Tugas Material Teknik Chapter 8 Dosen : Dr. Muhammad Badaruddin
Oleh : Muhammad Rifai
(1215021055)
Muhammad Rizkhi (1215021056) Muhammad Yusuf (1215021057) Nopal Deswari
(1215021058)
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG 2012
8.11 After consultation of other references, write a brief report on one or two nondestructive test techniques that are used to detect and measure internal and/or surface flaws in metal alloys.
Ada beberapa cara yang bisa digunakan untuk mendeteksi kerusakan internal ataupn kerusakan eksternal dalam sebuah paduan logam. Diantaranya menggunakan :
1. Ultrasonic Testing menggunakan osilasi ultrasonik untuk mendeteksi kelemahan dalam bahan yang berbeda, telah menjadi metode uji klasik didasarkan pada pengukuran dengan memperhatikan semua faktor penting yang mempengaruhi. Saat ini diperkirakan bahwa tes ultrasonik, didukung oleh kemajuan besar dalam instrumen teknologi, memberikan hasil tes produksi dalam toleransi kesalahan yang kecil. Ini mengasumsikan pengetahuan yang tepat dari faktor-faktor yang mempengaruhi dan kemampuan untuk menerapkan dalam teknologi pengujian.
2. Intrumen Emisi Akustik dan detector kebisingan Non-Dekstruktif (NDT) Peralatan ini digunakan untuk memantau kondisi dan mendeteksi perubahan dalam system mekanik, listrik, dan proses. Khususnya Instrumen Emisi Akustik yang digunakan untuk mendeteksi korslet atau lengkung dalam sistem distribusi tenaga listrik. Dalam sistem mekanis, kekurangan juga menyediakan respon akustik atau getaran tertentu.Misalnya, jika kegagalan istirahat, deformasi atau terjadi yang lainnya, sensor emisi akustik dapat mendeteksi ledakan frekuensi tinggi yang disebabkan oleh hal tersebut. Kebisingan detektor digunakan untuk mendeteksi kebocoran atau perubahan komponen proses seperti steam trap, pipa, katup, dan pembuluh tekanan.
3. Infrared (IR) dan uji radiografi Non-dekstruktif (NDT) Pengujian ini digunakan untuk menentukan berat atau ketebalan dasar jarring, lebar bahan, atau pelapis. Dengan bahan bukan logam seperti film plastik atau jaring, radiasi
dipantulkan
kembali
atau
dikirim
untuk
menentukan
tingkat
penyerapan. Peningkatan massa, kerapatan, atau hasil ketebalan dalam penyerapan meningkat.
4. System pengujian penetrant Merupakan pengujian non-destruktif (NDT) peralatan yang mendeteksi diskontinuitas pada permukaan komponen. Bagian yang diuji disemprot dengan aerosol, ditenggelamkan dalam cairan, atau ditaburi dengan bubuk. Kapiler akan menarik penetran ke permukaan yang cacat. Selanjutnya, digunakan pembersih untuk menghapus sisa penetran dari bagian permukaan, penetran yang tersisa adalah pada bagian yang cacat atau retak.
8.12 Following is tabulated data that were gathered from a series of Charpy impact tests on a ductile cast iron. Temperature (°C)
Impact Energy (J)
–25
124
–50
123
–75
115
–85
100
–100
73
–110
52
–125
26
–150
9
–175
6
(a) Plot the data as impact energy versus temperature. (b) Determine a ductile-to-brittle transition temperature as that temperature corresponding to the average of the maximum and minimum impact energies. (c) Determine a ductile-to-brittle transition temperature as that temperature at which the impact energy is 80 J. Answer :
(a) Plot dampak energi dibandingkan dengan suhu ditunjukkan grafik di bawah ini.
(b)
Rata-rata dampak energi maksimum dan minimum dari data 124 J 6 J =65 J 2 Seperti ditunjukkan pada ploT, suhu transisi untuk yang ulet s/d rapuh menurut Rata - rata =
Kriteria ini adalah sekitar -105 ° C. karena 65 J berada diantara 53J s/d 73J maka dari itu dampak energinya adalah rata-rata dari plot suhu yaitu antara -110° C s/d -100° C. (c) Seperti yang tercantum pada plot, suhu transisi untuk dampak energi yang ulet s/d rapuh dari 80 J adalah sekitar -95° C. karena 80 J berada diantara 73J s/d 100J maka dari itu dampak energinya adalah rata-rata dari plot suhu yaitu antara -85° C s/d -100° C.
