Bab VI
Pengujian Mulur
6.1
Tujuan
1. Mengetahui persiapan dan proses pemasangan spesimen untuk pengujian creep
atau mulur,
2. Mempelajari bagaimana pengaruh dari temperatur dan tegangan dalam pengujian
mulur,
3. Mempelajari dan mengetahui hal - hal yang terjadi selama pengujian creep.
6.2
Teori dasar
Stainless steel atau di singkat SS merupakan sebuah material yang tahan
korosi dan banyak di manfaatkan di banyak bidang seperti, makanan, listrik,
perternakan dan lain – lain. Material ini sangat sering di manfaatkan karena daya
tahan yang bagus saat di gunakan karena tahan terhadap korosi.[11]
Gambar 6.1 Stainless Steel
(https://hardluckcastle.com/know-more-about-stainless-steel-bars/)
Stainless steel atau baja tahan karat ini memiliki berbagai jenis berdasarkan
spesifikasi saat pengaplikasiannya, Stainless steel yang sering di pakai adalah
Stainless steel austenitik karena jenis Stainless steel ini yang paling baik ketahanan
korosinya dan sifat mekaniknya.[11]
Contoh jenis stainless steel austenitik adalah stainless steel 304 dan stainless
steel 304 L, komposisi kimia yang terkandung dalam kedua jenis stainless steel
memiliki koposisi kimia yang sama tetapi yang membedakan adalah komposisi
carbon yang berada di dalamnya untuk Stainless steel 304 memiliki kandungan
71
KELOMPOK 25
BAB VI PENGUJIAN MULUR
karbon berjumlah lebih dari 0,8%, kandungan karbon yang tinggi mengakibatkan
jumlah karbida dalam Stainless steel menjadi tinggi.[11]
Stainless steel merupakan material baja yang tahan korosi karena di padukan
dengan unsur cromium dengan batas minimum sebesar 10,5% Cr, ada terdapat jenis
- Stainless steel yang di hasilkan dari berbagai jenis paduan antara lain, austenitic,
ferritic, duplex(ferritic-asutenitic) dan martensitic. pemberian nama Stainless steel
berdasarkan AISI diberikan 3 angka untuk memberi seri.[11] antara lain :
a. Stainless steel Austenitik, dengan pemberian nomor seri (2xx-3xx) pada
Stainless steel jenis ini memiliki komposisi kimia antara lain, Cr : 16 – 26 %,
Mn : 0,75 – 19%, Ni : 1 – 40%, C: 0,03 – 0,35%.[11]
b. Stainless steel Ferritik, dengan pemberian nomor seri (4xx) pada Stainless steel
jenis ini memiliki komposisi kimia antara lain, Cr : 10,5 – 30%, dengan
tambahan Mn, Si, selain di padukan dengan 3 unsur ini terkadang di tambahkan
Mo, Mi, Al, dan Nb sesuai dengan spesifikasi yang diharapkan. Stainless steel
jenis ini memiliki kekurangan yaitu tidak dapat dilakukan peningkatan
kekerasan dengan heat treatment.[11]
c. Stainless steel Martensitik, dengan pemberian nomor seri (4xx) pada Stainless
steel jenis ini memiliki komposisi kimia antara lain, Cr : 11,5 – 18%, dan C :
0,08 – 1,20% dan paduan lainnya antara < 2 – 3%. Pada jenis SS ini dapat
ditingkatkan kekerasanya.[11]
d. Stainless steel percipitation hardened stainless steel, jenis ini memiliki
komposisi kimia antara lain C : 0,08%, Cr : 18 – 20%, Ni 8 – 10,5%, Mn 2%, Si
0,75%. Seri SS ini adalah seri dengan spesifikasi yang paling tinggi.[11]
