1 Karakteristik Kelelahan Logam (AA)
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

1 Karakteristik Kelelahan Logam (AA)

on

  • 5,687 views

 

Statistics

Views

Total Views
5,687
Views on SlideShare
5,668
Embed Views
19

Actions

Likes
0
Downloads
258
Comments
0

1 Embed 19

http://www.slideshare.net 19

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

1 Karakteristik Kelelahan Logam (AA) 1 Karakteristik Kelelahan Logam (AA) Presentation Transcript

  • TM-475 Semester 7 1 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • Tujuan Umum: 1. Memberikan pemahaman tentang aspek mekanik dan metalurgi terhadap kegagalan patah 2. Memahami fenomena kelelahan (fatigue) pada logam dan struktur 3. Memahami konsep mekanika retakan dan implikasinya pada desain teknik Mata Kuliah Prasyarat: Metalurgi Mekanik I & II, Metalurgi Fisik I & II. Kaitan dg Mata Kuliah Lain: Analisis Kegagalan Logam. Materi: 1. Metalurgi kelelahan logam 2. Metoda-metoda prediksi umur lelah 3. Kelelahan logam pada amplitudo berubah 4. Konsep mekanika retakan 5. Faktor intensitas tegangan (KIc) 6. Desain toleransi kerusakan dan prediksi umur sisa 2 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • Referensi: 1. Fundamentals of metal fatigue analysis, Julie A Bannantine. 2. Elementary engineering fracture mechanics, David Broek. 3. Mechanical Metallurgy, Dieter. 4. Fracture mechanics dan prediksi umur lelah, Mardjono Siswosuwarno. 5. Aplikasi mekanika retakan pada analisis kegagalan logam, Ahmad Taufik. Ketentuan Perkuliahan: 1. Jumlah Tatap Muka di kelas : 14 X 2. Tugas terstruktur pada setiap sesi perkuliahan 3. Mahasiswa wajib hadir kuliah minimal 80 % 4. Keterlambatan kuliah maksimum 15 menit 5. Bobot nilai : Tugas = 20 %, UTS dan UAS masing- masing 40 % 3 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • Sesi Metode Pokok Bahasan Hasil Pembelajaran Penilaian Hasil Pembelajaran Ke- Penilaian Mahasiswa mengetahui dan memahami Mahasiswa mampu menjelaskan Karakteristik kegagalan patah lelah pada komponen logam. karakteristik dari patah lelah yang 01 kelelahan logam terjadi pada komponen logam. Aspek metalurgi Mahasiswa mengetahui dan memahami aspek Mahasiswa mampu menjelaskan aspek 02 pada kelelahan metalurgi yang mempengaruhi perilaku metalurgi yang mempengaruhi logam kelelahan pada logam. perilaku kelelahan logam. Mahasiswa mengetahui dan memahami batas Mahasiswa mampu menjelaskan batas 03 batas lelah logam kelelahan logam serta cara menentukannya. kelelahan logam serta cara menentukannya. Mahasiswa mengetahui dan memahami Mahasiswa mampu menghitung hubungan antara tegangan (S) yang bekerja tegangan yang bekerja pada komponen 04 Konsep S-N pada komponen logam dengan umur (N) logam serta mampu memprediksi komponen tersebut. umur komponen tersebut berdasarkan ჱ Tugas Konsep S-N. ჱ UTS Mahasiswa mengetahui dan memahami Mahasiswa mampu menghitung ჱ UAS hubungan antara regangan () yang bekerja tegangan dan regangan yang bekerja pada komponen logam dengan umur (N) pada komponen logam serta mampu 05 Konsep -N komponen tersebut. memprediksi umur komponen tersebut berdasarkan konsep -N. Mahasiswa mengetahui dan memahami Mahasiswa mampu menjelaskan dan Pengaruh takikan pengaruh takikan ataupun geometri menghitung pengaruh takikan ataupun 06 pada perilaku komponen terhadap kegagalan lelah. geometri komponen terhadap umur kelelahan logam lelahnya. Mahasiswa mengetahui dan memahami Mahasiswa mampu menjelaskan dan konsep penjalaran retak lelah. konsep penjalaran retak lelah serta Penjalaran retak 07 mampu memprediksi umur lelah lelah berdasarkan konsep tersebut. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 4
  • Sesi Metode Pokok Bahasan Hasil Pembelajaran Penilaian Hasil Pembelajaran Ke- Penilaian Mahasiswa mengetahui dan memahami Mahasiswa mampu menjelaskan pengaruh amplitudo tegangan maupun pengaruh amplitudo tegangan Kelelahan pada regangan yang tidak konstan terhadap perilaku maupun regangan yang tidak konstan 08 amplitudo berubah kelelahan logam. terhadap perilaku kelelahan logam serta dapat memprediksi umur lelahnya. Mahasiswa mengetahui dan memahami konsep Mahasiswa mampu menjelaskan dasar mekanika retakan dan hubungannya konsep dasar mekanika retakan dan Konsep dasar dengan kegagalan patah. mampu menghitung parameter 09 mekanika retakan kegagalan berdasarkan konsep tersebut. Mahasiswa mengetahui dan memahami Mahasiswa dapat menjelaskan tegangan elastik 10 keadaan tegangan elastik pada