Uji kekuatan tarik terutama digunakan untuk menentukan kemampuan bahan logam dalam menahan kerusakan selama proses peregangan, dan merupakan salah satu indikator penting untuk mengevaluasi sifat mekanis bahan.
1. Uji tarik
Uji tarik didasarkan pada prinsip-prinsip dasar mekanika material. Dengan memberikan beban tarik pada sampel material dalam kondisi tertentu, akan terjadi deformasi tarik hingga sampel putus. Selama pengujian, deformasi sampel percobaan di bawah berbagai beban dan beban maksimum saat sampel putus dicatat, sehingga dapat dihitung kekuatan luluh, kekuatan tarik, dan indikator kinerja material lainnya.
Tegangan σ = F/A
σ adalah kekuatan tarik (MPa)
F adalah beban tarik (N)
A adalah luas penampang spesimen
2. Kurva tarik
Analisis beberapa tahap proses peregangan:
a. Pada tahap OP dengan beban kecil, perpanjangan berada dalam hubungan linier dengan beban, dan Fp adalah beban maksimum untuk mempertahankan garis lurus.
b. Setelah beban melebihi Fp, kurva tarik mulai mengambil hubungan non-linier. Sampel memasuki tahap deformasi awal, dan beban dihilangkan, sehingga sampel dapat kembali ke keadaan semula dan mengalami deformasi elastis.
c. Setelah beban melebihi Fe, beban dihilangkan, sebagian deformasi dipulihkan, dan sebagian deformasi sisa dipertahankan, yang disebut deformasi plastis. Fe disebut batas elastis.
d. Ketika beban semakin meningkat, kurva tarik menunjukkan gigi gergaji. Ketika beban tidak bertambah atau berkurang, fenomena pemanjangan berkelanjutan pada sampel percobaan disebut luluh. Setelah luluh, sampel mulai mengalami deformasi plastis yang nyata.
e. Setelah luluh, sampel menunjukkan peningkatan ketahanan deformasi, pengerasan kerja, dan penguatan deformasi. Ketika beban mencapai Fb, bagian sampel yang sama menyusut tajam. Fb adalah batas kekuatan.
f. Fenomena penyusutan menyebabkan penurunan daya dukung sampel. Ketika beban mencapai Fk, sampel akan patah. Ini disebut beban fraktur.
Kekuatan Hasil
Kekuatan luluh adalah nilai tegangan maksimum yang dapat ditahan oleh material logam dari awal deformasi plastis hingga fraktur sempurna ketika dikenai gaya eksternal. Nilai ini menandai titik kritis di mana material bertransisi dari tahap deformasi elastis ke tahap deformasi plastis.
Klasifikasi
Kekuatan luluh atas: mengacu pada tegangan maksimum sampel sebelum gaya turun untuk pertama kalinya saat luluh terjadi.
Kekuatan luluh bawah: mengacu pada tegangan minimum pada tahap luluh ketika efek transien awal diabaikan. Karena nilai titik luluh bawah relatif stabil, biasanya digunakan sebagai indikator ketahanan material, yang disebut titik luluh atau kekuatan luluh.
Rumus perhitungan
Untuk kekuatan luluh atas: R = F / Sₒ, di mana F adalah gaya maksimum sebelum gaya turun untuk pertama kalinya dalam tahap luluh, dan Sₒ adalah luas penampang asli sampel.
Untuk kekuatan luluh yang lebih rendah: R = F / Sₒ, di mana F adalah gaya minimum F dengan mengabaikan efek transien awal, dan Sₒ adalah luas penampang asli sampel.
Satuan
Satuan kekuatan luluh biasanya MPa (megapascal) atau N/mm² (Newton per milimeter persegi).
Contoh
Ambil contoh baja karbon rendah, batas luluhnya biasanya 207MPa. Ketika dikenai gaya eksternal yang lebih besar dari batas ini, baja karbon rendah akan mengalami deformasi permanen dan tidak dapat dipulihkan; ketika dikenai gaya eksternal yang kurang dari batas ini, baja karbon rendah dapat kembali ke keadaan semula.
Kekuatan luluh merupakan salah satu indikator penting untuk mengevaluasi sifat mekanik material logam. Kekuatan luluh mencerminkan kemampuan material untuk menahan deformasi plastis ketika dikenai gaya eksternal.
Kekuatan tarik
Kekuatan tarik adalah kemampuan suatu material untuk menahan kerusakan akibat beban tarik, yang secara spesifik dinyatakan sebagai nilai tegangan maksimum yang dapat ditahan material selama proses tarik. Ketika tegangan tarik pada material melebihi kekuatan tariknya, material tersebut akan mengalami deformasi plastis atau fraktur.
