17
BAB II PENGUJIAN KEKERASAN 2.1. Tujuan Pengujian 1. Mengetahui angka kekerasan suatau bahan 2. Mengetahui pengaruh perlakuan panas terhadap kekerasan bahan 3. Mengetahuai salah satu cara pengukuran kekerasan 4. Mengetahui perubahan struktur pada setiap perlakuan 2.2. Teori Dasar Pengujian Dalam ilmu metalurgi terdapat teori – teori tentang sifat mekanik logam termasuk kekerasan. Karena hal tersebut erat hubungannya dengan praktikum pengujian kekerasan maka sebaiknya kita dapat memahami teori tersebut. 2.2.1. Macam - macam Metode Pengujian Kekerasan Secara garis besar pengukuran kekerasan dibagi menjadi 3 jenis, yaitu : 1. Resistance to Cutting or Abration Moh’s Method Pengukuaran kekerasan dilakukan dengan menggoreskan suatu material dengan mineral standar yang telah diketahui nilai kekerasannya. Urutan kekerasan mineral berdasarkan cara Moh’s adalah sebagai berikut:

TESTING MATERIAL

Embed Size (px)

DESCRIPTION

mATERIAL

Citation preview

BAB IIPENGUJIAN KEKERASAN

2.1. Tujuan Pengujian1. Mengetahui angka kekerasan suatau bahan2. Mengetahui pengaruh perlakuan panas terhadap kekerasan bahan3. Mengetahuai salah satu cara pengukuran kekerasan4. Mengetahui perubahan struktur pada setiap perlakuan

2.2. Teori Dasar PengujianDalam ilmu metalurgi terdapat teori teori tentang sifat mekanik logam termasuk kekerasan. Karena hal tersebut erat hubungannya dengan praktikum pengujian kekerasan maka sebaiknya kita dapat memahami teori tersebut.

2.2.1. Macam - macam Metode Pengujian KekerasanSecara garis besar pengukuran kekerasan dibagi menjadi 3 jenis, yaitu :1. Resistance to Cutting or Abration Mohs MethodPengukuaran kekerasan dilakukan dengan menggoreskan suatu material dengan mineral standar yang telah diketahui nilai kekerasannya. Urutan kekerasan mineral berdasarkan cara Mohs adalah sebagai berikut:

Tabel 2.1 skala kekerasan mohs

Sumber : Anonymous

Gambar 2.1 : Mohs MethodSumber: Anonymous

Skala Mohs jarang digunakan dalam pengujian bahan karena interval skalanya yang tinggi. Sehingga hasilnya kurang tepat, terutama untuk logam.2. Resistance to IndentationPengujian ini dilakukan pada suatu logam yang dalam menentukan kekerasannya dilakukan dengan menganalisis indentasi (bekas) penekanan pada material uji sebagai reaksi dari pembebanan tekan. Adapun macam-macam pengujian Resistance to Indentation, sebagai berikut:

a. Rockwell MethodCara rockwell menggunakan prinsip yang sama dengan cara Brinell hanya saja indentor yang dipakai ada 2 jenis dan berukuran lebih kecil dari pada indentor pada brinell. Indentor yang digunakan yaitu :1. Menggunakan kerucut intan, dengan sudut puncak 120o, ujung agak bulat, berjari - jari 0,2 mm.2. Menggunakan bola baja berdiameter 1/16 in, 1/8 in, 1/4 in, dan 1/4 in.Rumus yang digunakan :HRC = Dimana : HRc = angka kekerasan rockwell K = konstanta; intan = 0,2 dan bola baja = 0,6 h1 = kedalaman akibat beban major (mm) h2 = kedalaman akibat beban minor (mm)

Gambar 2.2 : Rockwell MethodSumber: Anonymous

Dalam cara rockwell terdapat beberapa skala yaitu A sampai V. Masing masing skala memiliki beban serta indentor tersendiri dan digunakan untuk kebutuhan tertentu. Skala A digunakan untuk material yang sangat keras, skala B untuk material dengan kekerasan medium , skala C untuk material dengan kekerasan rendah, dan seterusnya sampai skala V untuk plastik dan soft metal seperti timbal.b. Brinell MethodPengukuran ini dilakukan dengan cara menekan secara tegak lurus menggunakan bola baja (sebagai indentor) yang sudah diketahui diameternya pada permukaan benda uji. Bekas yang ditimbulkan diukur dan kekerasannya dihitung dengan rumus :BHNDimana:BHN= angka kekerasan Brinell (kg/mm2)= beban (kg)D= diameter indentor (mm)d= diameter tapak tahan (mm)

