Uji Kekerasan Pada Material Teknik
Sifat Kekerasan merupakan ukuran ketahanan material terhadap deformasi plastis lokal (misalnya, penyok kecil atau goresan). Tes kekerasan awal didasarkan pada mineral alami dengan skala yang dibangun hanya pada kemampuan satu bahan untuk menggores bahan lain yang lebih lembut. Sebuah skema pengindeksan kekerasan kualitatif dan dirancang sederhana, disebut skala Mohs, yang berkisar dari 1 pada ujung lunak untuk mineral talek hingga 10 untuk intan. Teknik kekerasan kuantitatif telah dikembangkan selama bertahun-tahun di mana indentor kecil dipaksa masuk ke dalam permukaan bahan yang akan diuji dalam kondisi beban yang terkendali. Kedalaman atau ukuran lekukan yang dihasilkan diukur dan dikaitkan dengan nomor indeks kekerasan; semakin lembut bahannya, semakin besar dan dalam lekukannya, dan semakin rendah nomor indeks kekerasan. Kekerasan yang diukur hanya bersifat relatif (bukan absolut), dan kehati-hatian harus dilakukan ketika membandingkan nilai yang ditentukan oleh teknik yang berbeda.
Uji kekerasan dilakukan lebih sering daripada uji mekanis lainnya untuk beberapa alasan:
- Sederhana dan mura biasanya tidak perlu spesimen khusus disiapkan, dan peralatan pengujian relatif murah.
- Pengujian tidak merusak spesimen tidak retak atau berlebihan cacat; lekukan kecil adalah satu-satunya deformasi.
- Sifat mekanik lainnya sering dapat diperkirakan dari data kekerasan seperti kekuatan tekanan.
Uji Kekerasan
Beberapa metode pengujian menggunakan bahan dan bentuk indentor yang berbeda telah dikembangkan untuk mengukur kekerasan bahan. Uji kekerasan yang umum digunakan dijelaskan selanjutnya.
Metode Brinell
Diperkenalkan oleh J.A. Brinell pada tahun 1900, tes ini melibatkan menekan baja atau bola tungsten-karbida berdiameter 10 mm (0,4 in.) pada permukaan, dengan beban 500, 1500, atau 3000 kg. Angka kekerasan Brinell (HB) didefinisikan sebagai: rasio beban P dengan luas permukaan lekukan lekukan. Semakin sulit bahan yang akan diuji, semakin kecil lekukan; karenanya, beban 1500 kg atau 3000 kg biasanya direkomendasikan untuk mendapatkan lekukan yang cukup besar agar akurat. Tergantung pada kondisi bahannya, salah satu dari dua jenis kesan berkembang di permukaan setelah kinerja tes ini atau salah satu tes lain yang dijelaskan dalam bagian ini. Lekukan dalam logam anil umumnya memiliki profil bulat dalam logam pengerjaan dingin, mereka biasanya memiliki profil yang tajam.
Metode Rockwell
Dikembangkan oleh S.P. Rockwell pada tahun 1922, tes ini mengukur kedalaman penetrasi bukan diameter lekukan. Indentor ditekan ke permukaan, pertama dengan beban kecil dan kemudian dengan beban besar; perbedaan kedalaman penetrasi adalah ukuran dari kekerasan material. Uji kekerasan superfisial Rockwell menggunakan jenis indentor yang sama, tetapi pada beban yang lebih ringan, juga telah dikembangkan.
Metode Vickers
Tes ini, dikembangkan pada tahun 1922 dan sebelumnya dikenal sebagai uji kekerasan piramida, menggunakan indentor berlian berbentuk piramida dan beban yang berkisar dari 1 kg sampai 120 kg. Angka kekerasan Vickers ditunjukkan oleh HV. Hasil yang diperoleh biasanya kurang dari 0,5 mm (0,020 inci) pada diagonal. Tes Vickers pada dasarnya memberikan angka kekerasan yang sama terlepas dari beban, dan cocok untuk menguji bahan dengan berbagai kekerasan, termasuk baja yang diberi perlakuan panas. Baru-baru ini, prosedur pengujian telah dikembangkan untuk melakukan Tes tipe Vickers dalam mikroskop kekuatan atom dan nanoindenters, untuk memperkirakan kekerasan pada kedalaman penetrasi serendah 20 nm.
Metode Knoop
Tes ini, dikembangkan oleh F. Knoop pada tahun 1939, menggunakan indentor berlian di bentuk piramida memanjang, dengan beban yang diterapkan umumnya berkisar dari 25 g menjadi 5kg. Angka kekerasan Knoop ditunjukkan oleh HK. Karena beban ringan yang diterapkan, uji Knoop adalah uji kekerasan mikro. Oleh karena itu, sangat cocok untuk spesimen kecil atau sangat tipis, dan untuk bahan rapuh seperti karbida, keramik, dan kaca.
