I. PENDAHULUAN

A.  Latar Belakang

Kekerasan  merupakan sifat alami dari suatu loga atau  material. Salah satu proses yang

mempengaruhi kekerasan suatu material yang diuji adalah proses heat treatment. Kekerasan

memiliki arti yang berbeda sesuai dengan bidang pemakaiannya. Pada pengujian logam

kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan suatu logam terhadap indentasi (penekanan)

sedangkan didalam  mineralogi kekerasan merupakan ketahan suatu mineral terhadap goresan

dengan menggunakan standar kekerasan mohs.

Pemilihan logam yang akan digunakan untuk aplikasi ketahanan gesekan (wear resistence) harus

mempertimbangkan sifat kekerasan logam tersebut. Hubungan kekerasan sebanding dengan

kekuatan logam dimana kekerasan suatu logam akan meningkat maka kekutan logam tersebut

juga cendrung meningkat, namun nilai kekerasan ini berbanding terrbalik dengan keuletan dari

logam.  Dengan demikian, bahan benda kerja yang baik dan berkualitas tidak hanya ditentukan

oleh keras atau lunaknya bahan tersebut, tetapi sangat banyak ditentukan oleh ketepatan memilih

bahan sesuai besarnya pembebanan yang diberikan. Dengan pemilihan bahan yang tepat, akan

diperoleh tingkat efisiensi yang tinggi dan dijamin kuat untuk menerima beban.

Pentingnya sifat kekerasan dalam pemilihan material logam untuk peralatan teknik seperti untuk

komponen  mesin yang mengalami gesekan,Maka penting untuk melakukan praktikum ini untuk

memahami seta mempelajari lebih lanjut bagaimana proses pengukuran kekerasan logam

khususnya material baja dengan menggunakan mesin uji kekerasan Rockwell dan Brinell.

B.  Tujuan Percobaan

1.      Untuk memudahkan dalam pemilihan material logam dalam pembuatan peralatan teknik

2.      Untuk mengetahui nilai kekerasan suatu material.

II. KAJIAN PUSTAKA

A.    Kekerasan (Hardness) adalah salah satu sifat mekanik (Mechanical properties) dari suatu

material. Kekerasan suatu material harus diketahui khususnya untuk material yang dalam

penggunaanya akan mangalami pergesekan (frictional force) dan deformasi plastis.

Rockwell (HR / RHN)

Pengujian kekerasan dengan metode Rockwell bertujuan menentukan kekerasan suatu material

dalam bentuk daya tahan material terhadap indentor berupa bola baja ataupun kerucut intan yang

ditekankan pada permukaan material uji tersebut.

Gambar. 2.1

Pada gambar 2, yaitu pada langkah 1 benda uji ditekan oleh indentor dengan beban minor (Minor

Load F0) setelah itu ditekan dengan beban mayor (major Load F1) pada langkah  2, dan pada

langkah 3 beban mayor diambil sehingga yang tersisa adalah minor load dimana pada kondisi 3

ini indentor ditahan seperti kondisi pada saat total load F yang terlihat pada Gambar 2.

Gambar. 2.2

Dibawah ini adalah rumus yang diberika pada uji kekerasan,Rumusk mencari Rockwell dan

Brinell ini untuRumusnya adalah sebagai berikut :

HR = E – e...................................................(1)

Dibawah ini adalah arti dari rumus diatas,bisa dilihat sebagai berikut :

F0        = Beban Minor(Minor Load) (kgf)

F1        = Beban Mayor(Major Load) (kgf)

F          = Total beban (kgf)

E          = Jarak antara kondisi 1 & kondisi 3 yang dibagi dengan  0.002 mm

E          = Jarak antara indentor saat diberi minor load dan zero reference line

HR      = Besarnya nilai kekerasan dengan metode hardness

(anonim,2013)

Tabel.1 Rockwell Hardness Scales

Scale IndentorF0

(kgf)

F1

(kgf)

F

(kgf)E

Jenis Material Uji

A Diamond cone 10 50 60 100 Exremely hard materials,

tugsen carbides, dll

B 1/16" steel ball 10 90 100 130 Medium hard materials, low

dan medium carbon steels,

kuningan, perunggu, dll

C Diamond cone 10 140 150 100 Hardened steels, hardened and

tempered alloys

D Diamond cone 10 90 100 100 Annealed kuningan dan

tembaga

E 1/8" steel ball 10 90 100 130 Berrylium copper,phosphor

bronze, dll

F 1/16" steel ball 10 50 60 130 Alumunium sheet

G 1/16" steel ball 10 140 150 130 Cast iron, alumunium alloys

H 1/8" steel ball 10 50 60 130 Plastik dan soft metals seperti

timah

K 1/8" steel ball 10 140 150 130 Sama dengan H scale

L 1/4" steel ball 10 50 60 130 Sama dengan H scale

M 1/4" steel ball 10 90 100 130 Sama dengan H scale

P 1/4" steel ball 10 140 150 130 Sama dengan H scale

R 1/2" steel ball 10 50 60 130 Sama dengan H scale

S 1/2" steel ball 10 90 100 130 Sama dengan H scale

V 1/2" steel ball 10 140 150 130 Sama dengan H scale

(anonim,2013)