Gambar 2.3 : Brinnel TesterSumber: Anonymous

Untuk mendapatkan hasil yang akurat, pengukuran harus dilakukan pada permukaan yang datar. Terak dan kotoran pada permukaan benda sangat mempengaruhi hasil pengukuran.c. Vickers MethodPrinsipnya sama dengan pengujian brinell, hanya saja menggunakan indentor yang berbentuk piramid beralas bujur sangkar dngan sudut puncak antara dua sisi berhadapan 136o, tapak tekan berbentuk bujur sangkar. Beban yang diberikan antara lain 5, 10, 20, 30, 50, 100 atau 120 kg. Angka kekerasan dinyatakan oleh :VHN = Dimana :VHN = angka kekerasan (kg/mm2) = beban yang ditatapkan (kg)d= panjang diagonal tapak tekan (mm)

Gambar 2.4 : Vickers MethodSumber: Anonymous

Cara ini merupakan cara pengujian kekerasan yang paling sensitif. Cara ini memilliki satu skala kontinyu untuk semua material dan angka kekerasan vickers tergantung dari beban yang diberikan. Sangat memungkinkan sekali penggunaan beban yang ringan pada pengujian cara vickers oleh karena itu cara ini bisa digunakan untuk pengujian kekerasan pada material yang tipis sampai 0,005in.3. Pengujian dengan cara dinamik (dynamic test)Pengujian kekerasan yang dilakukan dengan mengukur tinggi pantulan dari indentor baja yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu. Semakin tinggi pantulan, semakin besar nilai kekerasannya.

Gambar 2.5 ScleroscopeSumber : Anonymous

2.2.2. Faktor - faktor yang Mempengaruhi KekerasanKekerasan suatu material logam dipengaruhi oleh beberapa hal, diantaranya :1. Kadar KarbonSemakin tinggi kadar karbon, maka logam akan semakin keras namun rapuh. Kadar karbon sebesar 0,6 1% merupakan kadar karbon yang sangat berpengaruh pada kekerasan logam. Setelah lebih dari 1% maka kadar karbon tidak berpengaruh pada nilai kekerasannya2. Unsur paduan Unsur paduan akan mempengaruhi sifat mekanik baja. Beberapa unsur paduan yang terdapat pada baja beserta pengaruhnya pada sifat mekanik antara lain:a. Nikel (Ni)Berfungsi untuk meningkatkan kekerasan, ketahanan erosi, keuletan dan tahan gesek.b. Chromium (Cr)Berfungsi meningkatkan kekerasan, menambah karbida dan menambah elastisitasnya.c. Mangan (Mn)Berfungsi meningkatkan kekerasan, ketahahn terhadap susu tinggi dan membuat mengkilap.d. Silicon (Si)Berfungsi meningkatkan kekenyalan dan kekerasan, bersifat deoksidan, meningkatkan kekerasan dan menaikan titik kritis. 3. Perlakuan PanasPengaruh perlakuan panas akan mempengaruhi kekerasan logam tergantung pada perlakuan yang diberikan. Hardening akan meningkatkan kekerasan (paling keras), pada tingkat kekerasan kedua yaitu tempering. Normalizing akan meningkatkan kekerasan namun dibawah tingkat tempering dan yang paling lunak adalah dengan proses annealing.4. Bentuk Butir dan DimensinyaMaterial dengan ukuran butir kecil akan memiliki kekerasan yang tinggi dibandingkan dengan butiran yang basar. Hal ini dikarenakan ukuran butir yang lebih kecil memiliki gaya ikat antar atom yang lebih besar sehingga membuat material tersebut keras.

2.3 Pelaksanaan Pengujian2.3.1 Alat yang Digunakan Dalam Pengujiana) Spesifikasi Alat yang Digunakan Dalam Pengujian Kekerasan1. Michrohardeness Vickers TesterSpesifikasi alat: Beban Pengujian: 0.098N, 0.245N, 0.9807N, 2.942N, 4.903N, 9.807N Pembebanan dari mikroskop: 400 kali (untuk Pengukuran) 100 kali (untuk observasi) Waktu indikator diam dari daya pengujian: 0-60 detik Nilai normal pergerakkan dari drimwhell: 0.0625 mm Tinggi maksimal dari spesimen: 65 mm Dimensi alat (p x l x t: (420 x 180 x 470) mm

Gambar 2.27 : Electric Hardness Vickers Tester Sumber : Laboratorium Pengujian Bahan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

2. Centrifugal Sand Paper MachineSpesifikasi alat : Merk : Saphir Buatan : Jerman

Gambar 2.28 : Centrifugal Sand Paper MachineSumber: Laboratorium Pengujian Bahan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

b) Spesifikasi Alat yang Digunakan Dalam Pengujian Mikrostruktur1. Michrohardeness Vickers TesterSpesifikasi alat: Beban Pengujian: 0.098N, 0.245N, 0.9807N, 2.942N, 4.903N, 9.807N Pembebanan dari mikroskop: 400 kali (untuk Pengukuran) 100 kali (untuk observasi) Waktu indikator diam dari daya pengujian: 0-60 detik Nilai normal pergerakkan dari drimwhell: 0.0625 mm Tinggi maksimal dari spesimen: 65 mm Dimensi alat (p x l x t: (420 x 180 x 470) mm

Gambar 2.27 : Electric Hardness Vickers Tester Sumber : Laboratorium Pengujian Bahan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

2. EtsaEtsa diguunakan untuk memperjelas permukaan mikrostruktur. Etsa berupa cairan kimia yang akan bereaksi dengan atom tertentu terutama atom-atom yang tidak stabil misalnya atom pada batas elastik. Etsa yang digunakan pada pengujian ini campuran 1 - 1,5 ml white nitric dalam 10 ml ethyl alkohol 95% - 100%.

