Sejarah Pengujian Impact
Sejarah pengujian impak terjadi pada masa Perang Dunia ke 2, karena ketika itu banyak terjadi fenomena patah getas yang terjadi pada daerah lasan kapal-kapal perang dan tanker-tanker.
Diantara fenomena patahan tersebut ada yang patah sebagian dan ada yang benar-benar patah terbeah menjadi 2 bagian, fenomena patahan ini terjadi terutama pada saat musim dingin-ketika diaut bebas ataupun ketika kapal sedang berabuh. Dan contoh yang sangat terkenal tentang fenomena patahan getas adalah tragedi Kapal TITANIC yang melintasi samudera Atlantik.
Pengertian Uji Impact
Pengujian impak merupakan suatu pengujian yang mengukur ketahanan bahan terhadap beban kejut. Inilah yang membedakan pengujian impak dengan pengujian tarik dan kekerasan dimana pembebanan dilakukan secara perlahan-lahan.
Pengujian impak merupakan suatu upaya untuk mensimulasikan kondisi operasi material yang sering ditemui dalam perlengkapan transportasi atau konstruksi dimana beban tidak selamanya terjadi secara perlahan-lahan, melainkan datang secara tiba-tiba. Contoh deformasi pada bumper mobil pada saat terjadinya tumbukan kecelakaan.
Prinsip Dasar Pengujian Impact
Prinsip dasar dari pengujian impak adalah penyerapan energi potensial dari pendulum beban yang berayun dari suatu ketinggian tertentu dan menumbuk beban uji,sehingga beban uji mengalami deformasi maksimum hingga mengakibatkan perpatahan.
Pada pengujian impak ini banyaknya energi yang diserap oleh bahan untuk terjadinya perpatahan merupakan ukuran ketahanan impak atau ketangguhan bahan tersebut.
Energi yang diserap oleh benda uji pada pengujian impak dinyatakan dalam satuan Joule dan langsung dibaca pada skala (dial) penunjuk yang telah dikalibrasi yang terdapat pada mesin penguji. Harga impak suatu bahan yang diuji dengan metode Charpy diberikan oleh
E: energi yang diserap (joule)A: luas area penampang dibawah takik (mm2)
P: beban yang diberikan (joule)H0: ketinggian awal bandul (mm)H1: ketinggian akhir setelah terjadi perpatahan benda uji (mm)
Test dalam pengujian impact ada dua, yaitu:
- Drop Weight Test
Dikembangkan oleh laboratorium riset Naval, standarisasinya berdasarkan ASTM adalah ASTM E 208-69. Test Naval (dikenal juga dengan Nil-Ductility-Transition Temperature Test) dimaksud untuk keperluan luas, yakni untuk mengetahui patah getas ( brittle fracture) dari bahan baja.
- Notched Bar Test
Dikenal ada dua metode yang lazim digunakan, yakni:
- Metode Charpy
- Metode Izod
1. Metode Charpy
Menggunakan batang impat yang ditumpu pada ujung-ujungnya. Benda uji Charpy mempunyai luas penampang lintang bujur sangkar dan mengandung takik V- , dengan jari-jari dasar 0,25 mm dan kedalaman 2mm. Benda uji diletakkan pada tumpuan dalam posisi mendatar dan bagian yang tidak bertakik diberi beban impact dengan ayunan bandul. Benda uji akan melengkung dan patah pada laju regangan yang tinggi.
Menurut ASTM, standarisasi Notched Bar Test adalah ASTM E 23-82.
 |
| Gambar - Ilustrasi skematik pembebanan impak pada benda uji Charpy dan Izod |
Perbedaan charpy dengan izod adalah peletakan spesimen. Pengujian dengan menggunkan charpy lebih akurat karena pada izod, pemegang spesimen juga turut menyerap energi, sehingga energi yang terukur bukanlah energi yang mampu di serap material seutuhnya.
Serangkaian uji Charpy pada satu material umumnya dilakukan pada berbagai temperatur sebagai upaya untuk mengetahui temperatur transisi. Pengukuran lain yang biasa dilakukan dalam pengujian impak Charpy adalah penelaahan permukaan perpatahan untuk menentukan jenis perpatahan (fracografi) yang terjadi. Secara umum sebagaimana analisis perpatahan pada benda hasil uji tarik maka perpatahan impak digolongkan menjadi 3 jenis, yaitu:
1. Perpatahan berserat (fibrous fracture)
Melibatkan mekanisme pergeseran bidang-bidang kristal di dalam material atau logam yang ulet (ductile). Ditandai dengan permukaan patahan yang berserat yang berbentuk dimpel yang menyerap cahaya dan buram. Perpatahan dimple ditandai oleh adanya cekungan-cekungan yang berbentuk sama sumbu, parabola atauelips, tergantung pada keadaan beban.
