Uji Tarik & Kurva Tegangan–Regangan

Uji tarik adalah cara paling umum untuk mengetahui seberapa kuat dan seberapa ulet sebuah logam. Batang uji berukuran standar dijepit di kedua ujung lalu ditarik perlahan sampai putus, sementara mesin mencatat gaya dan pertambahan panjang. Angka-angka di sertifikat material (kekuatan luluh, kekuatan tarik, dan perpanjangan) berasal dari uji ini, misalnya menurut ISO 6892-1.

Dari gaya menjadi tegangan

Gaya saja belum bisa dibandingkan antarbenda karena batang yang lebih besar tentu menahan gaya lebih besar. Karena itu gaya dibagi luas penampang awal sehingga menjadi tegangan teknik, dan pertambahan panjang dibagi panjang ukur awal sehingga menjadi regangan.

Batang uji tarik Ø10 mm pada tiga tahap

123

1. 1Sebelum diuji — Ø10 mm, garis oranye = panjang ukur L₀ 50 mm di antara dua garis gores.
2. 2Saat gaya maksimum (Rm) — batang memanjang merata ≈ 11,6% (55,8 mm), diameter ≈ 9,5 mm di seluruh bagian sejajar.
3. 3Setelah patah — kedua potongan disatukan: Lu = 58 mm → A = 16%. Leher Ø7,5 mm → Z ≈ 44%. Patahan berbentuk cup-and-cone khas logam ulet.

Dirender dari profil radius batang uji proporsional (L₀ = 5·d₀) dengan angka yang sama seperti contoh hitungan; bentuk kepala batang dan cara penjepitan berbeda menurut standar dan mesin uji.

Membaca kurva tahap demi tahap

1. Daerah elastis — garis lurus dari nol. Bila beban dilepas, batang kembali ke panjang semula. Kemiringannya adalah modulus elastisitas E (σ = E × ε).
2. Titik luluh — deformasi plastis (permanen) mulai terjadi. Baja karbon lunak sering menunjukkan titik luluh atas ReH yang jelas; material tanpa titik luluh jelas memakai Rp0,2, yaitu tegangan saat regangan permanen 0,2%.
3. Pengerasan regangan — setelah luluh, tegangan masih naik karena logam makin keras saat dideformasi.
4. Kekuatan tarik Rm — tegangan teknik tertinggi, yaitu gaya maksimum dibagi S₀. Sampai titik ini batang memanjang merata.
5. Necking — setelah Rm, deformasi terpusat di satu tempat sehingga penampang mengecil. Gaya yang dibutuhkan turun walaupun tegangan sebenarnya di leher terus naik.
6. Patah — panjang setelah patah dan diameter terkecil di leher diukur untuk menghitung perpanjangan dan reduksi penampang.

Contoh hitungan

Batang uji baja berdiameter d₀ = 10 mm dengan panjang ukur L₀ = 50 mm. Luas penampangnya S₀ = π × 10² ÷ 4 = 78,54 mm². Gaya saat luluh 27,5 kN, jadi ReH = 27 500 ÷ 78,54 ≈ 350 MPa. Gaya maksimum 47,1 kN, jadi Rm = 47 100 ÷ 78,54 ≈ 600 MPa. Setelah patah, kedua potongan disatukan dan panjang ukurnya menjadi Lu = 58 mm, sehingga A = (58 − 50) ÷ 50 × 100% = 16%. Diameter terkecil di leher 7,5 mm (Su = 44,18 mm²), sehingga Z = (78,54 − 44,18) ÷ 78,54 × 100% ≈ 44%. Angka seperti ini wajar untuk baja karbon sedang yang dinormalkan, tetapi tetap harus dicocokkan dengan standar grade-nya.

Artinya untuk desain dan bengkel

• Komponen dirancang agar tegangan kerjanya di bawah kekuatan luluh dengan faktor keamanan. Bila luluh terlampaui, komponen bengkok permanen walaupun belum putus.
• Perpanjangan dan reduksi penampang yang besar berarti material ulet: ia memberi peringatan berupa bengkok sebelum patah. Material getas bisa patah tanpa tanda.
• Modulus E hampir sama untuk semua baja (sekitar 200–210 GPa), baik baja lunak maupun baja paduan yang dikeraskan. Poros ramping yang terlalu melendut tidak menjadi lebih kaku dengan mengganti grade; yang menolong adalah memperbesar diameter, memperpendek bentangan, atau menambah tumpuan.
• Aluminium memiliki E sekitar 70 GPa, kira-kira sepertiga baja. Dengan bentuk dan beban yang sama, lendutannya sekitar tiga kali lebih besar — penting saat mencekam benda tipis atau membuat fixture ringan.