Bab 3 PENGUJIAN IMPACT

93 Laboratorium Pengujian Bahan

BAB III PENGUJIAN IMPACT

3.1 Tujuan Pengujian 1. Mengetahui daya tahan suatu logam terhadap beban dinamis yang menyebabkan terjadinya patahan. 2. Mengetahui bentuk patahan. 3. Mengetahui pengaruh perlakuan panas terhadap kekuatan kejut. 4. Mengetahui cara pengujian kekuatan kejut.

3.2. Teori Dasar Pengujian 3.2.1. Definisi Kekuatan Kejut Pengujian impact merupakan suatu pengujian yang mengukur ketahanan beban terhadap beban kejut. Inilah yang membedakan pengujian impact dengan pengujian tarik dan kekerasan dimana pembebanan dilakukan secara statis. Pengujian impact merupakan suatu upaya menstimulasikan kondisi operasional material yang sering diketemui dalam perlengkapan transportasi atau kontruksi dimana beban tidak selamanya terjadi secara perlahan melainkan datang secara tiba-tiba. Bahan-bahan yang mengalami patah apabila bahan tersebut dibebani pukulan dengan tiba–tiba, karena disebabkan oleh 3 hal pokok yaitu : 1. Pemusatan tegangan (stress concentration) pada spesimen. 2. Suhu yang rendah. 3. Kecepatan tegangan yang tinggi. Pada pengujian impact ini, banyaknya energi yang diserap oleh bahan untuk terjadinya patahan merupakan ukuran ketahanan impact atau ketangguhan bahan.

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

94 Laboratorium Pengujian Bahan

3.2.2. Macam-macam Metode Pengujian Impact 1. Percobaan pukul takik (Beam Impact Test) Digunakan unutk mengetahui kemampuan suatu logam untuk menahan beban atau pukulan suatu logam. Suatu logam dikatakan tangguh bila mampu menyerap energi lebih (beban kejut) yang lebih besar tanpa terjadinya retak atau transformasi degan mudah. Pada percobaan ini dipakai spesimen yang bertukik, cara pembebanannya ada 2 macam. a. Cara pembebanan Charpy (Charpy Impact) Pada percobaan ini benda kerja mempunyai ukuran yang standar. Takik diletakan pada landasan dengan posisi takik membelakangi pendulum yang akan memberikan beban kejut. Sehingga mengenai bagian punggung notch. Notch yang umumnya digunakan mempunyai sudut 450. Percobaan ini sesuai untuk material yang ductile.

Gambar 3.1 Charpy Impact Sumber : Anonymous 63; 2012

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

95 Laboratorium Pengujian Bahan

b. Cara pembebanan Izod (Izod Impact) Salah satu bagian benda uji dijepit pada bibir takik dan posisi takik berhadapan dengan pendulum yang akan memberikan beban kejut. Percobaan ini sesuai dengan material yang brittle (rapuh).

Gambar 3.2 Izod Impact Sumber : Anonymous 64; 2011 2. Pengujian tarik kejut Salah satu ujung spesimen dijepit dan pada ujung yang satu diberi beban tarik secara kejut. Percobaan ini biasanya digunakan pada bahan yang bersifat ulet. Spesimen biasanya diberi notch atau tidak, sesuai dengan kebutuhan.

Gambar 3.3 Tensile Impact Izod Sumber : Anonymous 65; 2012

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

96 Laboratorium Pengujian Bahan

3. Pengujian impact puntir (torsion impact test) Salah satu ujung spesimen dijepit dan pada ujung lain diberi beban puntir secara kejut. Dalam hal ini masih ada batas mulur dan batas patah tetapi tidak ada kontraksi. Tegangan puntir pada titik beratnya sama dengan nol dan semakin keluar semakin bertambah. Beberapa logam dapat bertahan pada putaran tak terhingga, asalkan tegangan masih dibawah batas tegangan limit (limiting stress).