Brinnel (HB / BHN)

Pengujian kekerasan dengan metode Brinnel bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu

material dalam bentuk daya tahan material terhadap bola baja (identor) yang ditekankan pada

permukaan material uji tersebut (spesimen).

Pengujian kekerasan brinell dirumuskan sebagai berikut :

................................(2)

Dibawah ini adalah keterangan dari rumus diatas,bisa dilihat sebagai berikut :

D         = Diameter bola (mm)

d          = impression diameter (mm)

F          = Load (beban) (kgf)

HB      = Brinell result (HB)

Gambar. 2.3 Pengujian Brinell

Gambar. 2.4 Perumusan untuk pengujian Brinell

(anonim,2013)

B.     Kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan suatu material terhadap indentasi /

penetrasi.Beberapa definisi kekerasan antara lain :

1.      Energi yang diserap pada beban Impact (Kekerasan Pantul)

2.      Ketahanan terhadap goresan (Kekerasan Goresan)

3.      Ketahanan terhadap abrasi (Kekerasan Abrasi)

4.      Ketahan terhadap pemotongan / pengeboran (Mampu Mesin)

C.    Pengujian Kekerasan Rockwell

Indentor terbuat dari baja yang diperkeras berbentuk bola dan selain itu ada juga yang berbentuk

kerucut intan lihat gambar. Indentor bola mempunyai ukuran diameter masing-masing 1,588,

3,175, 6,350 dan 12,70 mm. Sedangkan beban yang tersedia adalah 10, 60, 100 dan 150 kg.

 

                                         (a)                                              (b)

Gambar. 2.5 entuk indentor rockwell (a) dari samping (b) dari atas

Dibawah ini adalah skala kekerasan Rockwell,berikut skalanya :

Tabel. 2 Skala Kekerasan Rockwell

Skala kekerasan  Rockwell

(Callister, 2001)

Penyimpangan pada pengujian ini  muncul bila spesimen uji terlalu tipis atau indentor terlalu

dekat dengan tepi spesimen. Ketebalan spesimen paling tidak 10 kali dari kedalan injak indentor

dan jarak antar tempat penekanan paling tidak 3 kali dari diameter injak indentor.

D.    Pengujian kekerasan Brinell

Pengujian kekerasan Brinell menggunakan penumbuk (penetrator) yang terbuat dari bola baja

yang diperkeras (atau tungsten carbide). Selama pembebanan, beban ditahan 10 sampai 30 detik.

Pemilihan beban tergantung dari kekerasan material, semakin keras material maka beban yang

diterapkan juga semakin besar.

Gambar. 2.6 Bentuk indentor Brinell

(blog.unsri.ac.id,2011)

E.     Kekerasan

suatu material dapat didefinisikan sebagai ketahanan material tersebut terhadap gaya penekanan

dari material lain yang lebih keras. Penekanan tersebut dapat berupa mekanisme penggoresan

(scratching) .Ada 3 metode,antaranya :

1.      Metode gores

Metode ini tidak banyak lagi digunakan dalam dunia metalurgi dan material lanjut, tetapi masih

sering dipakai dalam dunia mineralogi. Skala ini bervariasi dari nilai 1 untuk kekerasan yang

paling rendah, sebagaimana dimiliki oleh material talk, hingga skala 10 sebagai nilai kekerasan

tertinggi, sebagaimana dimiliki oleh intan.

2.      Metode elastik/pantul

(rebound) Dengan metode ini, kekerasan suatu material ditentukan oleh alat Scleroscope yang

mengukur tinggi pantulan suatu pemukul (hammer) dengan berat tertentu yang dijatuhkan dari

suatu ketinggian terhadap permukaan benda uji.

