Volume  8 No.2 Juli 2016 ISSN : 2085 – 1669 e-ISSN : 2460 – 0288 Website : jurnal.umj.ac.id/index.php/jurtek Email :  jurnalteknologi@umj.ac.id

## U  N  I  V  E  R  S  I  T  A  S   M  U  H  A  M  M  A  D  I  Y  A  H   J  A  K  A  R  T  A

## PENELITIAN TERHADAP DEFORMASI PADA PADUAN ALUMINIUM TIPE A5083P-O DENGAN TEKNIK INTERFEROMETRI OPTIK
Muchiar 1 , Kisman  Mahmud 2
1 Pusat Penelitian Fisika-LIPI Kawasan PUSPITEK, Serpong, Tangerang, Banten 15314
* Email : muhiar2003@yahoo.com
2 Jurusan Teknik Informatika Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Jakarta Jl. Cempaka Putih Tengah 27, Jakarta Pusat 10510
Diterima: 4 April 2016 Direvisi: 10 Mei 2016 Disetujui: 1 Juni 2016

## ABSTRAK
Deformasi yang terjadi pada pelat paduan aluminium tipe A5083P-O yang dibebani dengan beban tarik telah diteliti dipelajari  dengan teknik interferometri optik pola spekel elektronik. Dari hasil substraksi terhadap rekaman pola spekel selama proses penarikan, telah  ditemukan suatu pola  frinji interferensi  yang khas, berupa pita terang dengan posisi  menyerong. Pola pita terang ini  baru akan timbul pada tingkat  deformasi plastis dan kedudukannya  dapat berpindah-pindah serta arahnya dapat berubah disepanjang citra permukaan benda uji. Menjelang saat benda uji putus, pita putih ini akan tetap berada di suatu lokasi dimana patah akan terjadi. Dihubungkan dengan teori deformasi yang dikembangkan oleh Panin maka pita putih ini identik dengan slip- band yang akan muncul pada lokasi-lokasi dimana terjadi deformasi paling besar. Pengembangan selanjutnya dari teknik ini diharapkan dapat mengungkapkan tingkat atau kondisi deformasi dari material menjelang patah dan teknik ini juga diharapkan dapat menentukan lokasi dimana patah akan terjadi.
Kata kunci: deformasi, aluminium, interferometri, spekel elektronik

## ABSTRACT
Deformation occurs in the aluminum alloy plate A5083P type-O burdened with a tensile load has been studied studied with the technique of electronic speckle pattern interferometry optics. From the result of subtraction to the recording speckle pattern during the process of withdrawal, has found an interference fringe pattern is typical, in the form of bright ribbon with oblique position. This bright new banding pattern will arise at the level of plastic deformation and its position can be moved and its direction can be changed along the image of the surface of the specimen. By the time of the test specimen broke up, white band will remain in a location where the fracture would occur. Deformation associated with the theory developed by Panin then the white ribbon is synonymous with slip-band will appear at the locations where the greatest deformation occurs. Further development of this technique is expected to disclose the level or deformation of the material ahead of the fracture and the technique is also expected to determine the location where the fracture would occur.
Keywords: deformation, aluminum, interferometry, electronic speckle

## PENDAHULUAN
Teori baru tentang deformasi pada bahan logam, khususnya deformasi pada fasa plastis, yang dikembangkan oleh Panin, menunjukkan bahwa pada fasa deformasi  plastis  akan timbul slip-band . Slip-band yang muncul  pada fasa deformasi plastis mempunyai kaitan dengan deformasi yang terjadi. Pada lokasi slip-band , deformasi yang terjadi akan berbeda dibandingkan dengan lokasi lainnya. Metoda interferometri, yang didasarkan pada interferensi antara dua muka gelombang, diketahui mempunyai sensitifitas  yang tinggi didalam menentukan  deformasi  suatu objek. Ada banyak metoda interferometri, salah satu diantaranya adalah metoda interferometri pola spekel elektronik Dengan metoda ini perubahan yang terjadi pada pola spekel objek uji disimpan didalam memori komputer untuk kemudian disubstraksi setelah eksperimen selesai. Oleh karena deformasi yang dialami objek berlangsung secara kontinyu, maka metoda ini sesuai untuk digunakan dalam penelitian ini.
Penelitian ini mempunyai arti yang penting sekali bagi khasanah ilmu pengetahuan. Dengan penelitian ini sebagian dari peristiwa yang terjadi pada benda logam yang dibebani hingga sampai pada fasa deformasi plastis akan dapat lebih dipahami.

