Diktat pengujian material

BUKU PANDUAN
PRAKTIKUM KARAKTERISASI MATERIAL 1
PENGUJIAN MERUSAK (DESTRUCTIVE TESTING)

Dr. Ir. Akhmad Herman Yuwono, M.Phil.Eng.

DEPARTEMEN METALURGI DAN MATERIAL
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA
2009

Praktikum Karakterisasi Material 1
(MMS 310802)

Departemen Metalurgi dan Material
Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Kata Pengantar

Assalamu’alaykum warrahmatullahi wabarakatuh,
Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT atas terselesaikannya “Buku Panduan
Praktikum Karakterisasi Material 1: Pengujian Merusak (Destructive Testing)” ini. Buku
panduan ini ditujukan sebagai suatu bahan pegangan bagi mahasiswa-mahasiswa Departemen
Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia yang sedang menjalankan
Praktikum Karakterisasi Material 1 (MMS310802). Sangat disadari bahwa praktikum adalah
salah satu komponen penting dalam proses belajar-mengajar, terutama dalam kaitannya
dengan pengembangan keahlian praktis dan kemampuan analitis yang sangat dibutuhkan bagi
para lulusan pada saat terjun ke dalam dunia kerja sebagai seorang sarjana teknik metalurgi
dan material.
Praktikum Karakterisasi Material 1 merupakan bagian dari Kurikulum 2008 yang sebelumnya
bernama Praktikum Metalurgi Fisik pada Kurikulum 2004. Praktikum ini menitik beratkan
pada pengujian merusak (destructive testing) untuk mengetahui respon material terhadap
pembebanan mekanis. Oleh sebab itu buku petunjuk praktikum ini didisain sebagai salah satu
alat pendukung utama bagi mahasiswa untuk bisa memahami dan mendalami teori-teori yang
diberikan dalam mata kuliah Metalurgi Fisik 1 pada semester 3.
Target utama yang ingin dicapai dengan penyelengaraan praktikum ini adalah agar
mahasiswa mampu memahami:
1. Karakteristik dislokasi sebagai salah satu bentuk cacat di dalam material, dimana di satu
sisi kehadiran mereka dalam jumlah besar harus dihindari tetapi di sisi lain dibutuhkan
karena dengan adanya dislokasi inilah material khususnya logam dapat dideformasi dan
dibentuk sesuai dengan aplikasi yang diinginkan;
2. Mekanisme pergerakan dislokasi sebagai sebab kegagalan logam maupun kemampu
bentukannya (formability);
3. Interaksi dislokasi dengan berbagai macam penghalang (obstacle) di dalam material
sehingga pada akhirnya para mahasiswa mampu menjelaskan dengan baik bagaimana
kekuatan di dalam logam dapat ditingkatkan dengan berbagai mekanisme penguatan di
dalam material yang dapat diterapkan dalam aplikasi praktis di dalam industri dan
masyarakat.
Untuk menunjang tercapainya tujuan pembelajaran tersebut, materi dalam buku panduan ini
mencakup 2 bagian utama:
1. Teori Dasar Pengujian Mekanik pada Material
2. Modul Praktikum Pengujian Mekanik pada Material

ahyuwono@metal.ui.ac.id

1

(MMS 310802)


Tentunya buku panduan praktikum ini masih jauh dari sempurna. Saran dan kritik konstruktif
dari semua pihak sangat diharapkan bagi perbaikan buku ini demi tercapainya tujuan proses
belajar-mengajar di Departemen Metalurgi dan Material ini, yaitu dihasilkannya lulusan
sarjana teknik metalurgi dan material yang memiliki kemampuan komprehensif dalam disain
material dan teknologi proses.
Tak lupa saya sampaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu
penyusunan diktat ini.

Wassalamu’alaykum warrahmatullahi wabarakatuh.
Depok, Maret 2009

Dr. Ir. Akhmad Herman Yuwono, M.Phil.Eng.
NIP : 132 137 843


2

(MMS 310802)


BAGIAN 1:
TEORI DASAR PENGUJIAN MEKANIK PADA
MATERIAL


3

(MMS 310802)


BAB 1
PENGUJIAN TARIK

1.1.

Tujuan instruksional umum

Mahasiswa mampu menganalisis hasil uji tarik beberapa jenis logam sebagai respon mekanis
terhadap deformasi dari luar dan mampu menganalisis karakteristik perpatahan yang
dihasilkan.
1.2.

Sasaran pembelajaran

Setelah mempelajari teori dasar pengujian tarik ini mahasiswa mampu:
1. Memahami kurva tegangan-regangan hasil uji tarik dari beberapa jenis logam (besi tuang,
baja, tembaga dan alumunium)
2. Mendeskripsikan titik-titik penting (batas proporsionalitas, batas elastis, titik luluh,
daerah necking dan sebagainya) dalam kurva tegangan-regangan yang menjelaskan
perilaku mekanis logam-logam tersebut.
3. Menerapkan beberapa formulasi dasar dan menganalisis kurva beban-perpanjangan untuk
memperoleh nilai-nilai kekuatan tarik, titik luluh, persentase elongasi, modulus elastisitas,
modulus ketangguhan untuk beberapa jenis logam.
4. Menjelaskan perbedaan antara kurva tegangan-regangan rekayasa dan kurva teganganregangan sesungguhnya.
5. Menerapkan dasar pengamatan kerusakan untuk menganalisis bentuk perpatahan
(fraktografi) hasil uji tarik beberapa jenis logam serta mengkaitkannya dengan kurva
tegangan-regangan yang telah dicapai.

1.3.

Pengantar

Tujuan dari dilakukannya suatu pengujian mekanis adalah untuk menentukan respon material
dari suatu konstruksi, komponen atau rakitan fabrikasi pada saat dikenakan beban atau
deformasi dari luar. Dalam hal ini akan ditentukan seberapa jauh perilaku inheren (sifat yang
lebih merupakan ketergantungan atas fenomena atomik maupun mikroskopis dan bukan
dipengaruhi bentuk atau ukuran benda uji) dari material terhadap pembebanan tersebut. Di
antara semua pengujian mekanis tersebut, pengujian tarik merupakan jenis pengujian yang
paling banyak dilakukan karena mampu memberikan informasi representatif dari perilaku
mekanis material.


4

(MMS 310802)

1.4.


Prinsip pengujian

Sampel atau benda uji dengan ukuran dan bentuk tertentu ditarik dengan beban kontinyu
sambil diukur pertambahan panjangnya. Data yang didapat berupa perubahan panjang dan
perubahan beban yang selanjutnya ditampilkan dalam bentuk grafik tegangan-regangan,
sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 1.1. Data-data penting yang diharapkan didapat dari
pengujian tarik ini adalah: perilaku mekanik material dan karakteristik perpatahan.

1.4.1.

Perilaku mekanik material

Pengujian tarik yang dilakukan pada suatu material padatan (logam dan nonlogam) dapat
memberikan keterangan yang relatif lengkap mengenai perilaku material tersebut terhadap
pembebanan mekanis. Informasi penting yang bisa didapat adalah:
a. Batas proporsionalitas (proportionality limit)
Merupakan daerah batas dimana tegangan dan regangan mempunyai hubungan
proporsionalitas satu dengan lainnya. Setiap penambahan tegangan akan diikuti dengan
penambahan regangan secara proporsional dalam hubungan linier σ = Eε (bandingkan
dengan hubungan y = mx; dimana y mewakili tegangan; x mewakili regangan dan m
mewakili slope kemiringan dari modulus kekakuan). Titik P pada Gambar 1.1 di bawah ini
menunjukkan batas proporsionalitas dari kurva tegangan-regangan.

Gambar 1.1. Kurva tegangan-regangan dari sebuah benda uji terbuat baja ulet
b. Batas elastis (elastic limit)
Daerah elastis adalah daerah dimana bahan akan kembali kepada panjang semula bila
tegangan luar dihilangkan. Daerah proporsionalitas merupakan bahagian dari batas elastik ini.
Selanjutnya bila bahan terus diberikan tegangan (deformasi dari luar) maka batas elastis akan

5

(MMS 310802)


terlampaui pada akhirnya sehingga bahan tidak akan kembali kepada ukuran semula. Dengan
kata lain dapat didefinisikan bahwa batas elastis merupakan suatu titik dimana tegangan yang
diberikan akan menyebabkan terjadinya deformasi permanen (plastis) pertama kalinya.
Kebanyakan material teknik memiliki batas elastis yang hampir berimpitan dengan batas
proporsionalitasnya.
c. Titik luluh (yield point) dan kekuatan luluh (yield strength)
Titik ini merupakan suatu batas dimana material akan terus mengalami deformasi tanpa
adanya penambahan beban. Tegangan (stress) yang mengakibatkan bahan menunjukkan
mekanisme luluh ini disebut tegangan luluh (yield stress). Titik luluh ditunjukkan oleh titik Y
pada Gambar 1.1 di atas.
Gejala luluh umumnya hanya ditunjukkan oleh logam-logam ulet dengan struktur kristal
BCC dan FCC yang membentuk interstitial solid solution dari atom-atom carbon, boron,
hidrogen dan oksigen. Interaksi antara dislokasi dan atom-atom tersebut menyebabkan baja
ulet eperti mild steel menunjukkan titik luluh bawah (lower yield point) dan titik luluh atas
(upper yield point).
Baja berkekuatan tinggi dan besi tuang yang getas umumnya tidak memperlihatkan batas
luluh yang jelas. Untuk menentukan kekuatan luluh material seperti ini maka digunakan suatu
metode yang dikenal sebagai Metode Offset. Dengan metode ini kekuatan luluh (yield
strength) ditentukan sebagai tegangan dimana bahan memperlihatkan batas
penyimpangan/deviasi tertentu dari proporsionalitas tegangan dan regangan . Pada Gambar
1.2 di bawah ini garis offset OX ditarik paralel dengan OP, sehingga perpotongan XW dan
kurva tegangan-regangan memberikan titik Y sebagai kekuatan luluh. Umumnya garis offset
OX diambil 0.1 – 0.2% dari regangan total dimulai dari titik O.

Gambar 1.2. Kurva tegangan-regangan dari sebuah benda uji terbuat dari bahan getas
Kekuatan luluh atau titik luluh merupakan suatu gambaran kemampuan bahan menahan
deformasi permanen bila digunakan dalam penggunaan struktural yang melibatkan
pembebanan mekanik seperti tarik, tekan bending atau puntiran. Di sisi lain, batas luluh ini
harus dicapai ataupun dilewati bila bahan (logam) dipakai dalam proses manufaktur produkahyuwono@metal.ui.ac.id

6

(MMS 310802)


produk logam seperti proses rolling, drawing, stretching dan sebagainya. Dapat dikatakan
bahwa titik luluh adalah suatu tingkat tegangan yang:
•
•

Tidak boleh dilewati dalam penggunaan struktural (in service)
Harus dilewati dalam proses manufaktur logam (forming process)

c. Kekuatan tarik maksimum (ultimate tensile strength)
Merupakan tegangan maksiumum yang dapat ditanggung oleh material sebelum terjadinya
perpatahan (fracture). Nilai kekuatan tarik maksimum σ uts ditentukan dari beban maksium
Fmaks dibagi luas penampang awal Ao.

