Laporan Modul A - Uji Tarik

Laporan Praktikum Laboratorium Teknik Material 1 Modul A Uji Tarik oleh :

Nama

: Catia Julie Aulia

NIM

: 13714035

Kelompok

:7

Anggota (NIM) : 1. Conrad Cleave Bonar (13714008) 2. Catia Julie Aulia

(13714035)

3. Hutomo Tanoto

(13714044)

4. Fakhri Arsyi Hawari

(13714051)

Tanggal Praktikum

: Rabu, 13 April 2016

Tanggal Penyerahan Laporan : Selasa, 19 April 2016 Nama Asisten (NIM)

: I Gede Bagus Eka S. W. (13712055)

Laboratorium Metalurgi dan Teknik Material Program Studi Teknik Material Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung 2016

Catia Julie Aulia 13714035

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sesuai dengan namanya, uji tarik adalah pengujian mekanik yang memberikan beban tarik pada material uji dengan kecepatan pembebanan yang statis. Uji tarik merupakan salah satu pengujian yang bersifat merusak. Standar pengujian tarik mengacu pada ASTM E8/E8M. Uji tarik banyak digunakan di industri karena informasi yang diberikannya mengenai sifat mekanik material cukup banyak dan mudah untuk diolah. Selain itu, pengujian ini juga dapat digunakan untuk hampir semua jenis material, dimulai dari logam, keramik, dan polimer. Informasi yang diperoleh dari uji tarik biasa digunakan sebagai dasar pemilihan material, pengembangan paduan, kontrol kualitas, dan proses desain dalam berbagai kondisi. Pada awalnya, banyak industri yang membutuhkan bahan baku untuk membuat suatu produk. Untuk memastikan kualitas bahan baku yang dibutuhkan dan memastikan apakah bahan baku yang ada sesuai atau tidak, dilakukanlah uji tarik.

1.2 Tujuan Praktikum Tujuan dari Praktikum Uji Tarik adalah : 1. Menentukan modulus elastisitas spesimen. 2. Menentukan nilai yield strength spesimen. 3. Menentukan nilai ultimate tensile strength spesimen. 4. Menentukan nilai konstanta kekuatan dan koefisien strain hardening. 5. Menentukan ductility spesimen. 6. Mengetahui fenomena yang terjadi pada uji tarik.

Page 2 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

BAB II TEORI DASAR 2.1 Uji Tarik Uji tarik adalah pengujian mekanik yang memberikan beban tarik pada material uji dengan kecepatan pembebanan yang statis. Pada uji tarik, spesimen diberi beban gaya tarik pada satu sumbu yang bertambah secara kontinyu, bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan terhadap perpanjangan yang dialami oleh benda uji. Standar pengujian tarik mengacu pada ASTM E8/E8M.

2.2 Skema Uji Tarik

(Sumber : Callister, William D. “Materials and Science Engineering An Introduction”, 6th edition. John Wiley & Sons, Inc. 2003.) Gambar 1. Skema Alat Uji Tarik

Pada uji tarik, spesimen dipasang pada mesin uji tarik dan dihubungkan ke extensometer melalui strain gauge. Extensometer adalah alat yang mengukur perubahan panjang yang dialami spesimen dengan strain gauge sebagai sensor. Crosshead bergerak sehingga membuat load cell bergerak. Load cell akan memberikan gaya dan menimbulkan tegangan tarik pada spesimen. Spesimen yang menerima tegangan tarik akan mengalami perubahan panjang. Perubahan

Page 3 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

panjang yang terjadi pada spesimen akan terdeteksi oleh strain gauge yang terpasang pada spesimen dan terukur oleh extensometer yang terhubung pada strain gauge. Data perubahan panjang dan perubahan gaya yang diterima oleh spesimen pun diperoleh dan dapat diolah lebih lanjut.

2.3 Spesimen Uji Tarik

(Sumber : ASTM E 8M) Gambar 2. Bentuk Spesimen Uji Tarik

Berdasarkan standar ASTM E8/E8M, untuk jenis material logam, panjang gage length spesimen adalah 4 kali diameter spesimen. Spesimen uji berbentuk silinder dengan dimensi sebagai berikut :

Standard Specimen

Small-Size Specimen Proportional to Standard

12,5

9

6

4

2,5

G

62,5 ± 0,1

45,0 ± 0,1

30,0 ± 0,1

20,0 ± 0,1

12,5 ± 0,1

D

12,5 ± 0,2

9,0 ± 0,1

6,0 ± 0,1

4,0 ± 0,1

2,5 ± 0,1

R

10

8

6

4

2

A

75

54

36

24

20

Dengan : G = Gage length D = Diameter R = Radius of fillet

Page 4 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

A = Length of reduced section

2.4 Baja ST-37 Baja ST-37 merupakan salah satu jenis baja yang paling sering digunakan. Berdasarkan literatur[1], nilai modulus elastisitas baja ST37 adalah 200 GPa. Baja ini mempunyai nilai ultimate tensile strength sebesar 370 MPa (tidak diberi perlakuan) dengan yield strength sebesar 298 MPa.

2.5 Kurva Stress – Strain Data hasil pengujian tarik dapat diolah menjadi kurva tegangan vs regangan. Kita mengenal dua tipe stress-strain, yaitu engineering stress – engineering strain dan true stress – true strain. Dari kurva dibawah dapat dilihat perbedaan diantara keduanya.