Gambar 3.4 Torsion Testing Machine Sumber : Anonymous 66; 2011 3.2.3. Tipe dan Macam Notch pada Spesimen Pembagian jenis spesimen impact ditinjau dari bentuknya, ada 3 : 1. V notch Bentuk notchnya seperti huruf V

Gambar 3.5 V Notch Sumber : Hausan (1963:156)

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

97 Laboratorium Pengujian Bahan

2. U notch Bentuk notchnya seperti huruf U

Gambar 3.6 U Notch Sumber : Hausan (1963:156) 3. Key Hole Notch Notchnya berbentuk seperti lubang kunci

Gambar 3.7 key Hole Notch Sumber : Hausan (1963:156) Notch berbentuk V sering digunakan didalam uji impact charpy karena : a. Mudah dilakukan b. Benda uji kecil c. Murah d. Pengujian dapat dilakukan dibawah suhu ruang  Macam-macam patahan dan sifatnya Dengan mengetahui macam dan sifat patahan maka dapat membantu dalam menentukan hubungan sifat patahan terhadap harga impact strength suatu material. Patahan suatu material dapat terjadi dalam 3 bentuk yaitu :

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

98 Laboratorium Pengujian Bahan

1. Patahan getas Patahan yang memiliki permukaan rata dan memungkilap, sehingga

apabila

patahn

ini

disambung

kembali

akan

menghasilkan sambungan yang rapat. Hal tersebut menunjukan bahwa patahan getas tidak diikuti dengan deformasi dari bahan tersebut, serta impact strengthnya rendah.

Gambar 3.8 Patahan Getas Sumber : Anonymous 67; 2012 2. Patahan ulet Patahan mempunyai permukaan yang tidak rata seperti beludru, buram dan berserat. Hal ini dikarenakan spesimen memiliki harga impact strength yang tinggi karena sebelum patah mengalami deformasi terlebih dahulu.

Gambar 3.9 Patahan Ulet Sumber : Anonymous 68; 2012

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

99 Laboratorium Pengujian Bahan

3. Patahan Campuran Patahan ini mempunyai permukaan yang bervariasi sebagian getas dan sebagian liat. Patahan ini paling banyak terjadi pada suatu material. Terjadinya patahan campuran disebabkan tingkat kekerasan pada permukaan lebih tinggi daripada bagian inti.

Gambar 3.10 Patahan Campuran Sumber : Anonymous 69; 2011 3.2.4. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kekuatan Impact Kekuatan dinyatakan

impact adalah ketahanan spesimen terhadap impact dalam

banyaknya

energi

yang

diperlukan

untuk

mematahkan material tersebut. Factor-faktor yang mempengaruhi kekuatan impact tersebut antara lain : 1. Bentuk dan ukuran Notch Takik atau notch dengan ukuran sudut yang semakin kecil maka terjadinya patahan akan sangat sering dialami, karena takik merupakan tempat pemusatan tegangan saat benda kerja diberi beban kejut.

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

100 Laboratorium Pengujian Bahan

Tabel 3.1 Bentuk dan ukuran notch Angle of notch

Sketch of spesimen

Charpy impact value J (joule) ft.lb

0

30.0

22.1

30

33.1

24.4

60

31.3

23.1

90

35.1

23.9

120

56.7

41.3

150

89.8

66.7

180

85.6

63.1

2. Kadar karbon Semakin tinggi kadar karbon, maka impact strengthnya semakin rendah, karena karbon memiliki sifat rapuh terhadap material.

Gambar 3.11 Pengaruh kadar karbon terhadap impact strength Sumber : E. Dieter, George (1986:409)

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

101 Laboratorium Pengujian Bahan

3. Temperatur pemanasan

Gambar 3.12 Pengaruh Temperatur terhadap impact strength Sumber : E. Dieter, George (1986:409) Semakin tinggi temperatur spesimen maka energi yang diperlukan untuk mematahkan spesimen semakin besar. Impact test sebaiknya dilakukan pada Temperatur berbeda sebagai upaya untuk mengetahui Temperatur transisi yang dapat mengetahui sifat suatu material. Semakin tinggi Temperatur material, material akan bersifat ulet dan sebaliknya. 4. Homogenitas Homogenitas suatu material akan berpengaruh terhadap gaya antar ikatan atom-atomnya yang semakin kuat. Sehingga bila dilakukan pengujian impact maka hambatan yang dibentuk oleh bidang slip dan juga butir homogennya semakin besar. Oleh karena itu, untuk mematahkan diperlukan harga impact strength yang besar pula. 5. Heat treatment Perlakuan panas yang berbeda akan menghasilkan impact strength yang berbeda–beda pula. Karena setiap heat treatment menghasilkan perubahan mekanik yang berbeda-beda.