UTS

=

F maks
Ao

(1.1)

Pada bahan ulet tegangan maksimum ini ditunjukkan oleh titik M (Gambar 1.1) dan
selanjutnya bahan akan terus berdeformasi hingga titik B. Bahan yang bersifat getas
memberikan perilaku yang berbeda dimana tegangan maksimum sekaligus tegangan
perpatahan (titik B pada Gambar 1.2). Dalam kaitannya dengan penggunaan struktural
maupun dalam proses forming bahan, kekuatan maksimum adalah batas tegangan yang sama
sekali tidak boleh dilewati.

d. Kekuatan Putus (breaking strength)
Kekuatan putus ditentukan dengan membagi beban pada saat benda uji putus (Fbreaking)
dengan luas penampang awal Ao. Untuk bahan yang bersifat ulet pada saat beban maksimum
M terlampaui dan bahan terus terdeformasi hingga titik putus B maka terjadi mekanisme
penciutan (necking) sebagai akibat adanya suatu deformasi yang terlokalisasi. Pada bahan
ulet kekuatan putus adalah lebih kecil daripada kekuatan maksimum sementara pada bahan
getas kekuatan putus adalah sama dengan kekuatan maksimumnya.

e. Keuletan (ductility)
Keuletan merupakan suatu sifat yang menggambarkan kemampuan logam menahan
deformasi hingga terjadinya perpatahan. Sifat ini , dalam beberapa tingkatan, harus dimiliki
oleh bahan bila ingin dibentuk (forming) melalui proses rolling, bending, stretching, drawing,
hammering, cutting dan sebagainya. Pengujian tarik memberikan dua metode pengukuran
keuletan bahan yaitu:
•

Persentase perpanjangan (elongation)
Diukur sebagai penambahan panjang ukur setelah perpatahan terhadap panjang awalnya.
Elongasi, ε (%) = [(Lf-Lo)/Lo] x 100%

(1.2)

dimana Lf adalah panjang akhir dan Lo panjang awal dari benda uji.


7

(MMS 310802)

•


Persentase pengurangan/reduksi penampang (Area Reduction)
Diukur sebagai pengurangan luas penampang (cross-section) setelah perpatahan terhadap
luas penampang awalnya.
Reduksi penampang, R (%) = [(Ao-Af)/Ao] x 100%

(1.3)

dimana Af adalah luas penampang akhir dan Ao luas penampang awal.

f. Modulus elastisitas (E)
Modulus elastisitas atau modulus Young merupakan ukuran kekakuan suatu material.
Semakin besar harga modulus ini maka semakin kecil regangan elastis yang terjadi pada
suatu tingkat pembebanan tertentu, atau dapat dikatakan material tersebut semakin kaku
(stiff). Pada grafik tegangan-regangan (Gambar 1.1 dan 1.2), modulus kekakuan tersebut
dapat dihitung dari slope kemiringan garis elastis yang linier, diberikan oleh:
E = σ/ε atau E = tan α

(1.4)

dimana α adalah sudut yang dibentuk oleh daerah elastis kurva tegangan-regangan. Modulus
elastisitas suatu material ditentukan oleh energi ikat antar atom-atom, sehingga besarnya nilai
modulus ini tidak dapat dirubah oleh suatu proses tanpa merubah struktur bahan. Sebagai
contoh diberikan oleh Gambar 1.3 di bawah ini yang menunjukkan grafik tegangan-regangan
beberapa jenis baja:

Gambar 1.3. Grafik tegangan-regangan beberapa baja yang memperlihatkan kesamaan
modulus kekakuan


8

(MMS 310802)


g. Modulus kelentingan (modulus of resilience)
Mewakili kemampuan material untuk menyerap energi dari luar tanpa terjadinya kerusakan.
Nilai modulus dapat diperoleh dari luas segitiga yang dibentuk oleh area elastik diagram
tegangan-regangan pada Gambar 1.1.

h. Modulus ketangguhan (modulus of toughness)
Merupakan kemampuan material dalam menyerap energi hingga terjadinya perpatahan.
Secara kuantitatif dapat ditentukan dari luas area keseluruhan di bawah kurva teganganregangan hasil pengujian tarik seperti Gambar 1.1. Pertimbangan disain yang mengikut
sertakan modulus ketangguhan menjadi sangat penting untuk komponen-komponen yang
mungkin mengalami pembebanan berlebih secara tidak disengaja. Material dengan modulus
ketangguhan yang tinggi akan mengalami distorsi yang besar karena pembebanan berlebih,
tetapi hal ini tetap disukai dibandingkan material dengan modulus yang rendah dimana
perpatahan akan terjadi tanpa suatu peringatan terlebih dahulu.
i. Kurva tegangan-regangan rekayasa dan sesungguhnya
Kurva tegangan-regangan rekayasa didasarkan atas dimensi awal (luas area dan panjang) dari
benda uji, sementara untuk mendapatkan kurva tegangan-regangan sesungguhnya diperlukan
luas area dan panjang aktual pada saat pembebanan setiap saat terukur. Perbedaan kedua
kurva tidaklah terlampau besar pada regangan yang kecil, tetapi menjadi signifikan pada
rentang terjadinya pengerasan regangan (strain hardening), yaitu setelah titik luluh
terlampaui. Secara khusus perbedaan menjadi demikian besar di dalam daerah necking. Pada
kurva tegangan-regangan rekayasa, dapat diketahui bahwa benda uji secara aktual mampu
menahan turunnya beban karena luas area awal Ao bernilai konstan pada saat penghitungan
tegangan σ = P/Ao. Sementara pada kurva tegangan-regangan sesungguhnya luas area aktual
adalah selalu turun hingga terjadinya perpatahan dan benda uji mampu menahan peningkatan
tegangan karena σ = P/A. Gambar 1.4 di bawah ini memperlihatkan contoh kedua kurva
tegangan-regangan tersebut pada baja karbon rendah (mild steel).

Gambar 1.4. Perbandingan antara kurva tegangan-regangan rekayasa dan sesungguhnya
dari baja karbon rendah (mild steel)

9

(MMS 310802)


1.4.2. Mode Perpatahan Material
Sampel hasil pengujian tarik dapat menunjukkan beberapa tampilan perpatahan seperti
diilustrasikan oleh Gambar 1.5 di bawah ini:

Sangat ulet

Sangat getas

Gambar 1.5. Ilustrasi penampang samping bentuk perpatahan benda uji tarik sesuai
dengan tingkat keuletan/kegetasan
Perpatahan ulet memberikan karakteristk berserabut (fibrous) dan gelap (dull), sementara
perpatahan getas ditandai dengan permukaan patahan yang berbutir (granular) dan terang.
Perpatahan ulet umumnya lebih disukai karena bahan ulet umumnya lebih tangguh dan
memberikan peringatan lebih dahulu sebelum terjadinya kerusakan
Pengamatan kedua tampilan perpatahan itu dapat dilakukan baik dengan mata telanjang
maupun dengan bantuan stereoscan macroscope. Pengamatan lebih detil dimungkinkan
dengan penggunaan SEM (Scanning Electron Microscope).
a. Perpatahan Ulet
Gambar 1.6 di bawah ini memberikan ilustrasi skematis terjadinya perpatahan ulet pada suatu
spesimen yang diberikan pembebanan tarik:

(a)

(b)

(d)

(c)

(e)

Gambar 1.6 . Tahapan terjadinya perpatahan ulet
pada sampel uji tarik: (a) Penyempitan awal;
(b) Pembentukan rongga-rongga kecil (cavity);
(c) Penyatuan rongga-rongga membentuk suatu
retakan; (d) Perambatan retak; (e) Perpatahan
geser akhir pada sudut 45°.

10

(MMS 310802)


Tampilan foto SEM dari perpatahan ulet diberikan oleh Gambar 1.7 berikut:

dimples

Gambar 1.7. Tampilan permukaan patahan dari suatu sampel logam yang ditandai
dengan lubang-lubang dimpel sebagai suatu hasil proses penyatuan rongga-rongga kecil
(cavity) selama pembebanan berlangsung.

b. Perpatahan Getas
Perpatahan getas memiliki ciri-ciri sebagai berikut:
1. Tidak ada atau sedikit sekali deformasi plastis yang terjadi pada material
2. Retak/perpatahan merambat sepanjang bidang-bidang kristalin membelah atom-atom
material (transgranular).
3. Pada material lunak dengan butir kasar (coarse-grain) maka dapat dilihat pola-pola yang
dinamakan chevrons or fan-like pattern yang berkembang keluar dari daerah awal
kegagalan.
4. Material keras dengan butir halus (fine-grain) tidak memiliki pola-pola yang mudah
dibedakan.
5. Material amorphous (seperti gelas) memiliki permukaan patahan yang bercahaya dan
mulus.
Contoh perpatahan getas dari suatu benda uji berbentuk pelat diberikan oleh Gambar 1.8 di
bawah ini.


11

(MMS 310802)


Gambar 1.8. Perpatahan getas pada dua sampel logam berpenampang lintang persegi
panjang (pelat)
Sedangkan hasil foto SEM sampel dengan perpatahan getas diberikan oleh Gambar 1.9 pada
halaman berikut ini:


12

(MMS 310802)


Gambar 1.9. Foto SEM sampel dengan perpatahan getas. Perhatikan bentuk perambatan
retak yang menjalar (a) memotong butir (transgranular fracture) dan (b) melalui batas
butir material (intergranular fracture)


13

(MMS 310802)


BAB 2
PENGUJIAN KEKERASAN

2.1.


Mahasiswa mampu menguasai beberapa metode pengujian yang umum dilakukan untuk
mengetahui nilai kekerasan logam.
2.2.


Setelah mempelajari teori dasar pengujian kekerasan ini mahasiswa mampu:
1. Menjelaskan makna nilai kekerasan material dalam lingkup ilmu metalurgi dan ilmu-ilmu
terapan lainnya
2. Menjelaskan perbedaan antara pengujian kekerasan dengan metode gores, pantulan dan
indentasi.
3. Menjelaskan kekhususan pengujian kekerasan dengan metode Brinell, Vickers dan
Rockwell.
4. Mengaplikasikan beberapa formulasi dasar untuk memperoleh nilai kekerasan material
dengan uji Brinell dan Vickers.

2.3.

