UJI BAHAN: IMPACT TEST atau UJI TUMBUK

Beberapa peralatan pada otomotif dan transmisi serta bagian-bagian pada kereta api, akan mengalami suatu beban kejutan dalam operasinya. Maka dari itu ketahanan suatu material terhadap beban mendadak, serta faktor-faktor yang mempengaruhi sifat material tersebut perlu diketahui dan diperhatikan. Pengujian ini berguna untuk melihat efek-efek yang ditimbulkan oleh adanya takikan, bentuk takikan, temperatur, dan faktor-faktor lainnya. Impact test bisa diartikan sebagai suatu tes yang mengukur kemampuan suatu bahan dalam menerima beban tumbuk yang diukur dengan besarnya energi yang diperlukan untuk mematahkan spesimen dengan ayunan sebagaimana ditunjukkan pada gambar 2.1

  

Gambar 2.1 Mesin uji impact

Bandul yang mempunyai ketinggian tertentu berayun dan memukul spesimen. Berkurangnya energi potensial dari bandul sebelum dan sesudah memukul benda uji merupakan energi yang diserap oleh spesimen.

                   

       Gambar 2.2 Sketsa perhitungan energi impact teoritis

Besarnya energi impact (joule) dapat dilihat pada skala mesin penguji. Sedangkan besarya energi impact dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

E_o = W.h_o……………………………………………………………………(2.1)

E₁ = W.h₁……………………………………………………………………(2.2)

∆E = E_o - E₁

        = W (h_o- h₁)……………………………………………………………..(2.3)

dari gambar 4.2 didapatkan h_o = ℓ - ℓcos α

                                                         = ℓ (1 - cos α)………………....………(2.4)

                                                     h₁ = ℓ - ℓcos β

                                                         = ℓ (1 - cos β)…………………...…….(2.5)

dengan subtitusi persamaan 4.4 dan 4.5 pada 4.3 di dapatkan :

∆E = W ℓ( cos β - cos α )………………………………………………..…(2.6)

        dimana E_o = Energi awal  (J)

                     E₁ = Energi akhir (J)

                     W = Berat bandul (N)

                     h_o = Ketinggian bandul sebelum dilepas (m)

                     h₁ = Ketinggian bandul setelah dilepas (m)

                      ℓ = panjang lengan bandul (m)

                      α = sudut awal (^o)

                      β = sudut akhir (^o)

Untuk mengetahui kekuatan impact /impact strength (I_s) maka energi impact tersebut harus dibagi dengan luas penampang efektif spesimen (A) sehingga :

                  I_s = ∆E/A

                     = W ℓ( cos β - cos α )……………………………………………….…(2.7)

Pada suatu konstruksi, keberadaan takik atau nocth memegang peranan yang amat berpengaruh terhadap kekuatan impact. Adanya takikan pada kerja yang salah seperti diskotinuitas pada pengelasan, atau korosi lokal bisa bersifat sebagai pemusat tegangan (stress concentration). Adanya pusat tegangan ini dapat menyebabkan material brittle (getas), sehingga patah pada beban di bawah yield strength.

Ada tiga macam bentuk takikan pada pengujian impact yakni takikan V, U dan key hole sebagaimana ditunjukkan pada gambar 2.3  di bawah ini.

                                             

Gambar 2.3 Jenis takikan pada spesimen uji impact 

Fracture atau kepatahan pada suatu material dapat digolongkan sebagai brittle (getas) atau  ductile (ulet). Suatu material yang mengalami kepatahan tanpa mengalami deformasi plastis dikatakan patah secara brittle. Sedangkan apabila kepatahan didahului dengan suatu deformasi plastis dikatakan mengalami ductile Fracture. Material yang mengalami brittle Fracture hanya mampu menahan energi yang kecil saja sebelum mengalami kepatahan. Perbedaan permukaan kedua jenis patahan sebagaimana ditunjukkan pada gambar 2.4

                                                 

Gambar 2.4 Pola patahan pada penampang specimen uji impact

2.4  Metode Pengujian Impact

Metode pengujian impact dibedakan menjadi 2 yaitu Metode Charpy dan Metode Izod

a)  Metode Charpy 

Pada metode sebagaimana ditunjukkan pada gambar 2.5 a spesimen diletakkan mendatar dan kedua ujung spesimen ditumpu pada suatu landasan. Letak takikan (notch) tepat ditengah dengan arah pemukulan dari belakang takikan. Biasanya metode ini digunakan di Amerika dan banyak negara yang lain termasuk Indonesia.

Gambar 2.5 Metode pengujian charpy dan izod

b)  Metode izod

Pada metode ini sebagaimana ditunjukkan pada gambar 2.5 b spesimen dijepit pada salah satu ujungnya dan diletakkan tegak. Arah pemukulan dari depan takikan. Biasanya metode ini digunakan di Negara Inggris.