(Sumber : Slide Kuliah Sifat Mekanik Material) Gambar 3. Kurva Stress-Strain

1. Engineering Stress – Engineering Strain Sesuai dengan namanya, engineering stress – engineering strain adalah nilai dari tegangan dan regangan yang telah direkayasa. Rekayasa yang dimaksud adalah dengan mengasumsikan bahwa luas penampang untuk setiap pembebanan adalah sama, yaitu luas penampang awal. Kita

Page 5 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

tahu, semakin diberi beban, luas penampang spesimen akan selalu turun untuk setiap penambahan beban sehingga untuk meminimalkan faktor geometri ini dibentuklah engineering stress – engineering strain untuk memudahkan perhitungan. Nilai engineering stress dapat dihitung melalui persamaan berikut : (1) Dengan : σ = engineering stress (N/m2) F = beban yang bekerja pada spesimen (N) A0 = luas penampang awal spesimen (m2) Dan untuk engineering strain dapat dihitung melalui persamaan berikut : (2) Dengan : ε = engineering strain lo = panjang awal spesimen (m) li = panjang akhir spesimen (m) 2. True Stress – True Strain True stress – true strain adalah nilai tegangan dan regangan yang sebenarnya, dimana perubahan luas penampang spesimen seiring dengan penambahan beban juga diperhitungkan. Nilai true stress – true strain dapat dihitung dengan mengkonversi nilai dari engineering stress – engineering strain dengan persamaan : a.) Sesaat sebelum necking (

)

(

(

)

)

(3)

(4)

Dengan : σt = true stress (N/m2) Page 6 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

σ = engineering stress (N/m2) ε = engineering strain εt = true strain

b.) Setelah terjadi necking (5) (6) Dengan : σt = true stress (N/m2) F = beban yang diberikan pada spesimen (N) Ai = luas penampang spesimen (m2) εt = true strain Ao = luas penampang awal spesimen (m2)

2.6 Fenomena Pada Uji Tarik Dalam pengujian tarik, terdapat fenomena-fenomena yang akan terjadi, diantaranya : 1. Deformasi Elastis Deformasi elastis adalah perubahan bentuk suatu material secara tidak permanen, dimana material tersebut dapat kembali lagi ke bentuk semula.

2. Deformasi Plastis Deformasi plastis adalah perubahan bentuk suatu material secara permanen. Meskipun beban yang diberikan dihilangkan, material tersebut tidak dapat kembali ke bentuk semula.

3. Necking

Page 7 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

Necking adalah penyempitan luas penampang setempat yang mulai ada setelah beban mencapai ultimate tensile strength nya.

(Sumber : Slide Kuliah Sifat Mekanik Material) Gambar 4. Perubahan yang Akan Terjadi Pada Material Saat Uji Tarik

4. Strain Hardening Strain

hardening

adalah

fenomena

pada

material

yang

menyebabkan material tersebut menjadi lebih keras dan kuat ketika mengalami deformasi plastis.

5. Luders Band

(Sumber : Dieter G. E. “Mechanical Metalurgy, SI Metric Edition”, 4th ed.) Gambar 5. Luders Band

Luders band adalah fenomena yang terjadi pada baja karbon rendah dimana nilai yield strength nya mengalami perpanjangan. Ketika

Page 8 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

beban yang diberikan sudah mencapai yield point, tegangan yang akan dialami material berfluktuasi pada nilai tegangan yang cukup konstan hingga tegangan yang dialami material tersebut kembali naik.

6. Reduction Area Reduction area adalah pengurangan luas penampang suatu material pada saat mengalami deformasi plastis.

7. Fracture Fracture adalah patahnya suatu material karena tidak dapat menahan beban lagi.

2.7 Sifat Mekanik Pada Uji Tarik

(Sumber : https://en.wikipedia.org/wiki/Resilience) Gambar 6. Sifat Mekanik Pada Uji Tarik

Dari pengujian uji tarik dapat diperoleh sifat mekanik sebagai berikut : 1. Modulus Elastisitas Modulus elastisitas atau kekakuan adalah nilai ketahanan suatu material untuk mengalami deformasi elastis ketika ada gaya diterapkan pada benda itu. Page 9 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

2. Yielding

(Sumber : Slide Kuliah Sifat Mekanik Material) Gambar 7. Tipe Yielding Pada Material

Yielding adalah nilai tegangan pada saat material akan terdeformasi plastis. Tipe yielding ada 4, yaitu : a. True Elastic Limit Nilai tegangan minimum dimana adanya pergerakan dislokasi. b. Proportional Limit Nilai tegangan maksimum dimana nilai tegangannya sebanding dengan nilai regangannya. c. Elastic Limit Nilai tegangan maksimum yang dapat diterima oleh suatu material tanpa adanya regangan secara permanen. d. Offset Yield Strength Nilai tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan regangan sebesar 0,2 persen pada material. Nilai 0,2 persen ini merupakan suatu kesepakatan dimana pada regangan sebesar 0,2 persen, suatu material telah mengalami deformasi plastis.

3. Ultimate Tensile Strength

Page 10 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

Ultimate tensile strength adalah nilai tegangan maksimum yang dapat diterima oleh suatu material.

4. Ductility Keuletan adalah kemampuan suatu material untuk terdeformasi sebelum mengalami kegagalan.

5. Resilience Resilience adalah kemampuan suatu material untuk menyerap energi ketika terdeformasi elastis dan untuk kembali ke bentuk semula.