Pengantar

Makna nilai kekerasan suatu material berbeda untuk kelompok bidang ilmu yang berbeda.
Bagi insinyur metalurgi nilai kekerasan adalah ketahanan material terhadap penetrasi
sementara untuk para insinyur disain nilai tersebut adalah ukuran dari tegangan alir, untuk
insinyur lubrikasi kekerasan berarti ketahanan terhadap mekanisme keausan, untuk para
insinyur mineralogi nilai itu adalah ketahanan terhadap goresan, dan untuk para mekanik
work-shop lebih bermakna kepada ketahanan material terhadap pemotongan dari alat potong.
Begitu banyak konsep kekerasan material yang dipahami oleh kelompok ilmu, walaupun
demikian konsep-konsep tersebut dapat dihubungkan pada satu mekanisme yaitu tegangan
alir plastis dari material yang diuji.
2.4.

Prinsip pengujian

Dari uraian singkat di atas maka kekerasan suatu material dapat didefinisikan sebagai
ketahanan material tersebut terhadap gaya penekanan dari material lain yang lebih keras.
Penekanan tersebut dapat berupa mekanisme penggoresan (scratching), pantulan ataupun

14

(MMS 310802)


indentasi dari material keras terhadap suatu permukaan benda uji. Berdasarkan mekanisme
penekanan tersebut, dikenal 3 metode uji kekerasan:

2.4.1. Metode gores
Metode ini tidak banyak lagi digunakan dalam dunia metalurgi dan material lanjut, tetapi
masih sering dipakai dalam dunia mineralogi. Metode ini dikenalkan oleh Friedrich Mohs
yang membagi kekerasan material di dunia ini berdasarkan skala (yang kemudian dikenal
sebagai skala Mohs). Skala ini bervariasi dari nilai 1 untuk kekerasan yang paling rendah,
sebagaimana dimiliki oleh material talk, hingga skala 10 sebagai nilai kekerasan tertinggi,
sebagaimana dimiliki oleh intan. Dalam skala Mohs urutan nilai kekerasan material di dunia
ini diwakili oleh:
1.
2.
3.
4.
5.

Talc
Gipsum
Calcite
Fluorite
Apatite

6. Orthoclase
7. Quartz
8. Topaz
9. Corundum
10. Diamond (intan)

Prinsip pengujian: bila suatu mineral mampu digores oleh Orthoclase (no. 6) tetapi tidak
mampu digores oleh Apatite (no. 5), maka kekerasan mineral tersebut berada antara 5 dan 6.
Berdasarkan hal ini, jelas terlihat bahwa metode ini memiliki kekurangan utama berupa
ketidak akuratan nilai kekerasan suatu material. Bila kekerasan mineral-mineral diuji dengan
metode lain, ditemukan bahwa nilai-nilainya berkisar antara 1-9 saja, sedangkan nilai 9-10
memiliki rentang yang besar.

2.4.2

Metode elastik/pantul (rebound)

Dengan metode ini, kekerasan suatu material ditentukan oleh alat Scleroscope yang
mengukur tinggi pantulan suatu pemukul (hammer) dengan berat tertentu yang dijatuhkan
dari suatu ketinggian terhadap permukaan benda uji. Tinggi pantulan (rebound) yang
dihasilkan mewakili kekerasan benda uji. Semakin tinggi pantulan tersebut, yang ditunjukkan
oleh dial pada alat pengukur, maka kekerasan benda uji dinilai semakin tinggi.
2.4.3. Metode indentasi
Pengujian dengan metode ini dilakukan dengan penekanan benda uji dengan indentor dengan
gaya tekan dan waktu indentasi yang ditentukan. Kekerasan suatu material ditentukan oleh
dalam ataupun luas area indentasi yang dihasilkan (tergantung jenis indentor dan jenis
pengujian). Berdasarkan prinsip bekerjanya metode uji kekerasan dengan cara indentasi
dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
a. Metode Brinell
Metode ini diperkenalkan pertama kali oleh J.A. Brinell pada tahun 1900. Pengujian
kekerasan dilakukan dengan memakai bola baja yang diperkeras (hardened steel ball) dengan

15

(MMS 310802)


beban dan waktu indentasi tertentu, sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 2.1. Hasil
penekanan adalah jejak berbentuk lingkaran bulat, yang harus dihitung diameternya di bawah
mikroskop khusus pengukur jejak. Contoh pengukuran hasil penjejakan diberikan oleh
Gambar 2.2. Pengukuran nilai kekerasan suatu material diberikan oleh rumus:

BHN =

2P

(πD )(D −

D2 − d 2

)

(2.1)

dimana P adalah beban (kg), D diameter indentor (mm) dan d diameter jejak (mm).

Gambar 2.1. Skematis prinsip indentasi dengan metode Brinell
Prosedur standar pengujian mensyaratkan bola baja dengan diameter 10 mm dan beban 3000
kg untuk pengujian logam-logam ferrous, atau 500 kg untuk logam-logam non-ferrous. Untuk
logam-logam ferrous, waktu indentasi biasanya sekitar 10 detik sementara untuk logamlogam non-ferrous sekitar 30 detik. Walaupun demikian pengaturan beban dan waktu
indentasi untuk setiap material dapat pula ditentukan oleh karakteristik alat penguji. Nilai
kekerasan suatu material yang dinotasikan dengan ‘HB’ tanpa tambahan angka di
belakangnya menyatakan kondisi pengujian standar dengan indentor bola baja 10 mm, beban
3000 kg selama waktu 1—15 detik. Untuk kondisi yang lain, nilai kekerasan HB diikuti
angka-angka yang menyatakan kondisi pengujian. Contoh: 75 HB 10/500/30 menyatakan
nilai kekerasan Brinell sebesar 75 dihasilkan oleh suatu pengujian dengan indentor 10 mm,
pembebanan 500 kg selama 30 detik.

Gambar 2.2. Hasil indentasi Brinellberupa jejak berbentuk lingkaran dengan
ukuran diameter dalam skala mm.

16

(MMS 310802)


b. Metode Vickers
Pada metode ini digunakan indentor intan berbentuk piramida dengan sudut 136o, seperti
diperlihatkan oleh Gambar 2.3. Prinsip pengujian adalah sama dengan metode Brinell,
walaupun jejak yang dihasilkan berbentuk bujur sangkar berdiagonal. Panjang diagonal
diukur dengan skala pada mikroskop pengujur jejak. Nilai kekerasan suatu material diberikan
oleh:
1.854 P
VHN =
(2.2)
d2
dimana d adalah panjang diagonal rata-rata dari jejak berbentuk bujur sangkar.

Gambar 2.3. Skematis prinsip indentasi dengan metode Vickers

c. Metode Rockwell
Berbeda dengan metode Brinell dan Vickers dimana kekerasan suatu bahan dinilai dari
diameter/diagonal jejak yang dihasilkan maka metode Rockwell merupakan uji kekerasan
dengan pembacaan langsung (direct-reading). Metode ini banyak dipakai dalam industri
karena pertimbangan praktis. Variasi dalam beban dan indetor yang digunakan membuat
metode ini memiliki banyak macamnya. Metode yang paling umum dipakai adalah Rockwell
B (dengan indentor bola baja berdiameter 1/6 inci dan beban 100 kg) dan Rockwell C
(dengan indentor intan dengan beban 150 kg). Walaupun demikian metode Rockwell lainnya
juga biasa dipakai. Oleh karenanya skala kekerasan Rockwell suatu material harus
dispesifikasikan dengan jelas. Contohnya 82 HRB, yang menyatakan material diukur dengan
skala B: indentor 1/6 inci dan beban 100 kg. Berikut ini diberikan Tabel 2.1 yang
memperlihatkan perbedaan skala dan range uji dalam skala Rockwell:


17

(MMS 310802)


Tabel 2.1. Skala pada Metode Uji Kekerasan Rockwell


18

(MMS 310802)


BAB 3
PENGUJIAN IMPAK

3.1.


Mahasiswa diharapkan mampu menganalisis hasil uji impak beberapa jenis logam sebagai
sebagai fungsi temperatur dan karakteristik perpatahan yang dihasilkan.

3.2.


Setelah mempelajari teori dasar praktikum mengenai pengujian tarik ini mahasiswa
diharapkan mampu:
1. Menjelaskan tujuan dan prinsip dasar pengukuran harga impak dari logam.
2. Menjelaskan perbedaan antara metode Charpy dan Izod.
(fraktografi) hasil uji impak baja struktural pada berbagai temperatur serta
mengkaitkannya dengan harga impak yang dicapai

3.3.

Pengantar

Pengujian impak merupakan suatu pengujian yang mengukur ketahanan bahan terhadap
beban kejut. Inilah yang membedakan pengujian impak dengan pengujian tarik dan kekerasan
dimana pembebanan dilakukan secara perlahan-lahan. Pengujian impak merupakan suatu
upaya untuk mensimulasikan kondisi operasi material yang sering ditemui dalam
perlengkapan transportasi atau konstruksi dimana beban tidak selamanya terjadi secara
perlahan-lahan melainkan datang secara tiba-tiba, contoh deformasi pada bumper mobil pada
saat terjadinya tumbukan kecelakaan.

3.4.

Prinsip pengujian

Dasar pengujian impak ini adalah penyerapan energi potensial dari pendulum beban yang
berayun dari suatu ketinggian tertentu dan menumbuk benda uji sehingga benda uji
mengalami deformasi. Gambar 3.1 di bawah ini memberikan ilustrasi suatu pengujian impak
dengan metode Charpy:


19

(MMS 310802)


Gambar 3.1. Ilustrasi skematis pengujian impak dengan benda uji Charpy

Pada pengujian impak ini banyaknya energi yang diserap oleh bahan untuk terjadinya
perpatahan merupakan ukuran ketahanan impak atau ketangguhan bahan tersebut. Pada
Gambar 3.1 di atas dapat dilihat bahwa setelah benda uji patah akibat deformasi, bandul
pendulum melanjutkan ayunannya hingga posisi h’. Bila bahan tersebut tangguh yaitu makin
mampu menyerap energi lebih besar maka makin rendah posisi h’. Suatu material dikatakan
tangguh bila memiliki kemampuan menyerap beban kejut yang besar tanpa terjadinya retak
atau terdeformasi dengan mudah.
Pada pengujian impak, energi yang diserap oleh benda uji biasanya dinyatakan dalam satuan
Joule dan dibaca langsung pada skala (dial) penunjuk yang telah dikalibrasi yang terdapat
pada mesin penguji. Harga impak (HI) suatu bahan yang diuji dengan metode Charpy
diberikan oleh :
E
(3.1)
HI =
A
dimana E adalah energi yang diserap dalam satuan Joule dan A luas penampang di bawah
takik dalam satuan mm2.
Secara umum benda uji impak dikelompokkan ke dalam dua golongan sampel standar yaitu :
batang uji Charpy sebagaimana telah ditunjukkan pada Gambar 1, banyak digunakan di
Amerika Serikat dan batang uji Izod yang lazim digunakan di Inggris dan Eropa. Benda uji
Charpy memiliki luas penampang lintang bujur sangkar (10 x 10 mm) dan memiliki takik
(notch) berbentuk V dengan sudut 45o, dengan jari-jari dasar 0,25 mm dan kedalaman 2 mm.
Benda uji diletakkan pada tumpuan dalam posisi mendatar dan bagian yang bertakik diberi
beban impak dari ayunan bandul, sebagaimana telah ditunjukkan oleh Gambar 3.1. Benda uji
Izod mempunyai penampang lintang bujur sangkar atau lingkaran dengan takik V di dekat
ujung yang dijepit. Perbedaan cara pembebanan antara metode Charpy dan Izod ditunjukkan
oleh Gambar 3.2 di bawah ini:

