Pembahasan Tugas 4 - · PDF fileFahmi Mubarok, ST. MSc. |Jurusan Teknik Mesin ITS| 1 - 1...

Fahmi Mubarok, ST. MSc. 1 - 1|Jurusan Teknik Mesin ITS|

Gambar dibawah ini adalah grafik P - ΔL hasil uji tarik suatu batang baja berdiameter 15 mm dan gauge length 200 mm. Reduction of area 10 %.

Tentukan :1. Tensile strength dan

offset yield strength2. Kekakuan baja tersebut...3. Modulus ketangguhan

dan modulus resilience4. Ductility dalam

percentage of elongation5. Tegangan sebenarnya

pada saat patah

PembahasanPembahasan TugasTugas 44

Note: - Tugas dikumpulkan minggu depan sebelum perkuliahan dimulai- Tugas dikerjakan di kertas A4


PembahasanPembahasan TugasTugas 44

• UTSAo = 0.25*π*152 = 176.71 mm2

Pu = 7200 kg σU = PU/Ao = 7200/176.71 = 40.74 kg/mm2

• Yield Strength Offset method 0.002 0.002 = Δl/lo 0.002 = Δl/200 Δl = 0.4 mmTarik garis lurus sejajar garis elastis dari Δl = 0.4 mmDidapatkan PY = 6500 kg σY = PY/Ao = 6500/176.71 = 36.78 kg/mm2

• KekakuanE = Δσ/Δε = (ΔP/Ao)/(Δl/lo) = (ΔP/ Δl)*(lo/Ao) = (5000/0.4)*(200/176.71) = 14147 kg/mm2

• Modulus ResilienσY = 36.78 kg/mm2 εY = ΔlY/lo = 0.9/200 = 0.0045UR = 0.5* σY * εY = 0.5*36.78*0.0045 = 0.083 kg/mm2

• Modulus ketangguhanεf = Δlf/lo = 4.4/200 = 0.022UT = σU*εf = 40.74*0.022 = 0.89 kg/mm2

• Keuletane = (Δlf/lo)*100% = (3.9/200)*100 = 1.95% pada gage length 200 mm

• Tegangan sebenarnya pada saat patahΨ = 10% Ψ = ((Ao - Af )/ Ao)*100% 10% = ((176.71 - Af )/ 176.71)*100% Af = 159.04

mm2

Pf = 6000 kg dan Af = 159.04 mm2

σf = Pf/Af = 6000/(159.04) = 37.73 kg/mm2

Dosen:Fahmi Mubarok, ST, MSc.Mechanical EngineeringITS- Surabaya@2008

PENGETAHUAN BAHAN TEKNIK(RM-1419)

Sifat Mekanik - Hardness

Macam – macam pengujian Hardness

Perbandingan Skala Hardness

Kelebihan dan Kekurangan

Hubungan Hardness dan Kekuatan

MINGGU IVMINGGU IV


SifatSifat MekanikMekanik –– KekerasanKekerasan (Hardness)(Hardness)

Kemampuan bahan untuk menahandeformasi plastik setempat akibat goresan, abrasi atau indentasi

DefinisiAbrasive particles need to be hardCutting tools need to be really hard

Importance

CepatTidak merusak benda uji kecuali bendaujinya kecilDapat dilaksanakan pada benda jadiMurah – biaya perawatannya sedikit

Heat treatmentAnnealing – softerQuenching and tempering – harder

Grain sizeCompotition

Carbon contentAlloying

Cold workingTemperature

Keuntungan

Faktor Mempengaruhi Kekerasan

Pengukuran KekerasanKetahanan terhadap goresan

•Mohs TestTinggi pantulan hammer

•Scleroscope TestKedalaman indentasi

•Durometer Test•Rockwell Test

Luas tapak tekan•Brinell Test•Vickers Test•Knoop Test

Luas proyeksi tapak tekan•Meyer Test


MohsMohs TestTest

Definisi

Mineral Standar

Kekerasan yang didasarkan padakemampuan material untuk tergores dantidak tergores oleh mineral standar

Tentang Mohs

10 Diamond 15009 Corundum 4008 Topaz 2007 Quartz 1006 Orthoclase (Feldspar) 725 Apatite 484 Fluorite 213 Calcite 92 Gypsum 21 Talc 1