6. Toughness Kekerasan adalah kemampuan suatu material untuk menyerap energi.

Page 11 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

BAB III DATA PERCOBAAN DAN PENGOLAHAN DATA 3.1 Data Percobaan Material

: ST-37

Mesin Uji

: Universal Testing Machine (TARNO GROCKI)

Gage Length Awal

: 32,59 mm

Gage Length Akhir

: 43,77 mm

Diameter Awal

: 6,39 mm

Diameter Akhir

: 3,8 mm

Beban Skala

: 16000 N

Kecepatan

: 5 mm/min

Beban (kN)

Diameter (mm)

0

6,39

10

6,38

11

6,38

12

6,37

13

6,30

14

6,28

15

6,24

16

6,18

17

6,08

17

5,81

16

5,78

15

4,72

14

4,14

Ultimate Tensile Strength : 17700 N

Page 12 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

7.2 Pengolahan Data 1. Kurva Gaya vs. Regangan Dari data yang telah diperoleh, didapatkan nilai tegangan dan waktu. Untuk mengkonversi tegangan menjadi gaya, dilakukan perbandingan antara tegangan (mV) dengan gaya. Diketahui ultimate tensile strength pada spesimen uji adalah sebesar 17700. Nilai tersebut setara dengan nilai tegangan (mV) maksimum yang ada. Untuk pengolahan data yang lainnya, perbandingan antara ultimate tensile stregth dengan tegangan maksimum dijadikan sebagai acuan. Sehingga didapat persamaan :

(mV)

Untuk mencari nilai regangan, kita tahu bahwa kecepatan pada mesin uji adalah sebesar 5mm/min dan kita memiliki data berupa waktu. Sehingga kita dapat menghitung nilai regangan menggunakan persamaan :

Dari perhitungan tersebut didapat tabel sebagai berikut :

Page 13 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

Tabel 1. Pengolahan Data Gaya dan Regangan

waktu (s)

Milivolt

Gaya (N)

Regangan (mm)

0

0

0

0

2

127

488,3554

0,166666

4

291

1118,988

0,333332

6

421

1618,879

0,499998

8

511

1964,958

0,666664

10

661

2541,755

0,83333

12

801

3080,1

0,999996

14

938

3606,909

1,166662

16

1104

4245,231

1,333328

18

1270

4883,554

1,499994

20

1490

5729,524

1,66666

22

1679

6456,289

1,833326

24

1930

7421,464

1,999992

26

2101

8079,014

2,166658

28

2297

8832,696

2,333324

30

2538

9759,418

2,49999

32

2746

10559,24

2,666656

34

2952

11351,38

2,833322

36

3158

12143,52

2,999988

38

3372

12966,41

3,166654

40

3401

13077,93

3,33332

42

3135

12055,07

3,499986

44

3255

12516,51

3,666652

46

3108

11951,25

3,833318

48

3196

12289,64

3,999984

50

3225

12401,15

4,16665

52

3320

12766,46

4,333316

Page 14 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

54

3398

13066,39

4,499982

56

3508

13489,38

4,666648

58

3558

13681,64

4,833314

60

3653

14046,95

4,99998

62

3723

14316,12

5,166646

64

3792

14581,45

5,333312

66

3841

14769,87

5,499978

68

3889

14954,44

5,666644

70

3928

15104,41

5,83331

72

3968

15258,22

5,999976

74

4008

15412,04

6,166642

76

4045

15554,31

6,333308

78

4077

15677,36

6,499974

80

4116

15827,33

6,66664

82

4143

15931,15

6,833306

84

4181

16077,28

6,999972

86

4222

16234,93

7,166638

88

4249

16338,76

7,333304

90

4286

16481,03

7,49997

92

4321

16615,62

7,666636

94

4357

16754,05

7,833302

96

4398

16911,71

7,999968

98

4425

17015,53

8,166634

100

4436

17057,83

8,333300

102

4465

17169,35

8,499966

104

4487

17253,94

8,666632

106

4516

17365,46

8,833298

108

4527

17407,76

8,999964

110

4537

17446,21

9,16663

112

4565

17553,88

9,333296

Page 15 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

114

4596

17673,08

9,499962

116

4603

17700

9,666628

118

4595

17669,24

9,833294

120

4576

17596,18

9,99996

122

4547

17484,66

10,16663

124

4515

17361,61

10,33329

126

4496

17288,55

10,49996

128

4467

17177,04

10,66662

130

4418

16988,62

10,83329

132

4377

16830,96

10,99996

134

4320

16611,77

11,16662

136

4223

16238,78

11,33329

138

4082

15696,59

11,49995

140

3836

14750,64

11,66662

142

3558

13681,64

11,83329

Data yang telah diolah dapat diplotkan kedalam kurva F vs. l. Grafik 1. Kurva Gaya vs. Regangan

Kurva Gaya vs. Regangan 20000 18000 16000 14000 F (N)

12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0

2

4

6

8

10

12

14

l (mm)

Page 16 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

2. Kurva Engineering Stress – Engineering Strain

Dari pengolahan data sebelumnya, kita tahu nilai beban yang diberikan pada spesimen dan regangan yang terjadi pada spesimen. Dari data tersebut dapat dihitung nilai engineering stress dan engineering strain nya melalui persamaan :

dan Dimana : Ao = luas penampang awal =

( ) =

(

) = 32,0532 mm2

lo = panjang awal spesimen = 32,59 mm Tabel 2. Pengolahan Data Engineering Stress – Engineering Strain

Gaya (N)

Regangan (mm)

σe (MPa)