3.      Metode Indentasi

Tipe pengetesan kekerasan material/logam ini adalah dengan mengukur tahanan plastis dari

permukaan suatu material komponen konstruksi mesin dengan speciment standar terhadap

“penetrator”

(anonim,2013)

Adapun beberapa bentuk penetrator atau cara pegetesan ketahanan permukaan yang akan kita

gunakan adalah :

1.      Ball indentation test (Brinel)

Pengujian kekerasan dengan metode Brinnel bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu

material dalam bentuk daya tahan material terhadap bola baja (identor) yang ditekankan pada

permukaan material uji tersebut (speciment). Angka Kekerasan Brinnel (HB) didefinisikan

sebagai hasil bagi (Koefisien) dari beban uji (F) dalam Newton yang dikalikan dengan angka

faktor 0,102 dan luas permukaan bekas luka tekan (injakan) bola baja (A) dalam milimeter

persegi.

Diameter bola dengan gaya yang di berikan mempunyai ketentuan,Diameter bola dapat dibagi

menjadi 2,antara lain sebagai berikut :

1. Jika diameter bola terlalu besar dan gaya yang di berikan terlalu kecil maka akan

mengakibat kan bekas lekukan yang terjadi akan terlalu kecil dan mengakibat kan sukar

diukur sehingga memberikan informasi yang salah.

2. Jika diameter bola terlalu kecil dan gaya yang di berikan terlalu besar makan dapat

mengakibat kan diameter bola pada benda yang di uji besar (amblas nya bola)sehingga

mengakibat kan harga kekerasan nya menjadi salah

Pada pengujian brinnel akan dipengaruhi oleh beberapa factor,Faktor yang mempengaruhi dibagi

menjadi 3, Antara lain sebagai berikut :

1.       Kehalusan permukaan.

2.       Letak benda uji pada identor.

3.     Adanya pengotor pada permukaan.

2.      Rockwell

merupakan metode yang paling umum digunakan karena simple dan tidak menghendaki keahlian

khusus. Digunakan kombinasi variasi indenter dan beban untuk bahan metal dan campuran mulai

dari bahan lunak sampai keras.

Berdasarkan besar beban minor dan major, uji kekerasan rockwell dibedakan atas 2 macam

yaitu:

1. rockwell

2. rockwell superficial untuk bahan tipis

Uji kekerasan rockwell :

1.      beban minor : 10 kg

2.      beban major : 60, 100, 150 kg

Uji kekerasan rockwell superficial :

1.      beban minor    :   3 kg

2.      beban major   :   15, 30, 45,  kg

Dibawah ini adalah skala kekerasan,bisa dilihat sebagai berikut :

Tabel. 3 Skala Kekerasan

SIMBOL INDENTER BEBAN MAJOR (KG)

A Intan 60

B Bola 1/16 inch 100

C Intan 150

D Intan 100

E Bola 1/8 inch 100

F Bola 1/16 inch 60

G Bola 1/16 inch 150

H Bola 1/8inch 60

K Bola 1/8 inch 150

(anonim,2012)

Skala yang umum dipakai dalam pengujian Rockwell adalah :

1.      HRa (Untuk material yang sangat keras).

2.      HRb (Untuk material yang lunak). Identor berupa bola baja dengan diameter 1/16 Inchi dan

beban uji 100 Kgf.

3.      HRc (Untuk material dengan kekerasan sedang). Identor berupa Kerucut intan dengan sudut

puncak.

F.     Jurnal Pengujian Kekerasan

Pada umumnya, kekerasan menyatakan ketahanan terhadap deformasi dan merupakan ukuran

ketahanan logam terhadap deformasi plastik atau deformasi permanen (Dieter, 1987).Terdapat

tiga jenis ukuran kekerasan, tergantung pada cara melakukan pengujian, yaitu: (1) Kekerasan

goresan (scratch hardness); (2) Kekerasan lekukan (indentation hardness); (3) Kekerasan

pantulan (rebound). Untuk logam, hanya kekerasan lekukan yang banyak menarik perhatian

dalam kaitannya dengan bidang rekayasa. Terdapat berbagai macam uji kekerasan lekukan.

(anonim)

G.    Uji Kekerasan Brinell

Metode uji kekerasan yang diajukan oleh J.A. Brinell pada tahun 1900 ini merupakan uji

kekerasan lekukan yang pertama kali banyak digunakan serta disusun pembakuannya (Dieter,

1987).Angka kekerasan brinell (BHN) dinyatakan sebagai beban P dibagi luas permukaan

lekukan. Pada prakteknya, luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diameter jejak.

