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.