Pengujian Kekerasan

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam perkembangan dunia industri, terutama yang berhubungan dengan

penelitian bahan dan penggunaannya, maka dalam proses produksinya banyak

hal atau criteria yang harus dipenuhi agar material tersebut dapat digunakan

dalam dunia industri.

Untuk penggunaan sebagai bahan, sifat-sifat khas dari material logam

harus diketahui sebab logam tersebut akan digunakan untuk berbagai macam

keperluan dan keadaan. Sifat logam tersebut meliputi sifat mekanik, sifat

thermal, sifat kimia, kemampukerasan, kemampuan dimensi, dan lain

sebagainya. Adapun dalam percobaan ini yang akan diuji adalah sifat mekanik

dari logam terutama sifat kekerasannya.

Dengan mengetahui tingkat kekerasan logam, maka dapat diketahui bahwa

suatu logam yang memiliki nilai ekonomis yang tinggi atau sebaliknya.

Kekerasan suatu logam erat hubungannya dengan kekuatan bahan.

Hubungan keduanya adalah apabilak semakin keras suatu bahan, maka akan

semakin kuat bahan tersebut, dan demikian pula sebaliknya.

Pengujian Kekerasan

1.2 Tujuan dan Manfaat Pengujian

1.3

Adapun Tujuan dari Pengujian ini adalah meliputi :

A. Tujuan Instruksional Umum (TIU) :

1. Mengetahui pengaruh Elastic Recovery terhadap kekerasan

bahan.

2. Mengetahui distribusi kekerasan pada bahan mampu keras.

3. Memberikan contoh aplikasi di lapangan.

B. Tujuan Instruksional Khusus (TIK) :

1. Menjelaskan defenisi, tujuan, dan prosedeur pengujian

kekerasan.

2. Menentukan nilai kekerasan logam dengan cara penekanan.

3. Membuat grafik hubungan gaya terhadap waktu penekanan.

4. Membuat grafik hubungan kedalaman penekanan dengan

waktu.

5. Mengetahui hubungan kekerasan pada setiap proses perlakuan

panas.

Adapun Manfaat dari Pengujian ini meliputi :

1. Manfaat pengujian bagi praktikan :

o Mengetahui hasil pengerjaan logam yang telah diuji

kekerasannya.

o Mengetahui perbedaan antara pengujian kekerasan Brinnel dan

Vickers.

o Dapat melakukan perhitungan pada suatu bahan yang telah diuji.

2. Manfaat pengujian bagi dunia industri :

o Suatu industri dapat memilih bahan yang sesuai untuk

perancangan konstruksi elemen mesin.

o Industri dapat menentukan ekonomis tidaknya suatu bahan untuk

dijadikan bahan dasar dengan mengetahui kekerasannya.

Pengujian Kekerasan

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Teori Dasar

Kekerasan adalah salah satu sifat mekanik dari bahan logam. Kekerasan

didefinisikan sebagai ketahanan suatu bahan terhadap penetrasi pada

permukaannya. Kekerasan juga berhubungan dengan kekuatannya serta proses

perlakuan panas yang telah dilakukan pada bahan tersebut.

Macam-macam Pengerasan permukaan sbb :

1. Karburasi

Besi dipanakan pada suhu AC dalam lingkungan yang mengandung karbon

baik dalam bentuk padat, cair ataupun gas. Macam-macam karburasi

karburasi padat merupakan karburasi dimana bahan dimasukkan ke

dalam kotak tertutup dan ruangan diisi dengan kayu. Prosesnya

memakan waktu yang cukup lama untuk memperoleh lapisan yang

tebal antara 0,75 – 4 mm.

karburasi cair merupakan karburasi dimana baja dipanaskan di atas

suhu kritisnya dalam lapisan luar (mirip cyaniding) kulit luarnya

memiliki kadar karbon yang lebih tinggi dan Nitrogen rendah. Dapat

membentuk lapisan setebal 0,64 mm.

karburasi gas merupakan karburasi yang menggunakan gas alam atau

hidrokarbon atau propan (gas karbid). Digunakan untuk bagian-

bagian kecil yang dapat dicelupkan langsung setelah pemanasan

dapur.

