Uji Tarik (Tensile test)
Tes tarik (Tensile test) adalah salah satu metode pengujian yang paling penting untuk mengkarakterisasi atau mendapatkan parameter material. Dalam uji tarik, misalnya, ditentukan beban mana yang dapat ditahan material sampai mulai berubah bentuk secara plastis (kekuatan luluh) atau di bawah mana beban maksimum pecah (kekuatan tarik). Uji tarik juga dapat digunakan untuk menentukan perpanjangan putus (strain fraktur) untuk mendapatkan informasi tentang ketangguhan suatu material.
Meskipun uji tarik menguji perilaku material di bawah beban tarik murni, kesimpulan juga dapat ditarik tentang perilaku di bawah jenis beban lainnya. Oleh karena itu uji tarik memainkan peran sentral dalam teknik mesin.
- Daftar Isi
- 1. Pengantar
- 2. Kurva pemanjangan kekuatan
- 2.1 Stres
- 2.2 Ketegangan
- 3. Kurva tegangan-regangan dengan kekuatan luluh yang nyata
- 3.1 Regangan elastis
- 3.1.1 Kekuatan hasil (titik hasil)
- 3.1.2 Modulus elastis
- 3.2 Lüders regangan (perpanjangan kekuatan luluh)
- 3.2.1 Tanda regangan tandu (Lüder bands)
- 3.2.2 Efek Portevin – Le Chatelier
- 3.3 Strain plastik yang seragam (strain hardening)
- 3.3.1 Kekuatan tarik ultimit & regangan seragam
- 3.3.2 Rasio hasil-tarik
- 3.4 Leher
- 3.4.1 Strain fraktur (perpanjangan putus)
- 3.4.2 Energi deformasi
- 3.4.3 Pengurangan area
- 3.5 Makna dan penerapan parameter
- 4. Kurva tegangan-regangan tanpa kekuatan luluh yang nyata
- 5. Kurva tegangan-regangan yang sebenarnya
Tes tarik adalah salah satu tes paling penting untuk menentukan parameter material dalam teknik mesin!
Dalam uji tarik, sampel material dengan geometri terstandarisasi (spesimen uji tarik) dikenai beban tarik. Standarisasi geometri dimaksudkan untuk mencapai komparabilitas dari parameter material yang diperoleh, karena nilai karakteristik juga tergantung pada geometri spesimen.
Gambar: Jenis spesimen uji tarik
Umumnya spesimen tarik dengan penampang bundar digunakan. Ini adalah batang bundar dengan panjang pengukur dalam rasio tertentu terhadap diameter. Sementara di AS terutama spesimen dengan panjang empat kali dibandingkan dengan diameter yang digunakan, di Jerman panjang dengan sepuluh kali diameter sering digunakan.
(1)
(2)
Selain spesimen tarik bulat seperti itu, spesimen tarik datar dengan penampang persegi panjang juga digunakan dalam beberapa kasus. Spesimen tarik datar terutama digunakan untuk menguji bahan lembaran logam. Geometri lain juga dimungkinkan dalam kasus khusus.
Spesimen tarik sekarang mengalami beban quasi-statis dalam uji tarik di bawah peningkatan beban tarik (uniaksial) sampai fraktur sampel. Untuk keperluan ini spesimen uji tarik dijepit di mesin uji universal dan kemudian perpanjangan ΔL diukur sebagai fungsi gaya tarik F.
Gambar: Pengaturan untuk pengujian tarik
Dalam uji tarik, spesimen standar dimuat di bawah gaya tarik uniaksial sampai rusak. Gaya dicatat sebagai fungsi perpanjangan!
Agar tidak mengubah hasil, kecepatan deformasi dan detail lainnya ditentukan dalam standar yang sesuai. Misalnya, kecepatan deformasi yang tinggi dapat menyebabkan pemanasan sampel yang tidak dapat diterima dan dengan demikian juga memalsukan hasilnya. Untuk baja, misalnya, peningkatan tegangan tidak boleh melebihi 30 N / mm² per detik.
2. Kurva pemanjangan gaya
Hasil uji tarik selalu berupa kurva gaya-pemanjangan yang menunjukkan pemanjangan spesimen pada sumbu horizontal dan gaya yang diterapkan pada sumbu vertikal.
Namun, diagram seperti itu belum memungkinkan pernyataan tentang kekuatan suatu bahan! Kurva dipengaruhi secara signifikan oleh geometri spesimen. Misalnya, sampel kayu tebal mungkin dapat menahan gaya yang jauh lebih besar daripada sampel baja tipis, asalkan potongan melintang sampel kayu jauh lebih besar daripada penampang sampel baja (lihat kurva hijau). Namun, ini tidak berarti bahwa kayu umumnya lebih tahan terhadap stres daripada baja.
2.1 Stres
Untuk alasan ini, gaya harus terkait dengan area penampang yang identik. Untuk alasan praktis, selalu disarankan untuk menyatakan gaya yang distandarkan pada luas 1 milimeter persegi ("Newton per milimeter persegi"). Ini tidak lain berarti menentukan hasil bagi dari gaya yang diberikan F(N) dan luas penampang (S0) (mm²).
Area penampang awal S0spesimen selalu berfungsi sebagai area penampang, terlepas dari bagaimana ia berubah dalam perjalanan deformasi lebih lanjut! Kuantitas ini juga disebut tekanan teknik σdan merupakan ukuran geometri-independen dari beban pada suatu material. Dengan demikian, terlepas dari luas penampang aktual, pernyataan yang sebanding tentang intensitas beban diperoleh ketika spesimen dengan penampang yang berbeda ditekankan dalam uji tarik.
(3)
Stres adalah ukuran geometris independen dari intensitas beban tarik!
2.2 Regangan
Pemanjangan spesimen yang diukur dalam uji tarik juga masih merupakan besaran yang bergantung pada geometri. Misalnya spesimen baja mungkin jauh lebih besar daripada spesimen kayu walaupun memiliki gaya yang sama, asalkan spesimen baja jauh lebih panjang dari sampel kayu (lihat kurva biru). Namun, ini tidak berarti bahwa baja dapat ditarik lebih dari kayu.
Untuk alasan ini, perpanjangan sampel harus terkait dengan panjang awal yang identik. Oleh karena itu disarankan untuk menentukan perpanjangan sampel sebagai persentase, yaitu dalam kaitannya dengan panjang awal. Ini tidak lain berarti menentukan hasil bagi dari perpanjangan (ΔL) dan panjang gage awal (L0).
Kuantitas ini juga disebut regangan (ϵ) dan merupakan ukuran pemanjangan spesimen yang bebas geometri. Dengan demikian, pernyataan yang sebanding tentang intensitas pemanjangan spesimen diperoleh secara independen dari panjang awal. Sebagai contoh, suatu regangan 4% dari speciman baja pada prinsipnya berarti daktilitas yang lebih rendah daripada perpanjangan 10% dari spesimen kayu, terlepas dari panjang awal masing-masing.
(4)
(4)Strain adalah ukuran geometri-independen dari intensitas perpanjangan!
3. Kurva tegangan-regangan dengan kekuatan luluh yang nyata
Singkatnya, dapat dikatakan: Untuk menghilangkan pengaruh geometri spesimen, gaya berhubungan dengan penampang awal (tegangan) dan perpanjangan ke panjang awal (regangan)! Dengan cara ini, kurva tegangan-regangan yang bergantung pada material "murni" diperoleh dari diagram perpanjangan-gaya yang terutama bergantung pada geometri.
Gambar: Kurva tegangan-regangan
Karena penampang awal dan panjang gage awal adalah masing-masing jumlah yang konstan (dengan mana kurva pemanjangan gaya "dinormalisasi", sehingga untuk berbicara), kurva pemanjangan gaya dan kurva tegangan-regangan memiliki karakteristik yang sama.
Dari kurva tegangan-regangan, parameter penting tentang perilaku bahan di bawah tegangan tarik sekarang dapat diperoleh. Pada dasarnya, dua kurva berbeda dapat dibedakan untuk bahan logam, yang dijelaskan secara lebih rinci di bagian berikut:
- Kurva tegangan-regangan dengan kekuatan luluh yang nyata
- Kurva tegangan-regangan tanpa kekuatan luluh yang nyata
Gambar: Jenis kurva tegangan-regangan
Berbeda dengan kurva pemanjangan gaya, parameter bahan murni dapat ditentukan dari kurva tegangan-regangan yang tidak lagi bergantung pada geometri spesimen!
Catatan: Faktanya, geometri spesimen juga berperan dalam diagram tegangan-regangan (walaupun hanya yang kecil), terutama ketika menggunakan berbagai jenis spesimen uji tarik, mis. Spesimen bulat vs spesimen datar. Ada juga sedikit perbedaan jika spesimen yang lebih panjang (spesimen "Jerman") digunakan daripada spesimen yang lebih pendek (spesimen "AS"). Karena itu, pembandingan parameter material hanya mungkin jika diperoleh dari sampel yang identik.
3.1 Regangan elastis
gambar di bawah ini menunjukkan kurva tegangan-regangan yang khas. Terutama baja karbon rendah serta paduan tembaga dan aluminium menunjukkan kurva yang khas. Diagram dapat dibagi menjadi beberapa wilayah. Dalam setiap wilayah, proses karakteristik berlangsung dalam materi, yang dijelaskan oleh parameter tertentu.
Gambar: Daerah khas dari kurva tegangan-regangan
Pertama-tama, grafik menunjukkan peningkatan linier di mana regangan meningkat secara proporsional dengan tegangan yang diberikan. Menggandakan tekanan di wilayah ini juga berarti menggandakan ketegangan, atau melipatgandakan tekanan juga berarti melipatgandakan ketegangan. Pada garis lurus ini hanya terjadi deformasi elastis. Deformasi spesimen akan hilang sepenuhnya setelah gaya dihilangkan. Oleh karena itu, daerah ini dalam diagram juga disebut sebagai daerah elastis .
Dalam daerah elastis, tegangan dan regangan sebanding satu sama lain. Hanya deformasi elastis yang terjadi di wilayah ini!
Analog dengan rentang elastis pegas, kawasan elastis ini mematuhi hukum Hooke . Komponen bermuatan mekanis hanya dapat ditekankan dalam rentang leastik ini untuk menghindari deformasi permanen dan untuk menjamin keandalan fungsional dalam jangka panjang. Pikirkan, misalnya, baut kepala silinder untuk mesin, di mana deformasi permanen dari waktu ke waktu akan menyebabkan kebocoran di kepala silinder.
3.1.1 Kekuatan luluh (titik luluh)
Batas dimana material dapat diregangkan secara elastis tanpa deformasi permanen juga disebut kekuatan luluh σy atau titik hasil . Parameter kekuatan ini menandai ujung daerah elastis dan karenanya dapat dianggap sebagai batas elastis. Kekuatan luluh dapat ditentukan dari gaya tarik (Fy) pada ujung garis lurus dan potongan melintang spesimen awal S0:
(5)
Gambar: Penentuan kekuatan luluh
Kekuatan luluh (σy) menunjukkan batas tegangan di bawah mana bahan mengalami deformasi murni elastis dan selalu mencapai panjang awal lagi setelah pemindahan gaya (batas elastis)! Kekuatan luluh adalah salah satu parameter material terpenting dalam rekayasa struktural!
Perbedaan yang lebih tepat dapat dibuat antara kekuatan luluh atas (σyu), yang menandai awal deformasi plastis, dan kekuatan luluh yang lebih rendah (σyl), yang tegangannya kemudian berkurang secara minimal selama aliran material (lebih lanjut tentang ini, lihat perpanjangan titik titik hasil).
3.1.2 Modulus elastis
Kekuatan luluh adalah salah satu parameter kekuatan yang paling penting bagi insinyur, karena merupakan faktor penentu dalam menentukan kekuatan suatu material dan dengan demikian keselamatan fungsional konstruksi. Bahan untuk sekrup yang sangat tertekan, misalnya, umumnya harus memiliki kekuatan luluh yang tinggi sehingga tidak merusak plastis pada kekuatan tinggi.
Meskipun deformasi permanen dapat dikecualikan oleh kekuatan luluh yang cukup tinggi, deformasi elastis masih harus diperhitungkan. Jika, misalnya, sekrup direntangkan terlalu banyak dalam rentang elastis, deformasi memang akan benar-benar lenyap lagi setelah melepaskan beban, tetapi selama operasi bagian sekrup dapat dilonggarkan untuk waktu singkat karena pemanjangan yang kuat.
Sekrup dari bejana tekan, misalnya, tidak akan rusak secara permanen dalam kasus seperti itu, tetapi karena deformasi sekrup yang berlebihan, tekanan kontak antara bejana dan tutupnya akan berkurang dan kekencangan tidak lagi dipastikan.
Untuk alasan ini, insinyur tidak hanya harus diberikan dengan parameter kekuatan tetapi juga parameter deformasi. Ini berlaku khususnya dalam rentang elastis di mana sebagian besar komponen hanya dapat ditekankan.
Mengenai kurva tegangan-regangan, tujuannya adalah untuk mengkarakterisasi daerah elastis, yaitu hubungan kuantitatif antara tegangan yang diterapkan dan regangan yang dihasilkan.
Melihat garis lurus, korelasi kualitatif berikut menjadi jelas: Semakin curam garis tersebut, semakin banyak tekanan yang harus diterapkan untuk strain (elastis) tertentu. Bahan seperti itu hanya dapat dideformasi secara elastis dengan kekuatan yang relatif tinggi - karena itu berperilaku sangat "kaku". Kemiringan garis karena itu merupakan ukuran kekakuan material dan disebut sebagai modulus elastisitas (E) (Juga disebut modulus Young).
Sebagai contoh, batang pemandu untuk peralatan pengukur presisi tinggi harus memiliki kekakuan yang tinggi dan dengan demikian modulus Young yang tinggi, sehingga mereka tidak membengkok terlalu banyak di bawah beratnya sendiri dan berat kepala sensor dan dengan demikian merusak hasil pengukuran.
Karena daerah elastis kurva tegangan-regangan diwakili oleh garis lurus melalui titik asal, modulus elastis dapat ditentukan secara relatif mudah dengan membagi tegangan σe ldan saring ϵel, dimana pasangan nilai yang sesuai tentunya harus berada pada garis lurus. Untuk alasan ini, indeks "el" sering dilampirkan pada simbol masing-masing.
Perhatikan bahwa modulus elastisitas tidak menggambarkan elastisitas suatu material seperti yang mungkin dipikirkan orang dari terminologi tetapi justru sebaliknya: kekakuannya! Semakin tinggi modulus elastisitas, semakin keras material berperilaku, yaitu kurang elastis!
Modul-E 210 kN/mm², misalnya, secara teoritis akan membutuhkan tekanan 210 kN / mm² untuk memperluas materi hingga dua kali panjang aslinya. Perhatikan bahwa modulus Young sebenarnya hanya berlaku di daerah elastis dan perpanjangan spesimen menjadi dua kali lipat hanya teoretis.
Modulus Young adalah ukuran kekakuan suatu material, yang menggambarkan seberapa banyak tekanan yang diperlukan untuk meregangkan material secara teoritis hingga dua kali panjang awalnya!
Jika modulus Young dari suatu material ditentukan oleh uji tarik, maka regangan yang sesuai dapat ditentukan untuk setiap tegangan atau, sebaliknya, tegangan yang diperlukan untuk setiap regangan. Ini tentu saja mengandaikan bahwa stres di bawah titik luluh dan hubungan proporsional antara stres dan regangan diberikan:
Melihat persamaan ini, analogi dengan laju pegas segera terlihat. Sedangkan laju pegas kmenggambarkan hubungan antara gaya F dan perpanjangan ΔL sebagai kuantitas yang bergantung pada geometri, modulus elastisitas Emencirikan hubungan geometri-independen antara tegangan kuantitas yang sesuai σdan saring ϵ:
3.2 Strain Lüders (perpanjangan kekuatan luluh)
Jika spesimen tarik direntangkan di luar batas elastis, spesimen mengalami cacat permanen. Deformasi spesimen tidak akan sepenuhnya hilang setelah gaya dihilangkan. Wilayah ini dalam diagram karena itu disebut sebagai daerah deformasi plastis.
Permulaan deformasi plastis ditandai dengan penurunan tegangan pendek diikuti oleh daerah kecil dengan tegangan hampir konstan, sebelum tegangan meningkat lagi. Dalam rentang yang pendek ini, sampel bergerak tanpa peningkatan stres. Perilaku material yang aneh seperti itu juga dikenal sebagai efek kekuatan luluh .
Penurunan stres ketika deformasi plastis dimulai disebut sebagai efek kekuatan luluh!
Penyebab untuk efek kekuatan luluh terletak pada interaksi antara akumulasi atom asing dan dislokasi . Setengah bidang dislokasi yang disisipkan membuat zona melebar ( zona dilatasi ) di area garis dislokasi. Dalam zona-zona yang menguntungkan secara energik ini, atom-atom asing lebih disukai disimpan, yang akumulasinya juga disebut atmosfer Cottrell . Atom-atom asing ini awalnya mencegah dislokasi bergerak karena gaya elektrostatiknya. Ini juga disebut sebagai "menjepit" dislokasi.
Gambar: Suasana Cottrell
Hanya pada tekanan tertentu, dislokasi dapat melepaskan diri dari atom asing dan proses deformasi plastis tiba-tiba dimulai. Setelah dislokasi akhirnya lepas, mereka hanya harus terus bergerak dengan sedikit usaha. Ini disertai dengan kekuatan yang berkurang dan stres turun sebentar. Hanya ketika dislokasi menemui hambatan lain yang akan disematkan lagi. Ini menjelaskan penurunan jangka pendek dan perjalanan bentuk zig-zag lebih lanjut dari kurva tegangan-regangan dalam rentang regangan kecil.
Hanya ketika dislokasi telah bergerak melalui material dan tidak lagi disematkan oleh atmosfer Cottrell barulah tekanan harus ditingkatkan lagi karena pengerasan regangan untuk mencapai perpanjangan lebih lanjut. Daerah antara timbulnya deformasi plastik (yield strength) dan pengerasan regangan disebut sebagai perpanjangan kekuatan luluh atau titik luluh elongasi atau ketegangan Luder .
Pemanjangan kekuatan hasil (strain Lüders) adalah strain plastik yang tidak homogen pada tegangan yang hampir konstan antara awal deformasi plastis dan timbulnya pengerasan regangan!
3.2.1 Tanda regangan tandu (band Lüder)
Dislokasi yang muncul selama perpanjangan titik luluh meninggalkan langkah slip yang terlihat . Ini muncul sebagai matt, jaringan berbentuk strip pada permukaan mengkilap spesimen tarik ( biasanya pada 45 ° terhadap sumbu tarik ). Ini tanda regangan tandu di permukaan juga disebut band Lüder . Secara umum tanda regangan tandu tidak diinginkan dalam pembentukan teknologi.
Strain Lüder tidak terjadi secara merata atau serentak di atas seluruh panjang ukur spesimen tarik tetapi secara bertahap bergerak dari atas ke bawah atau sebaliknya. Hal ini dapat dilihat selama uji tarik oleh pita Lüder yang berurutan, yang hanya secara bertahap mencakup seluruh spesimen tarik. Oleh karena itu, perpanjangan titik luluh merupakan deformasi plastis yang tidak homogen.
Gambar: Band Lüder (tanda regangan tandu)
Setelah spesimen uji tarik direntangkan di luar kisaran regangan Lüder, efek titik luluh tidak lagi terjadi jika uji tarik diulang tepat waktu. Bagaimanapun, dislokasi telah terlepas dari atmosfer Cottrell dan dapat bergerak dengan bebas dari awal. Deformasi elastis kemudian secara terus-menerus berubah menjadi deformasi plastis; tanpa perpanjangan kekuatan luluh dan pembentukan tanda regangan yang terkait (lihat juga bagian di bawah ini: Kurva tegangan-regangan tanpa kekuatan luluh yang diucapkan ).
Karena alasan ini, deep-drawing sheet, yang biasanya memiliki efek titik leleh, sering berubah bentuk secara plastis terlebih dahulu dengan cara menggulung. Ini mencegah regangan serabut dan dengan demikian pembentukan tanda regangan regangan selama deep-drawing berikutnya. Namun, karena proses difusi, akumulasi atom asing dapat terbentuk lagi dari waktu ke waktu, yang menyebabkan atmosfer Cottrell - usia material . Dalam kasus seperti itu, efek titik hasil terjadi lagi.
3.2.2 Efek Portevin – Le Chatelier
Efek titik luluh hanya terjadi pada suhu yang relatif rendah. Pada suhu tinggi efek ini menghilang dan tekanan meningkat terus menerus dengan regangan. Alasan untuk ini adalah difusibilitas atom asing, yang meningkat dengan kuat pada suhu yang lebih tinggi. Jika laju difusi secara signifikan lebih tinggi daripada gerakan dislokasi, maka tidak ada akumulasi atom asing dapat terbentuk di muka karena pergerakan partikel yang kuat. Dislokasi tidak lagi harus melepaskan diri dari atmosfer Cottrell dan dapat bergerak bebas dari awal.
Kasus khusus muncul ketika laju difusi kira-kira sama dengan kecepatan dislokasi. Kemudian dislokasi harus melepaskan diri dari atmosfir Cottrell, tetapi ditangkap lagi oleh akumulasi atom asing postdiffusing sebelum mereka harus dihilangkan dari mereka lagi. Ini terlihat dalam kurva tegangan-regangan sebagai peningkatan zigzag. Perilaku seperti ini juga disebut efek Portevin-Le-Chatelier.
Gambar: Portevin – Le-Chatelier-Effekt
Efek Portevin-Le-Chatelier adalah peningkatan stres yang tidak berkesinambungan di wilayah regangan yang lebih berat pada suhu tinggi!3.3 Strain plastik yang seragam (strain hardening)
Setelah strain Lüders terlampaui, stres harus ditingkatkan lagi untuk perpanjangan lebih lanjut. Di wilayah ini sampelnya membentang sangat kuat. Karena potongan melintang spesimen berkurang secara seragam pada seluruh panjang pengukur hingga titik pemuatan tertinggi, kisaran regangan ini juga disebut sebagai regangan plastik seragam (atau perpanjangan seragam plastik). Berbeda dengan strain yang lebih berat, ini adalah deformasi plastis yang homogen, karena proses deformasi berlangsung secara seragam pada seluruh panjang spesimen.
Gambar: Daerah khas dari kurva tegangan-regangan
Di wilayah regangan seragam, terjadi pengerasan regangan material. Perataan kurva ke titik maksimum disebabkan oleh pengurangan penampang spesimen, karena semakin kecil penampang, semakin sedikit gaya yang diperlukan untuk semakin memanjang spesimen. Perhatikan bahwa tegangan teknik yang diterapkan selalu terkait dengan penampang awal spesimen dan tidak dengan penampang yang sebenarnya (lihat bagian kurva tegangan-regangan yang sebenarnya)!
Daerah pengerasan regangan di mana spesimen tarik secara plastis terdeformasi seragam di seluruh panjang (pengurangan seragam dari penampang) juga disebut sebagai regangan seragam atau perpanjangan seragam!
3.3.1 Kekuatan tarik ultimat & regangan seragam
Dalam regangan yang seragam, tegangan tarik naik ke maksimum sebelum jatuh lagi. Tegangan tarik maksimum yang dapat ditahan oleh suatu bahan disebut kekuatan tarik ultimat (σu) atau hanya kekuatan tarik. Parameter kekuatan ini dapat ditentukan dari gaya tarik maksimum (Fu) dan penampang awal (S0) dari spesimen tarik:
Kekuatan tarik ultimat didefinisikan sebagai tegangan maksimum yang dapat dikenakan material pada leher dan akhirnya patah!
Strain yang dialami sampel sampai mencapai kekuatan tarik disebut regangan seragam (atau sedikit tidak akurat disebut sebagai perpanjangan seragam). Perbedaan harus dibuat antara apakah spesimen dipertahankan dalam keadaan gaya tarik maksimum atau dibongkar. Jika spesimen lega, harus diperhitungkan bahwa perpanjangan spesimen berkurang lagi dengan proporsi deformasi elastis.
Akibatnya, perbedaan dapat dibuat antara total regangan seragam (Aut), yang hadir sebagai regangan total ketika kekuatan tarik ultimat tercapai, dan regangan seragam (Au) yang tersisa, yang sebenarnya dipertahankan setelah gaya tarik dihilangkan.
The tersisa ketegangan seragam diperoleh dengan menggeser garis lurus dari daerah elastis melalui maksimum dari kurva tegangan-regangan. Titik persimpangan dengan sumbu horizontal kemudian sesuai dengan regangan seragam yang tersisa. Proporsi elastis dengan mana regangan spesimen berkurang ketika lega sesuai dengan perbedaan antara dua nilai regangan yang seragam.
Kisaran regangan yang seragam sangat penting khususnya untuk membentuk teknologi. Membentuk di luar tekanan ini akan mengarah ke ikatan dan menghancurkan materi. Oleh karena itu, regangan seragam yang tinggi umumnya juga berarti sifat deformasi yang baik.
Regangan seragam (uniform uniform) didefinisikan sebagai regangan ketika kekuatan tarik ultimat tercapai. Semakin besar nilai regangan seragam, semakin jelas kemampuan material untuk mengubah bentuknya tanpa ikatan!
3.3.2 Rasio hasil-tarik (Yield-tensile ratio)
Rasio kekuatan luluh terhadap kekuatan tarik juga dapat ditentukan sebagai parameter lebih lanjut dari uji tarik. Rasio ini disebut rasio hasil-tarik dan merupakan ukuran risiko kerusakan pada saat terjadi kelebihan beban:
Semakin tinggi rasio hasil-tarik, semakin dekat kekuatan tarik dan kekuatan luluh satu sama lain. Ini berarti bahwa dalam hal terjadi kelebihan muatan (melebihi kekuatan luluh) hanya ada cadangan keselamatan kecil sebelum material akhirnya leher ketika kekuatan tarik tercapai dan kemudian patah.
Namun, semakin rendah rasio hasil-tarik, semakin besar perbedaan antara kekuatan tarik dan kekuatan luluh dan semakin besar cadangan keselamatan jika terjadi kelebihan beban. Namun, ini juga berarti bahwa kekuatan material hanya dapat digunakan sampai batas tertentu. Dengan rasio yield-tensile 0,6, misalnya, hanya 60% dari tegangan maksimum dapat digunakan sebelum material terdeformasi plastis. Namun, ini pada gilirannya berarti keuletan bahan yang relatif baik, yang penting dalam membentuk teknologi. Baja keras, di sisi lain, hampir tidak dapat dibentuk dan karenanya mencapai rasio hasil-tarik lebih dari 0,95 dalam beberapa kasus.
Rasio yield-tensile adalah ukuran risiko patah ketika batas elastis terlampaui!
3.4 Leher
Ketika maksimum kurva (kekuatan tarik) terlampaui, spesimen mulai leher lokal. Wilayah kurva ini oleh karena itu disebut sebagai wilayah necking . Penurunan tegangan disebabkan oleh pengurangan penampang spesimen, karena gaya yang secara signifikan lebih rendah diperlukan untuk perpanjangan lebih lanjut dengan penampang yang lebih kecil. Sampel kemudian hanya memanjang dalam zona necking sampai akhirnya pecah.
Di daerah leher, sampel leher secara lokal sementara stres turun sampai spesimen akhirnya patah!
3.4.1 Strain fraktur (perpanjangan putus)
Strain yang tersisa dari spesimen setelah fraktur disebut regangan fraktur Aatau perpanjangan agak tidak tepat saat istirahat . Sekali lagi, harus diingat bahwa spesimen dikurangi dengan proporsi deformasi elastis selama sobek. Untuk menentukan parameter deformasi ini dari kurva tegangan-regangan, garis sejajar dengan garis lurus dari daerah elastis harus ditarik melalui titik fraktur. Persimpangan dengan sumbu horizontal kemudian regangan fraktur .
Dalam prakteknya, bagaimanapun, regangan fraktur ditentukan lebih tepat dengan merakit dua fragmen dan mengukur perpanjangan sisa setelah fraktur Lu. Dengan L0 sebagai panjang gage awal, regangan fraktur (A) dihitung sebagai berikut:
Strain fraktur (perpanjangan putus) sesuai dengan regangan permanen setelah fraktur dan merupakan ukuran deformabilitas material!
Karena spesimen tarik memanjang hanya dalam area necking ketika kekuatan tarik terlampaui, dimensi spasial dari rentang regangan tidak homogen ini hampir identik untuk spesimen yang lebih pendek dan lebih panjang. Namun, untuk spesimen tarik pendek, regangan necking ini menyumbang fraksi total regangan total yang tinggi secara tidak proporsional. Oleh karena itu, uji tarik sampel dengan panjang pengukur pendek selalu memberikan nilai regangan patah yang lebih tinggi daripada uji tarik dengan panjang pengukur yang lebih besar.
Spesimen tarik pendek menunjukkan strain fraktur yang lebih tinggi daripada yang lebih lama!
Gambar: Pengaruh panjang spesimen pada regangan fraktur
3.4.2 Energi deformasi
Nilai regangan fraktur memberikan informasi tentang perilaku deformasi material. Strain fraktur memainkan peran penting tidak hanya dalam membentuk teknologi tetapi juga, misalnya, dalam komponen yang terkait dengan kecelakaan. Misalnya, balok bumper harus menyerap energi sebanyak mungkin selama deformasi jika terjadi kecelakaan. Strain fraktur yang tinggi adalah keuntungan, karena hal ini memastikan bahwa komponen tidak pecah dengan segera tetapi dapat menyerap energi deformasi sebanyak mungkin.
Selain regangan fraktur, pengaruh kekuatan tarik juga menentukan, yang juga mempengaruhi penyerapan energi deformasi. Dari kurva tegangan-regangan, energi deformasi yang diserap hingga fraktur dapat ditentukan dari area di bawah kurva. Karena dimensi tegangan dan regangan, area di bawah kurva sesuai dengan energi yang diserap per satuan volume material:
(13)
Gambar: Penyerapan energi per volume
Area di bawah kurva tegangan-regangan berhubungan dengan energi yang diserap per satuan volume material (kapasitas penyerapan energi) hingga fraktur!
Sekarang kurva tegangan-regangan jelas menunjukkan bahwa hanya kombinasi regangan fraktur tinggi dan kekuatan tarik tinggi berarti kapasitas penyerapan energi yang sangat tinggi dari material tersebut. Baja ringan ringan TRIP (TRansformation Induced Plasticity) memiliki sifat tertentu dan karenanya sering digunakan dalam industri otomotif.
3.4.3 Pengurangan di area
Selain regangan fraktur, yang disebut pengurangan area Z juga memberikan informasi tentang perilaku deformasi material. Parameter deformasi ini ditentukan oleh rasio pengurangan penampang setelah fraktur dan penampang awal spesimen. Pengurangan area Z dengan demikian ditentukan oleh penampang spesimen terkecil setelah fraktur Su dan penampang awal S0 sebagai berikut:
Gambar: Penentuan pengurangan area
Nilai deformasi ini secara deskriptif menunjukkan, berapa persen potongan melintang spesimen mengalami penurunan setelah fraktur dibandingkan dengan penampang awal. Untuk mengkompensasi deformasi yang tidak merata, dua nilai diameter pada sudut kanan satu sama lain ditentukan dan dirata-rata untuk menentukan area penampang setelah fraktur.
Pengurangan yang tinggi pada area umumnya berarti keuletan material yang baik, sementara nilai yang rendah menunjukkan material yang agak rapuh. Bahan rapuh umumnya tidak diinginkan karena cadangan deformasi yang rendah di bawah kelebihan beban. Di atas segalanya karena patah tulang rapuh tidak diumumkan di muka, misalnya, dengan suara berjalan atau tidak rata yang nyaring di mesin, karena (hampir) tidak ada deformasi. Pengurangan di daerah karena itu dapat dianggap sebagai ukuran resistensi patah getas.
Gambar: Fraktur getas dan patah ulet
Pengurangan area sesuai dengan penurunan relatif dari penampang spesimen setelah fraktur. Ini adalah ukuran resistensi patah getas!3.5 Arti dan penerapan parameter
Pada prinsipnya, parameter deformasi seperti:
- regangan seragam,
- regangan fraktur,
- pengurangan area
- (offset) kekuatan luluh,
- kekuatan tarik dan
- modulus elastisitas
parameter deformasi hanya berfungsi sebagai karakterisasi kualitatif jika terjadi kegagalan. Untuk semua nilai karakteristik, harus dicatat bahwa komparabilitas untuk bahan yang berbeda hanya diberikan jika nilai tersebut diperoleh pada geometri spesimen uji tarik yang identik dan dalam kondisi ambient yang identik.
| parameter | berarti | aplikasi |
|---|---|---|
| menghasilkan kekuatan | Tegangan di bawah ini yang bahannya mengalami tegangan murni elastis | bahan yang sangat tertekan harus memiliki kekuatan luluh tertinggi |
| Modulus muda | ukuran kekakuan suatu bahan (faktor proporsionalitas antara stres dan regangan dalam wilayah elastis) | bahan untuk komponen yang hanya dapat berubah bentuk sedikit (elastis) harus memiliki modulus elastisitas yang tinggi |
| kekuatan tekanan maksimum | tegangan maksimum yang dapat dimuat dari mana material leher dan akhirnya patah | bahan untuk komponen dengan relevansi keselamatan tinggi harus memiliki kekuatan tarik tinggi |
| rasio hasil-tarik | rasio kekuatan luluh terhadap kekuatan tarik. Ukur risiko patah tulang jika kekuatan luluh terlampaui | bahan untuk komponen yang relevan dengan keselamatan harus memiliki rasio yield-tensile serendah mungkin |
| mengimbangi kekuatan luluh | stres di mana bahan mengalami ketegangan permanen tertentu | bahan yang sangat tertekan harus memiliki kekuatan luluh offset yang setinggi mungkin (analog dengan kekuatan luluh) |
| regangan seragam | ukuran sifat mampu bentuk suatu bahan tanpa necking | bahan untuk membentuk teknologi harus memiliki regangan seragam setinggi mungkin. |
| regangan fraktur | ukuran daktilitas suatu material. Dalam kombinasi dengan kekuatan hasil tinggi, ini berarti kapasitas penyerapan energi yang tinggi. | bahan untuk komponen yang harus menyerap banyak energi jika terjadi kegagalan harus memiliki regangan patah yang tinggi. |
| pengurangan area | ukuran ketahanan patah getas bahan | secara umum, pengurangan tinggi dalam nilai area material diinginkan |
4. Kurva tegangan-regangan tanpa kekuatan luluh yang nyata
Selain perilaku material di bawah tegangan tarik yang disajikan sejauh ini, ada juga bahan yang tidak memiliki kekuatan luluh yang nyata. Ini terlihat dalam transisi terus menerus dari daerah elastis ke daerah plastik. Karenanya, titik luluh juga tidak terlihat jelas! Untuk alasan ini, tegangan di mana material tetap terdeformasi plastis sebesar 0,2% sering diindikasikan sebagai tegangan batas analog untuk bahan tersebut. Tegangan batas ini kemudian disebut sebagai 0,2% kekuatan luluh offset σy0,2.
Gambar: Kurva tegangan-regangan tanpa kekuatan luluh yang diucapkan (titik leleh offset)
Kekuatan imbal hasil offset 0,2% diperoleh secara grafis dengan menggeser garis lurus di dekat awal kurva melalui titik dengan regangan 0,2%. Persimpangan yang dihasilkan dengan kurva tegangan-regangan kemudian sesuai dengan kekuatan luluh offset. Dalam beberapa kasus khusus, kekuatan luluh offset offset juga digunakan, di mana material tersebut kemudian memiliki regangan permanen 0,01% ( σy0,01).
Untuk bahan yang tidak memiliki kekuatan luluh yang diucapkan, kekuatan luluh offset digunakan, yang menunjukkan tegangan pada regangan permanen yang tetap!
Catatan: Berbeda dengan kekuatan luluh di mana material tidak mengalami deformasi permanen setelah gaya dihilangkan, material tetap cacat pada kekuatan luluh offset!
5. Kurva tegangan-regangan sejati
Dalam analisis sebelumnya, beban tarik selalu dirujuk ke penampang awal spesimen ("tegangan teknik"), menghilangkan fakta bahwa itu berubah dalam kenyataan ("tegangan sejati"). Jika gaya selalu terkait dengan potongan melintang spesimen yang sebenarnya, kurva tegangan-regangan yang sebenarnya diperoleh. Diagram di bawah ini menunjukkan dua kurva sebagai perbandingan.
Gambar: Perbandingan antara stres teknik dan stres sejati
Meskipun potongan melintang sampel sudah berubah dalam rentang elastis, ia melakukannya sedemikian kecil sehingga kedua kurva awalnya berjalan hampir identik. Hanya setelah mencapai titik luluh barulah kurva menunjukkan perbedaan yang lebih jelas, karena potongan melintang spesimen hanya berkurang secara signifikan dalam kisaran regangan yang seragam karena elongasi yang tinggi dan konstanta volume. Di wilayah ini, stres yang sebenarnya meningkat lebih dari pengerasan regangan. Ini adalah alasan untuk perbedaan kuat dari dua kurva.
Efek ini semakin ditingkatkan dengan leher. Secara keseluruhan, menjadi jelas bahwa stres yang sebenarnya harus terus meningkat berbeda dengan stres rekayasa untuk akhirnya fraktur sampel. Namun, untuk egineer, tekanan sebenarnya tidak menarik, karena penentuan dimensi komponen selalu didasarkan pada keadaan yang tidak terdeformasi.