Berbagai protokol pengujian (Brinell, Rockwell, Vickers) memiliki prosedur khusus untuk proyek yang diuji. Uji Rockwell T cocok untuk memeriksa tabung dinding ringan dengan memotong tabung memanjang dan menguji dinding dari diameter dalam dan bukan diameter luar.
Memesan pipa mirip seperti pergi ke dealer mobil dan memesan mobil atau truk. Saat ini, banyaknya pilihan yang tersedia memungkinkan pembeli untuk menyesuaikan kendaraan dalam berbagai cara — warna interior dan eksterior, paket trim interior, pilihan gaya eksterior, pilihan powertrain, dan sistem audio yang hampir menyaingi sistem hiburan rumah. Mengingat semua pilihan ini, Anda mungkin tidak puas dengan kendaraan standar tanpa embel-embel.
Pipa baja hanyalah itu. Pipa baja memiliki ribuan opsi atau spesifikasi. Selain dimensi, spesifikasi tersebut mencantumkan sifat kimia dan beberapa sifat mekanis seperti kekuatan luluh minimum (MYS), kekuatan tarik ultimit (UTS), dan perpanjangan minimum sebelum kegagalan. Namun, banyak orang di industri ini—insinyur, agen pembelian, dan produsen—menggunakan singkatan industri yang diterima yang mengharuskan penggunaan pipa las "normal" dan hanya menentukan satu karakteristik: kekerasan.
Cobalah memesan mobil berdasarkan satu karakteristik ("Saya butuh mobil dengan transmisi otomatis") dan Anda tidak akan mendapatkan hasil yang memuaskan dari seorang penjual. Ia harus mengisi formulir pesanan dengan banyak pilihan. Pipa hanyalah itu – untuk mendapatkan pipa yang tepat untuk aplikasinya, produsen pipa memerlukan informasi lebih dari sekadar kekerasan.
Bagaimana kekerasan menjadi pengganti yang diakui untuk sifat mekanis lainnya? Mungkin dimulai dengan produsen pipa. Karena pengujian kekerasan cepat, mudah, dan memerlukan peralatan yang relatif murah, penjual pipa sering menggunakan pengujian kekerasan untuk membandingkan dua pipa. Untuk melakukan uji kekerasan, yang mereka butuhkan hanyalah pipa halus dan dudukan uji.
Kekerasan tabung berkorelasi baik dengan UTS, dan sebagai aturan praktis, persentase atau rentang persentase berguna dalam memperkirakan MYS, jadi mudah untuk melihat bagaimana pengujian kekerasan dapat menjadi proksi yang cocok untuk properti lainnya.
Selain itu, pengujian lainnya relatif rumit. Sementara pengujian kekerasan hanya memakan waktu sekitar satu menit pada satu mesin, pengujian MYS, UTS, dan perpanjangan memerlukan persiapan sampel dan investasi signifikan dalam peralatan laboratorium yang besar. Sebagai perbandingan, dibutuhkan waktu beberapa detik bagi operator pabrik tabung untuk melakukan pengujian kekerasan dan berjam-jam bagi teknisi metalurgi profesional untuk melakukan uji tarik. Tidaklah sulit untuk melakukan pemeriksaan kekerasan.
Ini bukan berarti produsen pipa rekayasa tidak menggunakan uji kekerasan. Dapat dikatakan bahwa sebagian besar orang melakukannya, tetapi karena mereka melakukan penilaian pengulangan dan reproduktifitas pengukur pada semua peralatan pengujiannya, mereka sangat menyadari keterbatasan pengujian tersebut. Sebagian besar menggunakan penilaian kekerasan tabung sebagai bagian dari proses produksi, tetapi mereka tidak menggunakannya untuk mengukur sifat-sifat tabung. Ini hanyalah uji lulus/gagal.
Mengapa Anda perlu mengetahui tentang MYS, UTS, dan perpanjangan minimum? Mereka menunjukkan bagaimana tabung akan berperilaku dalam perakitan.
