Mesin & Mekanika

Mengenal Uji Tarik dan Sifat-sifat Mekanik Logam

8 September 2009 64,817 views penulis: Azhari Sastranegara Print This Post Print This Post

image001Untuk mengetahui sifat-sifat suatu bahan, tentu kita harus mengadakan pengujian terhadap bahan tersebut. Ada empat jenis uji coba yang biasa dilakukan, yaitu uji tarik (tensile test), uji tekan (compression test), uji torsi (torsion test), dan uji geser (shear test). Dalam tulisan ini kita akan membahas tentang uji tarik dan sifat-sifat mekanik logam yang didapatkan dari interpretasi hasil uji tarik.

Uji tarik mungkin adalah cara pengujian bahan yang paling mendasar. Pengujian ini sangat sederhana, tidak mahal dan sudah mengalami standarisasi di seluruh dunia, misalnya di Amerika dengan ASTM E8 dan Jepang dengan JIS 2241. Dengan menarik suatu bahan kita akan segera mengetahui bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap tenaga tarikan dan mengetahui sejauh mana material itu bertambah panjang. Alat eksperimen untuk uji tarik ini harus memiliki cengkeraman (grip) yang kuat dan kekakuan yang tinggi (highly stiff). Brand terkenal untuk alat uji tarik antara lain adalah antara lain adalah Shimadzu, Instron dan Dartec.

1. Mengapa melakukan Uji Tarik?

Banyak hal yang dapat kita pelajari dari hasil uji tarik. Bila kita terus menarik suatu bahan (dalam hal ini suatu logam) sampai putus, kita akan mendapatkan profil tarikan yang lengkap yang berupa kurva seperti digambarkan pada Gbr.1. Kurva ini  menunjukkan hubungan antara gaya tarikan dengan perubahan panjang. Profil ini sangat diperlukan dalam desain yang memakai bahan tersebut.

image004

Gbr.1 Gambaran singkat uji tarik dan datanya

Biasanya yang menjadi fokus perhatian adalah kemampuan maksimum bahan tersebut dalam menahan beban. Kemampuan  ini umumnya disebut “Ultimate Tensile Strength” disingkat dengan UTS, dalam bahasa Indonesia disebut tegangan tarik maksimum.


Hukum Hooke
(Hooke’s Law)

Untuk hampir semua logam, pada tahap sangat awal dari uji tarik, hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut. Ini disebut daerah linier atau linear zone. Di daerah ini, kurva pertambahan panjang vs beban mengikuti aturan Hooke sebagai berikut:

rasio tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan

Stress adalah beban dibagi luas penampang bahan dan strain adalah pertambahan panjang dibagi panjang awal bahan.

Stress:  σ = F/A           F: gaya tarikan, A: luas penampang

Strain:  ε  = ΔL/L        ΔL: pertambahan panjang, L: panjang awal

Hubungan antara stress dan strain dirumuskan:

E = σ / ε

Untuk memudahkan pembahasan, Gbr.1 kita modifikasi sedikit dari hubungan antara gaya tarikan dan pertambahan panjang menjadi hubungan antara tegangan dan regangan (stress vs strain). Selanjutnya  kita dapatkan Gbr.2, yang merupakan kurva standar ketika melakukan eksperimen uji tarik.  E adalah gradien kurva dalam daerah linier, di mana perbandingan tegangan (σ) dan regangan (ε) selalu tetap. E diberi nama  “Modulus Elastisitas” atau “Young Modulus”. Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan stress seperti ini kerap disingkat kurva SS (SS curve).

image006

Gbr.2 Kurva tegangan-regangan

Bentuk bahan yang diuji, untuk logam biasanya dibuat spesimen dengan dimensi seperti pada Gbr.3 berikut.

image008

Gbr.3 Dimensi spesimen uji tarik (JIS Z2201).

image010

Gbr.4 Ilustrasi pengukur regangan pada spesimen

Perubahan panjang dari spesimen dideteksi lewat pengukur regangan (strain gage) yang ditempelkan pada spesimen seperti diilustrasikan pada Gbr.4. Bila pengukur regangan ini mengalami perubahan panjang dan penampang, terjadi perubahan nilai hambatan listrik yang dibaca oleh detektor dan kemudian dikonversi menjadi perubahan regangan.