1. Mohs digunakan sejak tahun 18222. Terdiri dari 10 mineral yang

disusun dari 1 sampai 103. Diamond adalah mineral paling

keras dan diberi indek 104. Talc adalah mineral paling lunak

dan diberi indek 15. Kekerasan material akan terletak

diantara 2 titik pada skala6. Contoh: baja tergores oleh

Orthoclase dan tidak tergores olehApatite. Baja terletak antara 5 – 6

7. The hardness of steel is about 3.0 to 5.5 Mohs


Shore Shore ScleroscopeScleroscope TestTest

DefinisiDiamond-tipped hammerdijatuhkan secaravertikal dariketinggian tertentu kepermukaan benda ujidan ketinggianpantulan hammerdiukur untukmenentukankekerasan material.

Simbol Shore Scleroscop

Symbol TypeHSC C Visual reading typeHSD D Ludicator type

Test MachineHardness Symbol

Tentang Shore Scleroscope

1. The Scleroscope is a very old hardness testing instrument, originating in the early 1900's.

2. It is a dynamic indentation hardness test that drops a diamond-tipped hammer vertically from a fixed height onto the surface of the material under test.

3. The height of the rebound of the hammer is a measure of the hardness of the material

4. The harder the material, the higher the rebound

5. Two different models were produced.6. The C testers used a glass tube

graduated from 0 to 140 to measure the rebound. The operator would observe the height of the rebound on the graduated glass tube.

7. The D model had a 0 to 120 dial gage that would display the rebound height.


DurometerDurometer TestTest

Definisi

Durometer type

Main spring

Indentor For use on:

A 822 g Frustum coneSoft Rubber,

Elastomers, Waxes, Printing Rollers.

B 822 g Sharp 30o Rubber, Elastomers.

C 10 lb Frustum cone Medium-hard Rubber, Plastics.

D 10 lb Sharp 30o Hard Rubber, Plastics.

D0 10 lb 3/32-in. sphereDense Textile Winding,

Medium Printing Rollers.

0 822 gr 3/32-in. sphere Soft Printing Rollers, Textile Windings.

00 4 oz 3/32-in. sphere Sponge Rubber, Very soft Rubber.

000 4 oz 1/2-in. diam, spherical Very Soft Materials, Open Cell Foam.

Tentang Durometer

Simbol Durometer

4. Pembacaan angka kekerasan secaraotomatis

5. Tipe yang umum digunakan adalah tipeA dan tipe D

6. Tipe A untuk material yang lebih lunak7. Tipe D untuk material yang lebih keras

Pengujian kekerasandengan cara indentasiuntuk material plastik atau karet.

1. Digunakan untuk soft-material sepertiplastik atau karet

2. Pengukuran kekerasan dengan carakedalaman indentasi

3. Semakin dalam indentasi, semakin lunakmaterial


MesinMesin HardnessHardness

Mesin Hardness disamping digunakanuntuk:

–Rockwell test–Brinell test–Vickers test–Knoop test–Meyer test

Yang membedakan adalah jenisindentor dan bebannya


Rockwell TestRockwell Test

DefinisiIndentor berbentuk bola atau kerucut ditekanke permukaan benda uji dengan beban minor, sehingga ujung indentor menembuskedalaman hA.Setelah itu penekanan diteruskan denganmemberikan beban mayor selama beberapasaat, sehingga ujung indentor menembuskedalaman hBKemudian beban utama dilepas, hanya tinggalbeban awal, sehingga kedalaman penetrasiujung indentor adalah hC

1. Indentor :Bola baja yang dikeraskan dengandiameter 1/16”, 1/8”, ¼” dan ½”Kerucut intan dengan sudut 120o

2. Untuk Rockwell test beban minor 10 kg, danbeban mayor 60, 100 dan 150 kg

3. Untuk superficial Rockwell test beban minor 3 kg dan beban mayor 15, 30 dan 45 kg

4. Seperficial Rockwell test digunakan untukmaterial yang tipis

5. Range penggunaan skala hardness harussesuai dengan tabel.

6. Permukaan benda uji harus tegak lurusdengan indentor

7. Jarak antar pusat diameter indentasi haruslebih dari 4 d dan jarak antara pusat indentasidengan ujung benda uji harus lebih dari 2.5 d.

