)



Δl = Pertambahan panjang (mm)

Untuk hampir semua logam pada tahap uji tarik hubungan antara

beban atau gaya yang diberikan pada bahan percobaan berbanding lurus

terhadap perubahan panjang bahan tersebut, ini disebut daerah linier.

Didaerah ini kurva pertambahan panjang terhadap beban sebagai

berikut:

“Rasio tegangan dan regangan adalah konstan”

Sehingga hubungan antara tegangan dan regangan di rumuskan :

ℰ = σE

Dimana : 𝐸 = Modulus elastisitas

σ = Tegangan ℰ = Regangan

Hubungan antara regangan dan tegangan juga dapat diketahui

dengan jelas dari grafik tegangan – regangan yang berdasarkan hasil uji

tarik sebagai berikut :

Gambar 4.2 : Grafik tegangan –reganganSumber : Anonymous 73 ; 2011



Istilah mengenai sifat-sifat mekanik bahan denga melihat hasil uji

tarik diatas. Asumsikan bahwa kita melakukan uji tarik mulai titik 0

sampai D sesuai dengan arah panah dalam gambar.

- Batas elastisitas σ 𝐸 (Elastis limit)

Dalam gambar diatas dinyatakan dengan titik A. Bila sebuah

bahan diberi beban sampai pada titk A, kemudian bebannya

dihilangkan maka beban itu akan kembali ke kondisi semula yaitu

regangan nol pada titik 0. Tetapi bila beban ditarik sampai melewati

titik A, hukum Hooke tidak lagi belaku dan terdapat perubahan

permanen dari bahan.

- Batas proporsional σ 𝑃 (Proporsional limit)

Titik sampai dimana penerapan hukum Hooke masih bisa

ditolerir. Tidak ada standarisasi tentang nilai ini. Dalam praktek

biasanya, batas proporsional sama dengan batas elastis, yang mana

merupakan keseimbangan antara pertambahan tegangan dan

regangan.

- Deformasi plastis (Plastic deformation)

Yaitu perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula

ketika material dikenai gaya. Pada gambar diatas, material di tarik

sampai melewati batas proposional dan mencapai daerah landing

- Tegangan luluh atas (Upper Yield Stress)

Tegangan maksimum sebelum bahan memasuki fase daerah

landing, peralihan deformasi elastis ke plastis.

- Tegangan luluh bawah (Lower Yield Stress)

Tegangan rata-rata daerah landing sebelum benar-benar

memasuki fase deformasi plastis. Bila yang dimaksud tegangan luluh

(yield Stress), maka yang dimaksud adalah tegangan ini, yang

ditandai dengan pertambahan regangan tanpa penambahan tegangan.

- Regangan luluh ℰ𝑦 (Yield Strain)

Regangan permanen saat bahan akan memasuki fase deformasi

plastis.



- Regangan elastis ℰ𝑒 (Elastic Strain)

Regangan yang diakibatkan perubahan elastis bahan. Pada saat

beban dilepaskan regangan ini akan akan kembali ke posisi semula.

- Regangan plastis ℰ𝑝 (Plastic Strain)

Regangan yang diakibatkan perubahan plastis bahan. Pada saat

beban dilepaskan regangan ini tetap tinggal sebagai perubahan

permanen bahan

- Tegangan tarik maksimum (Ultimate Tensile Strenght)

Pada gambar diatas, ditunjukkan dengan titik C (σ 𝐵) merupakan

besar tegangan maksimum yang didapatkan dalam uji tarik.

- Kekuatan patah (Breaking Strenght)

Gambar 4.3 : Grafik Metode OffsetSumber : Anonymous 74 ; 2010.

Pada gambar diatas, ditunjukkan dengan titik D,merupakan besar

tegangan dimana bahan yang di uji putus atau patah.

Apabila suatu proses material dihasilkan dengan tegangan-

regangan yang tidak memperlihatkan titik luluh/yield,maka mencarinya

dengan metode offset, yaitu menarik garis lurus sejajar dengan diagram

tegangan dimulai dari titk 0 regangan yang digunakan sebagai acuan

dengan jarak 0,2% dari regangan maksimum.



Perpotongan garis offset denga kurva tegangan regangan itulah

tegangan yield dari bahan tersebut.

Adapun pengaruh kandungan karbon terhadap grafik tegangan regangan

bisa dilihat dengan klasifikasi berikut :

a) Baja karbon rendah (0,1-0,3% karbon)

Adapun garis tegangan-regangan berada paling bawah, dengan

daerah yield yang jelas. Kemudian naik sampai titik Ultimate

strength kemudian turun dan putus.

Gambar 4.4 : Grafik Tegangan Regangan Baja Karbon RendahSumber : Anonymous 75 ; 2009

b) Baja karbon menengah (0,3-0,85% karbon)

Adapun garis tegangan-regangan berada diantara baja karbon

rendah dan baja karbon tinggi. Dimana daerah elastis naik secara

linier sampai titik tertentu, kemudian naik secara polynomial

sampai titik Ultimate strength kemudian turun dan putus, tetapi

penurunan tidak sepanjang pada baja karbon rendah.

Gambar 4.5 : Grafik Tegangan Regangan Baja Karbon MenengahSumber : Anonymous 76 ; 2009



c) Baja karbon tinggi (0,85-1,3% karbon)

Adapun garis tegangan-regangan berada pada posisi paling atas.

Dimana daerah elastis naik secara linier sampai titik tertentu

dengan kecuraman paling besar, kemudian naik secara polynomial

sampai titik Ultimate strength kemudian turun dan putus.

