Kekuatan tegangan

Kekuatan tegangan ( $\sigma _{UTS}$ atau $S_{U}$ ) ditentukan oleh maksimum dan minimum dari lengkuk tegasan-terikan (stress-strain curve) dan secara umum untuk menunjukkan bila kegentingan berlaku. Oleh kerana sifat ini merupakan ciri sifat intensif, nilainya tidak bergantung pada saiz contoh ujian. Ia bagaimanapun bergantung pada penyediaan contoh dan suhu persekitaran dan bahan uji kaji.

Kekuatan tegangan, bersama dengan modulus kekenyalan dan ketahanan hakisan, merupakan tatarajah penting bagi bahan kejuruteraan yang digunakan dalam struktur dan peranti mekanikal. Ia khusus bagi bahan seperti aloi, bahan sebatian, seramik, plastik dan kayu.

Penjelasan sunting

Terdapat tiga takrifan kekuatan tegangan:

Kekuatan alah: Tegangan yang mana terikan bahan berubah daripada ubah bentuk kenyal kepada ubah bentuk plastik, menyebabkannya berubah secara kekal.
Kekuatan muktamad: Kekuatan tegangan maksimum yang boleh ditampung oleh sesuatu bahan apabila dikenakan tegangan, mampatan ataupun ricihan. Ia merupakan kekuatan tegangan maksimum pada lengkuk tegangan-terikan.
Kekuatan putus: Koordinat tegangan pada lengkuk tegangan-terikan pada titik putus atau gagal.

Kekuatan tegangan biasa sunting

Kekuatan tegangan bahan sunting

Jadual menunjukkan kekuatan tegangan biasa bagi sesetengah bahan:

Bahan	Kekuatan alah (MPa)	Kekuatan muktamad (MPa)	Ketumpatan (g/cm³)
Tali nanotiub karbon	?	3,600	1.3
Keluli ASTM struktur keluli A36	250	400	7.8
Keluli, API 5L X65 (Fikret Mert Veral)	448	531	7.8
Keluli, aloi kekuatan tinggi ASTM A514	690	760	7.8
Keluli, untaian pratekanan (prestress)	1,650	1,860	7.8
Wayar keluli			7.8
Keluli (AISI 1,060 0.6% karbon) wayar piano	2,200-2,482^[1]		7.8
Polietilena berketumpatan tinggi (HDPE)	26-33	37	0.95
Polipropilena	12-43	19.7-80	0.91
Keluli tanah karat AISI 302 - gelek sejuk	520	860	8.19
Besi tuang 4.5% C, ASTM A-48	130	200
Aloi titanium (6% Al, 4% V)	830	900	4.51
Aloi aluminium 2014-T6^{[perlu rujukan]}	400	455	2.7
Tembaga 99.9% Cu	70	220	8.92
Kupronikel 10% Ni, 1.6% Fe, 1% Mn, baki Cu	130	350	8.94
Loyang	200+	550	5.3
Tungsten		1,510	19.25
Kaca		50 (dalam mampatan)	2.53
Kaca gentian E	N/A	3,450	2.57
Kaca gentian S	N/A	4,710	2.48
Gentian basalt	N/A	4,840	2.7
Marmar	N/A	15
Konkrit	N/A	3
Gentian karbon	N/A	5,650	1.75
Rambut manusia		380
Sutera labah-labah (lihat nota di bawah)		1,000
Sutera daripada ulat sutera	500
Aramid (Kevlar atau Twaron)	3,620		1.44
UHMWPE	23	46	0.97
Gentian UHMWPE^[2]^[3] (Dyneema atau Spectra)		2,300-3,500	0.97
Vectran		2,850-3,340
Polibenzoksazol (Zylon)		5,800
Kayu pain (selari dengan ira kayu)		40
Tulang (tangan/kaki)	104-121	130	1.6
Nilon, jenis 6/6	45	75	1.15
Getah	-	15
Boron	N/A	3,100	2.46
Silikon, monokristal (m-Si)	N/A	7,000	2.33
Silikon karbida (SiC)	N/A	3,440
Nilam (Al₂O₃)	N/A	1,900	3.9-4.1
Nanotiub karbon (lihat nota di bawah)	N/A	62,000	1.34
Nanotiub karbon sebatian	N/A	1,200^[4]	N/A

Nota sunting

Nanotiub karbon berbilang dinding memiliki nilai kekuatan tertinggi yang pernah diukur, dengan makmal menghasilkannya dengan kekuatan tegangan 63 GPa, masih di bawah had teori 300 GPa. Wayar-wayar nanotium terawal (20 mm panjang) memiliki kekuatan tegangan sebanyak 3.6 GPa mengikut catatan pada 2000, di bawah had teori.^[5]
Kebanyakan nilai bergantung kepada proses penghasilan dan komposisi/ketulenan.
Kekuatan rambut manusia bergantung kepada etnik dan rawatan kimia.
Kekuatan sutera labah-labah boleh banyak berubah-ubah. Kekuatan bahan itu bergantung dengan pelbagai faktor seperti jenis sutera (setiap labah-labah boleh menghasilkan beberapa jenis sutera bagi tujuan tertentu), spesis labah-labah, usia sutera, suhu, kelembapan, kadar tegasan yang dikenakan ketika ujian, jangka masa tegasan dikenakan dan cara sutera dikumpul (penyuteraan paksa atau pusingan semula jadi).^[6] Nilai yang ditunjukkan dalam jadual, 1 GPa, ialah anggaran daripada keputusan-keputusan daripada beberapa kajian melibatkan beberapa jenis spesis labah-labah, tetapi keputusan tepat adalah pelbagai.^[7]

