Mengenal Sifat Material

1. MengenalSifat Material SifatMekanis

2. UjiMekanik

3. Salah satukriteriadalampemilihan material untukkeperluankonstruksiadalahkekuatanmekanis-nya ujitarik (tensile test) ujitekan (compression test) ujikekerasan (hardness test) ujiimpak (impact test) ujikelelahan (fatigue test) Beberapaujimekanik: Ujitarik(tensile test) danujitekan(compression test) dilakukanuntukmengetahuikemampuan material dalammenahanpembebananstatis. Ujikekerasanuntukmengetahuiketahanan material terhadapperubahan (deformation) yang permanen. Ujiimpakuntukmengetahuiketahanan material terhadappembebananmekanis yang tiba-tiba. Ujikelelahanuntukmengetahuilifetimedibawahpembebanansiklis.

4. A0 A l0 l P UjiTarik sebelumpembebanan denganpembebanan Engineering Stress :  ,didefinisikansebagairasioantarabebanP padasuatusampeldenganluaspenampangawaldarisampel. Engineering Stress : Engineering Strain :  ,didefinisikansebagairasioantaraperubahanpanjangsuatusampeldenganpembebananterhadappanjangawal-nya. Engineering Strain :

5. daerah elastis mulaidaerahplastis 40 30 20 10 0 12 9 6 3 0 ultimate tensile strength E | | | | | | stress, [1000 psi] stress, [1000 psi] yield strength batas elastis | | | | 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 | | | 0 0.001 0.002 0.003 strain, [in./in.] strain,  [in./in.] UjiTarikmemberikankurvastressterhadapstrain Stress-Strain Curve : linier retak contohkurvastress-strain dariCupolikristal di daerahelastis: • = E (Hukum Hooke) E = modulus Young

6.  80 60 40 20 0 200 150 100 50 0  upper yield point | | | | | | stress, [1000 psi] stress, [1000 psi] lower yield point | | | | 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 | | | 0 0.001 0.002 0.003 strain,  [in./in.] strain,  [in./in.] baja 1030 tungsten carbide Stress-Strain Curve beberapa material yang lain:

7. 3 2 1 0 120 80 40 0   tekan tekan | | | | | | stress:  [1000 psi] stress:  [1000 psi]  tarik  tarik | | | | 0 0.01 0.02 0.03 0.04 | | | | 0 0.001 0.002 0.003 0.004 strain:  [in./in.] strain:  [in./in.] besi tuang beton UjiTekan

8. P D d spesimen UjiKekerasan Ujikekerasanmengukurkekuatan material terhadapsuatuindenter;indenterinibisaberbentuk bola, piramida, kerucut, yang terbuatdari material yang jauhlebihkerasdari material yang diuji. Ujikekerasandilakukandenganmemberikanbebansecaraperlahan, tegakluruspadapermukaanbendauji, dalamjangkawaktutertentu. Salah satumetodaadalah Test Brinell, denganindenter bola tungsten carbide, D = 10 mm Hardness Numberdihitungdengan formula:

9. ujung bandul penahan UjiImpak Ujiimpakmengukurenergi yang diperlukanuntukmematahkanbatang material yang diberilekukanstandar, denganmemberikanbebanimpuls. Bebanimpulsdiberikanolehbanduldenganmassatertentu, yang dilepaskandariketinggiantertentu. Bandulakanmenabrakspesimendanmematahkannya, kemudiannaiklagisampaiketinggiantertentu. Denganmengetahuimassabanduldanselisihketinggianbandulsaatiadilepaskandenganketinggianbandulsetelahmematahkanspesimen, dapatdihitungenergi yang diserapdalamterjadinyapatahan. spesimen

10. SifatElastis

11. A A stress, stress, elastis elastis strain,  strain,  Semuajenis material berubahbentuk, atauberubah volume, ataukeduanya, padawaktumendapattekananataupunperubahantemperatur. Perubahantersebutdikatakanelastisjikaperubahanbentukatau volume yang disebabkanolehperubahantekananataupuntemperaturdapatsecarasempurna kembalikekeadaansemulajikatekananatautemperaturkembalikekeadaanawalnya. Pada material kristal, hubunganantarastress danstrain adalah linier sedangkanpada material non kristal(denganrantaimolekulpanjang)padaumumnyahubungantersebuttidak linier.

