Dalam
pemilihan bahan untuk produk , perancang harus memperhatikan sifat-sifat logam
seperti kekuatan (strength), keliatan (ductility), kekerasan (hardness)
atau kekuatan luluh (fatique strength).
Sifat
mekanik didefinisikan sebagai ukuran kemampuan bahan untuk membawa atau menahan
gaya atau tegangan. Pada saat menahan beban, atom-atom atau struktur molekul
berada dalam kesetimbangan. Gaya ikatan pada struktur menahan setiap usaha
untuk mengganggu kesetimbangan ini, misalnya gaya luar atau beban.
a.
Bahan liat (ductile) dan bahan rapuh (brittle)
Bahan-bahan
logam biasanya diklasifikasikan sebagai bahan liat (ductile) atau bahan
rapuh (brittle). Bahan liat mempunyai gaya regangan ( tensile strain )
relatif besar sampai dengan titik kerusakan (misal baja atau aluminium)
sedangkan bahan rapuh mempunyai gaya regangan yang relatif kecil sampai dengan
titik yang sama. Besi cor dan beton merupakan contoh bahan rapuh.
b.
Modulus kekerasan (modulus of toughness)
Kerja
yang dilakukan suatu unit volume bahan, seperti misalnya gaya tarikan yang
dinaikkan dari nol sampai suatu nilai yang menyebabkan keruntuhan didefinisikan
sebagai modulus kekerasan. Ini dapat dihitung sebagai luasan dibawah kurva tegangan-regangan
dari origin sampai titik keruntuhan. Kekerasan bahan adalah kemampuan untuk
menyerap energi pada selang plastis dari bahan
c.
Batas luluh bahan
Sebenarnya
sifat elastis masih terjadi sedikit di atas batas proporsional, namun hubungan
antara tegangan dan regangan tidak linear dan pada umumnya batas daerah
elastis dan daerah plastis
sulit
untuk ditentukan. Karena itu, maka didefinisikan kekuatan luluh (yield point).
Kekuatan luluh adalah harga tegangan terendah dimana material mulai mengalami
deformasi plastis. Pada gambar tegangan-regangan, memperlihatkan titik luluh
atas dan titik luluh bawah yang ditandai oleh pengurangan beban mendadak,
diikuti dengan perpanjangan yang meningkat dan peningkatan beban yang mendadak
lagi. Gejala ini disebut meluluhnya bahan, yang ditandai dengan perubahan
bentuk yang plastis dan naik turunnya beban.
d.
Klasifikasi Bahan
Sampai
saat ini, diskusi kita adalah didasarkan pada asumsi bahwa bahan mempunyai dua
karakteristik, yaitu:
·
Homogen,
yaitu mempunyai sifat elastis yang sama pada keseluruhan titik pada bahan.
·
Isotropis,
yaitu mempunyai sifat elastis yang sama pada semua arah pada setiap titik dalam
bahan.
Dalam
uji tarik plat plat yang digunakan adalah plat dengan potongan searah serat /
filamen.
e.
Deformasi
Deformasi
terjadi bila bahan mengalami gaya. Selama deformasi, bahan menyerap energi
sebagai akibat adanya gaya yang bekerja sepanjang deformasi. Sekecil apapun
gaya yang bekerja, maka benda akan mengalami perubahan bentuk dan ukuran.
Perubahan
ukuran secara fisik ini disebut deformasi. Deformasi ada dua macam yaitu
deformasi elastis dan deformasi plastis. Yang dimaksud deformasi elastis adalah
deformasi yang terjadi akibat adanya beban yang jika beban ditiadakan, maka
material akan kembali keukuran semula. Sedangkan deformasi plastis adalah deformasi
yang bersifat permanen jika bebannya dilepas.
Penambahan
beban pada bahan yang telah mengalami kekuatan tertinggi tidak dapat dilakukan,
karena pada kondisi ini bahan telah mengalami deformasi total. Jika beban tetap
diberikanmaka regangan akan bertambah dimana material seakan menguat yang
disebut dengan penguatan regangan (strain hardening) yang selanjutnya
benda akan mengalami putus pada kekuatan patah.
Sebuah
plat yang diberi beban secara terus-menerus, secara bertahap akan mengalami
deformasi. Pada awal pembebanan akan terjadi deformsi elastis sampai pada
kondisi tertentu bahan akan
mengalami
deformasi plastis. Pada awal pembebanan bahan di bawah kekuatan luluh bahan
akan kembali kebentuk semula, hal ini dikarenakan sifat elastis bahan. Peningkatan
beban melebihi
kekuatan
luluh (yield point) yang dimiliki plat akan mengakibatkan aliran
deformasi plastis sehingga plat tidak akan kembali ke bentuk semula.
