Metal Fatigue Test (Uji Kelelahan Logam)

Sobat Logam Ceper masih ingat tentang destructive test tidak? Selain terdapat pengujian untuk merusak bahan, ada juga lho pengujian kelelahan logam atau fatigue test yang akan dibahas pada artikel ini.

Pengujian kelelahan logam (fatigue test) adalah suatu bagian dari pengujian merusak bahan (destructive test) yang membantu menentukan kemampuan suatu material untuk menahan kondisi pemuatan beban kelelahan siklik (berulang). Secara desain, material dipilih untuk memenuhi atau melampaui beban kerja yang diantisipasi dalam aplikasi pengujian kelelahan logam. Tes kelelahan siklik menerapkan pembebanan dan pelepasan beban secara berulang dalam tegangan, kompresi, tekukan, torsi, atau kombinasi dari tekanan-tekanan tersebut. 

Proses Kelelahan Logam

Proses kelelahan terdiri dari tiga tahap utama yaitu :

• Kerusakan fatik awal yang mengarah ke nukleasi retak dan inisiasi retak,
• Pertumbuhan siklik progresif dari retak (perambatan retak) hingga penampang bagian yang tidak retak menjadi lemah untuk menahan beban yang diterapkan,
• Kemudian, fraktur (patah) pada penampang.

Jenis-Jenis Kelelahan

• Kelelahan Mekanis: fluktuasi tegangan atau regangan yang diterapkan secara eksternal.
• Creep Fatigue: beban siklik pada suhu tinggi.
• Kelelahan termo mekanis: fluktuasi suhu serta tegangan dan regangan.
• Kelelahan Korosi: beban siklik di lingkungan yang agresif secara kimiawi atau yang rapuh.
• Fretting Fatigue: beban siklik dikombinasikan dengan pergeseran gesekan. Batas Ketahanan Kelelahan dan Kekuatan Kelelahan

Pada umumnya seberapa kecil pun beban yang diterima akan membuat patah material karena beban fatik namun semakin kecil beban yang diterima maka semakin lama siklus atau usia material tersebut.

Tujuan Fatigue Test

Tujuan dari pengujian kelelahan logam adalah untuk menentukan umur yang mungkin diharapkan dari suatu material yang mengalami beban siklik ( berulang ), namun nilai kekuatan fatik dan ketahanan retak biasanya juga dicari untuk memperkirakan usia pakai suatu produk. Umur lelah suatu material adalah jumlah total siklus yang dapat dialami suatu material di bawah skema pembebanan tunggal. Uji kelelahan juga digunakan untuk menentukan beban maksimum yang dapat ditahan sampel selama jumlah siklus tertentu. Semua karakteristik ini sangat penting dalam industri mana pun di mana suatu material yang akan diterapkan pada medan yang akan menerima beban secara berulang seperti aplikasi pada jembatan, kaki-kaki roda kendaraan, dan lain-lain.

Bahan apa saja yang bisa dilakukan pengujian kelelahan?

Pada umumnya semua bahan material dapat dilakukan pengujian kelelahan. Namun, bahan material logam yang paling umum dilakukan pengujian kelelahan logam karena memiliki kekuatan mekanik keuletan yang dapat menambah kekuatan lelah (fatigue strength) sehingga lebih sering diaplikasikan pada medan yang menerima beban siklik (berulang) dibanding dengan bahan dari material lain seperti keramik, polimer, dan kayu. Meskipun demikian bahan lain dapat dilakukan pengujian kelelahan (fatik) untuk mengetahui batas nilai fatiknya.

Prosedur fatigue test ( uji kelelahan)

1. Siapkan spesimen dengan prosedur yang berlaku

Potong sesuai ukuran. Poles jika perlu. Letakkan data spesimen pada setiap potongan spesimen untuk identifikasi. Jika spesimen yang diuji gagal, beri tanda pada setiap bagian spesimen. Lakukan pengukuran (lebar, tebal, panjang takik, tegangan hasil, Modulus Young, dll) untuk dimasukkan ke MATE (aplikasi pengumpul data pada PC) saat diminta sebelum memulai pengujian.

2. Tentukan rentang untuk beban, ekstensometer, dan stroke lalu pasang kartrid yang sesuai ke dalam pengontrol.

Hitung perkiraan beban, regangan, kesesuaian S yang akan terjadi selama pengujian. Pasang kartrid muatan yang akan memberikan Tegangan terbesar dalam sistem sambil tetap berada dalam rentang pengujian yang berlaku. Misalnya, untuk rentang muatan 1750 Ibs pada sel beban 20 Kip, pilih kartrid +2000 Ibs; atau jika rentang muatan adalah 0 hingga 7600 Ibs, pilih kartrid +10 Kip untuk memaksimalkan voltase sistem. Masukkan transduser regangan yang sesuai, yaitu pengukur regangan, pengukur klip, atau ekstensometer, dan kartrid kisaran yang cocok. Biarkan kartrid pemindahan pada 100%, kecuali jika menggunakan kontrol perpindahan untuk pengujian.

3. Pasang pegangan yang sesuai ke dalam mesin uji

Sesuaikan cross-head jika perlu, pastikan untuk mengencangkan kembali sekrup Allen hingga 140 ft-lbs pada cross-head. Jika menggunakan grip hidrolik, hitung gaya grip menggunakan persamaan pada kontrol grip.

4. Pasang peralatan lain yang diperlukan untuk digunakan selama pengujian.

Siapkan peralatan yang sekiranya dibutuhkan dalam pengujian, yaitu mikroskop, lampu, kamera, dan sebagainya.

5. Jika perlu, lakukan pemanasan mesin.

Pemanasan oli hidrolik diperlukan saat melakukan pengujian pertama. Idealnya, mesin harus dipanaskan sebelum pengujian apa pun dilakukan dan sangat diperlukan setelah tidak digunakan selama beberapa hari.

6. Hidupkan daya konsol,

7. Ubah Pengaturan Kontrol ke Kontrol beban

8. Sesuaikan semua pembebanan pada semua pengontrol ke 0,00.

9. Periksa Kalibrasi Shunt

10. Seimbangkan pengontrol beban

11. Tetapkan Batas awal.

12. Nyalakan sistem hidrolik

13. Pasang spesimen ke pegangan atas

14. Sesuaikan kembali Set point untuk beban nol.

15. Lakukan pemasangan spesimen ke pegangan bawah.

16. Sesuaikan kembali transduser gaya untuk beban nol.

17. Pasang transduser regangan jika diperlukan.

18. Sesuaikan output transduser strain ke -5 Id -8 Volt.

19. Sesuaikan output transduser stroke ke 0,00

20. Sesuaikan Batas Atas dan Bawah pada ketiga pengontrol.

21. Nyalakan mesin pengujian.

Kesimpulan

Pengujian kelelahan logam (metal fatigue testing) merupakan hal yang wajib dilakukan untuk memahami hubungan tingkat beban/stres dan umur kelelahan untuk mengetahui kinerja material yang tepat pada industri ruang angkasa, aeronautika, otomotif, olahraga motor, kementerian pertahanan, minyak/gas, dan pembangkit listrik.

Penulis:

Alfina Indah Rahmawati

Referensi:

testresources.net – What is a Fatigue Test?