8. Selama waktu penekanan, indentor tidakboleh mendapat beban kejut atau getaran danbeban harus diberikan secara perlahan-lahan

Prosedur


Rockwell TestRockwell Test

Skala Rockwell TestSkala Indentor Beban Mayor Range Material

C 150 10 - 70Hardened steels, cast irons, deep case-hardened

D 100 20 - 80Thin but hard steel, medium depth case-hardened

A 60 20 - 95 Sheet steel, shallow case-hardened

G 150 20 - 100

Malleable cast irons, phosphor bronze, gunmetals, copper nickel alloys

B 100 20 - 100Copper and aluminium alloys, annealed low-carbon steels

F 60 20 - 100 Annealed copper alloys, thin soft sheet materials

K 150 40 - 100 Aluminium and magnesium alloys

E 100 60 - 100Cast iron, aluminium, magnesium, and bearing metals

H 60 80 - 100Soft materials, high ferritic alloys, aluminium, lead, zinc

P 150 Thermosetting plasticsM 100 ThermoplasticsL 60 Thermoplastics

V 150 Very soft plastics and rubbers

S 100 Very soft plastics and rubbers

R 60 Very soft plastics and rubbers

1/16

1/8

1/4

1/2

Kerucut Intan

Benda Uji1. Permukaan benda uji bagian atas dan bawah

harus datar dan sejajar satu sama lain2. Benda uji harus cukup tebal setidaknya 10

kali kedalaman indentasi sehingga tidak adadeformasi pada permukaan bagian bawah

3. Permukaan benda uji bagian atas dan bawahharus licin dan bersih

Skala Superficial Rockwell TestSkala Indentor Beban Mayor Range Material45N 45 60 - 9530N 30 40 - 9015N 15 20 - 8045T 45 60 - 9530T 30 30 - 8515T 15 10 - 7545W 4530W 3015W 1545X 4530X 3015X 1545Y 4530Y 3015Y 15

1/4

1/2

Thin sheets, foils, coatings, surface heat treatments, and polymers including their surface treatments.

Kerucut Intan

1/16

1/8

Contoh45 HRB = kekerasan Rockwell 45 dengan

menggunakan Rockwell B

Simbol Rockwell


BrinellBrinell TestTest

2. Harga perbandingan P/D2 = konstanMaterial hardness P/D2

Steel - 30< 140 10≥ 140 30< 35 5

35 - 200 10> 200 30

1.252.55101510151

1.25

Cast Iron

-

> 80

35 - 80

< 35

Material lunak dan paduannya

Tembaga dan paduannya

Timbal dan Timah


4. Pembebanan dilakukan berlahan-lahantanpa menimbulkan beban kejut ataugetaran

5. Benda uji harus ditahan dengan baik agar tidak bergerak pada waktu pembebanan

Prosedur1. Indentor :

Bola baja yang dikeraskan (≤500 BHN)Bola karbida tungsten (≤650 BHN)Diameter 10; 5; 2.5; 2; 1 mm

DefinisiIndentor berbentuk bola ditekan kepermukaan benda uji dan diameter hasilpenekanan diukur setelah identordipindahkan dari benda uji.

Perhitungan

( )22

2

an tapak tekLuas tekanGaya

dDDDP

BHN

−−=

=

π

P = Gaya Tekan (kgf)D = Diameter Indentor (mm)d = Diameter Tapak Tekan (mm)


BrinellBrinell TestTest

6. Jarak antar pusat diameter indentasi haruslebih dari 4 d dan jarak antara pusatindentasi dengan ujung benda uji haruslebih dari 2.5 d.

