Pengerasan Regangan, Strain Hardening

Pengertian Definisi Strain Hardening, Pengerasan Regangan

Proses pembentukan logam, metal forming pada temperatur rendah, dibawah temperatur rekristalisasi biasa disebut pengerjaan dingin (cold working). Pada pengerjaan dingin, proses deformasi akan mengakibatkan peningkatan kekuatan atau kekerasan logam. Peningkatan kekuatan atau kekerasan yang terjadi, akan tergantung pada seberapa besar deformasi atau regangan yang diterima oleh benda kerjanya.

Bertambahnya kekerasan atau kekuatan suatu logam akibat regangan atau pengerjaan dingin (cold working) disebut pengerasan regang atau pengerasan kerja (work hardening). Dengan bertambahnya regangan, maka tegangan yang diperlukan untuk proses deformasi selanjutnya akan menjadi lebih besar.

Besarnya pengerjaan dingin dapat dinyatakan dengan persen reduksi pengampang:

  • r = (A0 – Ai)/A0 x 100%                              (persamaan 1)
  • r = Reduksi, (%)
  • A0 = Luas penampang awal,
  • Ai = Luas penampang setelah deformasi.

Pengerasan regang atau pengerasan kerja dapat dijelaskan dengan mekanisme interaksi dislokasi dalam logam. Kerapatan dislokasi logam akan menjadi naik dengan semakin besarnya deformasi. Jarak rata-rata antara dislokasi menjadi lebih pendek. Adanya penumpukan dislokasi-dislokasi yang diikuti dengan beberapa dislokasi-dislokasi yang terkunci di dalam kristal, keadaan ini merupakan sumber tegangan dalam (internal stress) yang akan melawan atau menahan pergerakan dislokasi lainnya. Dislokasi-dislokasi menjadi sulit untuk bergerak. Jadi proses pengerasan regang terjadi akibat adanya penumpukan dislokasi pada bahan saat deformasi plastik dan mengeras akibat adanya hambatan-hambatan selama deformasi. Hambatan-hambatan ini dapat berupa perpotongan antar dislokasi, cacat titik, endapan, pengotor, dan lain-lain.

Strain Hardening Pada Baja Batangan Seri 1015 Yang Diproses Drawing

Pengaruh deformasi terhadap perubahan nilai kekerasan baja batangan seri 1015 dapat dilihat pada Gambar 1. Nilai kekerasan baja batangan meningkat setelah dideformasi dengan memberi regangan atau reduksi secara bertahap pada proses wire drawing. Peningkatan kekerasan ini menunjukkan adanya pengaruh strain hardening selama operasi drawing.

Pengaruh Reduksi Terhadap Kekersan Baja Batangan Seri 1015

Pengaruh Reduksi Terhadap Kekersan Baja Batangan Seri 1015

Baja batangan ini direduksi bertahap dengan tiga kali reduksi dari diameter awal 5,5 mm menjadi diameter akhir 3,74 mm. Reduksi totalnya sebesar 55,4 persesn.

Strain Hardening Coefficient, Koefisien Pengerasan Regang, n

Efek penguatan yang disebut sebagai efek pengerasan regang dapat direpresentasikan oleh karakteristik material dari hasil uji tarik uniaksial. Pada daerah deformasi plastik, hubungan tegangan-regangan sejati dapat dinyatakan menurut persamaan berikut:

  • σo = K εn                                                  (persamaan 2)
  • σo = Tegangan sejati, N/mm2
  • K  = Konstanta kekuatan, N/mm2
  • ε  = Regangan sejati,
  • n = Koefisien pengerasan regang

Tegangan dan regangan sejati dapat dihitung dari tegangan dan regangan rekayasa dengan persamaan berikut:

  • Tegangan sejati, σ = S (1 + el)                     (persamaan 3)
  • Regangan sejati, ε = ln (1 + el)                    (persamaan 4)
  • S = Tegangan rekayasa. N/mm2
  • el= elongasi, [(li – lo)/lo]x 100%                (persamaan 5)
  • lo = panjang awal, mm
  • li = panjang akhir, mm

Besarnya regangan sejati yang dialami benda kerja setelah mengalami reduksi penampang sebesar r adalah:

ε = ln [1/(1-r)]                                     (persamaan 6).

Nilai n didefinisikan sebagai koefisien pengerasan regang yang menunjukkan efek penguatan yang disebabkan oleh deformasi yang mengakibatkan regangan sebesar  ε . Sedangkan nilai K menunjukkan tegangan pada regangan, ε = 1.

Koefisien n pada persamaan pengerasan regang merupakan parameter penting yang menunjukkan karakteristik material. Nilai n yang besar akan menunjukkan laju pengerasan kerja material yang besar, material dapat dideformasi cold working yang besar. Selain itu nilai n juga menunjukkan mampu regang (stretch formability) material. Material yang memiliki nilai n yang besar akan dapat dideformasi seragam (uniform) sampai regangan yang besar sebelum tercapainya penyempitan setempat.

Pada pembentukan logam agar terjadi deformasi plastis, maka harus ada gaya luar yang diberikan pada material. Disisi lain, pada material tersebut akan terjadi perlawanan terhadap deformasi plastis, perlawanan ini disebut sebagai tegangan alir.

Persamaan pengerasan regang dapat digunakan untuk menyatakan tegangan alir material. Tegangan alir merupakan sifat material yang menyatakan ketahanan terhadap perubahan bentuk. Istilah tegangan alir (flow stress) mempunyai pengertian bahwa selama proses deformasi terjadi aliran material dari satu bentuk ke bentuk yang lain.

Agar terjadi perubahan bentuk plastik, tegangan yang diberikan terhadap material harus mencapai tegangan alir material. Pada proses pembentukan besarnya tegangan yang  diberikan harus mencapai dan melampaui batas luluh material yang diproses. Pada diagram tegangan–regangan, tegangan alir dinyatakan disepanjang kurva pada daerah plastis. Dengan demikian besarnya tegangan alir material dapat dinyatakan seperti persamaan 2. Selain itu persamaan 2. juga dapat digunakan untuk memperkirakan besarnya kuat luluh material setelah mengalami deformasi dengan regangan sebesar ε . Beberapa nilai koefisien pengerasan regang n dan konstanta kekuatan K untuk berbagai jenis baja ditunjukkan pada Tabel di bawah.

Koefisien Pengerasan Regang, Strain Hardening

Koefisien Pengerasan Regang, Strain Hardening

 

Baca Artikel Terkait Proses Wire Drawing, KLIK Judul Di Bawah

1. Proses Penarikan Kawat, Wire Drawing

2. Zona Deformasi Proses Wire Drawing, Penarikan Kawat

3. Parameter Proses Penarikan Kawat, Wire Drawing

4. Pengaruh Deformasi Terhadap Sifat Mekanik Wire Rod

Pustaka.

  1. Hosford, W. F., 1993, “Metal Forming, Mechanics & Metallurgy”, Second edition, Printice-Hill, Inc., New Jersey.
  2. Backofen, W. A., 1972, “Deformation Processing”, Addison-Willey Publishing Company, Massachusett.
  3. Dieter, G.E., 1986,”Mechanical Metallurgy”, Mc. Graw-Hill, New Jersey.
  4. Wagoner, R. H., & Chenot, J. L., 1996, “ Fondamentals of Metal Forming,” John Willey & Sons Inc., New York.