Rabu, 18 Januari 2012

Pengujian Kekerasan


2.1 Tujuan Pengujian
1.            Mengetahui angka kekerasan suatu bahan.
2.            Mengetahui pengaruh perlakuan panas terhadap kekerasan bahan.
3.            Mengetahui salah satu cara pengukuran  kekerasan.
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 Definisi Kekerasan
            Kekerasa adalah kemampuan suatu bahan untuk menahan tusukan (penetrasi) benda yang lebih keras dari luar, dapat dikatakan kemampuan untuk menahan deformasi plastis.
2.2.2 Metode Pengujian Kekerasan
            Secara garis besar pengukuran kekerasan dibagi menjadi 3 jenis, yaitu :
1.                Resistance to Cutting or Abration yaitu dengan cara Morh’s, Pengukuaran kekerasan dilakukan dengan menggoreskan suatu material dengan mineral standar yang telah diketahui nilai kekerasannya. Urutan kekerasan mineral berdasarkan cara Mo’s adalah :
1.      Talk                                        6.     Feldspar
2.      Gips                                        7.    Kwarsa
3.      Kalsit                                      8.    Topas
4.      Fluorite                                   9.    Titanium
5.      Apatik                                                10.    Intan
Skala Moh’s jarang digunakan dalam pengujian bahan karena interval skalanya yang tinggi. Sehingga hasilnya kurang tepat, terutama untuk logam. Logam umumnya memiliki skala Moh’s 4-8
2.                              Resistance to Indentation yaitu dengan cara :
·         Cara Brinell
Pengukuran ini dilakukan dengan cara menekan secara tegak lurus menggunakan bola baja (sebagai Identor) yang sudah diketahui diameternya pada permukaan benda uji. Bekas yang ditimbulkan diukur dan kekerasannya dihitung dengan rumus :
BHN
Pengujian kekerasan dengan cara brinell biasanya menggunakan Electrical Brinell hardness Tester (mesin uji kekerasan brinell)
Seperti gambar di bawah ini :
brinell
Gambar 2.1 Mesin Uji Kekerasan Binell
Sumber : Lab. Pengujian Bahan Universitas Brawijaya
Gambar 2.2 Brinell Test
            Untuk mendapatkan hasil yang akurat, pengukuran harus dilakukan pada permukaan yang datar. Terak dan kotoran pada permukaan benda sangat mempengaruhi hasil pengukuran.
·         Cara Vickers
Prinsipnya sama dengan pengujian Brinell, hanya saja menggunakan indentor yang berbentuk piramid beralas bujur sangkar dngan sudut puncak antara dua sisi berhadapan 136 o, tapak tekan berbentuk bujur sangkar. Beban yang diberikan antara lain 5, 10, 20, 30, 50, 100 atau 120 kg. Angka kekerasan dinyatakan oleh :
VHN =
Gambar 2.3 Vickers Test
           Cara Vickers merupakan cara pengujian kekerasan yang paling sensitive. 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.
·         Cara Rockwell
Cara Rockwell menggunakan prinsip yang sama dengan cara Brinell hanya saja indentor yang dipakai ada 2 jenis dan berukuran lebih kecil daripada indentor pada Brinell. Indentor yang digunakan yaitu :
1.      Menggunakan keucut intan, dengan sudut puncak 120 o, ujung agak bulat, berjari - jari 0,2 mm.
2.      Menggunakan bola baja bediameter 1/16 in, 1/8 in, ¼ in, dan 1/2in.
       Rumus yang digunakan HRC =
Gambar 2.4 Rockwell Test
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 plastic dan soft metal seperti timbal. Terdapat juga superficial Rockwell untuk menguji spesimen yang tipis sampai 0,006 in dan juga untuk powdered metal.
3.      Elastic Hardness yaitu dengan cara Share Scleroscop
Disebut juga sebagai metode pantulan. Pengujian dengan menggunakan intan Tipped Hommers (palu hitam) yang dapat dinaikkan pada ketinggian tertentu dan dijatuhkan secara bebas pada permukaan logam. Setelah menyentuh permukaan, intan akan memantul. Ketinggian pantulan menunjukan kekerasan yang diukur. Semakin tinggi pantulan menunjukkan kekerasan yang semakin besar. Prinsipnya adalah konversi energi dari energi potensial menjadi energi kinetik, sebagaian energi diserap oleh material dan sisanya menyebabkan terjadinya pantulan. Energi yang diserap sebenarnya menunjukkan resilience. Yaitu energi yang dapat diserap oleh material pada daerah elastik nya. Keuntungan dari cara ini adalah peralatan kecil dan bekas penetrasinya kecil, sehingga hampir tidak merusak bahan yang diukur.
Gambar 2.5 Shore Schleroscop Test
2.2.3 Faktor – Faktor yang mempengaruhi kekerasan.
Kekerasan suatu material logam dipengaruhi oleh beberapa hal diantaranya :
1.      Kadar Karbon
Semakin 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 kekerasannya.
2.      Unsur paduan
Unsur paduan akan mempengaruhi sifat mekanik baja, beberapa unsure paduan yang terdapat pada baja beserta pengaruhnya pada sifat mekanik antara lain:
a.      Nikel, fungsi:
·         Meningkatkan kekuatan dan kekerasan baja
·         Meningkatkan ketahanan korosi
·         Meningkatkan keuletan dan tahan gesek
b.      Chromium, fungsi:
·         Menambah kekerasan baja
·         Membentuk karbida
·         Menambah keelastisan, sehingga baik buat pegas
c.       Mangan, fungsi:
·         Meningkatkan kekerasan
·         Meningkatkan ketahanan terhadap suhu tinggi
·         Membuat baja mengkilap
3.      Perlakuan panas
Pengaruh perlakuan akan mempengaruhi kekerasan logam tergantung dari perlakuan apa yang diberikan. Annealing akan menurunkan kekerasan baja. Hardening akan meningkatkan kekerasan baja. Tempering akan menurunkan kekerasan baja dibawah perlakuan panas Hardening. Normalising akan meningkatkan kekerasan baja dibandingkan keadaan awal baja atau baja tanpa perlakuan panas.
4.   Bentuk dan dimensi butir
           Material dengan ukuran butir kecil akan memiliki kekerasan yang tinggi sedangkan butir besar akan memiliki kekerasan yang rendah. Material dengan butir halus akan memiliki kekerasan tinggi dibandingkan dengan material dengan butir kasar.