2.5 Temperatur Transisi

Kemampuan suatu material untuk menahan energi impact sangat dipengaruhi oleh temperatur kerja. Pengaruh temperatur terhadap kekuatan impact setiap jenis material berbeda-beda. Baja karbon merupakan salah satu contoh logam yang kekuatan impactnya turun drastis bila berada pada temperatur yang sangat dingin (-49,9⁰ C). Sebaliknya aluminium adalah contoh logam yang masih mempunyai kekuatan impact yang cukup tinggi pada temperatur yang sangat dingin tersebut.

      Pada umumnya kenaikan temperatur akan meningkatkan kekuatan impact logam,

sedangkan penurunan temperatur akan menurunkan kekuatan impactnya. Diantara kedua kekuatan impact yang ekstrim tersebut ada suatu titik temperatur yang merupakan transisi dari kedua titik ekstrim tersebut yakni suatu temperatur yang menunjukkan perubahan sifat material dari ductile menjadi brittle. Titik temperatur tersebut disebut ‘temperatur transisi’ (gambar 2.6) 

Gambar 2.6 Temperatur Transisi

Apabila temperatur operasi dari suatu peralatan berada dibawah temperatur transisi dari material yang digunakan, maka adanya crack pada material fracture akan menyebabkan kerusakan pada peralatan, sedangkan apabila temperatur operasi terendah masih diatas temperatur transisi dari material, maka brittle fracture bukan merupakan masalah.

2.6  Material

a. Spesimen uji impact untuk temperatur panas (1 buah)

 b. Spesimen uji impact untuk temperatur kamar (1 buah)

c. Spesimen uji impact untuk temperatur dingin (1 buah).

2.7  Peralatan

1.      Mesin Uji Impact

2.      Cooling Chamber

3.      Thermo couple

4.      Kompor listrik dan panci

5.      Stopwatch

6.      Jangka sorong

7.      Amplas

8.      Stamping

9.      Tang

2.8  Langkah Kerja

A.  Menyiapkan Spesimen

           1. Amplas dari  bekas-bekas machining pada spesimen yang  memungkinkan  menyebabkan salah ukur dikikir.

          2. Langkah tersebut untuk seluruh spesimen.

        B.  Kodifikasi

           Stamping diambil dan tiap spesimen ditandai dengan kode D,R,P

·         Digit  menunjukkan temperature kerja :

  D = temperatur dingin (-49,9^oC)

  R  = temperatur ruangan (23,5⁰C)

   P = temperatur panas (86,4⁰C)

            C.  Pengukuran Dimensi

·         1.  specimen diambil dan diukur dimensinya.

·         2.  kode spesimen dan data pengukurannya dicatat pada lembar kerja.

·         3. Pengukuran diulangi untuk semua spesimen.

   D.  Pengkondisian Spesimen Pada Temperatur Kerja

a).   Temperatur panas

1. Masukkan air ke dalam panci dan letakkan panci diatas kompor listrik yang  telah  dinyalakan .                                                                                                       

2. Tunggu sampai air mendidih dan masukkan  spesimen berkode P ke dalam  panci dan tunggu ±5 menit.

3. Ukur temperatur air sesaat sebelum spesimen diambil untuk diuji impact, kemudian dicatat pada lembar kerja.

          b).  Temperatur dingin (-49,9⁰C)

1. Cooling Chamber dinyalakan dan disetting pada temperatur – 49,9⁰ C untuk percobaan dingin.

2. Menunggu sampai penunjuk temperatur menunjukkan angka –49,9⁰ C. spesimen yang berkode 1 dimasukkan ke dalam Cooling Chamber sampai ± 5 menit

3. Suhu dicatat pada lembar kerja, temperatur sesaat sebelum spesimen diambil untuk  diuji impact

c)      Temperatur kamar

Untuk temperatur kamar, spesimen berkode R  bisa langsung diuji.

     E.  Pengujian pada Mesin Uji Impact

1.      Data mesin dicatat pada lembar kerja.

2.      Bandul ditempatkan pada posisi awal untuk pengujian.

3.      Jarum penunjuk diatur pada posisi 0.

4.      Spesimen diambil dan diletakkan pada tempatnya secara tepat dan cepat, terutama untuk kondisi panas dan dingin.

5.      Posisi tangan kanan pada pin pengunci beban dan tangan kiri pada rem.

6.      Pin pengunci beban ditekan, sehingga bandul meluncur menimpa spesimen.

7.      Rem ditekan ketika bandul hendak mengayun untuk yang kedua kalinya.

8.      Mengamati dan mencatat besarnya sudut dan besarnya energi yang ditunjukkan oleh jarum penunjuk.

9.       Langkah tersebut diulangi untuk seluruh spesimen.

    

  F.  Menentukan Panjang Lengan Bandul

1.       Bandul diangkat sehingga membentuk sudut 10⁰ dari garis tegak.

2.      Bandul dilepaskan sehingga berayun.

3.      Menghitung dengan stopwatch waktu yang dibutuhkan untuk 50 ayunan (T₅₀).

4.      Menghitung lengan bandul dengan menggunakan persamaan berikut :

      T = 2p (ℓ / g)^1/2…………………………………… (2.8)

      Dimana T = periode (detik)

 = T₅₀ / 50

ℓ = panjang lengan bandul (m)

g = percepatan gravitasi (m/det²)