20

(MMS 310802)


Gambar 3.2. Ilustrasi skematik pembebanan impak pada benda uji Charpy dan Izod

Serangkaian uji Charpy pada satu material umumnya dilakukan pada berbagai temperatur
sebagai upaya untuk mengetahui temperatur transisi (akan diterangkan pada paragrafparagraf selanjutnya). Sementara uji impak dengan metode Izod umumnya dilakukan hanya
pada temperatur ruang dan ditujukan untuk material-material yang didisain untuk berfungsi
sebagai cantilever.
Takik (notch) dalam benda uji standar ditujukan sebagai suatu konsentrasi tegangan sehingga
perpatahan diharapkan akan terjadi di bagian tersebut. Selain berbentuk V dengan sudut 45o,
takik dapat pula dibuat dengan bentuk lubang kunci (key hole), lihat Gambar 3.5 di bagian
akhir bab ini.
Pengukuran lain yang biasa dilakukan dalam pengujian impak Charpy adalah penelaahan
permukaan perpatahan untuk menentukan jenis perpatahan (fracografi) yang terjadi. Secara
umum sebagaimana analisis perpatahan pada benda hasil uji tarik maka perpatahan impak
digolongkan menjadi 3 jenis, yaitu:
1. Perpatahan berserat (fibrous fracture), yang melibatkan mekanisme pergeseran bidangbidang kristal di dalam bahan (logam) yang ulet (ductile). Ditandai dengan permukaan
patahan berserat yang berbentuk dimpel yang menyerap cahaya dan berpenampilan
buram.
2. Perpatahan granular/kristalin, yang dihasilkan oleh mekanisme pembelahan (cleavage)
pada butir-butir dari bahan (logam) yang rapuh (brittle). Ditandai dengan permukaan
patahan yang datar yang mampu memberikan daya pantul cahaya yang tinggi (mengkilat).
3. Perpatahan campuran (berserat dan granular). Merupakan kombinasi dua jenis
perpatahan di atas.
Gambar 3.3 berikut ini memperlihatkan ilustrasi tampilan perpatahan benda uji hasil uji
impak Charpy:

21

(MMS 310802)


Gambar 3.3. Ilustrasi permukaan patahan (fractografi) benda uji impak Charpy
Selain dengan harga impak yang ditunjukkan oleh alat uji, pengukuran ketangguhan suatu
bahan dapat dilakukan dengan memperkirakan berapa persen patahan berserat dan patahan
kristalin yang yang dihasilkan oleh benda uji yang diuji pada temperatur tertentu. Semakin
banyak persentase patahan berserat maka dapat dinilai semakin tangguh bahan tersebut. Cara
ini dapat dilakukan dengan mengamati permukaan patahan benda uji di bawah miskroskop
stereoscan.
Informasi lain yang dapat dihasilkan dari pengujian impak adalah temperatur transisi bahan.
Temperatur transisi adalah temperatur yang menunjukkan transisi perubahan jenis
perpatahan suatu bahan bila diuji pada temperatur yang berbeda-beda. Pada pengujian
dengan temperatur yang berbeda-beda maka akan terlihat bahwa pada temperatur tinggi
material akan bersifat ulet (ductile) sedangkan pada temperatur rendah material akan bersifat
rapuh atau getas (brittle). Fenomena ini berkaitan dengan vibrasi atom-atom bahan pada
temperatur yang berbeda dimana pada temperatur kamar vibrasi itu berada dalam kondisi
kesetimbangan dan selanjutnya akan menjadi tinggi bila temperatur dinaikkan (ingatlah
bahwa energi panas merupakan suatu driving force terhadap pergerakan partikel atom bahan).
Vibrasi atom inilah yang berperan sebagai suatu penghalang (obstacle) terhadap pergerakan
dislokasi pada saat terjadi deformasi kejut/impak dari luar. Dengan semakin tinggi vibrasi itu
maka pergerakan dislokasi mejadi relatif sulit sehingga dibutuhkan energi yang lebih besar
untuk mematahkan benda uji. Sebaliknya pada temperatur di bawah nol derajat Celcius,
vibrasi atom relatif sedikit sehingga pada saat bahan dideformasi pergerakan dislokasi
menjadi lebih mudah dan benda uji menjadi lebih mudah dipatahkan dengan energi yang
relatif lebih rendah.
Informasi mengenai temperatur transisi menjadi demikian penting bila suatu material akan
didisain untuk aplikasi yang melibatkan rentang temperatur yang besar, misalnya dari
temperatur di bawah nol derajat Celcius hingga temperatur tinggi di atas 100 derajat Celcius,
contoh sistem penukar panas (heat exchanger). Hampir semua logam berkekuatan rendah
dengan struktur kristal FCC seperti tembaga dan aluminium bersifat ulet pada semua
temperatur sementara bahan dengan kekuatan luluh yang tinggi bersifat rapuh. Bahan
keramik, polimer dan logam-logam BCC dengan kekuatan luluh rendah dan sedang memiliki
transisi rapuh-ulet bila temperatur dinaikkan. Hampir semua baja karbon yang dipakai pada

22

(MMS 310802)


jembatan, kapal, jaringan pipa dan sebagainya bersifat rapuh pada temperatur rendah.
Gambar 3.4 memberikan ilustrasi efek temperatur terhadap ketangguhan impak beberapa
bahan, sedangkan Gambar 3.5 menyajikan bentuk benda uji impak berdasarkan ASTM E-2356T.

Gambar 3.4. Efek temperatur terhadap ketangguhan impak beberapa material.

Gambar 3.5. Bentuk dan dimensi benda uji impak berdasarkan ASTM E23-56T

23

(MMS 310802)


BAB 4
PENGUJIAN PUNTIR

4.1.


Mahasiswa mampu menganalisis hasil uji puntir beberapa jenis logam dan karakteristik
perpatahan yang dihasilkan.

4.2.

Sasaran Pembelajaran:

Setelah mempelajari teori dasar pengujian puntir ini mahasiswa mampu:
1. Menjelaskan tujuan dan prinsip dasar pengujian puntir pada logam/material.
2. Menjelaskan kekhususan pengujian puntir dibandingkan uji tarik, terutama untuk
memperoleh kurva tegangan geser dan regangan geser dari suatu material.
3. Menjelaskan derivasi formula dari momen puntir dan sudut puntir menjadi tegangan geser
dan regangan geser.
(fraktografi) hasil uji puntir pada beberapa logam serta mengkaitkannya dengan kurva
tegangan-regangan geser yang dicapai.

4.3.

Pengantar

Pengujian puntir merupakan jenis pengujian yang lebih spesifik dibandingkan pengujianpengujian terdahulu (tarik, kekerasan dan impak). Walaupun karakteristik mekanis material
telah dapat diketahui dari hasil uji tariknya, pengujian puntir mampu memberikan informasi
penting tambahan mengenai modulus elastisitas dalam arah geser (shear), kekuatan luluh
puntir dan modulus pemuluran (rupture). Pengujian ini umumnya dilakukan pada materialmaterial yang getas seperti baja perkakas dan pada komponen-komponen hasil fabrikasi
seperti poros, as roda dan sebagainya (full-scale test).

4.4.

Prinsip pengujian

Benda uji puntir umumnya memiliki penampang lintang silinder, karena bentuk ini mewakili
geometri paling sederhana dalam penghitungan tegangan yang terjadi pada material. Dalam
batas elastis tegangan geser bervariasi secara linier dari nol di bagian pusat lingkaran hingga

24

(MMS 310802)


mencapai maksimum pada permukaan terluar benda uji. Pengujian dilakukan dengan
mencengkam salah satu ujung benda uji silinder pada grip pemegang (chuck), sementara
ujung lainnya diberikan pembebanan melalui kepala beban. Deformasi diukur dengan alat
pengukur sudut puntir (twisting) yang dinamakan troptometer. Penentuan deformasi
didasarkan atas perpindahan sudut (angular displacement) dari suatu titik yang berada dekat
ujung benda uji terhadap posisi suatu titik dengan elemen longitudinal yang sama di ujung
lainnya. Gambar 4.1 di bawah ini memberikan ilustrasi deformasi pada benda uji puntir:

Gambar 4.1. Pengujian puntir pada benda uji silinder pejal

Momen luar yang ditimbulkan pada salah ujung benda uji mendapat tahanan dari tegangan
geser material. Tegangan tersebut bernilai nol pada pusat benda uji dan meningkat secara
linier dengan penambahan jarak terhadap titik pusat. Kondisi kesetimbangan antara momen
pemuntir luar dan momen reaksi dari material menghasilkan:
r =a

τ

a

r =0

r

0

M T = ∫ τ r dA =

2
∫ r dA

(4.1)

dengan r2dA adalah momen inersia polar dari benda uji dan biasa dinotasikan dengan J.
Sehingga

MT =

τJ
r

(4.2)

dan

τ=

MT r
J

(4.3)

dimana τ adalah tegangan geser (N/mm2), MT momen puntir (N-mm), r jarak radial dari pusat
(mm) dan J momen inersia polar yang tergantung geometris benda (mm4).
Untuk benda uji silinder pejal dimana J = πD4/32 maka tegangan maksimum yang terjadi
pada permukaan adalah:
M D/ 2 16 M T
τ max = T 4
=
(4.4)
πD / 32
πD 3
sementara benda uji silinder tubular J = π/32(Do4- Di4) dengan Do diameter luar dan Di
diameter dalam, tegangan geser maksimum adalah:

25

(MMS 310802)


τ max =

16 M T Do
π ( Do4 − Di4 )

(4.5)

Besarnya regangan geser γ ditentukan oleh sudut puntiran θ (dalam satuan radian):
rθ
γ = tan φ =
(4.6)
L
dimana L adalah panjang benda uji pada Gambar 4.1. Pada saat pengujian maka pengukuran
yang dilakukan adalah momen puntir MT dan sudut puntir θ untuk memperoleh diagram
seperti ditunjukkan oleh Gambar 4.2 berikut:

Gambar 4.2. Diagram momen puntir-sudut puntir
Pada daerah elastis, sebagaimana halnya hukum Hooke pada uji tarik, maka tegangan geser
dapat dianggap proporsional dengan regangan gesernya. Konstanta proporsionalitas dalam
hal ini adalah modulus kekakuan/elastisitas dalam geseran, G menghasilkan persamaan:

τ = Gγ

(4.7)

Substitusi persamaan (4.2) dan (4.6) ke persamaan menghasilkan persamaan untuk modulus
geser sebagai fungsi dari geometri benda uji, momen puntir dan sudut puntir:

G=

MT L
Jθ

(4.8)

Keadaan tegangan internal yang terjadi pada suatu titik pada permukaan benda uji puntir
pejal ditunjukkan oleh Gambar 4.3 berikut:

Gambar 4.3. Keadaan tegangan pada benda uji silinder pejal yang mengalami momen
puntir

26

(MMS 310802)


Tegangan geser maksimum terjadi pada dua bidang yang saling tegak lurus, tegak lurus
terhadap sumbu longitudinal yy dan sejajar dengan sumbu longitudinal xx. Tegangan utama
σ1 dan σ3 menghasilkan sudut 45o terhadap sumbu longitudinal dan setara nilainya dengan
tegangan-tegangan geser. σ1 adalah tegangan tarik sementara σ3 tegangan tekan. Tegangan
intermediat σ2 adalah nol. Keadaan tegangan inilah yang dapat dipakai untuk menjelaskan
bentuk perpatahan pada benda uji ulet dan getas.
Logam ulet akan mengalami kegagalan karena mekanisme geser yang terjadi sepanjang salah
satu bidang tegangan geser maksimum. Umumnya bidang perpatahan tegak lurus terhadap
sumbu longitudinal, lihat Gambar 4.4.a.