Gambar 4.6 Grafik Tegangan Regangan Baja Karbon TinggiSumber : Anonymous 77 ; 2009

- Hubungan Tegangan – Regangan (Rekayasa – Sejati)

Kurva tegangan regangan memiliki 2 macam kurva yaitu kurva

tegangan regangan sejati. Pada gambar terlihat jelas perbedaan

antara kedua kurva tersebut. Kurva tegangan regangan rekayasa

berdasarkan pada dimensi benda uji sedangkan kurva tegangan

regangan yang naik terus sampai patah

Gambar 4.7 Grafik Tegangan Regangan Rekayasa SejatiSumber : Anonymous 78; 2009



Kurva tegangan regangan rekayasa diperolehdari hasil

pengukuran benda uji tarik. Tegangan yang diperlukan pada kurva

diperoleh dengan cara membagi bahan dengan awal penampang

benda uji persamaannya yaitu:

σ = FA0

dimana:

σ : Tegangan (N/mm2)

F : bebas

A0 : Luas penampang awal

Regangan yang digunakan pada kurva diperoleh dengan cara

membagi perpanjangan ukur benda uji terhadap panjang awal

persamaannya, yaitu:

ℰ=L−l0

L0

Dimana:ℰ : regangan

L : panjang ukur benda uji setelah patah (mm)

L0 : Panjang ukur awal benda uji (mm)

Proses penambahan regangan yang berlebihan akan

mengakibatkan material mengalami penyempitan penampang

(necking). Pada regangan-tegangan sejati, nilai luas penampang

yang dipakai adalah luas penampang specimen sebenarnya,

sehingga ketika terjadi necking, nilai tegangan tariknya tetap

justru naik. Sedangkan pada tegangan-regangan rekayasa nilai

luas penampang yang dipakai adalah luas penampang semula

benda uji, sehingga ketika terjadi necking pada titik beban

maksimum, nilai tegangan tariknya akan turun.



Gambar 4.8 Tahapan NeckingSumber : Anonymous 79; 2012

4.2.3. Elastisitas dan Plastisitas

a. Elastisitas

Kemampuan suatu material untuk kembali kebentuk atau ukuran

semula saat tegangan yang diberika dihilangkan.

Sifat mekanis daerah elastis pada diagram tegangan-regangan:

- Tegangan Elastic + modulus young

Merupakan kemampuan untuk menerima beban tanpa terjadi

deformasi plastis (ditunjukkan oleh titik luluh) dan digunakan

sebagai harga batas beban bila digunakan dalam suatu perencanaan.

Sedangkan modulus young dapat diartikan secara sederhana, yaitu

adalah hubungan besaran tegangan dan regangan tarik. Rumus

modulus young

E=Tensile StressTensile Strain =

σE =

F / A 0Δl/ l0 =

F .l 0A 0. Δl

Dimana :

E = Modulus young

F = Gaya yang diberikan (N)

A0 = Luas penampang beban mula-mula (mm2)



Δl = Pertambahan panjang bahan (mm)

L0 = Panjang mula-mula bahan (mm)

- Kekakuan

Merupakan kemampuan bahan menerima beban atau ketegangan

tanpa menyebabkan perubahan bentuk (deformasi atau defleksi).

- Resilient

Merupakan kemampuan menyerap energi tanpa terjadi

deformasi plastis. Biasanya dinyatakan dalam modulus resilient

(energi yang diserap untuk meregangkan satu satuan volume bahan

sampai batas plastis).

Ur = σ y2

2E

Dimana :

Ur = Modulus Resilience

σy2 = Yield point

E = Modulus elastisitas

b. Plastisitas

Kemampuan suatu material untuk mengalami sejumlah deformasi

plastis (permanen) tanpa mengalami patah dan dinyatakan dalam

presentase perpanjangan atau presentase pengurangan luas

penampang. Keuletan menunjukkan kemampuan logam untuk

dibentuk tanpa mengalami patah, sehingga penting untuk proses

pembentukan logam. Di samping itu untuk logam yang memiliki

kualitas tinggi, kerusakan dapat diketahui secara dini dengan melihat

deformasi yang mendahului bahan tersebut patah. Sifat mekanik

daerah plastis :

- Keuletan

Merupakan kemampuan suatu material untuk berdeformasi

plastis tanpa mengalami patah dan dinyatakan dalam presentase



perpanjangan atau presentase pengurangan luas penampang.

Keuletan menunjukkan kemampuan logam untuk dibentuk tanpa

mengalami patah/retak, sehingga penting untuk proses

pembentukan logam. Di samping itu untuk logam yang memiliki

kualitas tinggi, kerusakan dapat diketahui secara dini dengan

melihat deformasi yang mendahului bahan tersebut retak/patah.

- Ketangguhan

Ketangguhan dinyatakan dalam modulus ketangguhan

(banyaknya energi yang diperlukan untuk mematahkan bahan

persatuan volume) dan sangat sulit untuk diukur karena

dipengaruhi oleh cacat, bentuk, ukuran bahan, dan kondisi

pembebanan.

HI = EA

Dimana:

HI = Harga Impact

E = Energi yang diserap

A = Luas penampang

- Kekuatan tarik

Kekuatan tarik merupakan kekuatan untuk menerima beban

tanpa mengalami kerusakan dan dinyatakan sebagai tegangan

maksimum bahan sebelum patah.



Gambar 4.9 Grafik hubungan tegangan - reganganSumber : G.Groenedifk V (1984;30)

4.2.4 Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan tarik

1. Kadar karbon

Dengan meningkatnya kadar karbon dalam baja, maka akan

didapat kekerasan dan kekuatan tarik yang meningkat. Untuk baja

dengan kandungan karbon 1% maka akan memiliki sifat

rapuh/getas.

Gambar 4.10 Grafik Kadar KarbonSumber : Anonymous 80



2. Homogenitas

Homogenitas dari suatu material akan berpengaruh terhadap

gaya ikat antar atom. Untuk material dengan tingkat homogenitas

tinggi maka gaya ikat antar atomnya juga tinggi dan luas butirnya

lebih besar sehingga kekuatan tariknya juga tinggi.