(anonim)

III METODOLOGI PERCOBAAN

A.    Alat dan bahan yang digunkan dalm perobaan ini adalah sebagai berikut:

1.      Mikroskop

Gambar. 3.1 Mikroskop

2.             Specimen uji 

Gambar. 3.2 Specimen uji

3.      Indikator gouge

Gambar. 3.3 Indikator gouge

B.     Proses Percobaan

1.      Metode Brinel

1.      Memilih diameter steel ball yang sesuai berdasarkan hardness dari specimen dan  meletakkan

pada ball holder

2.      Menentukan Test Load Weight yang sesuai dan meletakkan pada weight saucer.

3.      Meletakkan spesimen uji pada sampel bearer dan  menaikannya dengan memutar hand wheel 

hingga steel ball indentor  menyentuh permukaan spesimen.

4.      Menutup relief  valve dan menaikkan tekanan dalam silinder utama dengan hand pump.

Tekanan yang dihasilkan akan mengangkat beban pada hydraulic piston dapat dibaca pada

pressure gauge.

5.      Menunggu sampai kira-kira 7 detik (tergantung sifat material) hingga penekanan sempurna.

6.      Membuka kembali relief hingga tekan oli akan berkurang sampai nol.

7.      Memutar kembali hand wheel ke posisi semula , kemudian mengukur diameter bekas penekanan

dengan measuring microscope. Dalam  pengukuran sebaiknya dilakukan lebih dari 2x dari

tempat yang berbeda.

2.      Metode Rockwell

a.       Tahap-tahap sebelum percobaan

1.     Membuka dush pot valve  untuk percobaan yang menggunakan indicator bola baja dan

membuka penuh untuk indicator intan.

2.     Meletakkan posisi awal crankhandle mengarah kedepan kita bila indicator gauge didepan kita.

3.     Menyesuaikan beban yang dipakai menurut nilai kekerasan specimen uji, yaitu 0,98 Kn untuk

indicator bola baja dan 1,47 Kn untuk indicator intan.

b.       Prosedur percobaann

1.      Memilih indentor yang sesuai dengan specimen uji dan meletakkan dibawah plunger rod.

2.      Membersihkan permukaan spisimen dan meletakkan pada meja uji shingga permukaan rata dan

sejajar dengan meja uji (anvil).

3.      Memutar handwell sehingga permukaan specimen menyentuh       indentor dengan memutar

kapstan hingga jarum kecil pada indentor gauge pada posisi titik merang (minor load).

4.      Melakukan pensettingan yaitu dengan mmenggunakan ring terluar dari indicator gauge untuk

meletakan posisi jarum panjang ke posisi B-30/C-0 atau B-130-/C-100.

5.      Mendorong crankhandle kebawah untuk memakai bebean mayor.

6.      Memperhatkan jarum sampai berhenti (minimal 7 detik), kemudian mengangkat crankhandle ke

posisi semula, posisi pelepasan beban mayor, tetapi beban mayor masih dipakai.

7.      Membaca angka yang ditunjukan pada dial gauge:

1        warna merah untuk indentor bola baja

2        warna hitam untuk indentor intan.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A.     Metode Brinell

Tabel. 4.1 Data Percobaan Uji Brinell

Jenis Material

Beban (P) No. D d Nilai kekerasan Brinell (BHN)

Rata-rata

Kgf Test Mm mm BHN1 5 26 177,706

173,0788

60 kg 2 5 27 166,138

Baja P = 588 N 3 5 26 177,706

4 5 27 166,138

5 5 26 177,138

Grafik.4.1 Grafik Uji Brinell

Pada pengujian Brinell kita dapat beberapa nilai,Pada percobaan pertama dengan D = 5 d = 26

jenis materialnya adalah Baja. Beban yang diberikan pada percobaan pertama ialah 60 kg atau

588 N dan Hasil yang didapat pada Tabel 4.1 adalah 177,706, dilihat pada Grafik 4.1 percobaan

pertama hasil nilainya hampir 178. Nilai Rata- rata yang didapat pada percobaan pertama adalah

173,0788. Berikutnya pada percobaan yang kedua dengan data yang sama dapat menghasilkan

nilai kekerasan 166,138. Pada grafik 4.1 percobaan yang kedua nilai kekerasan brinell adalah

166. Nilai rata-rata yang didapat pada percobaan yang kedua sama dengan percobaan yang

pertama adalah 173,0788 Selanjutnya pada percobaan ketiga dengan data yang sama dan juga

mendapatkan nilai kekerasan yang sama pada percobaan yang pertama yaitu 177,706, Grafiknya

pun sama dengan percobaan yang pertama tidak ada bedanya. Nilai rata-ratanya yang didapat

adalah 173,0788. Pada percobaan ke-4 dengan data percobaan yang sama, nilai kekerasan yang

didapat pada percobaan yang ke- 3 adalah  166,138, Data percobaan yang keempat dapat dilihat

pada tabel 4.1, grafik 4.1 pada percobaan yang keempat juga menunjukan nilai yang sama,nilai

rata-rata yang didapat adalah 173,0788. Pada percobaan terakhir dengan data D = 5 d = 26

bebean yang diberikan adalah 60 kg atau 588 N. Hasil yang didapat adalah 177,706 dan nilai

rata-ratanya adalah 173,0788. Pada grafik 4.1 nilai kekerasan percobaan kelima sama dengan

percobaan 1 dan 3.