## LANDASAN TEORI
Jika  sepotong logam dibebani  dengan beban tarik,  maka potongan logam tersebut akan mengalami deformasi. Apabila beban bertambah secara kontinyu maka deformasi juga akan berlangsung secara kontinyu, hingga akhirnya logam tersebut putus. Selama pemberian beban, sebelum putus, objek akan menjalani dua fasa, yaitu fasa deformasi elastis  dan fasa  deformasi plastis. Pada fasa elastis,  deformasi  yang terjadi akan berbanding lurus  (linier) dengan kenaikan beban, sesuai dengan hukum Hooke, dan deformasi ini tidak bersifat permanen.
Apabila pemberian beban diteruskan hingga melewati batas fasa elastis, maka objek akan tiba pada fasa plastis. Pada fasa ini deformasi  yang terjadi  tidak lagi  mengikuti hukum Hooke, deformasi  tidak lagi  berbanding lurus  dengan perubahan beban,  bentuknya sangat  spesifik, bergantung pada jenis bahan logamnya, dan deformasi  ini  bersifat permanen. Fasa plastis ini akan berakhir dengan putus atau patahnya objek.
Dalam teorinya yang dinamakan Teori Gelombang Plastis,  Panin memperlakukan deformasi  plastis  sebagai transformasi  struktur lokal  dari  kristal penyusun material tersebut. Menurut  Panin deformasi  plastis  akan melalui beberapa tingkatan, yaitu tingkatan mikro, meso, dan makro. Pada masing-masing tingkatan selalu terkait konsentrasi stress, dan ini  menyebabkan
terjadinya deformasi dalam modus  translasional dan rotasional  yang menghasilkan kerusakan pada tingkatan tersebut.  Secara sederhana dapat dituliskan konsentrasi mikro-stress  yang  terjadi akan menimbulkan deformasi, deformasi ini akan membangkitkan dislokasi (kerusakan tingkat mikro), dan  kerusakan ini akan menyebabkan terjadinya struktur pita. Proses ini akan terus berkembang ke tingkat makro dan berakhir dengan putus atau patahnya material.
Modus  translasional  dan rotasional  akan menghasilkan medan vortex dan batas  dari  vortex- vortex ini  akan memperlihatkan diskontinyuitas. Slip-band dipercaya sebagai struktur pita meso atau makro yang muncul pada batas dari vortex. Jadi memonitor slip-band berarti memonitor lokasi dari pita meso atau atau makro atau juga memonitor diskontinyuitas pada tingkat mikro atau makro. Menjelang akhir dari fasa plastis pita makro ini akan terkonsentrasi pada bagian yang paling lemah dari material, dimana nati peristiwa putus atau patah terjadi.
Jika  permukaan suatu objek yang difus disinari dengan berkas  cahaya  monokromatis  dan koheren maka seluruh permukaan objek akan terlihat diselimuti oleh bintik-bintik terang-gelap yang sangat halus dan terdistribusi secara acak Pola bintik-bintik terang-gelap ini dinamakan pola spekel.
Pola spekel terbentuk akibat berinterferensinya sinar-sinar yang dihamburkan oleh partikel-partikel permukaan objek yang difus. Meskipun intensitas pola spekel terlihat acak, setiap spekel mengandung informasi fasa dari titik tertentu pada permukaan objek. Jika dua pola spekel, sebelum dan sesudah terjadinya perubahan pada objek direkam, maka akan timbul  suatu pola gelap-terang (pola frinji) yang baru,  dan metoda ini  dikenal sebagai  metoda interferometri spekel. Apabila perekaman pola spekel dilakukan dengan kamera CCD ( charge coupled device ) dan kemudian disimpan didalam memori komputer, untuk kemudian disubstraksi, maka metoda ini dikenal sebagai interferometri pola spekel elektronik ( electronic speckle pattern interferometry , ESPI).
Pada penelitian ini yang digunakan adalah metoda interferometri pola spekel berkas ganda, dimana dalam benda uji diterangi dengan dua berkas cahaya monokhromatis koheren. Jika intensitas masing-masing berkas adalah I 1 dan I 2 dan keduanya membuat  sudut θ pada saat  tiba di permukaan objek,  maka intensitas pola  spekel yang direkam sebelum terjadi deformasi dapat dinyatakan sebagai
,  dan pola spekel yang direkam sesudah deformasi sebagai
Muchiar dan Kisman : Penelitian Terhadap Deformasi Pada Paduan Aluminium Tipe A5083P-O Dengan Teknik Interferometri Optik
Jurnal Teknologi 8 (2) pp 81 - 84 © 2016
dimana merupakan perubahan sudut fasa akibat deformasi yang terjadi. Jika kedua rekaman ini kemudian disubstraksi maka akan diperoleh :
Dari persamaan di atas, maka frinji gelap terjadi untuk beda fasa dst.nya.
dan frinji terang akan terjadi untuk beda fasa
.. dst.nya.