BAB.DIAGRAM FASE (MATERI Ir.DWI HERU.S,MT)
Bahan Berfasa tunggal dan ganda
Banyak jenis logam yang digunakan secara meluas tapi hanya terdiri dari satu fasa. Seperti logam murni logam murni komersial satu komponen contohnya ; kawat listrik dari tembaga, aluminium untuk rumah tangga dan seng lembaran untuk saluran air atap bangunan.
                        Bisa juga untuk menambah kekuatan ditambah dengan logam lain seperti kuningan dan perunggu, paduan antara tembaga dan seng, tembaga dan timah putih
Paduan adalah : logam fasa tunggal bila batas larutnya tidak dilampaui.

Sifat paduan fasa tunggal :
                     Sifat paduan berbeda dengan sifat logam murninya, karena untuk kuningan peningkatan kekuatan dan kekerasan karena adanya atom-atom terlarut menghambat pergerakan dislokasi dalam kristal sewaktu deformasi plastis. Ketidak murnian sedikit saja akan mengurangi daya hantar listrik dan daya hantar panas.








             0,4                                     Ag          Mg
                                                    
                          
        (Watt/m2)  0,3                                          Al
(oC/mm)                                              Mg
                                                     kuningan
                                                  perunggu
             0,2                             Fe
                                             Pb

             0,1          


                   0                                              50                                               100
                      Daya hantar listrik σ, 106 ohm-1 m-1

Pemrosesan Paduan fasa Tunggal.
Pross permulaan yang dialami logam adalah pengecoran. Dalam keadaan cair logam-logam tersebut dimurnikan secara kimia, untuk menghilangkan ketidak murnian. Pada paduan seperti kuningan dan perunggu seng atau timah putih ditambahkan pada tembaga cair, pada keadaan cair Zn atan Sn dapat bercampur secara merata. Proses berikutnya logam cairan dimasukkan dalam cetakan dan dibiarkan membeku. Cetakan dapat berupa ingot maupun benda akhir jika diperlukan pengolahan lanjutan berupa pengerjaan mekanik menjadi batang, kawat, pipa, pelat, benda tempa, dan sebagainya.
Keseimbangan Bahan Berfasa ganda
Sekarang beralih dari logam berfasa tunggal ke bahan berfasa ganda. Kita akan mempelajari penggunaan diagram fasa serta kegunaannya:
n     Untuk meramalkan fasa apa yang berada dalam keseimbangan untuk komposisi paduan tertentu pada suhu yang telah ditentukan.
n      Untuk menentukan komposisi kimia setiap fasa.
n     Untuk menghitung kuantitas dari setiap fasa yang ada.
n     Untuk merancang penggunaan khusus/mengetahui stabilitas bahan bila merancang produk untuk lingkungan tertentu.