Kekuatan tegangan unsur sunting

Unsur dalam keadaan sepuh lindap	Modulus Young (GPa)	Ofset atau tegasan alah (MPa)	Kekuatan muktamad (MPa)
Aluminium	70	15-20	40-50
Tembaga	130	33	210
Emas	79		100
Besi	211	80-100	350
Plumbum	16		12
Nikel	170	14-35	140-195
Silikon	107	5,000-9,000
Perak	83		170
Tantalum	186	180	200
Timah	47	9-14	15-200
Titanium	120	100-225	240-370
Tungsten	411	550	550-620
Zink (ditempa)	105		110-200

Sumber sunting

A.M. Howatson, P.G. Lund and J.D. Todd, "Engineering Tables and Data"
Giancoli, Douglas. Physics for Scientists & Engineers Third Edition. Upper Saddle River: Prentice Hall, 2000.
Köhler, T. and F. Vollrath. 1995. Thread biomechanics in the two orb-weaving spiders Araneus diadematus (Araneae, Araneidae) and Uloboris walckenaerius (Araneae, Uloboridae). Journal of Experimental Zoology 271:1-17.
Edwards, Bradly C. "The Space Elevator: A Brief Overview" http://www.liftport.com/files/521Edwards.pdf Diarkibkan 2006-05-24 di Wayback Machine
T Follett "Life without metals"
Min-Feng Yu et al. (2000), Strength and Breaking Mechanism of Multiwalled Carbon Nanotubes Under Tensile Load, Science 287, 637-640
George E. Dieter. Mechanical Metallurgy. McGraw-Hill (UK), 1988

Rujukan sunting

^ "Don Stackhouse @ DJ Aerotech". Diarkibkan daripada yang asal pada 2015-09-23. Dicapai pada 2009-06-11.
^ "Tensile and creep properties of ultra high molecular weight PE fibres" (PDF). Diarkibkan daripada yang asal (PDF) pada 2007-06-28. Dicapai pada 2009-06-11.
^ "Mechanical Properties Data". Diarkibkan daripada yang asal pada 2007-05-03. Dicapai pada 2009-06-11.
^ http://www.iop.org/EJ/abstract/-search=56864390.1/0957-4484/18/45/455709 Z. Wang, P. Ciselli and T. Peijs, Nanotechnology 18, 455709, 2007.
^ "Tensile strength of single-walled carbon nanotubes directly measured from their macroscopic ropes" Diarkibkan 2016-05-14 di Portuguese Web Archiveby F. Li, H. M. Cheng, S. Bai, G. Su, and M. S. Dresselhaus.DOI:10.1063/1.1324984
^ Elices; dll. "Finding Inspiration in Argiope Trifasciata Spider Silk Fibers". JOM. Diarkibkan daripada yang asal pada 2009-01-15. Dicapai pada 2009-01-23. Explicit use of et al. in: |last= (bantuan)
^ Blackledge; dll. "Quasistatic and continuous dynamic characterization of the mechanical properties of silk from the cobweb of the black widow spider Latrodectus hesperus". The Company of Biologists. Dicapai pada 2009-01-23. Explicit use of et al. in: |last= (bantuan)

http://www.albarrie.com/Filtration/fil-basalt.html Diarkibkan 2007-06-22 di Wayback Machine

Pautan luar sunting

[1] "Don Stackhouse @ DJ Aerotech". Diarkibkan daripada yang asal pada 2015-09-23. Dicapai pada 2009-06-11.

[2] "Tensile and creep properties of ultra high molecular weight PE fibres" (PDF). Diarkibkan daripada yang asal (PDF) pada 2007-06-28. Dicapai pada 2009-06-11.

[3] "Mechanical Properties Data". Diarkibkan daripada yang asal pada 2007-05-03. Dicapai pada 2009-06-11.

[4] ttp://www.iop.org/EJ/abstract/-search=56864390.1/0957-4484/18/45/455709 Z. Wang, P. Ciselli and T. Peijs, Nanotechnology 18, 455709, 2007.

[5] "Tensile strength of single-walled carbon nanotubes directly measured from their macroscopic ropes" Diarkibkan 2016-05-14 di Portuguese Web Archiveby F. Li, H. M. Cheng, S. Bai, G. Su, and M. S. Dresselhaus.DOI:10.1063/1.1324984

[6] Elices; dll. "Finding Inspiration in Argiope Trifasciata Spider Silk Fibers". JOM. Diarkibkan daripada yang asal pada 2009-01-15. Dicapai pada 2009-01-23. Explicit use of et al. in: |last= (bantuan)

[7] Blackledge; dll. "Quasistatic and continuous dynamic characterization of the mechanical properties of silk from the cobweb of the black widow spider Latrodectus hesperus". The Company of Biologists. Dicapai pada 2009-01-23. Explicit use of et al. in: |last= (bantuan)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]