Bab II Kekerasan Dan Mikrostruktur

BAB II

KEKERASAN DAN MIKROSTRUKTUR

2.1 Tujuan Pengujian

1. Mengetahui angka kekerasan suatu bahan

2. Mengetahui pengaruh perlakuan panas

3. Mengetahui salah satu cara pengukuran kekerasan

4. Mengetahui perubahan struktur pada setiap perlakuan

2.2 Teori Dasar Pengujian

Dalam ilmu metalurgi terdapat teori-teori tentang sifat mekanik logam

termasuk kekerasan. Karena hal tersebut erat hubungannya dengan praktikum

pengujian kekerasan, maka sebaiknya kita dapat memahami teori tersebut.

2.2.1 Definisi Kekerasan

Kekerasan adalah kemampuan suatu bahan untuk menahan tusukan

(penetrasi) dan gesekan benda yang lebih keras dari luar. Dapat juga

dikatakan kemampuan untuk menahan deformasi plastis.

2.2.2 Macam-macam Pengujian Kekerasan

Secara garis besar dibagi menjadi :

1. Resistance to cutting or abration, yaitu dengan cara moh’s.

Pengukuran kekerasan dilakukan dengan menggoreskan suatu material

dengan material standart yang telah diketahui nilai kekerasannya.

Urutan kekerasan mineral berdasarkan cara moh’s adalah :

1. Tail 6. Fieldspar

2. Gips 7. Kwarsa

3. Kalsit 8. Topas

4. Flourite 9. Titanium

5. Apatik 10. Intan

Laporan Praktikum Perlakuan Panas dan Permukaan Semester Genap 2010/2011

Skala moh’s jarang digunakan dalam pengujian bahan karena

interval skala yang dibagi terlalu besar, sehingga hasilnya kurang

tepat. Terutama untuk logam.

Gambar 2.1 : Skala Moh’s

Sumber :

http://academic.brooklyncuny.edu/geology/leveson/core/linksa/hardex_24.html

2. Resistance to Indentation, yaitu dengan cara :

a. Cara brinnel

Pengukuran ini dilakukan dengan cara menekan secara tegak lurus

menggunakan bola baja (sebagai indentor) yang sudah diketahui

diameter pada permukaan benda uji. Bekas yang ditimbulkan

diukur dan kekerasannya dihitung dengan rumus :

BHN = Gayatekan

Luas

=2 P

Π∗D∗(D∗√D2−d2)

Pengujian kekerasan dengan cara brinnel biasanya menggunakan

electrical brinnel hardness tester (mesin uji kekerasan brinnel).

Gambar 2.2 : Mesin uji kekerasan brinell


http://academic.brooklyncuny.edu/geology/leveson/core/linksa/hardex_24.html

Sumber : Laboratorium pengujian bahan universitas brawijaya

Gambar : 2.3 Brinell test

Sumber : www.alatuji.com/article/detail/3/what-1-hardness-test-uji-kekerasan

Untuk mendapatkan hasil yang akurat, pengukuran harus

dilakukan pada permukaan yang datar. Kerak dan kotoran pada

permukaan benda kerja sangat mempengaruhi hasil pengukuran.

b. Cara Vickers

Prinsipnya sama dengan pengujian brinnel, hanya saja

menggunakan indentor yang berbentuk piramid beralas bujur

sangkar dengan sudut puncak antara 2 sisi berhadapan 136 . Tapak⁰

tekan berbentuk bujur sangkar. Beban yang diberikan antara lain

5,10,20,30,50,100 atau 120 kg. Angka kekerasan dinyatakan :

VHN = 8544 P

a2

Gambar 2.4 : Vickers test

Sumber : www.twi.co.uk/content/jk74.html


http://www.alatuji.com/article/detail/3/what-1-hardness-test-uji-kekerasan

Cara vickers merupakan cara pengujian kekerasan yang paling

sensitif. Cara ini memiliki satu skala kontinyu untuk semua

material dan angka. Kekerasan vickers tergantung dari beban yang

diberikan. Sangat memungkinkan sekali penggunaan beban ringan

pada pengujian vickers. Oleh karena itu cara itu hanya digunakan

untuk pengujian kekerasan pada material yang tipis sampai 0,005m.

c. Cara Mikrovickers

Prinsipnya sama dengan pengujian cara vickers, tapi yang

membedakan hanya skala yang digunakan. Microvickers

menggunakan skala yang lebih kecil dibanding dengan vickers.

Gambar 2.5 : microvickers


d. Cara Rockwell

Cara ini menggunakan prinsip yang sama dengan cara brinell

hanya saja indentor yang dipakai ada 2 jenis dan berukuran lebih

kecil daripada indentor brinell. Indentor yang digunakan adalah :

1. Menggunakan kerucut intan dengan sudut puncak 120 ,⁰

ujung agak bulat berjari-jari 0,2 mm

2. Menggunakan bola baja berdiameter 1/16 in, 1/8 in, ¼ in, ½

in.

Rumus yang digunakan :

HRC = 1– (h1−h2)

c


Gambar 2.6 : Rockwell Test

Sumber : www.farasia.sobn.cn/product/image/rockwell

Dalam rockwell terdapat beberapa skala yaitu a-v, masing-masing skala

memiliki beban serta indentor tersendiri dan digunakan untuk kebutuhan

tertentu. Skala A digunakan untuk material yang sangat keras, skala B

untuk material dengan kekerasan medium, skala c untuk material dengan

kekerasan rendah, dan seterusnya. Skala v untuk plastik dan soft metal

seperti timbal. Terdapat juga superficial rockwell untuk menguji

spesimen tipis sampai 0,006 in dan juga bowdered metal.

3. Elastic hardness yaitu dengan cara share scheleroscope

Disebut juga sebagai metode pantulan. Pengujian dengan menggunakan

intan tipped hammers (palu hitam) yang dapat dinaikkan pada ketinggian

tertentu dan dijalankan secara bebas pada permukaan logam. Setelah

menyentuh permukaan, intan akan memantul. Ketinggian pantulan akan

menunjukkan kekerasan yang diukur. Semakin tinggi pantulan, kekerasan

semakin besar. Prinsipnya adalah konversi energi dari energi potensial

menjadi energi kinetik, sebagian diserap oleh material dan sisanya

menyebabkan terjadinya pantulan. Energi yang diserap sebenarnya

menunjukkan resilence yaitu energi yang dapat diserap oleh material

pada daerah elastisnya. Keuntungan dari cara ini adalah peralatan kecil

dan bekas penetrasinya kecil, hampir tidak merusak bahan.