(a)

(b)

Gambar 4.4. Jenis kegagalan material dalam pembebanan puntir:
(a) kegagalan ulet akibat mode geser) dan (b) kegagalan getas akibat mode tarik

Material getas akan mengalami kegagalan dalam pembebanan puntir sepanjang bidang yang
tegak lurus terhadap arah tegangan tarik maksimum. Karena bidang ini memotong sudut
antara dua bidang tegangan geser dan membentuk sudut 45o terhadap arah-arah longitudinal
dan transversal, maka perpatahan akan berbentuk heliks, seperti diperlihatkan oleh Gambar
4.4.b. Bandingkan dengan kondisi tegangan dan perpatahan pada material ulet atau getas bila
dikenakan pembebanan tarik atau tekan!
Pengujian puntir memiliki kelebihan daripada pengujian tarik dalam hal pengukuran dasar
mengenai plastisitas material. Pengujian puntir mampu menghasilkan secara langsung kurva
tegangan geser-regangan geser, yaitu melalui persamaan (4.3) dan (4.6). Nilai regangan yang
besar mampu diperoleh dalam uji puntir tanpa komplikasi terjadinya penciutan (necking)
dalam penarikan ataupun penggembungan (barreling) karena efek gesekan dalam penekanan.


27

(MMS 310802)


BAB 5
PENGUJIAN KEAUSAN

5.1.

Tujuan Instruksional Umum:

Mahasiswa mampu menganalisis mekanisme keausan yang terjadi pada beberapa jenis logam

5.2.


Setelah mempelajari teori dasar pengujian puntir ini mahasiswa mampu:
1. Menjelaskan tujuan dan prinsip dasar pengujian keausan pada logam/material.
2. Menjelaskan beberapa mekanisme keausan yang mungkin terjadi pada logam/material.
3. Menganalisis beberapa faktor luar (beban, kecepatan dan jarak luncur) terhadap laju
keausan beberapa jenis logam.

5.3.

Pengantar

Keausan umumnya didefinisikan sebagai kehilangan material secara progresif atau
pemindahan sejumlah material dari suatu permukaan sebagai suatu hasil pergerakan relatif
antara permukaan tersebut dan permukaan lainnya. Keausan telah menjadi perhatian praktis
sejak lama, tetapi hingga beberapa saat lamanya masih belum mendapatkan penjelasan ilmiah
yang besar sebagaimana halnya pada mekanisme kerusakan akibat pembebanan tarik, impak,
puntir atau fatigue. Hal ini disebabkan masih lebih mudah untuk mengganti komponen/part
suatu sistem dibandingkan melakukan disain komponen dengan ketahanan/umur pakai (life)
yang lama. Saat ini, prinsip penggantian dengan mudah seperti itu tidak dapat diberlakukan
lebih lanjut karena pertimbangan biaya (cost). Pembahasan mekanisme keausan pada material
berhubungan erat dengan gesekan (friction) dan pelumasan (lubrication). Telaah mengenai
ketiga subyek ini yang dikenal dengan nama ilmu Tribologi. Keausan bukan merupakan sifat
dasar material, melainkan response material terhadap sistem luar (kontak permukaan).
Material apapun dapat mengalami keausan disebabkan mekanisme yang beragam.

5.4.

Prinsip pengujian

Pengujian keausan dapat dilakukan dengan berbagai macam metode dan teknik, yang
semuanya bertujuan untuk mensimulasikan kondisi keausan aktual. Salah satunya adalah
dengan metode Ogoshi dimana benda uji memperoleh beban gesek dari cincin yang berputar

28

(MMS 310802)


(revolving disc). Pembebanan gesek ini akan menghasilkan kontak antar permukaan yang
berulang-ulang yang pada akhirnya akan mengambil sebagian material pada permukaan
benda uji. Besarnya jejak permukaan dari material tergesek itulah yang dijadikan dasar
penentuan tingkat keausan pada material. Semakin besar dan dalam jejak keausan maka
semakin tinggi volume material yang terlepas dari benda uji. Ilustrasi skematis dari kontak
permukaan antara revolving disc dan benda uji diberikan oleh Gambar 5.1:
B

P

ω = kecepatan putar

ω

r

h
b

Gambar 5.1. Pengujian keausan dengan metode Ogoshi
Dengan B adalah tebal revolving disc (mm), r jari-jari disc (mm), b lebar celah material yang
terabrasi (mm) maka dapat diturunkan besarnya volume material yang terabrasi (W):
(5.1)
W = B.b3/12r
Laju keausan (V) dapat ditentukan sebagai perbandingan volume terabrasi (W) dengan jarak
luncur x (setting pada mesin uji):
V = W/x = B.b3/12r.x

(5.2)

Sebagaimana telah disebutkan pada bagian Pengantar, material jenis apapun akan mengalami
keausan dengan mekanisme yang beragam, yaitu: keausan adhesive, abrasi, lelah dan
oksidasi. Di bawah ini diberikan penjelasan ringkas dari mekanisme-mekanisme tersebut:
1. Keausan adhesive: terjadi bila kontak permukaan dari dua material atau lebih
mengakibatkan adanya perlekatan satu sama lain dan pada akhirnya terjadi
pelepasan/pengoyakan salah satu material, seperti diperlihatkan oleh Gambar 5.2.

Gambar 5.2. Ilustrasi skematis keausan adhesive


29

(MMS 310802)


2. Keausan abrasif: terjadi bila suatu partikel keras (asperity) dari material tertentu
meluncur pada permukaan material lain yang lebih lunak sehingga terjadi penetrasi atau
pemotongan material yang lebih lunak, sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 5.3.
Tingkat keausan pada mekanisme ini ditentukan oleh derajat kebebasan (degree of
freedom) partikel keras atau sperity tersebut. Sebagai contoh partikel pasir silica akan
menghasilkan keausan yang lebih tinggi ketika diikat pada suatu permukaan seperti pada
kertas amplas, dibandingkan bila partikel tersebut berada di dalam sistem slury. Pada
kasus pertama partikel tersebut kemungkinan akan tertarik sepanjang permukaan dan
mengakibatkan pengoyakan sementara pada kasus terakhir partikel tersebut mungkin
hanya berputar (rolling) tanpa efek abrasi.

Gambar 5.3. Ilustrasi skematis keausan abrasif

3. Keausan lelah: merupakan mekanisme yang relatif berbeda dibandingkan dua
mekanisme sebelumnya, yaitu dalam hal interaksi permukaan. Baik keausan adhesive
maupun abrasif melibatkan hanya satu interaksi sementara pada keausan lelah dibutuhkan
interaksi multi. Gambar 5.4 memberikan skematis mekanisme keausan lelah. Permukaan
yang mengalami beban berulang akan mengarah pada pembentukan retak-retak mikro
(t1). Retak-retak tersebut pada akhirnya menyatu (t2) dan menghasilkan pengelupasan
material ((t3). Tingkat keausan sangat tergantung pada tingkat pembebanan.

Gambar 5.4. Ilustrasi skematis keausan lelah

4. Keausan oksidasi: seringkali disebut sebagai keausan korosif. Pada prinsipnya
mekanisme ini dimulai dengan adanya perubahan kimiawi material di bagian permukaan
oleh faktor lingkungan. Kontak dengan lingkungan ini akan menghasilkan pembentukan
lapisan pada permukaan dengan sifat yang berbeda dengan material induk. Sebagai

30

(MMS 310802)


konsekuensinya, material pada lapisan permukaan akan mengalami keausan yang berbeda
Hal ini selanjutnya mengarah kepada perpatahan interface antara lapisan permukaan dan
material induk dan akhirnya seluruh lapisan permukaan itu akan tercabut. Gambar 5.5
memperlihatkan skematis mekanisme keausan oksidasi/korosi ini.

Gambar 5.5. Ilustrasi skematis keausan oksidasi


31

(MMS 310802)


BAGIAN 2:
MODUL PRAKTIKUM
PENGUJIAN MEKANIK PADA MATERIAL


32

(MMS 310802)


Tujuan Instruksional Umum:
Mahasiswa mampu menguasai teknik dan prosedur standar beberapa pengujian mekanis pada
logam dan menganalisis hasil-hasil pengujian tersebut berdasarkan teori-teori dasar metalurgi
fisik yang telah diberikan pada bab-bab sebelumnya.

Setelah melakukan praktikum ini mahasiswa mampu:
1.

Memahami dan menguasai teknik dan prosedur standar pengujian-pengujian mekanis
yaitu pengujian tarik, kekerasan, impak, torsi dan keausan pada baja lunak (mild steel),
besi tuang, paduan tembaga dan paduan alumunium.

2.

Membandingkan hasil pengujian mekanis pada logam-logam
menganalisisnya berdasarkan teori-teori dasar metalurgi fisik.

3.