2. Perpatahan granular/kristalin
Dihasilkan oleh mekanisme pembelahan (cleavage) pada butir-butir dari material atau logam yang rapuh (brittle). Ditandai dengan permukaan yang datar. Selain itu, faset datar menampilkan “cirisungai” (river marking).Ciri sungai disebabkan oleh perambatan retak melalui Kristal sepanjang sejumlah bidang sejajar membentuk lembah dan tepi tajam sehingga memberikan daya pantul cahaya yang tinggi (mengkilap).
3. Perpatahan campuran
Merupakan kombinasi kedua jenis perpatahan di atas
 |
| Gambar - Ilustrasi permukaan patahan (fractografi) benda uji impact |
Dengan adanya pengaruh kecepatan, maka bentuk suatu benda mempengaruhi kemampuannya dalam menahan beban impak. Pada temparatur ruang, sebuah batang logam ulet tidak akan mengalami perpatahan di bawah pembebanan impak.
Untuk itu, spesimen tersebut harus diberi notch (takik). Penggunaan notch tersebut menyebabkan besarnya konsentrasi tegangan yang terlokalisasi, yang membuat energi perpatahan paling banyak diserap pada bagian yang terlokalisasi tersebut, dan cenderung menyebabkan tipe perpatahan getas. Kecenderungan material ulet untuk berlaku seperti material getas ketika rusak pada benda yang terdapat takik di dalamnya sering disebut notch sensitivity.
2. Metode izod
Metode Izod lazim digunakan di Inggris dan Eropa. Sampel uji memiliki dimensi ukuran yaitu 10 x 10 x 75 mm (tinggi x lebar x panjang). Posisi takik berada pada jarak 28 mm dari ujung benda uji, kedalaman takik 2 mm dari permukaan benda uji dan sudut takik 45^o. Bentuk takik berupa Benda diletakkan pada tumpuan dengan posisi vertikal dan dijepit.
 |
Gambar - Bentuk dan ukuran benda uji Izod |
Sampel yang dijepit menyebabkan pengujian berlangsung lama, sehingga tidak cocok untuk digunakan pada pengujian dengan temperatur bervariasi. Sedangkan ayunan bandul dari arah depan takik dengan pembebanan dilakukan dari arah muka takik.
 |
| Gambar - Ilustrasi pembebanan impak metode Izod & Bentuk dan dimensi benda uji impak berdasarkan ASTM E23-56T |
Faktor yang mempengaruhi kegagalan material pada pengujian impact
1. Notch
Notch pada material akan menyebabkan terjadinya konsentrasi tegangan pada daerah yang lancip sehingga material lebih mudah patah. Selain itu notch juga akan menimbulkan triaxial stress. Triaxial stress ini sangat berbahaya karena tidak akan terjadi deformasi plastis dan menyebabkan material menjadi getas. Sehingga tidak ada tanda-tanda bahwa material akan mengalami kegagalan.
2. Temperatur
Pada temperatur tinggi material akan getas karena pengaruh vibrasi elektronnya yang semakin rendah, begitupun sebaliknya.
3. Strainrate
Jika pembebanan diberikan pada strain rate yang biasa-biasa saja, maka material akan sempat mengalami deformasi plastis, karena pergerakan atomnya (dislokasi). Dislokasi akan bergerak menuju ke batas butir lalu kemudian patah. Namun pada uji impak, strain rate yang diberikan sangat tinggi sehingga dislokasi tidak sempat bergerak, apalagi terjadi deformasi plastis, sehingga material akan mengalami patah transgranular, patahnya ditengah-tengah atom, bulan di batas butir. Karena dislokasi ga sempat gerak ke batas butir.
Kemudian, dari hasil percobaan akan didapatkan energi dan temperatur. Dari data tersebut, kita akan buat diagram harga impak terhadap temperatur. Energi akan berbanding lurus dengan harga impak. Kemudian kita akan mendapakan temperatur transisi. Temperatur transisi adalah range temperature dimana sifat material dapat berubah dari getas ke ulet jika material dipanaskan.
Temperatur transisi ini bergantung pada berbagai hal, salah satunya aspek metalurgi material, yaitu kadar karbon. Material dengan kadar karbon yang tinggi akan semakin getas, dan harga impaknya kecil, sehingga temperatur transisinya lebih besar.
Temperatur transisi akan mempengaruhi ketahanan material terhadap perubahan suhu. Jika temperatur transisinya kecil maka material tersebut tidak tahan terhadap perubahan suhu.
Pada percobaan ini, ada 10 sampel, 5 baja dan 5 aluminium. 2 baja dipanaskan dan 2 lagi didinginkan. begitu pula dengan aluminium.
Dipanaskan. Baja dan aluminium ini dipanaskan dengan menggunakan kompor listrik sampai pada temperatur 200an derajat celcius. Kemudian sampel ini di beri beban impak dan… hasilnya keempat sampel ini tidak patah seluruhnya, hanya sebagian. Terjadi pembengkokan pada sampel.