Ketika temperatur suatu logam naik maka kekuatan dari logam tersebut akan
menurun ini di sebabkan karena atom – atom di dalam logam tersebut bergerak
karena terkena panas. Ketika temperatur logam naik dapat terjadi perubahan bentuk
pada batas butir (deformasi). Lamanya logam dalam kondisi temperatur tinggi
mejadi penyebab kesetabilan logam dan paduannya.[3]
Dalam pemakaian logam dalam jangka waktu yang
panjang dengan
temperatur yang tinggi contoh nya seperti pada alat pembangkit listrik tenaga uap,
penambangan minyak, dan indutsri kimia.[3]
Laboratorium Logam T.A 2019-2020
72
KELOMPOK 25
BAB VI PENGUJIAN MULUR
Kekuatan dalam temperatur tinggi mempunyai ciri penting yaitu kekuatan
tersebut harus dapat di jelaskan terhadap waktu tertentu, saat temperatur tinggi
kekuatan material di tentukan oleh perubahan waktu dan regangan dalam
temperatur tinggi. Logam akan mengalami mulur pada temperatur tinggi seiring
diberikan
pemebebana tarik yang kosntan dan terjadi perpajangan seiring
berjalannya waktu.[3]
Pengujian creep ini di lakukan untuk mengetahui perubahan bentuk yang
dialami oleh material yang mengalami pembebanan pada suhu tinggi.[3]
Creep dapat di definisika sebagai perubahan bentuk dari suatu material yang
berkerja pada suhu tinggi dan menerima beban yang teteap atau konstan yang
mengakibatkan dimensi berubah secara permanen.[9]
Gambar 6.2 Mesin Uji Creep
Pengujian creep ini biasa di lakukan pada suhu yang tinggi yang berada pada
40 % dari titik lebur material yang di ujikan, sebenarnya bisa saja kurang dari 40 %
tetapi hal ini akan mengakibatkan perubahan bentuk sangat sulit untuk dilihat.[9]
Kurva uji creep
Untuk mendapatkan kurva uji creep dari logam yang diujikan, spesimen yang
di ujikan harus diberikan pembebanan tarik yang konstan atau tetap dan
Laboratorium Logam T.A 2019-2020
73
KELOMPOK 25
BAB VI PENGUJIAN MULUR
dikondisikan pada suhu yang konstan, pertambahan panjang yan terjadi merupakan
fungsi dari waktu.[3]
Pada pengukuran creep ini cukup sederhana, untuk pengujian mulur ini
dilakukan berbulan – bulan atau bahkan dapat dilakukan bertahun – tahun.[3]
Gambar 6.3 Kurva Uji Creep
(Sumber : http://achmadarifin.com/wp-content/uploads/2018/01/Tahapan-deformasi-pengujiancreep.jpg)
pada kurva di atas adalah kurva uji mulur yang semestinya, dimana
kemiringan pada daerah secondary merupakan laju mulur, pada awal spesimen
mengalami perpanjangan secara singkat atau perubaha bentuk secara cepat 𝜀0 ,
setelah itu kelajuan dari mulur turun terhadap waktu sampai kondisi mendekati
simbang. Pada prosesnya laju dari mulur hanya akan mengalami perubahan yang
sedikit pada waktu .[4]
dalam kondisi terakhir, kelajuan dari mulur ini meningkat terus hingga terjadi
patah pada spesimen, temperatur dan tegangan yang di gunakan dapat berpengaruh
terhadap kurva uji mulur.[4]
Pada pengujian creep ini menghasilkan kurva dan di dalam kurva tersebut
terdapat 3 kondisi yaitu primay creep , secondary creep dan tertiary creep.