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

102 Laboratorium Pengujian Bahan

6. Kecepatan pendinginan Pendinginan yang cepat akan menurunkan harga impact strength, karena pendinginan yang cepat setelah pemanasan, akan cenderung bersifat keras dan rapuh. 7. Tensile strength Suatu material dengan tensile strength yang tinggi akan memiliki impact strength yang rendah. Hal ini menunjukan tensile strength berbanding terbalik dengan impact strength. 8. Jenis material Jenis material yang berbeda mempunyai struktur atom yang berbeda pula. Misalnya unsur paduan baja akan menghambat laju dekomposisi austenite selama perlakuan panas. Sehingga hasil dekomposisi akan berbeda, yang menyebabkan penyerapan energi impact tiap jenis material juga berbeda. 9. Ukuran butir Ukuran butir yang besar lebih bersifat ulet dari[ada ukuran butir yang halus. Sehingga ukuran butir yang besar memiliki impact strength yang tinggi.

Gambar 3.13 Pengaruh butir terhadap impact strength Sumber : E. Devis, Harner (1982:199)

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

103 Laboratorium Pengujian Bahan

10. Kekerasan Semakin keras suatu material maka harga impact strengthnya semakin rendah dan sebaliknya. 11. Ketebalan bahan Dengan uji impact charpy benda uji dengan ketebalan standar (0,394) memiliki impact strength lebih tinggi daripada benda uji yang sama dengan ketebalan lebih besar.

Gambar 3.14 Pengaruh tebal bahan terhadap impact strength Sumber : Djari, Sriati (1988:100)

3.3. Pelaksanaan Pengujian 3.3.1. Alat dan Bahan yang Digunakan Spesifikasi alat yang digunakan a. Charpy impact testing machine Digunakan untuk mengukur kekuatan kejut

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

104 Laboratorium Pengujian Bahan

Gambar 3.15 Charpy impact testing machine Sumber : Laboratorium Pengujian Bahan Jurusan Mesin Fakultas teknik Universitas Brawijaya b. Kertas gosok Digunakan untuk membersihkan spesimen dari kotoran dan terak

Gambar 3.16 Kertas gosok Sumber : Anonymous 70; 2012 c. Baja bohler special K Bentuk dan dimensi sesuai standar ASTM A 370 V notch yang digunakan sebagai spesimen yang aman di uji.

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

105 Laboratorium Pengujian Bahan

Gambar 3.17 Spesimen pengujian Impact Sumber : Anonymous 71; 2009  Komposisi kimia spesimen baja bohler special K, komposisi kimianya antara lain : 1. Karbon (C)

:2%

3. Mangan (Mn)

: 0,3 %

2. Krom (Cr)

: 12 %

4. Silikon (Si)

: 0,2 %

Tabel 3.2 Pergeseran titik eutectoid pengujian impact Titik eutectoid

Komposisi

atom

eutectoid

2%

8400 C

0,375 %

Mn

0,3 %

7270 C

0,73 %

Si

0,2 %

7550 C

0,72 %

Komposisi

% Bahan

Cr

∑ ∑

∑ ∑

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

106 Laboratorium Pengujian Bahan

Gambar 3.18 Pergeseran titik Eutectoid  Bentuk dan dimensi benda kerja Spesimen pengujian impact adalah baja bohler special K dengan bentuk dan dimensi sesuai standar ASTM A 370 V notch.

Gambar 3.19 Bentuk dan dimensi spesimen Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

107 Laboratorium Pengujian Bahan

3.3.2. Posedur Pengujian 1. Benda kerja diberi heat treatment 2. Spesimen dibersihkan dari kotoran dan terak 3. Dilakukan dry run test sebagai berikut :  Pendulum alat uji charpy diatur agar benar-benar menggantung bebas dan dalam keadaan diam.  Lengan pengikat diturunkan dengan roda pemutar.  Tombol pengunci ditekan selanjutnya jika kedudukan lengan pengikat sudah tepat terhadap pendulum, pengunci dapat dilepas tanpa menggeser kedudukan pendulum.  Kedua jarum penunjuk diatur pada posisi vertical.  Pendulum beserta lengannya diangkat dengan roda pemutar sehingga jarum luar menunjukan skala yang sesuai dengan kedudukan pendulum dalam posisi horizontal (900)  Dilakukan dry run test untuk mengetahui energi yang dilepas mesin karena kerugian mekanik. Dilakukan pencatatan sudut yang ditunjuk oleh jarum. 4. Dilakukan pengujian sebagai berikut.  Spesimen diletakan pada tempatnya sehingga bagian takik tepat pada posisi jatuhnya pendulum.  Dilakukan pengujian seperti pada dry run test.

3.4. Hipotesa Sesuai dengan teori yang ada, urutan kekuatan impact dari yang terbesar hingga

terkecil

adalah

annealing,

normalizing,

tanpa

perlakuan,

martempering dan hardening.