7. Lama waktu penekanan antar 10 – 15 s8. Pengukuran diameter indentasi (d)

dilakukan 2 kali dan saling tegak luruskemudian dirata-rata

Benda Uji1. Permukaan benda uji harus datar2. Ketebalan benda uji haurs cukup tebal

BHNDPDept

.π=

3. Luas permukaan benda uji harus cukupluas supaya memenuhi prosedur no 5.

4. Permukaan benda uji harus bersih daribenda asing.

Ball Diameter Gaya tekanD, mm P, kgf

HBS (HBW) 10/3000 10 30 3000HBS (HBW) 10/1500 10 15 1500HBS (HBW) 10/1000 10 10 1000HBS (HBW) 10/500 10 5 500HBS (HBW) 10/250 10 2.5 250HBS (HBW) 10/125 10 1.25 125HBS (HBW) 10/100 10 1 100HBS (HBW) 5/750 5 30 750HBS (HBW) 5/250 5 10 250HBS (HBW) 5/125 5 5 125HBS (HBW) 5/62.5 5 2.5 62.5HBS (HBW) 5/31.25 5 1.25 31.25HBS (HBW) 5/25 5 1 25HBS (HBW) 2.5/187.5 2.5 30 187.5HBS (HBW) 2.5/62.5 2.5 10 62.5HBS (HBW) 2.5/31.25 2.5 5 31.25HBS (HBW) 2.5/15.625 2.5 2.5 15.625HBS (HBW) 2.5/7.8125 2.5 1.25 7.8125HBS (HBW) 2.5/6.25 2.5 1 6.25HBS (HBW) 2/120 2 30 120HBS (HBW) 2/40 2 10 40HBS (HBW) 2/20 2 5 20HBS (HBW) 2/10 2 2.5 10HBS (HBW) 2/5 2 1.25 5HBS (HBW) 2/4 2 1 4HBS (HBW) 1/30 1 30 30HBS (HBW) 1/10 1 10 10HBS (HBW) 1/5 1 5 5HBS (HBW) 1/2.5 1 2.5 2.5HBS (HBW) 1/1.25 1 1.25 1.25HBS (HBW) 1/1 1 1 1

Hardness Symbol P/D2

Simbol Brinell

Contoh75 HBS 10/3000 = kekerasan Brinell 75 dihitung dengan bola baja diameter 10 mm dengan gaya 3000 kg


Vickers TestVickers Test

DefinisiIndentor berbentuk piramid dengan alas bujur sangkar ditekan ke permukaan bendauji dan diagonal hasil penekanan diukursetelah identor dipindahkan dari benda uji.

Perhitungan

2

854.1d

PVHN=

P = Gaya Tekan (kgf)d = Diagonal tapak tekan (mm)

Prosedur1. Indentor berbentuk piramid intan

beralas bujur sangkar dengan sudutpuncak antara 2 sisi yang berhadapan136o


3. Gaya tekan yang bekerja


5. Lama waktu penekanan antar 10 – 15 s6. Jarak antar indentasi harus memenuhi:

Material of test piece Stell, Copper and Copper alloys

Light metal, lead, zinc and their alloys

Distance between the centers of indentations 3 d min. 6 d min.

Distance from the center of indentation to the

edge of test piece2.5 d min. 3 d min.

Hardness Gaya Hardness GayaSymbol Tekan (kg) Symbol Tekan (kg)HV 0.01 0.01 HV 1 1HV 0.02 0.02 HV 2 2HV 0.03 0.03 HV 3 3HV 0.05 0.05 HV 5 5HV 0.1 0.1 HV 10 10HV 0.2 0.2 HV 20 20HV 0.3 0.3 HV 30 30HV 0.5 0.5 HV 40 40HV 1 1 HV 50 50

HV 100 100


Vickers TestVickers Test

7. Pengukuran diagonal indentasi (d)dilakukan 2 kali dan saling tegak luruskemudian dirata-rata

1. Permukaan benda uji harus bersih daribenda lain seperti oli.

2. Permukaan benda uji harus halus3. Ketebalan benda uji minimum harus

1.5 kali diagonal indentasi4. Permukaan benda uji harus datar

640 HV 30 = kekerasan Vickers 640 dengan gayapembebanan 30 kg selama selang waktu 10 –15 s640 HV 30/20 = kekerasan Vickers 640 dengan gayapembebanan 30 kg selama selang waktu 20 s

Benda Uji

Contoh

Tentang Vickers

1. Pengukuran tidak terpengaruh olehbesarnya gaya tekan

2. Hasilnya akan sama walaupun pengukurandilakukan dengan gaya tekan yang berbeda

3. Dapat mengukur kekerasan bahan mulaidari yang sangat lunak sampai yang sangatkeras tanpa perlu mengganti gaya tekan

4. Gaya tekan yang bekerja tergantung padakekerasan atau ketebalan bahan yang diujiagar diperoleh tapak tekan yang mudahdiukur dan tidak ada anvil effect (pada bendayang tipis)

5. Untuk Vickers biasa digunakan gaya tekanantara 1 kg sampai 120 kg

6. Untuk Micro Vikers digunakan gaya tekanantara 0.001 kg sampai 1 kg


KnoopKnoop TestTest

DefinisiIndentor berbentuk piramid dengan alas belah ketupat ditekan ke permukaan bendauji dan diagonal hasil penekanan diukursetelah identor dipindahkan dari benda uji.