1. Kondisi primary
pada kondisi primary ini kelajuan dari mulur menurun dan
spesimen
mengalami perpanjangan secara cepat jika di lihat pada tahap ini creep strain
meningkat lalu melambat kemudian tetap, hal ini dikarenakan terkena beban besar
sekaligus dalam waktu yang pendek.[4][3]
Laboratorium Logam T.A 2019-2020
74
KELOMPOK 25
BAB VI PENGUJIAN MULUR
2. Kondisi Secondary
pada kondisi secondary creep jika di lihat di kurva proses creep sedang
berjalan dan dalam proses pemuluran yang tetap, hal ini dikarenakan kecepatan
pengerasan regangan dan proses perbaikan (recovery) mengalamai kesimbangan,
pada kondisi secondary terjadi laju mulur minimum dimana nilai rata – rata laju
mujur merupakan laju mulur minimum, disini prediksi waktu pemakaian material
ketika diaplikasikan bisa di lakukan. .[4][3]
3. Kondisi Tertiary
pada proses tertiary ini terjadi karena adanya pengecilan luas penampang
akibat dari mengalami perpanjagan mulur dengan sangat singkat dan akhirnya patah
( fracture).[4]
Pada pengujian creep ini menggunakan temperatur di atas equicohesive
dimana temperatur kekuatan butir sama temperatur ini memiliki kesamaan dengan
temperatur homologos atau suhu homolog adalah perbandingan temperatur uji
dengan temperatur leleh sesuai dengan skala temoeratur mutlak, dimana temperatur
homolog lebih dari 0,5 memiliki rumus sebagai berikut.[4][3]
Temperatur Homologous =
temperatur pengujian
> 0.5
Temperatur leleh
Pada pengujian creep ini menggunakan standar ASTM E 139-00 (American
standar testing and material) .[4]
Pada proses pengujian mulur terjadi perubahan struktur pada temperatur
tinggi yang disebut pergelinciran atau pergelinciran pada batas butir, logam –
logam yang berada pada temperatur tinggi terjadi perubahan bentur secara sekunder
,hal ini terjadi karena adanya pergelinciran ganda, terbentuknya lipatan pada batas
butir, dan perpindahan batas butir. Proses perubahan bentuk pada gelincir sangat
tergantung pada besar laju regangan yang terjadi dan temperatur.[3]
Pergelinciran dapat terjadi pada saat logam mencapai temperatur tinggi
contohnya pergelinciran pada material aluminium pada temperatur lewat dari 500℉
pergelinciran terjadi pada bidang kristal {1,1,1}, {1,0,0} atau pun {2,1,1}. Pada
metarial yang memiliki struktur kristal HCP sangat mudah terjadi pergelinciran
jika temperatur semakin tinggi contohnya seperti pada material zirkonium.[3]
