Pengujian Kekerasan

1

II. PENGUJIAN KEKERASAN

1. Pendahuluan

Kekerasan suatu bahan merupakan salah satu sifat mekanik yang penting.

Hal ini disebabkan pelaksanaan pengujian yang lebih sederhana dibanding

dengan pengujian yang lain. Adapun definisi kekerasan sangat tergantung pada

cara pengujian tesebut dilakukan.

Beberapa dari definisi tersebut adalah sebagai berikut :

a. Ketahanan terhadap indentasi permanen akibat beban dinamis atau statis

kekerasan indentasi.

b. Energi yang diserap pada beban impact-kekerasan pantul.

c. Kekerasan terhadap goresan-kekerasan goresan

d. Ketahanan terhadap abrasi-kekerasan abrasi

e. Ketahanan terhadap pemotongan atau pengeboran - mampu mesin,

Pengujian kekerasan yang banyak dilaksanakan adalah yang berdasarkan

indentasi permanen atau deformasi plastis akibat beban statis.

2. Dasar Teori

Hasil pengujian kekerasan tidak dapat langsung digunakan dalam desain

seperti halnya hasil pengujian tarik. Namun demikian pengujian kekerasan

banyak dilakukan, sebab hasilnya dapat digunakan sebagai berikut:

- Pada bahan yang sama dapat diklasifikasikan berdasarkan kekerasannya.

Dengan kekerasan tersebut dapat di tentukan penggunaan dari bahan tersebut.

- Sebagai kontrol kualitas suatu produk. Seperti mengetahui homogenitas

akibat suatu proses pembentukan dingin, pemaduan, heat treatment, case

hardening dan sebagainya.

Dengan demiklan dapat juga sebagai kontrol terhadap proses yang dilakukan.

3. Macam Macam Pengujian Kekerasan

Prinsip pengujian kekerasan ini berdasarkan material yang lebih keras

dapat menggores material yang lebih lunak. Oleh sebab itu hasil pengujian

bersifat relatif.

Pengujian Kekerasan

2

Angka kekerasan dinyatakan dengan skala Mohs yaitu dari material yang

terlunak dengan angka 1, dan Diamond material yang terkeras dengan angka 15.

3.2. Pengujian Kekerasan dengan Penetrasi Beban Statis

Pengujian kekerasan yang berdasarkan penetrasi beban statis diantaranya :

- Brinell

- Rockwell

- Vickers

- Mikro Hardness

3.3. Pengujian Kekerasan dengan Dasar Beban Dinamis

Pengujian Kekerasan dengan dasar beban dinamis diantaranya :

- Shore Scleroscope

- Herbert

- Hammer poldi dan sebagainya.

3.4 Pengujian Kekerasan yang Umum Dilakukan

Pada umumya pengujian kekerasan yang dilakukan adalah yang berdasarkan

penetrasi akibat beban statis.

Adapun pengujian ini dibagi dua yaitu

- Untuk spesimen yang cukup tebal digunakan pengujian kekerasan Brinell,

Rockwell, Vickers.

- Untuk mengukur kekerasan bagian kecil (fasa pada struktur mikro) atau

lapisan-lapisan tipis dari suatu material digunakan pengujian kekerasan

microhardness.

4.1 Pengujian Kekerasan Brinell

Pengujian kekerasan Brinell dilakukan dengan menekan bola baja yang

dikeraskan dengan diameter D dan beban P terhadap suatu spesimen. Diameter

Indentasi pada permukaan spesimen setelah beban di bebaskan adalah d.

Angka kekerasan Brinell dari spesimen tersebut adalah beban (P) dibagi

dengan luas permukaan indentasi yaitu :

Pengujian Kekerasan

3

)(

2

22

dDDD

P

HBN

−−

=

π

dimana

HBN = Angka kekerasan Brinell (kg/mm2

)

P = Beban (kg)

D = Diameter bola (mm)

d = Diameter rata rata indentasi (mm)

4.1.1 Prosedur Pengujian

Permukaan spesimen harus cukup halus, rata dan berposisi tegak lurus

terhadap arah pembebanan.

Pengujian dilakukan berdasarkan DIN 50351 atau ASTM E 10. Adapun

variabel pengujian harus memenuhi persyaratan berikut:

4.1.2. Beban dan Diameter Bola

Brinell standar menggunakan beban (P) = 3.000 kg, diameter bola (d) = 10

mm, dan waktu penekanan 10 detik.

Permukaan indentasi tidak sepenuhnya berbentuk kulit bola, akibat defor-

masi bola pada saat penekanan dan terjadinya recovery pada spesimen

setelah beban di bebaskan. Oleh sebab itu pengujian yang menggunakan

beban dan diameter bola yang berbeda, geometri indentasi juga berbeda.