Menganalisis tampilan perpatahan beberapa logam hasil uji tarik, impak dan torsi
berdasarkan hasil uji mekanisnya dan karakteristik dasar logam-logam tersebut.

tersebut

dan

Sistem Evaluasi:
Tes Pendahuluan (TP)

:

15%

Laporan Pendahuluan (LP)

:

15%

Praktikum (P)

:

20%

Laporan Akhir (LA)

:

25%

Presentasi LA + Ujian Lisan

:

25%


33

(MMS 310802)


MODUL 1
PENGUJIAN TARIK
1.1. Tujuan Pengujian:
1. Untuk membandingkan kekuatan maksimum beberapa jenis logam (besi tuang, baja,
tembaga dan alumunium)
2. Untuk membandingkan titik luluh logam-logam tersebut
3. Untuk membandingkan tingkat keuletan logam-logam tersebut, melalui penghitungan
% elongasi dan % pengurangan luas.
4. Untuk membandingkan fenomena necking pada logam-logam tersebut.
5. Untuk membandingkan modulus elastisitas dari logam-logam tersebut.
6. Untuk membuat, membandingkan serta menganalisis kurva tegangan-regangan, baik
kurva rekayasa maupun sesungguhnya dari beberapa jenis logam.
7. Untuk membandingkan tampilan perpatahan (fraktografi) logam-logam tersebut dan
menganalisisnya berdasarkan sifat-sifat mekanis yang telah dicapai.

1.2. Prasyarat:
Sebelum anda melakukan modul praktikum ini, anda harus:
1. Membaca Teori Dasar Praktikum Metalurgi Fisik (Bab 1) dan buku-buku teks yang
dianjurkan;
2. Membaca buku prosedur panduan praktikum Metalurgi Fisik ini;
3. Menyelesaikan Laporan Pendahuluan Praktikum (prelab report) dan menyerahkannya
kepada asisten penanggung jawab/koordinator praktikum;
4. Lulus tes pendahuluan.

1.3. Peralatan dan material:
1.
2.
3.
4.
5.

Universal testing machine, Servopulser Shimadzu kapasitas 30 ton
Caliper dan/atau mikrometer
Spidol permanen atau penggores (cutter)
Stereoscan macroscope.
Sampel uji tarik (besi tuang, baja, tembaga dan alumunium).

1.4. Prosedur:
1. Ukurlah dimensi (diameter rata-rata) dari benda uji dengan menggunakan caliper atau
mikrometer. Buatlah sketsa dari benda uji dan masukkan hasil pengukuran dimensi
tersebut pada lembar data Anda.

34

(MMS 310802)


2. Tandailah panjang ukur (gauge length) berupa jarak antara dua titik pada benda uji
dengan menggunakan penggores (cutter) atau spidol permanen. Buatlah panjang ukur
yang simetris dengan panjang benda uji keseluruhan dan mengacu kepada standar
(ASTM atau JIS)
3. Pasanglah benda uji dengan hati-hati pada grip mesin uji Shimadzu. Pada tahap ini anda
akan didampingi oleh teknisi lab. Catatlah setiap langkah operasional setting pengujian
dengan seksama.
4. Mulailah penarikan dan perhatikan dengan baik mekanisme deformasi yang terjadi pada
benda uji serta tampilan grafik beban-perpanjangan yang terlihat pada recorder Teruskan
pengamatan hingga terjadinya beban maksimum dan dilanjutkan dengan necking lalu
perpatahan
5. Tandailah pada grafik beban-perpanjangan titik-titik terjadinya beban maksimum dan
perpatahan.
6. Lepaskan benda uji dari grip mesin uji, satukan kembali patahan benda uji dan ukurlah
panjang akhir (Lf) antara dua titik (gauge marks). Ukurlah pula diameter akhir dari bagian
benda uji yang mengalami necking. Catatlah hasil-hasil pengukuran ini di dalam lembar
data.
7. Amati dan catat karakteristik tipe perpatahan yang terjadi dengan menggunakan
stereoscan macroscope. Buatlah sketsa tampak samping dan permukaan patahan
(fractografi) benda uji pada lembar data Anda.
8. Lakukanlah pengujian untuk material yang berbeda jenisnya.
9. Berdasarkan grafik beban-perpanjangan setiap logam, hitunglah dengan formulasi yang
sesuai dari nilai-nilai sebagai berikut: (i) titik luluh; (ii) kekuatan tarik maksimum; (iii)
persentase elongasi; (iv) persentase pengurangan area; (v) modulus elastisitas.

1.5. Pertanyaan dan Tugas:
1. Buatlah grafik tegangan-regangan rekayasa dari pengujian tarik yang telah Anda lakukan
pada sampel besi tuang, baja, tembaga dan alumunium. Indikasikanlah titik luluh, daerah
deformasi elastis dan plastis, kekuatan maksimum dan titik perpatahan.
2. Dengan formulasi yang Anda susun pada Laporan Pendahuluan, buatlah diagram
tegangan-regangan sesungguhnya dari sampel-sampel tersebut. Indikasikanlah dimana
mulai terjadinya perbedaan yang signifikan antara grafik ini dengan grafik teganganregangan rekayasa. Berikanlah penjelasan!
3. Apa makna penting dari nilai-nilai % elongasi dan % pengurangan area dari suatu
material? Apakah kedua nilai tersebut sama ataukah berbeda? Mengapa?
4. Mengapa baja menunjukkan adanya titik luluh sementara besi tuang tidak?
5. Mengapa besi tuang kelabu secara mekanik dinilai lemah? Ukuran apakah yang dipakai
sehingga dinilai lemah secara mekanis? Bagaimana halnya dengan besi tuang nodular?
6. Bagaimana perbedaan perpatahan antara baja dan besi tuang?
7. Dari logam-logam yang diuji manakah yang: (i) paling kuat? (ii) paling ulet? (iii) paling
kaku?
Dukunglah penilaian anda tersebut dengan data-data hasil pengujian.
8. Apakah logam yang ulet selalu logam yang tangguh?


35

(MMS 310802)


MODUL 2
PENGUJIAN KEKERASAN

1. Untuk memahami dan menguasai prosedur metode uji kekerasan Brinell, Vickers dan
Rockwell.
2. Untuk membandingkan nilai kekerasan (Brinell dan Vickers) dari beberapa jenis
logam (besi tuang, baja, tembaga dan alumunium).
3. Untuk mengetahui prinsip dan teknik pengujian kekerasan mikro (Vickers) dan
mengaplikasikannya untuk mengetahui nilai kekerasan fasa-fasa di dalam logam
baja/besi tuang.
4. Untuk mengestimasi nilai kekuatan tarik beberapa logam berdasarkan nilai kekerasan
Brinellnya.

2.2. Prasyarat:
1.
2.
3.
4.

Membaca Teori Dasar Praktikum Metalurgi Fisik (Bab 2) dan referensi yang
dianjurkan
Membaca buku prosedur panduan praktikum Metalurgi Fisik ini.
Menyelesaikan Laporan Pendahuluan Praktikum (prelab report) dan
menyerahkannya kepada asisten penanggung jawab/koordinator praktikum
Lulus tes pendahuluan.

1.
2.
3.
4.
5.

Hoytom macrohardness tester (metode Brinell, Vickers dan Rocwell)
Buehler Micromet 2100 series microhardness tester (metode Vickers)
Micrometer
Measuring microscope
Sampel uji silider pejal dan uji tarik (besi tuang, baja, tembaga dan alumunium)

2.4. Prosedur:
2.4.1. Pengujian kekerasan makro
2.4.1.a. Metode Brinell dan Vickers (sampel silinder pejal)
1. Persiapkan sampel uji kekerasan berbentuk silinder (besi tuang, baja, tembaga dan
alumunium) dengan cara melakukan pengamplasan dan pemolesan yang memadai,
diindikasikan dengan permukaan benda uji yang cukup mengkilat.

36

(MMS 310802)


2. Pastikan bahwa peralatan uji (Brinell dan Vickers) telah di set-up dengan baik. Pasanglah
indentor untuk masing-masing metode dengan seksama.
3. Pilihlah beban yang sesuai dengan benda uji. Lihat buku manual alat
4. Putar poros tempat dudukan benda uji searah jarum jam hingga indentor menyentuh
benda uji dengan perlahan-lahan. Hati-hati! Jagalah agar indentor tidak sampai
menghujam benda uji karena hal ini akan mengakibatkan kerusakan berat pada mata
indentor itu.
5. Setelah benda uji bersentuhan dengan indentor, putarlah terus poros dudukan sampel
hingga jarum merah kecil pada lingkaran dalam menyentuh batas merah. Langkah ini
merupakan preload dari indentasi. Jangan teruskan putaran poros bila batas ini telah
tercapai.
6. Putar tuas beban ke arah belakang dengan hati-hati lalu lepaskan tuas tersebut hingga
berputar perlahan-lahan. Pada tahap ini berlangsung pembebanan indentasi pada benda uji
selama 10-15 detik hingga jarum pada lingkaran dalam dan luar kembali ke posisi awal.
7. Lepaskan kontak indentor dengan benda uji secara hati-hati, yaitu dengan memutar poros
dudukan berlawanan arah jarum jam. Berhati-hatilah agar tidak terjadi pemutaran poros
tersebut searah jarum jam karena akan mengakibatkan rusaknya jejak hasil indentasi.
8. Indentasi pada satu lokasi telah selesai. Lakukan tahap-tahap operasional di atas untuk
lokasi atau benda uji lainnya.
9. Ukurlah diameter jejak indentasi dengan menggunakan mikroskop pengukur jejak.
Catatlah hasil pengukuran pada buku lembar data anda..
10. Hitung nilai kekerasan dengan rumus yang sesuai dengan metode uji (Brinell atau
Vickers).

2.4.1.b. Metode Brinell (sampel uji tarik)
Pengujian kekerasan ini dilakukan pada sampel-sampel uji tarik sebelum dilakukan
penarikan. Tujuannya adalah untuk mengetahui korelasi antara nilai kekuatan tarik dan
kekerasan Brinell dari logam. Prosedur pengujian adalah sama dengan prosedur I.a, hanya
saja lokasi pengujian adalah pada bagian grip sampel uji tarik.
1.

2.
3.
4.
5.

6.

Amplaslah bagian grip sampel uji tarik dengan kertas amplas hingga diperoleh
permukaan yang relatif rata dan mampu memantulkan cahaya. Bila perlu lanjutkan
pengamplasan dengan tingkat kehalusan yang lebih tinggi.
Tempatkan sampel uji tarik tersebut dalam pemegang khusus (anvil) dalam posisi
horisontal.
Pilihlah indentor dan beban yang sesuai.
Lakukan pengujian kekerasan Brinell pada beberapa lokasi di bagian grip (min. 3 titik).
Ukurlah diameter jejak yang dihasilkan. Hitung nilai kekerasan dan bandingkan dengan
nilai yang diperoleh dari sampel uji silinder pejal. Gunakan keduanya untuk
mengestimasi nilai kekuatan tarik logam.
Lakukan pada benda uji lainnya.

2.4.1.c. Metode Rockwell (sampel silinder pejal)
Metode Rockwell merupakan pengujian untuk mengetahui nilai kekerasan material melalui
pembacaan langsung (direct reading). Prinsip pengujian pada dasarnya adalah sama dengan
metode Brinell dan Vickers.

37

(MMS 310802)

1.
2.
3.
4.