2. KarboNitriding

Cara pengerasan permukaan, dimana baja dipanaskan di atas suhu kritis di

dalam lingkungan gas dan terjadi penyerapan karbon dan Nitrogen.

Pengujian Kekerasan

3. Cyaniding

Pada proses ini terjadi absorbsi karbon dan nitrogen untuk memperoleh

permukaan yang keras pada baja karbon rendah yang sulit dikeraskan.

4. Nitriding

Disini digunakan bahan dan suhu yang berlainan. Logam dipanaskan

sampai 510°C dalam lingkungan gas amonia selama beberapa menit.

Adapun cara-cara pengerasan secara umum sbb :

a. Quenching (pengerasan baja)

Proses Quenching atau pengerasan baja adalah pemanasan di atas temperatur

kritis (723°C) kemudian temperatur dipertahankan dalam waktu sampai suhu

merata, selamjutnya dengan cepat baja tersebut didinginkan dalam suatu

media pendingin sehingga diperoleh martensit yang halus.

b. Hardening

Merupakan proses pemanasan logam sampai atau lebih diatas temperatur

kritisnya (723°C) kemudian didinginkan dengan cepat dengan media

pendingin yang telah disiapkan.

Pengerasan Permukaan

1. Karburasi

Besi dipanakan pada suhu AC dalam lingkungan yang mengandung karbon

baik dalam bentuk padat, cair ataupun gas. Macam-macam karburasi

- karburasi padat

- karburasi cair

- karburasi gas

2. KarboNitriding

Cara pengerasan permukaan, dimana baja dipanaskan di atas suhu kritis di

dalam lingkungan gas dan terjadi penyerapan karbon dan Nitrogen.

3. Cyenading

Pengujian Kekerasan

Pada proses ini terjadi absorbsi karbon dan nitrogen untuk memperoleh

permukaan yang keras pada baja karbon rendah yang sulit dikeraskan.

4. Nitriding

Disini digunakan bahan dan suhu yang berlainan. Logam dipanaskan

sampai 510°C dalam lingkungan gas amonia selama beberapa menit.

Pengerasan Induksi

Proses pengerasan ini menggunakan arus induksi bolak balik yang

berfrequensi tinggi yang berasal dari pembangkit konvektor merkury,

osilator spack atau isolator tabung. Frekuensi umumnya tidak melebihi

5.105 Hz. Untuk yang tipis digunakan frekuensi rendah.

Pengerasan Nyala

1. Pengerasan stationer

Baik nyala atau benda yang akan dikeraskan keduanya berada dalam

keadaan diam.

2. Pengerasan Progresif

Nyala dari benda yang akan dikeraskan bergerak satu sama lain.

Pengerasan Endapan

Hanya dapat dilakukan pada paduan, dimana daya larut suatu komponen

berkurang dengan menurunnya suhu. Bila paduan didinginkan secara

perlahan, maka Al2Cu akan mengendap pada suhu yang lebih rendah.

Cara menentukan Kekerasan :

1) Cara goresan, dilakukan dengan cara menggoreskan bahan keras pada

bahan yang lunak, atau dikenal dgn cara Mohr. Mohr membuat skala

yang terdiri dari sepuluh standar mineral yang disusun menurut

kekerasannya. Mulai dari bahan yang terlunak dengan skala 1.

2) Cara Dinamik dilakukan dengan menjartuhkan bola baja pada

permukaan logam, dimana tinggi permukaan bola menggunakan energi

pantulan sebagai penentu kekerasan.

