Pengujian Bahan Teknik

Tahukah Anda apa itu pengujian Bahan? Pengujian bahan teknik adalah suatu kegiatan untuk mengetahui sifat dan karakterisitk bahan yang akan digunakan untuk rekayasa teknik. Sifat dan karakteristik bahan diperlukan dalam pemilihan bahan agar sesuai kebutuhan.

a. Uji Kekerasan Brinell

apa itu pengujian brinell???
yuk lihat video berikut

sumber : https://www.youtube.com/watch?v=6Ew7KgxFnvs

   Apakah itu kekerasan? Kekerasan adalah ketahanan terhadap deformasi. Kekerasan pada logam merupakan ukuran ketahanannya terhadap deformasi plastik atau deformasi permanen (Dieter, 1987). Untuk para insinyur perancang, kekerasan sering diartikan sebagai ukuran kemudahan dan kuantitas khusus yang menunjukkan sesuatu mengenai kekuatan dan perlakuan panas dari suatu logam. Terdapat tiga jenis umum ukuran kekerasan, tergantung pada cara melakukan pengujian, yaitu: (1) Kekerasan goresan (scratch hardness); (2) Kekerasan lekukan (indentation hardness); (3) Kekerasan pantulan (rebound). Untuk logam, hanya kekerasan lekukan yang banyak menarik perhatian dalam kaitannya dengan bidang rekayasa. Terdapat berbagai macam uji kekerasan lekukan, antara lain: Uji kekerasan Brinell, Vickers, Rockwell, Knoop, dan lain sebagainya.

Perlu Anda ketahui bahwa metode uji kekerasan yang diajukan oleh J.A. Brinell pada tahun 1900 ini adalah uji kekerasan lekukan yang pertama kali banyak digunakan serta disusun pembakuannya (Dieter, 1987). Uji kekerasan in membentuk lekukan pada permukaan logam memakai bola baja yang dikeraskan yang ditekan dengan beban tertentu. Pada gambar 2.1 Anda dapat mencermati sebuah alat uji kekerasan modern yang telah dilengkapi mikroskop berskala. Pada alat yang sudah modern semacam ini, biasanya Anda hanya menginput hasil pengukuran diameter bekas lekukan dan perhitungan kekerasan akan dilakukan secara otomatis oleh alat. Bagaimanapun, secara manual Anda harus membuat permukaan yang akan diuji relatif halus, rata dan bersih dari debu atau kerak. Ini dimaksudkan agar hasil pegujian valid.

Sebagai seorang guru, sudah sehrusnya Anda menguasai konsep dasar pengujian kekerasan Brinell. Ilustrasi uji kekerasan Brinell dapat Anda pahami pada Gambar Beban diterapkan selama waktu tertentu, biasanya 30 detik. Diameter lekukan diukur dengan mikroskop berskala. Jejak penekanan yang relatif besar pada uji kekerasan Brinell memberi keuntungan dalam membagikan secara pukul rata ketidak seragaman lokal. Selain itu, uji brinell tidak begitu dipengaruhi oleh goresan dan kekasaran permukaan. Sebaliknya, jejak penekanan yang besar ukurannya, dapat menghalangi pemakaian uji ini untuk benda uji yang kecil atau tipis, atau pada bagian yang kritis terhadap tegangan sehingga lekukan yang terjadi dapat menyebabkan kegagalan (failure).

Tahukah Anda bagaimanakah menentukan kekerasan pada uji kekerasan metode Brinell? Angka kekerasan brinell (BHN) dinyatakan sebagai beban P dibagi luas permukaan lekukan. Pada prakteknya, luas ini Anda dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diameter jejak. BHN dapat ditentukan dari persamaan berikut ini

dengan: P = beban yang digunakan (kgf)

              D = diameter bola baja (mm)

              d = diameter lekukan (mm)

Contoh:

Sebuah spesimen kuningan diuji kekerasannya dengan metode Brinell. Indentor yang digunakan adalah bola baja yang dikeraskan berdiameter 5 mm. Beban penekan yang digunakan adalah 250 kg. Pengujian dilakukan pada tiga titik berbeda agar diperoleh hasil yang valid. Diameter lekukan yang terukur berturut-turut 1,2 mm; 1,3 mm; 1,2 mm. Berapa kekerasan kuningan tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui: P = 250 kg

