Penjelasan Kekuatan Tarik:Definisi Utama, Pentingnya, Jenis, dan Contoh Dunia Nyata

Bagi produsen, kekuatan tarik adalah salah satu hal pertama yang dibutuhkan ketika memilih bahan yang cocok untuk produk mereka. Dalam artikel ini, kami akan membahas secara pasti apa itu spesifikasi, perbedaannya dengan spesifikasi serupa lainnya, dan cara menghitungnya.

Apa itu Kekuatan Tarik?

Kekuatan tarik suatu material adalah seberapa besar beban atau gaya tarik yang dapat ditanggungnya pada suatu area tertentu sebelum material tersebut meregang atau patah secara permanen. Meskipun kekuatan luluhnya adalah titik sebelum bahan mulai meregang sedemikian rupa sehingga tidak dapat kembali ke bentuk aslinya, kekuatan tarik adalah titik di mana bahan tersebut patah. Bahan seperti baja memiliki kekuatan tarik yang tinggi, tetapi karet gelang berada tepat di bagian bawah timbangan. 

Untuk material yang meregang dengan cara yang dapat diprediksi—seperti pegas, misalnya—respons terhadap gaya yang diterapkan, “elastisitas”-nya, akan bergantung pada “zona elastis linier”-nya. Jika gaya berada dalam zona ini, pegas akan kembali ke bentuk semula setelah gaya tersebut hilang. Jika tidak, material tersebut akan pecah atau rusak dan tidak dapat diperbaiki lagi. Anda dapat melihat perbedaan gaya tarik dari jenis lainnya dalam hal arahnya pada diagram di bawah.

Apa Pentingnya Melakukan Uji Kekuatan Tarik?

Uji tarik digunakan untuk mempelajari sifat kekuatan formulasi material baru. Ini digunakan untuk memeriksa hasil perlakuan panas dari proses lain, atau untuk memverifikasi bahwa banyak material memenuhi spesifikasi aslinya. Validasi sifat bahan mentah yang masuk merupakan bagian penting dari pengendalian proses dan pencegahan kegagalan. Ini adalah apakah pemasok melakukan pengujian dan pelanggan menerimanya, atau apakah pelanggan memilih untuk memeriksa klaim pemasok tentang banyak material.

Di pabrik pembuat komponen, pengujian kekuatan tarik material dapat menjadi langkah pengendalian proses. Hal ini membantu memastikan bahwa material berada dalam kondisi yang benar sehubungan dengan perlakuan panas, pengerasan wadah, pengawetan, atau langkah produksi lainnya yang mengubah kekuatan dan keuletan material. Dalam lingkungan penelitian dan pengembangan, pengujian tarik adalah cara mudah untuk memeriksa apakah formulasi yang diusulkan memiliki karakteristik yang diinginkan untuk penerapan baru, atau untuk penyempurnaan dari formulasi yang sudah ada.

Uji tarik dapat dilakukan pada batang uji yang dibentuk atau dikerjakan dari bahan mentah. Mereka juga dapat dikerjakan dari komponen cor atau mesin yang sebenarnya jika ada kebutuhan penting untuk memeriksa properti di satu bagian dari sebagian besar.

Apa Pentingnya Kekuatan Tarik pada Komponen Cetak 3D?

Kekuatan tarik merupakan faktor penting dalam pencetakan 3D, khususnya karena potensi sifat tarik terarah. Misalnya, komponen plastik cetak 3D yang menggunakan teknologi FDM (fused deposition modelling) akan memiliki kekuatan tarik yang lebih rendah di sepanjang sumbu z, dengan sumbu z mengacu pada ketinggian vertikal komponen. Hal ini karena masing-masing lapisan tidak sepenuhnya menyatu satu sama lain dan hanya bersentuhan satu sama lain pada area permukaan yang kecil.

Banyak lembar data material untuk material cetak 3D akan menunjukkan kekuatan tarik dalam berbagai arah di dalam material (biasanya dalam arah Z dan XY). Teknologi pencetakan 3D lainnya, seperti SLM  (peleburan laser selektif), akan menghasilkan komponen dengan struktur isotropik, yang berarti propertinya sama di segala arah.