5.
6.
7.
8.
9.
10.


Persiapkan benda uji dengan baik (amplas dan poles secukupnya).
Pasang indentor yang sesuai (Rockwell B atau C).
Pasang beban yang sesuai, lihatlah buku manual alat.
Putar ring dari dial pembaca sehingga jarum panjang berwarna hitam menunjuk angka
nol pada skala. Sesuaikan skala tersebut dengan metode Rockwell yang dipilih. Untuk
Rockwell C pilihlah skala terluar (merah) sedangkan Rockwell pakailah skala dalam
(hitam).
Lakukan preload dengan memutar poros dudukan benda uji searah jarum jam hingga
jarum kecil pada dial pembaca menyentuh batas merah.
Lakukan pembebanan dengan memutar tuas beban ke belakang dengan hati-hati.
Biarkan tuas bergerak dengan halus selama beberapa waktu, antara 10-15 detik.
Kembalikan tuas beban ke posisi semula dengan hati-hati.
Bacalah nilai kekerasan material pada dial yaitu posisi jarum hitam panjang sesuai
metode Rockwell yang dipakai.
Lepaskan benda uji dengan memutar poros dudukan benda uji berlawanan arah jarum.
Lanjutkan pengujian untuk lokasi atau material lain.

2.4.2. Pengujian kekerasan mikro
Pengujian ini bertujuan untuk memperoleh nilai kekerasan mikro dari fasa-fasa penyusun besi
tuang (kelabu dan nodular) dan baja karbon rendah.
1.

2.
3.
4.
5.

6.
7.
8.

9.
10.

Siapkan benda uji dengan tahapan-tahapan uji metalografi sebagai berikut: amplas
kasar, amplas halus, poles dan etsa. Gunakan zat etsa nital 3% untuk memperoleh fasafasa penting dalam material-material tersebut. Konsultasikan dengan teknisi lab
bersangkutan bila menemui masalah dalam memunculkan fasa-fasa tersebut.
Tempatkan benda uji pada dudukan dengan permukaan yang akan diuji tegak lurus
terhadap indentor intan.
Nyalakan instrumen Micromet dengan menekan tombol switch-on di bagian samping
alat uji. Lampu power berwarna merah akan menyala pada panel muka.
Putarlah turet indentor-lensa obyektif hingga diperoleh perbesaran 40 X.
Aturlah fokus struktur mikro benda uji dengan memutar handel pengangkat di bagian
samping alat uji. Dapatkan tingkat pencahayaan yang sesuai dengan mengatur kontrol
iluminasi di bagian samping.
Tentukan lokasi (fasa) yang akan diuji. Area yang dipilih harus ditempatkan di tengahtengah ruang pandang mata pengamat (okuler).
Pilih beban yang sesuai dengan memutar dial beban (di bagian samping atas) dengan
hati-hati. Jangan sekali-kali melakukannya dengan kejutan.
Atur waktu indentasi. Tombol pengatur indentasi terletak di bagian amping bawah.
Direkomendasikan waktu indentasi untuk hampir semua pengujian kekerasan mikro
adalah 10-15 detik. Bila diperlukan aculah standar ASTM.
Putar turet indentor-lensa obyektif hingga diperoleh posisi indentor.
Lakukan indentasi dengan menekan tombol “Start”. Lampu”Loading”akan menandakan
indentasi berlangsung selama waktu yang telah ditentukan sebelumnya.


38

(MMS 310802)

11.

12.
13.

14.

15.

16.
17.
18.


Tunggulah agar lampu indikasi loading benar-benar berhenti menyala. Jangan sekalikali menggerakkan benda uji ataupun mencoba memutar turet indentor-lensa obyektif
sebelum indentasi selesai dengan sempurna.
Indentasi selesai, putarlah turet ke posisi lensa obyektif kembali (40 X) dan mulailah
pengukuran lebar jejak.
Pengukuran dilakukan dengan memutar left fillar adjustment knob (bagian kiri dari
lensa okuler) sehingga bagian garis kiri terdalam menyentuh ujung kiri terluar dari
jejak.
Putar right fillar adjustment knob sehingga bagian kanan terdalam dari right fillar line
berimpit dengan bagian kiri terdalam dari left fillar line. Perhatikan skala nol pada right
mikrometer yang terletak pada fillar adjustment knob.
Putar fillar adjustment knob sehingga garis kanan akhirnya mencapai ujung kanan
terluar dari jejak. Inilah jarak diagonal dari jejak pada benda uji. Catatan: satu kali
putaran mikrometer adalah 25 mikron atau penambahan 1 skala adalah sama dengan
0.5 mikron.
Ulangi langkah pengukuran untuk jarak diagonal lainnya dengan memutar kedua
adjustment knob dalam posisi vertikal.
Hitung nilai kekerasan fasa dengan rumus yang sesuai.
Lakukan pengujian untuk fasa atau lokasi lain.

2.5. Pertanyaan dan Tugas:
1.
2.

3.
4.
5.

6.
7.

8.
9.
10.

Apakah satuan dari nilai kekerasan Brinell dan Vickers?
Apakah hasil penjejakan Brinell yang anda lakukan betul-betul berbentuk tembereng
(spherical)? Distorsi bentuk apakah yang umum terjadi? Bagaimana halnya dengan
distorsi jejak Vickers?
Mengapa diperlukan permukaan benda uji yang mulus/licin pada saat melakukan uji
kekerasan Brinell atau Vickers?
Mengapa pengujian Vickers atau Rockwell C tidak disarankan untuk besi tuang?
Hitung nilai kekuatan tarik dari logam berdasarkan hasil uji kekerasan yang diperoleh.
Sebagai patokan: nilai kekuatan tarik maksimum (UTS) = 0.35 HB kg/mm2.
Bandingkanlah nilai estimasi ini dengan nilai yang diperoleh dari pengujian tarik.
Seberapa besarkah perbedaan kedua nilai tersebut? Berikanlah alasan yang mampu
menjelaskan hal tersebut.
Mengapa terkadang diperlukan estimasi kekuatan tarik material dari nilai kekerasannya
dibandingkan peroleh nilai UTS secara langsung dari pengujian tariknya?
Apakah nilai kekerasan Brinell, Vickers dan Rockwell dari suatu logam dapat
dikonversikan satu sama lainnya? Apakah mungkin dihasilkan persamaan matematis
untuk menghubungkan ketiga skala kekerasan tersebut.
Berapakah nilai VHN dari fasa-fasa: ferit, perlit, austenit, grafit berbentuk serpih, grafit
berbentuk nodul? Bandingkanlah hasil pengujian anda dengan literatur.
Setelah melakukan pengujian kekerasan dapatkah anda memberikan batasan/definis
pengujian kekerasan mikro itu? Apakah bedanya dengan kekerasan makro?
Pada aplikasi lain apa sajakah pengujian kekerasan mikro dilakukan?


39

(MMS 310802)


MODUL 3
PENGUJIAN IMPAK
1. Untuk mengetahui temperatur transisi perilaku kegetasan baja struktural ST 42.
2. Untuk menganalisis permukaan patahan (fractografi) sampel impak yang diuji pada
berbagai temperatur.

3.2. Prasyarat:
dianjurkan
2. Membaca buku prosedur panduan praktikum Metalurgi Fisik ini
kepada asisten penanggung jawab/koordinator praktikum
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Impact testing machine (metode Charpy) kapasitas 30 Joule.
Caliper dan/atau mikrometer
Stereoscan macroscope.
Termometer
Furnace.
Sampel uji impak baja ST 42 (4 buah)
Dry ice

3.4. Prosedur:
1. Dengan menggunakan caliper/mikrometer lakukan pengukuran luas area di bawah
takik dari sampel-sampel uji anda. Catatlah hasil pengukuran anda di dalam lembar
data.
2. Persiapkan sampel uji untuk temperatur rendah (<0oC) dan temperatur tinggi (>
1000C), yaitu dengan memasukkan masing-masing ke dalam wadah berisi campuran
dry ice + alkohol 70% dan furnace.
3. Ujilah satu demi satu sampel pada: temperatur ruang (Tr), 0oC, <0oC dan >100oC
dengan mengikuti langkah-langkah sebagai berikut:

40

(MMS 310802)

•
•
•

•

•
•
•
•
•

•


Pastikan jarum skala berwarna merah sebagai penunjuk harga impak material
berada pada posisi nol.
Putarlah handel untuk menaikkan pendulum hingga jarum penunjuk beban
berwarna hitam mencapai batas merah.
Letakkan benda uji pada tempatnya dengan takik membelakangi arah datangnya
pendulum. Pastikan benda uji tepat berada di tengah dengan bantuan centre
setting.
Bila benda uji telah siap, tariklah centre setting ke posisi semula. Jangan sekalikali meninggalkan centre setting ini di belakang benda uji karena akan ikut
mengalami tumbukan oleh pendulum.
Berhati-hatilah, jangan berdiri pada garis ayunan gaya pendulum. Bersiaplah
melakukan pengujian pada posisi di samping alat uji.
Lepaskan tombol pada tangkai pendulum sehingga pendulum berayun dan
menumbuk benda uji.
Lakukan pengereman dengan menarik tuas rem sehingga ayunan pendulum dapat
dikurangi.
Bacalah nilai yang ditunjukkan oleh jarum merah pada skala yang sesuai (300
Joule). Hitunglah harga impak material dengan rumus dasar.
Ambil benda uji dan amatilah permukaan patahannya di bawah stereoscan
macroscope. Buatlah sketsa patahannya di dalam lembar data anda. Ukurlah luas
area getas dan ulet dari masing-masing sampel uji. Nyatakan dalam persentase
terhadap luas area total di bawah takik!
Ulangi pengujian untuk sampel-sampel lain. Tingkat kehati-hatian lebih tinggi
diperlukan dalam menangani sampel temperatur tinggi.

3.5. Tugas dan pertanyaan:
1.

Sifat fisik apakah yang ditentukan oleh pengujian impak?

2.

Berikanlah beberapa contoh dimana gaya impak bekerja secara aktual pada komponenkomponen logam!

3.

Buatlah grafik harga impak sebagai fungsi temperatur dari hasil pengujian anda.
Tentukanlah temperatur transisi dari logam yang diuji!

4.

Buatlah pula grafik persentase luas area getas sebagai fungsi temperatur!

5.

Apakah yang menyebabkan terjadinya ‘data scatter’ hasil pengujian anda?

6.

Bagaimanakah grafik HI vs Temperatur bila takik pada benda uji dibuat (a) lebih tajam
atau (b) lebih lebar? Jelaskan!

7.

Kegagalan getas umumnya diindikasikan oleh alur cleavage sepanjang bidang
kristalografi tertentu. Apakah penampakan perpatahan pada benda uji anda mendukung
pernyataan ini? Jelaskan!