Gambar 2.7 : Share scheleroscope

Sumer :

www.shopyourtoolingstore.com/images/1277237323778_452730155.jpeg

2.2.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi kekerasan

Kekerasan logam dipengaruhi oleh beberapa hal antara lain :

1. Kadar karbon

Semakin tinggi kadar karbon, maka logam akan semakin keras tapi

rapuh. Kadar karbonnya sebesar 0,6 - 1%. Merupakan kadar karbon

yang sangat berpengaruh pada kekerasan logam. Setelah lebih dari 1%

maka kadar karbon tidak berpengaruh pada nilai kekerasannya.

2. Unsur paduan

Unsur padua akan mempengaruhi sifat mekanik baja, beberapa

unsur paduan yang terdapat pada baja beserta pengaruhnya pada sifat

mekanik antara lain:

a. Nikel, memiliki fungsi :

- Meningkatkan kekuatan dan kekerasan baja

- Meningkatkan ketahanan korosi

- Meningkatkan keuletan dan tahan gesek

b. Chromium, memiliki fungsi :

- Menambah kekerasan baja

- Membentuk karbida

- Menambah keelastisitasan, sehingga baik buat pegas

c. Mangan, memiliki fungsi :

- Meningkatkan kekerasan


http://www.shopyourtoolingstore.com/images/1277237323778_452730155.jpeg

- Meningkatkan kekerasan terhadap suhu tinggi

- Membuat baja mengkilap

d. Wolfram, memiliki fungsi :

- Memberikan senyawa karbida dalam material yang

menyebabkan material menjadi kuat.

e. Vanadium, memiliki fungsi :

- Memberikan pengaruh positif pada kekuatan tarik, kekuatan

dan kekerasan pada temperatur tinggi serta meningkatkan

batas mulur.

f. Tembaga, memiliki fungsi :

- Meningkatkan ketahan baja terhadap atmosfer

g. Molibdenum, memiliki fungsi :

- Meningkatkan kemampukerasan baja

- Menurunkan kerentanan terhadap temperembrittlement (400-

500 C)⁰

- Meningkatkan kekuatan tarik pada temperatur tinggi dan

kekuatan creep.

h. Titanium, memiliki fungsi :

- Pengontrolan dalam pertumbuhan butir

i. Cobalt, memiliki fungsi :

- Mempunyai sifat rapuh agak keras

- Tahan aus dan tetap keras pada suhu tinggi

j. Silissium, memiliki fungsi :

- Menambah sifat elastis

- Mengurangi perkembangan gas didalam baja sehingga lebih

homogen.

3. Perlakuan panas (hardening, normalizing, tempering, stress relieving,

annealing)

Pengaruh perlakuan panas akan mempengaruhi kekerasan logam

tergantung dari perlakuan apa yang diberikan. Annealing akan

menurunkan kekerasan baja. Tempering akan menurunkan kekerasan


baja dibawah hardening. Normalizing akan meningkatkan kekerasan

baja dibandingkan keadaan baja tanpa perlakuan panas.

4. Bentuk dan Dimensi Butir

Material dengan ukuran butir kecil akan memiliki kekerasan yang

tinggi akan memiliki. Sedangkan butir besar akan memiliki kekerasan

yang rendah. Material dengan butiran yang halus akan memiliki

kekerasan tinggi dibandingkan dengan material butiran kasar.

5. Homogenitas

Bahan dan ukuran butir suatu logam merupakan jenis struktur

mikro logam tersebut. Apabila memiliki struktur yang homogen, maka

gaya ikat antar butiran tinggi dengan kekuatan kekerasan yang tinggi.

2.2.4 Pembentukan Butir

Pembentukan butir terjadi pada saat logam saat cair membeku. Atom-atom

mengatur dan mengikuti pola geometris. Mula-mula, setelah terbentuk

(nuklei) yang stabil dalam logam yang membeku. Inti ini berubah menjadi

kristal seperti gambar dengan susunan yang teratur.

Dalam tiap pembukaan kristal, atom-atom diatur dalam pola yang teratur.

Setelah proses ini selesai, kristal-kristal ini bergabung dan membentuk batas

kristal disebut polikristal. Sedangkan kristal dalam logam yang telah

membeku disebut butir dan permukaan singgung kristal-kristal tersebut

disebut batas butir. Pada umunya pertumbuhan kristal tidak merata, artinya

pertumbuhan dalam arah tertentu lebih cepat.

Dengan menggunakan mikroskop logam, butir logam tersebut dapat kita

lhat pada permukaan logam tersebut dihaluskan, dipoles dan di etsa dengan

asam tertentu yang dapat menampilkan batas-batas butir. Besar butir

tergantung pada laju pendinginan pada proses pengerjaan panas atau

pengerjaan dingin sewaktu logam tersebut dibentuk.


Gambar 2.8 : Pertumbuhan kristal dan pembentukan butir

Sumber : Groenendyrie.G.material reprocessing alih bahasa oleh Ir. Soebandi

Suchri,Binacipta,Jakarta(1984)

2.2.5 Struktur Kristal Logam

Dari analisa difraksi sinar-X menunjukkan atom dalam kristal disusun oleh

pola ulang tiga dimensional yang teratur. Susunan atom digambarkan

sebagai bola kertas pada lokasi khusus dalam suatu susunan geometris.

Macam-macam kristal logam :

1. Struktur sederhana (structure simple cubic)

Merupakan struktur kristal yang paling elementer, yaitu berupa

buah kubus dengan satu atom titik dimana titik sumbunya. Sehingga

dalam suatu kisi kristal terdapat 8 atom. Pada struktur ini adalah jenis

sel dasar yang dijumpai untuk kristal ionic, misalya NaCl dan Lif.