Kekuatan
luluh adalah harga tegangan terendah dimana material mulai mengalami deformasi
plastis. Titik σy atas adalah titik luluh atas dan titik σy bawah adalah titik
luluh bawah yang ditandai oleh pengurangan beban yang mendadak, diikuti dengan perpanjangan
yang meningkat dan peningkatan beban yang mendadak lagi. Gejala ini disebut
meluluhnya bahan, yang ditandai
dengan
perubahan bentuk yang plastik dan naik-turunnya beban
Pada
titik mulur hubungan tegangan-regangan sudah tidak linier, namun sifat elastis
masih terjadi sedikit diatas batas proporsional. Pada umumnya batas daerah elastis
dan daerah plastis sulit untuk ditentukan. Karena itu, maka didefinisikan
kekuatan luluh (yield strength). Batas proporsional merupakan tegangan
tertinggi dimana material masih mengalami deformasi elastis dan belum mengalami
deformasi plastis.
Titik
mulur atau yang biasa disebut dengan titik luluh (yield point) adalah
titik transisi dari elastis ke daerah plastis. Pada titik mulur ini
material mulai mengalami deformasi plastis yang bersifat permanen jika
beban mulai dilepas.
2.23.
Elastisitas dan Plastisitas Plat
Dalam
pemilihan material seperti lembaran plat untuk pembuatan komponen yang harus diperhatikan
adalah sifat-sifat material antar lain; kekuatan (strength), keliatan (ductility),
kekerasan dan kekuatan lelah. Sifat mekanik material untuk membawa atau menahan
gaya atau tegangan. Pada saat menahan beban, struktur molekul berada dalam
keseimbangan. Gaya luar pada proses penarikan akan mengakibatkan material
mengalami tegangan.
a.
Elastisitas
Sebuah
benda terdiri dari partikel – partikel kecil atau molekul – molekul. Diantara
molekul – molekul ini bekerjalah gaya – gaya yang biasa disebut gaya molekuler.
Gaya – gaya molekuler ini memberi perlawanan terhadap gaya – gaya luar yang
berusaha mengubah bentuk benda itu sampai terjadi suatu keseimbangan antara
gaya – gaya luar dan gaya – gaya dalam. Selanjutnya benda itu dikatakan berada
dalam keadaan regang ( state of strain ).
Elastisitas
adalah sifat yang dimiliki oleh suatu material yang menyebabkan benda /
material akan kembali ke bentuk seperti semula setelah diberi beban dan
mengalami perubahan bentuk
kemudian
beban dihilangkan. Sebuah benda yang kembali sepenuhnya kepada bentuk semula
kita namakan elastis sempurna, sedangkan apabila tidak sepenuhnya kembali
kepada bentuk semula kita namakan elastis parsial (sebagian). ( S. Timoshenko
dan Goodier. 1986 ).
Elastisitas
bahan sangat ditentukan oleh modulus elastisitas, modulus elastisitas suatu
bahan didapat dari hasil bagi antara tegangan dan regangan
b.
Plastisitas
Plastisitas
adalah sifat yang dimiliki oleh suatu material, yaitu ketika beban yang
diberikan kepada suatu benda / material hingga mengalami perubahan bentuk
kemudian dihilangkan lalu benda tidak bisa kembali sepenuhnya ke bentuk semula.
Peningkatan
pembebanan yang melebihi kekuatan luluh (yield strength) yang dimiliki
plat mengakibatkan aliran deformasi permanen yang disebut plastisitas.
Menurut Mondelson (1983) teori plastis terbagi menjadi dua kategori:
1).
Teori fisik
Teori
fisik menjelaskan aliran bagaimana logam akan menjadi plastis. Meninjau
terhadap kandungan mikroskopik material seperti halnya pengerasan kristal atom
dan dislokasi butir kandungan material saat mengalami tahap plastisitas.
2).
Teori matematik
Teori
matematik berdasarkan pada fenomena logis alami dari material dan kemudian dideterminasikan
ke dalam rumus yang digunakan untuk acuan perhitungan pengujian material tanpa
mengabaikan sifat dasar material.
a.
Tegangan ( Stress )
Tegangan
adalah tahanan material terhadap gaya atau beban. Tegangan diukur dalam bentuk
gaya per luas.
Tegangan
normal adalah tegangan yang tegak lurus terhadap permukaan dimana tegangan
tersebut diterapkan. Tegangan normal berupa tarikan atau tekanan. Satuan SI
untuk tegangan normal adalah Newton per meter kuadrat (N/m2) atau Pascal (Pa).