ujung retakan. keadaan tegangan elastik pada ujung pada ujung retakan retakan. Mahasiswa mengetahui dan memahami Mahasiswa dapat menjelaskan ჱ Tugas Plastisitas pada ჱ UTS 11 plastisitas logam pada ujung retakan. plastisitas logam pada ujung retakan. ujung retakan ჱ UAS Mahasiswa mengetahui dan memahami Mahasiswa dapat menjelaskan dan parameter dari faktor intensitas tegangan dan mampu menghitung faktor intensitas Faktor intensitas hubungannya dengan kegagalan patah. tegangan yang bekerja pada suatu 12 tegangan komponen logam. Mahasiswa mengetahui dan memahami Mahasiswa dapat menjelaskan Tegangan dan keadaan tegangan maupun regangan bidang keadaan tegangan maupun regangan 13 Regangan bidang pada ujung retakan. bidang pada ujung retakan. pada ujung retakan Mahasiswa mengetahui dan memahami konsep Mahasiswa dapat menjelaskan konsep Desain toleransi desain toleransi kerusakan dan cara desain toleransi kerusakan serta 14 kerusakan dan memprediksi umur sisa dari suatu komponen mampu menghitung dan memprediksi prediksi umur sisa logam. umur sisa dari suatu komponen 5 logam. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • I. KARAKTERISTIK KELELAHAN LOGAM Kelelahan (Fatigue) adalah salah satu jenis kegagalan (patah) pada komponen akibat beban dinamis (pembebanan yang berulang-ulang atau berubah-ubah). Diperkirakan 50%-90% (Gambar.1.1) kegagalan mekanis adalah disebabkan oleh kelelahan. 6 Gambar. 1.1 Distribusi mode kegagalan.
  • Modus kegagalan komponen atau struktur dapat dibedakan menjadi 2 katagori utama yaitu: 1.Modus kegagalan quasi statik (modus kegagalan yang tidak tergantung pada waktu, dan ketahanan terhadap kegagalannya dinyatakan dengan kekuatan). 2.Modus kegagalan yang tergantung pada waktu (ketahanan terhadap kegagalannya dinyatakan dengan umur atau life time). Jenis- jenis modus kegagalan quasi statik yaitu: 1.Kegagalan karena beban tarik. 2.Kegagalan karena beban tekan. Kegagalan karena beban geser. Patahan yang termasuk jenis modus kegagalan ini adalah patah ulet dan patah getas. 7
  • Sedangkan jenis-jenis modus kegagalan yang tergantung pada waktu yaitu: 1. Kelelahan (patah lelah). 2. Mulur. 3. Keausan. 4. Korosi. Fenomena kelelahan logam mulai timbul pada pertengahan abad ke-19 yaitu dengan seringnya terjadi patah pada komponen kereta api dimasa itu: • Di Versailles (Paris), 1944, menewaskan 40-80 penumpang, akibat patah poros roda. • 20 April 1887, 3 orang tewas dan 2 terluka, akibat patah draw bar. • 27 Mei 1887, 6 orang tewas, akibat patah roda. • 23 Juni 1887, 1 orang tewas, akibat patah rel. •2 Juli 1887, Kecelakaan paling serius, akibat patah poros roda. 8
  • Pelopor dalam penelitian mengenai kelelahan logam adalah Wohler (Jerman) dan Fairbairn (Inggris) tahun 1860. Pengamatan yang lebih mendetail terhadap kelelahan logam, dilakukan sejak 1903 oleh Ewing dan Humparey yang mengarah pada lahirnya teori ’Mekanisme Patah Lelah’. Hingga saat ini, mekanisme patah lelah adalah terdiri atas 3 tahap kejadian yaitu: Tahap awal terjadinya retakan (crack inisiation). Tahap penjalaran retakan (crack propagation). Tahap akhir (final fracture). 9
  • Pada Gambar. 1.2 dibawah ini ditunjukkan secara skematis penampilan permukaan patahan dari kegagalan lelah pada berbagai kondisi pembebanan. Gambar. 1.2 Skematis permukaan patah lelah dari penampang bulat dan persegi pada berbagai kondisi pembebanan. 10 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • Karakteristik kelelahan logam dapat dibedakan menjadi 2 yaitu karakteristik makro dan karakteristik mikro. Karakteristik makro merupakan ciri-ciri kelelahan yang dapat diamati secara visual (dengan mata telanjang atau dengan kaca pembesar). Sedangkan karakteristik mikro hanya dapat diamati dengan menggunakan mikroskop. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 11
  • 1.1 Karakteristik Makroskopis Karakteristik makroskopis dari kelelahan logam adalah sebagai berikut: 1. Tidak adanya deformasi plastis secara makro. 2.Terdapat tanda ’garis-garis pantai’ (beach marks) atau clam shell atau stop/arrest marks, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1.3 dibawah ini. 1932 1947 1948 1950 1951 Gambar. 1.3 Permukaan patah lelah pada poros. 12
  • 3. Terdapat ’Ratchet marks’ seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1.4 dibawah ini. Gambar. 1.4 Permukaan patah lelah dari baut akibat beban tarik. 13 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 14