Pengujian Kekerasan

3) Cara Penekanan Dilakukan dengan cara menekan suatu bahan seperti

kerucut intan pada benda uji. Bekas dari penekanan inilah yang akan

diukur kedalamannya sebagai penentu kekerasannya. Cara ini terbagi

lagi atas 3 bagian, Yaitu :

a) Cara Brinell

Penentuan kekerasan dengan cara menekankan bola baja ke

permukaan benda uji dengan gaya tertentu. Pada wkatu bola

ditekan, maka pada permukaan logam akan terdapat bekas seperti

pada gambar berikut :

Untuk logam yang memiliki kekerasan tinggi cara ini tidak dapat

digunakan, karena akan mengakibatkan perubahan bentuk pada

logam itu sendiri, hingga bekas penekanan tidak berupa bidang

bola lagi.

Kelebihan :

Pengerjaan lebih mudah dilakukan

Biaya relatif ringan.

Menghasilkan jejak yang relatif kecil

Tidak dipengaruhi oleh kekerasan permukaan.

Kekurangan :

Tidak dapat dilakukan pada logam dengan ukuran permukaan

kecil.

Tidak dapat dilakukan pada logam dengan tingkat kekerasan

yang tinggi.

b) Cara Vickers

Pada car ini digunakan sebuah intan berbentuk limas segi empat

dengan sudut puncak 360 ditekan pada bahan dengan suatu gaya

d

t

Pengujian Kekerasan

tertentu, sehingga pada benda tersebut terdapat jejak dari intan ini.

Seperti pada Brinell, kekerasan Vickers dihitung dari perbandingan

gaya dan luas dari pendesakan limas.

Kelebihan :

Tingkat ketelitian tinggi

Specimen yang digunakan tidak mengalami kerusakan

yang berarti dibanding dengan metode lain

Memberikan hasil berupa skala yang kontinu untuk

suatu bahan tertentu.

Kekurangan :

Waktu operasi relatif lama.

Proses pengerjaannya sedikit rumit

Tidak dapat digunakan untuk pengujian fisik, karena pengujian

permukaan lambat memerlukan persiapan permukaan benda uji

yang sangat hati-hati dan terdapat pengaruh kesalahan manusia

terhadap penentuan panjang diagonalnya.

c) Cara Rockwell

Cara ini berbeda dengan cara terdahulu, prinsip pengukuran

didasarkan pada kedalaman masuknya. Makin dangkal penekanan

benda uji, maka makin keras pula material dari bahan tersebut.

Kerucut intan dan bola yang sering dipakai berdiameter 1/16, 1/8,

1/2 inci. Cara ini amat disukai karena amat praktis, namun

ketelitian kurang.

Kelebihan :

Pengamatan dapat dilakukan dengan mudah

Waktu operasinya praktis dan cepat.

Mampu membedakan ukuran tekanan yang kecil sehingga

bagian yang mendapatkan perlakuan panas yang lengkap dapat

diuju kekerasannya.

Pengujian Kekerasan

Kekurangan :

Dalam menentukan kekerasan bahan, harus memiliki

permukaan yang halus dan rata.

Efektifitas dalam pengambilan data kurang.

Ketelitian kurang.

Cara meningkatkan kekerasan :

1) Dengan melakukan proses perlakuan panas ataupun dengan proses

Hardening seperti yang telah dijelaskan pada materi sebelumnya.

2) Dengan cara penambahan karbon, karena dengan bertambahnya persentase

karbon, maka kegetasan akan bertambah pula.

3) Dengan cara penambahan unsur paduan kedalam bahan, antara lain : Nikel,

Krom, Silikon, Molibden, dan Wolform.

Beberapa macam Unsur Paduan :

1) Chrom (Cr) dapat menambah kkekuatan tarik dan meningkatkan ketahanan

terhadap korosi pada suhu tinggi.

2) Mangan (Mn) menambah kekuatan dan elastisitas, kekerasan dan keuletan.

3) Silikon (Si) menambah kekuatan, ketahanan terhadap asam pada suhu tinggi

dan ketahanan listrik.