Berapa Kekuatan Tarik Ideal untuk Bahan Cetak 3D?

Kekuatan tarik yang ideal bergantung pada penerapan bagian, material yang digunakan, dan besar serta arah beban yang diterapkan. Misalnya, jika suatu bagian hanya dibebani tekan, maka kekuatan tarik tidak menjadi masalah. Atau jika bagian tersebut merupakan penutup untuk elektronik, maka kekuatan tarik kurang penting dibandingkan sifat antistatis dan penyerapan kelembapan. Saat mendesain komponen cetak 3D, bahan dipilih berdasarkan aplikasi dan bukan sebaliknya. 

Apakah Penting untuk Menentukan Kekuatan Tarik Bahan Cetak 3D?

Ya, penting untuk menentukan kekuatan tarik bahan cetakan 3D. Namun, hanya jika bagian cetakan 3D terkena beban mekanis. Misalnya, jika mendesain komponen ABS yang dicetak 3D, maka merupakan kesalahan jika menggunakan properti ABS normal. Bahan pencetakan 3D mungkin memiliki kekuatan tarik yang lebih rendah dibandingkan dengan kekuatan tarik teoritis bahan berdasarkan teknologi pencetakan 3D yang digunakan.

Bagaimana Cara Menghitung Kekuatan Tarik Suatu Material?

Untuk mengukur kekuatan tarik dengan benar, kita membagi gaya per satuan luas penampang material, bukan seluruh permukaannya. Namun Anda tidak akan bisa menghitung kekuatan tarik suatu material secara langsung tanpa terlebih dahulu mengetahui kurva tegangan-regangannya.

σ =F/A – persamaan 1

• σ =stres
• P =memaksa
• SEBUAH =luas

Satuan kuat tarik SI adalah MPa (N/mm2). Pada dasarnya kekuatan sama dengan tegangan pada titik keruntuhan material, dan titik keruntuhan ini dapat dicirikan oleh gaya per satuan luas.

Apa Saja Jenis Kekuatan Tarik yang Berbeda?

Ada beberapa jenis kekuatan tarik, namun istilah ini dapat berarti apa pun yang paling berguna bagi Anda. Misalnya, angka-angka yang dikerjakan dalam kondisi standar akan sangat berguna bagi para insinyur yang ingin membandingkan formulasi atau lot material, atau mereka yang mencoba mencari tahu apakah suatu material akan baik untuk tugas tertentu. Jenis yang paling umum digunakan adalah kekuatan luluh, kekuatan tarik ultimit, dan kekuatan putus, dan kita akan melihatnya lebih detail di bawah.

1. Kekuatan Hasil

Seperti disebutkan sebelumnya, kekuatan luluh adalah titik di mana deformasi permanen (atau plastis) dimulai pada suatu material. Untuk baja, ini adalah saat baja telah mengalami deformasi melewati batas proporsionalnya, biasanya terlihat sebagai garis lurus pada kurva tegangan-regangan. Untuk bahan yang tidak memiliki titik leleh yang jelas, seperti aluminium, kekuatan luluh dilaporkan sebagai tegangan yang bertepatan dengan regangan 0,2%. Dalam kebanyakan kasus, komponen logam dirancang untuk menjaga tekanan di lingkungan servis di bawah kekuatan luluh. Dalam kasus material yang sangat rapuh, seperti keramik, material tersebut akan rusak pada deformasi yang sangat kecil dan tidak akan luluh sama sekali. Bahan lain, seperti elastomer, dapat diregangkan berkali-kali lipat dari panjang aslinya tanpa putus dan hanya menunjukkan sedikit deformasi permanen setelah beban dihilangkan.

2. Kekuatan Melanggar

Juga dikenal sebagai kekuatan patah, ini mengacu pada titik di mana material tidak dapat lagi menahan beban dan patah. Hal ini dapat dilihat sebagai titik akhir kurva tegangan-regangan, yaitu titik “ε ” pada diagram kekuatan luluh di atas. Titik putus juga merupakan titik yang digunakan untuk mengukur perpanjangan total.

