1496T_c08_207-251 11/18/05 11:50 Halaman 223 HALAMAN REVISI 8.6 Dampak Fraktur Pengujian • 223 tabel 8.4 Peringkat dari Beberapa Logam Paduan Sehubungan dengan maksimum yang diijinkan Tekanan (Leak-Sebelum-Break Kriteria) untuk Pressure Vessel Thin-Walled Bulat K ic2 Bahan Sy karbon menengah (1040) baja 4140 baja ( MPa-m) 11.2 6.1 (Marah @ ) Ti-5Al-2.5Sn titanium 5.8 2024 aluminium (T3) 5.6 4340 baja (Marah @ C 482 C 5.4 ) 17-7PH baja 4.4 AZ31B magnesium 3.9 Ti-6Al-4V titanium 4140 baja 3.3 370 425 2.4 (Marah @ C) 4340 baja 1,5 (Marah @ 260 C ) 7075 aluminium (T651) 1.2 8.6 DAMPAK FRAKTUR PENGUJIAN Sebelum munculnya mekanika fraktur sebagai suatu disiplin ilmu, teknik dampak pengujian didirikan sehingga untuk memastikan karakteristik fraktur bahan. Disadari bahwa hasil tes tarik laboratorium tidak dapat diekstrapolasikan untuk memprediksi perilaku fraktur; misalnya, dalam kondisi tertentu biasanya logam ulet patah tiba-tiba dan dengan deformasi sangat sedikit plastik. kondisi pengujian dampak dipilih untuk mewakili mereka relatif paling parah potensi untuk patah tulang-yaitu, (1) deformasi pada suhu relatif rendah, (2) tingkat regangan tinggi (yaitu, laju deformasi), dan (3) triaksial negara stres (yang mungkin diperkenalkan oleh kehadiran takik). Teknik Pengujian Dampak tes Charpy, Izod Dua tes standar, 4 itu Charpy dan Izod, dirancang dan masih digunakan untuk mengukur dampak energi, kadang-kadang juga disebut notch ketangguhan. Teknik Charpy V-notch (CVN) ini paling sering dampak energi digunakan di Amerika Serikat. Untuk kedua Charpy dan Izod, spesimen adalah dalam bentuk bar penampang persegi, di mana V-notch adalah mesin (Gambar 8.12 Sebuah). Peralatan untuk membuat tes dampak V-notch yang digambarkan pada Gambar 8.12 b. beban diterapkan sebagai pukulan dampak dari palu pendulum tertimbang yang dilepaskan dari posisi terkokang di ketinggian tetap h. spesimen diposisikan di pangkalan seperti yang ditunjukkan. Setelah rilis, ujung pisau dipasang pada pemogokan pendulum dan patah tulang spesimen di takik, yang bertindak sebagai titik konsentrasi tegangan untuk ini tinggi-kecepatan 4 ASTM Standard E 23, “Metode Uji Standar untuk berkumai Bar Dampak Pengujian Bahan Metallic.” 1496T_c08_207-251 11/18/05 11:50 Halaman 224 HALAMAN REVISI 224 • Bab 8 / Kegagalan Gambar 8.12 8 mm (0,32 di). ( Sebuah) Spesimen yang digunakan untuk Charpy dan Izod tes dampak. ( b) Sebuah gambar skematik pengujian dampak aparat. palu dilepaskan dari (Sebuah) 10 mm (0,39 di). ketinggian tetap h dan menyerang spesimen; energi yang 10 mm (0,39 di). dikeluarkan dalam fraktur tercermin dalam perbedaan antara h dan tinggi ayunan h ¿. penempatan spesimen untuk kedua Charpy dan Izod tes Takik juga ditampilkan. [Gambar ( b) diadaptasi dari HW Hayden, WG Moffatt, dan Charpy Skala J. Wulff, Struktur dan Sifat Material, Vol. Izod AKU AKU AKU, Perilaku mekanik, p. 13. petunjuk Posisi awal Hak cipta © 1965 oleh John Palu Wiley & Sons, New York. Dicetak ulang dengan izin dari John Wiley & Sons, Inc.] Akhir ayunan h Contoh h' Landasan (B) dampak pukulan. pendulum terus bergoyang, naik ke ketinggian maksimum yang lebih rendah darihh. ¿, Penyerapan energi, dihitung dari selisih antara