>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR MATERIAL TEKNIK LAINNYA!
Kontributor: Daris Arsyada
Sumber:
Kalpakjian, Serope dan Schmid, Steven R. (2009). Manufacturing Engineering and Technology (6th ed). New Jersey: Prentice Hall.
Uji Tekan dan Puntir Pada Material Logam
Tentu saja, logam dapat mengalami deformasi plastis di bawah pengaruh yang diterapkan beban tekan, geser, dan torsi. Perilaku tegangan-regangan yang dihasilkan ke dalam daerah plastis mirip dengan pengaruh beban tarik. Namun untuk beban tekan tidak ada beban maksimal karena necking tidak terjadi dan mode patahnya berbeda dengan beban tarik.
Deformasi Tekan
Banyak operasi di bidang manufaktur, terutama proses seperti penempaan, rolling, dan ekstrusi dilakukan dengan benda kerja yang dikenai gaya tekan. Uji kompresi, di mana spesimen dikenai gaya tekan beban, memberikan informasi yang berguna untuk memperkirakan gaya dan kebutuhan daya dalam proses-proses ini. Tes ini biasanya dilakukan dengan mengompresi silinder padat spesimen antara dua pelat datar yang dilumasi dengan baik. Karena gesekan antara spesimen dan pelat, permukaan silinder spesimen menonjol, efeknya disebut barreling. Perhatikan bahwa spesimen ramping dapat tertekuk selama pengujian; dengan demikian, rasio tinggi-diameter dari spesimen silinder padat biasanya kurang dari 3:1.
Karena barelling, luas penampang spesimen berubah sepanjang tinggi, dan mendapatkan kurva tegangan-regangan dalam kompresi bisa sulit. Selanjutnya, gesekan menghilangkan energi, sehingga gaya tekan lebih tinggi dari itu sebaliknya memasok pekerjaan yang diperlukan untuk mengatasi gesekan. Dengan pelumasan yang efektif, gesekan dapat diminimalkan, dan luas penampang yang cukup konstan dapat dipertahankan selama pengujian.
Ketika hasil uji tekan dan tarik pada logam ulet dibandingkan, dapat dilihat bahwa kurva tegangan-regangan real bertepatan. Perilaku ini tidak berlaku untuk bahan rapuh, yang umumnya lebih kuat dan lebih ulet dalam kompresi daripada dalam ketegangan.
Tes Cakram
Untuk bahan getas seperti keramik dan gelas, uji cakram telah dikembangkan, di mana cakram mengalami kompresi antara dua pelat datar. Ketika material dimuat seperti yang ditunjukkan, tegangan tarik berkembang tegak lurus terhadap garis tengah vertikal di sepanjang calram; fraktur dimulai dan piringan terbelah dua secara vertikal. Tegangan tarik 𝜎 dalam cakram seragam sepanjang garis tengah dan dapat dihitung dari rumus
𝜎 = 2P / (𝜋dt)
di mana P adalah beban saat patah, d adalah diameter piringan, dan t adalah ketebalannya. Untuk menghindari kegagalan prematur pada titik kontak, strip tipis logam lunak ditempatkan di antara piringan dan pelat. Strip ini juga melindungi pelat dari rusak selama pengujian. Fraktur di tengah spesimen telah digunakan dalam pembuatan tabung mulus.
Deformasi Geser
Selain mengalami beban tarik dan kompresi, benda kerja dapat mengalami untuk regangan geser, seperti pada pembuatan lubang pada lembaran logam dalam swaging dan dalam pemotongan logam. Metode pengujian umumnya digunakan untuk menentukan sifat bahan dalam gaya geser adalah uji torsi. Untuk mendapatkan tegangan yang kira-kira seragam dan distribusi regangan di sepanjang penampang, tes ini biasanya dilakukan pada spesimen tubular tipis.
Spesimen torsi biasanya memiliki bagian penampang tereduksi untuk membatasi deformasi menjadi sempit. Tegangan geser dapat dihitung dari rumus
𝜏 = T / (2𝜋r2t)
di mana T adalah torsi, r adalah jari-jari rata-rata dari tabung, dan t adalah tebal tabung pada titik bagian sempitnya. Regangan geser dapat dihitung dari rumus
𝛾 = r𝜙/l
di mana l adalah panjang tabung yang mengalami torsi dan 𝜙 sudut puntir dalam radian.
