I.PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Sekarang ini kebutuhan akan material terutama logam sangatlah penting. Besi dan baja merupakan salah satu kebutuhan yang mendasar untuk suatu konstruksi. Dengan berbagai macam kebutuhan sifat mekanik yang dibutuhkan oleh suatu material ialah berbeda-beda. Sifat mekanik tersebut terutama meliputi kekerasan, keuletan, kekuatan, ketangguhan, serta sifat mampu mesin yang baik. Dengan sifat pada masing-masing material berbeda, maka banyak metode untuk menguji sifat apa sajakah yang dimiliki oleh suatu material tersebut. Uji impak merupakan salah satu metode yang digunakkan untuk mengetahui kekuatan, kekerasan, serta keuletan material. Oleh karena itu uji impak banyak dipakai dalam bidang menguji sifat mekanik yang dimiliki oleh suatu material tersebut.

Uji impak adalah pengujian dengan menggunakan pembebanan yang cepat (rapid loading). Agar dapat memahami uji impak terlebih dahulu mengamati fenomena yang terjadi terhadap suatu kapal yang berada pada suhu rendah ditengah laut, sehingga menyebabkan materialnya menjadi getas dan mudah patah. Disebabkan laut memiliki banyak beban (tekanan) dari arah manapun. Kemudian kapal tersebut menabrak gunung es, sehingga tegangan yang telah terkonsentrasi disebabkan pembebanan sebelum sehingga menyebabkan kapal tersebut terbelah dua. Dalam Pengujian Mekanik, terdapat perbedaan dalam pemberian jenis beban kepada material. Uji tarik, uji tekan, dan uji punter adalah pengujian yang menggunakan beban statik. Sedangkan uji impak (fatigue) menggunakan jenis beban dinamik. Pada uji impak, digunakan pembebanan yang cepat (rapid loading). Perbedaan dari pembebanan jenis ini dapat dilihat padastrain rate. Pada pembebanan cepat atau disebut dengan beban impak, terjadi proses penyerapan energi yang besar dari energi kinetik suatu beban yang menumbuk ke spesimen. Proses penyerapan energi ini, akan diubah dalam berbagai respon material seperti deformasi plastis, efek histerisis, gesekan, dan efek inersia.

B. Tujuan

Adapun tujuan dari pratikum ini adalah sebagai berikut :

1.Mengetahui pengaruh beban impak terhadap sifat mekanik material.2.Mengetahui standar prosedur pengujian impak.3.Mengetahui faktor yang memengaruhi kegagalan material dengan beban impak.4.Mengetahui kemampuan material terhadap beban impak dariberbagai temperatur yang di ukur.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A.Sejarah Pengujian Impak

Sejarah pengujian impak terjadi pada masa perang dunia kedua, karena ketika itu banyak terjadi fenomena patah getas yang terjadi pada daerah lasan kapal-kapal perang dan tanker-tanker. Diantara fenomena patahan tersebut ada yang patah sebagian dan ada yang benar-benar patah terbeah menjadiduabagian, fenomena patahan ini terjadi terutama pada saat musim dingin ketika dilaut bebas ataupun ketika kapal sedang berlabuh. Dan contoh yang sangat terkenal tentang fenomena patahan getas adalah tragedi Kapal Titanic yang melintasi samudera Atlantik.

B. Jenis-jenis Metode Uji ImpakSecara umum metode pengujian impak terdiri dariduajenis yaitu:1.MetodeCharpyPengujian tumbuk dengan meletakkan posisi spesimen uji pada tumpuan dengan posisi horizontal/mendatar, dan arah pembebanan berlawanan dengan arah takikan.2.MetodeIzodPengujiantumbukdenganmeletakkanposisispesimenujipadatumpuandenganposisi,danarahpembebanansearahdenganarahtakikan.