Banyak sekali bahan teknik yang terdiri dari satu fasa akan tetapi banyak pula yang terdiri dari beberapa fasa seperti Baja, timah pateri, Batu gerinda, cat dan plastik. Campuran yang terdiri dari dua fasa atau lebih memungkinkan terjadinya interaksi antar fasa, dan sifat yang dihasilkan umumnya berbeda sifat masing-masing fasa, juga merubah sifat tersebut dengan merubah bentuk atau distribusi fasa-fasa tadi.
Laruta dan Campuran :
Komposisi larutan banyak ragamnya karena :
a)        Atom dapat digantikan oleh atom lainnya pada letak kisi dari struktur fasa.
b)       Atom dapat menempati tempat sisipan dalam struktur
Suatu campuran mengandung lebih dari satu fasa (pola struktur ) contoh pasir dan air, karet dengan bahan pengisi karbon, carbida tungsten dengan pengikat cobalt.
Batas Daya Larut : 
            Kurva daya larut dibawah antara gula dalam air. Semua komposisi yang berada disebelah kiri garis lengkung hanya membentuk satu fase, karena gula seluruhnya larut dalam air membentuk sirop. Bila kadar gula tinggi sebelah kanan garis lengkung tidak mungkin dapat melarutkan gula seluruhnya. Hasilnya kita akan dapatkan campuran dari dua fasa, gula padat dan sirop cair. (contoh ini memperlihatkan hubungan daya larut dan suhu dan memperlihatkan suatu cara yang mudah untuk menggambarkan suhu (atau variabel lain) sebagai fungsi komposisi. 

                    100


 

