Uji Dampak Charpy:Cara Mengukur Ketangguhan Material, Prosedur, dan Interpretasinya

Uji dampak Charpy pertama kali dikembangkan pada tahun 1900-an untuk meningkatkan pemahaman mengapa material rusak sebelum waktunya. Tes Charpy menentukan berapa banyak energi yang diserap suatu material selama patah, yang dikenal sebagai energi tumbukan, dan digunakan untuk menilai kekuatan tumbukan Charpy suatu material. Pengujiannya bersifat komparatif, artinya kekuatan benturan berbagai bahan dibandingkan satu sama lain, asalkan diuji dengan menggunakan standar yang sama. Prosedur uji tumbukan Charpy melibatkan pemukulan sampel berlekuk dengan pendulum berayun. Ketinggian pendulum sebelum dan sesudah tumbukan digunakan untuk mengetahui seberapa besar energi yang diserap sampel. Pengujian ini membantu menilai ketangguhan takik, yang menunjukkan ketahanan material terhadap patah di lokasi takik.

Uji Dampak Charpy adalah metode yang digunakan dalam pengujian material untuk mengukur kekuatan benturan, yang menjawab pertanyaan, Apa itu uji Charpy?, dengan menentukan berapa banyak energi yang diserap suatu material selama patah. Energi yang diserap selama pengujian diukur dengan perbedaan ketinggian sebelum dan sesudah tumbukan, dan hasilnya bergantung pada karakteristik benda uji tumbukan Charpy.

Apa itu Uji Dampak Charpy?

Uji Dampak Charpy digunakan untuk mengukur kemampuan material dalam menyerap energi selama patah. Uji Dampak Charpy dilakukan dengan memukul benda uji berlekuk dengan pendulum berayun. Besarnya energi yang diserap pada saat tumbukan ditentukan oleh perbedaan ketinggian sebelum dan sesudah ayunan. Pengujian ini bertujuan untuk menilai kekuatan impak suatu material, khususnya ketahanannya terhadap patah getas pada tingkat regangan yang tinggi. Uji dampak Charpy sangat penting untuk memahami kinerja material dalam kondisi dunia nyata (suhu ekstrem atau benturan mendadak). Uji Charpy mengukur ketangguhan material dengan menguji responsnya terhadap gaya yang tiba-tiba.

Definisi uji dampak melibatkan perbandingan energi yang diserap oleh material berbeda dalam kondisi standar.

Bagaimana Sejarah Uji Dampak Charpy?

Sejarah uji dampak Charpy dimulai pada awal abad ke-20, ketika tes ini dikembangkan untuk memahami kegagalan material akibat dampak mendadak dengan lebih baik. Uji tumbukan Charpy ditemukan oleh George Augustin Albert Charpy pada tahun 1901. Tes ini dibuat untuk mengetahui mengapa mesin (ketel uap, mesin uap, dan persenjataan militer) rusak sebelum waktunya. Charpy menyempurnakan pendekatan berbasis pendulum yang pertama kali dikembangkan oleh S.B. Russel. Ia menemukan bahwa menambahkan takik pada sampel membantu meningkatkan akurasi dan sensitivitas pengujian. Tes ini dinamai Charpy, karena dia bertanggung jawab atas berbagai upaya standardisasi dan perbaikan teknis. 

Apa Pentingnya Uji Dampak Charpy?

Pentingnya Uji Dampak Charpy adalah memberikan wawasan berharga mengenai kemampuan material dalam menahan kekuatan atau benturan yang tiba-tiba. Pengujian ini diperlukan dalam rekayasa material karena membantu menentukan ketangguhan dan keandalan material dalam lingkungan yang mengalami pembebanan cepat atau fluktuasi suhu. Memahami kekuatan dampak Charpy pada bahan cetakan memastikan bahwa komponen cetakan tahan terhadap tekanan dunia nyata tanpa mengalami kegagalan dalam pencetakan 3D. Pengujian ini berperan dalam desain mekanis, di mana material harus dipilih berdasarkan kemampuannya menahan patah di bawah beban yang tidak terduga. Pengujian dampak Charpy mengevaluasi ketangguhan takik, yang mengukur kemampuan material untuk menahan perambatan retak di lokasi takik, sehingga penting dalam memilih material untuk aplikasi di mana kegagalan dapat mengakibatkan konsekuensi bencana.

Bagaimana Cara Menghitung Uji Dampak Charpy?

