Pengujian Kekerasan

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam perkembangan dunia industri terutama yang berhubungan dengan

masalah pemilihan bahan dan penggunaannya, maka dalam proses produksinya

banyak hal atau kriteria yang harus dipenuhi agar material tersebut dapat

digunakan dalam dunia industri.

Untuk penggunaan sebagai bahab industri sifat-sifat khas dari material logam

harus diketahui, sebab logam tersebut akan digunakan untuk berbagai macam

keperluan dan berbagai macam keadaan. Sifat logam tersebut meliputi sifat

mekaniknya, sifat-sifat termal, sifat kimia, kemampuan di mesin, kemampuan

kekerasan dan lain-lain. Adapun dalam percobaan ini yang akan di uji adalah sifat

mekanik dari logam terutama sifat kekerasannya.

Kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan yang dilakukan oleh bahan

terhadap desakan kedalam yang tetap, yang disebabkan oleh sebuah alat pendesak

dengan bentuk tertentu di bawah pengaruh gaya tertentu, suatu hasil desakan yang

kecil menunjukkan kekerasan yang besar.

Dengan mengetahui tingkat kekerasan logam maka dapat diketahui suatu

logam yang memiliki nilai ekonomis yang tinggi atau nilai ekonomis yang rendah,

dalam industri juga sangat diperlukan untuk mnghemat biaya pemeliharaan bahan

atau penggantian bahan.

Kekerasan suatu bahan erat hubungannya dengan kekuatan bahan hubungan

keduanya yaitu semakin keras suatu bahan tersebut akan semakin kuat, demikian

pula sebaliknya.

Pengujian Kekerasan

1.2 Tujuan dan Manfaat Pengujian

Adapun Tujuan Dari Percobaan ini meliputi:

A. Tujuan Instruksional Umum (TIU):

1. Mengetahui pengaruh elastik 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 definisi, tujuan dan prosedur pengujian kekerasan

2. Menentukan nilai kekerasan logam dengan cara penekanan

3. Membuat grafik hubungan gaya terhadap waktu penekanan

4. Membuat grafik hubungan kedalaman penekanan terhadap

waktu

5. Mengetahui hubungan kekerasan pada setiap proses perlakuan

panas

Adapun Manfaat Dari Pengujian:

1. Manfaat pengujian terhadap praktikan:

- Mengetahui pengerasan logam yang telah mengalami pengujian

kekerasan

- Mengetahui perbedaan antara pengujian kekerasan Brinell dan Vickers

- Dapat melakukan pengujian pada suatu bahan yang diuji

2. Manfaat pengujian bagi dunia industri:

- Dapat menentukan tingkat kekerasan suatu produk yang digunakan

dalam dunia industri

- Dapat menentukan unsur dari logam untuk digunakan dalam pembuatan

produk

- Memudahkan dalam pemeliharaan bahan yang akan digunakan pada

proses pemeliharaan

Pengujian Kekerasan

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Teori Dasar

Pengertian Hardness

Hardness atau kekerasan adalah suatu kemampuan dari bahan untuk

menahan penetrasi yang terjadi.

Metode-metode yang Digunakan pada Hardness Test

1. Cara Penggoresan

Dilakukan dengan jalan menggoreskan bahan yang lebih keras

terhadap bahan yang lebih lunak. Cara ini dikenal dengan Hocks-Mohr.

2. Cara Dinamik

Dilakukan dengan menjatuhkan bola baja ke permukaan logam,

dimana tinggi pantulan bola menyatakan energi pantulan sebagai ukuran.

3. Cara Penekanan

Cara ini terbagi atas tiga yaitu:

1) Cara Brinell

Dengan cara menekankan bola baja pada logam, dengan suatu

bahan tertentu pada waktu baja ditekankan pada permukaan logam,

maka akan tampak bekas penekanan berupa sebagian dari bola baja.

HB= 2 P

πD (D−√ D2−d2)Dimana:

HB = Kekerasan Brinell

F = Gaya tekan

D = Diameter bola baja

d = Diameter bekas penekanan

2) Cara Vickers

Yaitu dengan menggunakan intan sebagai pengganti bola baja,

dengan demikian untuk bahan-bahan keras yang diuji tidak ada

Pengujian Kekerasan

penyimpangan seperti halnya cara Brinell, sudut yang di bentuk oleh

dua bidang piramida pada bekas penekanan yaitu:

A= d2

2sin 680

harga kekerasan vickers:

1, 854 P

d2

Dimana:

P = Beban

d = Panjang rata-rata dari garis yang menghubungkan sudut-sudut

diatas piramida bekas penekanan pada bidang permukaan.