0

0

0

0

488.3554

0.166666

15.23577741

0.005114

1118.988

0.333332

34.91032461

0.010228

1618.879

0.499998

50.50600227

0.015342

1964.958

0.666664

61.30300988

0.020456

2541.755

0.83333

79.29802257

0.02557

3080.1

0.999996

96.09336774

0.030684

3606.909

1.166662

112.5288127

0.035798

4245.231

1.333328

132.4432934

0.040912

4883.554

1.499994

152.3577741

0.046026

5729.524

1.66666

178.7504593

0.05114

6456.289

1.833326

201.4241753

0.056254

7421.464

1.999992

231.5358299

0.061368

8079.014

2.166658

252.0501443

0.066482

8832.696

2.333324

275.5636276

0.071596

Page 17 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

9759.418

2.49999

304.4756146

0.07671

10559.24

2.666656

329.4286989

0.081824

11351.38

2.833322

354.1418496

0.086938

12143.52

2.999988

378.8550004

0.092052

12966.41

3.166654

404.5278852

0.097166

13077.93

3.33332

408.006921

0.10228

12055.07

3.499986

376.0957651

0.107394

12516.51

3.666652

390.4917753

0.112508

11951.25

3.833318

372.8566628

0.117623

12289.64

3.999984

383.4137369

0.122737

12401.15

4.16665

386.8927727

0.127851

12766.46

4.333316

398.2896141

0.132965

13066.39

4.499982

407.6470207

0.138079

13489.38

4.666648

420.8433633

0.143193

13681.64

4.833314

426.8417009

0.148307

14046.95

4.99998

438.2385423

0.153421

14316.12

5.166646

446.6362148

0.158535

14581.45

5.333312

454.9139207

0.163649

14769.87

5.499978

460.7922915

0.168763

14954.44

5.666644

466.5506956

0.173877

15104.41

5.83331

471.2293989

0.178991

15258.22

5.999976

476.0280689

0.184105

15412.04

6.166642

480.826739

0.189219

15554.31

6.333308

485.2655087

0.194333

15677.36

6.499974

489.1044448

0.199447

15827.33

6.66664

493.7831481

0.204561

15931.15

6.833306

497.0222504

0.209675

16077.28

6.999972

501.5809869

0.214789

16234.93

7.166638

506.4996237

0.219903

16338.76

7.333304

509.738726

0.225017

Page 18 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

16481.03

7.49997

514.1774958

0.230131

16615.62

7.666636

518.3763321

0.235245

16754.05

7.833302

522.6951351

0.240359

16911.71

7.999968

527.6137719

0.245473

17015.53

8.166634

530.8528742

0.250587

17057.83

8.3333

532.1725085

0.255701

17169.35

8.499966

535.6515443

0.260815

17253.94

8.666632

538.2908128

0.265929

17365.46

8.833298

541.7698486

0.271043

17407.76

8.999964

543.0894828

0.276157

17446.21

9.16663

544.2891504

0.281271

17553.88

9.333296

547.6482194

0.286385

17673.08

9.499962

551.3671887

0.291499

17700

9.666628

552.2069559

0.296613

17669.24

9.833294

551.2472219

0.301727

17596.18

9.99996

548.9678537

0.306841

17484.66

10.16663

545.4888179

0.311955

17361.61

10.33329

541.6498818

0.317069

17288.55

10.49996

539.3705136

0.322183

17177.04

10.66662

535.8914778

0.327297

16988.62

10.83329

530.013107

0.332411

16830.96

10.99996

525.0944702

0.337525

16611.77

11.16662

518.2563653

0.34264

16238.78

11.33329

506.6195905

0.347754

15696.59

11.49995

489.7042785

0.352868

14750.64

11.66662

460.1924577

0.357982

13681.64

11.83329

426.8417009

0.363096

Page 19 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

Data yang telah diolah dapat diplotkan kedalam kurva Engineering Stress vs. Engineering Strain. Grafik 2. Kurva Engineering Stress – Engineering Strain

Kurva Engineering Stress Engineering Strain Engineering Stress (MPa)

600

σuts = 552.2 MPa

500

σy upper = 408.0 MPa

400

σy lower = 372.85 MPa

300 200 100 0 0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

Engineering Strain

Dari kurva engineering stress vs. engineering strain didapatkan nilai ultimate tensile strength nya sebesar 552,2 MPa. Dari kurva juga diketahui bahwa terdapat Luders Band dengan nilai upper yield strength sebesar 408,0 MPa dan lower yield strength sebesar 372,85 MPa.

σuts = 552,2 MPa σy upper = 408,0 MPa σy lower = 372,85 MPa Berdasarkan literatur[1], nilai ultimate tensile strength baja ST37 seharusnya adalah sebesar 370 MPa dengan yield strength sebesar 298 MPa.

Page 20 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

Dari kurva tersebut juga dapat dicari nilai modulus elastisitasnya dengan menggunakan regresi pada daerah elastis. Grafik 3. Kurva Engineering Stress – Engineering Strain Pada Daerah Elastis

Engineering Stress - Engineering Strain Pada Daerah Elastis Engineering Stress (MPa)

450

y = 4210.2x - 22.291

400 350 300 250 200 150 100 50 0 0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

Engineering Strain

Dari kurva diatas didapatkan persamaan : y = 4210.2x – 22,291 Dimana gradien dari kurva adalah modulus elastisitas spesimen, sehingga nilai dari modulus elastisitas spesimen adalah 4210,2 MPa.

E = 4210.2 MPa = 4.210 GPa Berdasarkan literatur[1], nilai modulus elastisitas baja ST37 seharusnya adalah 200 GPa.

