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 dasar mekanika material. Dengan menerapkan beban tarik pada sampel material dalam kondisi tertentu, hal itu menyebabkan deformasi tarik hingga sampel putus. Selama pengujian, deformasi sampel eksperimen di bawah beban yang berbeda dan beban maksimum saat sampel putus dicatat, sehingga dapat menghitung kekuatan luluh, kekuatan tarik, dan indikator kinerja material lainnya.
Tekanan 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 terhadap 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 mengalami deformasi elastis.
c. Setelah beban melebihi Fe, beban dihilangkan, sebagian deformasi dikembalikan, 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 terus-menerus dari sampel percobaan disebut yielding. Setelah yielding, sampel mulai mengalami deformasi plastik 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 lengkap saat dikenai gaya eksternal. Nilai ini menandai titik kritis saat material beralih 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 luluh yang lebih rendah 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 awal 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. Bila dikenai gaya eksternal yang lebih besar dari batas ini, baja karbon rendah akan mengalami deformasi permanen dan tidak dapat diperbaiki; bila 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 mekanis bahan logam. Hal ini mencerminkan kemampuan bahan untuk menahan deformasi plastis saat 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 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, jadi 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 rekayasa material, dan sering digunakan untuk mengevaluasi sifat mekanis material. Dalam hal desain struktural, pemilihan material, penilaian keselamatan, dll., kekuatan tarik merupakan faktor yang harus dipertimbangkan. Misalnya, dalam rekayasa konstruksi, kekuatan tarik baja merupakan faktor penting dalam menentukan apakah baja dapat menahan beban; dalam bidang kedirgantaraan, kekuatan tarik material yang ringan dan berkekuatan tinggi merupakan kunci untuk memastikan keselamatan pesawat terbang.
Kekuatan kelelahan:
Kelelahan logam mengacu 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 kali 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 peka 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 berada di bawah 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 berkala untuk segera mendeteksi dan memperbaiki cacat seperti retakan; rawat bagian yang rentan lelah, seperti mengganti bagian yang aus dan memperkuat sambungan yang lemah.
Kelelahan logam merupakan salah satu bentuk kegagalan logam yang umum, yang ditandai dengan tiba-tiba, lokalitas, dan kepekaan 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\dot Kb\dot Kc\dot Kd\dot 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 yang relevan.
Tentukan faktor konsentrasi tegangan: Pertimbangkan bentuk dan ukuran aktual komponen, serta konsentrasi tegangan yang disebabkan oleh fillet, alur pasak, dsb., 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 material yang, ketika dikenai gaya eksternal, menghasilkan deformasi permanen tanpa patah ketika gaya eksternal melampaui batas elastisitasnya. Deformasi ini tidak dapat diubah kembali, dan material tidak akan kembali ke bentuk aslinya bahkan jika gaya eksternal dihilangkan.
Indeks Plastisitas dan Rumus Perhitungannya
Perpanjangan (δ)
Definisi: Perpanjangan adalah persentase total deformasi penampang 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 pada titik leher setelah spesimen dipatahkan ke luas penampang asli.
Rumus: Ψ = (F0 – F1) / F0 × 100%
Dimana F0 adalah luas penampang awal spesimen;
F1 adalah luas penampang pada titik leher setelah spesimen dipatahkan.
3. Kekerasan
Kekerasan logam merupakan indeks sifat mekanis untuk mengukur kekerasan bahan logam. Indeks ini menunjukkan kemampuan menahan deformasi pada volume lokal permukaan logam.
Klasifikasi dan representasi kekerasan logam
Kekerasan logam memiliki berbagai macam klasifikasi dan metode representasi menurut metode pengujian yang berbeda. Terutama meliputi hal-hal berikut:
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 bola 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 material berkekerasan 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 berdasarkan rasio kecepatan pantulan pukulan pada jarak 1 mm dari permukaan sampel terhadap kecepatan tumbukan.
Waktu posting: 25-Sep-2024