Untuk menghitung Uji Dampak Charpy, ada empat langkah yang harus diikuti. Pertama, siapkan pengujian dengan mengamankan benda uji tumbukan Charpy pada tempatnya di bawah pendulum. Kedua, lepaskan pendulum dan biarkan pendulum mengenai spesimen yang bertakik. Ketiga, ukur tinggi pendulum sebelum dan sesudah tumbukan untuk mengetahui seberapa besar energi yang diserap. Terakhir, gunakan rumus uji tumbukan Charpy untuk menghitung energi yang diserap benda uji, yaitu selisih energi potensial dikurangi energi yang hilang akibat gesekan dan hambatan udara. Hal ini dilakukan dengan menggunakan rumus uji tumbukan, yang mencakup massa pendulum dan perbedaan ketinggian, serta memperhitungkan kehilangan energi akibat gesekan dan angin.

Apa Rumus Uji Dampak Charpy?

Rumus Uji Dampak Charpy digunakan untuk menghitung energi yang diserap benda uji selama tumbukan. 
Rumus uji dampak ditunjukkan di bawah ini.

E =mgΔh

E adalah energi yang diserap benda uji (dalam joule), m adalah massa bandul (dalam kilogram), g adalah percepatan gravitasi (9,81 m/s²), dan Δh adalah beda tinggi bandul sebelum dan sesudah tumbukan (dalam meter).

Misalnya sebuah bandul bermassa 1,5 kg berayun dari ketinggian 2 meter dan diturunkan menjadi 1 meter setelah menumbuk benda uji.

Rumusnya ditunjukkan di bawah ini.

E =1,5 ⋅ 9,81 ⋅ ( 2 - 1 )

E =1,5 ⋅ 9,81 ⋅ (1) =14,715 J

E =14,715 J

Spesimen menyerap energi 14,715 joule selama tumbukan. Uji tumbukan Charpy menentukan energi yang diserap, biasanya dinyatakan dalam Joule, sedangkan kekuatan tumbukan sering kali dihitung sebagai energi per satuan luas (J/cm2 atau kJ/m2).

Apa Unit untuk Uji Dampak Charpy?

Hasil uji tumbukan Charpy diukur dalam joule, yang merupakan satuan SI untuk energi. Satuannya adalah besarnya usaha yang dilakukan ketika gaya 1 Newton diberikan pada jarak 1 meter. Nilai tersebut digunakan untuk menghitung energi tumbukan dalam J/m2 dengan membagi nilai joule dengan luas penampang sampel pada takik sampel.

Apa Prosedur Langkah-demi-Langkah Pengujian Dampak Charpy?

Prosedur Langkah-demi-Langkah Pengujian Dampak Charpy tercantum di bawah.

1. Persiapan Spesimen :Mulailah dengan memotong spesimen material ke dalam dimensi yang diperlukan, bentuk persegi panjang standar, pastikan bebas dari cacat permukaan.  Benda uji harus ditempatkan di dalam mesin uji dengan sisi berlekuk menghadap menjauhi pendulum ayun. Persiapan spesimen yang tepat sangat penting untuk mendapatkan hasil yang akurat dalam prosedur pengujian Charpy.
2. Orientasi Takik:Takik harus sejajar dengan tepat, karena lokasi dan orientasinya memengaruhi hasil. Takik ditempatkan di tengah benda uji dan harus menghadap jauh dari arah tumbukan. Orientasi takik yang benar sangat penting untuk menguji prosedur uji dampak Charpy material.
3. Mencolok Pendulum :Melepaskan bandul dari ketinggian yang diketahui sehingga bandul berayun ke bawah hingga mengenai benda uji yang bertakik. Gaya yang diterapkan pada spesimen selama tumbukan menyebabkan spesimen patah, dan tinggi pendulum pun berkurang. Langkah tersebut merupakan bagian dari prosedur uji tumbukan yang digunakan untuk mensimulasikan gaya tiba-tiba pada material.
4. Pengukuran Energi :Mengukur beda tinggi pendulum sebelum dan sesudah memukul benda uji setelah tumbukan. Energi yang diserap benda uji dihitung dengan menggunakan beda tinggi, massa pendulum, dan gravitasi. Langkah ini mengakhiri prosedur uji dampak Charpy, yang menentukan ketangguhan dan ketahanan material terhadap benturan.

Mesin Manakah yang Digunakan dalam Pengujian Dampak Charpy?

Mesin uji dampak Charpy digunakan untuk menguji kekuatan dampak sampel. Mesin ini relatif sederhana dan bekerja dengan mengayunkan pendulum ke sampel untuk mematahkannya. Energi yang diserap sampel dibaca dari dial pada mesin. 

Mesin ini relatif sederhana dan bekerja dengan mengayunkan pendulum ke sampel untuk mematahkannya. Energi yang diserap sampel dibaca dari dial pada mesin. 

