Elastisitas

Elastisitas adalah kemampuan suatu material untuk kembali ke ukuran semula saat tegangan yang diberikan dihilangkan.Sifat mekanis daerah elastis pada diagram tegangan-regangan:

1. Tegangan Elastic dan modulus young

Merupakan kemampuan untuk menerima beban tanpa terjadi deformasi plastis (ditunjukkan oleh titik luluh) dan digunakan sebagai harga batas beban bila digunakan dalam suatu perencanaan. Sedangkan modulus young dapat diartikan secara sederhana, yaitu adalah hubungan besaran tegangan dan regangan tarik.

Rumus modulus young

Keterangan :   

E     = Modulus young (N/ )

F     = Gaya yang diberikan (N)

A0  = Luas penampang bahan mula-mula ( )

Δl   = Pertambahan panjang bahan (mm)

L0 = Panjang mula-mula bahan (mm)

2. Kekakuan

Merupakan kemampuan bahan menerima beban atau ketegangan tanpa menyebabkan perubahan bentuk (deformasi).

3. Resilient

Merupakan kemampuan menyerap energi tanpa terjadi deformasi plastis. Biasanya dinyatakan dalam modulus resilient (energi yang diserap untuk meregangkan satu satuan volume bahan sampai batas plastis). 

Hubungan Tegangan – Regangan (Rekayasa – Sejati)

Kurva tegangan regangan memiliki 2 macam kurva. Pada gambar terlihat jelas perbedaan antara kedua kurva tersebut. Kurva tegangan regangan rekayasa (ordinary stress-strain curve) berdasarkan pada dimensi benda uji sedangkan kurva tegangan regangan sejati (true stress-strain curve) yang naik terus sampai patah.

Kurva tegangan regangan rekayasa diperoleh dari hasil pengukuran benda uji tarik. Tegangan yang diperlukan pada kurva diperoleh dengan cara membagi bahan dengan awal penampang benda uji. Sedangkan regangan yang digunakan pada kurva diperoleh dengan cara membagi perpanjangan ukur benda uji terhadap panjang awal persamaannya.

Proses penambahan regangan yang berlebihan akan mengakibatkan material mengalami penyempitan penampang (necking). Pada regangan-tegangan sejati, nilai luas penampang yang dipakai adalah luas penampang specimen sebenarnya, sehingga ketika terjadi necking, nilai tegangan tariknya tetap atau justru naik. Sedangkan pada tegangan-regangan rekayasa nilai luas penampang yang dipakai adalah luas penampang semula benda uji, sehingga ketika terjadi necking pada titik beban maksimum, nilai tegangan tariknya akan turun.

Tahapan Necking

Sumber: 

Metalurgi Mekanik Jilid I, George E. Dieter

Avner, Sydney H 

Plastisitas

1. Plastisitas

Adalah sifat yang dimiliki oleh suatu material, yaitu ketika beban yang diberikan kepada suatu benda / material hingga mengalami perubahan bentuk kemudian beban dihilangkan, benda tidak bisa sepenuhnya kembali kebentuk semula Sifat mekanik daerah plastis :

2. Keuletan

Merupakan kemampuan suatu material untuk berdeformasi plastis tanpa mengalami patah. Keuletan menunjukkan kemampuan logam untuk dibentuk tanpa mengalami patah/retak. Untuk logam yang memiliki kualitas tinggi, kerusakan dapat diketahui secara dini dengan melihat deformasi yang mendahului bahan tersebut retak/patah.

3. Ketangguhan

Ketangguhan dinyatakan dalam modulus ketangguhan (banyaknya energi yang diperlukan untuk mematahkan bahan persatuan volume) dan sangat sulit untuk diukur karena dipengaruhi oleh cacat, bentuk dan ukuran bahan, dan juga kondisi pembebanan. Untuk mengetahuinya dilakukan pengukuran Harga Impact.

HI=E/A

Keterengan

HI = Harga Impact(N/m)

E   = Energi yang diserap ( J )

A = Luas penampang ( m^2 )

Hubungan Tegangan dan Regangan pada Kekuatan Tarik

    Kekuatan tarik (tensile strength) adalah tegangan maksimum yang bisa ditahan oleh sebuah bahan ketika diregangkan atau ditarik, sebelum bahan tersebut patah.Tegangan yang digunakan adalah tegangan rata-rata pada uji tarik yang diperoleh dari pembagian beban gaya persatuan luas penampang bahan.