MYS merupakan gaya minimum yang menyebabkan deformasi permanen pada material. Jika Anda mencoba membengkokkan kawat lurus (seperti gantungan baju) sedikit dan melepaskan tekanan, salah satu dari dua hal akan terjadi: kawat akan kembali ke keadaan semula (lurus) atau akan tetap bengkok. Jika masih lurus, berarti Anda belum melewati MYS. Jika masih bengkok, berarti Anda telah melampauinya.
Sekarang, gunakan tang untuk menjepit kedua ujung kawat. Jika Anda dapat merobek kawat menjadi dua bagian, berarti Anda telah melewati UTS. Anda memberikan banyak tegangan padanya dan Anda memiliki dua kawat untuk menunjukkan usaha super Anda. Jika panjang kawat semula adalah 5 inci, dan kedua panjang setelah kegagalan bertambah menjadi 6 inci, kawat tersebut diregangkan sejauh 1 inci, atau 20%. Uji perpanjangan aktual diukur dalam jarak 2 inci dari titik kegagalan, tetapi apa pun itu – konsep kawat tarik menggambarkan UTS.
Sampel fotomikrograf baja perlu dipotong, dipoles, dan diukir menggunakan larutan yang sedikit asam (biasanya asam nitrat dan alkohol (nitroetanol)) agar butiran terlihat. Pembesaran 100x umumnya digunakan untuk memeriksa butiran baja dan menentukan ukuran butiran.
Kekerasan merupakan suatu uji untuk mengetahui respons suatu material terhadap benturan. Bayangkan meletakkan sepotong pipa pendek ke dalam ragum bergigi bergerigi dan memutar ragum tersebut hingga menutup. Selain meratakan pipa, rahang ragum tersebut juga meninggalkan lekukan pada permukaan pipa.
Begitulah cara kerja uji kekerasan, tetapi tidak sekasar itu. Pengujian ini memiliki ukuran tumbukan dan tekanan yang terkendali. Gaya-gaya ini merusak permukaan, menciptakan lekukan atau cekungan. Ukuran atau kedalaman cekungan menentukan kekerasan logam.
Untuk mengevaluasi baja, uji kekerasan yang umum adalah Brinell, Vickers, dan Rockwell. Masing-masing memiliki skalanya sendiri, dan beberapa memiliki beberapa metode pengujian, seperti Rockwell A, B, dan C. Untuk pipa baja, Spesifikasi ASTM A513 merujuk pada uji Rockwell B (disingkat HRB atau RB). Uji Rockwell B mengukur perbedaan penetrasi baja oleh bola baja berdiameter 1⁄16 inci antara beban awal kecil dan beban utama 100 kgf. Hasil umum untuk baja ringan standar adalah HRB 60.
Ilmuwan material mengetahui bahwa kekerasan berhubungan secara linear dengan UTS. Oleh karena itu, kekerasan tertentu dapat memprediksi UTS. Demikian pula, produsen pipa mengetahui bahwa MYS dan UTS saling berhubungan. Untuk pipa las, MYS biasanya 70% hingga 85% dari UTS. Jumlah pastinya bergantung pada proses pembuatan pipa. Kekerasan HRB 60 berkorelasi dengan UTS sebesar 60.000 pon per inci persegi (PSI) dan MYS sebesar 80%, atau 48.000 PSI.
Spesifikasi pipa yang paling umum dalam produksi umum adalah kekerasan maksimum. Selain ukuran, teknisi juga berkepentingan dengan spesifikasi pipa las resistansi listrik (ERW) yang dilas dalam rentang kerja yang baik, yang dapat menghasilkan kekerasan maksimum kemungkinan HRB 60 yang tertera pada gambar komponen. Keputusan ini sendiri menghasilkan serangkaian sifat mekanis akhir, termasuk kekerasan itu sendiri.