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

108 Laboratorium Pengujian Bahan

3.5. Pengolahan Data 3.5.1. Data Kelompok  Spesimen dengan perlakuan Annealing 8500 C holding 20 menit R = 600 mm

Β0 = 900

G = 24 Kg

α0 = 60

F0 = 80 mm2

α 1 = 120

a. Energi yang diperlukan secara ideal

b. Kerugian energi pada alat

c. Energi aktual yang dibutuhkan

d. Energi patah

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

109 Laboratorium Pengujian Bahan

3.5.2. Data antar kelompok  Spesimen tanpa perlakuan R = 600 mm

Β0 = 900

G = 24 Kg

α0 = 40

F0 = 80 mm2

α 1 = 70

a. Energi yang diperlukan secara ideal

b. Kerugian energi pada alat

c. Energi aktual yang dibutuhkan

d. Energi patah

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

110 Laboratorium Pengujian Bahan

 Spesimen dengan perlakuan panas Normalizing 8500 C holding 20 menit R = 600 mm

Β0 = 900

G = 24 Kg

α0 = 70

F0 = 80 mm2

α 1 = 120

a. Energi yang diperlukan secara ideal

b. Kerugian energi pada alat

c. Energi aktual yang dibutuhkan

d. Energi patah

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

111 Laboratorium Pengujian Bahan

 Spesimen dengan perlakuan panas Hardening 8500 C holding 20 menit R = 600 mm

Β0 = 900

G = 24 Kg

α0 = 70

F0 = 80 mm2

α 1 = 90

a. Energi yang diperlukan secara ideal

b. Kerugian energi pada alat

c. Energi aktual yang dibutuhkan

d. Energi patah

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

112 Laboratorium Pengujian Bahan

 Spesimen dengan perlakuan panas Martempering 4500 C holding 20 menit R = 600 mm

Β0 = 900

G = 24 Kg

α0 = 80

F0 = 59,2 mm2

α 1 = 90

a. Energi yang diperlukan secara ideal

b. Kerugian energi pada alat

c. Energi aktual yang dibutuhkan

d. Energi patah

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

113 Laboratorium Pengujian Bahan

Tabel 3.3 Data hasil pengujian impact N o.

1

2 3

Perlakuan Panas Annealing 8500 C 20 menit Normalizing 8500 C 20 menit Tanpa perlakuan

Ak

α0

α1

A0

(0)

(0)

(Kg.mm)

(Kg.mm) (Kg.mm)

6

12

2995,2

1497,6

1497,6

18,72

7

12

2995,2

1756,8

1238,4

15,48

4

7

993,6

763,2

1756,8

F

A

(Kgmm /mm2)

9,54

Martempering 4

4500 C

8

9

2246,4

2001,6

244,8

4,135

7

9

2246,4

1756,8

489,6

6,12

20 menit 5

Hardening 8500 C 20 menit

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

114 Laboratorium Pengujian Bahan

20

18.72

18

Energi Patah (kg.mm / mm2)

16 14 12 10

9.54

Annealing 850 C 20 menit Tanpa Perlakuan

8 6 4 2 0

Perlakuan Panas pada Baja Bohler Spesial K

Diagram 3.1 Hasil pengujian impact perlakuan panas annealing dibandingkan dengan tanpa perlakuan panas Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

115 Laboratorium Pengujian Bahan

3.6. Pembahasan  Data kelompok (Annealing 8500 C holding 20 menit dengan tanpa perlakuan panas) Annealing meningkatkan

yaitu keuletan,

perlakuan

panas

menghilangkan

yang

digunakan

tegangan

untuk

dalam

dan

meningkatkan sifat mampu mesin. Perlakuan panas annealing dilakukan dengan pendinginan lambat dalam dapur pemanas. Sedangkan spesimen tanpa perlakuan yang dimaksud pada praktikum ini adalah spesimen yang tidak diperlakukan sama sekali pada praktikum uji bahan. Spesimen tanpa perlakuan dianggap standar dari pabrikan. Pada diagram menunjukan bahwa nilai energi yang diserap oleh spesimen dengan perlakuan panas annealing 8500 C holding 20 menit lebih besar dibandingkan dengan spesimen tanpa perlakuan. Hal ini disebabkan oleh pendinginan lambat pada spesimen. Sehingga spesimen perlakuan panas annealing 8500 C holding 20 menit mempunyai butirranbutiran atom yang besar dan mengakibatkan spesimen lebih bersifat ulet. Hasil pengujian ini sesuai dengan hipotesa, yaitu kekuatan impact pada spesimen perlakuan panas annealing lebih besar daripada spesimen tanpa perlakuan.