Gambar1.Ilustrasipengujianimpak.(http://danidwikw.wordpress.com)

C.PerpatahanImpakSecaraumumsebagaimanaanalisisperpatahanpadabendahasilujitarikmakaperpatahanimpakdigolongkanmenjaditigajenis, yaitu:1. Perpatahanberserat (fibrous fracture), yang melibatkanmekanismepergeseranbidang-bidangkristal di dalambahan (logam) yang ulet (ductile). Ditandaidenganpermukaanpatahanberserat yang berbentukdimpel yang menyerapcahayadanberpenampilanburam.2. Perpatahan granular/kristalin, yang dihasilkanolehmekanismepembelahan (cleavage) padabutir-butirdaribahan (logam) yang rapuh (brittle). Ditandaidenganpermukaanpatahan yang datar yang mampumemberikandayapantulcahaya yang tinggi (mengkilat).3. Perpatahancampuran(berseratdangranular). Merupakankombinasiduajenisperpatahan di atas.Informasilain yangdapatdihasilkandaripengujianimpakadalahtemperaturtransisibahan. Temperaturtransisiadalahtemperatur yang menunjukkantransisipperubahanjenisperpatahansuatubahanbiladiujipadatemperatur yang berbeda-beda.Padapengujiandengantemperatur yang berbeda-bedamakaakanterlihatbahwapadatemperaturtinggi material akanbersifatulet (ductile) sedangkanpadattemperaturrendah material akanbersifatrapuhataugetas (brittle). Fenomenainiberkaitandenganvibrasi atom-atom bahanpadatemperatur yang berbedadimanapadatemperaturkamarvibrasiituberadadalamkondisikesetimbangandanselanjutnyaakanmenjaditinggibilatemperaturdinaikkan (ingatlahbahwaenergipanasmerupakansuatudriving forceterhadappergerakanpartikel atom bahan). Vibrasi atom inilah yang berperansebagaisuatupenghalang(obstacle) terhadappergerakandislokasipadasaatterjadideformasikejut/impakdariluar.Dengansemakintinggivibrasiitumakapergerakandislokasimejadirelatifsulitsehinggadibutuhkanenergi yang lebihbesaruntukmematahkanbendauji.Sebaliknyapadatemperatur di bawahnolderajatCelcius, vibrasi atom relatifsedikitsehinggapadasaatbahandideformasipergerakandislokasimenjadilebihsangatmudahdanbendaujimenjadilebihmudahdipatahkandenganenergi yang relatiflebihrendah(Dany, 2010).

Gamabar2.Efektemperaturterhadapketangguhanimpakbeberapa material.(http://danidwikw.wordpress.com)D.PatahGetasdanPatahUletSecaraumumperpatahandapatdigolongkanmenjadiduagolonganumumyaitu :1.Patah GetasMerupakan fenomena patah pada material yang diawali terjadinya retakan secara cepat dibandingkan patah ulet tanpa deformasi plastis terlebih dahulu dan dalam waktu yang singkat. Dalam kehidupan nyata, peristiwa patah getas dinilai lebih berbahaya dari pada patah ulet, karena terjadi tanpa disadari begitu saja. Biasanya patah getas terjadi pada material berstruktur martensit, atau material yang memiliki komposisi karbon yang sangat tinggi sehingga sangat kuat namun rapuh.Ciri-cirinya:a.Permukaannyaterlihatberbentukgranular,berkilatdanmemantulkancahaya.b.Terjadisecaratiba-tibatanpaadadeformasiplastisterlebihdahulusehinggatidaktampakgejala-gejala material tersebutakanpatah.c.Tempo terjadinyapatahlebihcepatd.Bidangpatahanrelatiftegaklurusterhadaptegangantarik.e.Tidakadareduksiluaspenampangpatahan, akibatadanyateganganmultiaksial.

Gambar 3. Spesimen Patah Getas(http://okasatria.blogspot.com)

2.Patah UletPatah ulet merupakan patah yang diakibatkan oleh beban statis yang diberikan pada material, jika beban dihilangkan maka penjalaran retakakan berhenti. Patah ulet iniditandai dengan penyerapan energi disertai adanya deformasi plastis yang cukup besar di sekitar patahan, sehingga permukaan patahan nampak kasar, berserabut (fibrous), dan berwarna kelabu. Selain itu komposisi material juga mempengaruhi jenis patahan yang dihasilkan, jadi bukan karena pengaruh beban saja. Biasanya patah ulet terjadi pada material berstruktur bainit yang merupakan baja dengan kandungan karbon rendah (duta, 2011).Ciri-cirinya :a.Ada reduksiluaspenampangpatahan, akibatteganganuniaksialb.Tempo terjadinyapatahlebih lama.c.Pertumbuhanretaklambat, tergantungpadabeband.Permukaan patahannya terdapat garis-garis benang serabut (fibrosa), berserat, menyerapcahaya,danpenampilannyaburam.

