I. TUJUAN Menentukan kemampuan logam atau baja menyerap energi yang dihasilkan oleh

pembebanan kejut, serta mengetahui temperatur transisi pada baja berubah dari ulet

menjadi getas.

II. TEORI DASAR

Sifat mekanik logam yang muncul sebagai respon terhadap gaya impak adalah

ketangguhan. Adapun ketangguhan sendiri didefinisikan sebagai kemampuan logam

untuk menyerap energi dan berdeformasi plastis tanpa mengalami patah. Ketangguhan

suatu logam sangat dipengaruhi oleh kekuatan dan keuletan material tersebut, logam

yang terlalu kuat atau terlalu ulet tidak dapat digolongkan sebagai logam yang

tangguh.

Pengujian impak yang ideal diasumsikan bahwa semua energi yang muncul akibat

pembebanan impak akan diserap seluruhnya oleh spesimen, namun pada kenyataanya,

kondisi ideal tersebut tidak pernah tercapai, sebagian kecil energi akan hilang akibat

dari gesekan dengan udara dan getaran mesin. Bentuk spesimen juga memegang

peranan dalam menentukan besarnya energi yang diserap.

Secara umum, pengujian impak dapat dilakukan dengan dua metode yaitu

pengujian dengan metode Izod dan Charpy, mengikuti Standar ASTM E23, sebagai

berikut:

1. Metode Izod

Pada pengujian impak dengan metode Izod, spesimen berfungsi seperti batang jepit

(cantilever). Pengujian dengan metode Izod hanya dapat dilakukan pada suhu kamar,

dan pengujian dengan metode Izod umumnya digunakan di Inggris/Eropa.

2. Metode Charpy

Pada pengujian dengan metode Charpy, spesimen berfungsi seperti batang

tumpuan sederhana (simple beam),

Izod Charpy

Gambar 1. Posisi spesimen uji impak dengan metode Izod dan Charpy

Uji Charpy tidak hanya dilakukan pada suhu kamar, namun juga dapat dilakukan

pada suhu yang bervariasi, daru suhu rendah (kriogenik) sampai suhu tinggi. Oleh

karena itu, metode ini dapat digunakan untuk mengetahui apakah suatu material

memiliki karakteristik perubuahan dari ulet mnjadi getas dengan turunnya temperatur

operasi, Ductile to Brittle Transition. Dengan demikian temperatur transisi perubahan

dapat ditentukan. Seperti yang dapat dilihat di gambar 2.

Gambar 2. Diagram Ductile to Brittle Temperature Transition.

Spesimen yang digunakan pada pengujian dengan metode Izod maupun Charpy

mempunyai bentuk batang dengan dimensi 10 mm x 10 mm, notch (takik) berbentuk

V dengna sudut 45o dan kedalaman 2 mm. Seperti yang dapat dilihat di Gambar 3.

Gambar 3. Spesimen uji Impak

Oleh karena spesimen impak memiliki takik berbentuk V, maka pengujian ini

sering disebut sebagai The Notched Bar Test atau pada metode Charpy dikenal

sebagai Charpy V Notched . Pengujian dilakukan dengan cara memberikan beban

impak dalam bentuk palu pendulum dari ketinggian tertentu, h0. Pada saat palu

diayunkan akan menumbuk spesimen, selanjutnya spesimen akan patah didaerah

takikan yang berfungsi sebagai konsentrasi tegangan. Palu pendulum akan terus

terayun sampai ketinggian maksimum, h1, yang tentu saja lebih rendah dari h, Gambar

4.

Gambar 4. Skema peralatan impak dengan arah ayunan palu pendulum.

