Laporan Kekerasan

Laporan Awal Praktikum Karakterisasi Material 1 Pengujian Kekerasan

Rahmawan Setiaji 0706163735 Kelompok 9

Laboratorium Metalurgi Fisik Departemen Metalurgi dan Material FTUI 2009

MODUL 2 PENGUJIAN KEKERASAN

I.

Tujuan Praktikum

1. Memahami dan menguasai prosedur metode uji kekerasan Brinell, Vickers dan Rockwell 2. Membandingkan nilai kekerasan (Brinell dan Vickers) dari beberapa

jenis

logam

(besi

tuang,

baja,

tembaga

dan

alumunium). 3. Mengetahui prinsip dan teknik pengujian kekerasan mikro dan mengaplikasikannya untuk mengetahui kekerasan fasa-fasa di dalam logam baja/besi tuang 4. Mengestimasi

nilai

kekuatan

tarik

beberapa

logam

berdasarkan nilai kekerasan Brinellnya. II. Dasar Teori Kekerasan suatu material merupakan terhadap gaya

ketahanan material

penekanan dari material lain yang lebih keras.

Prinsip pengujian kekerasan ini yaitu pada permukaan material dilakukan penekanan dengan indentor sesuai dengan parameter (diameter,

beban

dan

waktu).

Berdasarkan

mekanisme

penekanan tersebut, dikenal 3 metode uji kekerasan : 1.

Metode gores Dilakukan

dengan

cara

mengukur

kedalaman atau lebar goresan pada benda uji dengan cara menggoreskan

permukaan

benda

uji

dengan

material

pembanding. Indentor yang biasa digunakan adalah jarum yang terbuat dari intan. Namun, metode ini tidak cocok untuk logam yang skala kekerasannya tinggi. Selain itu kemampu-ulangannya rendah karena tidak akurat.Metode ini tidak banyak digunakan dalam dunia metalurgi, tapi masih dalam dunia mineralogi.

Metode

ini

dikenalkan

oleh

Friedrich

Mohs

yaitu

dengan

membagi kekerasan material di dunia ini berdasarkan skala (yang kemudian dikenal sebagai skala Mohs). Skala ini bervariasi dari nilai 1 untuk kekerasan yang paling rendah, sebagaimana dimiliki oleh talc, hingga skala 10 sebagai nilai kekerasan tertinggi, sebagaimana yang dimiliki oleh intan. Dalam skala Mohs urutan nilai kekerasan material di dunia diwakili oleh : 1.

talc

6.

orthoclase 2.

gypsum

7.

3.

calcite

8.

quartz topaz 4. 5.

fluorite apatite

9. 10.

corundum diamond

Bila suatu mineral mampu digores oleh orthoclase (6) tetapi tidak mampu digores oleh apatite(5), maka kekerasan mineral tersebut berada antara 5 dan 6. Berdasarkan hal ini, jelas terlihat bahwa metode ini memiliki kekurangan utama berupa ketidakakuratan nilai kekerasan suatu material. Bila kekerasan mineral-mineral diuji dengan metode lain, ditemukan bahwa nilai nilainya berkisar antara 1-9 saja, sedangkan nilai 9-10 memiliki rentang yang besar. 2.

Metode pantul Dengan metode ini, kekerasan suatu

material ditentukan oleh alat scleroscope yang mengukur tinggi pantulan suatu pemukul (hammer) dengan berat tertentu yang dijatuhkan dari suatu ketinggian terhadap permukaan benda uji. Tinggi pantulan (rebound) yang dihasilkan mewakili kekerasan benda uji. Semakin tinggi pantulan tersebut, yang ditunjukan

oleh dial pada alat pengukur, maka kekerasan benda uji dinilai semakin tinggi. 3.

Metode Indentasi Pengujian dengan metode ini dilakukan

dengan penekanan benda uji dengan indentor dengan gaya tekan dan waktu indentasi yang ditentukan. Kekerasan suatu material ditentukan oleh dalam ataupun luas area indentasi yang dihasilkan (tergantung jenis indentor dan jenis pengujian). Berdasarkan prinsip bekerjanya metode uji kekerasan dengan cara indentasi dapat diklasifikasikan sebagai berikut: a. Metode Brinell Metode ini diperkenalkan pertama kali oleh J.A.Brinell pada tahun 1900. Pengujian kekerasan dilakukan dengan memakai bola baja yang diperkeras (hardened steel ball) dengan

beban dan waktu indentasi tertentu. Hasil penekanan

adalah jejak berbentuk lingkaran bulat, yang harus dihitung diameternya

dibawah

mikroskop

khusus

pengukur

jejak.