Pertama, kekerasan HRB 60 tidak memberi tahu kita banyak hal. Pembacaan HRB 60 adalah angka tanpa dimensi. Material yang dievaluasi dengan HRB 59 lebih lunak daripada material yang diuji dengan HRB 60, dan HRB 61 lebih keras daripada HRB 60, tetapi seberapa keras? Kekerasan tidak dapat diukur seperti volume (diukur dalam desibel), torsi (diukur dalam pound-feet), kecepatan (diukur dalam jarak relatif terhadap waktu), atau UTS (diukur dalam pound per inci persegi). Pembacaan HRB 60 tidak memberi tahu kita sesuatu yang spesifik. Ini adalah sifat material, tetapi bukan sifat fisik. Kedua, pengujian kekerasan tidak cocok untuk pengulangan atau reproduktifitas. Mengevaluasi dua lokasi pada spesimen uji, bahkan jika lokasi pengujian berdekatan, sering kali menghasilkan variasi besar dalam pembacaan kekerasan. Yang memperparah masalah ini adalah sifat pengujian. Setelah posisi diukur, posisi tersebut tidak dapat diukur untuk kedua kalinya untuk memverifikasi hasil.Pengulangan pengujian tidak memungkinkan.
Hal ini tidak berarti bahwa pengujian kekerasan tidak nyaman. Malah, pengujian ini memberikan panduan yang baik untuk UTS suatu material, dan merupakan pengujian yang cepat dan mudah untuk dilakukan. Akan tetapi, setiap orang yang terlibat dalam penentuan spesifikasi, pembelian, dan pembuatan tabung harus menyadari keterbatasannya sebagai parameter pengujian.
Karena pipa "normal" tidak didefinisikan dengan baik, saat dibutuhkan, produsen pipa sering mempersempitnya menjadi dua jenis pipa baja dan pipa yang paling umum digunakan sebagaimana didefinisikan dalam ASTM A513: 1008 dan 1010. Bahkan setelah menghilangkan semua jenis pipa lainnya, kemungkinan dalam hal sifat mekanis dari kedua jenis pipa ini masih terbuka lebar. Faktanya, jenis pipa ini memiliki rentang sifat mekanis terluas dari semua jenis.
Misalnya, sebuah tabung digambarkan sebagai lunak jika MYS rendah dan perpanjangan tinggi, yang berarti bahwa tabung tersebut berkinerja lebih baik dalam hal tarikan, lendutan dan pengikatan dibandingkan dengan tabung yang digambarkan sebagai keras, yang memiliki MYS relatif tinggi dan perpanjangan relatif rendah. Ini serupa dengan perbedaan antara kawat lunak dan keras, seperti gantungan baju dan bor.
Perpanjangan itu sendiri merupakan faktor lain yang memiliki dampak signifikan terhadap aplikasi pipa yang kritis. Pipa dengan perpanjangan tinggi dapat menahan gaya tarik; material dengan perpanjangan rendah lebih getas dan karena itu lebih rentan terhadap kegagalan tipe kelelahan yang dahsyat. Namun, perpanjangan tidak terkait langsung dengan UTS, yang merupakan satu-satunya sifat mekanis yang terkait langsung dengan kekerasan.
Mengapa sifat mekanis pipa sangat bervariasi? Pertama, komposisi kimianya berbeda. Baja adalah larutan padat dari besi dan karbon serta paduan penting lainnya. Untuk menyederhanakannya, kita hanya akan membahas persentase karbon di sini. Atom karbon menggantikan beberapa atom besi, membentuk struktur kristal baja. ASTM 1008 adalah mutu primer yang mencakup semuanya dengan kandungan karbon 0% hingga 0,10%. Nol adalah angka yang sangat khusus yang menghasilkan sifat unik saat kandungan karbon dalam baja sangat rendah. ASTM 1010 menetapkan kandungan karbon antara 0,08% dan 0,13%. Perbedaan ini tidak tampak besar, tetapi cukup besar untuk membuat perbedaan besar di tempat lain.
Kedua, pipa baja dapat difabrikasi atau difabrikasi dan selanjutnya diproses dalam tujuh proses manufaktur yang berbeda. ASTM A513 yang terkait dengan produksi pipa ERW mencantumkan tujuh jenis:
Jika komposisi kimia baja dan langkah-langkah pembuatan tabung tidak berpengaruh pada kekerasan baja, apa pengaruhnya? Menjawab pertanyaan ini berarti meneliti rinciannya. Pertanyaan ini memunculkan dua pertanyaan lagi: Rincian apa, dan seberapa dekat?