3. Kekuatan Tertinggi

Ini adalah tegangan maksimum yang dapat ditangani suatu bahan sebelum akhirnya patah karena beban tarik. Beberapa logam akan mengalami pengerasan regangan setelah melewati titik lelehnya, dan logam tersebut akan terus berubah bentuk seiring dengan meningkatnya tegangan hingga mencapai kekuatan tarik tertinggi material tersebut. Tidak semua material, misalnya plastik, memiliki kekuatan tarik ultimat yang jelas.

Bahan Apa yang Memiliki Kekuatan Tarik Tertinggi?

Bahan yang mempunyai kekuatan tarik paling tinggi adalah graphene. Graphene memiliki kekuatan tarik tertinggi sekitar 130 GPa, membuatnya lebih kuat dari tabung nano karbon, yang hingga saat ini memiliki kekuatan tarik tertinggi. Bahan-bahan ini jauh lebih kuat daripada unsur logam terkuat, tungsten, yang memiliki kekuatan tarik tertinggi sebesar 0,98 GPa, atau Inconel® yang diberi perlakuan panas sedikit lebih kuat,  dengan kekuatan tarik tertinggi sebesar 1,034 GPa. Namun harus dicatat bahwa baik graphene maupun karbon nanotube tidak dapat diproduksi secara massal dengan harga murah. 

Bahan Apa yang Memiliki Kekuatan Tarik Terendah?

Plastik cenderung memiliki kekuatan tarik yang sangat rendah dibandingkan logam dan keramik. Misalnya LDPE (low-densitypolyethylene) yang mempunyai kekuatan tarik 10 MPa. Mendefinisikan material dengan kekuatan tarik terendah sulit dilakukan, karena material dengan kekuatan tarik rendah memiliki aplikasi praktis yang terbatas, khususnya untuk penggunaan penahan beban. Pencatatan material berdasarkan kekuatan tarik rendah bukanlah praktik yang umum. 

Perangkat Apa yang Digunakan Untuk Mengukur Kekuatan Tarik?

Alat uji tarik digunakan untuk mengukur kekuatan tarik suatu spesimen. Mesin ini mencengkeram benda uji pada setiap ujungnya dan memberikan gaya tarik yang terkendali pada benda uji tersebut, dengan kecepatan yang konstan.  Mesin secara otomatis mencatat data tentang beban yang diterapkan dan perpindahan grip untuk analisis lebih lanjut.

Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat artikel lengkap kami tentang Mesin Uji Tarik.

Apa Penerapan Kekuatan Tarik?

Kekuatan tarik adalah properti material dan tidak dapat diterapkan.

Apa Saja Faktor yang Dapat Mempengaruhi Kekuatan Tarik Suatu Material?

Kekuatan tarik dapat dipengaruhi oleh berbagai faktor, seperti.

1. Suhu :Kekuatan tarik suatu bahan biasanya turun ketika suhunya naik. Di bawah suhu ruangan, sebagian besar bahan menjadi sedikit lebih kuat, namun juga menjadi kurang ulet.
2. Pengerasan kerja :Konsep keseluruhan proses ini adalah mengubah bentuk material secara plastis agar menjadi lebih keras. Dengan menggelindingkan, memalu, membengkokkan, atau meregangkan logam, struktur kristalnya mengalami perubahan mikroskopis yang meningkatkan hasil dan kekuatan tarik utama, sekaligus mengurangi keuletannya.
3. Aditif :Kaca atau serat karbon yang ditambahkan ke suatu bahan dapat meningkatkan kekuatan tarik nonlogam, seperti nilon, misalnya.
4. Perlakuan panas :Seperti halnya pengerasan kerja, hal ini juga mengubah struktur mikro logam dan, bergantung pada jenis perlakuannya, dapat mengakibatkan peningkatan ATAU penurunan kekuatan tarik.
5. Cacat :Cacat permukaan dan bagian dalam dapat mengurangi kekuatan tarik suatu material karena menimbulkan titik lemah yang dapat menyebabkan keretakan.