D = 5 mm

d = (1,2 + 1,3 + 1,2)/3 = 1,27 mm

jawab :

untuk lebih jelasnya tentang pengujian brinel bisa di lihat pada video berikut ini :

sumber : https://www.youtube.com/watch?v=GNN-3AUbGTo

b. Uji Kekerasan Vickers

     Sekarang Anda akan mempelajari uji kekerasan Vickers. Secara prinsip pengujian kekerasan Vickers sama dengan uji kekerasan Brinell, yaitu beban penekan dibagi luas lekukan bekas penekanan. Perbedaanya adalah indentor penekan dan besar beban yang digunakan. Pada uji kekerasan Vickers indentor berupa piramida intan dengan sudut antar permukaan-permukaan piramida yang berhadapan adalah 1360. Nilai ini dipilih karena mendekati sebagian besar nilai perbandingan yang diinginkan antara diameter lekukan dan diameter bola penumbuk pada uji kekerasan Brinell (Dieter, 1987). Ilustrasi uji kekerasan Vickers dapat Anda cermati pada Gambar 2.3. Pada prakteknya, luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diagonal jejak. Alat pengujian kekerasan Vickers mirip alat uji kekerasan Brinell seperti pada Gambar 2.2. VHN ditentukan dari persamaan berikut ini :

dengan: P = beban yang digunakan (kg)

              d = panjang diagonal rata-rata (mm)

             O = sudut antara permukaan intan yang berhadapan = 136'

Karena jejak yang dibuat dengan penekan piramida serupa secara geometris dan tidak terdapat persoalan mengenai ukurannya, maka VHN tidak tergantung kepada beban. Pada umumnya hal ini dipenuhi, kecuali pada beban yang sangat ringan. Beban yang biasanya digunakan pada uji Vickers berkisar antara 1 hingga 120 kg. tergantung pada kekerasan logam yang akan diuji. 

Hal-hal yang menghalangi keuntungan metode Vickers adalah: 

(1) Uji ini tidak dapat digunakan untuk pengujian rutin karena pengujian ini sangat lamban, 

(2) Memerlukan persiapan permukaan benda uji yang hati-hati, dan 

(3) Terdapat pengaruh kesalahan manusia yang besar pada penentuan panjang diagonal

Lekukan yang benar yang dibuat oleh penekan piramida intan harus berbentuk bujur sangkar (gambar 2.4a). Lekukan bantal jarum (gambar 2.4b) diakibatkan penurunan logam di sekitar permukaan piramida yang datar. Ini terjadi pada logam-logam yang dilunakkan dan mengakibatkan pengukuran diagonal yang berlebihan. Lekukan tong (gambar 2.4c) akibat penimbunan ke atas logam-logam di sekitar permukaan penekan. Ini terjadi pada logam-logam yang mengalami pengerjaan dingin.

Contoh:

Baja karbon diuji kekerasannya dengan metode Vickers. Digunakan indentor piramida intan dengan sudut antarmuka 1360. Beban penekan 60 kg. Pengujian dilakukan pada tiga titik berbeda agar diperoleh hasil yang valid. Diagonal lekukan yang terukur berturut-turut d1 = 1,1 mm; 0,9 mm; 1 mm, sedang d2 = 1 mm; 0,9 mm, 0,9 mm. Berapa kekerasan baja tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui: P = 60 kg

d1 = (1,1 + 0,9 + 1)/3 = 1 mm

d2 = (1 + 0,9 + 0,9)/3 = 0,93 mm

d = (1 + 0,93)/2 = 0,9657 mm

Jawab:

untuk lebih jelasnya tentang pengujian vickers bisa di lihat pada video berikut ini : 

sumber : https://www.youtube.com/watch?v=5aZntmINqlI

c. Uji Kekerasan Rockwell B

    Sekarang Anda akan mempelajari uji kekerasan Rockwell. Pengujian ini mirip dengan pengujian Brinell, yakni angka kekerasan yang diperoleh merupakan fungsi derajat indentasi. Beban dan indentor yang digunakan bervariasi tergantung pada kondisi pengujian. Berbeda dengan pengujian Brinell, indentor dan beban yang digunakan lebih kecil sehingga menghasilkan indentasi yang lebih kecil dan lebih halus. Banyak digunakan di industri karena prosedurnya lebih cepat (Davis, Troxell, dan Wiskocil, 1955).