Page 21 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

3. Kurva True Stress – True Strain

Untuk menghitung nilai true stress dan true strain, dapat dilakukan dengan pengolahan data engineering stress dan engineering strain lebih lanjut. Pada kurva engineering stress – engineering strain yang telah diperoleh, kita dapat membaginya menjadi 3 daerah. Yaitu : a. Daerah elastis sampai sebelum daerah plastis b. Daerah plastis sampai sesaat sebelum necking c. Daerah setelah terjadi necking sampai patah

a. Daerah elastis sampai sebelum daerah plastis Pada daerah ini, tidak ada pengolahan data lanjutan untuk mengkonversi engineering stress – engineering strain menjadi true stress – true strain. Nilai stress dan strain nya sama persis. Hal ini disebabkan karena pada daerah elastis diasumsikan bahwa tidak terjadi perubahan luas penampang pada spesimen. Sehingga didapat nilai true stress – true strain spesimen pada daerah elastis sebagai berikut :

Tabel 3. True Stress True Strain pada Daerah Elastis

σe (MPa) 0

0

15.23577741

0.005114

34.91032461

0.010228

50.50600227

0.015342

61.30300988

0.020456

79.29802257

0.02557

96.09336774

0.030684

112.5288127

0.035798

132.4432934

0.040912

Page 22 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

152.3577741

0.046026

178.7504593

0.05114

201.4241753

0.056254

231.5358299

0.061368

252.0501443

0.066482

275.5636276

0.071596

304.4756146

0.07671

329.4286989

0.081824

354.1418496

0.086938

378.8550004

0.092052

404.5278852

0.097166

408.006921

0.10288

b. Daerah plastis sampai sesaat sebelum necking Pada

daerah

ini,

data

engineering

stress

–

engineering strain yang akan diolah adalah data dari daerah plastis sampai sesaat sebelum necking, dimana necking terjadi pada ultimate tensile strengthnya. Oleh karena itu, untuk daerah ini kita batasi hanya dari upper yield strength sampai sebelum ultimate tensile strength. Diketahui upper yield strength adalah 408 MPa dan ultimate tensile strength nya adalah 552,2 MPa. Kemudian, untuk mendapatkan nilai true stress – true strain dapat dihitung melalui persamaan : (

)

(

)

dan

(

)

Page 23 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

Tabel 4. True Stress – True Strain pada Daerah Sebelum Necking

σe (MPa)

σt (MPa)

376.0957651

0.107394

416.486194

0.10200951

390.4917753

0.112508

434.425224

0.10661693

372.8566628

0.117623

416.713182

0.11120411

383.4137369

0.122737

430.472789

0.11576945

386.8927727

0.127851

436.357401

0.12031405

398.2896141

0.132965

451.248193

0.12483809

407.6470207

0.138079

463.934514

0.12934175

420.8433633

0.143193

481.105187

0.13382522

426.8417009

0.148307

490.145313

0.13828868

438.2385423

0.153421

505.473538

0.14273231

446.6362148

0.158535

517.443687

0.14715628

454.9139207

0.163649

529.360129

0.15156076

460.7922915

0.168763

538.556981

0.15594592

466.5506956

0.173877

547.673131

0.16031195

471.2293989

0.178991

555.57522

0.16465899

476.0280689

0.184105

563.667217

0.16898721

480.826739

0.189219

571.808294

0.17329679

485.2655087

0.194333

579.568611

0.17758787

489.1044448

0.199447

586.654859

0.18186062

Page 24 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

493.7831481

0.204561

594.791923

0.18611519

497.0222504

0.209675

601.235391

0.19035173

501.5809869

0.214789

609.315065

0.1945704

506.4996237

0.219903

617.88041

0.19877135

509.738726

0.225017

624.438605

0.20295472

514.1774958

0.230131

632.505677

0.20712067

518.3763321

0.235245

640.321772

0.21126933

522.6951351

0.240359

648.329615

0.21540085

527.6137719

0.245473

657.128707

0.21951538

530.8528742

0.250587

663.877703

0.22361304

532.1725085

0.255701

668.249551

0.22769398

535.6515443

0.260815

675.357502

0.23175834

538.2908128

0.265929

681.43795

0.23580624

541.7698486

0.271043

688.612774

0.23983782

543.0894828

0.276157

693.067445

0.24385322

544.2891504

0.281271

697.381904

0.24785255

547.6482194

0.286385

704.486455

0.25183596

551.3671887

0.291499

712.090173

0.25580356

552.2069559

0.296613

715.9988929

0.259756

Page 25 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

c. Daerah setelah terjadi necking sampai patah Pada daerah ini, nilai true stress dan true strain dapat diperoleh melalui persamaan : dan Dengan A0 = 32,0532 mm2

F (kN)

Diameter (mm)

σt (MPa)

17669.24

5,81

666.1942699 0.189398

17596.18

5,78

670.3443927 0.199752

17484.66

4,72

998.8691471 0.604941

17361.61

4,14

1289.213114 0.867167

Page 26 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

Dari data yang telah diolah didapatkan kurva true stress vs. true strain sebagai berikut : Grafik 4. Kurva True Stress vs. True Strain

Kurva True Stress - True Strain 1400

True Stress (MPa)

1200 1000 800 600 400 200 0 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

True Strain

4. Kurva Log True Stress vs. True Strain Kemudian dari nilai true stress dan true strain yang telah diperoleh dapat dihitung nilai koefisien strain hardening dan konstanta kekuatannya melalui persamaan flow stress.

Dengan : σ = true stress pada daerah setelah yield sampai necking K = konstanta kekuatan n = koefisien strain hardening ε = true strain pada daerah setelah yield sampai necking

Page 27 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

Untuk mendapatkan nilai konstanta kekerasan dan koefisien strain hardening digunakan regresi sehingga perlu diplotkan kurva log true stress vs. log true strain. Grafik 5. Kurva Log True Stress – True Strain

Log True Stress - True Strain 4 y = 0.9176x + 3.4373 R² = 0.9638

3,5

True Stress (MPa)

3 2,5 2 1,5 1 0,5 0

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

True Strain

Dari kurva diatas didapatkan persamaan garis: y = 0.9176x + 3.4373 dimana persamaan flow stress nya adalah : log σ = n log ε + log K sehingga didapatkan : n = 0.9176 log K = 3.4373 K = 2737.15 MPa Berdasarkan literatur[2], nilai koefisien strain hardening untuk baja adalah 0,15-0,40 dengan konstanta kekerasan 500-2500 MPa.

