Post on 23-Dec-2015
description
LAPORAN PENDAHULUAN
PRAKTIKUM MATERIAL TEKNIK
PENGUJIAN KEKERASAN
NAMA : Raihan Aditya
NPM : 1306392166
KELOMPOK : 5
JURUSAN : TEKNIK MESIN
LABORATORIUM MATERIAL FISIK
DEPARTEMEN METALURGI DAN MATERIAL FTUI
2014
TUJUAN PRAKTIKUM
Menguasai beberapa metode pengujian yang umum dilakukan untuk mengetahui
nilai kekerasan suatu logam.
Menjelaskan makna nilai kekerasan material dalam lingkungan ilmu metalurgi dan
ilmu-ilmu terapan lainnya.
Menjelaskan perbedaan antara pengujian kekerasan dengan metode gores, pantulan
dan indentasi.
Menjelaskan kekhususan pengujian kekerasan dengan metode Brinell, Vickers,
Knoop, dan Rockwell.
Mengaplikasikan beberapa formulasi dasar untuk memperoleh nilai kekerasan
material dengan uji Brinell dan Vickers.
PENGANTAR
Makna nilai kekerasan suatu material berbeda untuk kelompok bidang ilmu yang
berbeda. Bagi insinyur metalurgi nilai kekerasan adalah ketahanan material terhadap
penetrasi sementara untuk para insinyur disain nilai tersebut adalah ukuran dari
tegangan alir, untuk insinyur lubrikasi kekerasan berarti katahanan terhadap
mekanisme keausan, untuk para insiyur mineralogy nilai itu dalah ketahanan terhadap
goresan, dan unyik para mekanik work-shop lebih bermakna kepada ketahan terhadap
pemotongan dari alat potong. Begitu banyak konsep kekerasan material yang dipahami
oleh kelompok ilmu, walaupun demikian konsep-konsep tersebut dapat dihubungkan
pada satu mekanisme yaitu teganagn alir platis dari material yang diuji.
DASAR TEORI
Kekerasan suatu material dapat didefinisikan sebagai ketahanan suatu material terhapa
gaya penekan dari material lain yang lebiih keras. Penekan tersebut dapat berupa
mekanisme penggoresan (scratching)< pantulan, maupun indentasi dari material keras
terhadap suatu permukaan benda uji. Berdasarkan mekanisme penekan tersebut,
dikenal 3 metode uji kekerasan :
Metode Goresan
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 banyak digunakan dlam dunia metalurgi, namun masih dalam
dunia mineralogy.
Metode ini dikenalkan oleh Friedrich Mohs yaitu dengan membagi kekerasan
material di dunia ini berdasarkan skala (yang kemudian dikenal skala Mohs) . Skala
bervariasi dari nilai 1 sampai 10. Dalam skala Mohs urutan nilai kekerasan material
di dunia diwakili oleh:
Talc f. Orthoclase
Gipsum g. Quartz
Calcite h. Topaz
Fluorite i. Corundum
Apatite j. Diamond (intan)
Bila suatu material mampu digores oleh apatite (no.5) tetapi tidak mampu digores
oleh Fluorite (no.4), maka kekerasan material tersebut berada antara 4 dan 5.
Kekuran utama metode ini adalah ketidakakuratan nilai kekerasan suatau material.
Bila kekerasan mineral-mineral diuji dengan metode lain, ditentukan bahwa nilai-
nilainya berkisar antara 1-9 saja. Sedangkan nilai 9-10 memiliki interval yang besar
(jarang ditemukan).
Metode Pantulan (rebound)
Metode ini , kekerasan suatu material menggunakan alat Shore Scleoroscope yang
gunanya untuk mengukur tinggi pantulan suatu pemukul (hammer) dengan berat
tertentu yang dijatuhkan dari suatu ketinggian terhadap permukaan benda uji.
Tinggi pantulan yang dihasilkan mewakili kekerasan benda uji. Semakin tinggi
pantulan tersebut yang ditunjukkan oleh dial pada alat pngukur maka kekerasan
benda uji dinilai semakin tinggi.
Metode Indentasi
Pengujian ini dilakukan dengan penekanan benda uji dengan indentor dengan gaya tekan dan waktu indentasi yang ditentukan. Kekerasan material ditentukan oleh dalam ataupun luas area indentasi yang dihasilkan (tergantung jenis indentor dan jenis pengujian). Metode ini antara lain:
Metode Brinell
Diperkenalkan moleh JA Brinell tahun 1900. Pengujian kekarasan ini
dilakukan dengan menggunakan bola baja yang diperkeras (hardened
steel ball) dengan beban dan waktu indentasi tertentu. Hasil penekanan
berupa jejak yang berbentukan setengah bola dengan mikroskop khusus
pengukur jejak.