2. Detail profil uji tarik dan sifat mekanik logam

Sekarang akan kita bahas profil data dari tensile test secara lebih detail. Untuk keperluan kebanyakan analisa teknik, data yang didapatkan dari uji tarik dapat digeneralisasi seperti pada Gbr.5.

image012

Gbr.5 Profil data hasil uji tarik

Kita akan membahas istilah mengenai sifat-sifat mekanik bahan dengan berpedoman pada hasil uji tarik seperti pada Gbr.5. Asumsikan bahwa kita melakukan uji tarik mulai dari titik O sampai D sesuai dengan arah panah dalam gambar.

Batas elastisσE ( elastic limit)
Dalam Gbr.5 dinyatakan dengan titik A. Bila sebuah bahan diberi beban sampai pada titik A, kemudian bebannya dihilangkan, maka bahan tersebut akan kembali ke kondisi semula (tepatnya hampir kembali ke kondisi semula) yaitu regangan “nol” pada titik O (lihat inset dalam Gbr.5). Tetapi bila beban ditarik sampai melewati titik A, hukum Hooke tidak lagi berlaku dan terdapat perubahan permanen dari bahan. Terdapat konvensi batas regangan permamen (permanent strain) sehingga masih disebut perubahan elastis yaitu kurang dari 0.03%, tetapi sebagian referensi menyebutkan 0.005% . Tidak ada standarisasi yang universal mengenai nilai ini. [1]

Batas proporsional σp (proportional limit)
Titik sampai di mana penerapan hukum Hook masih bisa ditolerir. Tidak ada standarisasi tentang nilai ini. Dalam praktek, biasanya batas proporsional sama dengan batas elastis.

Deformasi plastis (plastic deformation)
Yaitu perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula. Pada Gbr.5 yaitu bila bahan ditarik sampai melewati batas proporsional dan mencapai daerah landing.

Tegangan luluh atas σuy (upper yield stress)
Tegangan maksimum sebelum bahan memasuki fase daerah landing peralihan deformasi elastis ke plastis.

Tegangan luluh bawah σly (lower yield stress)
Tegangan rata-rata daerah landing sebelum benar-benar memasuki fase deformasi plastis. Bila hanya disebutkan tegangan luluh (yield stress), maka yang dimaksud adalah tegangan ini.

Regangan luluh εy (yield strain)
Regangan permanen saat bahan akan memasuki fase deformasi plastis.

Regangan elastis εe (elastic strain)
Regangan yang diakibatkan perubahan elastis bahan. Pada saat beban dilepaskan regangan ini akan kembali ke posisi semula.

Regangan plastis εp (plastic strain)
Regangan yang diakibatkan perubahan plastis. Pada saat beban dilepaskan regangan ini tetap tinggal sebagai perubahan permanen bahan.

Regangan total (total strain)
Merupakan gabungan regangan plastis dan regangan elastis, εT = εep. Perhatikan beban dengan arah OABE. Pada titik B, regangan yang ada adalah regangan total. Ketika beban dilepaskan, posisi regangan ada pada titik E dan besar regangan yang tinggal (OE) adalah regangan plastis.

Tegangan tarik maksimum TTM (UTS, ultimate tensile strength)
Pada Gbr.5 ditunjukkan dengan titik C (σβ), merupakan besar tegangan maksimum yang didapatkan dalam uji tarik.

Kekuatan patah (breaking strength)
Pada Gbr.5 ditunjukkan dengan titik D, merupakan besar tegangan di mana bahan yang diuji putus atau patah.

Tegangan luluh pada data tanpa batas jelas antara perubahan elastis dan plastis
Untuk hasil uji tarik yang tidak memiliki daerah linier dan landing yang jelas, tegangan luluh biasanya didefinisikan sebagai tegangan yang menghasilkan regangan permanen sebesar 0.2%, regangan ini disebut offset-strain (Gbr.6).

image014

Gbr.6 Penentuan tegangan luluh (yield stress) untuk kurva tanpa daerah linier

Perlu untuk diingat bahwa satuan SI untuk tegangan (stress) adalah Pa (Pascal, N/m2) dan strain adalah besaran tanpa satuan.

3. Istilah lain

Selanjutnya akan kita bahas beberapa istilah lain yang penting seputar interpretasi hasil uji tarik.

Kelenturan (ductility)
Merupakan sifat mekanik bahan yang menunjukkan derajat deformasi plastis yang terjadi sebelum suatu bahan putus atau gagal pada uji tarik. Bahan disebut lentur (ductile) bila regangan plastis yang terjadi sebelum putus lebih dari 5%, bila kurang dari itu suatu bahan disebut getas (brittle).