APF = VatomV Cell

= 43Π r3

8 r3 =

Π6

= 0,52

Gambar 2.9 : Simple Cubic

Sumber : http//glossary.periodic.com/image/cubic_simple.gif


2. Struktur Kubik Pemusatan Ruang (Body Centered Cubic)

Struktur ini mempunyai sebuah atom ditiap-tiap sudut dan atom

lainnya pada pusat lubang kubus. Tiap atom sudut dikelilingi oleh 8

atom yang berbatasan, seperti atom yang terdapat didalam titik pusat

sel. Contohnya logam yang mempunyai struktur ini Fe, Cr, Mn,

Wolfram,T

APF = VatomV Cell

=

83Π r3

649

∗√3∗r3 = 0,68

Gambar 2.10 : Body Centered Cubic

Sumber : http//www.ilml.gov/sir/november05/gofs/bulatoul.jpg

3. Struktur Kubik Pemusatan Kisi

Berupa sebuah kubus dengan atom dimasing-masing dan satu atom

dimasing-masing pusat sisinya sehingga dalam satu kristal FCC

terdapat 14 atom. Banyak dijumpai pada aluminium, tembaga, nikel,

dan emas

APF = VatomV Cell

= 163Π r3

¿¿ =

Π3√2

= 0,74

Gambar 2.11 : FCC (Face Centered Cubic)


Sumber : http://repesitory.mad.dl.org/repositoryeseru/matdl:829/web_wifi

2fe2437.jpg

4. Struktur Hexagonal Tumpukan Padat (Hexagonal Closed Packed)

Berupa sebuah hexagonal dengan sebuah atom dimasing-masing

pusat bidang alas dan tutupnya. Serta tiga atom ditengah-tengah

sehingga satu kisi kristal ini terdapat 17 atom. Dan logam yang

mempunyai struktur ini terdapat 17 atom. Dan logam yang

mempunyai struktur ini adalah Mg, seng, dan kadmium.

APF = VatomV Cell

= 163Π r3

¿¿ =

Π3√2

= 0,74

Gambar 2.12 : Closed Packed Hexagonal

Sumber : http//benbest.com/cryonics/HCP.gif

2.2.6 Besar Butir dan Pengaruhnya pada Sifat Logam

Besar butir pada logam tergantung pada laju pendinginan juga pada proses

pengerjaan dingin sewaktu logam tersebut dibentuk logam dengan butiran

yang halus. Umumnya memiliki kekuatan dan keuletan yang lebih baik

dibandingkan dengan logam berbutir kasar. Hal ini disebabkan karena ada

proses deformasi logam berbutir halus mempunyai hambatan slip yang lebih

besar.

Bahan dengan butir yang kasar lebih muda permesinannya lebih mudah

dikeraskan melalui perlakuan panas dan memiliki daya hantar panas dan

listirk yang lebih baik. Logam yang berbutir kasar akan mengeras secara


http://repesitory.mad.dl.org/repositoryeseru/matdl:829/web_wifi%202fe2437.jpg

http://repesitory.mad.dl.org/repositoryeseru/matdl:829/web_wifi%202fe2437.jpg

merata. Bahan berbutir halus tidak mudah retak sewaktu didinginkan secara

tiba-tiba

Untuk mendapatkan logam dengan sifat yang baik, agar diusahakan agar

kristal yang terbentuk seragam dan halus. Hal ini dilakukan dengan

mengurangi tebal daerah kristal kolom dan merangsang terjaidnya nukleas.

Sebelum logam melanjutkan pembekuan. Adapun sejumlah unsur-unsur

yang menyebabkan terjadinya nukleasi yang berfungsi sebagai pusat

nukleasi heterogen, misalnya C untuk paduan magnesium dan Al untuk

baja.

2.2.7 Mekanisme Deformasi

Deformasi adalah perubahan ukuran atau bentuk logam karena adanya

logam luar yang diberikan transformasi fase pada pembekuan . proses

deformasi dengan tahap-tahap sebagai berikut :

1. Deformasi elastis

Yaitu deformasi yang segera hilang setelah gaya luar yang

mengenainya dihilangkan. Pada deformasi elastis, tegangan yang

terjadi sebanding dengan bebannya. Perbandingan ini disebut

modulus elastisitas young.

2. Deformasi Plastis

Yaitu deformasi suatu benda yang tidak dapat kembali ke

keadaan semula walaupun beban dihilangkan. Kemungkinan yang

menyebabkan adalah:

a. Sliding bidang atom satu dengan atom yang lain

b. Ikatan atom-atomnya pecah akibat slip yang tergantung pada

kondisi pembebanan.

3. Creep

Yaitu deformasi permukaan dari suatu bahan karena

pembebanan yang relatif lama.

4. Fracture (pecah)

Pada kondisi beban dan suhu tertentu logam dapat pecah.

Bentuk fracture dapat terjadi bila logam akan patah saat dibebani


dengan deformasi plastis. Sifat ini dijumpai pada kristal BCC dan

HCP. Sedang ductic fracture terjadi apabila deformasi plastis

dikembangkan lebih jauh lagi. Ketidaksempurnaan kisi-kisi kristal

diklasifikasikan berdasarkan geometri yang terbatas disekitar atom

sehingga hanya berupa titik.

Cacat adalah kerusakan atau ketidaksempurnaan susunan atom dalam

kristal yang terjadi akibat kekurangan atau kelebihan atom, macamnya

antara lain :

1. Cacat titik

Yaitu penyimpngan dari susunan periodik atom dalam kristal yang

terbatas disekitar aotm sehingga hanya berupa titik. Macamnya antara

lain :

a. Kekosongan (vacancy)

Bilamana sebuah atom lepas dari posisi kisi normal.

Disebabkan oleh gangguan lokal selama pertumbuhan kristal.

b. Sisipan (interaksi)

Terjadi bila atom bertahan dalam kristal di titik pertengahan

antara posisi kisi yang normal.

Bila ditinjau dari cacat titik pada kristal ionicnya terdapat 2

ketidaksempurnaan, yaitu :

- Senotku Imperfection, karena adanya kekosongan pasangan ion

dalam senyawa yang harus memiliki keseimbangan muatan.

- Frankel Imperfection, karena adanya perpindahan ion dari kisi ke

tempat sisipan.