Mengapa sampel tidak patah? Hal ini ada pengaruhnya dengan suhu. Suhu yang semakin tinggi menyebabkan vibrasi elektron semakin tinggi sehingga pergerakan elektron menjadi semakin bebas. Dan energi untuk melakukan deformasi elastis semakin rendah. Hal inilah yang menyebabkan spesimen tidak patah, melainkan hanya mengalami deformasi plastis.
Pada temperatur kamar. Spesimen nya gas diberi perlakuan apapun. Langsung diberi beban impak dan spesimen nya patah ulet. Temperatur spesimen lebih rendah dari yang semula, sehingga vibrasi elektronnya lebih rendah dan menyebabkan material menjadi agak lebih getas jika dibandingkan dengan spesimen awal.
Namun spesimen ini belum getas karena elektronnya masih dapat bergerak hingga deformasi plastis. Didinginkan Pada pengujian ini, spesimen didinginkan dengan menggunakan nitrogen cair, hingga mencapai suhu minus puluhan derajat.
Kemudian spesimen diberi beban impak dan terjadi patah getas. Hal ini terjadi karena vibrasi elektron yang melemah sehingga energi yang dibutuhkan untuk elektron bergeran dan berdeformasi plastis lebih tinggi, sehingga terjadilah patah getas pada material.
Patah Getas dan Patah Ulet
Secara umum perpatahan dapat digolongkan menjadi 2 golongan umum yaitu :
1. Patah Ulet/ liat
Patah yang ditandai oleh deformasi plastis yang cukup besar, sebelum dan selama proses penjalaran retak.
2. Patah Getas
Patah yang ditandai oleh adanya kecepatan penjalaran retak yang tinggi, tanpa terjadi deformasi kasar, dan sedikit sekali terjadi deformasi mikro.
Terdapat 3 faktor dasar yang mendukung terjadinya patah dari benda ulet menjadi patah getas :
- Keadaan tegangan 3 sumbu/ takikan.
- Suhu yang rendah.
- Laju regangan yang tinggi/ laju pembebanan yang cepat.
Informasi lain yang dapat dihasilkan dari pengujian impak adalah temperatur transisi bahan. Temperatur transisi adalah temperatur yang menunjukkan transisi perubahan jenis perpatahan suatu bahan bila diuji pada temperatur yang berbeda-beda.
Pada pengujian dengan temperatur yang berbeda-beda maka akan terlihat bahwa pada temperatur tinggi material akan bersifat ulet (ductile) sedangkan pada temperatur rendah material akan bersifat rapuh atau getas (brittle).
Fenomena ini berkaitan dengan vibrasi atom-atom bahan pada temperatur yang berbeda dimana pada temperatur kamar vibrasi itu berada dalam kondisi kesetimbangan dan selanjutnya akan menjadi tinggi bila temperatur dinaikkan (ingatlahbahwa energi panas merupakan suatu driving force terhadap pergerakan partikel atom bahan).
Vibrasi atom inilah yang berperan sebagai suatu penghalang (obstacle) terhadap pergerakandislokasi pada saat terjadi deformasi kejut/impak dari luar. Dengan semakin tinggi vibrasi itumaka pergerakan dislokasi mejadi relatif sulit sehingga dibutuhkan energi yang lebih besaruntuk mematahkan benda uji.
Sebaliknya pada temperatur di bawah nol derajat Celcius, vibrasi atom relatif sedikit sehingga pada saat bahan dideformasi pergerakan dislokasi menjadi lebih mudah dan benda uji menjadi lebih mudah dipatahkan dengan energi yang relatif lebih rendah.
Langkah Pengujian Impact
Alat yang Digunakan
- Tipe mesin uji : Charpy
- Dimensi : 75×40×100
- Kapasitas : 80 J
- Berat gondam : 8 kg
- Berat total : 120 kg
- Jarak antara titik pusat ayun dengan titik pukul : 600 mm
- Posisi awal pemukulan : 130°
- Radius pisau pemukul : 2.5 mm
- Sudut sisi pisau pemukul : 30°
Bahan yang Diperlukan
- Termometer atau termokopel
- Bak air
- Heater pemanas
- Pendingin spesimen
- Jangka sorong
Langkah kerja
- Pemeriksaan alat atau mesin yang akan digunakan
- Alat pengukuran dimensi spesimen
- Kebutuhan alat pengukur temperatur seperti termometer dan alat pemanas
- Spesimen uji minimal dua buah disesuaikan dengan kebutuhan
- Menerima pengarahan dari instruktur tentang prosedur pengujian yang akan dilakukan
- Melakukan pengukuran spesimen dengan menggunakan jangka sorong dan mencatat pada lembar kerja
- Melakukan pengujian
- Memeriksa kelengkapan praktikum
- Membersihkan kelengkapan alat yang digunakan
- Menendatangankan kartu praktikum kepada instruktur
- Menyerahkan kelengkapan praktikum kepada teknisi/administrasi
Mau donasi lewat mana?
Donate with PaypalGopay-