Uji kekuatan tarik terutama digunakan untuk mengetahui kemampuan bahan logam dalam menahan kerusakan selama proses tarik, dan merupakan salah satu indikator penting untuk mengevaluasi sifat mekanik bahan.
1. Uji tarik
Uji tarik didasarkan pada prinsip dasar mekanika material. Dengan memberikan beban tarik pada sampel material dalam kondisi tertentu, menyebabkan deformasi tarik hingga sampel pecah. Selama pengujian, deformasi sampel percobaan di bawah beban yang berbeda dan beban maksimum saat sampel pecah dicatat, untuk menghitung kekuatan luluh, kekuatan tarik, dan indikator kinerja material lainnya.
Stres σ = F/A
σ adalah kekuatan tarik (MPa)
F adalah beban tarik (N)
A adalah luas penampang benda uji
2. Kurva tarik
Analisis beberapa tahapan 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, dan sampel dapat kembali ke keadaan semula dan berubah bentuk secara 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 bertambah lebih lanjut, kurva tarik menunjukkan gigi gergaji. Ketika beban tidak bertambah atau berkurang, fenomena pemanjangan sampel percobaan yang terus menerus disebut luluh. Setelah luluh, sampel mulai mengalami deformasi plastis yang nyata.
e. Setelah luluh, sampel menunjukkan peningkatan ketahanan terhadap 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 putus. Ini disebut beban patah.
Kekuatan Hasil
Kekuatan luluh adalah nilai tegangan maksimum yang dapat ditahan oleh suatu bahan logam dari awal deformasi plastis hingga patah sempurna ketika terkena gaya luar. Nilai ini menandai titik kritis dimana 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 yang lebih rendah: mengacu pada tegangan minimum pada tahap luluh ketika efek transien awal diabaikan. Karena nilai titik leleh bawah relatif stabil, biasanya digunakan sebagai indikator ketahanan material, yang disebut titik luluh atau kekuatan luluh.
Rumus perhitungan
Untuk kuat leleh atas: R = F / Sₒ, dengan F adalah gaya maksimum sebelum gaya tersebut turun untuk pertama kalinya pada tahap leleh, dan Sₒ adalah luas penampang asli sampel.
Untuk kekuatan luluh yang lebih rendah: R = F / Sₒ, dengan 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 terkena gaya eksternal yang lebih besar dari batas ini, baja karbon rendah akan menghasilkan deformasi permanen dan tidak dapat direstorasi; bila terkena gaya luar yang kurang dari batas ini, baja karbon rendah dapat kembali ke keadaan semula.
Kekuatan luluh merupakan salah satu indikator penting untuk mengevaluasi sifat mekanik bahan logam. Ini mencerminkan kemampuan material untuk menahan deformasi plastis ketika terkena gaya eksternal.
Kekuatan tarik
Kekuatan tarik adalah kemampuan suatu bahan untuk menahan kerusakan akibat beban tarik, yang secara khusus dinyatakan sebagai nilai tegangan maksimum yang dapat ditahan bahan tersebut selama proses tarik. Apabila tegangan tarik suatu bahan melebihi kuat tariknya, maka bahan tersebut akan mengalami deformasi plastis atau patah.
Rumus perhitungan
Rumus perhitungan kuat tarik (σt) adalah:
σt = F / A
Dimana F adalah gaya tarik maksimum (Newton, N) yang dapat ditahan benda uji sebelum putus, dan A adalah luas penampang asli benda uji (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 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 mekanik dari bahan tersebut. bahan.
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 apakah baja tersebut dapat menahan beban; di bidang dirgantara, kekuatan tarik material yang ringan dan berkekuatan tinggi menjadi kunci untuk menjamin keselamatan pesawat.
Kekuatan kelelahan:
Kelelahan logam mengacu pada proses di mana bahan dan komponen secara bertahap menghasilkan kerusakan kumulatif lokal permanen di satu atau beberapa tempat di bawah tekanan siklik atau regangan siklik, dan retakan atau patahan total yang tiba-tiba terjadi setelah sejumlah siklus tertentu.
Fitur
Tiba-tiba dalam waktu: Kegagalan kelelahan logam seringkali terjadi secara tiba-tiba dalam waktu singkat tanpa tanda-tanda yang jelas.
Lokalitas pada posisi: Kegagalan kelelahan biasanya terjadi di area lokal dimana stres terkonsentrasi.