Besarnya penyerapan energi untuk mematahkan spesimen dihitun berdasarkan

perbedaan ketinggian antar h dan h1, mengikuti persamaan sebagai berikut:

Energi sebelum patah U0= Wh= WR (1-cos α)

Energi setelah patah U1= Wh1= WR (1-cos β)

Energi untuk mematahkan spesimen U= W(h-h1) = WR (cos β – cos α)

Keterangan :

U = energi yang dibutuhkan untuk mematahkan spesimen = energi yang diserapW = berat pendulumh = ketinggian awal dari palu pendulumh1 = ketinggian akhir

U= mg (h-h1)

α = sudut jatuh pendulumβ = sudut pantul pendulumR = Jarak dari titik pusat

Pengujian Impak dengan takik metode Charpy sebenarnya sangat dibutuhkan untuk

mengetahui temperatur transisi perubahan sifatulet menjadi getas pada logam akiat

penurunan temperatur, Ductile to Brittle Temperature Transition. Oada bebarapa

logam ternyata terjadi perubahan fisik dari ulet menjadi getas apabila terjadi

perubahan temperatur kerja. Kondisi di bawah temperatir transisi, logam akan

cenderung menjadi getas dan patah pada energi penyerapan yang rendah, sedangkan

di atas temperatur transisi maka logam cenderung bersifat ulet.

III. PERALATAN PERCOBAAN a. Mesin uji impak merek TIME model JB-300A

b. Ukuran spesimen mengikuti standar ASTM E 23-82 tipe C.

c. Jenis spesime dapat terdiri dari: baja karbon, baja karbon hasil proses hardening,

dan baja karbon hasil tempering, atau kuningan (sesuai petunjuk asisten).

d. Tungku/furnace.

e. Media pendingin (N2 cair)

f. Termometer tipe K

g. Penjepit panjang

h. Stereo Mikroscope

IV. PROSEDUR PERCOBAAN a. Siapkan spesimen sesuai dengan petunjuk asisten. Terdapat 3 buah spesimen

yang akan di uji, pertama baja pada suhu kamar, baja pada suhu tinggi, dan baja

dengan suhu rendah.

b. Untuk mendapatkan baja suhu tinggi, spesimen dapat dipanaskan terlebih dahulu

didalam tungku, dan untuk baja suhu rendah dapat dimasukkan ke lemari

pendingin atau ditungkan N2 cair ke spesimen.

c. Ukur dimensi spesimen pada suhu kamar, luas penampang dan kedalaman

takiknya

d. Untuk memulai pengujian nyalakan mesin alat uji impak dengan cara

memindahkan tuas ke posisi 2.

e. Letakkan spesimen pada dudukan sesuai tanda yang ada yang telah dibuat,

dengan cara menahan pendulum sedikit diatas dudukan menggunakan kunci

inggris terlebih dahulu.

f. Pengoperasian uji impak dapat dilakukan menggunakan control manual ataupun

menggunakan kontrol otomatis melalui screen. Posisi kontrol manual harus

berada pada posisi ON, apapun pilihan pengoperasian yang dipilih. Selanjutnya

lakukan langkah sebagai berikut.

No Uraian Langkah Tombol Manual Layar Sentuh

1 Naikan pendulum pada posisi

tertinggi

Rising Rise

2 Melepaskan pin pengaman Pin off Dowell

3 Ayunkan pendulum Impact Impact

4 Kembalikan pendulum ke posisi

terendah

Release Fall

5 Ambil patahan spesimen

*) Catatan tambahan:

Dalam menggunaka tombol manual, saat menurunkan pedulum harus ditekan

terus hingga ke posisi terendah sampai mengeluarkan suara “klik” baru dapat

dilepas, bila tidak maka pendulum akan cendrung untuk kembali ke posisi

tertinggi, Dalam penggunaan layar sentuh hal tersebut tidak perlu dilakukan.

g. Amati besarnya nilai yang ditunjukan oleh 2 indikator besaran energi yang

terserap, baik melalui layar ataupun manual (analog).

h. Amati juga bentuk patahan dengan mengambil gambar permukaan patahan yang

terjadi dengan stereo microscope.

i. Ambil spesimen selanjutnya yang sudah dipanaskan dari tungku dan lakukan

kembali ke tahap e hingga h (ikuti petunjuk asisten).

j. Demikian halnya pada spesimen dengan suhu rendah lakukan tahap e hingga h

(ikuti petunjuk asisten).