Laboratorium Logam T.A 2019-2020
75
KELOMPOK 25
6.3
BAB VI PENGUJIAN MULUR
Tata cara praktikum
6.3.1 Skema proses
A. skema proses pengujian creep
Alat dan bahan persiapkan
Ukur spesimen yang akan diuji
Siapkan mesin uji creep
Pasangkan spesimen ke mesin uji creep
Pasangkan termokopel dengan baik
Atur suhu hingga 500 °C
Berikan beban sebesar 45 kg
Lepaskan penopang beban
Amati perubahan panjang selama 5 menit sekali
Lakuakan analisan dari data yang di dapat
Berikan kesimpulan
Gambar 6.4 Skema Proses Pengujian Creep
Laboratorium Logam T.A 2019-2020
76
KELOMPOK 25
BAB VI PENGUJIAN MULUR
6.3.2 Penejelasan skema proses
A. Pengujian creep
1. Persiapkan alat dan bahan yang akan di gunakan
2. Ukur spesimen uji creep dengan menggunakan jangka sorong seperti pada uji
tarik dari gage length, pajang keseluruan dan diameter
3. Siapkan mesin uji creep dan topang pembebanan
4. Pasangkan spesimen pada mesin uji creep dengan pelantara holder yang yang
mana holder akan di pasangkan pada alat uji creep
5. Pasangkan termokopel dengan baik agar tidak terjadi kesalahan pada
pengukuran suhu
6. Atur temperatur sebesar 500 °C tunggu hingga temperatur 500 °C
7. Berikan pembebanan sebesar 45 kg lakukan dengan cara hati hati agar
spesimen tidak langsung tertarik dan mengalami perpanjangan
8. Lepaskan penopang yang menopang pengungkit beban
9. Amati perubahan panjang selama 5 menit sekali dan catat, hal ini dilakukan
terus hingga spesimen mengalami fracture
10. Lakukan analisa setelah mendapatkan hasil pengujian
11. Berikan kesimpulan dari analisa yang dilakukan.
6.4
Alat dan Bahan
6.4.1 Alat
1. Mesin uji creep
: 1 buah
2. Water pass
: 1 buah
3. Beban
: 45 Kg
4. Termocouple
: 1 buah
5. Penopang beban
: 1 buah
6. Jangka sorong
: 1 buah
7. Dial gauge
: 1 buah
6.4.2 Bahan
1. Spesimen uji
Laboratorium Logam T.A 2019-2020
: 1 buah
77
KELOMPOK 25
6.5
BAB VI PENGUJIAN MULUR
Pengumpulan data dan pengolahan data
6.5.1 Pengumpulan data
Panjang awal
: 71 mm
Panjang akhir
: 87 mm
Diameter awal
: 6 mm
Diameter akhir
: 2,6 mm
Panjang gage length awal
: 36 mm
Panjang gage length akhir
: 42 mm
1. Gambar diagram benda bebas
500 mm
50 mm
w2
w1
Gambar 6.5 Diagram Benda Bebas
Gambar 6.6 Panjang Spesimen Sebelum Dilakukan Pengujian
Gambar 6.7 Spesimen Setelah Dilakukan Pengujian
Laboratorium Logam T.A 2019-2020
78
KELOMPOK 25
BAB VI PENGUJIAN MULUR
Tabel 6.1 Pengujian Creep
Proses
Waktu
20
35
55
175
295
1265
1430
1505
11575
11865
13090
16980
17065
18670
20130
21165
22245
22770
23465
23640
Primary
Secondary
Tertiary
Perpanjangan
5,41
5,46
5,67
5,78
5,86
6
6,03
6,05
7,17
7,21
7,43
8,19
8,23
8,67
9,32
10,03
11,28
12,24
13,98
16
6.5.2 pengolahan data
1. Perhitungan Momen
Diketahui :
Dit
: w2 ?
1. Beban
= 45 kg
2. Jarak A ke B
= 500 mm
3. Jarak B ke C
= 50 mm
Dijawab :
εm
= -ma + mc
0
= (-45 kg x 500 mm) + (w2 x 50 mm)
w2 x 50 mm
= 45 kg x 500 mm
w2
=
w2
= 450 kg
45 kg x 500 mm
50 mm
2. Perhitungan Luas Penampang Awal dan Akhir
1
A0 = πd0
4
2
Laboratorium Logam T.A 2019-2020
Af
1
= πdf
4
2
79
KELOMPOK 25
BAB VI PENGUJIAN MULUR
1
1
= 4 3,14 (6 mm)2
= 4 3,14 (2,55 mm)2
= 28,26 mm2
= 5,104 mm2
3. Perhitungan Tegangan Maksimal
1. Fkerja = εm = 0
Fkerja
=wxg
= 450 kg x 9,8 m/s2
= 4410 N
σu
=
Fkerja
A0
4410
= 28,26
= 156,050 N/mm2
4. Perhitungan Laju Regangan
1. Spesimen Uji = l0 = 71 mm
A. Daerah Primary
a.
ε1 =
=
∆l
l0
5,41 mm
71 mm
= 0,0761 mm
b.
ε2 =
=
∆l
l0
5,46 mm
71 mm
= 0,0769 mm
c.
ε3 =
=
∆l
l0
5,67 mm
71 mm
= 0,0798 mm
d.
ε4 =
=
∆l
l0
5,78 mm
71 mm
= 0,0814 mm
e.