h dan h ¿, adalah ukuran dari dampak energi. Perbedaan utama antara Charpy dan Izod teknik terletak pada cara spesimen mendukung, seperti digambarkan pada Gambar 8.12 b. Selanjutnya, ini adalah tes dampak diistilahkan dalam terang cara aplikasi beban. Variabel termasuk ukuran spesimen dan bentuk serta konfigurasi kedudukan dan pengaruh mendalam hasil tes. 1496T_c08_207-251 11/18/05 11:50 Halaman 225 HALAMAN REVISI 8.6 Dampak Fraktur Pengujian • 225 Kedua ketangguhan patah plane strain dan tes dampak ini menentukan sifat fraktur bahan. Yang pertama adalah kuantitatif di alam, dalam properti tertentu dari bahan yang ditentukan (yaitu, K ic ) . Hasil tes dampak, pada sisi lain, lebih kualitatif dan jarang digunakan untuk tujuan desain. energi dampak yang menarik terutama dalam arti relatif dan untuk membuat nilai absolut comparisons- adalah signifikansi kecil. Upaya telah dilakukan untuk pesawat berkorelasi toughnesses regangan patah dan energi CVN, dengan sukses hanya terbatas. tes ketangguhan plane strain fraktur tidak sesederhana untuk tampil sebagai tes dampak; Selanjutnya, peralatan dan spesimen yang lebih mahal. Ulet-to-Brittle Transisi ulet-to-rapuh transisi Salah satu fungsi utama dari tes Charpy dan Izod adalah untuk menentukan apakah atau tidak pengalaman material ulet-to-rapuh transisi dengan penurunan suhu dan, jika demikian, kisaran suhu lebih dari yang terjadi. Ulet-to-rapuh transisi berkaitan dengan ketergantungan suhu penyerapan energi dampak terukur. Transisi ini diwakili untuk baja dengan kurva SEBUAH pada Gambar 8.13. Pada suhu yang lebih tinggi energi CVN relatif besar, dalam korelasi dengan modus ulet fraktur. Sebagai suhu diturunkan, energi dampak tetes tiba-tiba pada rentang temperatur yang relatif sempit, di bawah mana energi memiliki konstan tetapi nilai kecil; yaitu, modus fraktur rapuh. Atau, penampilan permukaan kegagalan adalah indikasi dari sifat fraktur dan dapat digunakan dalam penentuan temperatur transisi. Untuk fraktur ulet permukaan ini muncul berserat atau membosankan (atau karakter geser), seperti dalam spesimen baja Gambar 8.14 yang diuji di 79 C. Sebaliknya, permukaan benar-benar rapuh memiliki 59 C granular (mengkilap) tekstur (atau karakter belahan dada) (yang spesimen, Gambar 8.14). Selama transisi ulet-to-rapuh, fitur dari kedua jenis akan ada (pada Gambar 8.14, ditampilkan oleh spesimen yang diuji di 12 C, 4 C, 16 dan C, 24 C ) . Sering, perpersen fraktur geser diplot sebagai fungsi dari suhu-kurva B pada Gambar 8.13. suhu ( ° F) Gambar 8.13 Suhu - 40 ketergantungan dari Charpy V-notch 40 0 120 160 200 240 280 80 100 dampak energi (kurva SEBUAH) dan persen fraktur geser (kurva B) SEBUAH 80 Digunakan dengan izin dari American Welding Society.) dampak energi (J) (Dipetik dari Welding Journal. 60 80 fraktur geser 60 40 B 40 Dampak 20 20 0 - 40 -20 0 20 40 60 suhu ( ° energi C) 80 100 120 140 0 fraktur geser (%) 100 untuk baja A283. 1496T_c08_207-251 11/18/05 11:50 Halaman 226 HALAMAN REVISI 226 • Bab 8 / Kegagalan 59 12 4 16 24 79 Gambar 8.14 Foto fraktur permukaan spesimen Charpy V-notch A36 baja diuji pada suhu C Deformasi dan Fraktur Mekanika Teknik Material, 3rd edition, Gambar. 