12. E = modulus Young A stress:  elastis strain:  Pada bagian kurva stress-strain yang linierdapat dituliskan hubungan linier Modulus Young ditentukandengancara lain, misalnyamelalui formula: densitas material kecepatanrambatsuaradalam material

13. z stress: z z strain: z Ada beberapakonstantaproporsionalitas yang biasadigunakandalammenyatakanhubungan linier antarastress danstrain, tergantungdarimacamstress danstrain 1) Modulus Young Panjangawal Panjangsesudahditarik l0 l

14. l0   Shear stress,  Shear strain,  2). Modulus shear

15. hydrostatic stress :hyd perubahan volume V / V0 3) Modulus bulk (volume) volume awalV0

16. SifatElastisDitinjau Dari Skala Atom

17. Energipotensialdaridua atom sebagaifungsijarakantarakeduanyadapatdinyatakandenganpersamaan: V : energipotensial r : jarakantar atom A : konstantaproporsionalitasuntuktarik-menarikantar atom B : konstantaproporsionalitasuntuktolak-menolakantar atom ndanm : pangkat yang akanmemberikanvariasidariVterhadapr

18. Gayadaridua atom sebagaifungsijarakantarakeduanyadapatditurunkandarirelasienergipotensial: F : gayaantar atom r : jarakantar atom a : konstantaproporsionalitasuntuktarik-menarikantar atom b : konstantaproporsionalitasuntuktolak-menolakantar atom NdanM : pangkat yang akanmemberikanvariasidariFterhadapr

19. tolak-menolak tolak-menolak jumlah jumlah energi potensial, V gaya, F r r d0 d0 tarik-menarik tarik-menarik Kurvaenergipotensialdankurvagayasebagaifungsijarakantara atom, disebutkurvaCondon-Morse:

20. daerah elastis Kurvagayadangarissinggungpadad0untukkeperluanpraktisdapatdianggapberimpitpadadaerahelastis. gaya, F r d0

21. drata2 drmin drmaks T >> 0oK d0 Pengaruh Temperatur Jarak rata-rata antar atom meningkatdenganpeningkatantemperatur. jarakantar atom Energi Potensial

22. Anelastisitas

23. Tercapainyastrain maksimumbisalebihlambatdaritercapainyastressmaksimum yang diberikan. Jadistrain tidakhanyatergantungdaristress yang diberikantetapijugatergantungwaktu. Hal inidisebutanelastisitas. Jika material mendapat pembebanan siklis, maka keterlambatan strain terhadap stress menyebabkan terjadinya desipasi energi. Desipasienergimenyebabkanterjadinyadamping. Desipasienergijugaterjadipadapembebananmonotonik isothermal di daerahplastis. Gejalainidikenalsebagaicreep.

24. M   A X M M A M M adiabatik isothermik  O  A’ O EfekThermoelastik Material kristal cenderung turun temperaturnya jika diregangkan (ditarik). Jikaperegangandilakukancukuplambat, maka material sempatmenyerapenergi thermal darisekelilingnyasehinggatemperaturnyatakberubah. Dalamhaldemikianini proses peregangan (straining) terjadisecaraisothermik. X Loop HisterisisElastis

25.          O O O O desipasi energi per siklus f1 f2f3 f4f5  O frekuensi Desipasienergi per siklustergantungdarifrekuensi f5>f4 f3>f2 f4>f3 f2>f1 f1

26. DifusiAtom

27. Peregangan bisa menyebabkan terjadinya difusi atom.

28.  2 1 t1 t WaktuRelaksasi :  t0

29. Keretakan (Fracture)

30. Keretakanadalahperistiwaterpisahnyasatukesatuanmenjadiduaataulebihbagian. Bagaimanakeretakanterjadi, berbedadarisatu material ke material yang lain, danpadaumumnyadipengaruhiolehstress yang diberikan, geometrisdarisampel, kondisitemperaturdanlajustrain yang terjadi. Keretakan dibedakan antara keretakan brittle dan ductile. Keretakanbrittle terjadidenganpropagasi yang cepatsesudahsedikitterjadideformasiplastisataubahkantanpadidahuluiolehterjadinyadeformasiplastis. Keretakanductile adalahkeretakanyangdidahuluiolehterjadinyadeformasiplastis yang cukuppanjang / lama, dankeretakanterjadidenganpropagasi yang lambat.