ε5 =
∆l
l0
Laboratorium Logam T.A 2019-2020
80
KELOMPOK 25
BAB VI PENGUJIAN MULUR
=
5,86 mm
71 mm
= 0,0825 mm
B. Daerah Secondary
a. ε1
=
=
∆l
l0
6 mm
71 mm
= 0,0845 mm
b. ε2
=
=
∆l
l0
6,03 mm
71 mm
= 0,0849 mm
c. ε3
=
=
∆l
l0
6,05 mm
71 mm
= 0,0852 mm
d. ε4
=
=
∆l
l0
7,17 mm
71 mm
= 0,1009 mm
e. ε5
=
=
∆l
l0
7,21 mm
71 mm
= 0,1015 mm
f. ε6
=
=
∆l
l0
7,43 mm
71 mm
= 0,1046 mm
g. ε7
=
∆l
l0
Laboratorium Logam T.A 2019-2020
81
KELOMPOK 25
BAB VI PENGUJIAN MULUR
=
8,19 mm
71 mm
= 0,1153 mm
h. ε8
=
=
∆l
l0
8,23 mm
71 mm
= 0,1159 mm
i. ε9
=
=
∆l
l0
8,67 mm
71 mm
= 0,1221 mm
j. ε10 =
=
∆l
l0
9,32 mm
71 mm
= 0,1312 mm
C. Daerah Tertiery
a. ε1 =
=
∆l
l0
10,03 mm
71 mm
= 0,1412 mm
b. ε2 =
=
∆l
l0
11,28 mm
71 mm
= 0,1588 mm
c. ε3 =
=
∆l
l0
12,24 mm
71 mm
= 0,1723 mm
d. ε4 =
=
∆l
l0
13,98 mm
71 mm
= 0,1969 mm
Laboratorium Logam T.A 2019-2020
82
KELOMPOK 25
BAB VI PENGUJIAN MULUR
e. ε5 =
∆l
l0
16 mm
= 71 mm
= 0,2253 mm
5. Perhitungan Laju mulur
A. Spesimen pengujian mulur 1 (T = 500°𝐶)
Fase Primary
ε=
∆ε
0,0825 − 0
× 100% =
× 100% = 0,027% menit −1
∆t
295
Fase Secondary
ε=
∆ε
0,1312 − 0,0845
× 100% =
× 100%
∆t
20130 − 1265
= 2,74 × 10−4 % menit −1
Fase Tertiery
ε=
∆ε
0,2253 − 0,1412
× 100% =
× 100%
∆t
23640 − 21165
= 3,39 × 10−3 % menit −1
6. Perhitungan Laju Mulur Rata – Rata
A. Rata – rata Primary =
∑ε
nData
=
∑ε
B. Rata – rata Secondary = n
Data
C. Rata – rata Tertiery =
Laboratorium Logam T.A 2019-2020
∑ε
nData
0,396
5
=
=
= 0,0792
1,0461
10
0,894
5
= 0,1046
= 0,1789
83
KELOMPOK 25
BAB VI PENGUJIAN MULUR
Regangan(𝜀)
Kurva uji mulur Primary
0,0825
0,083
0,082
0,081
0,08
0,079
0,078
0,077
0,076
0,075
0,0814
0,0798
0,0769
0,0761
0
50
100
150
200
250
300
350
Waktu (t)
Gambar 6.8 Kurva Uji Mulur Primary
Kurva uji mulur Secondary
0,14
0,1046
0,1015
0,1009
Regangan(𝜀)
0,12
0,1312
0,1221
0,1159
0,1153
0,0852
0,0849
0,1 0,0845
0,08
0,06
0,04
0,02
0
0
5000
10000
15000
20000
25000
Waktu (t)
Gambar 6.9 Kurva Uji Mulur Secondary
Kurva uji mulur Tiertiery
0,2253
0,1969
Regangan(𝜀)
0,25
0,2
0,15
0,1588
0,1412
0,1723
0,1
0,05
0
21000
21500
22000
22500
23000
23500
24000
Waktu (t)
Gambar 6.10 Kurva Uji Mulur Tiertiery
Laboratorium Logam T.A 2019-2020
84
KELOMPOK 25
BAB VI PENGUJIAN MULUR
Kurva uji mulur
0,25
Regangan(ε)
0,2
0,15
0,1046
0,1015
0,1009
0,0852
0,0849
0,0845
0,0825
0,0814
0,0798
0,0769
0,10,0761
0,2253
0,1969
0,1723
0,1588
0,1412
0,1312
0,1221
0,1159
0,1153
0,05
0
0
5000
10000
15000
20000
25000
waktu (t)
Gambar 6.11 Kurva Uji Mulur Keseluruhan
Laboratorium Logam T.A 2019-2020
85
KELOMPOK 25
6.6
BAB VI PENGUJIAN MULUR
Analisa Dan Pembahasan
Pada praktikum kali ini praktikan melakukan pegujian creep atau mulur
dengan jangka watu pengujian sekitar 3 minggu lebih.
alat uji creep ini seperti uji tarik tetapi pembeban menggunakan beban tetap
sebesar 45 Kg dan pengujian spesimen dilakukan dalam temperatur tinggi sesuai
dengan pengujian yaitu 500 °C.