V. TUGAS DAN PERTANYAAN 1. Dari data yang diperoleh berikan analisis terhadap kekuatan impak pada

temperatur yang berbeda!

Jawab:

Dari literatur diperoleh bahwa semakin tinggi temperatur, baja dapat menyerap

energi lebih tinggi, dapat dikatakan sifatnya akan semakin ulet, tetapi pada

temperatur rendah, kemampuan baja menyerap energi akan berkurang, sifatnya

akan menjadi getas.

Hasil yang kita peroleh mirip, karena pada suhu ruangan dapat dilihat

spesimen setelah dilakukan uji impak tidak patah, masih dapat dilihat keuletan

baja, sedangkan baja yang di dinginkan patah, dan dari patahannya dapat dilihat

sangat getas, sedangkan baja yang dipanaskan di dalam tungku hanya bengkok,

dan dapat dilihat sifatnya sangat ulet.

Kemiripan tersebut juga dapat dilihat dari angka yang diperoleh. Harga impak

baja yang didinginkan lebih rendah dari pada baja pada suhu runganan. Tetapi

pada baja yang dipanaskan juga memiliki harga impak lebih rendah dari pada suhu

runganan yang menunjukan ketidak sesuaian dengan literatur. Tetapi hal tersebut

dapat terjadi karena kesalahan alat, dimana baja yang sangat ulet ini langsung

bengkok dengan gaya yang sangat kecil dan mengikuti pendulum, sehingga alat

membaca bahwa baja tersebut sudah patah dengan gaya yang sangat rendah.

4. Jelaskan mengapa dalam uji impak perlu dibuat takik?

Jawab: Takik berfungsi sebagai pemusat tegangan, sehingga patahan terjadi

ditempat tersebut, karena memiliki luas penahan tegangan paling kecil.

7. Jelaskan faktor-faktor yang dapat mempengaruhi kekuatan impak suatu material?

Jawab: Temperatur: dapat dilihat dari percobaan ini, dimana pada suhu rendah

baja akan bersifat getas, sedangkan pada suhu tinggi baja akan bersifat ulet.

Arah butir: semakin kecil ukuran butir maka ruang untuk berdislokasinya akan semakin besar sehingga kemampuan untuk menahan bebannya lebih besar. Ukuran butir dapat dipengaruhi oleh arah roll saat proses produksi

Jenis kristal: Apabila suatu material struktur kristalnya BCC (Body center Cubic) material tersebut cenderung getas karena slip sistemnya kecil, sedangkan jika struktur kristalnya FCC (Face Center Cubic) material tersebut ulet karena slip sistemnya besar, sehingga membuat material tersebut menjadi ulet.

10. Jelaskan ada berapa jenis patahan yang mungkin terjadi dari suatu proses deformasi plastis dan bagaimana hal tersebut dapat terjadi?Jawab: 1. Patah ulet: patah ulet dapat terjadi karena adanya penyerapan energi yang

cukup besar sehingga deformasi pastis yang terjadi cukup besar. Patah ulet dalam uji tarik biasannya berbentuk cup and cone dan patahannya cenderung kasar dan bewarna kelabu.

2. Patah getas: patah getas terjadi karena penyerapan energi sangat kecil sehingga deformasi plastis yang terbentuk sangat kecil. Patah getas memiliki bentuk yang sangat mengkilap dan relatif rata.

VI. GAK USAH

PERHITUNGAN● Perhitungan Harga Impak Material Kuningan :

Diketahui : Energi : 9,5 Joule

Temperatur : 22oC

Luas Patahan : 76,77 mm2

Jawab : Harga Impak = Energi Perhitungan

Luas Patahan

= 9,5Joule

76,77 mm2 =0,124 Jmm2

= 11, 85 Joule/cm2

● Perhitungan Harga Impak Material Baja Karbon Temperatur Rendah :

Diketahui : Energi : 28,7 Joule

Temperatur : -2,8oC

Luas Patahan : 57,725 mm2

Jawab : Harga Impak = Energi Perhitungan

Luas Patahan

= 28,7 Joule

57,725m m2=0,497 Jmm2

No.Suhu (oC)