Prosedur pengujian yaitu dengan menggunkan indentor berbentuk bola
dengan diameter D=10 mm terbuat dari baja atau karbida tungsten.
Beban yang diaplikasikan dapat dipilih sebesar 500, 1500, atau 3000 kg,
tergantung jenis bahan yang akan diuji (pada umumnya 3000 kg untuk
logam-logam ferrous dengan waktu indentasi sekitar 10 detik dan 500
untuk logam-logam nonferrous, dengan waktu indentasi sebesar 30 detik,
sehingga terbentuk jejak berupa lingkaran atau cekungan yang simetris
dipermukaan bahan dengan diameter d (mm). besarnya nilai kekerasan
Brinnel (BHN = Brinell Hardness Number) dihitung dengan menggunkan
persamaan di atas.
Metode Vicker
Pada metode ini digunakan indentor intan berbentuk piramida dengan
sudut 136o. Prinsip pengujian adalah sama dengan metode Brinell,
walaupun jejak yang dihasilkan berbentuk bujur sangkar berdiagonal.
Panjang diagonal diukur dengan skala pada mikroskop pengukur jejak.
Nilai kekerasan suatu material diberikan oleh:
VHN = 1854 P / d2
Dimana d adalah panjang diagonal rata-rata dari jejak berbentuk bujur
sangkar.
Penggunaan indentor intan berbentuk pyramid pada metode Vickers
sangat menguntungkan karena dapat digunakan untuk memeriksa bahan-
bahan dengan kekerasan tinggi. DDisamping itu, bentuk dan geometri
jejak yang dihasilkan tidak banyak terpengaruh oleh besarnya beban
yang diberikan sehingga besarnya beban tidak perlu dikontrol terlalu
ketat seperti halnya pada metode brinnel. Selain pada skala makro,
metode Vickers dapat digunakan pada skala mikro, dengan pembebanan
sangat rendah, yaitu 1-1000 gram.
Metode Rockwell
Berbeda dengan metode brinell dan Vickers dimana kekearasan suatu
bahan dinilai dari diameter/diagonal jejak yang dihasilkan, metode ini
merupakan uji kekerasan dengan pembacaan langsung (direct reading).
Metode ini banyak digunakan dalam industry karena praktis. Prinsip
pengujian pada metode rcokwell yaitu dengan melakukan pembebanan
sebanyak 2 tahap, dimana tahap pertama adalah pembebanan minor
untuk menentukan titik awal dan tahap kedua adalah pembebanan mayor
(utama). Indentor pada metode Rockwell ini berbentuk kerucut dengan
sudut 120o dari intan dengan diameter 1/16 inch atau bola baja
berdiameter 1/8 inch. Beban yang digunakan bervariasi 60, 100 dan 150.
Jenis indentor dan beban menetukan skala kekerasan yang digunakan.
Nilai kekerasan dapat langsung pada display sehingga pengujian ini
cukup banyak digunakan di industry
Metode Knoop
Merupakan salah satu metode micro hardness, yaitu uji kekerasan
dengan benda uji yang kecil. Nilai kekerasan knoop adalah pembebanan
dibagi dengan luas penampang yang terdeformasi permanen. Jejak yang
dihasilkan sekitar 0.01 mm- 0.1 mm dan beban yang digunakan sebesar
5gr-5kg. Permukaan benda uji harus benar-benar halus.
KHN= 14.2/l2
METODOLOGI PENGUJIAN
Alat dan Bahan
1. Hoytom macrohardness tester ( metode brinell, vicker dan Rockwell)
2. Buehler micromet 2100 series microhardness tester (metode Vickers)
3. Micrometer
4. Measurin microscope
5. Sampel uji silinder pejal dan uji tarik (besi tuang, baja, tembaga dan alumunium)
Prosedur
Pengujian Kekerasan Makro
Metode Brinell dan Vickers (sampel silinder pejal)
Mempersiapakan sampel uji kekearasan berbentuk silinder (besi tuang, baja, tembaga dan alumunium) dengan cara melakukan pengamplasan dan pemolesan yang memadai, diindikasikan dengan permukaan benda uji yang cukup mengkilat
Memastikan bahwa peralatan uji (brinell dan Vickers) telah di setup dengan baik, Memasang indentor untuk masing-masing metode dengan seksama.
Memilih beban yang sesuai dengan benda uji dengan melihat buku manual alat
Putar poros tempat dudukan benda uji searah jarum jam hingga indentor menyentuh benda uji dengan perlahan-lahan, berhati-hati dan menjaga agar inventor tidak sampai menghujam benda uji karena hal ini akan mengakibatkan kerusakan berat pada mata indentor
Setelah benda uji bersentuhan dengan indentor, memutar terus poros dudukan sampel hingga jarum merah kecil pada lingkaran dalam menyentuh batas merah. Ini merupakan preload dari indentasi, tidak meneruskan putaran poros apabila batas ini telah tercapai.