4) Nikel (Ni) meningkatkan sifat mekanis, keuletan, kemampukerasan dan

mengurangi sifat magnet.

5) Molibden dan Wolform menambah kekuatan dan kekerasan terutama pada

suhu tinggi.

6) Phospor (P) berpengaruh dalam kekerasan sehingga harus dijaga seminimal

mungkin dengan batas hingga 40 %.

7) Sulfur (S) bertujuan untuk memperbaiki dan meningkatkan sifat mekanik.

8) Vanadium (V) digunakan untuk poros dan bagian mesin yang membutuhkan

kekuatan tarikdan regangan.

Pengujian Kekerasan

Hal-hal yang mempengaruhi kekerasan :

1. Temperatur

Semakin tinggi temperatur dari perlakuan panas, maka bahan akan semakin

lunak, karena suhu tinggi menyebabkan gaya ikat partikel makin kurang,

sehingga mudah berdeformasi apabila dikenai penetrasi.

2. Waktu Pemanasan

Semakin lama waktu pemanasan, maka temperatur tentu akan bertambah,

akibatnya material akan melunak.

3. Media pendingin

Media pendingin memiliki densitas dan viskositas yang dapat mempengaruhi

laju penyerapan kalor dari benda yang didinginkannya. Apabila densitas

media pendingin semakin rendah maka laju penyerapan kalornyapun rendah,

akibatnya struktur butir akan menghasilkan sifat martensit yang lunak.

4. Unsur paduan

Sifat unsur paduan berbeda dengan logam murni, dimana peningkatan

kekerasan dan keuletan disebabkan adanya atom-atom penyusun yang

menghambat terjadinya dislokasi kristal sewaktu deformasi plastis.

Hambatan ini terjadi karena adanya dislokasi yang tidak bergerak bebas

melalui unsur-unsur paduan.

5. Kandungan kadar karbon

Semakin tinggi kandungan karbon yang dimiliki oleh suatu material, maka

tingkat kekerasannya akan semakin tinggi.

Pengujian Kekerasan

Kurva Kekerasan Vs temperatur

Hubungan antara kekerasan dan temperatur adalah apabila temperatur

pemanasan semakin tinggi, maka bahan logam akan semakin lunak. Hal ini

disebabkan karena jarak molekul yang semakin besar antar molekul pengisi

logam, sehingga daya ikatnya semakin kurang sehingga menyebabkan material

mudah terpengaruh pada penetrasi yang diberikan.

Logam dengan pengerasan regangan yang tinggi memiliki lebih banyak

energi dalam bentuk kekosongan dan dislokasi dibanding dengan DD kecil.

Dengan energi yang telah ada, tidak banyak lagi diperlukanenergi termal

tambahan untuk membentuk butiran yang dianil. Jadi rekristalisasi dapat terjadi

pada suhu yang lebih rendah.

Pengujian Kekerasan

PENURUNAN RUMUS BRINELL DAN VICKERS

1. Penurunan Rumus Brinell

Luas permukaan bidang penekanan :

Harga Kekerasan Brinell :

xr

y zt

Dd

Pengujian Kekerasan

Dari pembuktian rumus di atas, dapat dilihat proses pengambilan rumus

Brinell dari rumus dasarnya.

2. Penurunan Rumus Vickers

Bidang alas ABCD dari intan yang berbentuk bujur sangkar diperoleh dari :

Luas bidang penekanan :

O

O

AB

CD

O68

x

Pengujian Kekerasan

Maka :

Sehingga nilai kekerasan Vickers menjadi :

Pengujian Kekerasan

2.2 Rumus-rumus yang digunakan

A. Uji kekerasan Brinell

Penekanan mmenggunakan tipe HRB, maka kedalaman penekanan :

Untuk nilai kekerasan Brinell :

Jumlah dari kedalaman bekas penekanan (t) :

Dimana : HB = Kekerasan Brinell (Kg/mm2)

h = Kedalaman bekas penekanan (mm)D = Diameter indentor (diukur langsung ) (mm)P = Beban (Kg)C = Kedalaman gaya preliminary

B. Untuk nilai kekerasan Vickers (HV) dicari dengan menggunakan interpolasi

nilai pada table konversi kekerasan dan nilai kekerasan Rockwell (HRC)

pembacaan langsung pada alat.