## Eksperimen
1. Benda Uji
Benda uji adalah pelat paduan logam aluminium tipe A5083P-O, tebal 3 mmm, dengan komposisi kimia: Si = 0,09%; Mg = 4,54 %; Fe = 0,27 %; Cr = 0,08 %; Cu = 0,03 %; Zn = 0,02 %; Mn = 0,64 %; Ti = 0,03 %; Lain-lain < 0,15%; Al = sisanya. Benda uji dibentuk sesuai dengan standard JIS-Z2201-13B. Pemilihan standar ini disesuaikan dengan  kemampuan mesin uji  tarik ( Universal Tensile Machine ,  UTM) yang digunakan dalam penelitian ini yaitu hanya mampu dibebani hingga 20 kN.

## 2. Sistem Interferometri Pola Spekel Elektronik
Gambar 1. Skema rangkaian komponen optik
danperalatan eksperimen
Sebagaimana telah disebutkan, pada penelitian ini  digunakan metoda interferensi pola spekel elektronik berkas ganda. Susunan
dari komponen dan peralatan yang digunakan pada penelitian ini ditunjukkan secara skematik pada Gambar 1, dimana LS , laser helium-neon dengan daya luaran 35 mWatt dan panjang gelombang 632,8 nm, berfungsi sebagai  sumber cahaya monokhromatis  koheren. BS , pembagi berkas variabel  ( variable beam-splitter ),
berfungsi membagi berkas laser yang datang dari sumber menjadi dua berkas dengan perbandingan intensitas 1:1. M 1 dan M 2 ,
cermin datar ( front-surface mirror ),  berfungsi mengarahkan masing-masing berkas laser untuk menerangi objek uji.
MO1 dan MO 2 objektif mikroskop  untuk memekarkan masing-masing berkas. O, benda uji  berupa  pelat  paduan aluminium yang dipotong berdasarkan JIS-Z2201-13B, dan ditarik dengan UTM . CCD , kamera elektronik untuk mengambil citra pola spekel benda uji. MV , monitor video untuk memonitor citra yang diambil oleh kamera CCD. PC , komputer personal, untuk menyimpan data yang diambil dengan kamera CCD, dan juga untuk mengolah dan memproses data spekel yang diperoleh.

