Mengenal Sifat Material
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 35

Mengenal Sifat Material Sifat Mekanis PowerPoint PPT Presentation


  • 196 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Mengenal Sifat Material Sifat Mekanis. Uji Mekanik. Salah satu kriteria dalam pemilihan material untuk keperluan konstruksi adalah kekuatan mekanis-nya.

Download Presentation

Mengenal Sifat Material Sifat Mekanis

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Mengenal sifat material sifat mekanis

Mengenal Sifat Material

Sifat Mekanis


Uji mekanik

Uji Mekanik


Mengenal sifat material sifat mekanis

Salah satu kriteria dalam pemilihan material untuk keperluan konstruksi adalah kekuatan mekanis-nya

uji tarik (tensile test) uji tekan (compression test) uji kekerasan (hardness test) uji impak (impact test) uji kelelahan (fatigue test)

Beberapa uji mekanik:

Uji tarik (tensile test) dan uji tekan (compression test) dilakukan untuk mengetahui kemampuan material dalam menahan pembebanan statis.

Uji kekerasan untuk mengetahui ketahanan material terhadap perubahan (deformation) yang permanen.

Uji impak untuk mengetahui ketahanan material terhadap pembebanan mekanis yang tiba-tiba.

Uji kelelahan untuk mengetahui lifetime dibawah pembebanan siklis.


Mengenal sifat material sifat mekanis

A0

A

l0

l

P

Uji Tarik

sebelum pembebanan

dengan pembebanan

Engineering Stress :  ,didefinisikan sebagai rasio antara beban P pada suatu sampeldengan luas penampang awal dari sampel.

Engineering Stress :

Engineering Strrain :  ,didefinisikan sebagai rasio antara perubahan panjang suatu sampeldengan pembebanan terhadap panjang awal-nya.

Engineering Strain :


Mengenal sifat material sifat mekanis

daerah elastis

mulai daerah plastis

40

30

20

10

0

12

9

6

3

0

ultimate tensile strength

E

| | |

| | |

stress, [1000 psi]

stress, [1000 psi]

yield strength

batas elastis

| | | |

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

| | |

0 0.001 0.002 0.003

strain,  [in./in.]

strain,  [in./in.]

Uji Tarik memberikan kurva stress terhadap strain

Stress-Strain Curve :

linier

retak 

contoh kurva stress-strain dari Cu polikristal

  • di daerah elastis:

  • = E  (Hukum Hooke)

    E = modulus Young


Mengenal sifat material sifat mekanis

80

60

40

20

0

200

150

100

50

0

upper yield point

| | |

| | |

stress, [1000 psi]

stress, [1000 psi]

lower yield point

| | | |

0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25

| | |

0 0.001 0.002 0.003

strain,  [in./in.]

strain,  [in./in.]

baja 1030

tungsten carbide

Stress-Strain Curve beberapa macam material yang lain:


Mengenal sifat material sifat mekanis

120

80

40

0

3

2

1

0

tekan

tekan

| | |

| | |

stress:  [1000 psi]

stress:  [1000 psi]

tarik

tarik

| | | |

0 0.01 0.02 0.03 0.04

| | | |

0 0.001 0.002 0.003 0.004

strain:  [in./in.]

strain:  [in./in.]

besi tuang

beton

Uji Tekan

Material yang brittle, lemah dalam uji tarik, namun bisa kuat dalam uji tekan.


Mengenal sifat material sifat mekanis

P

D

d

spesimen

Uji Kekerasan

Uji kekerasan mengukur kekuatan material terhadap suatu indenter;indenter ini bisa berbentuk bola, piramida, kerucut, yang terbuat dari material yang jauh lebih keras dari material yang diuji.

Uji kekerasan dilakukan dengan memberikan beban secara perlahan, tegaklurus pada permukaan benda uji, dalam jangka waktu tertentu.

Salah satu metoda adalah Test Brinell, dengan indenter bola tungsten carbide, D = 10 mm

Hardness Number dihitung dengan formula:


Mengenal sifat material sifat mekanis

ujung bandul

spesimen

penahan

Uji Impak

Uji impak mengukur energi yang diperlukan untuk mematahkan batang material yang diberi lekukan standar, dengan memberikan beban impuls.

Beban impuls diberikan oleh bandul dengan massa tertentu, yang dilepaskan dari ketinggian tertentu. Bandul akan menabrak spesimen dan mematahkannya, kemudian naik lagi sampai ketinggian tertentu.

Dengan mengetahui massa bandul dan selisih ketinggian bandul saat ia dilepaskan dengan ketinggian bandul setelah mematahkan spesimen, dapat dihitung energi yang diserap dalam terjadinya patahan.


