CHAPTER 4 : MATERIAL TESTING (UJIAN BAHAN) ?· MATERIAL TESTING JF302- 4/1 CHAPTER 4 : MATERIAL TESTING (UJIAN BAHAN) PENGENALAN Ujian-ujian ke atas sesuatu bahan adalah perlu

  • View
    265

  • Download
    26

Embed Size (px)

Transcript

  • MATERIAL TESTING JF302- 4/

    1

    CHAPTER 4 : MATERIAL TESTING (UJIAN BAHAN) PENGENALAN

    Ujian-ujian ke atas sesuatu bahan adalah perlu bagi tujuan-tujuan seperti berikut :-

    Untuk menentukan mutu sesuatu bahan. Ini boleh menjadi satu aspek proses

    kawalan dalam loji pengeluaran.

    Untuk menentukan sifat-sifat mekanikal seperti kekuatan, kekerasan dan kemuluran.

    Untuk mengesan kecacatan dalam bahan komponen yang dihasilkan.

    Untuk menilai prestasi bahan dalam keadaan perkhidmatan yang tertentu.

    Tidak ada satu kaedah ujian boleh digunakan untuk memenuhi kesemua kehendak/tujuan di

    atas, maka berbagai kaedah ujian direka yang dikategorikan kepada :

    Ujian Musnah (destructive testing).

    Ujian Tanpa Musnah (non-destructive testing).

    4.1 Sifat-Sifat Mekanikal Bahan

    Bahan yang digunakan dalam kerja kejuruteraan dipilih atas sifat-sifat yang diperolehinya.

    Sifat-sifat ini merupakan ciri-ciri hablur bahan itu dan boleh diperkuatkan lagi dengan proses

    rawatan haba, mengaloikannya dan kerja-kerja mekanikal yang lain. Kualiti sifat-sifat ini

    dinilaikan dalam sebutan darjah yang ditentukan oleh Ujian Musnah Piawaian.

    1. Kemuluran (ductility) - kebolehan sesuatu bahan ditarik oleh daya tegangan tanpa

    putus. Sifat ini adalah penting dalam proses tarikan (drawing) dan tekanan (pressing).

    2. Kebolehtempaan (malleability) - kemampuan sesuatu bahan menerima canggaan atau

    ubah-bentuk plastik oleh daya mampatan tanpa pecah. Sifat ini membolehkan bahan itu

    ditempa dan digelek.

    3. Keliatan (toughness) - kebolehan sesuatu bahan menyerap tenaga dan mengalami ubah-

    bentuk plastik sebelum ianya patah semasa menerima hentaman dan kejutan.

    4. Kerapuhan (brittleness) - ketidak mampuan sesuatu bahan mengalami ubah-bentuk

    plastik dan pecah jika dihentamkan secara mengejut.

    5. Kekerasan (hardness) - kebolehan sesuatu bahan menentangcakaran, kehausan dan

    tembusan.

    4.2 Destructive Test (Ujian Musnah)

    Ujian musnah merupakan satu pemeriksaan ujian bahan yang dijalankan ke atas bahan dan ia

    mungkin mengakibatkan kerosakan pada bahan itu. Ujian ini amat penting bagi menentukan

    sifat- sifat mekanikal sesuatu bahan seperti kekuatan, kekerasan dan kemuluran. Ia menentukan

    mutu atau kualiti sesuatu bahan. Ujian Musnah juga menilai prestasi bahan dalam keadaan

    perkhidmatan yang tertentu.

  • MATERIAL TESTING JF302- 4/

    2

    4.2.1 Hardness Test (Ujian Kekerasan)

    Kaedah ujian yang dijalankan ialah :-

    Ujian Brinell.

    Ujian Vickers.

    Ujian Rockwell.

    Ujian Shore Soleroscope.

    4.2.1.1 Ujian Brinell

    Dalam ujian ini, satu bebola keluli keras ditekan oleh satu daya/beban yang tertentu dan

    melekukkan (indent) permukaan bahan yang diuji. Adalah perlu memilih kombinasi yang

    betul di antara saiz bebola dengan beban supaya bebola yang digunakan tidak terherot dan

    pengukuran dapat dijalankan merujuk Gambarajah 9.1. Sebagai contoh, bebola keluli boleh

    terbenam sepenuh dalam logam yang lembut seperti plumbum. Dari segi praktik beban P

    (kg) dan diameter pelekuk D (mm) dihubungkan dengan persamaan di bawah.