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

116 Laboratorium Pengujian Bahan

20

18.72

18

Energi Patah (Kg.mm/mm2)

16

15.48

14

Annealing850 850C0 Annealing 0 Normalizing850 850C Normalizing

12 10

9.54

TanpaPerlakuan Perlakuan Tanpa

8

6.12 6

Martempering450 4500 Martempering Hardening850 850C0 Hardening

4.135 4 2 0

Perlakuan Panas pada Baja Bohler Spesial K

Diagram 3.2 Hasil pengujian impact berbagai perlakuan panas dengan waktu holding 20 menit

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

117 Laboratorium Pengujian Bahan

 Data antar kelompok Perlakuan panas berbeda dengan suhu sama Proses perlakuan panas yang berbeda-beda akan menghasilkan spesimen dengan kekuatan impact yang berbeda pula. Urutan kekuatan impact untuk mematahkan spesimen dari yang paling besar sampai paling kecil adalah annealing, normalizing, tanpa perlakuan, martempering dan hardening. Akan tetapi pada diagram hubungan antara energi patah dengan berbagai perlakuan panas terlihat terjadi penyimpangan. Dari diagram tersebut diketahui urutan enrgi patah yang terbesar sampai terkecil adalah annealing, normalizing, tanpa perlakuan, hardening, dan martempering, yaitu dengan nilai 18,75 Kg mm/mm2, 15,48 Kg mm/mm2 , 9,54 Kg mm/mm2 , 6,12 Kg mm/mm2 , serta 4,35 Kg mm/mm2 , hal ini tidak sesuai dengan teori yang ada. Perlakuan panas hardening adalah perlakuan panas yang bertujuan untuk memperoleh kekuatan maksimum pada logam baja. Baja yang akan dikeraskan dipanaskan diatas suhu austenite kemudian diholding dan didinginkan dengan cepat, sehingga dihasilkan struktur martensit pada spesimen. Sedangkan martempering adalah proses perlakuan panas untuk mengurangi tegangan dalam dan melunakan bahan setelah dihardening. Karena proses hardening menghasilkan pembentukan martensite yang tidak baik untuk berbagai pemakain. Proses martempering meliputi pemanasan baja berstruktur austenite sampai dibawah suhu kritis, di holding dan kemudian didinginkan dangan cepat untuk menghasilkan martensite, kemudian dipanaskan lagi hingga Temperatur dibawah austenite, diholding dan didinginkan lagi. Dari analisa yang dilakukan, jika dilihat dari proses perlakuan panas maka hasil pengujian seharusnya tidak menyimpang dari teori. Hasil pengujian yang menyimpang bisa dikarenakan oleh cacat pada spesimen. Cacat ini bisa dikarenakan adanya penambahan sudut takikan pada Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013

118 Laboratorium Pengujian Bahan

spesimen hardening, yang semula 450 menjadi lebih besar, dikarenakan ketika melakukan pembersihan terak pada takik terlalu mengikis sisi-sisi takik. Selain itu, adanya cacat pada spesimen martempering.

Cacat

spesimen ini dapat berupa cacat titik maupun cacat garis pada struktur atom. Akibatnya kekuatan impact yang dialami spesimen martempering lebih rendah.

3.7. Kesimpulan dan Saran 3.7.1. Kesimpulan Pada praktikum pengujian impact dihasilkan kekuatan impact yang terbesar dialami oleh spesimen dengan perlakuan panas annealing, kemudian diikuti dengan spesimen perlakuan panas normalizing, tanpa perlakuan, hardening, dan martempering. Hal ini dipengaruhi oleh kecepatan pendinginan ketika proses perlakuan panas. Akan tetapi terjadi peyimpangan pada spesimen martempering dan hardening. Hal ini dapat dikarenakan adanya cacat. Cacat ini dapat berupa cacat titik maupun cacat garis pada struktur atom spesimen martempering. Selain tu, dapat dikarenakan penambahan sudut takikan pada spesimen hardening yang dikarenakan pembersihan terak pada takik yang terlalu mengikis sisi-sisi takik.

3.7.2. Saran 1. Sebelum asistensi sebaiknya belajar dahulu, untuk memperlancar proses asistensi. 2. Propesionalitas asisten ditingkatkan

Laporan Praktikum Uji Material Semester Genap 2012/2013