Gambar 2.13 : Macam-macam cacat titik

Sumber : Smith WT, princoples of materials and engineering, mcbrawel,

singapore 1988, hal 130,131

2. Cacat garis (dislokasi)

Dislokasi ini merupakan gabungan dari cacat titik. Dislokasi adalah

ketidaksempurnaan periodic atom dalamkristal yang membentuk satu

jalur tertentu. Dislokasi pada kristal merupakan cacat yang

menyebabkan gejala slip (luncur) maupun sebagai penyebab dari

sebagian besar logam yang berubah bentuk secara plastis. Karena itu,

suatu cara berpikir tentang dislokasi adalah menganggap bahwa itu

adalah daerah gangguan kisi terlokalisir yang memisahkan daerah slip

dengan daerah-daerah tanpa slip dalam kristal. Pada gambar AB

menggambarkan suatu dislokasi yang terletak dalam bidang slip yaitu

bidang kertas, misalkan bahwa slip sedang menuju ke sebelah kanan

semua arom-atom sebelah antar D belum mengalami slip, maka AB

merupakan perbatasan antara daerah slip dengan daerah tanpa slip.


Gambar 2.14 : Dislokasi dalam bidang slip

Sumber : A.Gguy, Essentials of materials science mc graw-

hill.book.company,new york, 1976, page 153

Dislokasi dibagi menjadi 2 jenis, yaitu dislokasi sisi dan dislokasi

ulir. Kombinasi keduanya dinamakan dislokasi campuran.

a. Dislokasi sisi

Dapat digambarkan sebagai satu sisipan bidang atom

tambahan dalam struktur kristal disekitar lokasi dislokasi

terdapat daerah yang mengalami tekanan dan tegangan sehingga

terdapat energi tambahan di sepanjang dislokasi tersebut jarak

geser atom disekitar dislokasi tersebut diseut vektor geser

(vektor burger), vekto ini tegak lurus pada garis dislokasi.

Gambar 2.15 : Susunan atomic dalam bidang dislokasi

Sumber : Smith WF.Principles of materials science and engineering

b. Dislokasi ulir


Menyerupai spiral dengan garis cacat sepanjang sumbu ulir.

Vektor luncurnya sejajar dengan garis dislokasi. Atom-atom

disekitar dislokasi ulir mengalami gaya geser. Oleh karena itu,

diana terdapat energi tambahan. Dislokasi ini memudahkan

pertumbuhan kristal, karena atom dan sel tambahan dapat

bertumpuk pada setiap anak tangga ulir.

Gambar 2.16 : Susunan atomic dalam dislokasi ulir

Sumber : Smith WF.Principles of materials science and engineering Mc

grawhill,singapore 1988, page 133

c. Dislokasi campuran

Dislokasi mudah terjadi sewaktu bahan mengalami

deformasi. Dimana suatu pergeseran dapat mengakibatkan

terjadinya dislokasi ulir maupun dislokasi sisi. Keduanya

menghasilkan deformasi akhir yang sama dan sebetulnya di

hubungan satu sam lainnya oleh garis dislokasi yang terjadi.

Gambar 2.17 : Dislokasi campuran

Sumber : Smith WF.Principles of materials science and engineering Mc

grawhill,singapore 1988, page 133


3. Cacat 2 dimensi

a. Cacat permukaan luar (eksternal surface)

Permukaan merupakan batas struktur kristal, sehingga koordinasi

atom pada permukaan memiliki energi yang paling tinggi dan

ikatannya kurang kuat. Karena memiliki tetangga pada satu sisi

saja.

Gambar 2.18 : Macam-macam cacat 2 dimensi

Sumber : Djuprie.snah.ilmu dan tekhnologi bahan,Erlangga, Jakarta,1983,halaman

228

b. Planar detect

Pada batas antara 2 butir yang berdasarkan terdapat daerah transisi

yang tidak searah dengan pola dalam kedua butiran.

4. Slip

Terjadinya pergeseran kristal relative terhadap bagian kristal

lainnya sepanjang bidang kristalografi tertentu. Bidang terjadinya slip

disebut bidang slip (slip direction). Umumnya bahwa slip lebih mudah

terjadi pada daerah yang lebih padat atom.

Slip terjadi secara bertahap yang ditandai dengan bergesernya garis

dislokasi sedikit demi sedikit. Garis dislokasi adalah garis batas antara

kristal yang mengalami slip dengan kristal yang tidak mudah

mengalami slip. Dengan demikian pergeseran garis dislokasi berarti

pergeseran slip. Mula-mula atom yang paling padat bergeser akibat

suatu pembebanan sehingga mendesak atom tetangganya, kemudian


tegangan dalam atom membesar dan ikut bergeser. Slip berkhir jika

tegangan yang terjadi tida cukup untuk menggeser atom dari posisi

semula.

Gambar 2.19 : Slip

Sumber : Avner,sydney,Intorduction to physical metalurgy,1974,109

5. Twinning (kembaran)

Suatu fenomena adanya perubahan arah orientasi suatu bagian butir,

kristal sehingga susunan atom dibagian tersebut akan simetri dengan

bagian lain yang tidak mengalami perubahan. Bidang yang merupakan

pusat simetri dan menjadi cermin antara kedua bagian ini disebut

bidang kembaran (twinning plain).

Gambar2.20 : kembaran (twinning)

Sumber : Avner,sydney,Intorduction to physical metalurgy,1974,109

2.3 Pelaksanaan Pengujian

2.3.1 Alat dan bahan yang digunakan

1. Spesifikasi alat yang digunakan

a. Uji Kekerasan


1. Electric Brinell Hardness Tester

Merk : Hauser Henry 5A

Diameter bola baja : 1,2 mm

Berat beban : 43,2 kg (100-500bhn) dan 12,48 kg (30-120BHN)

Buatan : Swiss

Gambar : 2.21 : Electircal Brinell Hrdness Test


2. Centrifugal Sand Paper Machine

Merk : Saphir

Buatan : Jerman

Gambar 2.22 : Centrifugal sand paper machine


b. Uji Mikrostruktur

1. Mikrostruktur Logam

Merk : Nikon

Buatan : Jepang


Gambar 2.23 : Mikrostruktur logam


2. Kamera

Gambar 2.24 : Kamera


3. Etsa

Digunakan untuk memperjelas permukaan struktur mikro

spesimen. Etsa berupa cairan kimia yang akan bereaksi dengan

atom tertentu pada logam, terutama atom-atom yang tidak stabil,

misalnya atom pada batas elastis. Etsa yang digunakan pada

pengujian ini adalah nital merupakan campuran 1-5 ml white

nitric acid dalam 100 ml ethyl methyl alcohol 95-100%. Nital

akan mengendapkan pearlite. Menampakkan batas butir ferrite

dan membedakan ferrit dari martensite.