                                                                             Batas daya larut 
      Suhu oC

                 50                              Larutan cair (sirop)         Cairan  +

Minggu, 15 Januari 2012

Perlakuan-Perlakuan pada Perbaikan Mutu Bahan



Perlakuan Panas/heat treatment dengan kondisi equilibrium :
Tujuan : sehingga akan menghasilkan Struktur micro yang mendekati diagram fase.
Anaeling :
Adalah proses laku panas yang sering dilakukan terhadap logam maupun paduan untuk memperoleh tujuan :
-          Melunakkan
-          Menghaluskan butir kristal
-          Menghilangkan tegangan dalam
-          Memperbaiki machinability
-          Memperbaiki sifat kelistrikan/kemaknitan
Full Anaeling :
Contoh memanaskan baja sampai keatas temperatur kritis (untuk baja Hypoeutektik 25-50 C diatas temperatur kritis A) Untuk baja Hyper 25-50C diatas temperatur kritis A1, kemudian diikuti dengan pendinginan yang cukup lambat. Karena pendinginan yang cukup lambat ini maka kondisi sanat dekat dengan keadaan equilibrium, sehinga proses sesuai diagram equilibrium( Besi Carbiada (Fe – Fe3C). Jika panas terlalu tinggi maka butiran kristalnya akan jadi besar, sehingga sifat menjadi kurang baik. Sehingga perlu dihaluskan dengan Anaeling.
Normalising :
Contoh memanaskan baja lebih tinggi dari temperatur kritis (untuk baja Hypoeutektik 25-50 C diatas temperatur kritis A3) Untuk baja Hyper 25-50C diatas temperatur kritis A1
Tujuan : mempunyai struktur mikro lebih halus, akan mempunyai yield streng ultimate streng, kekerasan, impact yang lebih tinggi dari pada diperoleh dari full anaeling.
Spheroidising :
Baja hipereutectoid yang dianeling mempunyai struktur yang terdiri dari perlit yang terbungkus jaringan sementit, sehingga mempunyai machina bility rendah. Sehingga lapisan sementit harus dihancurkan dengan spheroidising. Perlakuan hingga temperatur kritis atau dibawah sedikit. Sehingga lapisan sementit ekan hancur.
Laku Panas Dengan kondisi non equilibrium :
Yaitu laku panas yang dilakukan pendinginan yang sangat cepat. Sehingga struktur mikro yang dihasilkan tidak equilibrium.
Tujuan dari perlakuan ini adalah untuk memunyai kekerasan tertentu sehingga baja dapat diubah struktur mikronya.
Perlakuan ini tergantung pada :
 -jenis media pendinginnya (panas jenisnya, konduktivitas panasnya)
-Temperatur media pendingin
-Kuatnya sirkulasi/olahan pada media pendingin
Bila baja berhubungan dengan atmosfer yang oksidising dalam dapur pemanas: Maka akan terbentuk lapisan kulit yang terjadi diper-mukaan dari oksida besi disebut Scale, tipis(0,005inc) dapat mempengaruhi pendinginan yang terjadi. 
Ada beberapa cara untuk mencegah terjadinya Scale :
-          Copper platting: melapiskan tembaga pada permukaaan benda  sebagai pelindung terhadap atmosfer,mencegah terbentuk scale.
-          Protective atmosfer (memasukkan gas yang tidak bereaksi pada baja, gas-gas tersebut(hidrogen,ammoniak,methan dan propan).
-          Liquid solid poth (salt bath) pemanasan dalam garam yang dicairkan yang bersifat netral pd baja. Kemudian baja tersebut dicelupkan pd cairan tersebut. Sehingga netral tidak teroksidir.
-          Cast Iron Cips,Baja dipanaskn ditimbun dengan keping-keping besi tuang, sehingga oksigen yang masuk dapur lebih dulu bereaksi dengan besi tuang, sehingga tidak mencapai bajanya.
Pengerasan Pada Permukaan :
 Pengerasan ini disebut Case Hardening : yaitu laku panas hanya terjadi pada permukaannya saja. Dengan demikian lapisan permukaan mempunyai kekerasan yang lebih tinggi, sedang bagian yang lebih dalam tetap seperti semula dengan kekerasan rendah tapi keuletan/ketangguhan yag cukup tinggi. Sehingga pada pengerjaan kerja mesin menjadi ringan.
Ada lima cara pengerasan yang dilakuakan :
-          Carburising
-          Nitriding
-          Cyanidding atau carbonitriding
-          Pengerasan Api (flame Hardening)
-          Pengerasan Induksi
Carburising :
Pengerasan yang sudah lama dilakukan dan paling murah, yaitu pengerasan dengan penambahan kadar karbon, caranya carbon didi-fusikan melalui permukaan baja dan dilanjutkan dengan quenching
Pada proses Carburising ada dua perlakuan :
-          Penambahan karbon
-          Pengerasan dengan cara lain.
Dengan senyawa kimia  gas carburising :
2C      + O2   -------à   2 CO
2 CO   ------à   CO2  + Cat
Atau dengan : BaCO3   ----à    BaO    +    CO2
Liquid Qarburising   :
Campuran NaCN (Sodium Cianida) dan KCN (Potassium Cyanida)
2NaCN   +  O2  ---à   2 NaCNO
4 NaCNO   ---à   2 NaCN   +  2Na2CO3 + 2Nat
2CO    --à  CO2   +  Cat
Pengerasan (Quenching)
Setelah permukaan sudah cukup carbon maka prosen dilakukan dengan Quenching, untuk diperoleh kekerasan yang cukup tinggi
Nitridimg : dilakukan dengan memanaskan baja didalam dapur dengan atmosfer yang mengandung nitrogen aktif, yang akan berdiffusi kedalam baja membentuk nitride. Nitrida yang terbentuk sangat keras dan stabil, nitrogen aktif diperoleh dari ammoniak NH3 yang dipanaskan pada temperature : 500-600 C yang akan berdissosiasi menjadi nitrogen aktif dan gas hydrogen:
2 NH3   ------à     2 Nat    + H2
Benda kerja tidak akan mengalami retak/distorsi, tegangan sisa, stabil, kekerasan tidak berubah, tahan aus, sifat kelelahan jadi baik.
Cyaniding: jika dalam liquid carburizing yang diserap adalah kadar carbon, dalam Cyaniding dan carbonitriding adalah kadar Nitrid dan carbon lebih seimbang. Dengan salt bath 25-45 % NaCN pemanasan 550-600 C holding time 3-30 menit diperoleh kulit tipis 0,02-0,04mm yg punya kekerasan tinggi dan tahan aus.
Flame Hardening : komposisis kimia tidak berubah. Pengerasan hanya memanaskan pada permukaan, dengan menyemburkan api dengan intensitas tinggi ke permukaan(Dengan brander las). Kemudian benda kerja dicelupkan kedalam air atau minyak. Kekerasan tergantung dari kadar karbon bajanya dan tebal kulit.  

