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 :

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  +