Assalamu
Alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Selamat datang di website mafiaisrul.blogspot.com kali ini kita akan membahas sedikit tentang Ketangguhan Patah. Nah berikut penjelasan singkatnya...
Daftar Isi
1.1.3
Ketangguhan Transformasi
1.4
Penentuan ketangguhan fraktur regangan bidang
Ketangguhann Patah
Dalam penelitian material,
ketangguhan patah didefinisikan sebagai faktor intensitas tegangan kritis dari
retakan tajam di mana perambatan retak tiba-tiba menjadi cepat dan tak
terbatas. Ketebalan komponen mempengaruhi kondisi kendala di ujung patahan,
dengan komponen tipis menunjukkan keadaan tegangan bidang dan komponen yang
lebih besar menunjukkan kondisi regangan bidang. Nilai ketangguhan patah
terendah, yang merupakan properti material, diperoleh dalam keadaan regangan
bidang. Ketangguhan patah regangan bidang, yang disebut Kc, adalah nilai kritis
dari faktor intensitas tegangan dalam mode I pembebanan yang ditentukan dalam
keadaan regangan bidang.
Variasi Bahan
Ketangguhan patah dari berbagai
bahan bervariasi sekitar empat kali lipat. Logam memiliki peringkat ketangguhan
patah terbesar. Karena retakan tidak mudah menyebar pada material yang kuat,
logam sangat tahan terhadap retak tegangan dan memiliki zona aliran plastis
yang besar pada kurva tegangan-regangannya. Keramik memiliki ketangguhan patah
yang lebih rendah tetapi peningkatan yang sangat baik dalam patah tegangan
karena peningkatan kekuatan 1,5 kali lipat dibandingkan dengan logam.
Ketangguhan patah komposit yang dibentuk dengan mencampur keramik teknik dengan
polimer teknik jauh melebihi ketangguhan retak individu dari elemen komponen.
Mekanisme
1.1 Mekanisme intrinsic
Mekanisme ketangguhan intrinsik adalah proses yang terjadi di hulu ujung
retak untuk meningkatkan ketangguhan material. Ini akan dihubungkan dengan
struktur dan ikatan bahan dasar, serta karakteristik dan penambahan
mikrostruktur. Mekanismenya antara lain sebagai berikut.
·
defleksi retak fase sekunder
·
defleksi retak yang disebabkan oleh struktur
butiran halus
·
Perubahan jalur retakan yang disebabkan oleh
batas butir
Setiap modifikasi
pada bahan dasar yang meningkatkan keuletannya disebut sebagai ketangguhan
intrinsik.
1.1.1 Batas butir
Kehadiran
butiran dalam suatu material juga dapat mempengaruhi ketangguhannya dengan
mempengaruhi bagaimana retakan menyebar. Seperti yang diberikan material, zona
plastis dapat terbentuk di depan rekahan. Di luar titik itu, bahannya tetap
lentur. Karena keadaan patahan paling menguntungkan di dekat batas antara zona
plastis dan elastis ini, patahan sering kali dimulai dengan pembelahan butir di
lokasi itu.
Zona
plastis menyusut pada suhu rendah, ketika material mungkin menjadi rapuh
seluruhnya, seperti pada logam kubus pusat tubuh (BCC), dan hanya zona elastis
yang bertahan. Pada tahap ini, patahan akan menyebar dengan pembelahan butir
yang berurutan. Kekuatan luluh kuat pada suhu rendah ini, tetapi regangan patah
dan jari-jari kelengkungan ujung retak minimal, menghasilkan ketangguhan yang
buruk.
Kekuatan
luluh berkurang dengan meningkatnya suhu, menghasilkan pembentukan zona
plastis. Pembelahan kemungkinan besar dimulai pada batas zona elastis-plastik
dan kemudian terhubung ke ujung retakan utama. Ini sering merupakan kombinasi
dari pembelahan butir dan sambungan berserat, yang merupakan patahan butir yang
ulet. Saat suhu naik, fraksi tautan berserat tumbuh sampai tautannya
benar-benar berserat. Meskipun kekuatan luluh berkurang dalam kondisi ini,
adanya patah ulet dan jari-jari kelengkungan ujung retak yang lebih besar
menghasilkan peningkatan ketangguhan.
1.1.2 Inklusi
Inklusi
dalam material, seperti partikel fase kedua, dapat berperilaku mirip dengan
butiran rapuh, mempengaruhi perambatan fraktur. Fraktur atau dekohesi pada
inklusi dapat disebabkan oleh gaya yang dipaksakan secara eksternal atau
dislokasi yang disebabkan oleh kebutuhan inklusi untuk mempertahankan kedekatan
dengan matriks yang mengelilinginya. Fraktur, seperti butiran, paling rentan
terbentuk di dekat batas zona plastis-elastis. Retakan kemudian dapat
dihubungkan kembali ke retakan utama. Jika zona plastisnya sempit atau densitas
inklusinya rendah, rekahan lebih mungkin untuk menyambung langsung ke titik
retak utama.