Derajat kelentingan (resilience)
Derajat kelentingan didefinisikan sebagai kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase perubahan elastis. Sering disebut dengan Modulus Kelentingan (Modulus of Resilience), dengan satuan strain energy per unit volume (Joule/m3 atau Pa). Dalam Gbr.1, modulus kelentingan ditunjukkan oleh luas daerah yang diarsir.

Derajat ketangguhan (toughness)
Kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase plastis sampai bahan tersebut putus. Sering disebut dengan Modulus Ketangguhan (modulus of toughness). Dalam Gbr.5, modulus ketangguhan sama dengan luas daerah dibawah kurva OABCD.

Pengerasan regang (strain hardening)
Sifat kebanyakan logam yang ditandai dengan naiknya nilai tegangan berbanding regangan setelah memasuki fase plastis.

Tegangan sejati , regangan sejati (true stress, true strain)
Dalam beberapa kasus definisi tegangan dan regangan seperti yang telah dibahas di atas tidak dapat dipakai. Untuk itu dipakai definisi tegangan dan regangan sejati, yaitu tegangan dan regangan berdasarkan luas penampang bahan secara real time. Detail definisi tegangan dan regangan sejati ini dapat dilihat pada Gbr.7.

image016

Gbr.7 Tegangan dan regangan berdasarkan panjang bahan sebenarnya

Referensi:

  1. Material Testing (Zairyou Shiken). Hajime Shudo. Uchidarokakuho, 1983.
  2. Material Science and Engineering: An Introduction. William D. Callister Jr. John Wiley&Sons, 2004.
  3. Strength of Materials. William Nash. Schaum’s Outlines, 1998.

Versi PDF yang lengkap dapat didownload di sin: Mengenalujitarik



Daftarkan di social page berikut (klik untuk submit):



32 Comments »

  • Wahyudi said:

    Wah aku sampe ngulang empat kali mempelajari uji tarik ini hi hi hi

  • Ronn said:

    Nice article,
    Btw,ada yg pnya bahan utk bwt alat uji keausan (los angeles abrasion mesin)..help dong

  • naa said:

    sangat membantu ,trima kasiiih :)

  • Infometrik said:

    Silakan disebarkan dengan prinsip copyleft, diperbolehkan mengkopi dan menyebarkan asal mencantumkan sumber-sumber terkait. Setiap masukan untuk perbaikan juga sangat diharapkan.

  • bayu said:

    ngomom-ngomong sufat-sufat logamnya kok gak lengkap za?
    minta yang lengkap dong!
    makasih.

  • rudini said:

    minta file definisi uji tarik dunk. . . . please

  • hafid said:

    maw nanya, kenapa kurva uji tarik menggunakan σ-ε bukan menggunakan F- ΔL..

  • ivan said:

    kasih soal n jawaban dunk,, biar tau jgn cm rumus aja gtu ?? betul gak?? hehehe

  • Azhari Sastranegara said:

    Bang Hafidz,
    σ-ε lebih general dibandingkan F- ΔL. Bila menggunakan F- ΔL, kita akan mendapatkan nilai yang berbeda-beda meskipun bahannya sama, karena faktor luas penampang. Padahal kita ingin mengetahui kekuatan bahan, yang seharusnya tetap tidak dipengaruhi bentuk atau panjangnya. Ini kira-kira sama dengan massa jenis, di mana berat (massa) dibagi volume adalah tetap untuk setiap jenis material.
    Mudah-mudahan jelas.

    azhari

  • kiwil said:

    cara menentukan tegangan dan regangan proporsional gmana yah..?
    bisa tolong jelasin langkah ngbuat kurva tegangan regangan sampi putus ga…?
    mohon bantuanya..
    ane bru blajar nih…
    hhe

  • Harris K. said:

    wah..wah..thx bnyk..sngat membantu bwt tp praktikum..hehe

  • anggono said:

    kenapa pada baja karbon rendah terjadi landing?
    apa yang dimaksud dengan luders band? apa ada hubungannya?