Perhitungan

2

229.14l

PKHN=

P = Gaya Tekan (kgf)l = Diagonal terpanjang

tapak tekan (mm)

Prosedur1. Indentor berbentuk piramid intan

beralas belah ketupat yang perbandingan panjang diagonalnya1 : 7 dengan sudut puncak antara 2 sisiyang berhadapan 172.3o dan 130o


3. Gaya tekan yang bekerja


5. Lama waktu penekanan antar 10 – 15 s6. Jarak antar indentasi harus memenuhi:

Hardness GayaSymbol Tekan (kg)HK 0.01 0.01HK 0.02 0.02HK 0.03 0.03HK 0.05 0.05HK 0.1 0.1HK 0.2 0.2HK 0.3 0.3HK 0.5 0.5HK 1 1

Direction of diagonal Longer diagonal direction

Material of test piece

Stell, Copper and Copper

alloys

Light metal, lead, zinc and

their alloys-

Distance between the centers of indentations

3 ds min. 6 ds min. 2 dl min.

Distance from the center of

indentation to the edge of test piece

2.5 ds min. 3 ds min. 1.5 dl min.

Shorter diagonal direction


KnoopKnoop TestTest

7. Hanya dilakukan pengukuran terhadapdiagonal terpanjang indentasi (l)

1. Permukaan benda uji harus bersih daribenda lain seperti oli.

2. Permukaan benda uji harus halus3. Ketebalan benda uji minimum harus

0.3 kali diagonal terpanjang indentasi4. Permukaan benda uji harus datar

640 HK 0.1 = kekerasan Knoop 640 dengan gayapembebanan 0.1 kg selama selang waktu 10 –15 s640 HK 0.1/20 = kekerasan Knoop 640 dengan gayapembebanan 0.1 kg selama selang waktu 20 s

Benda Uji

Contoh

Tentang Knoop

1. Pengujian Knoop menghasilkan indentasiyang sangat dangkal

2. Cocok untuk pengujian kekerasan padalapisan yang sangat tipis


Meyer TestMeyer Test

DefinisiIndentor berbentuk bola ditekan kepermukaan benda uji dan diameter hasilpenekanan diukur setelah identordipindahkan dari benda uji.

Perhitungan

2

4

an tapak tekproyeksi Luas tekanGaya

d

P

MHN

π=

=

P = Gaya Tekan (kgf)D = Diameter Indentor (mm)d = Diameter Tapak Tekan (mm)

1. Indentor bola baja yang dikeraskan2. Kekerasan Meyer dihitung berdasarkan luas

proyeksi tapak tekan3. Pengukuran tidak terpengaruh oleh

besarnya gaya tekan4. Hasilnya akan sama walaupun pengukuran

dilakukan dengan gaya tekan yang berbeda5. Pengujian Meyer jarang digunakan

Tentang Meyer


Accuracy of Any Indentation Hardness TestAccuracy of Any Indentation Hardness Test

Condition of the Indenter• Flattering of a steel-ball indenter will result in errors in the

hardness number• The ball should be checked frequently for permanent

deformation and discarded when such deformation occurs• Diamond indenters should be checked for any sign of

chipping

Accuracy of Load Applied• The tester should apply loads in the stated range with

negligible error• Loads greater than the recommended amount should not be

used for accurate testing



Impact Loading• Besides causing inaccurate hardness readings, impact

loading may damage diamond indenters

Shape of the Specimen• The greatest accuracy is obtained when the test surface is

flat and normal to the vertical axis of the indenter• A long specimen should be properly supported so that it

does not tip• A flat surface should be prepared, if possible, on a

cylindrical shaped specimen, and a V-notch anvil should be used to support the specimen