Sensitivitas terhadap lingkungan dan cacat: Kelelahan logam sangat sensitif terhadap lingkungan dan cacat kecil di dalam material, yang dapat mempercepat proses kelelahan.
Faktor yang mempengaruhi
Amplitudo tegangan: Besarnya tegangan secara langsung mempengaruhi umur kelelahan logam.
Besaran tegangan rata-rata: Semakin besar tegangan rata-rata, semakin pendek umur kelelahan logam.
Jumlah siklus: Semakin sering logam mengalami tekanan atau regangan siklik, semakin serius akumulasi kerusakan kelelahan.
Tindakan pencegahan
Optimalkan pemilihan material: Pilih material dengan batas kelelahan yang lebih tinggi.
Mengurangi konsentrasi tegangan: Mengurangi 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 cacat seperti retak; menjaga bagian-bagian yang rentan terhadap kelelahan, seperti mengganti bagian-bagian yang aus dan memperkuat mata rantai yang lemah.
Kelelahan logam adalah mode kegagalan logam yang umum, yang ditandai dengan sifat tiba-tiba, lokalitas, dan kepekaan terhadap lingkungan. Amplitudo tegangan, besaran tegangan rata-rata dan jumlah siklus merupakan faktor utama yang mempengaruhi kelelahan logam.
Kurva SN: menggambarkan umur kelelahan material pada tingkat tegangan yang berbeda, di mana S mewakili tegangan dan N mewakili 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)
Dimana (\sigma) adalah tegangan, N adalah jumlah siklus tegangan, dan m dan C adalah konstanta material.
Langkah-langkah perhitungan
Tentukan konstanta material:
Menentukan nilai m dan C melalui percobaan atau dengan mengacu pada literatur yang relevan.
Tentukan faktor konsentrasi tegangan: Pertimbangkan bentuk dan ukuran sebenarnya dari bagian tersebut, serta konsentrasi tegangan yang disebabkan oleh fillet, alur pasak, dll., untuk menentukan faktor konsentrasi tegangan K. Hitung kekuatan lelah: Berdasarkan kurva SN dan tegangan faktor konsentrasi, dikombinasikan dengan umur desain dan tingkat tegangan kerja bagian tersebut, menghitung kekuatan lelah.
2. Plastisitas:
Plastisitas mengacu pada sifat suatu bahan yang jika terkena gaya luar, akan menghasilkan deformasi permanen tanpa putus bila gaya luar melebihi batas elastisnya. Deformasi ini tidak dapat diubah, 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 alat ukur setelah benda uji dipatahkan tarik terhadap panjang alat ukur aslinya.
Rumus: δ = (L1 – L0) / L0 × 100%
Dimana L0 adalah panjang ukur asli benda uji;
L1 adalah panjang pengukur setelah benda uji dipatahkan.
Reduksi segmental (Ψ)
Definisi: Reduksi segmental adalah persentase pengurangan maksimum luas penampang pada titik leher setelah benda uji dipecah menjadi luas penampang semula.
Rumus: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
Dimana F0 adalah luas penampang asli benda uji;
F1 adalah luas penampang pada titik leher setelah benda uji dipatahkan.
3. Kekerasan
Kekerasan logam adalah indeks sifat mekanik untuk mengukur kekerasan bahan logam. Hal ini menunjukkan kemampuan menahan deformasi volume lokal pada permukaan logam.
Klasifikasi dan representasi kekerasan logam
Kekerasan logam memiliki beragam metode klasifikasi dan representasi menurut metode pengujian yang berbeda. Terutama mencakup hal-hal berikut:
Kekerasan Brinell (HB):
Lingkup aplikasi: Umumnya digunakan ketika bahan 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 dibongkar 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 bola lekukan.
Kekerasan Rockwell (SDM):
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 material dengan kekerasan tinggi), HRA, HRB dan jenis lainnya.
Kekerasan Vickers (HV):
Lingkup aplikasi: Cocok untuk analisis mikroskop.
Prinsip pengujian: Tekan permukaan material dengan beban kurang dari 120kg dan indentor kerucut persegi berbentuk berlian dengan sudut puncak 136°, lalu 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 tumbukan pada permukaan kekerasan, dan hitung kekerasan dengan rasio kecepatan pantulan pukulan pada 1 mm dari permukaan sampel dengan kecepatan tumbukan.
Waktu posting: 25 Sep-2024