Tegangan dihasilkan dari gaya seperti : tarikan, tekanan atau geseran yang
menarik, mendorong, melintir, memotong atau mengubah bentuk potongan bahan dengan
berbagai cara. Perubahan bentuk yang terjadi sering
sangat
kecil dan hanya testing machine adalah contoh peralatan yang dapat
digunakan untuk mendeteksi perubahan bentuk yang kecil dari bahan yang dikenai
beban. Cara lain untuk mendefinisikan tegangan adalah dengan menyatakan bahwa
tegangan adalah jumlah gaya dibagi luas permukaan dimana gaya tersebut bereaksi.
Tegangan
normal dianggap positif jika menimbulkan suatu tarikan (tensile) dan
dianggap negatif jika menimbulkan penekanan (compression).
Tegangan
normal (σ) adalah tegangan yang bekerja tegak lurus terhadap bidang luas
(Timoshenko dan Goodier,1986) :
Tegangan
adalah besaran pengukuran intensitas gaya atau reaksi dalam yang timbul
persatuan luas. Tegangan menurut Marciniak dkk. (2002) dibedakan menjadi dua
yaitu, Engineering stress dan true stress. Engineering stress dapat
dirumuskan sebagai berikut :
A0
= Luas permukaan awal (mm2) Sedangkan True stress adalah tegangan hasil
pengukuran intensitas gaya reaksi yang dibagi dengan luas permukaan sebenarnya
(actual). True stress dapat dihitung.
b.
Regangan ( Strain )
Regangan
didefinisikan sebagai perubahan ukuran atau bentuk material dari panjang awal
sebagai hasil dari gaya yang menarik atau yang menekan pada material. Apabila suatu
spesimen struktur material diikat pada jepitan mesin penguji dan beban serta
pertambahan panjang spesifikasi diamati serempak, maka dapat digambarkan
pengamatan pada grafik dimana ordinat menyatakan beban dan absis menyatakan
pertambahan panjang.
Batasan
sifat elastis perbandingan regangan dan tegangan akan linier akan berakhir
sampai pada titik mulur.
Hubungan
tegangan dan regangan tidak lagi linier pada saat material mencapai pada
batasan fase sifat plastis. Menurut Marciniak dkk. (2002) regangan dibedakan menjadi
dua, yaitu : engineering strain dan true strain.
Engineering
strain adalah regangan yang dihitung menurut dimensi benda
aslinya (panjang awal). Sehingga untuk mengetahui besarnya regangan yang
terjadi adalah dengan membagi perpanjangan dengan panjang semula.
c.
Kurva Tegangan Regangan
Menurut
Marciniak dkk. (2002) ada beberapa hal yang harus diketahui dalam hal Tegangan Regangan
pada mekanis bahan yaitu :
1.
Kurva True stress and True strain
Proses
pengepresan (stamping) atau sheet metal forming menggunakan sifat
plastis (plasticity) dari material logam yang akan menyebabkan
bahan pelat menjadi bentuk baru apabila diregang melebihi batas elastis
(elasticity) sehingga deformasinya permanen.
Hal
yang mendasar dari proses pengepresan adalah memanfaatkan sifat plastisitas
dari material saat pelat diberi gaya. Dengan memanfaatkan tahap plastisitas
tersebut maka proses pembentukan dapat dicapai, dimana bentuk pela t akan
sesuai dengan bentuk cetakan yang diinginkan (Rao, 1987). Konsep initerdapat
pada kurva tegangan-regangan sebenarnya (true strain-stress curve).
Daerahplastis terdapat pada garis kurva diatas titik mulur batas tegangan
dimana material tidak akan kembali ke bentuk semula apabila beban dilepas, dan
akan mengalami deformasi tetap yang disebut permanent set
· Temperatur
Faktor
temperatur sangat mempengaruhi bentuk kurva Tegangan - Regangan. Secara umum
hubungan dari
temperatur terhadap material biasanya semakin meningkatnya temperatur material
akan meningkatkan keuletan (ductility) dan ketangguhan (toughness)
material, menurunkan
modulus
elastisitas, titik luluh, dan UTS-nya.
· Strain rate
Strain rate adalah
laju deformasi benda ketika mendapat beban. Dalam proses manufaktur, benda
kerja akan
meregang terdeformasi sesuai dengan kecepatan beban yang diterimanya.
Strain rate merupakan fungsi
perubahan geometri benda / spesimennya. Efek dari strain rate pada flow
stress adalah semakin tinggi strain rate, makin tinggi flow
stress. Efek ini adalah kebalikan dari efek temperature pada flow stress.