31. Pada material kristal, keretakanbrittlebiasanyamenjalarsepanjangbidangtertentudarikristal, yang disebutbidangcleavage. Pada material polikristalkeretakanbrittletersebutterjadiantaragraindengangrainkarenaterjadiperubahanorientasibidangclevageinidarigrain ke grain. Selainterjadisepanjangbidang cleavage, keretakanbrittlebisaterjadisepanjangbatasantargrain, dandisebutkeretakanintergranular. Keduamacamkeretakanbrittle, cleavage danintergranular, terjaditegakluruspadaarahstress yang maksimum. Kalkulasiteoritiskekuatan material terhadapkeretakanadalahsangatkompleks. Walaupundemikianada model sederhana, berbasispadabesaran-besaransublimasi, gayaantar atom, energipermukaan, yang dapatdigunakanuntukmelakukanestimasi. Tidakkitapelajari.

32. Keretakanductile didahuluiolehterjadinyadeformasiplastis, dankeretakanterjadidenganpropagasi yang lambat. Pada material yang digunakandalam engineering, keretakanductiledapatdiamatiterjadidalambeberapatahapan • terjadinyanecking, danmulaiterjadigelembungretakan di daerahini; • gelembung-gelembungretakanmenyatumembentukretakan yang menjalarkeluartegakluruspadaarahstress yang diberikan; • retakanmelebarkepermukaanpadaarh 45oterhadaparahtegangan yang diberikan. Mulaiawalterjadinyanecking, deformasidanstressterkonsentrasi di daerahleherini. Stress di daerahinitidaklagisederhanasearahdenganarahgayadariluar yang diberikan, melainkanterdistribusisecarakompleksdalamtigasumbuarah. Keretakanductiledimulai di pusatdaerahleher, di manaterjadishear stressmaupuntensile stresslebihtinggidaribagian lain padadaerahleher. Teoritidakkitapelajari.

33. Transisidariductile kebrittle Dalampenggunaan material, adanyalekukan, atautemperaturrendah, ataupadalajustrain yang tinggi, bisaterjaditransisidarikeretakanductilekebrittle. Keretakanductilemenyerapbanyakenergisebelumpatah, sedangkankeretakanbrittlememerlukansedikitenergi. Hindarkansituasi yang mendorongterjadinyatransisikekemungkinankeretakanbrittle.

34. Keretakan karena kelelahan metal Material ductiledapatmengalamikegagalanfungsijikamendapatstresssecarasiklis, walaupunstresstersebutjauh di bawahnilai yang bisaiatahandalamkeadaanstatis. Tingkat stressmaksimumsebelumkegagalanfungsiterjadi, disebutendurance limit. Endurance limit didefinidikansebagaistresssiklis paling tinggi yang tidakmenyebabkanterjadinyakegagalanfungsi, berapapunfrekuensisiklis-nya. Endurance limit hampirsebandingdenganultimate tensile strength (UTS). Pada alloy besisekitar ½ danpada alloy bukanbesisampai 1/3 UTS. Secaraumumdiketahuibahwajikabagianpermukaansuatuspesimenlebihlunakdaribagiandalamnyamakakelelahan metal lebihcepatterjadidibandingkandenganjikabagianpermukaanlebihkeras. Untukmeningkatkanumurmengahadapiterjadinyakelelahan metal, dilakukanpengerasanpermukaan (surface-harden).

35. Course WareMengenalSifat MaterialSifatMekanisSudaryatnoSudirham