9.6, p. 329. Hak Cipta © 1989 oleh John Wiley & Sons, Inc., New York. Dicetak ulang dengan izin dari John Wiley & Sons, Inc.) yang ditunjukkan (dalam). (Dari RW Ertsberg, Bagi banyak paduan ada berbagai suhu di mana transisi ulet-to-rapuh terjadi (Gambar 8.13); hadiah ini beberapa kesulitan dalam menentukan ulet-untuk-rapuh suhu transisi tunggal. Tidak ada kriteria eksplisit telah ditetapkan, dan suhu ini sering didefinisikan sebagai suhu yang di mana energi CVN mengasumsikan beberapa nilai (misalnya, 20 J atau 15 ft-lb f), atau sesuai dengan beberapa penampilan yang diberikan fraktur (misalnya, 50% fraktur berserat). Masalah menjadi semakin rumit karena suhu transisi yang berbeda dapat direalisasikan untuk masing-masing kriteria tersebut. Mungkin yang paling suhu transisi konservatif adalah bahwa di mana permukaan fraktur menjadi 100% berserat; atas dasar ini, suhu transisi sekitar 110 C (230 F) untuk paduan baja yang menjadi subjek dari Gambar 8.13. Struktur dibangun dari paduan yang menunjukkan ini perilaku ulet-to-rapuh harus digunakan hanya pada suhu di atas suhu transisi, untuk menghindari kegagalan rapuh dan bencana. contoh klasik dari jenis kegagalan terjadi, dengan konsekuensi bencana, selama Perang Dunia II ketika sejumlah kapal transportasi dilas, jauh dari pertempuran, tiba-tiba dan drastis terbelah pembuluh half.The dibangun dari baja paduan yang dimiliki daktilitas memadai sesuai dengan suhu ruang tarik tests.The patah tulang rapuh terjadi pada suhu sekitar relatif rendah, sekitar 4C (40 F), di sekitar suhu transisi dari paduan. setiap fraktur retak berasal di beberapa titik konsentrasi tegangan, mungkin tajam sudut atau fabrikasi cacat, dan kemudian disebarkan di seluruh ketebalan dari kapal. Selain transisi ulet-to-rapuh diwakili dalam Gambar 8.13, dua jenis umum lainnya dari dampak perilaku energi-versus-suhu telah diamati; ini diwakili secara skematis oleh kurva atas dan bawah dari Gambar 8.15. Ini dia dampak energi Low-kekuatan (FCC dan HCP) logam baja rendah-kekuatan (BCC) bahan kekuatan tinggi Suhu Gambar 8.15 kurva skema untuk tiga jenis umum dampak perilaku energi-versus-suhu. 1496T_c08_207-251 11/18/05 13:43 Halaman 227 HALAMAN REVISI 8.6 Dampak Fraktur Pengujian • 227 Gambar 8.16 - 200 Pengaruh karbon 400 200 0 konten di Charpy V-notch perilaku 300 energi versustemperature 0.01 dari ASM International, Logam Park, OH 44073-9989, USA; JA Reinbolt dan WJ Harris, Jr, dampak energi (J) ulang dengan izin 0.11 0.22 160 200 0,31 0,43 120 100 “Pengaruh Pemaduan 0.53 Elemen di Notch 0,63 Ketangguhan perlitik Baja,” Transaksi ASM, Vol. 43, 1951.) dampak energi (ft-lbf) untuk baja. (Dicetak 80 0,67 200 240 0 - 200 - 100 0 100 200 0 40 suhu ( ° C) Suhu ( ° F) Dapat dicatat bahwa logam rendah-kekuatan FCC (beberapa paduan aluminium dan tembaga) dan logam yang paling HCP tidak mengalami transisi ulet-to-rapuh (sesuai dengan kurva atas Gambar 8.15), dan mempertahankan energi dampak tinggi (yaitu, tetap ulet) dengan penurunan suhu. Untuk bahan kekuatan tinggi (misalnya, baja kekuatan tinggi dan titanium paduan), energi dampak juga relatif tidak sensitif terhadap suhu (kurva bawah Gambar 8.15); Namun, bahan ini juga sangat rapuh, seperti tercermin oleh