Studi perambatan retak fatik pada pipa baja karbon rendah

HUTABARAT, Udur 1 Januari, Ir. Jamasri, Ph.D

2005 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik laju perambatan retak fatik tarik dinamis dan puntir dinamis pipa baja karbon rendah. Spesimen yang dilakukan adalah pipa baja karbon rendah dengan komposisi kimianya terdiri dari 99,51% Fe - 0,047% C - 0,308% Mn dan unsur lainnya, seperti Cr, Al dan S. Pada setiap spesimen dibuat retak awal di tengah-tengah spesimen dengan variasi sudut retak 0°, 15°, 30° dan 45° terhadap bidang normalnya. Pengujian lain yang dilakukan untuk mendukung penelitian ini adalah pengujian kekerasan, pengujian tarik dan pengamatan struktur mikro dan makro. Pengujian laju perambatan retak fatik dilakukan dengan mesin servopulser dan uji puntir dinamis. Pertambahan rambat retak diamati dengan menggunakan traveling microscope dengan pembesaran 20x. Pengolahan data panjang retak rata-rata dan jumlah siklus dilakukan dengan metoda inkremental, sesuai dengan standard ASTM untuk memperoleh kurva laju perambatan retak (da/dN vs ΔK). Hasil penelitian diperoleh bahwa laju perambatan retak fatik tarik dinamis yang dilakukan mulai dari spesimen sudut retak 0°, 15°, 30° dan 45° menunjukkan bahwa laju perambatan retak fatik terhadap bidang normal retak awal (mode I) mengalami penurunan yang signifikan yaitu 8,75%, kemudian laju perambatan retak fatik terhadap bidang gesernya (mode II) mengalami peningkatan yaitu 8,29% sedangkan terhadap mixed mode laju perambatan retak menurun hingga 8,75%. Sedangkan untuk puntir dinamis laju perambatan retak fatik terhadap bidang normal retak awal (mode I) mengalami peningkatan 2,4% kemudian laju perambatan retak fatik terhadap bidang gesernya (mode II) dan mixed mode mengalami penurunan yaitu 13,56% dan 1,6%. Berdasarkan bentuk penampang patahan, pengujian tarik dinamis dan puntir dinamis memberikan pola yang sama dalam pembentukan retak awal dan pola perambatan retak, tetapi pada pola patah statisnya hasil pengujian puntir dinamis permukaannya cenderung lebih kasar.

The objective of this research is to study the characteristics of the fatigue crack growth in tension as well as in torsion on low carbon-steel tube. Material used in this research is a low carbon-steel tube with the chemical compositions of 99.5% Fe – 0.047% C - 0.308% Mn and other elements such as Cr, Al and S. Each specimen prepared with an crack-opening in the middle specimen with various degree-crack : 0°, 15°, 30° and 45° on the normal-plane. The other test which carried out are the hardness testing, the tensile testing and the examnation of microstructure and macrostructure. The fatigue crack growth testing was carried out by means of a servopulser-machines and the dynamics torsion testing. The increase of the fatigue crack growth was monitored by travelling microscope with an magnification of 20x. The data processing of the average crack length and the amount of cycle were conducted by incremental method based ASTM standard to acquire curve fatigue crack growth (da/dN vs ΔK). The result of this research shows that the rates of dynamic tension fatigue crack growth which was performed with crack angle specimen 0, 15, 30, and 45 degree to its normal crack opening plane (mode I) has been significantly decreased up to 8.75%. The fatigue crack growth of its shear surface (mode II) increases up to 8.29%, while to the mixed mode the rate decreases up to 8.75%. On the contrary, the rate for dynamic torsion to its normal crack opening plane (mode I) increases until 2.4% and the fatigue crack growth to its shear plane (mode II) and mixed mode decreases up to 13.56% and 1.6% respectively. According to the shape of the crack surface, the dynamic tension and torsion show a similar pattern of crack surface and crack mechanism at the initial crack growth. Meanwhile, at the static fracture, the fracture surface of the dynamics torsion is rougher.

Kata Kunci : Perambatan Retak Fatik,Baja Karbon Rendah, low carbon steel tube, fatigue crack growth, mode I / mode II and mixed mode