sumber : https://youtu.be/tg-FRX11-Q8

   Indentor atau “penetrator” dapat berupa bola baja atau kerucut intan dengan ujung yang agak membulat (biasa disebut “brale”). Diameter bola baja umumnya 1/16 inchi, tetapi terdapat juga indentor dengan diameter lebih besar, yaitu 1/8, 1/4, atau 1/2 inchi untuk bahan- bahan yang lunak. Pengujian dilakukan dengan terlebih dahulu memberikan beban minor 10 kg, dan kemudian beban mayor diaplikasikan. Beban mayor biasanya 60 atau 100 kg untuk indentor bola baja dan 150 kg untuk indentor brale. Mesikpun demikian, dapat digunakan beban dan indentor sesuai kondisi pengujian. Karena pada pengujian rockwell, angka kekerasan yang ditunjukkan merupakan kombinasi antara beban dan indentor yang dipakai, maka perlu diberikan awalan huruf pada angka kekerasan yang menunjukkan kombinasi beban dan penumbuk tertentu untuk skala beban yang digunakan

Dial pada alat uji manual terdiri atas warna merah dan hitam yang didesain untuk mengakomodir pengujian skala B dan C yang seringkali dipakai. Pada alat uji modern, hasil uji kekerasan langsung ditampilkan pada layar digital. Anda dapat mengamati alat uji kekerasan dan manual pada gambar.

Skala kekerasan B digunakan untuk pengujian dengan kekerasan medium seperti baja karbon rendah dan baja karbon medium dalam kondisi telah dianil (dilunakkan). Range kekerasannya dari 0–100. Bila indentor bola baja dipakai untuk menguji bahan yang kekerasannya melebihi B 100, indentor dapat terdefomasi dan berubah bentuk. Selain itu, karena bentuknya, bola baja tidak sesensitif brale untuk membedakan kekerasan bahanbahan yang keras. Tetapi jika indentor bola baja dipakai untuk menguji bahan yang lebih lunak dari B 0, dapat mengakibatkan pemegang indentor mengenai benda uji, sehingga hasil pengujian tidak benar dan pemegang indentor dapat rusak.

Uji Kekerasan Rockwhell

sumber : https://youtu.be/G2JGNlIvNC4

d. Uji Impak Charpy

    Sekarang Anda akan mempelajari uji pengujian impak. Ada dua jenis uji impak, yaitu uji impak Charpy dan uji impak Izod. Dalam modul ini Anda akan mempelajari uji impak Charpt. Tahukah Anda tujuan uji impak? Uji impak bertujuan untuk mengetahui ketangguhan dan keuletan suatu bahan. Ketangguhan ditentukan dari besarnya energi yang diserap oleh bahan, sedang keuletan dapat ditentukan dari bentuk patahan. Beberapa bahan dapat tiba-tiba menjadi getas dan patah karena perubahan temperatur dan laju regangan, walaupun pada dasarnya logam tersebut liat. Gejala ini biasa disebut transisi liat getas, yang merupakan hal penting ditinjau dari penggunaan praktis bahan (Surdia dan Saito, 1995). 

sumber :https://youtu.be/b_lcfRoe4-8

     Patahan patah getas bersifat getas sempurna, yaitu tanpa adanya deformasi plastis sama sekali, jadi berbeda dengan bidang slip biasa, patah terjadi. pada bidang kristalografi spesifik pada bidang pecahan. Permukaan patah dari bidang pecahan mempunyai kilapan yang menunjukkan pola Chevron secara makrokospik pada arah yang menuju titik permulaan patah. Patah getas terjadi pada pangkal takikan benda uji. Bahan tiba-tiba patah tanpa deformasi plastis. Secara praktis patahan buatan seperti itu tidak pernah terjadi pada struktur mesin, tetapi mesin selalu mempunyai bagian yang terdapat konsentrasi tegangan dan mungkin mempunyai cacat pada lasan, jadi adanya cacat yang bekerja seperti takikan tidak dapat dihindari, meskipun bahan tersebut merupakan bahan yang ulet.

    Pengujian impak charpy banyak dipergunakan untuk menentukan kualitas bahan. Batang uji dengan takikan 2 mm V notch, paling banyak dipakai. Di samping itu lebih dari 30 jenis batang uji diusulkan termasuk jenis yang memancing retak lelah.

e. Uji Tarik

    Uji tarik rekayasa banyak dilakukan untuk melengkapi informasi rancangan dasar kekuatan suatu bahan dan sebagai data pendukung bagi spesifikasi bahan (Dieter, 1987). Pada uji tarik, benda uji diberi beban gaya tarik sesumbu yang bertambah secara kontinyu, bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan terhadap perpanjangan yang dialami benda uji (Davis, Troxell, dan Wiskocil, 1955).

sumber : https://youtu.be/gqzYQvMh550

    Kurva tegangan regangan rekayasa diperoleh dari pengukuran perpanjangan benda uji. Tegangan pada kurva kurva tegangan regangan rekayasa adalah tegangan membujur rata-rata dari pengujian tarik yang diperoleh dengan membagi beban dengan luas awal penampang melintang benda uji. Pada waktu menetapkan regangan harus diperhatikan:

• Pada baja yang lunak sebelum patah terjadi pengerutan (pengecilan penampang) yang besar.
• Regangan terbesar terjadi pada tempat patahan tersebut, sedang pada kedua ujung benda uji paling sedikit meregang.

