Pengujian Tarik Pada Material (Tensile Testing)

Cara umum untuk mengetahui sifat mekanik dari suatu material adalah dengan melakukan pengujian tarik, menggunakan bentuk spesimen seberti tulang atau batang (bar) sesuai dengan standar (ASTM, JIS, BS dan lainnya). Spesimen kemudian dipasang dalam mesin uji tarik dan diberi beban statik yang meningkat secara perlahan sampai akhirnya spesimen tersebut patah (fracture).

Selama Pembebanan mesin merekam pertambahan beban dan perpanjangan spesimen dalam bentuk grafik. Grafik ini kemudian dikonversi kedalam grafik tegangan dan regangan. Dalam pengujian tarik diperoleh hasil analisis sifat mekanik (tarik) dari material
yang terbagi kedalam daerah deformasi plastis dan daerah deformasi elastis.

1. Deformasi Elastis

Deformasi elastis terjadi diawal pembebanan ketika pembebanan masih sangat rendah, dimana tegangan dan regangan masih berbanding lurus atau linear. Deformasi ketika tegangan dan regangan berbanding lurus disebut deformasi sebagai deformasi elastis. Hubungan linear antara tegangan dan regangan atau kemiringan dari bagian linear adalah sama dengan modulus elastisitas, yaitu E. 

Modulus elastisitas menggambarkan kekakuan (stiffness) material. Semakin besar modulus (semakin curam kemiringan grafik tegangan-regangan), maka semakin kaku material tersebut. Artinya jika suatu material diberikan beban tertentu, maka material tersebut akan mengalami deformasi elastis yang lebih kecil. Material yang sangat kaku dibutuhkan dalam aplikasi struktural, seperti aplikasi pada jembatan, menara, gedung dan berbagai bangunan lainnya. Dengan demikian, apabila diberikan beban yang berat, maka struktur tidak akan melendut (menekuk) atau terdeformasi.

E adalah Modulus Young atau modulus elastisitas, yang satuannya sama dengan tegangan (σ), yaitu N/m^2y atau Pa. Untuk sebagian besar logam, besar modulus bervariasai antara 45 GPa, untuk magnesium hingga 407 GPa untuk tungsten. Modulus elastsitas dari beberapa logam ditampilkan pada tabel berikut.

Deformasi elastis bersifat tidak permanen. Ketika beban dilepas, spesimen akan kembali ke bentuk awal. Pembebanan sama artinya dengan menggerakan material dari posisi awal mengikuti garis lurus, dan ketika beban dilepas, garis berbalik ke posisi awal kembali. 

Dalam skala atomik, deformasi elastis diartikan sebagai perubahan kecil pada jarak antaratom dan teregangnya ikatan antaratom. Apabila dianalogikan ikatan antar dua buah atom sama dengan pegas, maka deformasi elastis adalah peregangan pegas, yaitu akan kembali ke posisi semula apabila tegangan dilepaskan.

Ketika tegangan tarik diberikan pada sebuah material, perpanjangan pada arah beban akan terjadi (sering disebut pada arah z) . Akibat perpanjangan pada arah ini, perpendekan terjadi pada arah lateral (arah x dan y). Apabila tegangan yang diberikan adalah satu arah (uniaksial pada arah z), dan material bersifat isotropik, dimana (εx = εy), maka sebuah parameter yang disebut Poisson Ratio (Poisson`s Ratio) dapat didefinisikan sebagai rasio antara tegangan lateral dan regangan aksial, atau sesuai dengan persamaan berikut :

Tanda negatif selalu dimasukan dalam persamaan , sehingga nilai n selalu positif, karena (εx dan εy) selalu berlawanan tanda. Untuk sebagian besar logam nilai rassio poison berkisar antara 0,25 dan 0,35 (lihat tabel diatas).

2. Deformasi Plastis

Pada sebagian besar logam, deformasi elastis hanya terjadi hingga mencapai 0,005. Apabila material terus dideformasi, maka tegangan tidak lagi berbanding lurus dengan regangan sehingga Hukum Hooke tidak lagi berlaku. Deformasi menjadi permanen dan tidak dapat kembali, dimana apabila beban dilepas benda tidak kembali kebentuk awalnya, akibatnya benda sudah mengalami deformasi plastis. Seperti terlihat pada grafik berikut.

Dari persepektif atom, deformasi plastis berhubungan dengan pemutusan ikatan dengan atom yang lain dan pembentukan ikatan dengan atom yang lain. Jadi pada saat benda dilepas, benda tidak dapat kembali ke bentuk semula.