Rincian tentang butiran yang membentuk baja adalah jawaban pertama. Ketika baja dibuat di pabrik baja primer, baja tidak mendingin menjadi balok besar dengan satu fitur. Saat baja mendingin, molekul-molekul baja tersusun dalam pola berulang (kristal), mirip dengan terbentuknya kepingan salju. Setelah kristal terbentuk, kristal-kristal tersebut berkumpul menjadi kelompok-kelompok yang disebut butiran. Saat pendinginan berlangsung, butiran-butiran tumbuh dan terbentuk di seluruh lembaran atau pelat. Butiran-butiran berhenti tumbuh saat molekul baja terakhir diserap oleh butiran-butiran. Semua ini terjadi pada tingkat mikroskopis karena ukuran rata-rata butiran baja adalah sekitar 64 µ atau lebar 0,0025 inci. Meskipun setiap butiran mirip dengan butiran berikutnya, mereka tidak sama. Mereka sedikit bervariasi dalam ukuran, orientasi, dan kandungan karbon. Antarmuka antara butiran disebut batas butiran. Ketika baja gagal, misalnya karena retak lelah, baja cenderung gagal di sepanjang batas butiran.
Seberapa jauh Anda harus melihat untuk melihat butiran yang jelas? Pembesaran 100x, atau penglihatan manusia 100x, sudah cukup. Namun, hanya melihat baja yang belum diolah dengan kekuatan 100 kali lipat tidak akan mengungkapkan banyak hal. Sampel disiapkan dengan memoles sampel dan mengetsa permukaannya dengan asam (biasanya asam nitrat dan alkohol) yang disebut etsa nitroetanol.
Butiran dan kisi internalnyalah yang menentukan kekuatan benturan, MYS, UTS, dan perpanjangan yang dapat ditahan baja sebelum gagal.
Tahapan pembuatan baja, seperti penggulungan strip secara panas dan dingin, memberikan tekanan pada struktur butiran; jika bentuknya berubah secara permanen, ini berarti tekanan tersebut merusak butiran. Tahapan pemrosesan lainnya, seperti menggulung baja menjadi gulungan, melepaskannya, dan merusak butiran baja melalui penggilingan tabung (untuk membentuk dan mengukur ukuran tabung). Penarikan tabung secara dingin pada mandrel juga memberikan tekanan pada material, seperti halnya tahapan manufaktur seperti pembentukan ujung dan pembengkokan. Perubahan pada struktur butiran disebut dislokasi.
Langkah-langkah di atas mengurangi keuletan baja, yaitu kemampuannya untuk menahan tegangan tarik (tarik-buka). Baja menjadi getas, yang berarti baja lebih mudah patah jika terus-menerus dikerjakan. Perpanjangan merupakan salah satu komponen keuletan (kompresibilitas merupakan komponen lainnya). Penting untuk dipahami bahwa kegagalan paling sering terjadi selama tegangan tarik, bukan kompresi. Baja sangat tahan terhadap tegangan tarik karena kapasitas perpanjangannya yang relatif tinggi. Akan tetapi, baja mudah berubah bentuk di bawah tegangan tekan – baja bersifat daktail – yang merupakan suatu keuntungan.
Beton memiliki kekuatan tekan yang tinggi tetapi daktilitasnya rendah dibandingkan dengan beton. Sifat-sifat ini berkebalikan dengan sifat baja. Itulah sebabnya beton yang digunakan untuk jalan, gedung, dan trotoar sering kali dilengkapi dengan tulangan. Hasilnya adalah produk dengan kekuatan dua bahan: di bawah tekanan, baja menjadi kuat, dan di bawah tekanan, beton.