4. Kertas Gosok

Digunakan untuk meratakan permukaan spesimen

5. Batu hijau

Digunakan untuk menghaluskan dan membersihkan spesimen

dari batu hijau yang tersisa.

2. Komposisi Kimia

Spesimen : : Baja assab XW-5

Komposisi : C : 2,05%


Cr : 13,0%

Mn : 0,75%

W : 1,25%

3. Pergeseran Titik Eutectoid

Unsur Paduan KomposisiTC

Suhu Eutectoid

%C

Komposisi Eutectoid

Cr 13,0% 860 C⁰ 0,38

Mn 0,75% 725 C⁰ 0,75

W 1,25% 800 C⁰ 0,45

TC=∑i=A

(TC∗%C)

∑i=A

%C

=(860∗0,38)+(725∗0,75)+(800∗0,45)

0,83+0,75+0,45

= 778,83 ⁰C

%C = ∑i=A

(TC∗%C)

∑i=A

TC =

(860∗0,38)+(725∗0,75)+(800∗0,45)860+725+800

= 0,52%

Grafik pergeseran titik eutectoid


Gambar dan dimensi spesimen

2.3.2 Prosedur Pengujian

a. Uji kekerasan

1. Dilakukan proses heat treatment

2. Permukaan spesimen yang akan diuji dibersihkan dahulu dari

terak dan kotoran dengan centrifugal sand paper machine sampai

betul-betul rata, halus, dan siap diuji

3. Pemasangan benda kerja yang akan diuji harus benar-benar

diperhatikan

4. Dilakukan pengujian kekerasan dengan electric brinell hardness

tester dengan pengambilan data secara acak pada permukaan benda

uji. Dalam pengujian ini diambil 10 titik secara acak


b. Uji Mikrostruktur

1. Permukaan spesimen yang akan difoto diratakan dan dihaluskan

dengan centrifugal sand paper machine

2. Permukaan spesimen dihaluskan dengan batu hijau dan digosok

dengan kain flanel sampai benar-benar mengkilap dan halus

3. Permukaan spesimen yang sudah mengkilap dibersihkan dengan

alkohol kemudian ditetesi dengan etsa

4. Spesimen diletakkan pada mikroskop logam, kemudian fokus diatur

sampai didapatkan gambar yang jelas dengan perbesaran sampai 450 kali

5. Dilakukan pemotretan dengan kamera, kemudian hasilnya dicuci dan

dicetak

2.4 Hipotesa

1. Heat treatment, dapat menyebabkan perubahan tingkat kekerasan pada

logam. Kekerasan itu berubah dengan perlakuan panas yang dikenakan pada

bahan. Perlakuan panas fisik yang dikenakan sesuai dengan tingkat

kekerasan yang tertinggi ke terendah.

a. Hardening

Dapat meningkatkan kekerasan secara maksimum, tapi memiliki

tegangan dalam yang tinggi, distorsi yang tinggi dan sifat yang rapuh.

b. Martempering

Merupakan perbaikan dari prosedur dan digunakan unuk

mengurangi distorsi dan chocking selama pendinginan

c. Tanpa Perlakuan

Tidak mengalami proses perlakuan panas apapun.

d. Stress relieving

Suhu pemanasan pada proses ini yaitu tepat dibawah suhu

rekristalisasi dan perlakuan panas ini tidak mengubah struktur

mikrokristal.

e. Normalizing


Digunakan untuk menghasilkan struktur bahan butiran yang

mengalami pemanasan berlebihan (overheated), menghilangkan tegangan

dalam.

2. Holding, juga memiliki pengaruh terhadap nilai kekerasan yang dihasilkan

3. Temperatur, semakin tinggi temperatur pemanasan maka semakin banyak

pula butiran- butirannya dan akan mengakibatkan material tersebut semakin

keras.

2.5 Pengolahan Data

Data dari hasil perhitungan disusun dalam bentuk tabel, amasing-

masing untuk spesimen tanpa perlakuan, selain data tersebut diambil pula hasil

pengujian berupa kekerasan rata-rata untuk perlakuan panas yang berbeda. Dari

data-data tersebut diatas dilakukan 2 macam pengolahan data yaitu :

2.5.1 Data Kelompok

Dilakukan perbandingan nilai kekerasan sebelum dengan sesudah

perlakuan panas untuk menentukan ada tidaknya perubahan nilai kekerasan

untuk keperluan pengujian.

- Data spesimen tanpa perlakuan panas

No. x [ x−x ] ¿¿

1. 230 1 1

2. 230 1 1

3. 232 1 1

4. 230 1 1

5. 230 1 1

6. 235 4 16

7. 230 1 1

8. 229 2 4


9. 230 1 1

10. 230 1 1

ε 2306 0 28

Foto mikospesimen tanpa perlakuan

Gambar 2.25 : Foto mikrospesimen tanpa perlakuan

Sumber : Laboratorium Pengujian Bahan Universitas Brawijaya

- Kekerasan rata-rata

x= ε xn

= 2306

10 = 230,6

- Standar deviasi

δ=√ε ( x−x )2

n−1

¿ √289

= 1,76

Standar deviasi rata-rata

δ= δ

√n

¿ 1,76

√10 = 0,56

Db = n-1 = 10-1 = 9

Dengan a = 5% maka nilai t tabel t (a/2 : db ) = t (0,025:9) = ± 2,26.