3. Bidang slip

Logam dan paduannya berdeformasi dengan pergeseran

plastis, dimana atom didekatnya. Terjadi juga penguraian tegangan

atau gaya tekan menjadi tegangan geser. Gerakan kepala silang

mesin penguji memaksa benda uji berada di penjepit karena

penjepit harus tetap sebaris, sebab benda uji tidak dapat berubah

bentuk secara bebas. Semakin banyak bidang slip yang terjadi,

maka material akan semakin mudah terdeformasi sehingga

kekuatan tariknya menurun.

Gambar 4.11 Bidang SlipSumber : Anonymous 81



4. Kecepatan pendinginan

Dengan pendinginan semakin cepat, proses pembentukan butir

akan semakin banyak dan cepat. Sehingga pertumbuhan batas butir

yang banyak akan meningkatkan kekuatan tarik.

5. Unsur paduan

Penambahan unsure paduan pada baja akan mempengaruhi

sifat pada baja tergantung sifat unsur paduan itu. Missal nikel,

chromium dan mangan dapat meningkatkan kekuatan tarik baja

karena bersifat mengeraskan baja.

6. Ukuran butir

Butiran yang ukurannya kecil memiliki ikatan antar atom yang

besar sehingga logam yang butiran strukturnya kecil kekerasannya

akan tinggi, begitu pula dengan kekuatan tariknya.

7. Heat treatment

Proses ini akan mempengaruhi sifa mekanik logam, struktur

mikro spesimen dan juga bentuk butiran yang mempengaruhi gaya

tarik antar atom. Dengan Heat treatment juga akan mempenaruhi

kekuatan tariknya. Jenis Heat treatment yang dapat dilakukan

adalah:

a. Hardening

Tujuannya untuk memperoleh kekuatan maksimum pada

hardening. Sehingga terbentuk batas butir yang sangat banyak,

oleh karena itu tegangan dalam yang ditimbulkan sangat besar.

Dengan demikian kekerasan dan kekuatan tariknya meningkat.

b. Tempering

Tujuannya untuk mengurangi tegangan sisa dan

melunakkan bahan setelah hardening. Hal ini karena laju yang

telah di hardening sangatlah getas sehingga tidak cukup baik



untuk pemakaian. Dengan tempering kekerasan dan kekuatan

tariknya akan sedikit menurun dari proses hardening.

c. Annealing

Tujuannya untuk meningkatkan keuletan dengan

menghilangkan tegangan dalam. Pada proses annealing batas

butir yang terbentuk sedikit dan tegangan dalam yang

ditimbulkan juga sedikit. Sehingga pada proses ini kekuatan

tariknya paling kecil.

d. Normalizing

Tujuannya untuk mengurangi tegangan dalam,

mengurangi struktur butiran yang mengalami pemanasan

berlebihan. Pendinginan normalizing lebih cepat dari

annealing. Sehingga butiran yang terbentuk lebih banyak dari

pada yang dihasilkan annealing. Pada normalizing, butiran

yang tebentuk lebih homogen sehingga proses pengerasannya

lebih baik, begitu juga dengan kekuatan tariknya. Sehingga

kekuatan tariknya lebih besar dari pada annealing.

8. Impact strength

Kekuatan tarik dipengaruhi ketangguhan spesimen.

Ketangguhan spesimen diukur dengan kekuatan impact spesimen.

Sehingga kekuatan tarik berbanding terbalik dengan impact

strength. Semakin besar impact strength kekuatan tarinya semakin

kecil begitu juga sebaliknya



Gambar 4.12 Pengaruh kadar karbon terhadap sifat mekanikSumber : GrowHill,Mc (1937;237)

9. Dimensi spesimen

Dimensi spesimen dipengaruhi oleh luas penampang specimen.

Spesimen dengan luas penampang yang besar akan membuat

kekuatan tariknya menjadi besar demikian pula sebaliknya.

4.2 Pelaksanaan pengujian

4.3.1. Alat dan bahan yang digunakan dalam pengujian

1. Mesin uji tarik

Merk : MFI Piuf - Und Mc By Streme Gmbh D6800

Mannheim.

Kapasitas : 100 kN

Tipe : U PD 10

Tahun : 1982

Mesin ini memiliki 3 skala pengukuran beban,yaitu:

A = 0 - 20 kN

A+B = 0 - 50 kN

A+B+C = 0 - 100 kN

Alat ini digunakan untuk memberikan beban tarik kepada

spesimen.



Gambar 4.13 Mesin uji tarikSumber : Laboratorium Pengujian Bahan

Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

2. Jangka sorong digital

Digunakan untuk mengukur specimen

Gambar 4.14 Jangka sorong digitalSumber : Anonymous 90 : 2011

3. Spidol

Digunakan untuk menandai spesimen.



Gambar 4.15 Spidol Sumber : Anonymous 82 ;2011

4. Kertas gosok

Digunakan untuk membersihkan spesimen dari terak dan kotoran

Gambar 4.16 Kertas gosok Sumber : Anonymous 83 ; 2011

5. Penggaris

Digunakan untuk mengukur panjang spesimen.