Selama pengerjaan dingin, karena keuletan baja berkurang, kekerasannya meningkat. Dengan kata lain, baja akan mengeras. Bergantung pada situasinya, ini bisa bermanfaat; namun, ini bisa juga merugikan karena kekerasan disamakan dengan kerapuhan. Artinya, saat baja menjadi lebih keras, ia menjadi kurang elastis; oleh karena itu, baja lebih mungkin rusak.
Dengan kata lain, setiap langkah proses menguras sebagian keuletan pipa. Pipa menjadi semakin keras seiring pengerjaan komponen, dan jika terlalu keras, pipa pada dasarnya tidak berguna. Kekerasan berarti kerapuhan, dan pipa yang rapuh cenderung rusak saat digunakan.
Apakah pabrikan punya pilihan dalam kasus ini?Singkatnya, ya. Pilihan itu adalah pemanasan, dan meski tidak sepenuhnya ajaib, itu sedekat mungkin dengan keajaiban yang bisa Anda dapatkan.
Dengan kata lain, anil menghilangkan semua pengaruh tekanan fisik pada logam. Proses ini memanaskan logam hingga mencapai suhu pelepas tekanan atau suhu rekristalisasi, sehingga menghilangkan dislokasi. Bergantung pada suhu dan waktu spesifik yang digunakan dalam proses anil, proses ini memulihkan sebagian atau seluruh keuletannya.
Anil dan pendinginan terkendali meningkatkan pertumbuhan butiran. Ini bermanfaat jika tujuannya adalah mengurangi kerapuhan material, tetapi pertumbuhan butiran yang tidak terkendali dapat melunakkan logam terlalu banyak, sehingga tidak dapat digunakan untuk tujuan yang dimaksudkan. Menghentikan proses anil adalah hal lain yang hampir ajaib. Pendinginan pada suhu yang tepat dengan agen pendinginan yang tepat pada waktu yang tepat menghentikan proses dengan cepat untuk mendapatkan sifat pemulihan baja.
Haruskah kita membuang spesifikasi kekerasan?Tidak. Karakteristik kekerasan sangat berharga terutama sebagai titik referensi saat menentukan spesifikasi pipa baja. Kekerasan adalah ukuran yang berguna, dan merupakan salah satu dari beberapa karakteristik yang harus ditentukan saat memesan material tubular dan diperiksa setelah diterima (dan harus dicatat pada setiap pengiriman). Jika pemeriksaan kekerasan menjadi standar pemeriksaan, pemeriksaan tersebut harus memiliki nilai skala dan rentang kendali yang sesuai.
Akan tetapi, hal itu bukanlah pengujian sebenarnya untuk kualifikasi (menerima atau menolak) material. Selain kekerasan, produsen terkadang harus menguji pengiriman untuk menentukan sifat relevan lainnya, seperti MYS, UTS, atau perpanjangan minimum, tergantung pada penerapan tabung.
Wynn H. Kearns is responsible for regional sales for Indiana Tube Corp., 2100 Lexington Road, Evansville, IN 47720, 812-424-9028, wkearns@indianatube.com, www.indianatube.com.
Tube & Pipe Journal menjadi majalah pertama yang didedikasikan untuk melayani industri pipa logam pada tahun 1990. Saat ini, majalah ini tetap menjadi satu-satunya penerbitan di Amerika Utara yang didedikasikan untuk industri tersebut dan telah menjadi sumber informasi paling tepercaya bagi para profesional pipa.
Sekarang dengan akses penuh ke edisi digital The FABRICATOR, akses mudah ke sumber daya industri yang berharga.
Edisi digital The Tube & Pipe Journal sekarang sepenuhnya dapat diakses, menyediakan akses mudah ke sumber daya industri yang berharga.
Nikmati akses penuh ke edisi digital STAMPING Journal, yang menyediakan kemajuan teknologi terkini, praktik terbaik, dan berita industri untuk pasar stamping logam.
Nikmati akses penuh ke edisi digital The Additive Report untuk mempelajari bagaimana manufaktur aditif dapat digunakan untuk meningkatkan efisiensi operasional dan meningkatkan laba.
Sekarang dengan akses penuh ke edisi digital The Fabricator en Español, akses mudah ke sumber daya industri yang berharga.