## 3. Procedur Eksperimen
Pada penyusunan komponen- komponen interferometer sesuai dengan skema pada Gambar 1, satu hal yang harus diperhatikan ialah bahwa panjang lintasan optik kedua berkas laser harus diusahakan sama panjang dan intensitasnya sama kuat. Benda uji dipasang pada  UTM dan laju penarikan di  set pada  posisi  paling rendah,  yaitu 1 mm/menit. Bukaan diafragma dan f-number lensa kamera CCD diatur sedemikian rupa sehingga pola spekel yang dihamburkan benda uji terlihat dengan kekontrasan dan kecemerlangan ( brightness ) yang baik.
Selama proses penarikan benda uji oleh UTM, citra pola spekel permukaan objek dimonitor terus-menerus dan setiap 0.5 detik pola tersebut disimpan didalam memori komputer. Proses penarikan ini berlangsung sampai benda uji putus. Data yang diperoleh disubstraksi  secara berurutan,  dan setiap kali  hasilnya di visualkan pada layar monitor, untuk kemudian disimpan dalam memori komputer.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pemberian beban tarik dengan cara menarik benda uji dengan UTM telah menghasilkan kurva perubahan panjang karena penambahan beban sebagai ditunjukkan dalam Gambar 2. Hasil substraksi dari rekaman pola spekel elektronik yang menghasilkan dan menunjukkan terjadinya slip- band ditunjukkan dalam Gambar 3.
Gambar 2. Kurva pertambahan panjang akibat pemberian beban tarik.
Dari kurva pertambahan panjang akibat perubahan beban tarik, Gambar 1, terlihat bahwa slip-band mulai muncul pada daerah deformasi plastis, tepatnya pada bagian dimana kurva yang terjadi tidak "halus", melainkan "berombak- ombak". Pada lokasi dimana slip-band muncul, maka ternyata beban tarik juga mengalami penurunan nilai. Penurunan nilai inimenunjukkan bahwa pada lokasi  tersebut  terjadi  deformasi  yang lebih besar bila dibandingkan dengan deformasi di  lokasi  lain. Dihubungkan dengan teori  Panin yang menyatakan bahwa pada lokasi slip-band terjadi deformasi yang menimbulkan dislokasi  atau kerusakan, maka pola pita yang berhasil divisualkan ini  adalah sesuai dengan slip-band yang dimaksud oleh Panin. Dari contoh-contoh slip-band yang ditunjukkan pada Gambar 2 dalam Lampiran, terlihat bahwa lokasi slip-band dapat berpindah-pindah, jumlahnya bisa lebih dari satu, dan arahnya bisa berubah. Slip- band ini baru akan menetap di satu lokasi, yaitu pada saat menjelang putusnya benda uji. Dan kenyataannya benda uji akan putus di titik tersebut. Dihubungkan dengan teori Panin, maka peristiwa yang terjadi ini menunjukkan bahwa deformasi yang menyebabkan terjadinya dislokasi  amat bergantung pada struktur mikro dan makro dari material. Pada saat  menjelang akhir dari deformasi plastis, maka slip-band ini akan menetap pada bagian material dengan struktur paling lemah.

## KESIMPULAN
Metoda interferometri pola spekel elektronik berkas ganda dapat diaplikasikan untuk memvisualkan slip-band yang terjadi  pada fasa deformasi plastis dari material  pelat  paduan aluminium yang dibebani  dengan beban tarik. Lokasi, jumlah, dan arah dari slip-band akan bergantung pada lokasi  dimana struktur mikro maupun makro dari material paling lemah dibandingkan sekitarnya.
Dari  penelitian ini  disarankan untuk melanjutkan penelitian ini  untuk jenis-jenis material  lainnya, sehingga karakteristik dari slip- band yang terjadi dapat diketahui dan diinventarisir. Lebih lanjut metoda ini dapat dikembangkan menjadi suatu metoda untuk pengujian tak merusak.
Ucapan Terima Kasih
Ucapan terima kasih disampaikan kepada Pimpinan Puslitbang Fisika Terapan -  LIPI yang telah memberi dorongan dan kesempatan untuk melakukan penelitian ini. Untuk kawan-kawan di Laboratorium laser dan  Opto-elektronika, terima kasih atas saran, kritik dan diskusi-diskusinya. Ucapan yang sama disampaikan pula kepada kawan-kawan di Laboratorium Kayu yang telah memberikan pinjaman alat UTM beserta plotter - nya. Untuk kawan-kawan di Bengkel Mekanik yang telah ikut membantu mempersiapkan benda uji kami sampaikan pula ucapan terima kasih.

## DAFTAR PUSTAKA
Lokberg, O.J., Speckle Metrology , ed. R.S. Sirohi, Marcel Dekker Inc. New York, 1993. Panin, P.E., Physical mesomechanics of plastic deformation and experimental results obtained by optical methods , Oyo Buturi, vol. 64 (1995), No.9, 888.
The Japanese Industrial Standard - Z2202, 1980. Yoshida, S., et.al., Phase unwrapping for dual beam electronic speckle pattern interferometry interferometry , Applied Optics, January 1, 1997.