Apa yang dimaksud dengan Standar Uji Dampak Charpy?

Standar pengujian dampak Charpy ditentukan oleh pedoman khusus untuk memastikan konsistensi dan keandalan dalam prosedur pengujian. Standar yang paling dikenal adalah ASTM E23 dan ASTM D6110. ASTM E23 adalah standar yang digunakan untuk pengujian bahan logam, yang menyediakan metode untuk mengukur sifat benturan logam (persiapan spesimen, prosedur pengujian, dan persyaratan peralatan). ASTM D6110 berlaku untuk plastik dan menguraikan metode untuk menentukan kekuatan impak bahan polimer menggunakan uji Charpy. ASTM E23 dan ASTM D6110 sangat penting dalam memastikan bahwa hasil pengujian akurat dan dapat dibandingkan di berbagai material dan kondisi pengujian.

Berapa Suhu untuk Uji Dampak Charpy?

Suhu untuk pengujian dampak Charpy adalah 23 °C. Namun, pengujian ini dilakukan pada berbagai rentang suhu untuk menggambarkan suhu transisi material yang ulet ke getas.

Apakah Dua Jenis Hasil Uji Dampak Charpy?

Hasil Uji Dampak Dua Jenis Charpy tercantum di bawah ini.

1. Hasil Kuantitatif :Hasil Kuantitatif memberikan data terukur, dinyatakan dalam joule, yang mewakili jumlah energi yang diserap oleh spesimen selama tumbukan. Nilai tersebut digunakan untuk menentukan kekuatan tumbukan material dan kemampuannya menahan patah akibat tekanan. Hasil kuantitatif membantu membandingkan berbagai material dalam hal ketangguhan dan ketahanan benturan.
2. Hasil Kualitatif :Hasil Kualitatif memberikan wawasan tentang perilaku material, seperti apakah material tersebut patah secara getas atau ulet. Mereka diamati secara visual setelah pengujian dan memberikan deskripsi permukaan rekahan (apakah itu menunjukkan tanda-tanda deformasi plastis/muaian lateral atau permukaan datar berbentuk kristal). Prosedur pengujian dampak Charpy membantu memperoleh jenis hasil, menawarkan pemahaman lengkap tentang kinerja material yang terkena dampak.

1. Hasil Kuantitatif

Hasil kuantitatif adalah data berdasarkan nilai numerik. Data kuantitatif biasanya berupa energi yang diserap selama patahnya sampel dalam uji tumbukan Charpy. Suhu Transisi Ulet ke Rapuh (DBTT) diperkirakan dengan menguji beberapa sampel pada berbagai suhu untuk melihat di mana terdapat peningkatan drastis dalam energi tumbukan yang diperlukan.

Rumus uji dampak Charpy ditunjukkan di bawah ini.

E =mg (h₁ − h₂)

Pengujian Charpy V-Notch:Mengapa Penting dalam Pengujian Charpy?

Pengujian Charpy V-Notch penting karena takik berbentuk V menciptakan konsentrasi tegangan terkendali yang memaksa terjadinya patahan di lokasi yang tepat, sehingga memungkinkan pengukuran ketangguhan tumbukan secara akurat. Pengujian takik Charpy V memastikan penyerapan energi dievaluasi dalam kondisi berulang selama pembebanan mendadak. Uji takik V menunjukkan seberapa efisien suatu material menahan keruntuhan getas saat terkena benturan berkecepatan tinggi. Uji takik menstandardisasi inisiasi retakan sehingga nilai energi yang diserap tetap sebanding pada sampel material yang berbeda. Angulo de Charpy menentukan sudut takik yang tepat yang mengontrol intensitas tegangan, yang secara langsung memengaruhi keakuratan dan konsistensi pengukuran ketangguhan benturan.

Diagram Uji Dampak Charpy:Bagaimana Diwakili?

Diagram uji dampak Charpy disajikan dengan langkah-langkah berikut yang tercantum di bawah ini.