Apa Dua Jenis Kegagalan Kekuatan Tarik?

Ada dua tipe utama kegagalan kekuatan tarik:getas dan ulet.

1. Kegagalan Rapuh

Kegagalan getas terjadi terutama pada material keras, seperti besi tuang. Bahannya tidak akan banyak berubah bentuk sebelum tiba-tiba rusak.

Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat artikel kami tentang Kegagalan Rapuh

2. Kegagalan Ulet

Kegagalan ulet adalah mode kegagalan tarik utama pada banyak baja struktural dan material yang lebih lunak, seperti aluminium, dan terjadi secara bertahap, bukan seketika. Setelah material mulai meleleh, deformasi plastis berlanjut, kemudian terlokalisasi, menghasilkan “leher” yang akan menjadi tempat pemisahan akhir material.

Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat artikel kami tentang Kegagalan Ulet

Pertanyaan Umum tentang Kekuatan Tarik

Apa Perbedaan Antara Kekuatan Tarik dan Stres Tarik?

Tegangan tarik suatu material adalah jumlah gaya per satuan luas yang dialami akibat beban tarik, namun kekuatan tarik adalah kekuatan luluh, ultimit, atau patah.

Apa Perbedaan Antara Kekuatan Tarik dan Kekuatan Hasil?

Kekuatan tarik suatu bahan menunjukkan seberapa baik bahan tersebut menahan beban tarik yang diberikan padanya. Beberapa metrik kekuatan tarik yang ditentukan secara khusus sangat berharga bagi para insinyur:kekuatan luluh, tegangan saat material mulai berubah bentuk secara plastis, dan kekuatan tarik akhir, yang sering disebut sebagai "kekuatan tarik", yang merupakan tegangan maksimum yang dapat ditahan suatu material sebelum kegagalan menjadi tidak dapat dihindari.

Berapa kekuatan tarik terbaik untuk pencetakan 3D?

Saat mendesain komponen cetak 3D, bahan dipilih berdasarkan aplikasi dan bukan sebaliknya. Hal ini juga tergantung pada jenis material dan arah serta besarnya beban. Misalnya, jika suatu bagian hanya dibebani dengan kompresi atau jika bagian tersebut akan menjadi penutup untuk elektronik (di mana sifat anti-statis dan penyerapan air lebih penting), maka kekuatan tarik tidak terlalu menjadi masalah. Jika suatu bagian akan terkena pembebanan mekanis, Anda pasti perlu mengetahui kekuatan tariknya.

Misalnya, jika Anda mendesain komponen ABS yang dicetak 3D, maka merupakan kesalahan jika menggunakan properti ABS normal. Bahan pencetakan 3D mungkin memiliki kekuatan tarik yang lebih rendah dibandingkan dengan kekuatan tarik teoritis bahan berdasarkan teknologi pencetakan 3D yang digunakan. Banyak lembar data material untuk material cetak 3D akan menunjukkan kekuatan tarik dalam berbagai arah di dalam material (biasanya dalam arah Z dan XY). Teknologi pencetakan 3D lainnya, seperti SLM (peleburan laser selektif), akan menghasilkan komponen dengan struktur isotropik, yang berarti propertinya sama di segala arah.

Kat de Naoum

Kat de Naoum adalah seorang penulis, penulis, editor, dan spesialis konten dari Inggris dengan pengalaman menulis lebih dari 20 tahun. Kat memiliki pengalaman menulis untuk berbagai organisasi manufaktur dan teknis serta menyukai dunia teknik. Selain menulis, Kat juga menjadi paralegal selama hampir 10 tahun, tujuh di antaranya bekerja di bidang keuangan kapal. Dia telah menulis untuk banyak publikasi, baik cetak maupun online. Kat memiliki gelar BA dalam bidang sastra dan filsafat Inggris, dan MA dalam penulisan kreatif dari Kingston University.

Baca artikel lainnya oleh Kat de Naoum