Page 28 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

BAB IV ANALISIS DATA Pengujian tarik merupakan pengujian yang bersifat merusak. Pengujian tarik banyak digunakan informasi yang diberikannya mengenai sifat mekanik material cukup banyak dan mudah untuk diolah. Material yang digunakan dalam pengujian ini adalah Baja ST 37. Berdasarkan literatur[1], diketahui nilai modulus elastisitas baja ST37 adalah 200 GPa. Baja ini mempunyai nilai ultimate tensile strength sebesar 370 MPa (tidak diberi perlakuan) dengan yield strength sebesar 298 MPa. Dari data percobaan, setelah diplotkan kurva engineering stress vs. engineering strain didapatkan nilai modulus elastisitas baja ST37 adalah sebesar 4,210 GPa. Nilai tersebut sangat jauh berbeda dengan literatur, yaitu 200 GPa. Hal tersebut disebabkan oleh adanya error dalam penentuan nilai modulus elastisitas. Kesalahan tersebut terjadi karena pada pengujian kali ini tidak menggunakan ekstensometer sehingga nilai beban dan elongasi kurang akurat karena nilai yang diolah merupakan perbandingan dari tegangan dengan ultimate tensile strengthnya. Nilai ultimate tensile strength nya pun didapat dari jarum skala yang ada sehingga terdapat human error ketika membaca skala. Penentuan nilai modulus elastisitasnya juga merupakan pendekatan (regresi) sehingga terdapat error didalamnya dimana idealnya pada daerah elastis grafik yang akan terbentuk murni lurus (linear). Selain itu, bisa jadi daerah spesimen yang terdeformasi berada diluar daerah yang telah ditandai oleh praktikan (daerah sepanjang gage length) sehingga nilai regangan yang didapat kurang akurat. Selain modulus elastisitas, didapat juga nilai yield strength nya. Pada pengujian kali ini terdapat fenomena luders band sehingga nilai yield strength yang didapat lebih dari satu. Nilai yield yang diambil adalah upper yield strength dan lower yield strengthnya. Upper yield strength yang diperoleh adalah sebesar 408 MPa dan lower yield strength nya sebesar 372,85 MPa. Nilai tersebut jauh berbeda dengan nilai yang ada pada literatur, yaitu 298 MPa. Perbedaan nilai

Page 29 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

tersebut disebabkan oleh terdapat error pada pembacaan skala beban dan kurang akuratnya pengukuran diameter spesimen. Nilai ultimate tensile strength yang diperoleh pada pengujian ini adalah sebesar 552,2 MPa. Nilai tersebut jauh berbeda dengan nilai pada literatur, yaitu 370 MPa. Hal tersebut disebabkan oleh error yang ada pada pengukuran diameter spesimen sehingga diameter yang digunakan untuk menghitung luas penampang kurang akurat. Selain itu, adanya kesalahan dalam membaca skala beban maksimum pada mesin uji. Pada kenyataannya, nilai beban maksimum yang dapat diterima oleh spesimen tidak akan tepat 17700. Nilai tersebut merupakan pendekatan sehingga terdapat error didalamnya. Nilai koefisien strain hardening yang didapat adalah sebesar 0,9176 dengan konstanta kekerasan 2737,15 MPa. Berdasarkan literatur[2], nilai koefisien strain hardening untuk baja adalah 0,15-0,40 dengan konstanta kekerasan 5002500 MPa. Nilai koefisien strain hardening dan konstanta kekerasan yang didapat berbeda dengan nilai yang ada pada literatur karena terdapat error propagation dimana sejak awal terdapat error pada pembacaan nilai beban yang terukur dan pengukuran dimensi spesimen, sehingga mempengaruhi nilai koefisien strain hardening dan konstanta kekerasannya. Selain itu, untuk nilai koefisien strain hardening dan konstanta kekerasan yang didapat berupa rentang yang cukup jauh karena tidak ditemukan literatur untuk baja ST37, sehingga yang digunakan adalah literatur untuk baja pada umumnya. Jadi error yang terjadi juga tidak dapat dipastikan apakah cukup besar atau cukup kecil. Pada pengujian kali ini diketahui beberapa fenomena yang terjadi, diantaranya deformasi, luders band, reduction area, necking, strain hardening, dan fracture. Deformasi adalah perubahan yang terjadi pada suatu material. Deformasi sendiri terbagi menjadi dua, yaitu deformasi elastis dan deformasi plastis. Deformasi elastis adalah perubahan bentuk yang terjadi pada suatu material yang tidak bersifat permanen, dimana material tersebut masih bisa kembali ke bentuk semula. Pada pengujian tarik, deformasi elastis dapat dilihat dari kurva stress strain yang linear. Deformasi plastis adalah perubahan bentuk yang terjadi pada suatu material secara permanen. Pada pengujian ini diketahui bahwa spesimen