nilai-nilai energi rendah dampak mereka. Dan, tentu saja, ulet-untuk-rapuh transisi karakteristik diwakili oleh kurva tengah Gambar 8.15. Sebagaimana dicatat, perilaku ini biasanya ditemukan pada baja rendah-kekuatan yang memiliki struktur kristal BCC. Untuk baja rendah-kekuatan ini, suhu transisi sensitif terhadap komposisi dan struktur mikro. Misalnya, penurunan hasil ukuran butir rata-rata dalam menurunkan suhu transisi. Oleh karena itu, memperbaiki ukuran butir kedua Perkuat (Bagian 7.8) dan toughens baja. Sebaliknya, peningkatan kadar karbon, sekaligus meningkatkan kekuatan baja, juga menimbulkan transisi CVN baja, seperti ditunjukkan pada Gambar 8.16. Kebanyakan keramik dan polimer juga mengalami transisi ulet-to-rapuh. Untuk bahan keramik, transisi terjadi hanya pada temperatur tinggi, biasanya lebih dari 1000 C (1850 F). Perilaku ini yang terkait dengan polimer dibahas di Bagian 15.6. igue lemak kelelahan Kelelahan adalah bentuk kegagalan yang terjadi pada struktur mengalami dinamis dan berfluktuasi tekanan (misalnya, jembatan, komponen pesawat, dan mesin). Dalam keadaan ini adalah mungkin untuk kegagalan terjadi pada tingkat stres jauh lebih rendah dari tarik atau yield kekuatan untuk beban statis. Istilah “kelelahan” digunakan karena jenis kegagalan biasanya terjadi setelah periode panjang stres berulang atau strain bersepeda. Kelelahan lantaran penting karena merupakan penyebab terbesar kegagalan dalam logam, diperkirakan terdiri sekitar 90% dari semua kegagalan logam; polimer dan 1496T_c08_207-251 11/18/05 11:50 Halaman 228 HALAMAN REVISI 228 • Bab 8 / Kegagalan keramik (kecuali untuk kacamata) juga rentan terhadap jenis kegagalan. Selain itu, kelelahan adalah bencana dan berbahaya, terjadi sangat tiba-tiba dan tanpa peringatan. Kelelahan kegagalan brittlelike di alam bahkan dalam biasanya ulet logam, bahwa ada sangat sedikit, jika ada, deformasi plastik kotor terkait dengan kegagalan. Proses terjadi dengan inisiasi dan propagasi retak, dan biasanya permukaan fraktur adalah tegak lurus terhadap arah dari tegangan tarik diterapkan. 8.7 TEGANGAN CYCLIC Stres diterapkan mungkin aksial (ketegangan-kompresi), lentur (bending), atau torsi (memutar) di alam. Secara umum, tiga mode stres-waktu berfluktuasi yang berbeda yang mungkin. Satu diwakili secara skematis oleh ketergantungan waktu reguler dan sinusoidal pada Gambar 8.17 Sebuah, dimana amplitudo adalah simetris terhadap tingkat stres mean nol, misalnya, bolak-balik dari stres maksimum tarik stres pressive ( s min) ( s max) ke com- minimum besarnya sama; ini disebut sebagai siklus stres terbalik. Gambar 8.17 Variasi stres dengan waktu yang menyumbang kegagalan Ketegangan max kelelahan. ( Sebuah) siklus stres + terbalik, di mana alternatif stres dari tegangan maksimum tarik (+) untuk tegangan tekan - Stres Kompresi 0 maksimum yang sama besarnya. () ( b) min Mengulangi siklus stres, di Waktu mana maksimum dan (Sebuah) minimum tekanan relatif asimetris ke tingkat nol-stres; stres berarti s m, jarak max stres Ketegangan r + 0 - min Waktu + - Ketegangan (B) Kompresi Kompresi amplitudo Waktu (C) s Sebuahadalah ditunjukkan. ( c) siklus stres acak. m Menekankan Menekankan Sebuah s r, dan stres