Memutar tuas beban kea rah belakang dengan hati-hati lalu melepaskan tuas tersebut hingga berputar perlahan-lahan. Pada tahap ini berlangsung pembebanan indentasi pada benda uji selama 10-15 detik hingga jarum pada lingkaran dalam dan luar kembali ke posisi awal
Melepaskan kontak indentor dengan benda uji secara hati-hati, yaiu degan memutar poros dudukan berlawanan arah jarum jam. Berhati-hati agar tidak terjadi pemutaran poros tersebut searah jarum jam karena akan mengakibatkan rusaknya jejak hasil indentasi.
Melakukan tahap-tahap operasional di atas untuk lokasi atau benda uji lainnya.
Mengukur diameter jejak indentasi dengan menggunakan mikroskop pengukur jejak. Mencata hasil pengukuran pada buku lembar data.
Menghitung nilai kekerasan dengan rumus yang sesuai dengan metode uji (brinell atau Vickers)
Metode Brinell
Mengamplas bagian grip sampel uji tarik denga kertas amplas sehingga diperoleh permukaan yang relative rata dan mampu memantulkan cahaya. Melanjutkan pengamplasan dengan tingat kehalusan yang lebih tinggi apabila diperlukan
Menempatkan sampel uji tarik dalam pemegang khusu (anvil) dalam posisi horizontal
Memilih indentor dan beban yang sesuai
Melakukan pengujian kekerasan brinell pada beberapa lokasi di bagian grip (min. 3 titik)
Mengukur diameter jejak yang dihasilkan. Menghitung nilai kekerasan dan membandingkan dengan nilai yang diperoleh dari sampel uji silinder pejal. Gunakan kedua untuk mengestimasi nlai kekuaan tarik logam.
Melakukan pada benda uji lainnya
Metode Rockwell (sampel silinder pejal)
Persiapkan benda uji dengan baik (amplas dan poles secukupnya)
Pasang indentor yang sesuai (Rockwell b atau c)
Pasang beban yang sesuai
Putar ring dari dial pembaca sehingga jarum panjang berwarna hitammenunjuk angka nolpada skala. Sesuaikan skala tersebut kepada metode Rockwell yang dipilih. Untuk Rockwell pilihlah skala terluar (merah) sedangkan Rockwell pakailah skala dalam (hitam)
Lakukan preload dengan memutar poros dudukan benda uji searah jarum jam hingga jarum kecil pada dial pembaca menyentuh batas merah
Lakukan pembebanan dengan memutar tuas beban kebelakang dengan hati-hati. Biarkan tuas bergerak dengan halus selama beberapa waktu,anatar 10-15 detik
Kembalikan posisi tuas beban seperti semula dengan hati-hati
Bacalah nilai kekerasan material pada dial yaitu posisi jarum hitam panjang sesuai metode Rockwell yang dipakai
Lepaskan benda uji dengan memutar poros dudukan benda uji berlawanan arah jarum jam
Lanjutkan pengujian untuk lokasi atau material lain
Pengujian Kekerasan Mikro
Siapkan benda uji dengan tahapan-tahapan uji metalografi
Tempatkan benda ujia pada dudukan dengan permukaan yang akan diuji tegak lurus dengan indentator intan
Nyalakan instrument micromet
Putar turret indentor-lensa obyektif hingga diperoleh perbesaran 40x
Aturlah sturktur mikro benda uji
Tentukan lokasi (fasa) yang akan diuji. Area yang dipilih harus ditempatkan ditenggah-tengah ruang pandang mata pengamat (okuler)
Pilih beban yang sesuai dengan memutar dial beban
Atur waktu indentasi
Putar turret indentator-lensa obyektif hingga diperoleh posisi indentor
Lakukan indentasi dengan menekan tombol start
Tunggulah agar lampu indikasi loading benar-benar berhenti menyala
Indentasi selesai putar turret keposisi lensa obyektif kembali (40x) dan mulailah pengukuran lebar jejak
Pengukuran dilakukan dengan memutar left fillar adjustment knop sehingga bagian garis kiri terdalam menyentuh ujung kiri terluar dari jejak
Putar right fillar adjustment knob sehingga bagian kanan terdalam dari right fillar line berimpit dengan bagian kiri terdalam dari left fillar line
Putar fillar adjustment knob sehingga garis kanan akhirnya mencapai ujung kanan terluar dari jejak
Ulangi langkah pengukuran untuk jarak diagonal lainnya dengan memutar dua adjustment knob dalam posisi vertical
Hitung nilai kekerasan fasa dengan rumus yang sesuai
Referensi
Buku Pedoman Praktikum Material Ilmu Logam dan Bahan, Laboratorium Metalurgi
dan Material.