Gambar 4.17 Penggaris Sumber : Anonymous 84 ; 2011



Komposisi kimia

Spesimen yang akan digukan adalah baja esser ( ST-37)

dengan kandungan komposisi :

C = 0,16%

Mn = 0,4-120%

Si = 0,35%

P = 0,035%

S = 0,03%

Al= 0,20%

Pergeseran Titik Eutectoid

Pergeseran titik eutectoid

Unsur paduan % bahan Suhu Eutectoid % eutectoid

Mn 0,4 – 1,2 730⁰C 0,77

Si 0,35 730⁰C 0,75

TC = (720 x 0,77 )+ (730 x 0,75 )

(0,77+0,75)

=7250 C

% C = (720 x 0,77 )+(730 x 0,75)

720+730

= 0,76 %



Keterangan : Fe – Fe3C Pergeseran Titik Eutectoid

Gambar 4.12: Grafik Pergeseran Tititk Eutectoid

Bentuk dan Dimensi Spesimen

Skala = 1:2Satuan = milimeter

Gambar 4.18 Gambar Bentuk dan Dimensi Spesimen

4.3.2. Prosedur Pengujian

1. Dilakukan proses Heat treatment

2. Spesimen dibersihkan terlebih dahulu kotoran dan terak.



3. Dilakukan pengukuran dimensi, meliputi diameter awal dan

panjang awal, kemudian kemudian spesimen dibagi kedalam

segmen-segmen dengan panjang masing-masing 5mm.

4. Spesimen dipasang erat pada alat uji.

5. Alat uji diatur pada kecepatan 1,2 liter/menit dengan pembebanan

pada posisi A+B+C, skala pertambahan panjang 0mm dan jarum

beban pada posisi nol.

6. Mesin dinyalakan dan dilakukan pengamatan dengan teliti

terhadap beban, pertambahan panjang dan perubahan diameter

sampai spesimen patah.

7. Setelah patah dilakukan pengukuran dimensi akhir specimen.

4.4. Hipotesa

Kekuatan tarik material dipengaruhi oleh perlakuan panas dan laju

pendinginan spesimen. Hal ini di karenakan perbedaan perlakuan panas

akan mempengaruhi sifat mekanik suatu material. Untuk kekuatan tarik dari

yang paling tinggi sampai yang paling rendah adalah

Hardening

Tempering

Tanpa perlakuan

Normalizing

Annealing

Semakin besar nilai kekerasan bahan maka semakin besar pula

kekuatan tariknya. Dikarenakan struktur butiran yang memiliki kekerasan

tinggi, butirannya lebih homogen dan rapat sehingga apabila material diberi

gaya aktual berupa tarikan akan semakin tahan terhadap gaya tersebut.



4.5 Pengolahan Data

4.5.1 Data Kelompok

a. Spesimen tanpa perlakuan

Tabel 4.2 Pertambahan panjang, beban, dan diameter saat pengujian

NoPertambahan

panjang (mm)Diameter (mm) Beban (kN)

1 0 6.42 0

2 1 6.38 13.1

3 2 6.36 14.6

4 3 6.33 15.9

5 4 6.24 16.8

6 5 6.15 17.7

7 6 6.1 17.9

8 7 6.05 18

9 8 5.99 18.1

10 9 5.97 18

11 10 4.04 17

12 10.1 3.98 16

Tabel 4.3 Diameter tiap segmen sebelum dan sesudah patah



Diameter awal (Do) = 6,42 mm

Diameter Ultimate (Du) = 5,99 mm

Diameter patah (Df) = 3,98 mm

Beban Yield (Py) = 14,6 kN

Beban Ultimate (Pu) = 18,1 kN

Beban patah (Pf) = 16 kN

Panjang awal (lo) = 32 mm

Panjang Ultimate (lu) = 42,1 mm

Panjang yield (ly) = 34 mm

Diameter yield (Dy) = 6,36 mm

Contoh perhitungan :

1. Luas penampang

a. Luas penampang awal Ao = π4

x Do2 ( mm2 )

= π4

x6,422

= 32,35mm2

b. Luas penampang Ultimate Au= π4

x Du2 ( mm2 )

= π4

x5,992

= 28,1mm2

c. Luas penampang saat patah Af = π4

x Df 2 (mm2 )

= π4

x3,982

= 12,43mm2

2. Regangan



a. Regangan Ultimate rekayasa ɛu = lu−lo

lox100 %

= 40−32

32x100 %

= 25%

b. Regangan Ultimate sejati ɛu’ = ln (ɛ u¿+1)x 100 %¿

= ln (25%¿+1)x 100 %¿

= 21,3%

c. Regangan patahrekayasa ɛu = lf−lo

lox 100 %

= 42-3232

x 100 %

= 31,25%

d. Regangan patah sejati ɛ’f = ¿

= ¿

= 95,63%

e. Regangan yield ɛy = ly−lo

lox 100 %

= 34−32

32x100 %

= 6,25%

3. Tegangan

a. Tegangan Ultimate rekayasa σu = PuAo [N/mm2]

= 1810032,35

= 559,42 N/mm2



b. Tegangan Ultimate sejati σu’ = PuAo x (ɛu + 1) [N/mm2]

= 1810032,35 x (25%+1)

= 699,375 N/mm2

c. Tegangan patah rekayasa σf = PfAo [N/mm2]

= 1600032,35

= 494,52 N/mm2

d. Tegangan patah sejati σf’ = PfAf [N/mm2]

= 1600012,43

= 1287,20 N/mm2

4. Kontraksi

Q = Do2 -Df2

Do2 x 100%

= 6,422 -3,982

6,422 x 100%

=25,376111,22

= 61,57%

5. Modulus Elastisitas

E = σuɛ y

= 559,506,15

= 89,52



Tabel 4.4 Hasil pengolahan data spesimen tanpa perlakuan

b. Spesimen dengan perlakuan Martempering400oC Holding20

menit

Tabel 4.4 Pertambahan panjang, beban, dan diameter saat pengujian

NoPertambahan

panjang (mm)Diameter (mm) Beban (kN)

1 1 6,25 0

2 1 6,18 16,6

3 1 6,01 18,4

4 1 5,96 19,1

5 1 5,96 19,8

6 1 5,87 19,4

7 1 5,79 18,5

8 1 4,6 16,3



9 1 4,03 12,4

10 1 3,35 12,3

Tabel 4.5 Pertambahan panjang , beban dan diameter saat pengujian

Diameter awal (Do) = 6,25 mm

Diameter Ultimate (Du) = 4,6 mm

Diameter patah (Df) = 3,35 mm

Beban Yield (Py) = 18,4 kN

Beban Ultimate (Pu) = 16,3 kN

Beban patah (Pf) = 12,3 kN

Panjang awal (lo) = 50 mm

Panjang Ultimate (lu) = 57 mm

Panjang akhir (lf) = 59 mm

Panjang yield (ly) = 52 mm

Diameter yield (Dy) = 6,01 mm

Contoh perhitungan :

1. Luas penampang

a. Luas penampang awal Ao = π4

x Do2 ( mm2 )

= π4

x6,252

= 30,69mm2

b. Luas penampang Ultimate Au = π4

x Du2 ( mm2 )



= π4

x 4,62

= 16,6mm2

c. Luas penampang saat patah Af = π4

x Df 2 (mm2 )

= π4

x3,352

= 8,81mm2

2. Regangan

a. Regangan Ultimate rekayasa ɛu = lu−lo

lox100 %

= 57−50

50x100 %

= 14 %

b. Regangan Ultimate sejati ɛu’ = ln (ɛ u¿+1)x 100 %¿

= ln (14%¿+1) x100 %¿

= 13,1 %

c. Regangan patah rekayasa ɛu = lf−lo

lox 100 %

= 59 -5050

x 100 %

= 18%

d. Regangan patah sejati ɛ’f = ¿ )x100 %

=2 x ln 6,253,35

x100 %

= 12,46%

e. Regangan yield ɛy = ly-lolo

x100 %



= 52−50

50x 100 %

= 4 %

3. Tegangan

a. Tegangan Ultimate rekayasa σu = PuAo [N/mm2]

= 1650030,66

= 531,64N/mm2

b. Tegangan Ultimate sejati σu’ = PuAo x (ɛu + 1) [N/mm2]

= 1630030,66 x (10 %+1)

= 606,07 N/mm2

c. Tegangan patahrekayasa σf = PfAo [N/mm2]

= 1230030,66

= 401,175 N/mm2

d. Tegangan patahsejati σf’ = PfAf [N/mm2]

= 123008,81

= 1396,14 N/mm2

4. Kontraksi

Q = Do2 -Df2

Do2 x 100%

= 6,212 -3,352

6,252 x 100%

= 71,3%



5. Modulus Elastisitas

E = σuɛ y

= 531,640,04

= 13,291

Tabel 4.7 Hasil pengolahan data spesimen perlakuan Martempering 400oC

Holding20 menit

4.5.2 Data Antar Kelompok

Tabel 4.8 Hasil pengolahan data spesimen perlakuan Normalizing750°C Holding

15 menit



Tabel 4.9 Hasil pengolahan data spesimen perlakuan Hardening750°C Holding 15

menit

Tabel 4.10 Hasil pengolahan data spesimen perlakuan Annealing750°C Holding

15 menit




H

ubun

gan

tega

ngan

-reg

anga

n pa

da sp

esim

en ta

npa

perla

kuan

pan

as


4.6 Pembahasan

A. Hubungan Tengangan – Regangan pada Spesimen Tanpa Perlakuan

Panas

Grafik diatas merupakan grafik yang menunjukkan hubungan

tegangan – regangan pada spesimen tanpa perlakuan panas. Dimana dari

grafik dapat diketahui, sumbu x menjelaskan regangan dan sumbu y

menjelaskan tegangan dan titik Ultimatenya adalah 559,5 N/mm2 untuk

ayng rekayasa dan 699,375 N/mm2 untuk yang sejati.

Hubungan tegangan dan regangan dapat diketahui dengan jelas pada

diagram tegangan yang didasarkan dari data yang diperoleh dari

pengujian tarik. Disini juga berlaku hukum Hooke yang menyatakan

tegangan sebanding dengan regangan. Jika beban ditambah secara

bertahap maka akan menambah regangan sampai batas elastisitas.

Tampak pada grafik bahwa kurva tegangan rekayasa yang cenderung

dibawah kurva tegangan sejati hal ini dikarenakan oleh tegangan

rekayasa yang menggunakan acuan dari luas penampang awal spesimen

sebelum mengalami pembebanan. Sedangkan pada tegangan sejati

menggunakan acuan dari luas penampang pada pembebanan tertentu.

Pada kurva juga tampak bahwa titik Ultimate pada tegangan rekayasa

dan sejati tidak berada pada regangan yang sama. Hal ini disebabkan

setelah melewati titik Ultimate penambahan konsentrasi spesimen lebih

tinggi daripada regangan, sehingga luas penampang pada pembebeanan

tertentu menjadi lebih sempit. Pada rumusnya:

Tegangan Rekaya σn = Pn

A0

Tegangan Sejati σn’ = Pn

An


H

ubun

gan

tega

ngan

-reg

anga

n pa

da sp

esim

en ta

npa

perla

kuan

pan

as



Gra

fik 4

.2 H

ubun

gan

tega

nagn

-reg

anga

n pa

da sp

esim

en d

enga

n pe

rlaku

an m

arte

mpe

ring

400°

C H

oldi

ng 2

0 m

enit


B. Hubungan Tegangan – Regangan pada Spesimen dengan Perlakuan

Martempering 400°C Holding 20'

Grafik diatas merupakan grafik yang merupakan hubungan

Tegangan – Regangan pada spesimen dengan perlakuan martempering

400°C holding 20 menit. Dimana dari grafik diatas diketahui sumbu x

menjelaskan regangan dan sumbu y menjelaskan tegangan, dan titik

Ultimatenya adalah 531,61 N/mm2 untuk tegangan rekayasa dan 606,07

N/mm2 untuk tegangan sejati.

Pada grafik diatas dapat kita lihat bahwa spesimen dengan perlakuan

panas martempering 400°C holding 20 menit, berbentuk lengkungan

kemudian berbentuk lurus dengan kemiringan tertentu. Grafik ini terus

naik sampai dengan mencapai Ultimatenya untuk tegangan sejati.

Dalam grafik terlihat jelas bahwa tegangan sejati berada diatas

tegangan rekayasa. Hal ini dikarenakan tegangan rekayasa menggunakan

acuan luas penampang awal sedangkan tegangan sejati menggunakan

luas penampang actual pada pembebanannya. Pada rumusnya

dinyatakan :

Tegangan Rekaya σn = Pn

A0

Tegangan Sejati σn’ = Pn

An




Gra

fik 4

.3 H

ubun

gan

Reg

anga

n-ko

ntra

ksi P

ada

Spes

imen

Tan

pa P

erla

kuan

Pan

as


C. Hubungan Regangan – Kontraksi pada specimen tanpa Perlakuan Panas

Grafik diatas merupakan grafik yang menunjukkan hubungan antara

regangan-kontraksi pada spesimen tanpa perlakuan panas. Dimana dari

grafik diatas diketahui sumbu x menjelaskan kontraksi dan sumbu y

menjelaskan regangan, dan titik Ultimatenya adalah 25% untuk regangan

rekayasa.

Pada grafik hubungan regangan ( regangan + sejati ) – kontraksi

spesimen tanpa pertambahan regangan setelah diikuti dengan

penambahan kontraksi. Hal ini dikarenakan regangan dan kontraksi

bersifat indentik, dimana regangan menunjukkan deformasi lateral yaitu

deformasi yang disebabkan pembebanan secara horizontal, sehingga

spesimen yang mengalami penambahan panjang akan diikuti pula dengan

mengecilnya luas penampang melintang.

Dari grafik hubungan antara regangan – kontraksi mula – mula

sebanding baik antara regangan dan kontraksi namun setelah Ultimate

didominasi oleh kontraksi, sedangkan pada regangan sejati kontraksi

hubungannya cenderung membentuk garis tegak lurus sampai berakhir

pada titik patah.

Sebelum pada titik Ultimate regangan rekayasa diatas regangan

sejati karena perbandingan antara ln D0

Dn dimana Do tetap dan Dn sebelum

Ultimate mempunyai selisih diameter yang yang kecil maka hasilnya

besar dan setelah titik Ultimate selisih Do tetap dan Dn – nya besar

sehingga hasilnya kecil.




Gra

fik 4

.4 H

ubun

gan

Reg

anga

n-ko

ntra

ksi P

ada

Spes

imen

Den

gan

Perla

kuan

Mar

tem

perin

g

400°

C H

oldi

ng 2

0 m

enit


D. Hubungan Regangan – Kontraksi pada spesimen Dengan Perlakuan

Panas Martempering 400°C Holding 20 menit

Pada grafik hubungan regangan ( rekayasa + sejati ) – kontaksi

pada spesimen dengan perlakuan Martempering 400°C Holding 20

menit. Pada grafik di atas terjadi penambahan kontaksi yang diikuti

penambahan regangan.

Pada grafik diatas perlakuan panas Martempering 400°C Holding

20 menit mempunyai nilai regangan rekayasa Ultimate sebesar 14 % dan

kontraksinya 45,83%. Dari grafik diatas juga dapat dilihat bahwa dari

regangan rekayasa sebesar 0,00% samapi 16% hanya didominasi oleh

kontraksi.

Pada grafik tegangan sejati – kontraksi cenderung memiliki bentuk

garis yang linier hingga garis tersebut patah pada regangan sejati

124,72%. Garis linier ini ditunjukkan oleh regangan sejati karena pada

regangan ini menggunkan pembagian dengan nilai yang konstan

sehingga akan cenderung membentuk garis linier. Sedangkan grafik

rekayasa dibawah sejati karena selisih Do dan Dn – nya besar, sehingga ln

D0

Dn menghasilkan angka yang kecil. Adapun rumus perhitungannya yang

digunakan yaitu:

Regangan Sejati = 2 ln Do

Dn x 100%

Regangan Rekayasa = lu−l0

lu x 100%

Kontraksi Q = D0

2−Dn2

Dn2 x 100%




Gra

fik 4

.5 H

ubun

gan

Tega

ngan

–K

ontra

ksi P

ada

Spes

imen

Tan

pa P

erla

kuan

Pan

as


E. Hubungan Tegangan - Kontraksi pada Spesimen tanpa Perlakuan

Grafik diatas merupakan grafik yang menunjukkan hubungan antara

tegangan-kontraksi pada specimen tanpa perlakuan panas.dimana dari

grafik dapat diketahui sumbu x menjelaskan kontraksi dan sumbu y

menjelaskan tegangan dan titik Ultimatenya 55,9,42N/mm2 dan 699,28

N/mm2

Pada grafik hubungan tegangan (rekayasa+sejati) – kontraksi untuk

spesimen tanpa perlakuan panas jika dilihat memiliki bentuk kurva yang

sama dengan kurva tegangan – regangan. Awalnya grafik tegangan

(rekayasa+sejati) – kontraksi terjadi penambahan tegangan yang diikuti

dengan penambahan kontraksi, fenomena ini terus berlangsung hingga

mencapai titik proposionalnya ,setelah melewati titik proposional tegangan

cenderung berkurang tetapi tetap terjadi penambahan tegangan disertai

dengan penambahan kontraksi yang cukup tinggi hingga titik Ultimate.