Mengenal sifat material sifat mekanis

Sifat Elastis


Mengenal sifat material sifat mekanis

A

A

stress,

stress,

elastis

elastis

strain, 

strain, 

Semua jenis material berubah bentuk, atau berubah volume, atau keduanya, pada waktu mendapat tekanan ataupun perubahan temperatur.

Perubahan tersebut dikatakan elastis jika perubahan bentuk atau volume yang disebabkan oleh perubahan tekanan ataupun temperatur dapat secara sempurna kembali ke keadaan semula jika tekanan atau temperatur kembali ke keadaan awalnya.

Pada material kristal, hubungan antara stress dan strain adalah linier sedangkan pada material non kristal (dengan rantai molekul panjang) pada umumnya hubungan tersebut tidak linier.


Mengenal sifat material sifat mekanis

E = modulus Young

densitas material

A

kecepatan rambat suara dalam material

stress: 

elastis

strain: 

Pada bagian kurva stress-strain yang linierdapat dituliskan hubungan linier

Modulus Young ditentukan dengan cara lain, misalnya melalui formula:


Mengenal sifat material sifat mekanis

z

stress: z

l0

l

z

strain: z

Ada beberapa konstanta proporsionalitas yang biasa digunakan dalam menyatakan hubungan linier antara stress dan strain, tergantung dari macam stress dan strain

1) Modulus Young


Mengenal sifat material sifat mekanis

l0

Shear stress, 

Shear strain, 

2). Modulus shear


Mengenal sifat material sifat mekanis

volume awal V0

hydrostatic stress :hyd

V

perubahan volume

V / V0

3) Modulus bulk (volume)


Sifat elastis ditinjau dari skala atom

Sifat ElastisDitinjau Dari Skala Atom


Mengenal sifat material sifat mekanis

Energi potensial dari dua atom sebagai fungsi jarak antara keduanya dapat dinyatakan dengan persamaan:

V : energi potensial

r : jarak antar atom

A : konstanta proporsionalitas untuk tarik-menarik antar atom

B : konstanta proporsionalitas untuk tolak-menolak antar atom

n dan m : pangkat yang akan memberikan variasi dari V terhadap r


Mengenal sifat material sifat mekanis

Gaya dari dua atom sebagai fungsi jarak antara keduanya dapat diturunkan dari relasi energi potensial:

F : gaya antar atom

r : jarak antar atom

a : konstanta proporsionalitas untuk tarik-menarik antar atom

b : konstanta proporsionalitas untuk tolak-menolak antar atom

N dan M : pangkat yang akan memberikan variasi dari F terhadap r


Mengenal sifat material sifat mekanis

tolak-menolak

tolak-menolak

jumlah

jumlah

energi potensial, V

gaya, F

r

r

d0

d0

tarik-menarik

tarik-menarik

Kurva energi potensial dan kurva gaya sebagai fungsi jarak antara atom, disebut kurva Condon-Morse:


Mengenal sifat material sifat mekanis

gaya, F

r

d0

daerah elastis

Kurva gaya dan garis singgung pada d0 untuk keperluan praktis dapat dianggap berimpit pada daerah elastis.


Mengenal sifat material sifat mekanis

jarak antar atom

Energi Potensial

drata2

drmin

drmaks

T >>

0oK

d0

Pengaruh Temperatur

Jarak rata-rata antar atom meningkat dengan peningkatan temperatur.


Mengenal sifat material sifat mekanis

Anelastisitas


Mengenal sifat material sifat mekanis

Tercapainya strain maksimum bisa lebih lambat dari tercapainya stress maksimum yang diberikan. Jadi strain tidak hanya tergantung dari stress yang diberikan tetapi juga tergantung waktu. Hal ini disebut anelastisitas.

Jika material mendapat pembebanan siklis, maka keterlambatan strain terhadap stress menyebabkan terjadinya desipasi energi.

Desipasi energi menyebabkan terjadinya damping.

Desipasi energi juga terjadi pada pembebanan monotonik isothermal di daerah plastis.

Gejala ini dikenal sebagai creep.


Mengenal sifat material sifat mekanis

M

A

X

X

M

M

A

M

M

adiabatik

isothermik

O

A’

O

Efek Thermoelastik

Material kristal cenderung turun temperaturnya jika diregangkan (ditarik).

Jika peregangan dilakukan cukup lambat, maka material sempat menyerap energi thermal dari sekelilingnya sehingga temperaturnya tak berubah. Dalam hal demikian ini proses peregangan (straining) terjadi secara isothermik.

Loop Histerisis Elastis


Mengenal sifat material sifat mekanis

O

O

O

O

desipasi energi per siklus

f1 f2f3 f4f5

O

frekuensi

Desipasi energi per siklus tergantung dari frekuensi


Difusi atom

Difusi Atom


Mengenal sifat material sifat mekanis

Peregangan bisa menyebabkan terjadinya difusi atom.