Gambar 2.31 : EtsaSumber : Laboratorium Pengujian Bahan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

3. Kertas GosokDigunakan untuk meratakan permukaan spesimen.

Gambar 2. 32 : Kertas GosokSumber: Laboratorium Pengujian Bahan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

4. Batu HijauDigunakan untuk menghaluskan dan mengkilapkan permukaan spesimen.

Gambar 2.33 : Batu HijauSumber : Laboratorium Pengujian Bahan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya6. Kain FlannelDigunakan untuk menghaluskan dan membersihkan spesimen dari batu hijau yang tersisa.

Gambar 2.34 : Kain FlannelSumber : Laboratorium Pengujian Bahan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

c. Komposisi Kimia SpesimenTabel 2.3 Komposisi Kimia BahanNoLogamKomposisiSuhu Eutectoid%C

1Mn0,5%7250,74

2Si0,25%7300,72

d. Pergeseran Titik EutectoidPerhitungan pergeseran titik eutectoid

= 727,47 oC

= 0,729 %

Keterangan : Fe Fe3C Pergeseran Titik EutectoidGambar 2.31 Pegeseran Titik Eutectid

e. Bentuk dan Dimensi Spesimen

Gambar 2.32 Bentuk dan Dimensi Spesimen

2.3.2 Prosedur Pengujiana. Pengujian Kekerasan1. Dilakukan proses heat treatment2. Permukaan spesimen yang akan diuji dibersihkan dahulu dari terak dan kotoran dengan centrifugal sand paper machine sampai rata dan halus dan siap untuk diuji3. Pemanasan benda kerja yang akan diuji harus benar-benar diperhatikan4. Dilakukan pengujian kekerasan dengan Electrical Brinnell Hardeness Tester dengan pengambilan data secara acak pada permukaan enda uji. Dalam pengujian kali ini diambil 10 titik secara acakb. Pengujian Mikrostruktur1. Permukaan spesimen yang akan difoto diratakan dan dihaluskan dengan centrifugal sand papaer machine2. Permukaan spesimen dihaluskan dengan batu hijau dan digosok dengan kain flanel sampai mengkilap dan halus3. Permukaan spesimen yang sudah mengkilap dibersihkan dengan alkohol, kemudian ditetesi dengan cairan etsa4. Spesimen diletakan pada microscope logam, kemudian fokus diatur dampai didapatkan gambar yang jelas dengan perbesaran 450 kali5. Dilakukan pemrotetan dengan kamera, kemudian hasilnya dicuci dan dicetak

2.4 Hipotesaa. Pengujian Kekerasan1. Heat treatment dapat menyebabkan tingkat kekerasan. Dalam pengujian kali ini Perlakuan yang diberikan pada material adalah hardening tanpa perlakuan dan normalizing. Dari proses tersebut dapat dijelaskan mulai tingkat kekerasan paling tinggi ke rendah:a. HardeningDapat meningkatkan kekerasan secara maksimum tetapi memiliki tegangan dalam yang tinggi, distorsi yang tinggi, dan sifat yang rapuh.b. Tanpa PerlakuanSpesimen tidak mengalami proses perlakuan apapun.c. NormalizingDigunakan untuk menghaluskan butiran yang mengalami pemanasan berlebih (overheated) dan menghilangkan tegangan dalam.d. AnneallingDigunakan untuk melunakkan baja sehingga memiliki sifat kekerasan yang lebih rendah daripada proses lainnya.2. Proses holding yang lebih lama akan membuat material lebih keras dari holding yang sebentar karena struktur butiran atom lebih homogen.3. Temperatur pemanasan yang lebih tinggi membuat material lebih keras karena semakin banyak butiran atom yang terbentuk daripada temperatur yang tidak mencapai suhu austenit.b. Pengujian Mikro StrukturDengan perlakuan panas yang diberikan pada suhu maksimum(austenit) dengan holding yang relatif lama akan meningkatkan kekerasan secara maksimum. Hal ini ditandai dengan banyaknya kandungan pearlite dan ferrite. Urutan struktur atom kekerasan rendah sampai yang tertinggi yaitu simple cubic, body center cubic, face center cubic, body central tetra gonal.