1. Sajikan tata letak Diagram Uji Dampak Charpy . Diagram uji tumbukan Charpy menunjukkan kerangka penyangga kaku dengan pendulum yang dipasang pada ketinggian tetap di atas benda uji. Desainnya menggambarkan bagaimana energi potensial gravitasi diubah menjadi energi tumbukan pada titik tumbukan.
2. Tampilkan susunan dalam Diagram Uji Charpy . Diagram uji Charpy menampilkan benda uji yang diletakkan secara horizontal pada dua landasan dengan jarak antar penyangga yang ditentukan. Takiknya menghadap ke pendulum, sehingga patahan dimulai pada konsentrasi tegangan tertinggi selama tumbukan.
3. Gambarkan pengoperasian penguji dampak Charpy . Ilustrasi penguji dampak Charpy menelusuri busur pendulum dari pelepasan hingga kontak spesimen. Perbedaan antara ketinggian awal dan ketinggian pantulan menunjukkan energi yang diserap selama patahan.
4. Ilustrasikan tahapan pengukuran energi . Tahap diagram terakhir menunjukkan skala mekanis atau tampilan digital yang dihubungkan pada sumbu pendulum. Kehilangan energi yang diukur secara langsung mewakili ketangguhan material saat pembebanan mendadak.

Apa Faktor yang Mempengaruhi Uji Dampak Charpy?

Faktor-faktor yang mempengaruhi Uji Dampak Charpy tercantum di bawah.

• Kekuatan Hasil :Kekuatan luluh mempengaruhi kekakuan material, kekuatan yang lebih tinggi mengurangi deformasi sebelum patah.
• Takik :Takik menciptakan titik tekanan, dan alur memandu patahan.
• Suhu :Suhu mempengaruhi perilaku getas atau ulet, mengubah energi yang diperlukan untuk patah. 
• Mekanisme Fraktur :Mekanisme rekahan menunjukkan bagaimana material terpisah akibat benturan, yang mencerminkan ketahanan struktur internalnya terhadap gaya.

1. Kekuatan Hasil

Kekuatan luluh material meningkat ketika energi tumbukan menurun. Bahan dengan kekuatan luluh yang lebih tinggi memiliki ketangguhan yang lebih rendah. Bahan yang mengalami deformasi plastis sebelum keruntuhan akhir dianggap lebih keras. Kekuatan luluh dan kekuatan luluh yang lebih tinggi merupakan faktor yang mempengaruhi Uji Dampak Charpy, yang menciptakan respons lebih kaku sehingga mengurangi jumlah energi yang diserap selama tumbukan.

2. Takik

Takik tersebut menghasilkan titik tegangan terkendali yang mengarahkan jalur patahan dan memengaruhi ketangguhan yang diukur. Benda uji takik V digunakan bila bahan bersifat getas, dan benda uji takik U digunakan bila bahan bersifat ulet. Benda uji takik U mempunyai faktor konsentrasi tegangan yang lebih tinggi dibandingkan benda uji takik V. Perlu dicatat bahwa takiknya harus sama persis untuk mendapatkan hasil yang akurat dibandingkan dengan pengujian sebelumnya.

3. Suhu

Suhu mengubah perilaku material dengan menggeser keseimbangan antara respons getas dan ulet selama pembebanan tumbukan. Uji tumbukan Charpy biasanya dilakukan pada suhu 23 °C. Namun, temperatur yang lebih tinggi dan lebih rendah digunakan untuk menggambarkan kurva yang mewakili perilaku transisi material yang ulet ke getas. Temperatur yang lebih tinggi meningkatkan kekuatan benturan.

4. Mekanisme Fraktur

Mekanisme rekahan menentukan bagaimana suatu material terpisah akibat gaya yang tiba-tiba dan menentukan jumlah energi yang diperlukan untuk menyelesaikan rekahan tersebut. Dua mekanisme patahan tersebut adalah pembelahan, yang umum terjadi pada bahan rapuh, dan penggabungan mikrovoid, yang lebih umum terjadi pada bahan ulet. Material yang patah melalui mekanisme patahan belahan memiliki energi tumbukan yang lebih rendah dibandingkan material yang patah melalui penggabungan mikrovoid. 

Apakah Uji Dampak Charpy Penting dalam Pencetakan 3D?

Ya, uji dampak Charpy penting dalam pencetakan 3D. Melakukan uji dampak Charpy pada sampel cetakan 3D membantu para insinyur menentukan kekuatan benturan berbagai bahan pencetakan 3D, mengingat beberapa teknologi mencetak komponen dengan sifat anisotropik. Menguji sampel dengan geometri cetak yang berbeda membantu para insinyur memahami cara mengoptimalkan desain mereka untuk kekuatan benturan. Uji dampak Charpy penting dalam pencetakan 3D karena metode ini memberikan pengukuran yang jelas tentang bagaimana bahan cetakan menyerap energi selama pemuatan mendadak. Untuk informasi lebih lanjut, lihat panduan kami tentang Segala Sesuatu yang Perlu Anda Ketahui Tentang Pencetakan 3D.

Lihat Daftar Istilah Lembar Data Teknis kami untuk mempelajari lebih lanjut tentang berbagai sifat material.