Pada pengujian kekerasan spesimen yang tipis biasa di gunakan bola dengan

diameter lebih kecil dari 10 mm. Untuk itu agar tidak mempengaruhi

geometri indentasi maka perbandingan beban (kg) terhadap diameter bola

(mm) adalah sebagai berikut :

P = 30 D2

untuk BHN diatas 160

P = 15 D2

untuk BHN 80 sampai 160

P = 5 D2

untuk BHN 26 sampai 80

P = D2

sampai 2,5 D2

untuk material yang lunak.

Pemakaian P dan D yang tidak standar tersebut harus dicantumkan pada

angka kekerasan.

4.1.3. Ketebalan Spesimen

Ketebalan spesimen minimum adalah 10x kedalaman indentasi.

Pengujian Kekerasan

4

4.1.4. Waktu Penekanan

Waktu Penekanan biasa diambil 10 detik, 15 detik untuk logam ferrous dan

30 detik untuk logam yang lebih lunak. Pemakaian waktu penekanan selain

10 detik harus dicantumkan pada angka kekerasan.

4.1.5. Jarak Antara Indentasi

Jarak antara indentasi yang satu terhadap yang lain dan antara tepi indentasi

terhadap tepi spesimen harus lebih besar dari 2 d.

4.2. Pengujian Kekerasan Rockwell

Pengujian kekerasan Rockwell hampir sama dengan pengujian

kekerasan Brinell yaitu angka kekerasan sebagai fungsi dari kedalaman

indentasi pada spesimen akibat pembebasan statis.

Perbedaannya dengan pengujian kekerasan Brinell yaitu pada pengujian

kekerasan Rockwell di gunakan beban dan indentor yang lebih kecil.

Pengujian kekerasan ini banyak dilakukan di Industri sebab pelaksanaannya

lebih cepat. hal ini disebabkan angka kekerasan langsung ditunjukkan oleh

mesin.

Prosedure pengujian kekerasan Rockwell dilakukan dengan menekan

indentor dengan beban awal 10 kg, yang menyebabkan kedalaman indentasi

h, jarum penunjuk di set pada angka nol skala hitam, setelah itu beban awal

masih tetap. Cara kerja ini secara skematik ditujukan pada Gambar 1,

sedangkan sebagai beban serta indentor yang digunakan ditunjukkan pada

Tabel 1, indentor kerucut intan bersudut puncak puncak 1200

.

h

Po + P

1 : Beban mayor P

o

1 2 3

Gambar 1. Cara kerja mesin penguji kekerasan Rockwell.

Pengujian Kekerasan

5

Angka kekerasan Rockwell tidak bersatuan, tetapi didahului dengan huruf

depan seperti pada Tabel 3.1 yang menyatakan kondisi pengujian. Angka skala

pada mesin terdiri dari dua skala yaitu merah dan hitam, berbeda 30 angka

kekerasan. Skala Rockwell terbagi 100 divisi, dimana tiap divisi sebanding

dengan kedalaman indentasi 0,002 mm.

Angka kekerasan Rockwell B dan Rockwell C dinyatakan sebagai

kedalaman indentasi dapat ditulis sebagai berikut :

002,0

)mm(indentasikedalaman

130RB

−=

002,0

)mm(indentasikedalaman

100RC

−=

Tabel 3.1. Skala kekerasan Rockwell dan Huruf Depan

Skala dan

Huruf Depan

Indentor Beban

Mayor

Skala yang

Dibaca

B

C

A

D

E

F

G

H

K

L

M

P

R

S

Group I

Bola 1/16“

Kerucut Intan

Group II

Kerucut Intan

Kerucut Intan

Bola 1/8”

Bola 1/16”

Bola 1/16”

Bola 1/8”

Bola 1/16”

Group III

Bola ¼”

Bola ¼”

Bola ¼”

Bola ½”

Bola ½”

100

150

60

60

100

60

150

60

150

60

100

150

100

100

Merah

Hitam

Hitam

Hitam

Merah

Merah

Merah

Merah

Merah

Merah

Merah

Merah

Merah

Merah

Pengujian Kekerasan

6

V Bola ½” 150 Merah

4.2.1 Prosedur Pengujian Kekerasan Rockwell

Karena indentasi cukup kecil, disamping itu metode pengukur yang

digunakan, maka persiapan apesimen harus diperhatikan hal-hal berikut :

- Permukaan spesimen harus datar, halus serta bebas dari kotoran, minyak,

benda asing maupun cacat.

- Begitu pula permukaan bawah spesimen harus datar dan bebas dari debu

serta benda asing.

- Ketebalan spesimen minimum 0.01 inch

- Dashpot harus diatur pada pembebanan 100 kg. Handle berhenti bergerak

dalam waktu 4-5 detik.