Pengukuran nilai kekerasan suatu material diberikan oleh rumus:

2P BHN

=

((π

D) (D -

)

dimana :

P adalah beban (Kg) D diameter indentor (mm) d diameter jejak (mm).

D2 - d2

Gambar 1 Skematis prinsip identasi dengan metode brinell

Prosedur

standar

pengujian

mensyaratkan

bola

baja

dengan diameter 10 mm dan beban 3000 kg untuk pengujian logam-logam ferrous, atau 500 kg untuk logam-logam non ferrous. Untuk logam-logam ferrous, waktu indentasi biasanya sekitar 10 detik, sementara untuk logam-logam non ferrous sekitar 30 detik. Walaupun demikian pengaturan beban dan waktu indentasi untuk setiap material dapat pula ditentukan oleh karakteristik alat penguji. Nilai kekerasan suatu material yang dinotasikan dengan “HB” tanpa tambahan angka di belakangnya menyatakan kondisi pengujian standar dengan indentor bola baja 10mm, beban 3000 kg selama waktu 1-15 detik. Untuk kondisi yang

lain

nilai

kekerasan

HB

diikuti

angka-angka

yang

menyatakan kondisi pengujian. Syarat menggunakan metode Brinell : –

indentor bola baja yang dikeraskan berdiameter 2,5-10 mm, beban 300-3000 Kg

–

permukaan harus rata, jika perlu diamplas atau dimachining terlebih dahulu

–

permukaan test harus sesuai dengan karakteristik material, tidak mengalami karburasi ataupun proses sejenis lainnya

–

ketebalan minimum 0.6 mm dan permukaan tanpa dikeraskan

–

pengujian tidak boleh terlalu dipinggir

–

beban

yang

digunakan

harus

steady

dan

terbebas

dari

kemungkinan pembebanan tak diinginkan disebabkan oleh gaya inersia dari beban –

jarak antar uji minimum 3d

–

tidak terjadi penggelembungan di bagian belakang material uji disebabkan penggunaan beban yang terlalu besar b. Metode Vickers Pada metode ini digunakan indentor intan berbentuk piramida dengan sudut 136o, seperti gambar dibawah ini

Gambar.2 Skematis prinsip indentor dengan metode Vickers

Prinsip pengujian adalah sama dengan Brinell, walaupun jejak yang dihasilkan berbentuk bujursangkar berdiagonal. Panjang diagonal diukur dengan skala pada mikroskop pengukur jejak. Nilai kekerasan suatu material diberikan oleh: 1.854 P VHN = d2

Pengujian metode Vickers akan memberikan dampak hasil yang berbeda-beda tergantung pada elestisitas material. Apabila material

lunak

atau

keelastisitasannya

tinggi,

maka

hasil

indentasi akan mengempis. Dan pada material yang kaku, maka akan berbentuk menggembung. Metode ini biasa dilakukan untuk mengukur kekerasan mikro dari material.

Gambar 3. Distorsi oleh indentor pyramid intan karena efek elastisitas; (a)Indentasi sempurna; (b)Indentasi mengempis; (c)Indentasi menggembung

c.

Metode Rockwell Indentor yang digunakan kerucut intan dengan sudut yang

dibentuk muka intan 120o. Pembebanan dilakukan dengan dua tahap; tahap pertama adalah pembebanan minor kemudian pembebanan

mayor.

Nilai

kekerasan

ditentukan

dengan

perbandingan kedalaman kedua tahap pembebanan. Berbeda dengan metode Brinell dan Vickers dimana kekerasan suatu bahan dinilai dari diameter atau diagonel jejak yang dihasilkan, maka

metode

Rockwell

merupakan

uji

kekerasan

dengan

pembacaan langsung (direct reading). Metode ini banyak dipakai dalam industri karena pertimbangan praktis. Variasi dalam beban dan indentor yang digunakan membuat metode ini memiliki banyak macamnya. Metode yang paling umum dipakai adalah Rockwell B (dengan indentor bola baja berdiameter 1/6 inci dan beban 100 kg) dan Rockwell C (dengan indentor intan dan beban 150

kg).

Walaupun

demikian

lainnya

biasa

dipakai.