3) Cara Rockwell

Yaitu dengan menggunakan kerucut intan dan bola baja. Prinsip

kekerasan logam didasarkan pada dalamnya atau dangkalnya bekas

penekanan kerucut atau bola baja yang masuk pada logam dengan

bentuk tertentu. Karena pengukuran dalamnya penekanan terbatas pada

kemampuan alat dan mengingat segi praktis lainnya, maka dibuat skala

yang disebut skala A, B dan C.

- Skala A

Digunakan pada pengukuran kekerasan logam yang sangat keras

dengan menggunakan kerucut intan dengan beban 100 kg.

- Skala B

Digunakan pada pengukuran kekerasan logam agak lunak dengan

menggunakan bola baja berukuran

116 inchi dengan beban 100 kg.

- Skala C

Digunakan pada pengukuran kekerasan logam yaitu yang telah

dikeraskan dengan menggunakan kerucut intan dengan penekanan

150 kg.

Keuntungan dan Kerugian Metode Penekanan

1. Brinell

- Keuntungan:

Pengujian Kekerasan

Dengan bekas penekanan yang besar, kekerasan rat-rata dari bahan

yang tidak homogen dapat ditentukan.

- Kerugian:

a Benda kerja dalam beberapa keadaan tidak dapat digunakan karena

besarnya bekas penekanan

b Penentuan kekerasan memerlukan waktu yang lama

2. Rockwell

- Keuntungan:

a Dengan kerucut intan dapat diukur kekerasan baja

b Dengan bekas tekanan yang kecil kerusakan benda kerja lebih kecil

- Kerugian:

Dengan bekas penekanan yang kecil maka kekerasan rata-rata tidak

dapat ditentukan untuk bahan yang idak homogen.

3. vickers

- Keuntungan:

a Dengan adanya penekanan pada benda yang sama kekerasannya

dapat ditentukan tidak hanya untuk bahan lunak tetapi juga untuk

bahan yang keras

b Pengukuran kekerasan lebih teliti

c Kekerasan benda yang amat tipis atau lapisan permukaan benda

yang tipis dapat diukur dengan memilih gaya yang kecil

- Kerugian:

Penentuan kekerasan membutuhkan waktu yang lama karena

penekanan piramida dan pengukuran diagonal bekas tekanan adalah

dua pelaksanaan yang terpisah.

Jenis-jenis Pengerasan

1. Pengerasan Permukaan

- Karburasi

Besi dipanaskan di atas suhu dalam lingkunagan yang

mengandung karbon, dalam bentuk padat, cair ataupun gas.

- Karbon Nitriding

Baja dipanaskan di atas suhu kritis di dalam lingkungan gas,

yang terjadi penyerapan karbon dan nitrogen.

Pengujian Kekerasan

- Cyaniding

Di mana terjadi absorbsi karbon dalam nitrogen untuk

memperoleh permukaan yang keras pada baja karbon rendah yang

sulit dipanaskan.

- Nitriding

Baja dipanaskan sampai ±510° C didalam lingkungan gas

amonia selama beberapa waktu

2. Pengerasan Induksi

Proses ini menggunakan arus listrik untuk pencairan logam,

arus bolak-balik berfrekuensitinggi berasal dari pembangkit, konventer

merkuri, osilator park atau osilator tabung. Untuk benda yang tipis

digunakan frekuensi tinggi, sedangkan untuk benda –benda beukuran

sedang atau tebal digunakan frekuensi rendah.

3. Pengerasan Nyala

Dasar pengerasan Nyala adalah pemanasan yang cepat disusul

dengan pencelupan permukaan. Tebal lapisan yang mengeras

tergantung pada kemampuan pengerasan bahan. Pemanasan dilakukan

dengan nyala oksiasitilen.

4. Pengerasan Endapan

Pengerasan endapan hanya dapat diterpakan pada paduan

dimana daya larut suatu komponen berkurang dengan menurunnya

suhu. Paduan dipanaskan beberapa lama sehingga terbentuk paduan

yang homogen kemudian didinginkan dengan cepat sampai suhu ruang.

Jenis-jenis Karburasi

1. Karburasi Padat ( Fack Carburizine)

Bahan diasumsikan didalam kotak tertutup dan ruangan diisi

dengan arang atau kokas. Prosesnya memakan waktu cukup lama dan

banyak diterpkan untuk memperoleh lapisan yang tebal diantara 0,75

hingga 4 mm.