Dari Tabel 3.1 terlihat bahwa skala merah untuk indentor bola,

sedangkan skala hitam untuk intentor kerucut intan. Disamping itu dari

berbagai skala Rockwell skala B dan C yang banyak digunakan, Rockwell

skala B di gunakan untuk logam lunak seperti kuningan, bronze dan logam

yang kekerasannya sedang seperti baja karbon rendah, baja karbon sedang

yang sudah dianil.

Rockwell skala B 0 - 100. Rockwell skala C digunakan untuk

material yang kekerasannya diatas 100 pada skala B. Daerah kerja skala C

diatas 20. Baja yang terkeras sekitar Rc

= 70.

4.3. Pengujian Kekerasan Vickers

Pada pengujian kekerasan Vickers digunakan indentor intan yang

berbentuk piramid. Sudut puncak piramid 1360

. Angka kekerasan Vickers

adalah beban (P) dibagi luas indentasi (A) yaitu :

A

P

Hv

=

dimana

8544,1

d

22cos2

d

A

2

o

2

==

Pengujian Kekerasan

7

Jadi Hv

= 1,8544

2

d

P

dimana Hv

= angka kekerasan Vickers (kg/mm2

)

P = beban yang besarnya (5, 10, 20, 50, 100 atau 200 kg)

tergantung ketebalan spesimen

A = luas indentasi (mm2

)

d = diagonal rata-rata ditunjukkan pada Gambar 2

136o

P

d1

d2

2

dd

d21

+

=

Gambar 2a. Pengujian kekerasan Vickers

Hubungan dari berbagai angka kekerasan untuk baja ditunjukkan pada Tabel 2.

4.4 Pengujian Kekerasan dengan Micro Hardness

Bila lokasi yang akan diuji kekerasannya cukup kecil (fasa dalam

struktur mikro) lapisan yang sangat tipis digunakan mikro hardness (Tukon

Tester). Untuk itu sebelum diuji kekerasan, spesimen harus dipoles dan dietsa

Pengujian Kekerasan

8

terlebih dahulu, untuk pengamatan indentasi Microhardness Tester dilengkapi

dengan mikroskop.

Mikrohardness tester menggunakan indentor intan knoop dengan

perbandingan diagonal yang panjang dan yang rendah 7:1. Sedangkan beban

yang digunakan 25 - 3600 gr.

Angka kekerasan knoop adalah beban (P) dibagi luas indentasi.

136o

136o

Gambar 2b. The 136 (Degree) Diamond Pyramid Indenter. (Courtesy :

Wilson Mechanical Instrument Division American Chain

& Cable Company, Inc).

Untuk memudahkan biasanya dibuat tabel diagonal terpanjang d (Um

)

beban P (gr) dan angka kekerasan knoop KHN (kg/mm2

).

Micro Hardness Tester dapat juga menggunakan indentor piramid

intan Vickers. Dengan demikian maka hasil pengujian adalah angka

kekerasan Vickers Hv

(kg/mm2

). Indentasi dari indentor knoop ditujukan

pada Gambar 3.

d2

d1

d1 : d

2 = 7 : 1

Gambar 3a Indentasi dari Indentor knoop.

Pengujian Kekerasan

9

Posisi Operasi

130o

172o

-30’

W

d

Gambar 3.b Sketsa Geometris Knoop Indentor

5. Pelaksanaan Pengujian

5.1. Mesin dan Peralatan

Mesin yang digunakan seperti pada Gambar 3.4 adalah mesin yang

prinsip kerjanya berdasarkan pada Rockell test dengan demikian pengujian

dilakukan dengan pembebanan awal 10 kg. Hal ini tidak akan

mempengaruhi hasil untuk pengujian yang tidak membutuhkan pembebanan

awal.

5.2. Langkah Langkah Pengujian.

1. Spesimen dibersihkan permukaannya.

2. Indentor dikukur dengan micrometer, dalam hal ini indentornya dari

diamond cukup diamati saja.

3. Memasang indentornya pada pemegang indentor.

4. Menempatkan pemegang indentor pada mesin.

5. Menempatkan beban yang sesuai pada mesin.

6. Meletakkan beban yang sesuai pada mesin

Pengujian Kekerasan

10

Gambar 3.4 Mesin Penguji Kekerasan.

7. Menaikan tabel mesin dengan memutar hand wheel sehingga Indentor

mengadakan penetrasi pada spesimen, jarum penunjuk kecil (pada skala

kecil) menunjukan angka 3. Pada saat ini beban mula-mula adalah10 kg

kemudian skala besar dibaca (Pembacaan pada beban awal).

8. Memutar handle sehingga terjadi penetrasi berarti pembebanan penuh.

9. Setelah handel tidak bergerak lagi, skala dibaca (pembacaan pada beban

penuh).

10. Handle dikembalikan keposisi semula kemudian skala dibaca (pembacaan

pada relieving).

11. Untuk pengujian kekerasan Vickers dan brinell, diagonal indentasi dan

diameter indentasi diukur dengan loupe pengukur.