ISSN 0852-4777 UJI KEKERASAN

PENGARUH V ARIASI BEBAN INDENTOR MICRO HARDNESSTESTER TERHADAP AKURASI DATA UJI KEKERASAN MATERIAL

Hadijaya DahlanAbstrak

Telah dilakukan percobaan pengujian kekerasan terhadap beberapa material untuk menentukanbesaran beban identor ideal yang diizinkan pada pemakaian Blat uji kekerasan model Leitz MicroHardness. Penentuan besaran beban ideal penting dilakukan agar diperoleh data uji kekerasanmaterial yang akurat. Percobaan dilakukan terhadap material struktur elemen bakar nuklir antara lainlogam paduan AIMg2, Stainless Steel (SS) tipe 304 dan Steel Standard dengan variasi beban 10p,15p, 25p, 50p, 100p, 200p, 300p dan 500p. Oi antara kedelapan variasi beban indentasi tersebuthanya satu besaran saja yang dapat ditoleransi sebagai beban ideal, sedangkan beban lainnyamenghasilkan data kekerasan dengan penyimpangan yang cukup tajam. Hasil percobaan padamasing-masing material menunjukkan nilai kekerasan sebesar 43.68 HVN untuk AIMg2 denganbesaran beban ideal 300p; 225.2 HVN untuk SS-;304 dengan besaran beban ideal 50p dan 589.6HVN untuk Steel Standard dengan besaran beban ideal 1 OOp.

PENDAHULUAN Pada percobaan yang dilakukan, ruanglingkup pengujian hanya dibatasi pada jenis ujikekerasan indentasi menggunakan alat modelLeitz Micro Hardness. Perbedaan kekerasandapat diketahui dari bentuk indentor yangditekankan pad a permukaan material. Alatpenguji kekerasan ini memakai indentorberbentuk piramid yang membuat jejakan pad amaterial dengan pembebanan tertentu. Masapenjejakan berlangsung 30 detik dan dapatmenghasilkan ketelitian antara 2-3 J.1m.Panjang diagonal jejakan yang diukur pad aarah horisontal ditandai sebagai d-1 danpanjang diagonal jejakan pada arah vertikalditandai sebagai d-2, lalu dihitung d-reratasebagai panjang diagonal jejakan. Nilaikekerasan material uji dicari pada tabel yangtersedia dengan memproyeksikan d-rerataserta bobot beban yang digunakan atau dapatdihitung berdasarkan rumus Vickers[2j sebagaiberikut :

Kekerasan merupakan ukuran ketahananmaterial terhadap deformasi tekan. Deformasiyang terjadi dapat berupa kombinasi perilakuelastis dan plastis. Pad a permukaan dari duakomponen yang saling bersinggungan danbergerak satu terhadap lainnya akan terjadideformasi elastis maupun plastis[1J. Deformasielastis kemungkinan terjadi pad a permukaanyang keras, sedangkan deformasi plastisterjadi pad a permukaan yang lebih lunak. Efekdeformasi tergantung pada kekerasanpermukaan material.

Ada beberapa cara pengukurankekerasan yang cukup dikenal dalam litbangmaterial di antaranya adalah uji kekerasangores, uji kekerasan pantul (dinamis) dan ujikekerasan indentasi. Uji kekerasan gorestergantung pada kemampuan gores materialyang satu terhadap material lainnya. Ujikekerasan pantul mencakup deformasidinamis dari permukaan material yangdinyatakan dalam jumlah energi impak yangdiserap permukaan logam pada saat bendapenekan jatuh. Uji kekerasan indentasi berupapenjejakan oleh sebuah indentor yang kerasditekankan ke permukaan logam yang diuji.

189xFx103d2

HVN= (1)

HVN = nilai kekerasan vicker'sF = beban tumbuk dalam Newton (N)d = panjang diagonal jejakan dalam /-lm

URANIA No.23-24rrhn VI/Juli -Oktober2000 51

HADIJA Y A DAHLAN Pengaruh Variasi Behan Indentor Micro Hardness TesterTerhadap Akurasi Data Uji Kekerasan Material

Nilai kekerasan berkaitan dengankekuatan luluh atau tarik logam. Hal inidisebabkan selama indentasi (penjejakan)logam mengalami deformasi sehingga terjadiregangan dengan persentase tertentu. Nilaikekerasan Vickers didefinisikan sarna denganbeban dibagi luas jejak piramida (indentor)dalam kg/mm2 dan besarnya kurang lebih tigakali besar tegangan luluh untuk logam-logamyang tidak mengalami pengerjaan pengerasan.