Pada grafik ini kedudukan tegangan sejati berada diatas tegangan

rekayasa setelah sebelumnya berimpit pada saat sebelum melalui titik

proposional.Setelah itu grafik tegangan sejati selalu diatas grafik tegangan

rekayasa karena nilai tegangan sejati lebih besar dari pada tegangan

rekayasa.Hal ini di sebabkan karena pada tegangan sejati beban di bagi

dengan luas penampang aktual sedangkan untuk tegangan rekayasa beban

dibagi dengan luas penampang awal. Berdasarkan rumus perhitungannya:

Tegangan rekayasa σ n = Pn

A0

Tegangan sejati σ n = Pn

An

Dimana :

Pn = penambahan pada urutan ke n (N)

An= luas penampang ke – n (mm2)

A0= luas penampang awal (mm2)




Gra

fik 4

.6 H

ubun

gan

Tega

ngan

– K

ontra

ksi P

ada

Spes

imen

Den

gan

Perla

kuan

Mar

tem

perin

g 4

00°C

Hol

ding

20

men

it


F. Hubungan tegangan -kontraksi pada spesimen dengan perlakuan

Martempering400oHolding20 menit

Pada grafik hubungan tegangan (rakayasa+sejati)-kontraksi untuk

specimen tanpa perlakuan panas jika dilihat memiliki bentuk kurva yang

sama dengan kurva tegangan-regangan. awalnya grafik tegangan

(rekayasa-sejati)-kontraksi terjadi penambahan teganga yang diikuti

penambahan kontraksi. fenomena ini terus berlangsung hingga titik

proporsionalnya, setelah melewati proporsioanlnya, tegangan cenderung

berkurang tetapi penambahan tegangan disertai dengana penambahan

kontraksi yang cukup tinggi hingga titik Ultimate. besar tegangan rekayasa

dan sejati berturut-turut adalah 531,57 N/mm2 dan 605,62 N/mm2

Pada grafik ini kedudukan tegangan sejati selalu diatas tegangan

rekyasa setelah sebelumnya berimpit pada saat sebelum melalui titik

proposionalnya.Setelah itu grafik tegangan sejati selalu diatas grafik

tegangan rekayasa karena nilai tegangan sejati lebih besar dari pada

tegangan rekayasa.Hal ini di sebabkan karena pada tegangan sejati beban

di bagi dengan luas penampang aktual sedangkan untuk tegangan rekayasa

beban dibagi dengan luas penampang awal. Berdasarkan rumus

perhitungannya:

Tegangan rekayasa σ n = Pn

A0

Tegangan sejati σ n = Pn

An

Dimana :

Pn = penambahan pada urutan ke n (N)

An= luas penampang ke – n (mm2)

A0= luas penampang awal (mm2)




Gra

fik 4

.7 P

erub

ahan

Dia

met

er S

etia

p Se

gmen

Pad

a Sp

esim

en T

anpa

Per

laku

an


G. Perubahan diameter (necking) tiap segmen pada spesimen tanpa perlakuan

panas

Grafik diatas merupakan grafik yang menunjukkan perubahan

diameter (necking) tiap segmen tanpa perlakuan panas.dimana dari grafik

dapat diketahui sumbu x menjelaskan segmen dan sumbu y menjelaskan

diameter.

Pada grafik perubahan diameter tiap segmen tanpa perlakuan panas

memperlihatkan bahwa pengecilan diameter terjadi pada semua segmen,

akan tetapi pengecilan diameter (necking) paling besar terjadi pada segmen

4. Pada segmen 4 ini terjadi necking sebesar 2,4 mm dari dimeter awal

yaitu 6,42 mm. hal ini kemungkinan besar terjadi karena adanya

pemusatan tegangan pada segmen tersebut sehingga segmen tersebut

mengalami necking yang besar disbanding segmen lain. Setelah

mengalami necking maka segmen patah.Disisi itu karena menerima

pemusatan tegangan tersebut maka necking paling besar terjadi saat patah.




Gra

fik 4

.8 P

erub

ahan

Dia

met

er S

etia

p Se

gmen

Pad

a Sp

esim

en D

enga

n Pe

rlaku

an

Mar

tem

perin

g 40

0°C

hol

ding

20

Men

it


H. Hubungan perubahan diameter (necking) pada spesimen dengan perlakuan

panas Martempering400ºC holding 20 menit

Grafik diatas merupakan grafik yang menunjukkan perubahan

diameter (necking) pada specimen dengan perlakuan Martempering400ºC

hoplding 20 menit.Dimana dari grafik dapat diketahui sumbu x

menjelaskan segmen dan sumbu y menjelaskan diameter.

Pada grafik perubahan diameter tiap segmen pada spesimen dengan

perlakuan panas Martempering850ºC holding 20 menit juga

memperlihatkan bahwa semua segmen mengalami pengecilan, aka tetapi

pengecilan diameter paling besar terjadi pada segmen 7. Pada segmen 7 ini

terjadi necking sebesar 2,85 mm dari dimeter awal yaitu 6,18 mm. Hal ini

disebabkan karena terjadi pemusatan tegangan yang besar sehingga

necking pun nilainya besar pada segmen ini. Sedangkan pada segmen

lainnya necking hampir sama rata karena persebaran tegangannya merata.

Secara keseluruhan pengecilan diameter (necking) pada spesimen

tanpa perlakuan panas dan dengan perlakuan panas Martempering 400ºC

holding 20 menit lebih besar pengecilan diameter pada spesimen dengan

perlakuan panas Martempering 4000C holding 20 menit. Hal ini dapat

diketahui dari kontraksi yang terjadi adalah 61,57% dan 71,27% pada

perlakuan Martempering 400ºC holding 20 menit. Hal ini disebabkan dari

sifat mekanik dari masing-masing spesimen itu.