Rumus perhitungan
Rumus perhitungan kekuatan tarik (σt) adalah:
σt = F / A
Di mana F adalah gaya tarik maksimum (Newton, N) yang dapat ditahan spesimen sebelum patah, dan A adalah luas penampang awal spesimen (milimeter persegi, mm²).
Satuan
Satuan kekuatan tarik biasanya MPa (megapascal) atau N/mm² (Newton per milimeter persegi). 1 MPa sama dengan 1.000.000 Newton per meter persegi, yang juga sama dengan 1 N/mm².
Faktor-faktor yang mempengaruhi
Kekuatan tarik dipengaruhi oleh banyak faktor, termasuk komposisi kimia, struktur mikro, proses perlakuan panas, metode pemrosesan, dll. Bahan yang berbeda memiliki kekuatan tarik yang berbeda, sehingga dalam aplikasi praktis, perlu untuk memilih bahan yang sesuai berdasarkan sifat mekanis bahan tersebut.
Aplikasi praktis
Kekuatan tarik merupakan parameter yang sangat penting dalam bidang ilmu dan teknik material, dan sering digunakan untuk mengevaluasi sifat mekanik material. Dalam hal desain struktur, pemilihan material, penilaian keselamatan, dll., kekuatan tarik merupakan faktor yang harus dipertimbangkan. Misalnya, dalam teknik konstruksi, kekuatan tarik baja merupakan faktor penting dalam menentukan kemampuan baja tersebut menahan beban; dalam bidang kedirgantaraan, kekuatan tarik material ringan dan berkekuatan tinggi merupakan kunci untuk menjamin keselamatan pesawat terbang.
Kekuatan kelelahan:
Kelelahan logam merujuk pada proses di mana material dan komponen secara bertahap menghasilkan kerusakan kumulatif lokal permanen di satu atau beberapa tempat di bawah tekanan siklik atau regangan siklik, dan retakan atau patah tulang lengkap yang tiba-tiba terjadi setelah sejumlah siklus tertentu.
Fitur
Tiba-tiba: Kegagalan kelelahan logam sering terjadi secara tiba-tiba dalam waktu singkat tanpa tanda-tanda yang jelas.
Lokalitas posisi: Kegagalan akibat kelelahan biasanya terjadi di area lokal tempat tekanan terkonsentrasi.
Kepekaan terhadap lingkungan dan cacat: Kelelahan logam sangat sensitif terhadap lingkungan dan cacat kecil di dalam material, yang dapat mempercepat proses kelelahan.
Faktor-faktor yang mempengaruhi
Amplitudo tegangan: Besarnya tegangan secara langsung memengaruhi masa lelah logam.
Besarnya tegangan rata-rata: Semakin besar tegangan rata-rata, semakin pendek umur lelah logam.
Jumlah siklus: Semakin sering logam mengalami tekanan atau regangan siklik, semakin serius akumulasi kerusakan akibat kelelahan.
Tindakan pencegahan
Optimalkan pemilihan material: Pilih material dengan batas kelelahan yang lebih tinggi.
Mengurangi konsentrasi tegangan: Kurangi konsentrasi tegangan melalui desain struktural atau metode pemrosesan, seperti menggunakan transisi sudut membulat, meningkatkan dimensi penampang, dll.
Perawatan permukaan: Pemolesan, penyemprotan, dll. pada permukaan logam untuk mengurangi cacat permukaan dan meningkatkan kekuatan lelah.
Inspeksi dan pemeliharaan: Periksa komponen logam secara teratur untuk segera mendeteksi dan memperbaiki kerusakan seperti retakan; rawat bagian yang rentan lelah, seperti mengganti bagian yang aus dan memperkuat sambungan yang lemah.
Kelelahan logam merupakan mode kegagalan logam yang umum, yang ditandai dengan kejadian yang tiba-tiba, lokal, dan sensitif terhadap lingkungan. Amplitudo tegangan, besaran tegangan rata-rata, dan jumlah siklus merupakan faktor utama yang memengaruhi kelelahan logam.
Kurva SN: menggambarkan masa lelah material pada berbagai tingkat tegangan, di mana S melambangkan tegangan dan N melambangkan jumlah siklus tegangan.
Rumus koefisien kekuatan lelah:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Dimana (Ka) adalah faktor beban, (Kb) adalah faktor ukuran, (Kc) adalah faktor suhu, (Kd) adalah faktor kualitas permukaan, dan (Ke) adalah faktor keandalan.