Gambar 4. Spesimen Patah ulet(http://okasatria.blogspot.com)

E.KetangguhanBahan

Ketangguhan suatu bahan adalah kemampuan suatu bahan material untuk menyerap energi pada daerah plastis atau ketahanan bahan terhadap beban tumbukan atau kejutan. Penyebab ketangguhan bahan adalah pencampuran antara satu bahan dengan bahan lainnya. Misalnya baja di campur karbon akan lebih tangguh dibandingkan dengan baja murni. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi ketangguhan bahan adalah :

1.Bentuk takikanBentuk takikan amat berpengaruh pada ketangguahan suatu material, karena adanya perbedaan distribusi dan konsentrasi tegangan pada masing-masing takikan tersebut yang mengakibatkan energiimpak yang dimilikinya berbeda-beda pula. Ada beberapa jenis takikan berdasarkan kategori masing-masing. Berikut ini adalah urutan energi impak yang dimiliki oleh suatu bahan berdasarkan bentuk takikannya.Takikan dibagi menjadi beberapa macam antara lain adalah sebagai berikut :

a.Takikan segitigaMemiliki energi impak yang paling kecil, sehingga paling mudah patah. Hal ini disebabkan karena distribusi tegangan hanya terkonsentrasi pada satu titik saja, yaitu pada ujung takikan.

b. Takikan segi empatMemiliki energi yang lebih besar pada takikan segitiga karena tegangan terdistribusi padaduatitik pada sudutnya.

c. Takikan Setengah lingkaran Memiliki energiimpak yang terbesar karena distribusitegangan tersebar pada setiap sisinya, sehingga tidak mudah patah.

2.BebanSemakin besar beban yang diberikan , maka energi impak semakin kecil yang dibutuhkan untuk mematahkanspecimen, dan demikianpun sebaliknya. Hal ini diakibatkan karena suatu material akan lebih mudah patah apabila dibebani oleh gaya yang sangat besar.

3.TemperaturSemakin tinggi temperatur dari spesimen, maka ketangguhannya semakin tinggi dalam menerima beban secara tiba-tiba, demikinanpun sebaliknya, dengan temperatur yang lebih rendah. Namun temperatur memiliki batas tertentu dimana ketangguhan akan berkurang dengan sendirinya.

4.Transisi ulet rapuhHal ini dapat ditentukan dengan berbagai cara, misalnya kondisi struktur yang susah ditentukan oleh sistem tegangan yang bekerja pada benda uji yang bervariasi, tergantung pada cara pengusiaannya

5.Efek komposisi ukuran butirUkuran butir berpengaruh pada kerapuhan, sesuai dengan ukuran besarnya. Semakin halus ukuran butir maka bahan tersebut akan semakin rapuh sedangkan bila ukurannya besar maka bahan akan ulet.

6.Perlakuan panas dan perpatahanPerlakuan panas umumnya dilakukan untuk mengetahui atau mengamati besar-besar butir benda uji dan untuk menghaluskan butir.

7.Pengerasan kerja dan pengerjaan radiasiPengerasan kerja terjadi yang ditimbulkan oleh adanya deformasi plastis yang kecil pada temperatur ruang yang melampaui batas atau tidak luluh dan melepaskan sejumlah dislokasi serta adanya pengukuran keuletan pada temperatur rendah