8.13 Following is tabulated data that were gathered from a series of Charpy impact tests on a tempered 4140 steel alloy. Temperature (°C) 100 75 50 25 0 –25 –50 –65 –75 –85 –100 –125 –150 –175
Impact Energy (J) 89.3 88.6 87.6 85.4 82.9 78.9 73.1 66.0 59.3 47.9 34.3 29.3 27.1 25.0
(a) Plot the data as impact energy versus temperature. (b) Determine a ductile-to-brittle transition temperature as that temperature corresponding to the average of the maximum and minimum impact energies. (c) Determine a ductile-to-brittle transition temperature as that temperature at which the impact energy is 70 J. Answer : (a) Plot dampak energi dibandingkan dengan suhu ditunjukkan grafik di bawah ini
b) Rata-rata dampak energi maksimum dan minimum dari data Rata - rata=
89.3 J 25 J =57.2 J 2
Seperti ditunjukkan pada plot, suhu transisi untuk yang ulet s/d rapuh menurut Kriteria ini adalah sekitar –75C. arena 57.2 J berada diantara 47.9J s/d 59.3J dan nilainya lebih dekat ke batas atas yaitu 59.3 maka dari itu dampak energinya adalah mendekati -75° C. (c) Seperti yang tercantum pada plot, suhu transisi untuk dampak energi yang ulet s/d rapuh dari 70 J adalah sekitar -55° C. 8.14 A fatigue test was conducted in which the mean stress was 50 MPa (7250 psi) and the stress amplitude was 225 MPa (32,625 psi). (a) Compute the maximum and minimum stress levels. (b) Compute the stress ratio. (c) Compute the magnitude of the stress range. Answer : (a) mengingat nilai m (50 MPa) dan a (225 MPa) kita diminta untuk menghitung max and min. persamaan 1
m =
max min 2
= 50 MPa
max + min = 100 MPa Persamaan 2
a =
max min = 225 MPa 2
max – min = 450 MPa
Dari hasil substitusi didapat
max = 275 MPa (40,000 psi)
min = 175 MPa (25,500 psi)
(b) Rasio stres.
R=
min 175 MPa = = 0.64 max 275 MPa
(c) Besar rentang stres
r = max min = 275 MPa (175 MPa) = 450 MPa (65, 500 psi)
8.15 A cylindrical 1045 steel bar (Figure 8.34) is subjected to repeated compression-tension stress cycling along its axis. If the load amplitude is 22,000 N (4950 lbf), compute the minimum allowable bar diameter to ensure that fatigue failure will not occur. Assume a factor of safety of 2.0. Answer : Dari Gambar 8.34, batas stres amplitudo kelelahan untuk paduan ini adalah 310 MPa (45.000 psi). Stres didefinisikan dalam Persamaan 6.1 sebagai. Untuk sebuah bar silinder
d A0 = 0 2
2
Substitusi persamaan A0 kerumus :
=
F = A0
4F = d02 d0 2 2 F
Kita sekarang memecahkan d0, mengambil stres sebagai batas kelelahan dibagi dengan faktor keamanan. demikian
d0 =
4F N
(4)(22,000 N) 13.4 103 m 13.4 mm (0.53 in.) 310 10 6 N / m2 () 2
=
8.16 An 8.0 mm (0.31 in.) diameter cylindrical rod fabricated from a red brass alloy (Figure 8.34) is subjected to reversed tension-compression load cycling along its axis. If the maximum tensile and compressive loads are +7500 N (1700 lbf) and -7500 N (-1700 lbf), respectively, determine its fatigue life. Assume that the stress plotted in Figure 8.34 is stress amplitude
Answer : Kita diminta untuk menentukan umur kelelahan paduan silinder batang kuningan merah dengan diameter (8,0 mm) serta tarikan maksimum dan beban tekan (N 7500 dan -7.500 N, masing-masing).
F Fmax max = max = A0 d0 2 2
=
7500 N 2
8.0 103 m () 2
min =
=
= 150 106 N/m2 = 150 MPa (22,500 psi)
7500 N
Fmin
d0 2 2
= 150 10 6 N/m2 = 150 MPa (22,500 psi) 8.0 103 m 2 () 2
Menghitung amplitudo stress
a =
max min 150 MPa (150 MPa) = = 150 MPa (22,500 psi) 2 2
Dari Gambar 8.34, f untuk kuningan merah, jumlah siklus kegagalan ini amplitudo stres
adalah sekitar 1 105 siklus.
8.17 A 12.5 mm (0.50 in.) diameter cylindrical rod fabricated from a 2014-T6 alloy (Figure 8.34) is subjected to a repeated tension-compression load cycling along its axis. Compute the maximum and minimum loads that will be applied to yield a fatigue life of 1.0 107 cycles. Assume that the stress plotted on the vertical axis is stress amplitude, and data were taken for a mean stress of 50 MPa (7250 psi).