Titik dimana dimana deformasi elastis menjadi deformasi plastis disebut batas elastisitas atau batas proporsional yang ditunjukan olleh titik P pada grafik datas. Terkadang posisi titik P cukup sulit ditentukan. Hal ini disebabkan titik berhenti proporsionalitas antara tegangan dan regangan tidak jelas. Dalam kasus seperti ini, sebuah konvensi diberlakukan, dimana ditariksebuah garis lurus yang sejajar dengan bagian elastis dari kurva pada posisi regangan sebesar 0,002 (0,2%), yang disebut dengan metode offset. Perpotongan antara garis lurus offset ini dan grafik tegangan regangan kemudian dihubungkan dengan sumbu tegangan, sehingga diperoleh tegangan luluh (Yield Strenght, σy). 

Jadi tegangan luluh didefinisikan sebagai tegangan dimana deformasi plastis mulai atau ketika fenomena luluh terjadi. Satuan dari tegangan luluh adalah MPa. Teganag luluh yang diambil dengan menarik garis lurus pada deformasi 0,002 sering disebut sebagai proof stress, yaitu tegangan yang menyebabkan regangan sebesar 0,002.

Pada beberapa jenis baja (terutama baja karbon rendah), transisi dari deformasi elastis ke deformasi plastis sangat jelas dan sering disebut dengan fenomena titik luluh seperti pada gambar dibawah ini.

Untuk logam yang menunjukan fenomena ini, tegangan luluh adalah rata-rata dari titik luluh atas dan titik luluh bawah. Jadi tidak perlu melakukan metode offset untuk material seperti ini. Kekeuatan luluh dapat bervariasi, mulai dari 35 MPa untuk aluminium, hingga 1400 MPa untuk baja.

Setelah meluluh apabila pembebanan dilanjutkan, maka grafik akan mencapai titik maksimum M dan kemudian turun ke titik patah F (fracture). Kekuatan tarik (Tensile Strength) adalah tegangan maksimum pada kurva tegangan regangan, dimana merupakan tegangan maksimum yang dapat diterima material sebelum patah. Deformasi pada titik M ini berlangsung secara seragam pada seluruh bagian spesimen. Namun demikian, pada titik maksimum mulai terbentuk leher (neck) yang merupakan daerah deformasi terlokalisasi. Fenomena ini disebut penciutan (necking) dan patah akan terjadi pada titik ini. Tegangan pada saat patah disebut kekuatan patah (fracture strenght).

Kekatan tarik bervariasi dari 50 MPa untuk aluminium, hingga 3000 MPa untuk baja berkekuatan tinggi. Pada umumnya, untuk keperluan desain struktur atau desain mesin, kekuatan yang dipakai adalah keuatan luluh. Apabila (parameter) yang digunakan adalah kekuatan tarik, material sudah mengalami perubahan bentuk (bengkok, melendut) pada kondisi tersebut. Kekuatan patah umumnya tidak pernah dipakai untuk keperluan desain.

Sifat mekanik lainnya yang juga penting adalah keuletan (ductility). Keuletan adalah besar deformasi plastis yang dapat dicapai hingga saat patah, dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut. 

Selain itu, keuletan juga dapat dinyatakan sebagai persentase pengurangan penampang.

Material yang mengalami deformasi yang sangat kecilatau bahkan tidak mengalami deformasi plastis sama sekali, disebut sebagai material rapuh (brittle). Sebaliknya material yang mengalami deformasi elastis sangat besar disebut material yang ulet (ductile). Keuletan merupakan sifat material yang penting, karena menunjukan seberapa besar sebuah struktur dapat mengalami deformasi sebelum putus dan menunjukan seberapa besar derajat deformasi dapat diberikan pada sebuah material selama proses fabrikasi. Umumnya, material tergolong sebagai material yang rapuh jika memiliki keuletan kurang dari 5%.

Sifat mekanik lain yang dapat diketahui dari uji tarik adalah ketangguhan (thoughness). Ketangguhan adalah kemampuan material menyerap energi hingga patah. Material disebut tangguh jika memiliki kekuatan dan keuletan yang tinggi. Pada kondisi pembebanan statis, ketangguhan dapat diketahui dengan mengukur luas daerah dibawah kurva tegangan-regangan.





Referensi :
T.Sofyan, Bondan.2011. Pengantar Material Teknik.
Jakarta : Salemba Teknika

Share :