F.Deformasi Plastisdan Elastis

Suatu material dapat bertahan dari energitekan di karenakan energi tekan tidak melebihi energimaterial itu. Deformasi elastis adalah perubahan bentuk material yang di beri gaya tarik atau tekan sehingga dapat berubah bentuk dan bila energitarik atau tekan di hilang kan benda tersebut akan kembali kebentuk semula,contohnya saja pada waktu kita maelakukan uji tarik,pada saat material yang kita uji di tarik maka aka ada perubahan panjang pada material itu tetapi material itu akan kembali pada bentuk semula apa bila gaya tarik di hilangkan. Sedangkan pada deformasi plastismaterial yang sudah di beri gaya tarik hingga mengalami perubahan panjang atau bentuk tidak akan kembali pada bentuk semula setelah gaya tarik di hilangkan. Seperti diperlihatkan dalam grafik tegangan-regangan terdapat yang namanya batas luluh (yield strength) nah untuk deformasi elastis itu berada di bawah batas luluh sedangkan untuk deformasi plastis berada/melewati batas luluh suatu material, di mana untuk setiap material memiliki karakteristik yang berbeda-beda, misalnya saja pada pipa jenis API 5L X 52 di manayield strength(SMYS) adalah 52000 psi yang artinya karakter elastis pada material tersebut adalah < 52000 psi sedangkan plastisnya > 52000 psi.

Mengenai tentang struktur mikro, pada saat di deformasi elastis tidak ada perubahan perubahan mikro begitu juga ketika deformasi elastis itu hilang. Secara sederhana deformasi elastis itu dapat kita gambarkan dengan dua buah atom Fe yang diikat dengan sebuah pegas. Ketika kita deformasi elastis maka pegas akan berusaha melawan Fe yang kita tarik. Untuk deformasi plastis struktur mikro sudah berubah. Sebagai inisiasinya adalah sudah putusnya ikatan antara Fe, kemudian adanya pembentukan ukuran butir yang baru (biasanya ukuran butir menjadi lebih kecil dan gepeng karena deformasi plastis akibat tekanan). Pembentukan butir butir baru terbutlah yang menyebabkan terjadinya perubahan struktur mikro. Biasanya daerah elastik itu dibatasi oleh garis proporsioanal antara tegangan san tegangan, nah ujung dari titik proporsioanl ini disebut sebagaiyield point. Setelah keluar dari daerah ini, disebut sebagai daerahplasticyang tidak akan kembali kebentuk semula. Alasannya karena sudah terjadi perubahan, sedangkan di daerah elastic tidak terjadi perubahan secara drastis, hal ini disebabkan ketika masih di daerah elastis, logam dapat menahan beban yg diberikan yg disebabkan oleh bertemunya dengan batas butir dengan dislokasi. sehingga menghambat pergerakkan dari dislokasi, sedangkan ketika sudah memasuki daerah plastik, dislokasi sudah memotong batas butir(Dimas, 2013).

G.KurvaSuhuPeralihan

PemanfaatanutamahasilujiCharpydalamrekayasaadalahuntukmemilihbenda yang tahanterhadappatahgetasdenganmenggunakankurvasuhuperalihan.Dasarpemikiranperancanganadalahmemilihbenda yang mempunyaiketangguhantakik yang memadaiuntukberbagaikondisipembebanan yang beratsedemikianhinggakemampuandukungbebanbagiankonstruksidapatdihitungdenganmenggunakanmetodekekuatanstandar, tanpamemperhatikansifat-sifatpatahdaribendaatauefekkonsentrasiteganganretakataucacat.

Suhu peralihan benda dapat digolongkan menjadi tiga kategori, logam kps (FCC) berkekuatan menengah dan rendah dan sebagian besar logam heksa gonal tumpukan padat mempunyai ketangguhan takik yang demikian tingginya sehingga kepatahan getas tidak merupakan persoalan, terkecuali dalam lingkungan kimiawi khusus yang relatif.

Benda berkekuatan tinggi mempunyai ketangguhan takik demikian rendahnya, sehingga patah getas dapat terjadi akibat beban nominal di daerah elastis pada sembarang suhu dan laju regangan, apabila terdapat cacat (retakan). Baja berkekuatan tinggi, paduan-paduan titanium dan aluminium termasuk dalam kategori ini. Pada suhu rendah, terjadi perpatahan pembelahan getas, sedangkan pada suhu yang lebih tinggi terjadi perpatahan energi rendah. Pada kondisi seperti inilah, anlisis mekanika patahan merupakan hal yang berguna dan wajar. Ketangguhan takik logam kubik pusat ruang (BCC) berkekuatan menengah dan rendah,Be,Zndan benda keramik sangat tergantung pada suhu. Pada suhu rendah, patah terjadi secara pembelahan, sedangkan pada suhu tinggi terjadi perpatahan ulet.Jadi, terdapatperalihandaritakikgetasketakiktangguh, apabilasuhunaik.