Answer :
max min = 2 a = (2)(160 MPa) = 320 MPa (46,400 psi) karena m = 50 MPa,
max + min = 2 m = (2)(50 MPa) = 100 MPa (14,500 psi)
solusi untuk hasil max andmin max = +210 MPa (+30,400 psi) min = –110 MPa (–16,000 psi)
F d0 2 = A = sekarang A0 dan 0 2
Fmax =
Fmin
max d 20 (210 106 N / m2 ) () (12.5 103 m) = 4 4
d 2 (110 10 6 N / m2 ) () (12.5 103 m) = min 0 = 4 4
2
= 25,800 N (6000 lbf )
2
= 13,500 N (3140 lbf )
8.18 The fatigue data for a brass alloy are given as follows: Stress Amplitude (MPa)
Cycles to Failure
310 223 191 168 153 143 134
2 × 105 1 × 106 3 × 106 1 × 107 3 × 107 1 × 108 3 × 108
127
1 × 109
(a) Make an S–N plot (stress amplitude versus logarithm cycles to failure) using these data. (b) Determine the fatigue strength at 5 105 cycles. (c) Determine the fatigue life for 200 MPa. Answer : a) Plot data kelelahan untuk paduan ini
b) Seperti yang ditunjukkan oleh set "A" dari garis putus-putus pada plot, kekuatan kelelahan pada 5 105 siklus [log (5 105) = 5.7] adalah sekitar 250 MPa
c) Sebagaimana dicatat oleh set "B" dari garis putus-putus, umur kelelahan untuk 200 MPa adalah sekitar 2 106 siklus (yaitu, log waktu hidup adalah sekitar 6,3). 8.19 Suppose that the fatigue data for the brass alloy in Problem 8.18 were taken from torsional tests, and that a shaft of this alloy is to be used for a coupling that is attached to an electric motor operating at 1500 rpm. Give the maximum torsional stress amplitude possible for each of the following lifetimes of the coupling: (a) 1 year, (b) 1 month, (c) 1 day, and (d) 2 hours. Answer : (a) Kelelahan waktu hidup = (1 yr) (365 hari / tahun) (24 h / hari) (60 menit / jam) (1500 siklus / menit) = 7.9 108 siklus. Amplitudo stres sesuai dengan waktu hidup ini adalah sekitar 130 MPa. (b) Kelelahan waktu hidup = (30 hari) (24 jam / hari) (60 menit / jam) (1500 siklus / menit) = 6,5 107 siklus. Amplitudo stres sesuai dengan waktu hidup ini adalah sekitar 145 MPa. (c) Kelelahan waktu hidup = (24 jam) (60 menit / jam) (1500 siklus / menit) = 2,2 106 siklus. Amplitudo stres sesuai dengan waktu hidup ini adalah sekitar 195 MPa. (d) Kelelahan waktu hidup = (2 jam) (60 menit / jam) (1500 siklus / menit) = 1,8 105 siklus. Amplitudo stres sesuai dengan waktu hidup ini adalah sekitar 315 MPa
8.20 The fatigue data for a ductile cast iron are given as follows: Stress Amplitude [MPa (ksi)]
Cycles to Failure
248 (36.0) 236 (34.2) 224 (32.5)
1 × 105 3 × 105 1 × 106
213 (30.9) 201 (29.1) 193 (28.0) 193 (28.0) 193 (28.0)
3 × 106 1 × 107 3 × 107 1 × 108 3 × 108
(a) Make an S–N plot (stress amplitude versus logarithm cycles to failure) using these data. (b) What is the fatigue limit for this alloy? (c) Determine fatigue lifetimes at stress amplitudes of 230 MPa (33,500 psi) and 175 MPa (25,000 psi). (d) Estimate fatigue strengths at 2 105 and 6 106 cycles
Answer : (a) Plot data kelelahan untuk paduan.
(b) Batas kelelahan adalah tingkat stres di mana kurva menjadi horisontal, yaitu 193 MPa (28.000 psi). (c) Sebagaimana dicatat oleh "A" dari garis putus-putus, masa kelelahan pada amplitudo stres 230 MPa adalah sekitar 5 105 siklus (log N = 5,7). Dari plot, masa kelelahan pada amplitudo stres 230 MPa (33.500 psi) adalah sekitar 50.000 siklus (log N = 4,7). Pada 175 MPa (25.000 psi) (d) Sebagaimana dicatat oleh "B" garis putus-putus, kekuatan kelelahan pada 2 105 siklus (log N = 5,3) adalah sekitar 240 MPa (35.000 psi), dan sesuai dengan "C" garis putus-putus, kekuatan kelelahan pada 6 106 siklus (log N = 6,78) adalah sekitar 205 MPa (30.000 psi).
