Kurva Tegangan Regangan (Stress-Strain Curve) Pada Uji Tarik

Sebuah spesimen logam yang ditempatkan pada alat uji tegangan-tarik. Karena peningkatan beban aksial yang terjadi secara bertahap, maka perpanjangan total atas panjang diukur pada setiap kenaikan beban dan dilanjutkan hingga terjadi kegagalan pada spesimen. Setelah dilakukan pengujian dapat diketahui luas penampang asli dan panjang spesimen, tegangan normal (σ) dan regangan (ε) dapat.

Grafik nilai tegangan (σ) sepanjang sumbu y dan regangan (ε) sepanjang sumbu x disebut dengan kurva tegangan-regangan. Bentuk Kurva tegangan-regangan dapat berbeda-beda tergantung pada jenis spesimen atau bahan. Berikut ini merupakan kurva tegangan regangan pada jenis spesimen baja struktural karbon-sedang yang ditunjukkan pada gambar berikut.

Kurva tegangan regangan

Berdasarkan kondisi panjang awal batang (L0) dan luas area awal batang (A0) yang diberikan beban (F). Maka tegangan (σ) adalah gaya per satuan luas area, sedangkan regangan (ε) adalah perubahan panjang (δ) dibagi dengan panjang awal batang (L0). Sehingga secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.

Tegangan

σ = F / A0

Regangan

ε = δ / L0

Material logam diklasifikasikan sebagai material yang ulet atau getas. Bahan ulet adalah material yang memiliki regangan tarik yang relatif besar hingga titik putus misalnya seperti baja struktural dan aluminium, sedangkan bahan getas/rapuh memiliki regangan yang relatif kecil hingga titik putus, misalnya seperti besi cor dan beton.

Batas Proporsional (Hukum Hooke)

Pada kurva tegangan-regangan titik mula (O) sampai ke titik batas proporsional kurva tegangan-regangan berupa garis lurus. Hubungan linear antara perpanjangan dan gaya aksial tersebut pertama kali diketahui oleh Sir Robert Hooke pada tahun 1678 dan disebut sebagai Hukum Hooke yang menyatakan bahwa "dalam batas proporsional, tegangan berbanding lurus dengan tegangan atau

σ ∝ ε 

atau 

σ = Eε

Konsep Kurva Tegangan-Regangan Pada Uji Tarik

Konstanta proporsionalitas tersebut dikenal sebagai Modulus Elastisitas (E) atau Modulus Young dan dengan kemiringan yang sama pada diagram tegangan-regangan dari O ke A.

Pada titik A hingga ke titik B, bahan masih pada kondisi elastis yaitu, bahan dapat kembali ke bentuk asalnya ketika gaya yang bekerja padanya dihilangkan.

Jika spesimen diberikan gaya hingga melebihi titik B, maka akan terjadi perubahan bentuk secara permanen terjadi atau pada kondisi tersebut, spesimen memasuki daerah deformasi plastis. Pada daerah deformasi plastis, regangan tidak dapat sepenuhnya hilang meskipun dengan menghilangkan gaya yang bekerja. Jika gaya yang diberikan meningkat lebih jauh hingga mencapai titik C dimana pada kondisi tersebut regangan terjadi meskipun tegangan tidak meningkat. Titik ini disebut dengan (Yield point). Pada kenyataannya, terdapat dua titik yield point yaitu titik C dan D yang masing-masing disebut sebagai Upper dan Lower yield point.

Dengan regangan yang lebih lanjut, efek dari fenomena tersebut dikenal dengan strain hardening (Pengerasan regangan) atau Work hardening (pengerasan kerja). Spesimen uji pada kondisi tersebut mampu menerima lebih banyak tegangan. Jika gaya yang diberikan pada spesmen semakin meningkat maka akan mecapai titik E. Dimana itik E ini adalah titik tertinggi dalam kurva tegangan-regangan dan mewakili nilai tegangan maksimum yang diterima oleh spesimen atau dikenal dengan Ultimate Tensile Strength (UTS). Nilai dari Ultimate Tensile Strength (UTS) ini sama dengan gaya maksimum yang diberikan dibagi dengan luas penampang awal (A0) dari spesimen uji.

Di sini, efek peningkatan beban pada area penampang spesimen harus mempertimbangkan. Dengan meningkatnya deformasi plastis, luas penampang spesimen akan berkurang. Namun untuk perhitungan tegangan dalam grafik tegangan-regangan, luas penampang awal perlu dipertimbangkan. Berdasarkan pengaruh luas penampang tersebut, akan terjadi kerusakan spesimen yang berpengaruh terhadap luasan penampang yang terjadi pada titik F dengan tingkat tegangan yang lebih rendah daripada titik E. Setelah titik E Ultimate Tensile Strength (UTS), terjadi pengurangan signifikan pada luas penampang spesimen uji dan akan terbentuk "Neck" di tengah spesimen. Tegangan putus sebenarnya jauh lebih tinggi daripada UTS, jika berkurangnya luas penampang spesimen uji diperhitungkan.

Ukuran kekuatan suatu material adalah Ultimate Tensile Strength (UTS) atau tegangan yang terjadi pada titik E. Namun, pada perancangan dan pemilihan material, titik luluh (Yield point) lebih perlu diperhatikan, karena harus memastikan bahwa material yang dipilih harus dapat menahan kekuatan tanpa terjadi deformasi plastis/luluh. Tegangan luluh pada titik D adalah dua pertiga dari UTS dan disebut sebagai kekuatan luluh material.

Dalam praktik sebenarnya, untuk menentukan besarnya Ultimate Tensile Strength (UTS) perlu dilakukan pengujian tarik yang dilakukan pada mesin uji tarik atau mesin uji universal. Potongan spesimen uji yang digunakan untuk uji tarik telah distandarisasi. Potongan spesimen uji standar ditunjukkan pada Gambar berikut.

Spesimen Uji tarik kurva tegangan regangan

Kurva Tegangan Regangan Material Getas (Brittle)

Kurva tegangan-regangan untuk bahan yang getas (brittle) diperoleh dengan memasukkan batang uji dari bahan tersebut dalam mesin uji tarik. Beban tarik diberikan secara bertahap dan meningkat sehingga diperoleh perpanjangan pada potongan spesimen uji. Kurva tegangan-regangan untuk bahan getas menunjukkan beberapa perbedaan yang nyata dibandingkan dengan kurva yang diperoleh untuk bahan ulet. Kurva tegangan-regangan untuk bahan getas ditunjukkan pada pada gambar berikut.

Kurva tegangan regangan material getas

Pada kurva tegangan regangan uji tarik bahan getas tidak terjadi titik luluh (yield point), dan spesimen uji akan mengalami putus (Breaking) secara tiba-tiba tanpa ada perpanjangan atau ekstensi yang terjadi. Dengan tidak adanya titik luluh tersebut, konsep "proof-stres" telah berkembang untuk mengukur kekuatan luluh pada bahan getas. Sebagai contoh, 0,2% proof-stress menunjukkan tegangan dimana spesimen uji mengalami perpanjangan permanen yang sama dengan 0,2% dari panjang awal dan dilambangkan dengan σ0.2.

Pengujian  tarik dan kurva tegangan-regangan telah dijelaskan di atas dalam beberapa detail, karena banyak

dari informasi yang berguna berkenaan dengan sifat-sifat material lainnya yang diperoleh pada pengujian tarik.

Referensi :

H.N Gupta. 2009. Manufacturing Processes (Second Edition)

https://www.mathalino.com/

Share :