Kriteria suhu peralihan demikian dinamakan plastik peralihan patah (fracture transitionplastic, FTP). FTPadalah suhu di mana perpatahan akan mengalami perubahan benda dari ulet sempurna menjadi patah getas. Kemungkinan terjadinya patah getas di atas FTP, dapat diabaikan. Penggunaan FTPdianggap tua dan pada berbagai penerapan, kriteria FTPkurang praktis. Kriteria lain yang kurang konservatif adalah berdasarkan suhu peralihan di mana terjadi perpatahan 50% pembelahan dan 50% geseran, dan disebut T2.Kriteriainidinamakansuhuperalihanpenampilanpatah (fracture-appearance transition temperature, FATT).HubunganantarahasilujiimpakCharpydankegagalandalampemakaianmenunjukkanbahwabilaterjadipatahbelahpadabatangCharpykurangdari 70%, makabesarkemungkinanbahwatidakterjadipatahpadasuhuperalihanataudiatasnya, jikategangantidakmelebihisetengahteganganluluhnya.Secara garis besarnya, akan diperoleh serupa bila digunakan definisi suhu peralihan T3. T3adalah nilai rata-rata bagian atas dan bagian bawah.

Kriteria umum lainnya adalah definisi, suhu peralihan T4berdasarkan sembarang nilai energi serap yang rendah, CV.T4iniseringdisebutsuhuperalihankeuletan (ductility transition temperature).Sesuai dengan hasil pengujian pada pelat baja kapal Perang Dunia II, terbukti pada pada pelat tidak akan mengalami patah getas apabila CVsama dengan 15 ft-lb pada suhu uji. Suhu peralihan dimana CV= 15 ft-lb menjadi kriteria umum yang diterima untuk baja kapa lkekuatan rendah. Akan tetapi, perlu ditegasakan di sini bahwa untuk bendalain, CV15 tidakberlaku.

Kriteria yang didefinisikan dengan cermat adalah penentuan suhu transisi berdasarkan suhu T5dimana terjadi patah belah sempurna atau 100%.Titikinidikenalsebagaisuhutanpakeuletan(Hadir, 2013).

III. METODOLOGI PRATIKUM

A.Alat dan BahanAdapun alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut :

1.Mikroskop

Gambar 5.Mikroskop

2. Jangka Sorong

Gambar 6. Jangka Sorong

3. Lampu Penerang

Gambar 7. Lampu penerang

4.Alat uji impakcharpy

Gambar8. Alat uji impakcharpy5. Spesimensebelum dan setelah diuji

Gambar 9. Spesimen sebelum diuji

Gambar 10. Spesimen setelah diuji6.Box Es

Gambar 11. Box Es

7. Furnace

Gambar 12.Furnace8. Penjepit

Gambar 13. Penjepit

9. Contoh Patah Getas

Gambar 14. Contoh Patah Getas

B.Prosedur Percobaanadapun prosedur yang dilakukan dalam praktikum ini adalah :1.Menyiapkan alat dan bahan.2.Mengukur specimen untuk t1,t2,P, L, kedalaman.3.Mengukur luas specimen yang akan diujikan.4.Memasang spesimen pada penahan pada impak tester, setelah mengkalibrasi impak tester.5.Mengangkat pendulum dan melepaskan tuas.6.Melakukan analisa..