Dalam menguji kekerasan suatu material"operator Leitz Micro Hardness Tester biasanyamemilih satu di antara sejumlah bebanindentasi (5p, 10p, 15p, 25p, 50p, 100p, 200p,300p atau 500p). Tentu saja ada alasan yangperlu diungkap berkaitan dengan pemilihansatu dari sejumlah beban tersebut. Kesalahanpemilihan beban akan berdampak pad aketidakakurasian data kekerasan suatumaterial dan selanjutnya menimbulkan salahinterpretasi terhadap sifat material yang diuji.Fenomena demikian tentu saja sangat tidakdiharapkan.

PersiaDan material stell standard:

Material stell standard adalah suatu jenisbaja dengan kekerasan 601 HVN sebagaistandard uji kelaikan alat yang ditetapkan olehpabrik pembuat Leitz Micro Hardness Tester(nomor MP. A. 37056.189). Sebelum di-indentasi, material standard berbentuk segitigaini di-poles hingga mengkilap seperti cermin.

PersiaDan material Delat AIMa2 dan SS-304 :

Material pelat AIMg2 maupun pelat SS-304 dipotong dengan alat Acuttom sehinggadiperoleh cuplikan berukuran 1 cm x 1 cm.Cuplikan tersebut dicuci dengan alkohol dandikeringkan kemudian ditanam dalam resin (di-mounting). Selanjutnya dilakukan grindingmenggunakan kertas ampelas ukuran kasardan halus (grid 320 sampai grid 1200), lalu di-poles hingga mengkilap seperti cermin dansiap untuk diindentasi.Pelaksanaan Dengu)ian [4) :

1. Power supply dihubungkan keinstrumen.

Percobaan ini dilakukan dengan tujuanuntuk mengetahui dan mempelajari teknikpemilihan beban ideal pad a indentor dari LeitzMicro Hardness Tester sehingga pelaksanaanuji kekerasan diharapkan dapat menghasilkandata kekerasan yang akurat dan dapatdipertanggungjawabkan.

2,

3,

Pembangkit beban dihidupkan melaluitombol (14) den intensitas cahaya diaturmelalui tombol (16). Lampu hijau (6)menyala, instrumen siap dioperasikan(Iihat Gambar 1).Level air (10 a) diperiksa apakah beradapad a posisi yang tepat. Jika belum tepat,posisinya diatur dengan memutar naik-turun kaki-kaki instrumen.TATA KERJA

Bahan 4.Bahan yang digunakan terdiri dari MaterialSteel Standard dan Material struktur elemenbaka;- nuklir (pelat AIMg2 dan pelat 55-304)serta bahan untuk keperluan preparasicuplikan seperti Diamond paste (Struers),Grinding paper dan Polishing wool.

5.

Satu be ban pemberat yang dikehendaki(10po 15p atau 25p, dst) ditempatkan.Sam pel (material) yang akan diujiditempatkan pad a landasannya.

6. Mikroskop difokuskan melalui pengaturkasar (23).

7. Area penjejakan pad a sam pel ditentukandengan memutar spindel mikrometer(13).

Alat

1 Mesin Pemotong logam tipe Acuttom

Mesin Grinder Polisher2 8. Pemfokusan diulangi melalui pengaturkasar (23).3 Alat Uji Kekerasan

Hardness Testertipe Leitz Micro

52 URANIA No.23-24/Thn VI/Juli-Oktober 2000

HADIJA Y A DAHLAN Pengaruh Variasi Beban Indentor Micro Hardness TesterTerhadap Akurasi Data Uji Kekerasan Material

9. penjejak atau diamond diarahkan pad aposisi penjejakan dengan memutar grip(7) kearah kiri.

10. Penjejak diturunkan dengan menekanujung kabel (8) secara full laludilepaskan. Penjejak akan turun menujuobjek (material uji) dengan indikasi lampumerah menyala.

Setelah 15 detik berlalu, penjejakanberakhir dengan indikasi lampu kuningmenyala.

Gambar -2. Skala pengukuran diagonaljejakan, d = 87.5 ~m.