Energi (J)

Luas Patahan (mm2)

Harga Impak Percobaan(J/mm2)

Harga Impak Perhitungan (J/mm2)

1 22 9,5 76,77 11,9 0,1237462 -2,8 28,7 57,725 35,9 0,4971853 22,3 210,1 36,79 262,6 5,7107914 245 110,2 22,3 137,7 4,941704

- 5 0 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 00

50

100

150

200

250

Diagram dbtt

temperature

Ener

gy a

bsor

b

Grafik diatas tidak sesuai dengan yang seharusnya dimana pada suhu yang tinggi energi yang dapat diserap seharusnya lebih besar dari pada suhu rungan. Tetapi kita tetap dapat menghitung suhu transisi dengan cara:

Temperatur transisi = T tinggi+T Rendah

2=245−2,8

2=121,1oC

ANALISISDari percobaan yang telah kita lakukan kita dapat mengetahui kemampuan

suatu material menyerap energi. Kemampuan baja menyerap energi dipengaruhi

beberapa hal seperti suhu, bentuk kristal, ataupun arah butir.

Dapat dilihat bahwa baja yang di dinginkan memiliki kemampuan menyerap

energi sangat kecil. Sehingga memiliki patahanan yang terjadi adalah patah getas,

yang datar dan mengkilap.

Baja pada suhu ruangan memiliki kemampuan menyerap energi lebih besar,

sehinggah patahan yang terjadi adalah patah yang sangat kasar dan dapat dilihat masih

memiliki sifat ulet.

Baja yang dipanaskan seharusnya memiliki kemampuan menyerap energi yang

lebih besar daripada baja pada suhu runganan, dan patahan yang sangat ulet karena

bentuknya seperti necking. Tetapi energi yang diserap baja yang dipanaskan dari hasil

percobaan lebih kecil dari pada baja pada suhu rungan. Hal ini dapat disebabkan

kesalahan pada alat.

Baja yang dipanaskan hanya membutuhkan energi yang kecil untuk dibengkokan,

dan lepas dari penahan spesimen. Sehingga alat mengira bahwa spesimen telah patah.

Tetapi kita dapat melihat bahwa luas patahan pada baja yang dipanaskan paling kecil.

Selain dari suhu pengaruh lain yang mempengaruhi kemampuan baja menyerap

energi adalah bentuk butir. Bentuk butir dapat disebabkan arah peng-roll-an saat

produksi. Jika butir spesimen kecil maka kemampuan spesimen tersebut menahan

beban lebih besar.

VII. SIMPULAN Dari percobaan yang telah dilakukan praktikan dapat membuktikan bahwa

baja akan berubah sifatnya tergantung suhu.

Semakin tinggi suhu baja makan sifatnya akan semakin ulet.

Sebaliknya jika suhunya semakin rendah maka sifatnya akan semakin getas.

Praktikan juga dapat mengetahui harga impak suatu material. Menggunakan

alat yang ada. Tetapi terjadi kesalahan alat pada saat spesimen baja yang

dipanaskan. Baja yang bengkok dengan gaya yang kecil, dan lepas dari

penahan spesimen dibaca oleh alat bahwa spesimen telah patah dengan gaya

yang kecil sehingga kemampuan menyerap kecil.

Dari percobaan yang telah dilakukan seharusnya kita dapat memperkirakan

suhu transisi dari ulet ke getas. Tetapi karena kesalahan kita tidak dapat secara

akurat mengetahui suhu tersebut.

Pengaruh lain yang dapat mempengaruhi kemampuan material menyerap

energi adalah bentuk kristal dan ukuran butir.

VIII. DAFTAR PUSTAKA [1.] Callister, William D. Materials Science and Engineering, Fifth Edition. New

York : John Willey & Sons. 2003. Halaman 251-255

[ 2 . ] D i e t e r , G e o r g e E .  Mechanical Metallurgy.

Mc Gra wH i l l  Book Co . 1988 . Halaman 207-210

IX. LAMPIRAN

Kuningan Baja suhu ruangan

Baja dipanaskan Baja didinginkan