C. Rockwell

HRC= …………….

Pengujian Kekerasan

BAB IIIPENGUJIAN

3.1 Bahan dan alat yang digunakan

A. Bahan : St 37

Panjang : 12,5 mm

Diameter : 9 mm

Bahan telah mengalami perlakuan panas yang kemudian didinginkan di

dalam media pendingin berupa air, air garam, oli, dan udara.

B. Alat yang digunakan :

1. Unit alat uji kekerasan jenis Rockwell

2. Kikir : Untuk meratakan ujung benda kerja

3. Alat pencekam : Untuk mencekam benda kerja saat pengujian

4. Data teknis : Produk dari Franc GMBH, Whenhein B TRK TYPE

38503 power 110-150 Hz.

mm5,12

mmO 18

Pengujian Kekerasan

3.2 Prosedur pengujian

1. Menyiapkan specimen yang telah menjalani uji mHeat Threatment.

2. Permukaan specimen yang belum rata diratakan dengan kikir.

3. Mencekam specimen dengan alat pencekam dengan menggunakan kerucut

intan.

4. Jarum penunjuk dibawa ke skala 0

5. Tuas beban ditarik untuk memberi tekanan pada alat penekan.

6. Membawa skala penunjuk pada alat satu persatu sesuai dengan media

pendingin yang digunakan.

7. Mencatat hasil pengujian pada table pengamatan.

8. Specimen dilepaskan dari pencekamnya.

Pengujian Kekerasan

BAB IVHASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Analisa hasil pengujian

“Analisa Pengaruh Temperatur Terhadap Kekerasan material”

Seperti yang telah kita ketahui bahwa kekerasan merupakan kemampuan

dari permukaan suatu material dalam menahan penetrasi gaya dari luar sehingga

dapat membuatnya berdeformasi plastis, sedangkan temperature merupakan

ukuran kalor yang terkandung pada udara sekitar ataupoun pada material itu

sendiri.

Temperatur amat berpengaruh penting dalam penentuan kekerasan dari suatu

material, karena dengan terjadinya perubahan temperature, maka terjadi pula

perubahan struktur butiran di dalam material itu sendiri. Perubahan struktur ini

tentu saja dapat mengakibatkan perubahan sifat mekanis dari suatu material, salah

satunya adalah perubahan sifat kekerasannya.

Semakin tinggi temperature yang diberikan pada saat perlakuan panas

terhadap suatu material, maka kekerasan yang dimilikinya akan semakin

berkurang, dan demikian pun sebaliknya, apabila temperatu dari suatu material

semakin rendah, maka kekerasan yang dimilikinyapun akan semakin bertambah.

Hal ini kdisebabkan karena adanya perubahan struktur yang dialami ketika terjadi

perubahan temperature.

Apabila temperature semakin tinggi, maka struktur butir yang dimiliki oeleh

material akan merenggang dan cenderung untruk terlepas dari ikatannya, sehingga

akan menyebabkan semakin lunak dan mudah dibentuk, sedangkan apabila suatu

material berada pada kondisi temperature yang lebih rendah, maka struktur

butirnya akan cenderung merapat, sehingga tidak ada ruang kosong yang terjadi,

sehingga molekul sulit bergerak dan berdeformsi.

Pengujian Kekerasan

Jadi dapat disimpulkan bahwa apabila semakin tinggi temperature dari suatu

material, maka sifatnya akan semakin lunak, dan apabila semakin rendah, temperature

dari suatu material, maka semakin keras sifatnya.