14. Pandangan mata dipusatkan pad a garisintersection (sebagai contoh 80 Ilm, lihat

..-

Gambar 2) dan garis vertikal denganmengatur area sam pel terjejak danmemutar pengatur halus (4 & 5).

15. Skala pada lensa di-nolkan denganmemutar skrup (3) sampai tepat garisnolo

16. Diagonal jejakan diukur denganmenggerakkan skrup (3) mulai dari garisnol sampai pad a batas akhir diagonal.

17. Diameter jejakan akan terbaca, dalam halini, d-1 sebagai diameter jejakan arahhorisontal, dan d-2 sebagai diameterjejakan arah vertikal. d-1 dan d-2 dijum-lahkan lalu dibagi 2 sehingga diperolehharga d-rerata. Untuk menghitung nilaikekerasan (HVN) secara cepat, tabelyang tersedia dapat digunakan.

18. Setelah proses uji kekerasan berakhir,instrumen dimatikan dengan menariktombol (14) dan kabel yang berhubungandengan sumber daya listrik dilepaskan.Gambar -1. Alat uji kekerasan tipe Leitz

Microhardness Tester.19. Beban pemberat yang telah digunakan

diturunkan dan disimpan kedalam box.12.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Keras-lunak permukaan material logamdi setiap lokasi penjejakan akan berbeda-bedakarena faktor kehalusan permukaan, porositas,jenis perlakuan, dan perbedaan unsur-unsurpaduano Diagonal jejakan (d) yang lebih

Penjejak dinaikkan dengan memutarknurled (18) searah jarum jam denganindikasi lampu kuning padam, lampuhijau kembali menyala.Lensa objektif (10) diarahkan untukmengukur diameter jejakan denganmenarik grip (7) ke kanan.

13.

HADIJA Y A DAHLAN Pengaruh Variasi Behan Indentor Micro Hardness TesterTerhadap Akurasi Data Uji Kekerasan Material

panjang pad a suatu material uji memberikanpengertian bahwa nilai kekerasan materialrendah, sebaliknya diagonal jejakan yang lebihpendek memberikan pengertian bahwa nilaikekerasan material tinggi. Makin besar beban,diagonal indentasi (d) makin besar pula. Oi sisilain makin besar diagonal indentasi, nilaikekerasan makin rendah. Hal ini tentu sajaterkait dengan ketahanan material terhadapdeformasi yang dilakukan indentor.

nilai kekerasan yang tercantum pada labelmaterial standard. Kalau data hasil ujikekerasan pada Tabel-1 diperhatikan, test-4terdapat nilai kekerasan tertinggi mencapai606 HVN yang berarti sedikit diatas nilaikekerasan yang tercantum pad a label materialstandard. Nilai kekerasan material standardsecara keseluruhan mulai pembebanan 10p-500p yang paling mendekati nilai rata-ratalabel material standard adalah 589.6 HVN(pembebanan 1 OOp). Sehingga dapatdipahami bahwa beban 100p merupakanbeban ideal, karena indentasi dengan bebantersebut mampu menghasilkan nilai kekerasandengan akurasi yang sangat deKat dengankarakteristik instrumentasi tersebut, sedang-kan penggunaan beban lainnya memberikanindikasi adanya penyimpangan yang dapatmenyesatkan.

Hasil pengujian seperti terlampir padaTabel 1, 2 dan 3. Tabel 1 menyajikan datadiagonal indentasi (panjang jejakan) dan nilaikekerasan standar material Steel. Tabel-2menyajikan data diagonal indentasi dan nilaikekerasan material AIMg2. Tabel-3 menyajikandata diagonal indentasi dan nilai kekerasanmaterial SS-304. Masing-masing materialtersebut diindentasi sebanyak 5 (lima) kali.Grafik nilai kekerasan rata-rata versus bebanindentasi dari ketiga jenis material uji tersebutdapat dilihat pada gambar 3, 4, dan 5.

Berdasarkan pengujian yang dilakukanpada material standard. maka karakteristikinstrumentasi Hardness Tester dapatdiketahui. Dalam menguji kekerasan suatumaterial, beban indentor yang dianggap idealadalah satu beban yang mampu menghasilkannilai kekerasan lebih tinggi dari nilai kekerasanyang dihasilkan dari penggunaan bebanlainnya. Melalui grafik yang tertuang pad aGambar 3, 4 dan 5 dapat dilihat bahwa puncakkekerasan mencapai 589.6 HVN untuk SteelStandard dengan besaran beban ideal 100p,43.68 HVN untuk AIMg2 dengan besaranbeban ideal 300p dan 225.2 HVN untuk SS-304 dengan besaran beban ideal 50p. Bebanideal yang terpilih ini disebut sebagai bebanideal karena dapat menghasilkan nilaikekerasan dengan akurasi yang baik.