Interval penduga kekerasan spesimen tanpa perlakuan panas

x - { t ( a/2 : db ) * δ } < μ < x + { t ( a/2 : db ) * δ}

230,6 – ( 2,26 * 0,56 ) < μ < 230,6 + ( 2,26 * 0,56 )

230,6 – 1,27 < μ < 230,6 + 1,27

229,33 < μ < 231,87


Jadi kekerasan rata-rata spesimen tanpa perlakuan panas berkisar antara

2,2933% sampai 2,3187% dengan tingkat keyakinan 95%

- Data spesimen dengan perlakuan panas hardening 850⁰C, holding 15

menit

No. X [ x−x ] ¿¿

1. 251 -22 484

2. 290 -17 289

3. 271 -2 4

4. 270 -3 9

5. 270 -3 9

6. 274 1 1

7. 276 3 9

8. 280 7 49

9. 271 -2 4

10. 279 6 36

ε 2732 0 894

Foto mikospesimen dengan perlakuan panas


Gambar 2.26 : Foto mikrospesimen dengan perlakuan panas

Sumber : Laboratorium Pengujian Bahan Universitas Brawijaya

- Kekerasan rata-rata

x= ε xn

= 2732

10 = 273,2

- Standar deviasi

δ=√ε ( x−x )2

n−1

¿ √8949

= 9,97

Standar deviasi rata-rata

δ= δ

√n

¿ 9,97

√10 = 3,15

Db = n-1 = 10-1 = 9

Dengan a=5% maka nilai t tabel t (a/2 : db ) = t (0,025:9) = ± 2,26.

Interval penduga kekerasan spesimen tanpa perlakuan panas

x - { t ( a/2 : db ) * δ } < μ < x + { t ( a/2 : db ) * δ }

273,2 – ( 2,26 * 3,15 ) < μ < 273,2 + ( 2,26 * 3,15 )

273,2 – 7,119 < μ < 273,2 + 7,119

266,081 < μ < 280,319

Jadi kekerasan rata-rata spesimen tanpa perlakuan panas berkisar antara

2,66081% sampai 2,8039% dengan tingkat keyakinan 95%

- Uji beda dua rata-rata

Untuk mengetahui ada tidaknya perbedaan kekerasan pada

spesimen tanpa perlakuan panas dan spesimen dengan perlakuan panas,

dilakukan uji beda dua rata-rata dengan uji standart t.

Hipotesis

H0 : μ1 = μ2

H1 : μ1 ≠ μ2

Digunakan pengujian dua arah dengan


A = 5% dan db = (n1-1) + (n2-1)

= (10-1) + (10-1) = 18

Maka nilai t tabel t (0,025:18) = ± 2,101

Perhitungan t hitung

t hitung =

X1−X 2

√ { (n1−1)∗δ12+(n2−1)∗δ2

2 }∗( 1n1

− 1n2

)

n1+n2−2

=

230,6−273,2

√ { (10−1)∗(0,56 )2+(10−1 )∗(3,15)2 }∗( 110

− 110

)

10+(10−2)

=

−42,6

√ {2,82+89,30}∗( 210

)

18

=

−42,6

√ 5,12∗210

= -4,22

Kedudukan t hitung pada kurva distribusi t adalah sebagai berikut :

Dari kurva uji t diketahui bahwa t hitung terletak di daerah tolak /

terima berarti terdapat perbedaan / tidak terdapat perbedaan yang nyata

antara rata-rata kekerasan spesimen tanpa perlakuan panas dan spesimen

dengan perlakuan panas.

- Analisa Varian Dua Arah

Tujuan :

Untuk mengetahui pengaruh variasi suhu pemanasan, waktu

holding dan kombinasi keduanya terhadap kekerasan spesimen


Hipotesis :

H01 : a1 = a2 (media tidak berpengaruh)

H11 : a1 ≠ a2 (media tidak berpengaruh)

H02 : β1 = β2 (heating tidak berpengaruh)

H12 : β1 ≠ β2 (heating tidak berpengaruh)

H03 : (aβ1) = (aβ2) (media dan heating tidak berpengaruh)

H13 : (aβ1) ≠ (aβ2) (media dan heating berpengaruh)

Perulangan (z) = 20

Banyaknya data = 20

Banyaknya data tiap kolom (U) = 10

Banyaknya data tiap baris (V) = 10

Banyaknya variasi holding (x) = 2

Banyaknya variasi heating (y) = 2

FAKTOR SUHU

KEROSENE

850 C⁰ 950 C⁰ ε

251 230 481

290 240 530

271 242 513

270 230 500

270 250 520

ε 1352 1192 2544

MINERAL

OLI

250 274 524

251 285 536

285 290 575

250 290 540

250 290 540

1286 1429 2715

ε 2638 2621 5259


FAKTOR MEDIA

FK=(εn)2

n

¿(5259)2

20 = 1.382.854.05

JKT = (a2 + b2 + c2 + ... + t2)

= {(251)2 + ( 290)2 + (271)2 + (270)2 + (270)2 +(230)2 + (240)2 +

(242)2 + (230)2

+(250)2+(250)2+(251)2+(285)2+(250)2+(250)2+(274)2+(285)2+(290)2+(290)2+(290)2}−¿

FK

= (63001 + 84100 + 73441 + 72900 + 72900 + 52900 + 57600 +

58564 + 52900 + 62500 + 62500 + 63001 + 81225 + 62500 +

62500 + 75076 + 81225 + 84100 + 84100 + 84100 ) – FK

= 1.391.133 – 1.382.854,05

= 8278,95

JKA = {¿¿ FK

= (2544)2+(2715)2

2∗5 - 1.382.854,05

= 6471936+7371225

10−1.382 .854,05

= 1.462,05

JKB = {¿¿ FK

= (2638)2+(2621)2

2∗5 - 1.382.854,05

= 6959044+6869041

10−1.382 .854,05

= 14,45

JKP = {¿¿ FK

= (1352)2+(1192)2+(1286)2+(1429)2

5 - 1.382.854,05

= 1.827 .904+1.420 .864+1.653 .796+2.042.041

10−1.382 .854,05


= 6.066,95

JKAB = JKP – JKA – JKB

= 6.066,95 – 1.462,05 – 14,45

= 4.590,45

JKG = JKT – JKA –JKB – JKAB

= 8.278,95 – 1.462,05 – 14,45 – 4.590,45

= 2,212

Keterangan :

FK = Frekuensi Kumulatif

JKT = Jangkauan Kuartil Tengah

JKA = Jangkauan Kuartil Atas

JKB = Jangkauan Kuartil Bawah

JKP = Jangkauan Kuartil

JKG = Jangkauan Kuartil Galat

F tabel dengan a = 5% ( a1, v1, v2 )