Tegangan tarik merupakan distribusi gaya tarik persatuan luas bahan, dirumuskan:

σT=F/A

Keterangan :

σ𝑇       = Tegangan tarik (N/m2)

F          = Gaya tarik (N)

A         = Luas penampang (m2)

Regangan adalah perbandingan antara pertambahan panjang dengan panjang awal, dirumuskan:

ℰ=L/Lo x 100%

Keterangan:

ℰ= Regangan (%)

𝑙0= Panjang awal (mm)

Δl = Pertambahan panjang (mm)

    Untuk hampir semua logam pada tahap uji tarik hubungan antara beban atau gaya yang diberikan pada bahan percobaan berbanding lurus terhadap perubahan panjang bahan tersebut, ini disebut daerah linier. Didaerah ini kurva pertambahan panjang terhadap beban memiliki rasio tegangan dan regangan yang konstan. Sehingga hubungan antara tegangan dan regangan di rumuskan :

E = σ/ ℰ

Keterangan:

 E = Modulus elastisitas (N/mm2)

 σ = Tegangan (N/mm2)

 ℰ= Regangan (%)

    Hubungan antara regangan dan tegangan juga dapat diketahui dengan jelas dari grafik tegangan – regangan yang berdasarkan hasil uji tarik sebagai berikut :

Dari grafik diatas dapat diketahui :

1. Daerah elasits (O-P)

Daerah terjadiya deformasi elastisitas, yang dimulai dari titik O sampai batas (P) proporsional. Kenaikan tegangan dan regangan berbanding lurus.

2. Batas proporsional (P)

Batas proporsional (P) sama dengan batas elastis, yang mana merupakan batas keseimbangan antara pertambahan tegangan dan regangan.

3. Deformasi plastis (Plastic deformation) (Y-B)

Yaitu perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula ketika material dikenai gaya. Pada gambar diatas, material di tarik sampai melewati titik yield (Y) dan mencapai daerah landing.

4. Yield strength(Y)

Tegangan luluh adalah tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah kecil deformasi plastis yang ditetapkan.Nilai Kekuatan luluh dapat dilihat dari titik luluh dimana titik awal sebuah material bahan atau logam mulai terdeformasi secara plastis.Sifat mekanik ini menunjukkan kekuatan bahan terhadap deformasi plastik, dan biasa disebut sebagai kuat luluh, yield strength. Data ini digunakan untuk menentukan beban minimum yang diperlukan agar bahan atau logam dapat dideformasi secara plastis

5. Tegangan tarik maksimum (UltimateTensile Strenght)

Pada gambar diatas ditunjukkan dengan titik M, merupakan besar tegangan maksimum yang didapatkan dalam uji tarik.

6. Titik Patah (B)

Adalah titik dimana benda sudah tidak bisa mempertahankan kesatuannya sehingga patah menjadi dua bagian. Hal ini diakibatkan sangat lemahnya gaya tarik-menarik antar atom benda, sehingga benda dapat dipisahkan.

Apabila suatu proses material dihasilkan dengan tegangan-regangan yang tidak memperlihatkan titik yield/ luluh,maka mencarinya dengan metode offset, yaitu menarik garis lurus sejajar dengan diagram tegangan dimulai dari titk 0 regangan yang digunakan sebagai acuan dengan jarak 0,2%  (O-X) dari regangan maksimum. 

 

 

  

Menentukan Titik Patahan dengan Metode Offset

Apabila suatu proses material dihasilkan dengan tegangan-regangan yang tidak memperlihatkan titik yield/ luluh, maka cara menentukan titik patahannya menggunakan metode offset, yaitu menarik garis lurus sejajar dengan diagram tegangan dimulai dari titk 0 regangan yang digunakan sebagai acuan dengan jarak 0,2%  (O-X) dari regangan maksimum.

Perpotongan garis offset denga kurva tegangan regangan itulah tegangan yield dari bahan tersebut. Adapun pengaruh kandungan karbon terhadap grafik tegangan regangan bisa dilihat dengan klasifikasi berikut :

a)    Baja karbon rendah (≤ 0,25% C)

Adapun garis tegangan-regangan berada paling bawah, dengan daerah yield yang jelas.Kemudian naik sampai titik Ultimate strength kemudian turun dan putus.

b)   Baja karbon menengah (0,25%-0,6% C)

Adapun garis tegangan-regangan naik secara linier sampai titik tertentu, kemudian naik secara polynomial sampai titik Ultimate strength kemudian turun dan putus, tetapi penurunan tidak sepanjang pada baja karbon rendah.

c)    Baja karbon tinggi (0,6%-1,7% C)

Adapun garis tegangan-regangan naik secara linier dengan kecuraman yang besar , kemudian terus naik sampai titik tertentu, kemudian naik secara polynomial sampai titik Ultimate strength kemudian turun dan putus.