Data pengujian secara keseluruhanterhadap tiga jenis material seperti yang telahdigambarkan dalam bentuk grafik memperli-hatkan adanya kecenderungan bahwa padapembebanan 10p sampai 100p, nilaikekerasan material mengalami kenaikan cukupdrastis akan tetapi pad a pengujian materialSS-304 puncak nilai kekerasan hanya sampai225.2 HVN-beban SOp, sedangkan puncaknilai kekerasan material Steel Standard 589.6HVN-beban 100p dan AIMg2 43.68 HVN-beban 300p. Perbedaan nilai kekerasanmaterial ternyata dipengaruhi oleh karakteristikmaterial uji dan karakteristik alat uji.

Material steel standard adalah suatujenis baja dengan label kekerasan 601 HVNsebagai standard uji kelaikan alat yangditetapkan oleh pabrik pembuat Leitz MicroHardness Tester dengan nomor MP. A.37056.189. Kegunaan material standardadalah untuk mengetahui karakteristikinstrumentasi tersebut atau sebagai materialkalibrasi[S]. Pada pengujian material standarddiperoleh tingkat kekerasan rata-ratamencapai 589.6 HVN, sedikit lebih rendah dari

KESIMPULAN

Dalam menguji kekerasan suatu materialbeban indentor yang dianggap ideal adalahsatu beban yang mampu menghasilkan nilaikekerasan lebih tinggi dari nilai kekerasanyang dihasilkan dari penggunaan bebanlainnya. Percobaan pemilihan beban idealseyogyanya dilakukan setiap akan mengujikekerasan material baru sebagai tindakanpreventif agar tidak mengalami kesalahan

54 URANIA No.23-24/Thn VI/Juli-Oktober 2000

HADIJA Y A DAHLAN Pengaruh Variasi Beban Indentor Micro Hardness TesterTerhadap Akurasi Data Uji Kekerasan Material

dalam pengumpulan data uji. Akurasi data jugasangat dipengaruhi oleh kemampuan matadalam membaca diagonal indentasi terutamadalam hal menetapkan angka-angka dibelakang koma. Oi sam ping itu, selamapengamatan dan pengukuran diagonal

'.

indentasi disarankan lampu ruang lab yangberada tepat diatas micro hardness sebaiknyadipadamkan karena pancaran cahaya lampuakan membias pad a bagian eye-pieceinstrumen sehingga mengganggu kecermatanmata dalam melakukan pengukuran. Selain itu,penempatan beban harus mantap, agar ketikaindentor turun menuju objek tidak labil danjejakan yang diperoleh lebih terformat denganbaik (sempurna). Perlu diketahui pula bahwakerja indentor dapat terganggu oleh getaran-getaran pad a meja instrumen.

Gambar 3

DAFTAR PUSTAKA

E.J., BRADBURY "Dasar Metalurgi UntukRekayasawan", PT. Gramedia PustakaUtama, Jakarta, 1991, halaman 94.

2

3.

Gambar 44,

ANONIM, "Leitz Miniload 2 Micro Hard-ness Tester for Vickers-Knoop andScratch Hardness", Ernst Leitz WetzlarCanada Ltd, Midland Ontario, 1979, p.11.R.E.,SMALLMAN, "Metalurgi Fisik

.

Modern", PT. Gramedia Pustaka Utama,Jakarta, 1991, halo 85.HADIJA Y A, "Petunjuk Operasi LeitzHardness Tester", Bidang Bahan Strukturdan Pendukung PEBN-BATAN, 1992,dokumen No. EBN.2/002/92, halo 3.HOWARD E. BOYER, Hardness Testing,ASM International, Metal Park, OH44037, USA, 1987, page 73.

5.

Penulis adalah

Pejabat Fungsional Litkayasa danStat Bldang Teknologi Bahan Bakar

Reaktor Riset, P2TBDU, BAT AN

Gambar 5

Moh. Zen

2: Kembali ke Jurnal