F1 tabel : v1 = (x-1) = 1

v2 = (x*y)*(z-1) = 4*4 = 16

F1 tabel : (5%, 1, 16 ) = 4,49

F2 tabel : (5%, 1,16 ) = 4,49

F3 tabel : v1 = (x-1)*(y-1) = 1

v2 = (x*y)*(z-1) = 4*4 = 16

F4 tabel : (5%, 1, 16) = 4,49

Tabel analisa varian

Sumber

KeragamanDb JK KT F Hitung

Pengaruh A media 1 1.462,05 δ 12=¿1.462,05/(2-1)

= 1.462,05

F1 = 1.462,05/138,25

= 10,5754

Pengaruh B

heating

1 14,45 δ 22=¿14,45/(2-1)

= 14,45

F2 = 14,45/138,25

= 0,10452

Pengaruh A*B

heating dan media

1 4.590,45 δ 32=¿4.590/(2-1)*(2-1)

= 4590

F3 = 4590/138,25

33,20072


Galat 1 2212 δ 2=¿ 2212/(2*2)*(5*1)

=138,25

- Analisis

F1 hitung < F1 tabel

F2 hitung > F2 tabel

F3 hitung < F3 tabel

1. F1 hitung > F1 tabel

10,5754 > 4,49

Keterangan =

Variasi media yang diberikan pada spesimen berpengaruh pada

kekerasan. Hal ini dikarenakan nilai dari F1 hitung yang muncul

lebih besar daripada nilai dari F1 tabel, maka didapatkan bahwa

variasi media berpengaruh pada kekerasan

2. F2 hitung < F2 tabel

0,10452 < 4,49

Keterangan :

Variasi heating yang dikenakan pada spesimen tidak berpengaruh

pada kekerasan. Hal ini dikarenakan nilai dari F2 hitung yang

muncul lebih kecil daripada nilai dari F2 tabel, sehingga didapatkan

bahwa variasi heating tidak berpengaruh pada kekerasan.

3. F3 hitung > F3 tabel

33,20072 > 4,49

Keterangan :

Variasi holding dan heating yang dikenakan pada spesimen

berpengaruh pada kekerasan. Hal ini dikarenakan nilai dari F3

hitung yang muncul lebih kecil daripada nilai dari F3 tabel, oleh

karena itu maka variasi holding dan heating yang diberikan

berpengaruh terhadap kekerasan.


2.5.2 Data Antar Kelompok

- Uji kekerasan

Hardening 850⁰C, 15 menit

No. Kekerasan (BHN)

1. 251

2. 290

3. 271

4. 270

5. 270

6. 274

7. 276

8. 280

9. 271


10. 279

ε 273,2

Tanpa perlakuan

No. Kekerasan (BHN)

1. 230

2. 230

3. 232

4. 230

5. 230

6. 235

7. 230

8. 229

9. 230

10. 230

ε 230,6

Stress relieving 400⁰C, 15 menit

No. Kekerasan (BHN)

1. 218

2. 220


3. 250

4. 252

5. 255

6. 259

7. 250

8. 250

9. 249

10. 251

ε 245,4

Martempering 500⁰C, 15 menit

No. Kekerasan (BHN)

1. 261

2. 260

3. 275

4. 269

5. 286

6. 286

7. 268

8. 290

9. 282

10. 280

ε 275,7


Normalizing 950⁰C 15 menit

No. Kekerasan (BHN)

1. 129

2. 198

3. 219

4. 271

5. 228

6. 265

7. 260

8. 261

9. 246

10. 241

ε 231,8

Tabel data spesimen dengan berbagai perlakuan panas

No. Perlakuan Kekerasan (BHN)

1. Martempering 275,7

2. Hardening 273,2

3. Stress Relieving 245,4

4. Normalizing 231,8

5. Tanpa Perlakuan 230,6


Diagram data spesimen dengan berbagai perlakuan panas

Martempering

Hardening Stress Relieving

Normalizing Tanpa Perlakuan

0

50

100

150

200

250

300275.7

273.2

245.4231.8 230.6

PERLAKUAN

KE

KE

RA

SA

N (

BH

N )

2.6 Pembahasan

2.6.1 Data Kelompok

Pemberian perlakuan panas pada spesimen dapat merubah sifat mekanik

suatu spesimen. Spesien tanpa perlakuan panas memiliki sifat kekerasan

yang berbeda dengan spesimen yang mendapatkan perlakuan panas,

tergantung dari perlakuan panas yang diberikan.

Pada pengujian ini kelompok kami menggunakan baja jenis XW-5 yang

diberi perlakuan hardening 850 C/ 15 menit dan didapatkan nilai kekerasan⁰


rata-ratanya 273,2 BHN. Dari perhitungan yang dilakukan menggunakan

rumus interval-interval penduga spesimen diperoleh bahwa nilai kekerasan

dari spesimen kami tersebut berkisar antara 266,081-280,319 dengan tingkat

keyakinan 95%.

Dari hasil ini dapat diketahui bahwa nilai kekerasan baja dengan

perlakuan panas lebih besar daripada baja tanpa perlakuan panas. Hal ini

disebabkan karena pada proses hardening ukuran butiran dari baja akan

menjadi lebih kecil dan menyebabkan batas butirnya banyak. Hal ini

menyebabkan hambatan slip menjadi besar dan kekerasannya akan

bertambah. Selain itu juga memiliki butiran yang homogen sehingga

kekerasannya bertambah.

Pada analisa varian dua arah dengan menganalisis fakor media yang

diperoleh bahwa nilai kekerasannya yang berbeda pada media yang berbeda.

Hal ini disebabkan karena media pendingin dapat mempengaruhi tingkat

kekerasan yang dikernakan pada spesimen. Selain media, temperatur juga

dibandingkan dalam analisa varian dua arah. Temperatur yang dianalisis

adalah 950 C. Dari analisa varian dua arah terdapat perbedaan nilai⁰

kekerasan pada spesimen yang dipanaskan pada suhu 850 C dan 950 C.⁰ ⁰

Perbedaa tersebut terjadi karena semakin tinggi temperatur pemanasan

benda maka nilai kekerasan yang dihasilkan semakin besar. Karena struktur

butiran yang ada di dalam material terebut menjadi homogen dan butiran-

butiran tersebut menjadi banyak sehingga kemungkinan untuk terjadi slip

adalah kecil.