Jika
zona plastis besar atau densitas inklusinya tinggi, lebih banyak rekahan
inklusi dapat terbentuk di dalam zona plastis, dan hubungan berlanjut dengan
maju dari retakan ke inklusi rekahan terdekat dari zona tersebut.
1.1.3 Ketangguhan Transformasi
Ketangguhan
transformasi adalah proses di mana suatu material mengalami satu atau lebih
perubahan fase martensit (displacive, difusi), menghasilkan perubahan volume
yang hampir seketika. Transisi ini disebabkan oleh perubahan keadaan tegangan
material, seperti peningkatan tegangan tarik, dan bekerja berlawanan dengan
tegangan yang diberikan. Ketika suatu material mengalami tegangan lokal,
seperti pada ujung retakan yang sedang berkembang, material tersebut dapat
mengalami perubahan fase yang meningkatkan volumenya, menurunkan tegangan tarik
lokal dan mencegah terjadinya perpatahan melalui material.
Metode
ini digunakan untuk memperkuat ketangguhan bahan keramik, terutama zirkonia
yang distabilkan Yttria, yang digunakan dalam aplikasi seperti pisau keramik
dan pelapis penghalang termal pada bilah turbin mesin jet.
1.2 mekanisme ekstrinsik
Mekanisme pengerasan ekstrinsik adalah prosedur yang bekerja di belakang
ujung retak untuk mencegahnya terbuka lebih lanjut. Berikut adalah beberapa
contoh:
·
Jembatan serat/lamela, di mana struktur ini
menjaga kedua permukaan rekahan tetap bersatu setelah retakan menyebar ke dalam
matriks.
·
Retak terjepit akibat gesekan antara dua
permukaan patahan kasar dan
·
Retakan mikro, yang terjadi ketika retakan kecil
tumbuh pada material di sekitar retakan primer, mengurangi tegangan pada ujung
retakan dengan meningkatkan kepatuhan material.
Metode pengujian
Uji ketangguhan
retak digunakan untuk menentukan ketahanan material terhadap kegagalan retak.
Hasil pengujian tersebut adalah penilaian tunggal dari ketangguhan patah atau
kurva resistensi. Kurva resistansi adalah grafik di mana karakteristik
ketangguhan retak (K, J, dll.) diplot terhadap parameter perambatan retak.
Berdasarkan penyebab dan stabilitas fraktur, kurva resistansi atau ketangguhan
fraktur bernilai tunggal dihitung. Ketangguhan retak merupakan atribut mekanik
yang penting dalam rekayasa.
Ada beberapa
jenis pengujian yang digunakan untuk menentukan ketangguhan patah bahan, yang
semuanya menggunakan spesimen berlekuk dalam salah satu dari beberapa bentuk.
Uji tumbukan Charpy adalah teknik uji standar yang sering digunakan di mana
sampel dengan takik V atau takik U terkena benturan dari belakang takik.
Eksperimen perpindahan retak, seperti uji lentur balok tiga titik dengan
retakan kecil yang telah ditentukan sebelumnya ke dalam benda uji sebelum
menerapkan tegangan, juga biasa digunakan.
1.3 Persyaratan pengujian
1.3.1 Pilihan spesimen
Standar
ASTM E1820 untuk mengukur ketangguhan rekahan mengusulkan tiga bentuk kupon
untuk pengujian ketangguhan rekahan: kupon tekukan ujung tunggal [SE(B)], kupon
tegangan kompak [C(T)], dan kupon tegangan kompak berbentuk cakram [DC(T )].
Setiap konfigurasi spesimen ditentukan oleh tiga dimensi: panjang retak (a),
tebal (B), dan lebar (W). Nilai dimensi ini ditentukan oleh kebutuhan pengujian
spesifik yang dilakukan pada spesimen. Sebagian besar pengujian dijalankan
dalam mode kompak atau SENB. Sebagian besar pengujian dijalankan dalam mode
kompak atau SENB. Konfigurasi ringkas membutuhkan lebih sedikit material
daripada SENB untuk dimensi karakteristik yang sama.
1.3.2 Orientasi bahan
Karena sebagian
besar bahan rekayasa non-isotropik, orientasi rekahan sangat penting.
Akibatnya, mungkin ada bidang kelemahan di dalam material, dan perambatan
patahan di sepanjang bidang ini mungkin lebih mudah daripada ke arah lain.