Mengenal sifat material sifat mekanis

2

1

t1

t

Waktu Relaksasi : 

t0


Mengenal sifat material sifat mekanis

Keretakan (Fracture)


Mengenal sifat material sifat mekanis

Keretakan adalah peristiwa terpisahnya satu kesatuan menjadi dua atau lebih bagian. Bagaimana keretakan terjadi, berbeda dari satu material ke material yang lain, dan pada umumnya dipengaruhi oleh stress yang diberikan, geometris dari sampel, kondisi temperatur dan laju strain yang terjadi.

Keretakan dibedakan antara keretakan brittle dan ductile.

Keretakan brittle terjadi dengan propagasi yang cepat sesudah sedikit terjadi deformasi plastis atau bahkan tanpa didahului oleh terjadinya deformasi plastis.

Keretakan ductile adalah keretakanyangdidahului oleh terjadinya deformasi plastis yang cukup panjang / lama, dan keretakan terjadi dengan propagasi yang lambat.


Mengenal sifat material sifat mekanis

Pada material kristal, keretakan brittlebiasanya menjalar sepanjang bidang tertentu dari kristal, yang disebut bidang cleavage.

Pada material polikristal keretakan brittle tersebut terjadi antara grain dengan grain karena terjadi perubahan orientasi bidang clevage ini dari grain ke grain.

Selain terjadi sepanjang bidang cleavage, keretakan brittle bisa terjadi sepanjang batas antar grain, dan disebut keretakan intergranular.

Kedua macam keretakan brittle, cleavage dan intergranular, terjadi tegak lurus pada arah stress yang maksimum.

Kalkulasi teoritis kekuatan material terhadap keretakan adalah sangat kompleks. Walaupun demikian ada model sederhana, berbasis pada besaran-besaran sublimasi, gaya antar atom, energi permukaan, yang dapat digunakan untuk melakukan estimasi. Tidak kita pelajari.


Mengenal sifat material sifat mekanis

Keretakan ductile didahului oleh terjadinya deformasi plastis, dan keretakan terjadi dengan propagasi yang lambat.

Pada material yang digunakan dalam engineering, keretakan ductile dapat diamati terjadi dalam beberapa tahapan

  • terjadinya necking, dan mulai terjadi gelembung retakan di daerah ini;

  • gelembung-gelembung retakan menyatu membentuk retakan yang menjalar keluar tegaklurus pada arah stress yang diberikan;

  • retakan melebar ke permukaan pada arh 45o terhadap arah tegangan yang diberikan.

Mulai awal terjadinya necking, deformasi dan stress terkonsentrasi di daerah leher ini. Stress di daerah ini tidak lagi sederhana searah dengan arah gaya dari luar yang diberikan, melainkan terdistribusi secara kompleks dalam tiga sumbu arah. Keretakan ductile dimulai di pusat daerah leher, di mana terjadi shear stress maupun tensile stress lebih tinggi dari bagian lain pada daerah leher. Teori tidak kita pelajari.


Mengenal sifat material sifat mekanis

Transisi dari ductile ke brittle

Dalam penggunaan material, adanya lekukan, atau temperatur rendah, atau pada laju strain yang tinggi, bisa terjadi transisi dari keretakan ductile ke brittle.

Keretakan ductile menyerap banyak energi sebelum patah, sedangkan keretakan brittle memerlukan sedikit energi.

Hindarkan situasi yang mendorong terjadinya transisi ke kemungkinan keretakan brittle.


Mengenal sifat material sifat mekanis

Keretakan karena kelelahan metal

Material ductile dapat mengalami kegagalan fungsi jika mendapat stress secara siklis, walaupun stress tersebut jauh di bawah nilai yang bisa ia tahan dalam keadaan statis.

Tingkat stress maksimum sebelum kegagalan fungsi terjadi, disebut endurance limit.

Endurance limit didefinidikan sebagai stress siklis paling tinggi yang tidak menyebabkan terjadinya kegagalan fungsi, berapapun frekuensi siklis-nya.

Endurance limit hampir sebanding dengan ultimate tensile strength (UTS). Pada alloy besi sekitar ½ dan pada alloy bukan besi sampai 1/3 UTS.

Secara umum diketahui bahwa jika bagian permukaan suatu spesimen lebih lunak dari bagian dalamnya maka kelelahan metal lebih cepat terjadi dibandingkan dengan jika bagian permukaan lebih keras. Untuk meningkatkan umur mengahadapi terjadinya kelelahan metal, dilakukan pengerasan permukaan (surface-harden).


Course ware mengenal sifat material sifat mekanis sudaryatno sudirham

Course WareMengenal Sifat MaterialSifat MekanisSudaryatno Sudirham


  • Login