Thickness of Specimen• The specimen should be thick enough so that no bulge

appears on the surface opposite that of the impression• The recommended thickness of the specimen is at least ten

times the depth of the impression

Surface Condition of the Specimen• The surface of the specimen on which the hardness reading

is to be taken should be flat• Any pits, scale, or grease should be removed by grinding

or polishing



Location of Impressions• Impressions should be at least 2.5 diameters from the edge

of the specimen and should be at least 4 diameters apart for ball tests

Surface Condition of the Specimen• The surface of the specimen on which the hardness reading

is to be taken should be flat• Any pits, scale, or grease should be removed by grinding

or polishing


PerbandinganPerbandingan PemakaianPemakaian Hardness TestHardness Test

Brinell Test• Since the Brinell test leaves a relatively large impression, it

is limited to heavy sections• This is an advantage, however, when the material tested is

not homogeneous• The surface of the test piece does not have to be so smooth

as that for smaller impressions• Using a microscope to measure the diameter of the

impression is not so convenient as reading a dial gauge• Because of deformation of the steel ball, the Brinell test is

generally inaccurate above 500 HB• The range may be extended to about 650 HB with a

tungsten carbide ball



Brinell Test



Rockwell Test• The Rockwell test is rapid and simple in operation• Since the loads and indenters are smaller than those used in

the Brinell test, the Rockwell test may be used on thinner specimens, and the hardest as well as the softest materials can be tested



Vickers Test• The Vickers tester is the most sensitive of the production

hardness tester• It has single continuous scale for all materials• Hardness number is virtually independent of load• Because of the possibility of using light loads, it can test

thinner sections than any other production test• The square indentation is the easiest to measure accurately



Vickers Test



Microhardness Test• The microhardness test is basically a laboratory test• The use of very light loads permits testing of very small

parts and very thin sections• It can be used to determine the hardness of individual

constituents of the microstructure• Since the smaller the indentation, the better the surface

finish must be, a great deal more care is required to prepare the surface for microhardness testing

• The surface is usually prepared by the technique of metallographic polishing



Scleroscope Test• The principal advantages of the scleroscope are:

– The small impressions that remain– The rapidity of testing– Portability of the instrument

• However, result tend to be inaccurate unless proper precautions are taken:– The tube must be perpendicular to the test piece– Thin piece must be properly supported and clamped– The surface to be tested must be smoother than for most other

testing methods– The diamond tip should not be chipped or cracked


PerbandinganPerbandingan SkalaSkala HardnessHardness


Hardness Units Conversion TableHardness Units Conversion Table


HubunganHubungan KekerasanKekerasan dandan KekuatanKekuatan

Pada umumnya kekuatansebanding dengan kekerasan. Kekuatan akan naik dengannaiknya kekerasan (bersamaandengan itu keuletan akan turun)

An approximate relationship between the hardness and the tensile strength (of steel) is:

Approximate relations between hardness numbers and tensile ultimate strengths for structural steels


TugasTugas 66

1. Jelaskan kenapa pada “Brinell Test” P/D2

harus dijaga konstan2. Buktikan luas tapak tekan pada “Brinell Test”

=3. Buktikan pada “Vicker Test” bahwa( )22

2dDDD

−−π

2

854.1d

PVHN=


Dosen:Fahmi Mubarok, ST, MSc.Mechanical EngineeringITS- Surabaya@2008

PENGETAHUAN BAHAN TEKNIK(RM-1419)

IMPACT TESTIMPACT TEST

MINGGU VMINGGU V

Jadwal :kuliah

Tiap hari Rabu pukul 07.00 – 08.40 Ruang c-113


TugasTugas 77

1. Jelaskan apa yang dimaksud “brittle fracture”dan apa penyebabnya

2. Jelaskan metode pengujian “Impact Test”3. Apa saja hasil yang didapatkan dari “Impact

Test”. Jelaskan


Pembahasan Tugas 4 - · PDF fileFahmi Mubarok, ST. MSc. |Jurusan Teknik Mesin ITS| 1 - 1...

Documents

Transcript of Pembahasan Tugas 4 - · PDF fileFahmi Mubarok, ST. MSc. |Jurusan Teknik Mesin ITS| 1 - 1...