Ekspresi matematika kurva SN:
(\sigma^m N = C)
Di mana (\sigma) adalah tegangan, N adalah jumlah siklus tegangan, dan m dan C adalah konstanta material.
Langkah-langkah perhitungan
Tentukan konstanta material:
Tentukan nilai m dan C melalui percobaan atau dengan merujuk pada literatur terkait.
Tentukan faktor konsentrasi tegangan: Pertimbangkan bentuk dan ukuran aktual komponen, serta konsentrasi tegangan yang disebabkan oleh fillet, alur pasak, dll., untuk menentukan faktor konsentrasi tegangan K. Hitung kekuatan lelah: Menurut kurva SN dan faktor konsentrasi tegangan, dikombinasikan dengan masa pakai desain dan tingkat tegangan kerja komponen, hitung kekuatan lelah.
2. Plastisitas:
Plastisitas mengacu pada sifat suatu material yang, ketika dikenai gaya eksternal, menghasilkan deformasi permanen tanpa patah ketika gaya eksternal tersebut melebihi batas elastisnya. Deformasi ini bersifat ireversibel, dan material tidak akan kembali ke bentuk aslinya meskipun gaya eksternal dihilangkan.
Indeks plastisitas dan rumus perhitungannya
Perpanjangan (δ)
Definisi: Perpanjangan adalah persentase deformasi total bagian pengukur setelah spesimen patah tarik ke panjang pengukur asli.
Rumus: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
Dimana L0 adalah panjang pengukur asli spesimen;
L1 adalah panjang pengukur setelah spesimen patah.
Reduksi segmental (Ψ)
Definisi: Pengurangan segmental adalah persentase pengurangan maksimum pada luas penampang di titik leher setelah spesimen dipatahkan ke luas penampang semula.
Rumus: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
Dimana F0 adalah luas penampang asli spesimen;
F1 adalah luas penampang pada titik leher setelah spesimen dipatahkan.
3. Kekerasan
Kekerasan logam adalah indeks sifat mekanis untuk mengukur kekerasan material logam. Indeks ini menunjukkan kemampuan menahan deformasi pada volume lokal permukaan logam.
Klasifikasi dan representasi kekerasan logam
Kekerasan logam memiliki beragam klasifikasi dan metode representasi berdasarkan metode pengujian yang berbeda. Yang terutama meliputi:
Kekerasan Brinell (HB):
Ruang lingkup aplikasi: Umumnya digunakan ketika material lebih lunak, seperti logam non-ferrous, baja sebelum perlakuan panas atau setelah anil.
Prinsip pengujian: Dengan ukuran beban uji tertentu, bola baja yang dikeraskan atau bola karbida dengan diameter tertentu ditekan ke permukaan logam yang akan diuji, dan beban dilepaskan setelah waktu tertentu, dan diameter lekukan pada permukaan yang akan diuji diukur.
Rumus perhitungan: Nilai kekerasan Brinell adalah hasil bagi yang diperoleh dengan membagi beban dengan luas permukaan bulat lekukan.
Kekerasan Rockwell (HR):
Ruang lingkup aplikasi: Umumnya digunakan untuk material dengan kekerasan lebih tinggi, seperti kekerasan setelah perlakuan panas.
Prinsip pengujian: Mirip dengan kekerasan Brinell, tetapi menggunakan probe yang berbeda (berlian) dan metode perhitungan yang berbeda.
Jenis: Tergantung pada aplikasinya, ada HRC (untuk bahan dengan kekerasan tinggi), HRA, HRB, dan jenis lainnya.
Kekerasan Vickers (HV):
Ruang lingkup aplikasi: Cocok untuk analisis mikroskop.
Prinsip pengujian: Tekan permukaan material dengan beban kurang dari 120kg dan penekan kerucut persegi berlian dengan sudut titik puncak 136°, dan bagi luas permukaan lubang lekukan material dengan nilai beban untuk mendapatkan nilai kekerasan Vickers.
Kekerasan Leeb (HL):
Fitur: Penguji kekerasan portabel, mudah diukur.
Prinsip pengujian: Gunakan pantulan yang dihasilkan oleh kepala bola tumbukan setelah mengenai permukaan keras, dan hitung kekerasan dengan rasio kecepatan pantulan pukulan pada jarak 1 mm dari permukaan sampel terhadap kecepatan tumbukan.
Waktu posting: 25-Sep-2024