    K = 2D

    P

    Di mana K ialah konstant dengan nilai-nilai yang tertentu bagi bahan yang berlainan.

    Bahan

    Nilai K

    Logam ferus 30

    Tembaga dan aloi tembaga 10

    Aluminium dan aloi aluminium 5

    Pb, Sn dan logam galas putih 1

    http://www.google.com.my/url?sa=i&rct=j&q=brinell+hardness+tester&source=images&cd=&cad=rja&docid=Rzu2sRqU0P064M&tbnid=YyRJW8h3B73ktM:&ved=0CAUQjRw&url=http%3A%2F%2Fwww.metalkorea.or.kr%2Fmeasurable%2FRockwell.html&ei=J4MHUaOpIIrIrQfX94DIBg&bvm=bv.41524429,d.bmk&psig=AFQjCNHztQUyeWzZbIGJJ8Ws5Hn37-v3jw&ust=1359533223912440http://www.google.com.my/url?sa=i&rct=j&q=brinell+hardness+tester&source=images&cd=&cad=rja&docid=bTSLc0xHKkqBSM&tbnid=1jdIl-Pr36Kj6M:&ved=0CAUQjRw&url=http%3A%2F%2Fcore.materials.ac.uk%2Fsearch%2Fdetail.php%3Fid%3D2782&ei=J4MHUaOpIIrIrQfX94DIBg&bvm=bv.41524429,d.bmk&psig=AFQjCNHztQUyeWzZbIGJJ8Ws5Hn37-v3jw&ust=1359533223912440

  • MATERIAL TESTING JF302- 4/

    3

    ))((

    )(2

    222 mmdDDD

    kgPHB

    ))((

    )(2

    222 mmdDDD

    kgPHB

    )5.21010(.10

    )3000(2

    22

    HB

    )25.610010(.10

    6000

    HB

    32.63

    6000 HB

    Nombor kekerasan Brinell boleh diukur dengan formula :

    Gambarajah 4.1 menunjukkan dimensa-dimensa tertentu,

    D = Diameter bebola (mm)

    d = Diameter lekuk (mm)

    P = beban dalam unit kilogram daya (kg) dan 1 kg = 9.81 N.

    Contoh 1

    Contoh 1

    Ujian Brinell menggunakan diameter bebola bersaiz 10 mm dan bahan digunakan ialah keluli

    di mana nilai K sebanyak 30. Selepas ujian Brinell dilakukan didapati nilai diameter lekuk yang

    terhasil ialah 2.5 mm. Hitungkan beban yang digunakan dan nilai kekerasan Brinell.

    Penyelesaian

    P = KD2

    P = 30 x 102 = 3000 kg.

    Beban

    Bebola

    pelekuk

    Spesimen

    d

    D

    Gambarajah 4.1: Kedudukan bebola dan beban

  • MATERIAL TESTING JF302- 4/

    4

    2/ 76.94 mmkgHB

    Prinsip mengukur kekerasan Brinell bagi mendapatkan keputusan yang konsisten, langkah-

    langkah berikut hendaklah diambilkira.

    a) Tebal spesimen hendaklah sekurang-kurangnya tujuh kali ganda daripada dalam lekuk bebola

    yang dihasilkan.

    b) Jarak di antara pinggir spesimen yang terdekat dengan pinggir lekuk hendaklah tiga kali

    ganda garispusat bebola.

    c) Ujian yang dijalankan tidak melebihi 500 HB sebab bebola pelekuk boleh terherot.

    Selain daripada nilai kekerasan, data lain yang boleh diperolehi daripada ujian ini ialah :

    a) Kebolehmesinan - Untuk alat pemotong jenis kelajuan tinggi, bagi mengelakkan

    daripada cepat tumpul dan rosak kekerasan bendakerja mestilah kurang daripada 350 HB.