41

(MMS 310802)


MODUL 4
PENGUJIAN PUNTIR
1. Untuk memperoleh kurva tegangan geser-regangan geser dan nilai modulus geser (G)
dari beberapa jenis logam (baja, paduan tembaga dan paduan alumunium)
2. Untuk menganalisis permukaan patahan (fractografi) sampel hasil uji puntir.

4.2. Prasyarat:
dianjurkan

1. Torsee torsion testing machine
2. Caliper dan/atau mikrometer
3. Stereoscan macroscope.
4. Sampel uji puntir (baja, paduan tembaga dan paduan alumunium)
4.4. Prosedur:
1. Persiapkan sampel uji kawat (panjang 300-350 mm).
2. Pastikan bahwa oil dumper tersedia dalam jumlah yang memadai.
3. Atur skala pendulum sesuai dengan beban yang diinginkan (6 kg-m atau 3 kg-m).
4. Pasang beban tersebut
5. Periksa dan pasang jarum penunjuk momen puntir pada skala nol.
6. Pasang kertas pencatat pada silindernya.
7. Lakukan uji coba terlebih dahulu pada kertas dan silinder pencatat tersebut.
8. Pasang sampel uji dengan baik. Putarlah grip pemegang ke arah yang sesuai. Pastikan
pengencangan yang dilakukan tidak terlalu rendah maupun terlalu besar. Gunakan alat
bantu bila perlu.
9. Atur jarum penunjuk sudut puntir pada skala nol.
10. Atur jarum penunjuk momen puntir pada skala nol.
11. Atur penunjuk jumlah puntiran

42

(MMS 310802)


12. Tariklah tuas main switch pada dinding tembok ke posisi on
13. Nyalakan tombol hijau untuk memulai pengujian.
14. Amati dan catat momen torsi pada penambahan sudut puntir:
• tiap 30o selama dua putaran
• tiap 60o selama putaran ke 3 dan 4.
• tiap 90o untuk satu putaran selanjutnya.
• tiap 360o hingga benda uji putus.
15. Lepaskan benda uji dan amati di bawah stereoscan microscope. Buatlah sketsa dan
deskripsi dari patahan tersebut.
16. Ulangi pengujian untuk jenis logam lainnya.

1. Buatlah kurva momen puntir terhadap sudut puntir dari setiap jenis logam yang diuji.
2. Dengan rumus yang sesuai, ubahlah kurva momen puntir-sudut puntir tersebut
menjadi kurva tegangan geser-regangan geser.
3. Dari kurva tersebut tentukanlah nilai modulus geser (G) dari setiap jenis logam.
Bandingkanlah nilai tersebut dengan nilai G yang diperoleh dari nilai E hasil uji tarik.
(melalui rumus yang sesuai dan nilai v untuk setiap jenis logam dari literatur).
4. Bandingkanlah tampilan fraktografi patahan hasil uji puntir dan patahan hasil uji tarik
untuk setiap jenis bahan. Apa yang membedakan tampilan tersebut? Jelaskan!


43

(MMS 310802)


MODUL 5
PENGUJIAN KEAUSAN
1. Untuk membandingkan ketahanan aus beberapa jenis logam (baja lunak, besi tuang,
paduan tembaga dan paduan alumunium).
2. Untuk mengetahui mekanisme keausan yang dominan pada logam-logam tersebut
5.2. Prasyarat:
dianjurkan

1. Ogoshi wear testing machine
2. Caliper dan/atau mikrometer
3. Pemasang-pembuka gir (tracker)
4. Mikroskop pengukur (Measuring macroscope)
5. Sampel uji keausan (baja, besi tuang, paduan tembaga dan paduan alumunium)
5.4. Prosedur:
1. Persiapkan semua perlengkapan yang dibutuhkan selama pengujian: sampel uji (5
buah), satu set gir, tracker.
2. Ukur tebal (B) dari cincin pemutar (revolving disc). Pasang pada tempatnya dan
kencangkan dengan memutar mur pengikatnya.
3. Pasang benda uji pada sample holder yang berada pada tengah-tengah lever. Pastikan
daerah yang akan diuji berada tepat di bawah garis penanda pada window.
Kencangkan benda uji dengan memutar baut pada window tersebut searah putaran
jarum jam.
4. Aturlah parameter pengujian (beban, kecepatan dan jarak luncur) dengan men-set
variasi gir. Lihatlah tabel penunjuk variasi tersebut.


44

(MMS 310802)


5. Aturlah skala pada lubang intip pada posisi nol. Bila belum diperoleh maka tekanlah
spring adjusting handle sambil diputar ke arah increase bila angkanya masih di
bawah nol atau decrease bila angkanya melewati nol.
6. Sekarang sentuhkan sampel uji yang telah terikat pada sample holder dengan
revolving disc.
7. Aturlah pasangan gir beban (yang berhubungan langsung dengan sample holder)
sehingga diperoleh skala 4.5 pada lubang intip sebagai suatu pembebanan awal
(preload). Bila posisi ini belum diperoleh, lakukan kembali langkah 5.
8. Pastikan set-up parameter pengujian telah sesuai.
9. Bersihkan mesin uji dari benda-benda yang membahayakan (kain, gir, obeng dsb).
10. Tekan tombol switch-on untuk memulai pengujian.
11. Lepaskan sampel bila mesin telah mati. Ulangi pengujian untuk lokasi atau sampel
lain.
12. Ukurlah dengan measuring microscope lebar celah (b) yang diperoleh. Catat pada
lembar data anda. Amati pula jejak keausan yang anda peroleh. Buatlah sketsa dan
deskripsi jejak tersebut.

1. Hitunglah laju keausan pada sampel-sampel uji dengan parameter yang telah
ditetapkan. Buatlah grafik laju aus terhadap beban dan kecepatan luncur dari setiap
jenis material.
2. Bandingkanlah ketahanan aus dari material-material tersebut. Jelaskan berdasarkan
tinjauan metalurgi fisik dan struktur mikro.
3. Apakah ada korelasi antara kekerasan logam dan ketahanan ausnya. Jelaskan!
4. Mekanisme keausan apakah yang terjadi pada sampel-sampel uji anda?
5. Bagaimana usaha/cara untuk meningkatkan ketahanan aus dari logam-logam tersebut?


45

(MMS 310802)


LAMPIRAN


46

PRAKTIKUM KARAKTERISASI MATERIAL-1
Laboratorium Metalurgi Fisik Departemen Metalurgi dan Material FTUI

LEMBAR DATA UJI TARIK
Nama

:

NPM

:

Kelompok :

Tanggal praktikum :
Mesin Uji
Chart speed
Cross-head speed

: ………………………………
: ………………………………
: ………………………………

Tabel 1. Sifat Mekanik Hasil Pengujian Tarik
Benda uji
Diameter benda uji, d (mm)
Luas area
•

Awal, Ao (mm2)

•

Akhir, Af (mm2)

Panjang ukur
•

Awal, Lo (mm)

•

Akhir, Lf (mm)

Beban luluh , kg
Beban maksimum, kg
Beban putus, kg
Kekuatan Luluh, kg/mm2
UTS, kg/mm2
Kekuatan Putus, kg/mm2
Elongasi, %

Tabel 2. 1. Sketsa Patahan Sampel Uji Tarik

Benda uji

Tampak samping

Penampang Lintang

Deskripsi patahan

Asisten Lab

: ……………………….

Paraf

:……………………….

LEMBAR DATA UJI KEKERASAN
METODE BRINELL
Nama

:

NPM

:

Kelompok :

Tanggal praktikum :

No

Benda uji

Kondisi
Indentasi

1

D =
P =
t =

mm
kg
detik

2

D =
P =
t =

mm
kg
detik

3

D =
P =
t =

mm
kg
detik

4

D =
P =
t =

mm
kg
detik

5

D =
P =
t =

mm
kg
detik

Asisten : ……………………

Inden
-tasi
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5

d1

Jejak (mm)
d2
d ave

BHN

BHN
rata-rata

Keterangan

Paraf : …………………….

METODE VICKERS
Nama

:

NPM

:

Kelompok :

Tanggal praktikum :

No

Benda uji

Kondisi
Indentasi

1

P =
t =

2

P =
T =

3

P =
t =

kg
detik

4

P =
t =

kg
detik

5

P =
t =

kg
detik

Asisten : ……………………

kg
detik

kg
detik

Indentasi

d (mm)

VHN

VHN
rata-rata

Keterangan

1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5

Paraf : …………………….

METODE ROCKWELL
Nama

:

NPM

:

Kelompok :

Tanggal praktikum :

No

Benda uji

Kondisi
Indentasi

1

P =
t =

kg
detik

2

P =
t =

kg
detik

3

P =
t =

kg
detik

4

P =
t =

kg
detik

5

P =
t =

kg
detik

Asisten : ……………………

Indentasi

HRC

HRB

HRC
rata2

HRB
rata2

Keterangan

1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5

Paraf : …………………….

LEMBAR DATA UJI IMPAK
Nama

:

NPM

:

Kelompok :

Tanggal praktikum :

Sketsa benda uji:
a
b
a = tinggi section di bawah takik (mm)
b = lebar sampel (mm)
A = luas penampang di bawah takik = a x b (mm2)

U = Energi yang diserap (J)
HI = Harga Impak = E/A (J/mm2)

Material
: ………………..
Metode
: Charpy
Beban impak : ………… Joule

No

T
(oC)

a
(mm)

b
(mm)

A
(mm2)

E
(Joule)

HI
(Joule/
mm2)

Bentuk
patahan

1

2

3

4

Asisten Lab: ……………………

Paraf : …………………….

Deskripsi
patahan

LEMBAR DATA UJI PUNTIR
Nama

:

NPM

:

Kelompok :

Tanggal praktikum :
Benda uji

No

: …………………………
• Panjang sampel : awal = …………. mm
• Diameter sampel : awal = …………. mm
Momen Puntir
T (kg-mm)

Sudut Puntir
(o)

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.

Momen Puntir
T (kg-mm)

Sudut Puntir
(o)

26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
43.
44.
45.
46.
47.
48.
49.
50.

Sketsa patahan

Asisten Lab

No

akhir = …………….mm
akhir = …………….mm

: ……………………………..

Deskripsi patahan:

Paraf :…………………………….

LEMBAR DATA UJI KEAUSAN
Nama

:

NPM

:

Kelompok :

Tanggal praktikum :
Benda uji
: …………………………
Temperatur : ………………………..
Diameter revolving disc: ………….. mm
No

Jarak Luncur
(mm)

Beban
(kg)

Kondisi uji
:
Pelumasan
Non-pelumasan
Bahan revolving disc : …………………

Kecepatan
(mm/detik)

Lebar celah
aus, b (mm)

Laju aus

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.

Asisten Lab

: ……………………

Paraf

: ………………..

Deskripsi
jejak aus

Diktat pengujian material

More Related Content

What's hot

Viewers also liked

Similar to Diktat pengujian material

Diktat pengujian material