Jenis spesimen uji creep ini seperti spesimen uji tarik yang menggunakan
standar ASTM E8, tetapi pengujian creep ini memiliki standar ASTM E 139-00
yang mana memiliki panjang 71 mm dan gage length 36mm dan diameter 6 mm
pada sebelum pengujian.
Hasil pengujian creep ini memiliki perpanjangan sebesar 16 mm dimana
panjang awal spesimen adalah 71mm kemudian setelah di dilakukan uji creep
sebesar 87, dan juga memiliki besar diameter akhir 2,6 mm.
Pada daerah Creep Primary spesimen uji memngalami perpanjangan sebesar
5,86 dalam waktu 296 menit, di daerah Creep Secondary spesimen uji mengalami
perpanjanngan sebesar 9,32 mm dalam waktu 20130 menit dan didaerah Creep
tertiery spesimen uji mengalami perpanjangan hingga putus sebesar 16 mm dalam
waktu 23640.
Dalam pengujian spesimen creep ini harus dipasang tanpa tanpa beban
terlebih dahulu agar spesimen tidak mengalami perpanjangan dengan sangat cepat,
dalam pemasangan spesimen dan pemasangan thermocouple arus di pasang dengan
benar karena jika tidak temperatur tidak akan terkontrol secara baik.
Pengujian creep ini pengaruhi oleh beberapa hal seperti, jenis material, suhu
pengujian dan waktu yang dihasilkan dari pengujian creep ini.
Dalam pengujian mulur atau creep ini jenis patahan pada SUS 304 berbentuk
cup and cone hal ini mengindikasikan patahan ulet atau (ductile). pada pengujian
creep ini patah sebelum waktunya karena material SUS ini di prediksi patah dalam
waktu kurang lebih 1 bulan tetapi spesimen ini patah hanya dalam waktu lebih dari
2 minggu hal ini dapat di pengaruhi oleh temperatur yang terkadang melampaui
temperatur 500°C dan beban yang menggantung pada lengan mesin uji creep tidak
lurus tetapi menyentuh mesin uji creep
Laboratorium Logam T.A 2019-2020
86
KELOMPOK 25
BAB VI PENGUJIAN MULUR
Dalam hasil pengujian creep ini terdapat 3 kondisi yaitu primary, secondariy,
dan tertiery, pada kodisi primary spesimen mengalami perpanjangan secara singkat
dan setelah perpanjangan secara singkat regangan atau perpanjangan spesimen
mengurang dan menjadi konstan.
Setelah kodisi primary menuju kondisi secondary pada kondisi ini spesimen
mengalami rengangan yang sangat kecil dan perpanjangan yang sangat lama, pada
kondisi ini kita dapat menentukan masa pakai dari spesimen tersebut ketika di
aplikasikan.
Kondisi terakhir tertiery spesimen mulai mengalami perubahan panjag yang
tidak tentu dimana perpanjanga terkadang locat 2 kali dari panjang sebelumya hal
ini terjadi karena spesimen mulai mengalami necking akan menuju patah .
6.7 Kesimpulan
1. Pengujian creep atau mulur ini menggunakan spesimen uji dengan material
SUS 304 atai Stainless steel 304, Temperatur 500°C.
2. Material Stainless steel 304 merupakan logam yang tahan karat meskipun
dipanaskan pada temperatur tinggi.
3. Pada pengujian spesimen SUS 304 ini patahan berbentuk cup and cone hal
ini mengindikasikan patah ulet karena dalam temperatur tinggi.
4. Persiapan untuk pengujian creep harus di lakukan secara teliti dan benar
agar hasil yang didapat sesuai harapan.
5. Pada kondisi secondary dapat di tentukan umur dari material tersebut.
6. Pada hasil pengujian creep di dapatkan kurva yang terbagi 3 kosidi yaitu
Primary, secondary, dan tertiery.
7. Pengujian creep pada material SUS 304 menghasilkan perpanjangan sebesar
16 mm.
Laboratorium Logam T.A 2019-2020
87