    Bendakerja yang mempunyai nilai kekerasan kurang daripada 100HB biasanya menghasilkan

    permukaan yang kurang baik atau 'terkoyak'.

    b) Kekuatan tegangan - Terdapat hubungan yang rapat di antara nilai kekerasan dengan

    kekuatan tegangan muktamad (UTS) sesuatu komponen. Nilai yang hampir adalah seperti

    berikut : HD X 3.4

    c) Kebolehkerja-keras - Bahan-bahan yang belum dikerja-keras akan terkumpul

    disekeliling bebola pelekuk manakala bahan yang telah dikerja-keras akan terbenam

    disekeliling pelekuk seperti Gambarajah 9.2.

    (a) Terkumpul (b) Terbenam

    Gambarajah 9.2: Perbezaan antara bahan yang belum dikerja-keras dan yang telah dikerja-keras.

    4.2.1.2 Ujian Vickers

    Ujian ini hendaklah diutamakan daripada ujian Brinell jika bahan yang diuji adalah alat

    pemotong dan komponen-komponen yang telah dirawat haba. Ujian dijalankan dengan

    melekukkan permukaan bahan dengan mata piramid berlian yang berdasar empatsegi sama.

    Kekerasan berlian ialah lebih kurang 6000HB. Sudut antara permukaan mata yang bertentangan

    ialah 136o. Beban tindakan adalah berbeza antara 5 - 120 kg sebab hanya pelekuk tunggal yang

  • MATERIAL TESTING JF302- 4/

    5

    digunakan dan dikenakan selama 15saat bergantung kepada kekerasan bahan yang diuji. Beban

    yang piawai ialah 5, 10, 20, 30, 50, 100kg. Adalah perlu memilih beban yang sesuai bagi

    menentukan nombor kekerasan Vickers.

    Lekuk yang dihasilkan oleh mata piramid berlian adalah terlalu kecil maka permukaan yang

    licin diperlukan sebelum ujian dijalankan. Ini bermakna ujian Vickers adalah lebih sesuai bagi

    komponen yang telah siap.

    Nilai kekerasan Vickers (HV ) diukurkan seperti berikut:

    )/(lekukpermukaan luas

    Beban 2mmkgHV

    2

    0

    02 d

    68sin 2F

    )136(2

    1sin2/d

    F HV

    2d

    1.854F HV

    di mana F = beban dalam kg

    d = jarak purata antara pepenjuru tajam dalam mm .

    Jika nombor kekerasan Vickers yang diperolehi ialah 200, beban yang digunakan ialah 50 kg,

    angka kekerasan sepatutnya ditulis seperti berikut : 200 HV/50. Ujian Vickers merupakan ujian

    yang boleh memberikan sekil kekerasan yang sesuai untuk bahan yang lembut sehingga bahan

    http://www.google.com.my/url?sa=i&rct=j&q=vickers+hardness+tester&source=images&cd=&cad=rja&docid=7OuYm_5Sz8lE6M&tbnid=xy5vrjSSApefhM:&ved=0CAUQjRw&url=http%3A%2F%2Fsscalibration.blogspot.com%2F&ei=toEHUfS8NsbLrQfhiIGIBQ&bvm=bv.41524429,d.bmk&psig=AFQjCNG2H3Laj0eUZJUdwL9KmoP3o0W_Nw&ust=1359532855321579http://www.google.com.my/url?sa=i&rct=j&q=vickers+hardness+tester&source=images&cd=&cad=rja&docid=NKlsdFXb-333eM&tbnid=HRA36N1w9e8DZM:&ved=0CAUQjRw&url=http%3A%2F%2Fwww.substech.com%2Fdokuwiki%2Fdoku.php%3Fid%3Dhardness_test_methods&ei=toEHUfS8NsbLrQfhiIGIBQ&bvm=bv.41524429,d.bmk&psig=AFQjCNG2H3Laj0eUZJUdwL9KmoP3o0W_Nw&ust=1359532855321579

  • MATERIAL TESTING JF302- 4/

    6

    yang lebih keras. Gambarajah 4.3 menunjukkan kesan lekuk yang dikenakan oleh beban selepas

    ujian Vickers dilakuk