  • handoko said:

    bro…bole minta sub copynya yang beli lengkap atau karya ilmiah tak, coz saya lagi dalam skripsi tingkat akhir nih pusing kocar kacir nyari bahan nya tambah di Batam bukunya kurang lengkap…minta tolong bro kalo bisa ASAP yah…thanks…

    Email : epafras_handoko@yahoo.com
    hp. 0852-7274-4801

  • haikal cesc said:

    Makasih infonya, saya mau tnya mas, hasil uji grafik tarik baja saya susah unt kita lihat titik yieldnya…
    apa memang peraturan 0,2% itu ada di SNI dan ASTM? krn setau saya cm ada di PPBBI itupun pnya thun 84.. tq mas

  • RERE said:

    huhhh…good.. ngomong2 tahu artinya aksial n lateral ga’..?

  • azhari said:

    aksial artinya searah sumbu. Misalnya beban aksial pada suatu shaft, artinya beban yang arahnya searah sumbu shaft tersebut.
    lateral artinya tegak lurus pada sumbu. Jika disebut beban lateral pada shaft, artinya beban yang arah gayanya tegak lurus dengan sumbu shaft tersebut.

    Azhari

  • azhari said:

    utuk baja yang susah didapatkan titik yieldnya kita pakai 0.2% elongation.
    hal ini seperti konvensi di dunia mekanikal engineering, tetapi memang sulit menemukan standar bakunya.
    sebaiknya pada saat mencantumkan yield stress utk kasus ini, sebutkan tandanya misal Y0.2=…..
    atau lebih baik lagi, jelaskan secara tertulis bahwa anda mengambilnya pada saat elongation 0.2%.

    good luck.
    if you have any other questions do not hesitate to ask us.

    Azhari Sastranegara, Dr.Eng

  • azhari said:

    aduh maaf ya Mas, terlambat balasnya.
    Kami tidak bisa berikan sub-copy yang lengkap, karange itu akan infringe copyright.
    tapi saya bisa rekomendasikan beberapa buku yang bagus, dan terjangkau di Indonesia.
    (tapi Jakarta ya Mas..)

    Silakan tanya, kalau scan per page, kemungkinan saya bisa, tapi tidak janji lho Mas ya.

    Good luck

    Azhari Sastranegara, Dr.Eng

  • Ando said:

    Mohon bantuan, saya mau melakukan uji tarik, uji bengkok, dan struktur mikro pada hasil pengelasan, tempat yg bagus dimana? yang memiliki alat lengkap, atas bantuannya, trims.
    bengknaga@yahoo.co.id

  • metuah said:

    ada gk hubungan antara tegangan sisa dengan pengujian tarik

  • Oka Mahendra said:

    Ada mas. Ketika dilakukan pengujian tarik, dan logam tersebut gagal sebelum waktunya, berarti ada tegangan sisa. Bukan berarti tegangan yang dibutuhkan untuk membuat logam itu gagal menjadi turun, tapi tegangan sisa dalam logam ditambahkan dengan regangan normal oleh pengujian, sehingga total regangannya tetap sama, walaupun seolah – olah dia jadi lebih lemah.

  • jon said:

    tk….sangat membantu

  • Dedy said:

    Kalo mau menguji kuat tarik Besi WF (Wide Flange) apakah prosedur dan model perhitungannya sama seperti di atas?

    Mohon pencerahannya.
    Terima kasih,

  • Dedy said:

    kalau untuk menguji besi WF (wide flange), apakah prosedur dan perhitungannya sama seperti diatas?

    Mohon pencerahannya
    Terima kasih

  • teeyara said:

    makasih infonya , membantu buat ngerjain laporan hehe

  • syem said:

    ada yang bisa bantu g untuk uji tarik standar JIS

  • susant said:

    kalo standar uji tarik untuk logam pejal berapa ukuran panjang spesimennya dan apakah alur atau bentuk seperti saat menguji baja plat jika diameter spesimen tersebut hanya sekitar 20 mm. terimaksih atas infonya

  • Agung said:

    Bagaimana melakukan uji tarik pada pipa besi?
    luas penampangnya bagaiamana?

  • chandra hadinata said:

    gimana caranya menghitung besaran modulus elastisitas dari grafik ?

  • ricax said:

    jelaskan mengapa kita harus melakukan pengujian bahan

  • EDS said:

    mas,

    mau tanya, bisa diberikan referensi alat uji tarik yang bagus kira-kira apa saja ya?

    terima kasih.

    WR,
    EDS

  • Infometrik said:

    Alat uji tarik yang bagus antara lain: INSTRON dan SHIMADZU.

Tuliskan komentar anda!

You must be logged in to post a comment.