2.6.2 Data Antar Kelompok

Dari garfik dapat diketahui secara analisis hubungan nilai kekerasan

dengan berbagai perlakuan panas, spesimen yang memiliki nilai kekerasan

dari yang tinggi sampai terendah berturut-turut adalah martempering pada

suhu 500 C selama 15 menit, hardening 850 C selma 15 menit, stress⁰ ⁰

relieving 400 C selama 15 menit, normalizing 950 C selama 15 menit dan⁰ ⁰

yang terakhir adalah data tanpa perlakuan.


Martempering memiliki nilai kekerasan sebesar 275,7 BHN.

Martempering setelah mengalami pendinginan dan melewati fase martensite

diholding kemudian dipanaskan mencapai suhu eutectoid kemudian

diholding kembali dan didinginkan. Karena adanya proses pendinginan dan

holding berulang-ulang maka menyebabkan berkurangnya distorsi sehingga

melunakkan bahan.

Hardening memiliki nilai kekerasan sebesar 273,2 BHN. Nilai kekerasan

ini didapat dari suhu pemanasan tepat dibawah temperatur rekristalisasi.

Pemanasan ini biasa digunakan untuk mengurangi tegangan sisa yang ada

pada material awal dengan tidak mengubah strukturnya.

Normalizing memiliki nilai kekerasan sebesar 231,8 BHN. Hal ini

disebabkan proses pendinginan normalizing yang lambat dengan media

pendinginnya yaitu udara luar yang menghasilkan butiran yang lebih besar.

Normalizing juga digunakan untuk mengurangi tegangan sisa sehingga

mengurangi nilai kekerasan dengan mengubah struktur dari suatu material.

Dan data tanpa perlakuan berada di urutan paling akhir dalam urutan nilai

kekerasan dari yang tertinggi sampai terendah. Nilai kekerasannya adalah

230,6 BHN. Dalam data tanpa perlakuan ini, material tidak mengalami

perlakuan apapun.

Pada penjelasan diatas banyak sekali terjadi penyimpangan. Secara

teoritis urutan nilai kekerasan dari yang tertinggi sampai terendah adalah

hardening, martempering, tanpa perlakuan, stress relieving, dan

normalizing. Penyimpangan pertama terjadi pada hardening, hardening

seharusnya berada pada urutan pertama atau tertinggi dalam nilai kekerasan,

hal ini disebabkan karena pada waktu pendinginan telah tercampur dengan

udara luar yang mengakibatkan pendinginan menjadi lambat padahal

hardening, membutuhkan pendinginan yang sangat cepat untuk memperoleh

nilai kekerasan yang maksimal. Sebab yang kedua adalah pada saat uji

kekerasan ada beberapa titik sampel yang diuji adalah terdapat cacat jadi

dapat mengurangi nilai kekerasan material tersebut. Pada martempering

terjadi penyusunan kembali posisi butiran pada saat pemanasan, akibat hal


ini ikatan antar butiran semakin kuat dan mengakibatkan nilai kekerasan dan

martempering bertambah.

Pada penyimpangan yang kedua adalah tanpa perlakuan yang seharusnya

berada sebelum stress relieving dan normalizing, penympangan ini terjadi

karena pada proses stress relieving dan normalizing, ikatan antar butirannya

semakin kuat dikarenakan butiran-butiran yang terdapat didalam material

tersebut saling berdekatan sehingga gaya tarik menarik antar butiran

menjadi kuat dan dapat menambah nilai kekerasan dari material tersebut.

2.7 Kesimpulan dan Saran

2.7.1 Kesimpulan

1. Kandungan unsur paduan berpengaruh pada kekerasan logam. Hal ini

terlihat dari pergeseran titik eutectoid

2. Butiran yang homogen dapat meningkatkan nilai kekerasan dikarenakan

ikatan antar butirannya semakin kuat dan kecil kemungkinan untuk

terjadinya hambatan slip antara butiran.

3. Kekerasan suatu material dipengaruhi oleh :

a. Kandungan unsur paduan, hal ini terlihat dari pergeseran titik eutectoid

b. Perlakuan panas yang diberikan kepada material tersebut

c. Struktur butiran, semakin besar bentuk butirnya maka material tersebut

semakin kuat karena tidak terjadi slip diantara butiran tersebut

d. Secara ideal menurut teoritis, urutan nilai kekerasan yang tertinggi

sampai terendah adalah hardening, martempering, tanpa perlakuan,

stress relieving, dan normalizing. Namun dalam pengujian kali ini

terdapat penyimpangan yang menyebabkan urutan nilai kekerasan

tidak sesuai dengan teori yaitu martempering, hardening, stress

relieving, normalizing, dan tanpa perlakuan. Hal ini terjadi karena

terdapat beberapa faktor :

1. Pada waktu pengujian kekerasan, titik yang dijadikan sampel

terdapat cacat ataupun goresan sehingga dapat mengurangi nilai

kekerasan


2. Karena adanya udara dari luar yang mengakibatkan terjadinya

pendinginan lambat dan hal ini dapat mengurangi nilai kekerasan

3. Posisi butiran, semakin teratur posisi butiran suatu material maka

ikatan yang ditimbulkan oleh antar butiran akan semakin kuat dan

hal ini dapat menambah nilai kekerasan suatu material.

2.7.2 Saran

1. Praktikan lebih teliti dan berhati-hati dalam menghaluskan permukaan

benda kerjanya agar didapatkan niai kekerasan yang maksimal nantinya

dalam praktikum pengujian bahan sekaligus

2. Pada waktu asistensi, untuk pendalaman teori harap diperbanyak atau

diperdalam

3. Untuk laboratorium, agar segera mengganti alat-alat yang sudah tidak

berfungsi agar dapat menunjang kelancaran praktikum nantinya

4. Koordinasi antar anggota kelompok selalu diutamakan, karena pada

praktikum kali ini sangat membutuhkan kerjasama antar anggota

kelompok yang baik

5. Sebaiknya praktikan diberikan kesempatan untuk melakukan uji

mikrostruktur agar praktikan paham cara mengoperasikan alat

mikrostruktur logam

6. Pada saat penggosokan di centrifugal sand paper machine harus searah

materialnya agar didapatkan hasil yang baik

7. Dalam pemberian materi, suara asisten diharapkan agar dikencangkan

agar jelas materi yang disampaikan oleh asistennya.


Documents

Bab II Kekerasan Dan Mikrostruktur