Karena signifikansinya, ASTM telah mengembangkan metode standar untuk
melaporkan orientasi rekahan sehubungan dengan sumbu penempaan. Huruf L, T, dan
S digunakan untuk menunjukkan arah melintang memanjang, melintang, dan pendek,
di mana arah membujur sesuai dengan sumbu penempaan. Orientasi dilambangkan
dengan dua huruf: yang pertama menunjukkan arah tegangan tarik utama dan yang
kedua menunjukkan arah perambatan patahan. Secara umum, batas bawah ketangguhan
material ditemukan pada orientasi di mana fraktur tumbuh ke arah sumbu penempaan.
1.3.3 Pra-retak
Sebelum
pengujian, fraktur tajam sangat penting untuk temuan yang efisien. Kriteria ini
tidak dipenuhi oleh takik dan slot mesin. Menerapkan tegangan siklik untuk
menumbuhkan fraktur kelelahan dari slot adalah cara yang paling efektif untuk
membangun retak akut yang sesuai. Retak fatik dimulai dari ujung slot dan
dibiarkan tumbuh sampai panjang retakan mencapai nilai yang diinginkan.
Pemuatan
siklik diatur dengan hati-hati sehingga pengerasan regangan tidak terlalu
memengaruhi ketangguhan material. Hal ini dicapai dengan memilih beban siklik
yang menghasilkan zona plastis yang jauh lebih kecil daripada zona plastis
rekahan asli. Menurut ASTM E399, intensitas tegangan maksimum Kmax pada tahap
awal tidak boleh lebih besar dari 0,6 KIC dan tidak lebih besar dari 0,8 KIC
saat retakan mencapai ukuran akhirnya.
Dalam
kondisi tertentu, alur dikerjakan pada sisi-sisi spesimen ketangguhan retak
untuk membatasi ketebalannya hingga minimal 80% dari ketebalan aslinya di
sepanjang arah ekstensi retak yang direncanakan. Alasan untuk ini adalah untuk
menjaga retakan lurus ke depan selama pengujian kurva-R.
Empat tes standar
utama diuraikan di sini, dengan tes Kic dan KR valid untuk mekanika fraktur
elastis-linier (LEFM) dan tes J dan JR valid untuk mekanika fraktur
elastis-plastik (EPFM) (EPFM)
1.4 Penentuan ketangguhan
fraktur regangan bidang
Nilai kritis dari faktor intensitas tegangan Mode-I mungkin menjadi
parameter patahan yang sesuai ketika suatu bahan bekerja secara elastis linier
sebelum keruntuhan, sehingga zona plastis sangat kecil dibandingkan dengan
dimensi spesimen. Pendekatan ini menghitung ketangguhan patah dalam hal faktor
intensitas tegangan regangan bidang kritis. Setelah selesai, tes harus
diverifikasi untuk mengkonfirmasi bahwa temuan itu relevan. Ukuran spesimen
telah ditentukan sebelumnya, dan harus cukup besar untuk memastikan kondisi
regangan bidang pada ujung patahan.
Derajat tekanan pada ujung retak dipengaruhi oleh tebal benda uji, yang
selanjutnya mempengaruhi nilai ketangguhan patah. Dengan bertambahnya ukuran
spesimen, ketangguhan patah berkurang sampai dataran tinggi tercapai.
Pembatasan ukuran spesimen ASTM E 399 dirancang untuk menjamin bahwa pengukuran
Kic sesuai dengan dataran regangan bidang dengan memastikan bahwa spesimen patah
dalam kondisi elastis linier nominal. Artinya, zona plastis harus sederhana
dibandingkan dengan penampang spesimen. Artinya, zona plastis harus rendah
dalam kaitannya dengan penampang spesimen. Versi E 399 saat ini memungkinkan
empat konfigurasi spesimen: spesimen kompak, SE(B), berbentuk busur, dan
berbentuk cakram. Spesimen untuk uji Kic biasanya dibuat dengan lebar W yang
dua kali tebalnya B. Benda tersebut mengalami pra-retak lelah dengan rasio
panjang/lebar retak (a / W) antara 0,45 dan 0,55. Akibatnya, desain spesimen
memastikan bahwa semua dimensi penting, a, B, dan Wa, hampir identik.
Akibatnya, desain spesimen membuat semua dimensi penting, a, B, dan Wa,
hampir identik. Karena standar menetapkan bahwa masing-masing dimensi ini lebih
kecil dari zona plastik, desain ini membuat penggunaan material menjadi
ekonomis.
Saat melakukan uji ketangguhan patah, desain spesimen uji yang paling
sering digunakan adalah spesimen tekukan takik tepi tunggal (SENB atau tekukan
tiga titik) dan tarik kompak (CT). Saat diuji, kondisi regangan bidang terbukti
normal.
Sekian artikel
hari ini semoga bermanfaat, dan mohon maaf bila terdapat kesalahan dalam
penulisan artikel kami. Jangan lupa follow and share ke teman-teman kalian
ya,,, terima kasih.
Salam hangat
Penulis
@isrul_muhamad
No comments:
Post a Comment