Dari gambar tersebut beberapa hal yang perlu Anda cermati adalah:

1. AR garis lurus dan disebut daerah elastis. Regangan yang diperoleh pada daerah ini disebut regangan elastis. Pada bagian ini pertambahan panjang sebanding dengan pertambahan beban yang diberikan.
2. Y disebut titik luluh (yield point) atas.
3. Y’ disebut titik luluh bawah.
4. Pada daerah YY’ benda kerja seolah-olah mencair dan beban naik turun disebut daerah luluh.
5. Pada titik B beban mencapai maksimum dan titik ini biasa disebut tegangan tarik maksimum atau kekuatan tarik bahan (σB). Pada titik ini terlihat jelas benda kerja mengalami pengecilan penampang (necking).
6. Setelah titik B, beban mulai turun dan akhirnya patah di titik F (failure).
7. Titik R disebut batas proporsional, yaitu batas daerah elastis dan daerah plastis.
8. Melewati batas proporsional sampai dengan benda kerja putus, biasa dikenal dengan daerah plastis dan regangannya disebut regangan plastis.
9. Jika benda kerja putus telah patah disambungkan lagi (dijajarkan) kemudian diukur pertambahan panjangnya (ΔL), maka regangan yang diperoleh dari hasil pengukuran ini adalah regangan plastis (AF’).
10. F’F” adalah regangan elastis. Setelah putus, sebagian perpanjangan benda kerja akan melenting balik. Sehingga perpanjangan yang melenting balik ini tidak dapat diukur menggunakan alat ukur. Perpanjangan benda kerja yang melenting balik ini disebut regangan elastis.
11. Persamaan 7 disebut juga Modulus Elastisitas atau Modulus Young yang menunjukkan kekakuan benda. Persamaan 7 merupakan perbandingan antara tegangan (sumbu vertikal) dengan regangan (sumbu horisontal) pada daerah elastis. Perbandingan tersebut merupakan tangen sudut α, yaitu sudut antara regangan (sumbu horisontal) dengan garis lurus AR. Jika sudut α semakin besar, garis AR akan semakin tegak, maka berarti bahan semakin kaku.
12. Regangan yang ditunjukkan oleh perpanjangan pada sumbu horisontal menggambarkan sifat keuletan (ductilty) bahan. Semakin panjang regangan, maka berarti bahan semakin ulet.
13. Luas bidang dibawah kurva, yaitu bidang yang dibatasi oleh garis-garis ARYY’BF”F’A disebut Modulus of Resilence yang menggambarkan kemampuan bahan menyerap energi yang terjadi saat diberikan gaya tarik selama pengujian sampai benda kerja putus. Semakin luas bidang dibawah kurva, maka semakin besar energi yang mampu diserap bahan yang berarti bahan semakin tangguh.

sumber : https://youtu.be/VHBYIE8GkQc

f. Uji Geser

    Merupakan hal yang umum logam diaplikasikan dalam desain teknik dengan pembebanan geser. Baut, paku keling dan pasak mendapat beban sedemikian rupa sehingga akan membelah komponen tersebut menjadi dua bagian (Budinski,1999). Kekuatan geser suatu bahan adalah tegangan yang menyebabkan komponen rusak/patah akibat beban geser. Pengujian geser dapat dilakukan pada mesin uji tarik menggunakan peralatan tambahan khusus.

sumber : https://youtu.be/ikqrvVZ-CnA

     Pemahaman mengenai sifat-sifat kekuatan geser sangat penting dalam perancangan konstruksi. Sifat bahan terhadap geseran harus diperhatikan pada konstruksi yang memakai baut pengencang atau semacamnya yang menerima beban geser. Sayangnya, sering agak sulit untuk mendapatkan data-data tentang kekuatan geser bahan yang baik dari literatur. Dalam hal demikian dapat digunakan sebuah hubungan (persamaan) konservatif yang sangat berguna, yaitu (Budinski, 1999):

     Kekuatan Geser ≈ 40% Kekuatan Tarik