Rasio tegangan geser terhadap regangan geser dalam rentang elastis dikenal sebagai modulus geser, atau modulus kekakuan, G, besaran yang berhubungan dengan modulus elastisitas, E. Sudut puntir 𝜙 patah pada puntiran batang bundar padat pada kenaikan suhu juga berguna dalam memperkirakan forgeability (Kemampuan untuk ditempa) logam. Semakin besar jumlah tikungan sebelum kegagalan, semakin baik kemampuan untuk ditempa.
>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR MATERIAL TEKNIK LAINNYA!
Kontributor: Daris Arsyada
Sumber:
Kalpakjian, Serope dan Schmid, Steven R. (2009). Manufacturing Engineering and Technology (6th ed). New Jersey: Prentice Hall.
Uji Tarik Pada Logam
Uji tarik adalah metode yang paling umum untuk menentukan sifat mekanik bahan, seperti kekuatan, keuletan, ketangguhan, modulus elastisitas, dan kemampuan pengerasan regangan. Uji tarik terlebih dahulu membutuhkan persiapan tes spesimen. Meskipun sebagian besar benda uji tarik berbentuk padat dan bulat, mereka juga bisa datar atau berbentuk tabung. Spesimen disiapkan secara umum menurut spesifikasi ASTM. Berbagai spesifikasi lainnya juga tersedia dari organisasi di seluruh dunia.
Benda uji standar biasanya penampangnya melingkar, tetapi benda uji persegi panjang dapat digunakan. Konfigurasi spesimen berbentuk “tulang anjing” dipilih sehingga, selama pengujian, deformasi terbatas ke wilayah tengah yang sempit (yang memiliki penampang seragam sepanjang panjangnya) dan juga untuk mengurangi kemungkinan patah pada ujung spesimen. Diameter sekitar 12,8 mm (0,5 inci), sedangkan panjang bagian yang dikurangi harus setidaknya empat kali diameter ini; 60 mm (2,25 in) umumnya. Panjang pengukur digunakan dalam perhitungan keuletan, nilai standarnya adalah 50 mm (2,0 inci). Spesimen dipasang pada ujungnya ke pegangan alat pengujian. Mesin uji tarik dirancang untuk spesimen memanjang pada tingkat yang konstan, dan untuk mengukur secara terus menerus dan simultan beban yang diterapkan seketika (dengan sel beban) dan perpanjangan yang dihasilkan (menggunakan ekstensometer). Tes tegangan-regangan biasanya membutuhkan waktu beberapa menit untuk dilakukan dan destruktif; yaitu, benda uji berubah bentuk secara permanen dan biasanya retak.
Output dari uji tarik tersebut dicatat (biasanya pada komputer) sebagai beban atau kekuatan versus perpanjangan. Karakteristik beban-deformasi ini tergantung pada spesimen ukuran. Misalnya, diperlukan dua kali beban untuk menghasilkan perpanjangan yang sama jika potongan melintang luas benda uji menjadi dua kali lipat. Untuk meminimalkan faktor geometris ini, beban dan perpanjangan dinormalisasi ke masing-masing parameter tegangan teknik dan tekanan teknik. Tekanan teknik ditentukan oleh hubungan
𝜎 = F/A0
di mana F adalah beban sesaat yang diterapkan tegak lurus terhadap penampang spesimen, dalam satuan newton (N) atau gaya pound (lbf), dan A0 adalah penampang asli daerah sebelum beban diberikan (m2 atau in2). Satuan tegangan teknik adalah megapascal, MPa (SI) (di mana 1 MPa = 106 N/m2), dan pon gaya per inci persegi, psi.
Regangan teknik 𝜀 dapat dituliskan
𝜀 = (li – l0) / l0 = Δl / l0
di mana l0 adalah panjang awal sebelum beban diterapkan dan li adalah panjang sesaat. Terkadang kuantitas li – l0 dilambangkan sebagai Δl dan merupakan perpanjangan deformasi atau perubahan panjang pada suatu saat, sebagaimana mengacu pada panjang aslinya. Regagan tidak memiliki satuan, tetapi meter per meter atau inci per inci sering digunakan; nilai regangan jelas tidak tergantung pada sistem satuan. Kadang-kadang regangan juga dinyatakan sebagai persentase, di mana nilai regangan dikalikan dengan 100.
>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR MATERIAL TEKNIK LAINNYA!
Kontributor: Daris Arsyada
Sumber:
Callister, William D. Jr, dan Rethwisch, David G. 2018. Materials Science and Engineering An Introduction (10th ed). Amerika Serikat: John Wiley & Sons, Inc.