SIFAT MEKANIK BAHAN.
NO.
SIFAT/KARAK- TERISTIK
LAM-BANG
DEFINISI
SI
BRITANIA
1.
Tegangan
S
Gaya/Satuan luas
Pascal
(N/m2)
Psi
Lbf/in2
2
Regangan
E
Fraksi Deformasi (ΔL/L)
--
--
3
Modulus Elastisitas
E
Tegangan/regangan elastis
pascal
Psi
4.
Kekuatan
--
Tegangan pada waktu gagal Patah/putus
Pascal
--
5
Kekuatan luluh
Sy
Ketahanan terhadap deformasi plastis awal
pascal
Psi
6.
Kekuatan tarik
St
Ketahanan maksi-mum berdasarkan ukuran mula
--
Psi
7.
Keuletan
--
Besarnya deformasi plastik sampai patah
--
--
8.
Perpanjangan
ef
(Lf-Lo)/Lf
--
--
9.
Ketangguhan
--
Energi yang diperlu-kan sehingga perpatahan
joule
Ft-lb
10.
Kekerasan
--
Ketahanan terhadap deformasi plastik
--
Satuan britania

Tegangan S (Stress) : adalah gaya persatuan luas
Regangan e (Strain) : besar deformasi persatuan panjang
Modulus Elastisitas(Young) : Perbandingan antara tegangan S dan regangan e
 Kekuatan : Tegangan pada waktu patah
Kekuatan luluh Sy Yild Strength : Besar gaya pada saat luluh dibagi luas penampang
Kekuatan tarik : adalah gaya maksimum dibagi dengan luas penampang mula
Keuletan : tidak berdimensi, adalah persentasi perpanjangan.
Ketangguhan : suatu energi yang diperlukan untuk mematahkan bahan.
Kekerasan (hardness) : Ketahanan bahan terhadap penetrasi pada permukaannya


St         X                                        St
                                                        Yp




 



                 Regangan , e                                  Regangan, e                                                                                               

                                                                Sesungguhnya


 

S      Pe rpanjangan                          S













 






                        Regangan, e                                                           Regangan, e


K                                               230mm– 75 mm                                                             Baja        
E
K
U
A                                                                                                                         Kuningan
T
A
N

T
A      200 mm- 50mm                                                                                   Besi cor
R
I          Panjang Ukur                   Perpanjangan
K
                                                                                                 Bilangan Kekerasan Brinell


SIFAT-SIFAT MEKANIK :
SIFAT-SIFAT UTAMA :
 -- MAMPU BENTUK   -- MAMPU MESIN  

--  MAMPU STABILITAS LISTRIK  
 
 -- MAMPU KETAHANAN KIMIA   -- MAMPU SIFAT RADIASI

CONTOH KENDARAAN BERMOTOR TERDIRI BERBAGAI MACAM BAHAN :
MOBIL terdiri :Besi/baja, karet, gelas, plastik àbaja ada 200modifi-kasi  à  Baja untuk roda gigi transmisi harus mudah dibentuk dan memiliki sifat tangguh.
Spat bor : Dibuat dari logam yang mudah dibentuk akan tetapi juga mempunyai ketahanan deformasi impak yng tangguh.
Demikian juga kabel-kabel listrik harus tahan terhadap suhu yang berbeda, dan semikonduktor harus memiliki karakteristik arus dan tegangan yang tetap untuk jangka waktu yang lama. 
Sudah banyak ditemukan barang –barang baru seperti transistor, microprosessor, tanpa tersedianya bahan yang sesuai bahan ini tidak mungkin bahan ini bisa dibuat.   Dengan ditemukannya sinar laser, maka sebelumnya ditemukan bahan-bahan kristal dan gelas yang baru. Demikian juga dengan mesin-mesin turbin gas mengalami kemajuan pesat tetapi diperlukan juga bahan yang lebih murah dan lebih tahan terhadap pengruh suhu tinggi untuk sudu-sudu turbin.