Gra

fik 4

.9 H

ubun

gan

Tega

ngan

-Reg

anga

n R

ekay

asa

Ber

baga

i Per

laku

an P

anas


I. Hubungan tegangan - regangan pada berbagai perlakuan panas

Grafik diatas merupakan grafik yang menunjukkan hubungan

tegangan regangan dari berbagai perlakuan panas.Dimana dari grafik dapat

diketahui sumbu x menjelaskan regangan dan sumbu y menjelaskan

tegangan.

Pada grafik hubungan antara tegangan dengan regangan rekayasa pada

berbagai perlakuan panas diperoleh urutan kekuatan tarik dari tertinggi ke

rendah yaitu Hardening, Martempering, Tanpe perlakuan, Normalizing

lalu Annealing. Sedangkan untuk yield point di peroleh dengan metode

offset yaitu dengan menarikgaris yang linier sejajar sebesar 0,2% dan

regangan total sampai memotong grafik.

Hardening

Mempunyai kekuatan tarik paling tinggi yaitu sebesar1193,97

N/mm2 pada regangan 8,00%. Ini disebabkan karena setelah

pemanasan sampai austenite (7500C) dan di holding 20 menit

kemudian didinginkan secara cepat sehingga fase yang terbentuk

adalah austenite yang bersifat keras dan kekuatan tariknya tinggi, pada

grafik menunjukkan bahwa hardening sifat kekenyalannya rendah.

Hal ini dikarenakan struktur butiran pada hardening yang arah

orientasinya yang acak.

Martempering

Memiliki kekuatan tarik terbesar kedua setelah hardening, karena

spesimen tersebut hanya dipanaskan sampai austenite 400ºC holding

20 menit. Kekuatan tarik maksimum 645,71 N/mm2 dengan regangan

4 %. Pada martempering, martensite yang terbentuk dilunakkan

dengan cara memanaskan kembali material hingga strukturnya

berubah menjadi partikel besi karbida dalam ferrite hingga kekuatan

tariknya lebih kecil dari pada hardening.



Tanpa perlakuan

Memiliki kekuatan tarik dibawah martempering karena spesimen

tersebut belum mengalami proses pemanasan dan holding. Sehingga

fase yang terdapat didalamnya masih heterogen (austenite, cementite,

dan ferrite yang bercampur) dan mungkin spesimen tersebut sudah

memilki kekuatan tarik yang tinggi meskipun belum diperlakukan

panas (bawaan dari pabrik untuk memenuhi standart di pasaran).

Kekuatan tarik maksimumnya 559,42 N/mm2 dengan regangan

25,00% dan yield pointnya pada tegangan 451,25N/mm2 dan regangan

6,25%. Pada grafik terlihat bahwa spesimen tanpa perlakuan panas

kekuatan tariknya lebih besar dari pada normalizing.Ini membuktikan

bahwa spesimen tanpa perlakuan panas mempunyai sifat tegar yang

lebih tinggi dari pada normalizing.

Normalizing

Memiliki kekuatan tarik dibawah spesimen tanpa perlakuan dengan

kekuatan tarik maksimum 534,83N/mm2 dengan regangan 26%. Hal

ini dikarenakan proses pendinginan yang lambat sehingga fase yang

terbentuk adalah bainite + ferrite yang mempunyai sifat ulet dan

kekuatan tarik rendah dan dengan yield point pada tegangan

433,78N/mm2 dengan regangan 4% .pada grafik tampak jelas pada

normalizing keuletannya diatas tanpa perlakuan dan untuk sifat

tegarnya lebih rendah sedikit di banding tanpa perlakuan. Dan sifat

uletnya pun masih di bawah annealing.

Annealing

Memilikikekuatan tarik paling rendah, dikarenakan setelah proses

pemanasan dan holding spesimen didinginkan dengan sangat

lambat(didalam dapur) sehingga butiran yang terbentuk besar-besar

dan fase yang terjadi adalah ferrite yang mempunyai kekuatan tarik

rendah yaitu sebesar 482,60 N/mm2 dengan regangan 16% sedangkan

yield point berada pada tegangan 446,78 N/mm2 dengan regangan 4%.



Pada perlakuan panas annealing mempunyai sifat keuletan yang

tinggi dibandingkan dengan perlakuan yang lain. Hal ini disebabkan

sifat dari perlakuan panas annealing itu sendiri, yaitu meningkatkan

keuletan, menghilangkan tegangan dalam, menghaluskan ukuran butir

dan meningkatkan sifat mampu mesin.

4.7 Kesimpulan dan saran

4.7.1 Kesimpulan

1. Tegangan regangan sejati lebih tinggi dari pada tegangan regangan

rekayasa.

2. Meningkatnya kontraksi pada spesimen juga akan meningkatkan

nilai regangan dari specimen.

3. Proses perlakuan panas mempengaruhi proses pengecilan diameter

(necking). Urutan proses perlakuan panas yang berpengaruh dari

tinggi ke rendah adalah Martempering, Tanpa perlakuan,

Annealing, Hardening, Normalizing.

4. Proses perlakuan panas berpengaruh terhadap kekuatan tarik dari

suatu material. Urutan kekuatan tarik dari berbagai proses

perlakuan panas dari tinggi kerendah adalah :Hardening,

Martempering, Tanpa perlakuan, Normalizing dan yang terakhir

Annealing.

4.7.2. Saran

1. Praktikan hendaknya lebih teliti dalam melakukan pengukuran

dimensi, pengamatan peralatan serta pencatatan data.

2. Sarana dan prasarana dalam laboratorium yang mengalami

kerusakan agar diperbaiki atau diganti.

3. Pada saat sebelum praktikum hendaknya praktikan membaca

modul panduan praktikum.


bab 4 pengujian tarik

Documents