Pengujian fatik

A. Pengertian Pengujian Fatik

Uji fatik adalah kelelahan yang sering terjadi pada material yang dinamis. Sejak tahun 1830 telah diketahui bahwa logam yang dikenai tegangan berulang akan rusak pada tegangan yang jauh lebih rendah dibanding yang dibutuhkan untuk menimbulkan perpatahan pada beban tungggal. Kegagalan yang terjadi pada keadaan beban dinamik dinamakan kegagalan lelah (fatigue failures), barangkali karena pada umumnya kegagalan tersebut hanya terjadi setelah periode pemakaian yang cukup lama.

{tocify} $title={Daftar Isi Artikel}

Kegagalan fatiq semakin menonjol sejalan dengan pengembangan teknologi seperti; pesawat, mobil, kompresor, pompa, dan lain-lainnya. Kesemuanya mengalami beban berulang dan getaran. Hingga kini sering dinyatakan bahwa kelelahan meliputi paling tidak 90% dari seluruh kegagalan yang disebabkan oleh hal-hal yang bersifat mekanis.

Terdapat tiga faktor dasar yang diperlukan agar terjadi kegagalan lelah. Ketiga factor tersebut adalah:

1. tegangan tarik maksimum yang cukup tinggi

Tegangan tarik maksimum merupakan factor yang bisa membuat benda uji adatu kompenen mesin mengalami kegagalan lelah. Tegangan tarik yang tinggi membuat kegagalan lelah lebih cepat tejadi. Dimana saat tegangan tarik semakin besar, maka semakin cepat pula kegagalah lelah terjadi.

2. variasi atau flutuasi tegangan yang cukup besar

Variasi atau fluktuasi tegangan adalah naik turunnya besaran tegangan yang mengakibatkan kegagalan lelah terjadi. Biasanya benda uji atau komponen mesin akan mengalami kegagalan lelah pada atau sekitar permukaan benda uji. Dengan adanya fluktuasi tegangan  tersebut membuat benda uji di bawah batas kegagalan lelah, sehingga mengakibatkan umur kegagalan lelah semakin cepat.

3. siklus penerapan tegangan yang cukup besar

Semakin besar siklus tegangan yang diterapkan pada pengujian fatik, menyebabkan cepat terjadinya kegagalan lelah. Dealoam banyak pengujian dan aplikasi pemakaian, tegangan maksimum terjadi pada permukaan benda uji atau kompnen mesin.

Baca Juga : PERPATAHAN DAN KELELAHAN (FRACTURE AND FATIGUE)

Selain tiga faktor diatas terdapat sejumlah variable lain, yakni; konsentrasi tegangan, korosi, suhu, kelebihan bahan, struktur metalurgis, tegangan sisa, dan tegangan kombinasi yang cendrung untuk mengubah kondisi kelelahan.

B. Mekanisme pengujian Fatik

Ada tiga tahap terjadinya kegagalan lelah, yaitu crack initiation, crack propagation, dan fracture secara tiba-tiba akibat pertumbuhan crack yang tidak stabil.

1. Crack initiation

Pada skala mikroskopik material (logam) ulet (ductile) adalah tidak homogen dan anisotropic sehingga pasti terdapat stress concentration (notched). Ketika ada beban yang berosilasi (beban dinamik) di daerah notch akan menyebabkan local yielding pada daerah tersebut Yielding plastis yang terlokalisasi tersebut menyebabkan distorsi dan membentuk “slip band ” sepanjang batas kristal material. Slip band dalah daerah yang sangat intens mengalami deformasi akibat shear motion.

Dengan semakin banyaknya tegangan yang berosilasi maka slip band terus bertambah dan akan bergabung membentuk mikroskopic crack. Walaupun tidak ada notch mekanisme ini tetap terjadi sepanjang beban dinamik melampaui yield strength di suatu daerah mikroskopik pada material.

Keberadaan void atau inclusion membantu terjadinya crack. Material yang keuletannya lebih rendah cenderung lebih cepat mengalami crack, dengan kata lain material tersebut “more notch sensitivity”. Untuk material getas, mekanisme local yield (crack initiation) tidak terjadi, tetapi langsung ke tahap  rack propagation di tempat dimana terdapat void atau inklusi pada material.

2.Crack propagation

Crack yang berujung tajam menimbulkan konsentrasi tegangan yang lebih besar dibandingkan dengan notch, dan daerah plastis selalu timbul di ujung crack ketika crack terbuka akibat tegangan tarik, yang kemudian menumpulkan crack. Crack yang tumpul mengurangi efektivitas konsentrasi tegangan. 

Ketika tegangan tarik berubah siklus ke tegangan tekan/ nol/ tegangan tarik yang cukup kecil seperti pada gambar a, b dan c di samping akan menyebabkan crack menutup dan momentarily yielding berhenti dan hal ini menyebabkan crack meruncing kembali tetapi dengan dimensi yang lebih besar. Hal ini terjadi berulang-ulang sepanjang tegangan lokal di ujung crack bersiklus mulai dari bawah tegangan tarik yield (<σy) sampai tegangan diatas tegangan tarik yield (>σy).

Mekanisme lain penyebab crak propagation adalah korosi. Apabila ada suatu komponen mesin yang terdapat crack di dalamnya berada di lingkunagan korosif maka crack dapat tumbuh ketika menerima beban statik. Kombinasi tegangan dan korosi memiliki efek yang saling bersinergi satu sama lain yang mana material akan cepat terkorosi ketika menerima tegangan dibandingkan material yang tidak menerima tegangan.