A

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A.Hasil

Adapun hasil data setelah melakukan praktikum ini adalah :

Tabel 1. hasil data percobaan metodecharphy.NoSuhuLPt1t2ANIHI

1.0C9,7956,969,608,2580,761311,62 J

2.27C9,7956,969,608,2580,762713,35 J

3.800C9,7956,969,608,2580,761792,21 J

Tabel 2. grafik hasil data percobaan metodecharphy

B.Pembahasan

dalam praktikum ini yang akan dibahas adalah ketahanan impak, berapa ketahanan impak setelah diberi beban kejut dan spesimen impek yang digunakan adalah ASTM = E 23-01. Sebelum melakukan pengujian pertama ukur spesimen impek yang akan di uji dan diukur menggunakan jangka sorong, sebelum menggunakannya akan dilakukan kalibrasi terlebih dahulu, spesimen yang akan diukur adalah t1, L, P, kedalaman, t2, A, NI, HI, dan didapat hasil t1 = 9,60, L = 9,79, P = 56,96, dan kedalaman 1,35. Untuk mencari t2 adalah t2 = t1-X, t2 = 9,60-1,35 = 8,25. Untuk mencari A adalah A = t2 x L, A = 8,25 x 9,79 = 80,76. Dan setelah mendapat hasil dari perhitungan dilakukan pengujian spesimen ke impek tester sebanyak 3 kali pengujian untuk mendapatkan nilai impek dan harga impek. Sebelum melakukan pengujian pada impek tester dilakukan kalibrasi terlebih dahulu agar mendapatkan hasil yang akurat kemudian pasang spesimen impek pada penahan impek dengan posisi membelakangi pendulum, kemudian pendulum diangkat keatas dan tuas akan dilepaskan. Saat melakukan pengujian pengereman dilakukan setelah 2 kali ayunan agar memperoleh hasil yang tepat, setelah tuas di lepaskanpendulum mengenai spesimen impek dan akan memperoleh hasilnya.

Pengujian yang dilakukan 3 kali menggunakan suhu yang berbeda yaitu pada pengujian pertama dilakukan dengan menggunakan suhu ruangan dan memperoleh hasil 271 J, pengujian kedua menggunakan suhu 0 yang spesimennya dimasukan di dalam box es dan didapat hasil sebesar 131 J, dan pengujian ketiga dengan menggunakan suhu 800 J yang spesimennya dimasukan kedalam furnali dan mendapatkan hasil 179 J.

Dari 3 kali pengujian tersebut dapat dikatakan semakin tinggi temperature yang diberikan maka, energi, keuletan, dan patahannya semakin besan dan semakin rendah temperature yang diberikan maka, semakin getas patahan spesimen impek tersebut, setelah spesimen dilakukan pengujian kemudian setiap patahan akan dilihat melalui mikroskop untuk melihat alur dari setiap patahan yang telah diuji dan digambar sesuai pahatan yang telah diuji. Berikut gambar yang didapat spesimen impek yang didapat dari 3 kali pengujian dengan suhu temperature yang berbeda-beda :Gambar 15. alur spesimen suhu 0 CGambar 16. alur spesimen impek suhu ruanganGambar 17. alur spesimen impek suhu 800 C

Dari ketiga alur diatas didapat gambar 17. spesimen impek 800C lebih ulet ketahanan spesimen impeknya di bandingkan dengan gambar 15. spesimen impek suhu 0 terlihat lebih getas.

V.SIMPULAN DAN SARAN

A.Simpulan

Adapun kesimpulan yang dapat diberikan adalah sebagai berikut :1.Impact Testadalah suatu pengujian yang dilakukan untuk menguji ketangguhan suatu specimen terhadap pemberian beban secara tiba-tiba melalui tumbukan.2. Semakinrendahhargaimpakmakajenisperpatahan yang terjadiakansemakingetas.3.Salah satu hal yang mempengaruhi impak adalah temperatur. Semakinrendah temperatur suatu material maka akan semakin getas material tersebut, dan semakin tinggi temperatur maka material akan semakin ulet.4.Energi impakyang terbesar terdapat pada takikan setengah lingkaran dan terendah pada takikan segitiga. Jadi, dapat disimpulkan bahwa perpatahan akan semakin mudah terjadi pada takikan bersudut.

B.Saran Adapun saran yang diberikan setelah praktikum adalah sebagai berikut :1.Praktikanharuslebihtelitipadasaatpengamatanjarumpadaalatujiimpaksupaya data yang dihasilkanlebihakurat2. Pembuatan takikan pada spesimen harus simetris agar hasil yang diperoleh lebih akurat3.Sebaiknya saat praktikum di laboratorium, kedua metode pada pengujian impak dilakukan , agar kita dapat melihat perbedaannya dengan jelas.