Page 30 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

mengalami perubahan bentuk. Selain itu, deformasi plastis juga dapat dilihat melalui kurva stress strain yang dihasilkan, yaitu pada kurva yang tidak linear. Luders band adalah fenomena yang terjadi pada baja karbon rendah dimana nilai yield strength nya mengalami perpanjangan. Pada luders band, spesimen mengalami fluktuasi tegangan pada nilai tegangan yang cukup konstan kemudian tegangan kembali naik. Fenomena ini dapat dilihat dari kurva stress strain, dimana terdapat fluktuasi tegangan pada daerah sekitar yield point. Pada pengujian ini juga diketahui bahwa spesimen mengalami reduction area, yaitu pengurangan luas penampang pada saat mengalami deformasi plastis. Semakin besar reduction area yang terjadi, maka semakin ulet spesimen tersebut. Necking adalah pengecilan diameter di suatu daerah pada spesimen ketika terdeformasi plastis. Fenomena necking ini terjadi saat spesimen mencapai ultimate tensile strengthnya hingga patah. Spesimen juga mengalami strain hardening, strain hardening adalah fenomena pada material ulet yang berubah menjadi lebih keras dan kuat pada saat mengalami deformasi plastis. Strain hardening terjadi karena adanya penumpukan dislokasi pada suatu daerah. Pengujian diakhiri dengan fenomena fracture, yaitu patahnya spesimen karena tidak dapat menahan beban lagi. Fenomena fracture ini dapat menentukan sifat ulet atau getas suatu material dari bentuk patahan yang terjadi. Pada pengujian ini, bentuk patahan yang terjadi adalah patahan ulet karena pada daerah patahan membentuk sudut sekitar 45o terhadap garis normal. Oleh karena itu baja ST37 merupakan material yang ulet.

Page 31 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan Kesimpulan dari uji tarik adalah sebagai berikut : 1. Nilai modulus elastisitas baja ST37 berdasarkan pengujian adalah sebesar 4,210 GPa. Nilai tersebut sangat jauh berbeda dengan literatur, yaitu 200 GPa. 2. Nilai yield strength pada baja ST37 berdasarkan pengujian adalah sebesar 408 MPa untuk upper yield strength dan sebesar 372,85 MPa untuk lower yield strength. Nilai tersebut jauh berbeda dengan nilai yang ada pada literatur, yaitu 298 MPa. 3. Nilai ultimate tensile strength baja ST37 berdasarkan pengujian adalah sebesar 552,2 MPa. Nilai tersebut jauh berbeda dengan nilai pada literatur, yaitu 370 MPa. 4. Nilai koefisien strain hardening baja ST37 berdasarkan pengujian adalah sebesar 0,9176 dengan konstanta kekerasan sebesar 2737,15 MPa. Nilai koefisien strain hardening jauh berbeda dengan nilai pada literatur, yaitu 0,15-0,40. Sedangkan nilai konstanta kekerasan hampir mendekati dengan nilai pada literatur, yaitu 500-2500 MPa. 5. Nilai keuletan baja ST37 dapat dilihat dari %EL nya, yaitu sebesar 34,30 %. 6. Fenomena yang terjadi pada uji tarik adalah deformasi elastis, deformasi plastis, luders band, reduction area, necking, strain hardening, dan fracture.

Saran Saran dari uji tarik adalah sebagai berikut : 1. Untuk pengujian tarik lebih baik menggunakan ekstensometer agar data yang diperoleh lebih akurat dan meminimalisir error yang akan terjadi.

Page 32 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

DAFTAR PUSTAKA Callister, William D. “Materials and Science Engineering An Introduction”, 6th edition. John Wiley & Sons, Inc. 2003. Dieter G. E. “Mechanical Metalurgy, SI Metric Edition”, 4th ed. [1] Kirk, Mark. “Constraint Effects in Fracture Theory and Applications” 2nd volume. 1916 http://jejakklinisku.blogspot.co.id/2013/06/uji-tarik.html, diakses pada Selasa, 12 April 2016 pukul 17.52. http://john.maloney.org/Papers/On%20strain%20(9-20-06).pdf, diakses pada Selasa, 12 April 2016 pukul 19.06. https://en.wikipedia.org/wiki/Resilience_%28materials_science%29, diakses pada Selasa, 12 April 2016 pukul 20.15. [2] https://en.wikipedia.org/wiki/Strain_hardening_exponent, diakses pada Senin, 28 April pukul 21.48.

Page 33 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

LAMPIRAN

Tugas Setelah Praktikum 1. Dari kurva yang anda dapatkan antara F vs. L, buat berturut-turut kurva engineering stress vs. engineering strain, kurva true stress vs. true strain, dan kurva log true stress vs. log true strain! Jawab :

Engineering Stress (MPa)

Kurva Engineering Stress Engineering Strain σuts = 552.2 MPa

600 σy upper = 408.0 MPa

500 400

σy lower = 372.85 MPa

300 200 100 0 0

0,1

0,2

0,3

0,4

Engineering Strain

Kurva True Stress - True Strain 1400

True Stress (MPa)

1200 1000 800 600 400 200 0 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

True Strain

Page 34 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

Log True Stress - True Strain 4

y = 0.9176x + 3.4373 R² = 0.9638

3,5

True Stress (MPa)

3 2,5 2 1,5 1 0,5 0

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

True Strain

2. Tentukan ultimate tensile strength, yield strength, persen elongasi, dan modulus elastisitas dari spesimen uji tarik ini! Jawab : Pada pengujian tarik, didapat : σuts = 552,2 MPa σy upper = 408,0 MPa σy lower = 372,85 MPa E = 4210.2 MPa = 4.210 GPa % EL = (

)

=(

)

= 34,30 %

3. Fenomena apa saja yang terjadi dalam pengujian tarik ini? Jawab : Deformasi elastis, deformasi plastis, luders band, reduction area, necking, strain hardening, dan fracture.

4. Jelaskan yang dimaksud dengan yield point phenomenon pada baja karbon rendah! Jawab :

Page 35 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

Pada baja karbon rendah terdapat fenomena pada yield point dimana ketika sudah memasuki yield point, yield strength mengalami perpanjangan dan nilai tegangan yang dialami baja karbon rendah mengalami fluktuasi pada daerah tegangan yang relatif sama.