  • Ratchet marks menjalar kearah radial dan merupakan tanda penjalaran retakan yang terjadi bila terdapat lebih dari satu lokasi awal retak, ratchet marks ini merupakan pertemuan beach marks dari satu lokasi awal retak dengan beach marks dari lokasi lainnya. Tanda garis-garis pantai (beach marks) yang merupakan tanda penjalaran retakan, mengarah tegak lurus dengan tegangan tarik dan setelah menjalar sedemikian hingga penampang yang tersisa tidak mampu lagi menahan beban yang bekerja, maka akhirnya terjadilah patah akhir atau patah statik. 15
  • Luas daerah antara tahap penjalaran retakan dan tahap patah akhir secara kuantitatif dapat menunjukkan besarnya tegangan yang bekerja. Jika luas daerah tahap penjalaran retakan lebih besar daripada luas daerah patah akhir, maka tegangan yang bekerja relatif rendah, demikian sebaliknya. Tahap I terjadinya kelelahan logam yaitu tahap pembentukan awal retak, lebih mudah terjadi pada logam yang bersifat lunak dan ulet tetapi akan lebih sukar dalam tahap penjalaran retakannya (tahap II), artinya logam-logam ulet akan lebih tahan terhadap penjalaran retakan. Demikian sebaliknya, logam yang keras dan getas, akan lebih tahan terhadap pembentukkan awal retak tetapi kurang tahan terhadap penjalaran retakan. 16
  • Tahapan pembentukan awal retak dan penjalaran retakan dalam mekanisme kelelahan logam, membutuhkan waktu sehingga umur lelah dari komponen atau logam, ditentukan dari ke-2 tahap (Gambar. 1.5) tersebut (total fatigue life, NT = fatigue initiation, Ni + fatigue propagation, Np) Fase-fase yang terjadi selama kejadian kelelahan logam tersebut adalah sebagai berikut: Cyclic Pengintian Perambatan Perambatan Patah slip retak mikro retak mikro retak makro akhir Umur pengintian awal retak Umur Penjalaran retakan 17 Gambar. 1.5 Fase-fase kegagalan lelah (fatigue).
  • Gambar. 1.6 Skematis penampang melintang dari kegagalan lelah tahap I dan II. Tahap I (pembentukan awal retak) dan tahap II (penjalaran retakan) pada mekanisme kegagalan patah lelah tersebut (Gambar. 1.6) dapat dijelaskan lagi dengan penggambaran sebagai berikut: 18
  • Tahap retak mikro (tahap I) Gambar. 1.7 Skematis tahap retak mikro dan makro pada kelelahan logam. Tahap retak makro (tahap II) 19
  • 1.2 Karakteristik Mikroskopis Karakteristik mikroskopis dari kelelahan logam adalah sebagai berikut: 1.Pada permukaan patahan terdapat striasi (striations). 2.Permukaan patahan memperlihatkan jenis patah transgranular (memotong butir) tidak seperti jenis patah intergranular seperti yang terjadi pada kasus SCC (stress corrosion cracking) atau mulur (creep). Persamaan striasi dan beach marks adalah sebagai berikut: 1.Ke-2 nya menunjukkan posisi ujung retak yang terjadi setiap saat sebagai fungsi dari waktu siklik. 2.Ke-2 nya berasal dari lokasi awal retak yang sama. 3.Ke-2 nya memiliki arah yang sama (parallel ridges). 4.Ke-2 nya tidak hadir pada logam-logam yang terlalu keras atau terlalu lunak. 20 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 21
  • Perbedaan striasi dan beach marks adalah sebagai berikut: 1.Ukuran striasi adalah mikroskopis (1 ÷ 100 µ) dan hanya dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop elektron. 2.Ukuran beach marks adalah makroskopis (> 1000 µ atau 1 mm) dan dapat dilihat dengan mata telanjang. 3.Striasi mewakili majunya ujung retakan yang bergerak setiap satu siklus pembebanan, sedangkan beach marks mewakili posisi dari ujung retakan ketika beban siklik berhenti untuk satu perioda tertentu. (satu beach mark dapat terdiri atas ratusan bahkan ribuan buah striasi). abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 22
  • abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 23
  • 1.Carilah sah satu contoh gambar/photo penampang patah lelah (fatigue fracture), berilah keterangan posisi awal retak, arah penjalaran retakan dan daerah patah akhirnya. Jelaskan jenis material, jenis beban yang bekerja, dan jelaskan pula secara kualitatif besarnya pembebanannya. 2. Buatlah skematis penampang patahan dari kedua gambar berikut dan tunjukkan posisi awal retak, arah perambatan retakan, patah akhir dan jenis bebannya. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 24
  • Fig. 1.1 Fatigue-fracture surface of a keyed shaft of AISI 1040 steel (~30 HRC). 25 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • Fig. 1.2 Fatigue fracture surface of a 200-mm (8-in) diameter piston rod of an alloy steel steam hammer used for forging. 26 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI