Penjelasan Rinci tentang Kekuatan Luluh Material

1. Kekuatan luluh

Kekuatan luluh adalah batas luluh dari bahan logam ketika terjadi luluh, yang juga merupakan tegangan yang menahan deformasi plastis mikro.

Untuk material logam tanpa luluh yang jelas, nilai tegangan yang menghasilkan deformasi sisa 0,2% ditetapkan sebagai batas luluhnya, yang disebut batas luluh bersyarat atau kekuatan luluh.

Gaya eksternal yang melebihi kekuatan luluh akan mengakibatkan kerusakan permanen pada komponen dan tidak dapat diperbaiki.

Sebagai contoh, kekuatan luluh baja karbon rendah adalah 207MPa. Ketika mengalami gaya eksternal yang melampaui batas ini, komponen akan mengalami deformasi permanen.

Namun demikian, jika gaya eksternal berada di bawah batas ini, komponen akan kembali ke bentuk aslinya.

• Untuk material yang menunjukkan fenomena luluh yang jelas, kekuatan luluh didefinisikan sebagai tegangan pada titik luluh atau nilai luluh.
• Untuk material tanpa fenomena luluh yang jelas, kekuatan luluh ditentukan sebagai tegangan di mana deviasi batas hubungan linier antara tegangan dan regangan mencapai nilai yang ditentukan, biasanya 0,2% dari panjang pengukur asli.

Kekuatan luluh adalah indeks evaluasi yang umum digunakan untuk sifat mekanik material padat dan mewakili batas layanan material yang sebenarnya. Ketika tegangan pada material melebihi batas luluhnya, terjadi necking dan material mengalami deformasi yang cepat, yang menyebabkan kerusakan dan membuatnya tidak dapat digunakan.

Ketika tekanan pada material melebihi batas elastisnya dan memasuki tahap luluh, laju deformasi meningkat. Selama tahap ini, material mengalami deformasi elastis dan plastis. Pada titik di mana regangan plastis meningkat tajam, tegangan dan regangan sedikit berfluktuasi, yang mengakibatkan luluh. Tegangan maksimum dan minimum pada tahap ini masing-masing disebut sebagai titik luluh atas dan titik luluh bawah.

Karena nilai titik leleh yang lebih rendah relatif stabil, ini dianggap sebagai indikator yang dapat diandalkan untuk ketahanan material dan biasanya disebut sebagai titik leleh atau kekuatan leleh (ReL atau Rp0,2).

Beberapa baja, seperti baja karbon tinggitidak menunjukkan fenomena luluh yang jelas. Dalam kasus seperti itu, kekuatan luluh didefinisikan sebagai tegangan di mana sedikit deformasi plastis (0,2%) terjadi dan dikenal sebagai kekuatan luluh bersyarat.

Apabila suatu gaya diterapkan pada suatu bahan, maka bahan tersebut akan mengalami deformasi. Deformasi ini dapat dibagi menjadi dua jenis: deformasi elastis, di mana bahan kembali ke bentuk aslinya ketika gaya eksternal dihilangkan, dan deformasi plastis, di mana bentuk bahan berubah secara permanen, menghasilkan pemanjangan atau pemendekan.

Kekuatan leleh baja konstruksi digunakan sebagai dasar untuk menentukan tegangan desain. Batas leleh, biasanya disimbolkan dengan σs, adalah nilai tegangan kritis di mana material akan luluh.

• Untuk material yang menunjukkan fenomena luluh yang jelas, kekuatan luluh didefinisikan sebagai tegangan pada titik luluh atau nilai luluh.
• Untuk material tanpa fenomena luluh yang jelas, kekuatan luluh ditentukan sebagai tegangan di mana deviasi batas hubungan linier antara tegangan dan regangan mencapai nilai yang ditentukan, biasanya perpanjangan 0,2% dari material.

Kekuatan luluh biasanya digunakan sebagai indeks evaluasi sifat mekanik material padat dan mewakili batas layanan material yang sebenarnya. Ketika tegangan pada material melebihi batas luluhnya, deformasi plastis terjadi dan regangan meningkat, sehingga material menjadi tidak valid dan tidak dapat digunakan.

2. Jenis

1. Hasil menggila: fenomena menggila dan pemutihan stres.

2. Hasil geser.

Penentuan kekuatan luluh

Untuk material logam tanpa fenomena luluh yang jelas, kekuatan perpanjangan non-proportional yang ditentukan atau tegangan perpanjangan sisa yang ditentukan diukur. Untuk material logam yang menunjukkan fenomena luluh yang jelas, kekuatan luluh, kekuatan luluh atas, dan kekuatan luluh bawah dapat diukur.

Biasanya, hanya kekuatan luluh bawah yang diukur. Ada dua metode umum untuk menentukan kekuatan luluh atas dan kekuatan luluh bawah: metode grafis dan metode penunjuk.

Metode grafis

Selama pengujian, alat perekam otomatis digunakan untuk memplot diagram gaya-perpindahan. Tegangan, yang diwakili oleh rasio sumbu gaya per milimeter, pada umumnya harus kurang dari 10 N/mm^2, dan kurva harus meluas ke ujung tahap luluh secara minimum.

Untuk menentukan kekuatan luluh, kekuatan luluh atas, dan kekuatan luluh bawah, gaya konstan (Fe) pada platform luluh pada kurva, gaya maksimum (Feh) sebelum penurunan gaya pertama selama tahap luluh, dan gaya minimum (FeL) tanpa efek sesaat awal dihitung.

Kekuatan luluh dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut: Re = Fe/So, di mana Fe adalah gaya konstan saat luluh.

Kekuatan luluh atas dihitung sebagai berikut: Reh = Feh/So, di mana Feh adalah gaya maksimum sebelum penurunan gaya pertama selama tahap leleh.

Kekuatan luluh yang lebih rendah dihitung sebagai berikut: ReL = FeL/So, di mana FeL adalah gaya minimum tanpa efek sesaat awal.

Metode penunjuk

Selama pengujian, kekuatan luluh, kekuatan luluh atas, dan kekuatan luluh bawah ditentukan dengan mengukur gaya konstan saat penunjuk disk pengukur gaya berhenti berputar untuk pertama kalinya, gaya maksimum sebelum penunjuk berputar untuk pertama kalinya, dan gaya minimum yang tidak mencapai efek seketika awal, masing-masing.

3. Standar

Ada tiga standar hasil yang umum digunakan dalam teknik konstruksi:

• Kurva tegangan-regangan batas proporsional: Tegangan tertinggi pada kurva yang sesuai dengan hubungan linier biasanya dinyatakan sebagai σp secara internasional. Ketika tegangan melebihi σp, maka dianggap bahwa material mulai luluh.
• Batas elastis: Batas elastis ditentukan dengan membongkar sampel setelah pembebanan dan mengukur tegangan maksimum yang dapat dipulihkan oleh material secara elastis tanpa ada sisa deformasi permanen. Biasanya dinyatakan sebagai ReL secara internasional. Material dianggap luluh ketika tegangan melebihi ReL.
• Deformasi sisa yang ditentukan: Kekuatan luluh didasarkan pada deformasi sisa yang ditentukan, seperti deformasi sisa 0,2%, yang biasanya diambil sebagai kekuatan luluh dan diwakili oleh Rp0,2.

4. Faktor-faktor yang mempengaruhi

Faktor-faktor internal yang mempengaruhi hasil panen kekuatan bahan termasuk ikatan, struktur, sifat atom, dan banyak lagi. Saat membandingkan hasil kekuatan logam dengan keramik dan polimer, terbukti bahwa pengaruh ikatan sangat mendasar.

Dari perspektif struktural, ada empat mekanisme penguatan yang dapat memengaruhi kekuatan luluh material logam:

• Penguatan solusi
• Penguatan deformasi
• Penguatan curah hujan dan penguatan dispersi
• Penguatan batas butir dan subbutir.

Penguatan presipitasi dan pemurnian butiran merupakan metode yang umum digunakan untuk meningkatkan kekuatan luluh paduan industri. Dari semua mekanisme penguatan ini, tiga yang pertama dapat meningkatkan kekuatan material, tetapi juga menurunkan plastisitasnya. Penghalusan butiran adalah satu-satunya cara untuk meningkatkan kekuatan dan plastisitas.

Faktor eksternal yang mempengaruhi kekuatan luluh meliputi suhu, laju regangan, dan kondisi tegangan. Ketika suhu menurun dan laju regangan meningkat, kekuatan luluh material meningkat, terutama untuk logam kubik yang berpusat pada badan. Logam-logam ini sangat sensitif terhadap suhu dan laju regangan, yang menyebabkan kegagalan getas pada baja dengan suhu rendah.

Pengaruh kondisi tegangan juga signifikan, karena kekuatan luluh adalah indeks penting yang mencerminkan sifat internal material. Namun, nilai kekuatan luluh dapat bervariasi dengan kondisi tegangan yang berbeda. Kekuatan luluh biasanya direferensikan pada kekuatan luluh dalam tegangan uniaksial.

5. Signifikansi proyek

Menurut metode desain kekuatan tradisional, tegangan yang diizinkan [σ] untuk bahan plastik ditentukan berdasarkan kekuatan luluh (σys) dan dihitung sebagai [σ]=σys/n, di mana n adalah faktor keamanan yang dapat berkisar antara 1,1 hingga 2 atau lebih tinggi tergantung pada situasinya. Untuk bahan rapuh, tegangan yang diizinkan [σ] ditentukan berdasarkan kekuatan tarik (σb) dan dihitung sebagai [σ]=σb/n, di mana n umumnya 6.

Penting untuk diperhatikan bahwa metode desain kekuatan tradisional sering kali memprioritaskan kekuatan luluh yang tinggi pada material, yang dapat mengakibatkan berkurangnya ketahanan terhadap fraktur getas. Ketika kekuatan luluh material meningkat, material tersebut menjadi lebih rentan terhadap korosi tegangan dan penggetasan hidrogen. Sebaliknya, material dengan kekuatan luluh rendah cenderung memiliki kemampuan kerja dingin yang baik dan kemampuan las.

Kesimpulannya, kekuatan luluh adalah indeks yang sangat penting dalam sifat material dan memberikan ukuran kasar dari berbagai perilaku mekanis dan sifat teknologi material dalam bidang teknik.