2. Karburasi Gas ( Gas Carburizine)

Pengujian Kekerasan

Dapat menggunakan gas alam atau hidrokarbon atau propan

( gas karbid ) cara ini untuk karburasi bagian-bagian kecil yang dapat

dicelupkan langsung setelah pemanasan. Untuk memperoleh lapisan

yang lebih tipis antara 0,10 sampai 0,75 mm digunakan cara ini.

3. Karburasi Cair ( Liquid Carburizine)

Proses ini mirip dengan proses Cyanida, hanya di sini kulit luar

mempunyai kadar karbon yang lebih tinggi dan kadar nitrogen yang

lebih rendah, karburasi cair dapat digunakan untuk membentuk lapisan

setebal 6,35 mm. Pengerasan ini baik untuk pengerasan permukaan

benda yang berukuran kecil dan sedang.

Jenis-jenis Unsur Paduan dan Pengaruhnya pada Kekerasan

Pada pengerasan logam, salah satu cara yang biasa dilakukan adalah

dengan menambahkan unsur-unsur paduan seperti:

a Chrom (Cr)

enambah kekuatan tarik dan meningkatkan ketahanan terhadap korosi.

b Mangan (Mn)

Menambah kekuatan dan elastisitas, kekerasan dan keuletan.

c Silikon (Si)

Menambah kekuatan, ketahanan terhadap asam pada suhu tinggi dan

ketahanan listrik.

d Nikel (Ni)

Meningkatkan sifat mekanis keuletan, kekerasan dan ketahanan listik.

e Molibdin dan Wlafram

Menambah kekuatan dan kekerasan terutama pada suhu tinggi.

Proses Jominy Test

Jominiy test adalah test untuk memperkirakan kekerasan pada

penggunaan tertentu dan membandingkan kekerasan antara berbagai jenis

baja. Pada percobaan ini, batang bulat dengan ukuran tertentu dipanaskan di

daerah austenit lalu disemprot dengan air dengan kecepatan aliran dan tekanan

tertentu. Ujung yang terkena air mengalami pendinginan yang sangat cepat,

oleh karena itu mempunyai kekerasan maksimum unuk kadar karbon baja

yang sedang diuji. Laju pendinginan pada titik-titik menjauhi ujung celup oleh

karena itu nilai kekerasannyapun lebih rendah

xr

y zt

Dd

Pengujian Kekerasan

PENURUNAN RUMUS BRINELL DAN VICKERS

1. Penurunan Rumus Brinell

Luas permukaan bidang penekanan :

Harga Kekerasan Brinell :

r=D2

r2=x2+z2

x2=r2−z2

x2=(D2 )−(d2 )

x=12

√ ( D2−d2)

ty

=r−x

=D2

−(12

√( D2−d2))¿1

2(D−√ ( D2−d2))

A=2 π ry

=2 πD2 [ 1

2( D−√( D2−d2))]

= D2

π (D−√ ( D2−d2))

HB= PA

= PD2

π ( D−√ D2−d2)

O

O

AB

CD

O68

x

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 :

= 2 P

πD ( D−√ D2−d2)

=AC12√2

AB=BC=AC cos 45o

=d12√2

tO ' x=12

AB

=12×1

2√2 d

=14

d√2

Ox= Ox '

sin 68O

=

12

d √2

sin68O

BOC=12

Ox×BC

=

12×1

4d√2×1

2d√2

sin68O

=

18

d2

sin68O

Pengujian Kekerasan

Maka :

Sehingga nilai kekerasan Vickers menjadi :A=4 BOC=4( 1

8d2

sin 68O )= d2

1,854HV = P

A

= P

d2

1 , 854

=1 , 854 P

d2

Pengujian Kekerasan

BAB III

PENGUJIAN

3.1 Bahan dan Alat yang Digunakan:

ABahan:

Bahan yang digunakan adalah baja dengan ukuran:

P =150 mm

D = 1.5 mm 1.5

18.5

Spesimen sebelumnya telah melalui proses perlakuan panas dan kemudian

melalui pendinginan air garam, air, udara, oli dan tungku.