5. Kenapa necking terjadi di pengujian tarik? Jawab : Necking terjadi pada pengujian tarik karena spesimen sudah tidak dapat menerima beban lagi sehingga terjadi pengecilan diameter pada daerah tertentu. Berdasarkan pengujian, necking terjadi karena adanya tegangan geser maksimum pada spesimen (bentuk patahannya membentuk sudut 45o terhadap garis normal).

Rangkuman Pengujian tarik awalnya ada karena kebutuhan industri untuk memastikan apakah material yang akan digunakan sudah sesuai atau belum dan memenuhi standar atau tidak, agar tidak terjadi kegagalan ketika digunakan. Pengujian tarik ini digunakan karena merupakan salah satu pengujian yang dapat memberikan banyak informasi mengenai sifat mekanik suatu material, diantaranya modulus elastisitas, yield strength, ultimate tensile strength, modulus of rupture, toughness, resilience, dan ductility. Modulus elastisitas atau biasa disebut kekakuan adalah kemampuan suatu material untuk terdeformasi elastis setelah menerima beban. Modulus elastisitas pada kurva stress strain adalah kemiringan garis lurus yang ada pada kurva. Yield strength adalah tegangan yang dapat diterima oleh material sesaat sebelum mengalami deformasi plastis. Pada kurva uji tarik, yield strength adalah titik peralihan antara garis linear dengan garis yang sudah tidak linear lagi. Salah satu metode untuk menentukan nilai yield strength adalah dengan menggunakan metode offset. Metode offset adalah metode yang digunakan untuk mencari nilai yield strength pada regangan sebesar 0,2 persen. Nilai 0,2 persen itu sudah

Page 36 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

menjadi suatu kesepakatan bahwa suatu material mulai mengalami deformasi plastis pada regangan 0,2 persen. Ultimate tensile strength adalah nilai beban maksimum yang dapat diterima oleh material atau nilai tegangan yang dapat menyebabkan material tersebut mengalami necking. Modulus of rupture adalah nilai beban yang dapat diterima oleh material hingga material tersebut patah. Toughness adalah kemampuan suatu material untuk menyerap energi. Pada kurva uji tarik, toughness merepresentasikan luas area dibawah kurva. Energi yang dapat diserap merupakan energi per satuan volume. Resilience adalah kemampuan suatu material untuk menyerap energi ketika terdeformasi elastis. Pada kurva uji tarik, resilience merepresentasikan luas area dibawah kurva daerah elastis (garis linear). Ductility atau keuletan adalah kemampuan suatu material untuk mengalami deformasi sebelum patah. Ductility dapat dilihat dari elongasi yang terjadi pada material. Spesimen yang digunakan pada pengujian ini memiliki penampang berbentuk lingkaran seperti gambar berikut ini :

Bagian A adalah panjang spesimen. Bagian D adalah diameter spesimen. Bagian R adalah jari-jari fillet. Bagian G adalah gage length. Pada pengujian tarik, yang akan diukur adalah perubahan gage length nya. Bentuk penampang spesimen uji tarik yang digunakan adalah lingkaran, hal itu bertujuan agar menghindari terjadinya tegangan terkonsentrasi apabila menggunakan bentuk spesimen yang bersudut (bentuk penampang persegi). Terdapat perbedaan ukuran diameter pada ujung spesimen dengan bagian tengah spesimen, hal tersebut bertujuan agar bagian tengah spesimen mengalami tegangan lebih besar daripada bagian ujung spesimen. Semakin kecil luas penampang, dengan pemberian beban yang sama, maka akan mengalami tegangan yang lebih besar. Bagian sepanjang gage length sengaja diharapkan mengalami tegangan yang lebih besar daripada bagian ujungnya karena bagian yang akan kita Page 37 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

tinjau pada pengujian ini adalah bagian tengah atau disepanjang gage length nya, bukan bagian ujungnya. Pengujian tarik akan menghasilkan data berupa nilai beban dan elongasi yang terjadi pada spesimen. Data tersebut kemudian dapat diplotkan pada kurva stress – strain. Spesimen yang digunakan biasanya baja karbon, baik itu baja karbon rendah, baja karbon medium, atau baja karbon tinggi. Perbedaan ketiga jenis baja karbon tersebut terletak pada komposisi karbonnya. Untuk tiap jenis baja karbon dengan komposisi karbon yang berbeda tentunya kurva hasil uji tariknya akan berbeda pula. Berikut perbandingan kurva uji tarik baja karbon rendah, medium, dan tinggi.

Berdasarkan kurva yang ada, diketahui bahwa pada umumnya nilai modulus elastisitas untuk baja karbon adalah sama. Baja karbon tinggi lebih cepat mengalami patah dan lebih getas namun memiliki yield strength yang tinggi. Baja karbon medium lebih ulet dibandingkan dengan baja karbon tinggi, dan mengalami deformasi plastis cukup lama, namun yield strengthnya masih dibawah baja karbon tinggi. Baja karbon rendah mengalami fenomena luders band dimana ada perpanjangan nilai yield strength dan nilai tegangannya berfluktuasi. Fenomena tersebut disebabkan oleh adanya dislokasi yang menumpuk. Baja karbon rendah lebih ulet dibandingkan dengan baja karbon lainnya dan memiliki yield strength yang paling rendah diantara ketiga jenis baja karbon ini. State of stress untuk uji tarik adalah sebagai berikut :

Page 38 of 39

Catia Julie Aulia 13714035

(Sumber : http://nptel.ac.in)

Dari state of stress tersebut kita tahu bahwa pada uji tarik tegangan yang akan dialami oleh material hanya tegangan normal (tarik). Apabila dibuat lingkaran mohr nya :

(Sumber : https://en.wikiversity.org/)

Dimana pada uji tarik, ketika nilai tegangan normalnya maksimum, tidak terdapat tegangan geser (sama dengan nol).

Page 39 of 39