4.2. Analisa khusus media pendingin Air

Media pendingin air merupakan media pendingin yang memiliki densitas

(tingkat kerapatan molekul) yang tinggi apabial dibandingkan dengan oli, dan

udara, namun lebih rendah dari air garam. Densitas ini memiliki pengaruh yang

besar terhadap laju pendinginan dari material yang telah mengalami perlakuan

panas.

Untuk proses pendinginan dengan media pendingin air, laju pendinginan

berlangsung agak cepat, sehingga sifat yang dihasilkannya yaitu keras, namun

lebih lunak daripada air garam. Hal ini diakibatkan karena dengan pendinginan

yang cepat, proses rekristalisasi akan berlangsung secara cep[at pula.

Rekristalisasi yang cepat ini akan mengakibatkan sejumlah atom tidak sempat

mengatur dirinya kembali dalam ikatan-ikatannya selayaknya sebelum

dipanaskan. Struktur yang tidak teratur ini akan menghasilkan martensit yang

sifatnya keras.

Jadi dapat disimpulkan bahwa untuk densitas media pendingin yang tinggi,

tingkat kekerasan material akan bertambah, karena laju pendinginannya cepat.

Pengujian Kekerasan

4.3. Analisa tambahan

“Elastic Recovery Vs Kekerasan Material”

Elastic Recovery merupakan kemampuan dari suatu permukaan material

dalam mengembalikan keadaan strukturnya pada posisi semula setelah dilakukan

penekanan kepadanya, dimana telah terjadi deformasi pada material tersebut.

Kekerasan merupakan kemampuan dari suatu permukaan material dalam

menahan penetrasi gaya yang akan mengakibatkan terjadinya deformasi pada

material tersebut.

Dari grafik hasil pengujian dan pengolahan data, dapat kita lihat, bahwa nilai

elastic recovery yang terbesar dimiliki oleh material yang paling lunak. Hal ini

disebabkan karena adanya deformasi elastis yang dialami oleh material tersebut,

sehinmgga apabila senakin dalam penekanan, maka deformasi elastis yang

dialaminya semakin besar, sehingga nilai elastic recoverynyapun semakibn besar

pula.Demikianpun pada material yang memiliki tingkat kekerasan yang tinggi,

apabila diberikan penekanan, dia tidak mengalami deformasi elastis yang besar,

karena sifat yang dimilikinya, sehingga nilai elastic recoverynyapun kecil.

Jadi dapat disimpulkan bahwa apabila nilai elastic recoverynya semakin

besar, maka hal ini menunjukkan tingkat kekerasan dari material tersebut semakin

kecil.

Pengujian Kekerasan

BAB VKESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

1) Kekerasan merupakan kemampuan dari suatu material dalam menahan

penetrasi

2) Dengan mengetahui tingkat kekerasan bahan, maka suatu perusahaan konstrusi

mampu merancang suatu komponen mesin sesuai dengan penggunaannya,

dengan tingkat kualitas dan keamanan yang tinggi serta biaya produksi yang

seminimal mungkin.

3) Hal-hal yang mempengaruhi kekerasan suatu material adalah temperature,

waktu pemanasan, laju pendinginan, kadar karbon, dan unsure paduan.

4) Cara menentukan kekerasan pada pengujian yaitu dengan cara penekanan yang

terdiri dari tiga bagian, yaitu cara Rockwell, Brinell, dan Vickers.

5) Nilai elastic recovery berbanding terbalik dengan tingkat kekerasan dari suatu

bahan.

5.2 Saran

Harap alat yang kurang baik diperbaiki, sehingga dapat menunjang dalam

pengambilan data yang akurat.

Pengujian Kekerasan

DAFTAR PUSTAKA

Pengetahuan Bahan Teknik, Prof. Ir. Tata Surdia MS. Met., E dan

Prof. Dr. Shiroku Saito. Pradya Pratama.

Ilmu Teknologi Bahan, Lawrence H. Van Vlack, dan Sriati Djaprie Erlangga, Jakarta.