3. Fracture

Pertumbuhan crack pada suatu komponen akibat siklus beban dinamik akan mencapai dimensi tertentu yang cukup besar untuk menimbulkan stress intensity factor, K di ujung crack yang selevel dengan fracture toughness, Kc material sehingga komponen tersebut dapat gagal secara tiba-tiba tanpa adanya peringatan terlebih dahulu pada siklus beban dinamik berikutnya. Mekanisme kegagalan ini sama dengan kondisi dimana K=Kc tercapai dengan adanya mekanisme crack propagation. 

Baca Juga : PEMBUATAN KOMPOSIT

Pemeriksaan dengan menggunakan mata telanjang pada komponen yang gagal akibat fatigue menunjukkan suatu pola tertentu. Ada suatu daerah yang dimulai dari tempat dimana awal micocrack terjadi yang mana daerah tersebut kelihatan mengkilap (burnished). Daerah tersebut terpisah dengan daerah yang terlihat pudar/ tidak mengkilap dan kasar (dull and rough) dan terlihat seperti patah getas.

C. Langkah Pengujian Fatik

1. Pengujian komposisi kimia

Pengujian komposisi kimia dimaksudkan untuk mengetahui apakah komposisi kimiam aterial besi cor kelabu yang dibuat sesuai dengan material yang telah dikembangkan sebelumnya.

2. Pengujian metalografi

Pengujian metalografi dimaksudkan untuk mengetahui distribusi dan ukuran grafit serpih danfasa-fasa yang ada pada material

3. Pengujian kekarasan

Pengujian kekerasan dimaksudkan untuk mengetahui keseragaman sifat mekanik   test bar.  Hal ini dilakukan karena test bar yang dibuat jumlahnya banyak.

4. Pengujian tarik

Pengujian tarik dimaksudkan untuk mengetahui kekuatan tarik material besi cor kelabu yang dihasilkan. Data ini digunakan sebagai acuanu ntuk menentukan besarnya tegangan yang akan dikenakan pada spesimen uji lelah. Selanjutnya setelah besarnya tegangan yang akan dipakai pada pengujian lelah ditetapkan, maka dapat dihitung besarnya masa pemberat yang akan digunakan pada pengujian lelah.

5. Pengujian lelah

Pengujian lelah siklus tinggi dimaksudkan untuk mengetahui ketahanan materialsaat dikenai beban yang berfluktuatif yang telah ditentukan sebelumnya. Ketahanan tersebut dinyatakan dengan jumlah siklus sampai spesimen lelah patah. Apabila spesimen mampu bertahan sampai 106 siklus, maka pengujian dihentikan. 

D. Faktor Mekanik yang Mempengaruhi Umur Fatik

1.  Konsentrasi Tegangan

2.  Peningkatan tegangan menurunkan umur fatik

3. Pemicunya dapat secara mekanis (misal: fillet atau alur pasak)maupun metalurgi (misal; porositas atau inklusi).

4. Kegagalan fatik selalu dimulai pada peningkatan tegangan, biasanya pada atau dekat dengan permukaan

Untuk mengetahui sifat bahan terhadap kekuatan tersebut maka dilakukan pengujian dengan dua cara yaitu:

a.Cara Izod (USA),

b.Cara charphy (Inggris)

Gambar: Pengujian Cara Izod dan charphy

E. Mengidentifikasi Jenis Patahan

Ada beberapa tipe perpatahan yang dikenal yaitu :

1. Perpatahan transgranural dikenal dengan patah bulat dimana terjadi pada butir logam yang   biasanya terjadi pada temperature rendah, permukaannya mengikuti bidang vertikal terentu.

2. Perpatahan intergranural adalah perpatahan yang terjadi antra butir-butir logam  yang kerap kali dianggap sebagai perpatahan pada berbagai paduan.

Patahan berdasarkan arah beban yang diberikan terhadap materal yaitu :

1. Opening Shear : merupakan perpatahan akibat pemberian beban yang mengakibatkan tegangan arahnya tegak lurus dengan bidang perpatahan dan berada pada posisi yang sejajar  berlawanan arah pada masing-masing sisi contohnya pada shockbreaker.

2. In Plane Shear : arah perpatahan melintang, hal ini terjadi karena beban diberikan ridak sejajar dan berlawanan arah pada ujung sehingga seakan-akan terjadi sliding contohnya pada kopling gesek

3. Out Plane Shear: terjadi akibat beban vertika dimana tegangan tersebu berada pada arah yang tidak sejajar dan berlawanan arah arah pada sumbu vertikal contohnya pada roda gigi.

Peningkatan ukuran benda uji juga menurunkan gradien tegangan sehingga lebih banyak bahan memungkinkan menegang lebih tinggi. Data pengujian kadang tidaklah konsisten secara menyeluruh; beberapa peneliti tidak menuliskan efek dari ukuran. Mungkin terdapat suatu efek dari jenis pengujian yang digunakan. Dalam Baja Karbon murni, batang halus tidak menunjukkan efek dimana batang bertakik berpengaruh .

Baca juga :

Go to Link

Mau donasi lewat mana?

Bank Transfer Donate with Paypal

BANK BNI - An.mechanical engineering / Rek - 2345xxx
Gopay-

Traktir creator minum kopi dengan cara memberi sedikit donasi. klik icon panah di atas