Oleh

karenanya skala kekerasan Rockwell suatu material harus dispesifikasikan dengan jelas. d. Kekerasan Knoop Merupakan salah satu metode micro-hardness, yaitu uji kekerasan untuk benda uji yang kecil. Nilai kekerasan Knoop adalah pembebanan dibagi dengan luas penampang yang terdeformasi permanen. Jejak yang dihasilkan sekitar 0.01mm – 0.1 mm dan beban yang digunakan berkisar antara 5 gr – 5 Kg. Permukaan benda uji harus benar-benar halus. III. Metodologi Penelitian III.1. Bahan dan Alat

1. Hoytom macrohardness tester (metode Brinell, Vickers dan Rockwell) 2. Buehler Micromet 2100 series microhardness

tester

(metode

Vickers) 3. Micrometer & Measuring microscope 4. Sampel uji silinder pejal dan uji tarik (besi tuang, baja, tembaga dan aluminium)

Gambar 4 Mesin hidraulic

III. 2. Flow Chart Prosedur Pengujian III.2.1. Metode Brinell dan Vickers (sample silinder pejal)

tidak ya Preparasi sampel (amplas & poles) Ukur Hitung Lepas Putar Sampel Putar Periksa diameter Pilih Putar kontak poros tuas nilai Selesai beban tuas & alat lokasi jejak beban kekerasan dudukan indentor poros uji yang dan indentor lain ke

dengan benda pasang belakang hingga sesuai uji benda indentor jarum searah danuji menyentuh jarum lepaskan jam batas

III.2.2. Metode Brinell (sample uji tarik)

Preparasi tidak ya (amplas grip sampel uji tarik Estimasi Hitung Lakukan Ukur Tempatkan Pilih Material kekuatan diameter indentor nilai Selesai pengujian kekerasan sampel lain tarik dan jejakdi logam

beberapa beban pada anvil yang titiksecara sesuai (min. 3) horizontal

III.2.3.

Metode Rockwell (sample silinder pejal)

Preparasi tida ya sampel (amplas & poles) Baca Lepas Pasang Kembalikan Lakukan Pasang Atur Material nilai Lakukan Selesai benda skala beban indentor kekerasan preload lain pada uji tuas yang dari k mesin beban pembebanan yang dudukan sesuai uji ke sesuai sesuai posisi

(rockwell antara rockwell semula 10-15 B yang atau detik C) dipilih

III.2.4. Pengujian kekerasan mikro

Putar Amplas Putar Atur Tempatkan Putar Lakukan Area Perhatikan turet focus left Hitung turet Pilih right turet fillar kasar, yg fillar Nyalakan ke indentasi Tentukan struktur indentor-lensa dipilih beban nilai fillar adjustment indentor benda posisi adjustment amplas Atur skala kekerasan adjustment ditempatkan dgn mikro instrument lensa uji waktu dg lokasi nol lensa-obyektif halus, dgn memutar menekan knob pd obyektif dan knob obyektif indentasi yg permukaan right poles knob hingga akan pencahayaan mikromet hingga didial tombol micrometer tengah kembali hg hingga dan diuji hg beban garis pembesaran bagian ┴diperoleh etsa ‘START’ indentor ruang bagian (40 kanan benda benda kiri x) Pengukuran Indentasi selesai lebar jejak selesai kanan terdalam akhirnya terdalam menyentuh mencapai dari pandang posisi right ujung 40 indentor ujung ujifillar xokuler kanan kiri berhimpit terluar terluar dg jejak jejak bag kiri terdalam left fillar line

Daftar Pustaka 1.

Sriati Djaprie, Metalurgi Mekanik, edisi ketiga, jilid 1,

Erlangga, 1993. 2.

Davis,H.E,Troxell,G.E,Hauck, GFW.”The Testing of

Engineering Materials”.1982. 3.

Diktat Teori Dasar Parktikum Karakterisasi Material 1

4.

Buku Paduan Kerja Mahasiswa Praktikum Karakterisasi

Material 1 5.

Louis Cart,”Non Destructive Testing”,ASM, 1995. 6.

Metal Handbook Ninth Edition, Volume 8, Mechanical

Testing, ASM,1985. 7.

Catatan Perkuliahan Pengujian Material. 8. Callister,William D., 1940-Materials science and

engineering : an 7th ed

Introduction / William D. Callister, Jr.—