BAlat yang digunakan:

- Kikir : untuk meratakan benda uji

- Alat penguji kekerasan Brinell, Vickers dan rockwell

- Catok:untuk menjepit benda kerja pada saat dikikir

3.2 Data dan Pengolahan Data

A. Data

P =150 mm

D = 5 mm

F = 150 x 9.81

B. Pengolahan Data

1. Pengolahan data untuk spesimen Annealing.

a Kekerasan Brinell

h=(130−HRB )×0 ,002h=(130−83 )×0 ,002=0 ,094

c=0,6

t=c+ht=0,6+0 , 094=0 ,694

Pengujian Kekerasan

HB=Fπ Dt

HB=14703 , 14×5×0 ,694

=134 .914

b Kekerasan Vickers

HRC2=54

V R

58094

054.1

X 54

570 53.6

x−580570−580

=54−54 . 153 . 6−54 .1

x−58010

=0 .10,5

x=578

HVC=x300

×150

HVC=932300

×150=46 , 6

HV =1 , 854 P

d2

46 ,6=1 ,854×150

d2

d2=5 , 96d=2, 44

c Kekerasan Rockwell

h1=(100−HRC1)×0 , 002

h1=(100−17 )×0 ,002=0 .166

h2=(100−HRC2 )×0 , 002

h2=(100−54 )×0 , 002=0 , 122

hd=h1−h2

hd=0 ,166−0 , 122=0 , 054

2. Pengolahan data untuk spesimen dengan media pendingin air.

a Kekerasan Brinell

Pengujian Kekerasan

h=(130−HRB )×0 , 002h=(130−74 )×0 , 002=0 ,112

c=0,6

t=c+ht=0,6+0 ,112=0 , 712

HB=Fπ Dt

HB=14703 , 14×5×0 ,712

=131. 5036

b Kekerasan Vickers

Kekerasan Vickers =900 (ada pada table)

c Kekerasan Rockwell

h1=(100−HRC1)×0 , 002

h1=(100−29 )×0 , 002=0 ,142

h2=(100−HRC2 )×0 , 002

h2=(100−67 )×0 , 002=0 , 066

hd=h1−h2

hd=0 ,142−0 , 066=0 ,076

Pengujian Kekerasan

BAB IV

PEMBAHASAN

4.1 Pembahasan Umum

Analisa Elastisitas Recovery

Elastic Recovery adalah suatu keadaan atau moment,dimana benda berusaha kembali

ke bentuk semula.Misalnya,suatu benda ditekan ke dalam selama beberapa

detik,kemudian penekanan dihentikan secara tiba-tiba,maka benda yang ditekan

tersebut,akan melawan dengan cara mendorong ke atas dengan cepat.Dorongan dari

benda atau usaha benda untuk mendorong ke atas itulah yang dinamakan sebagai

Elastic Recovery.

Bila dihubungkan dengan grafik hasil pengujian dan pengolahan data,dapat kita lihat

bahwa nilai Elastic Recovery yang terbesar atau nilai hd nya paling besar,dimiliki

oleh material yang paling lunak.Hal ini disebabkan karena adanya deformasi elastis

yang dialami oleh material tersebut,sehingga apabila semakin dalam penekanan,maka

deformasi elastis yang dialaminya semakin besar,sehingga nilai elastic

recoverynyapun semakin besar pula.Demikianpu pada material yang memiliki tingkat

kekerasan yang tinggi,apabila diberi penekanan,material tersebut 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 kekerasan dari material itu semakin kecil;dan begitupun juga

sebaliknya.

Elastic Recovery merupakan sifat dasar dari suatu partikel,jadi elastic recovery sebuah

benda itu,tidak akan berubah,walaupun dikenai perlakuan,baik itu perlakuan panas

dan sebagainya.Pada hasil pengujian dengan menggunakan berbagai jenis media

pendingin,maka kita akan mendapatkan elastic recovery yang sama pada setiap benda.

Pengujian Kekerasan

4.2 .Pembahasan Khusus

Analisa Pengaruh Ikatan Butir Terhadap Kekerasan

Pada struktur suatu material,terdapat butir-butir atom,baik yang besar maupun yang

kecil,yang diikat oleh atom-atom karbon.Jika ditinjau dari segi ikatan antar butir-butir

atom terhadap pengaruhnya pada kekerasan suatu material,maka semakin kuat dan

rapat ikatan butir antar atom-atom,maka material tersebut bersifat keras,karena ketika

mendapat suatu perlakuan,maka ikatan butir atom ini tidak mudah lepas.

Dan jika ikatan antar butir itu lemah dan renggang,maka setelah mendapatkan sebuah

perlakuan,maka ikatan antar butirnya akan sangat mudah terlepas.

Pengujian Kekerasan

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1) Kekerasan merupakan kemampuan dari suatu material dalam menahan

penetrasi pada permukaan.

2) Hal-hal yang mempengaruhi kekerasan suatu material adalah temperatur,

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

3) Cara menentukan kekerasan pada pengujia yaitu dengan cara penekanan, cara

penggoresan dan cara dinamik.

4) Nilai elastisitas recovery berbanding terbalik dengan nilai E.

5.2 Saran-saran

- Perbaiki alat-alat

- Efisienkan waktu pada saat praktikum