B.     Metode Rockwell

Tabel. 4.2 Peercobaan Uji Rockwell

Jenis

Material

Beban (P)

Kg

No

Test

Indentor Warna

skala

Nilai Kekerasan

Rockwell (HRC)

Rata-rata

HRC

1 1/16” Hitam 64,5

64,2

100 kg 2 1/16” Hitam 64

Baja P = 980 N 3 1/16” Hitam 64

4 1/16” Hitam 64,5

5 1/16” Hitam 64

Grafik.4.2 Grafik Uji Rockwell

Pada Pengujian Rockwell, Jenis material yang digunakan adalah baja, Beban yang diberikan

adalah 100 kg atau 980 N dengan indentor berukuran 1/6” warna skalanya adalah hitam. Pada

percobaan  pertama nilai kekerasan Rockwell yaitu 64,5 dan mendapat nilai rata-ratanya adalah

64,2. Pada Grafik 4.2 percobaan rockwell yang pertama menunjukkan nilai 64,5. Pada percobaan

yang kedua dengan data yang sama dan nilai kekerasan yang didapatkan adalah 64, grafik 4.2

pada percobaan yang kedua menunjukan nilai 64. Selanjutnya pada percobaan ketiga dengan

data yang sama, nilai kekerasan yang sama dan juga rata-rata uji rockwell yang sama dengan

percobaan yang kedua, grafik yang dihasilkan pun sama dengan percobaan yang kedua. Pada

percobaan keempat dengan data yang sama yaitu beban yang diberikan 100 kg atau 980

N,indentor 1/6”,warna skalanya adalah hitam,menunjukkan nilai kekerasan Rockwell,ialah 64

dengan nilai rata-rata 64,2.grafik 4.2 nilai yang ditunjukkan adalah 64,5. Pada percobaan terakhir

atau percobaan yang kelima nilai kekerasan 64 dan rata-ratanya adalah 64,2 dan nilai grafiknya

menunjukkan 64.

\

V. SIMPULAN DAN SARAN

A.    Simpulan

Adapun Simpulan yang diberikan setelah Praktikum adalah sebagai berikut :

1.      Sifat dasar material menentukan kualitas bahan.

2.      Kita bisa melihat perubahan sifat mekanik pada material dari hasil praktikum

3.      Besaran sifat material bisa ditentuan dan dicari. untuk kepentingan dan efisiensi data kerja

nyata industri

4.      Dari hasil praktikum kekerasan,banyak uji metode yang bisa digunakan untuk menentukan

hasil kekerasan

5.      Hasil Rata-rata dari BHN 173,0788

6.      Hasil Rata-rata dari HRC 64,2

B.     Saran

Adapun Saran yang diberikan setelah Praktikum adalah sebagai berikut :

1.      Kebersihan laboratorium seharusnya lebih diperhatikan, agar ketika melakukan praktikum

dapat merasa nyaman

2.      Alat-alat ditambah agar praktikumnya bervariasi lagi

3.      Pencahayaan laboratorium ditambah agar membantu pengelihatan

TUGAS AKHIR

Pertanyaan :

  1.    Bandingkan ketiga hasil uji kekerasan tersebut dan buatlah analisa hasil tersebut.

  2.    Apa hubungan nilai kekerasan dengan kekuatan tarik material ?

  3.    Jelaskan pengaruh kekerasan terhadap sifat material !

  4.    Apa guna pengujian kekerasan dan apa keuntungan dan kelemahan ketiga pengujian

kekerasan tersebut ?

  5.    Turunkan persamaan untuk pengujian kekerasan Brinell dan Vickers !

Jawaban :

1.      Setelah dibandingkan,maka didapatkan analisa jika yang mempengaruhi titik  pada benda

kerja adalah keceptan pembebanan,waktu durasi pembebanan  dan juga metode Rockwell

lebih efektif untuk pengujian praktikum uji kekerasan

Brinell : BHN =   =177,706

Rockwell : Rata-rata HRC = 64,2

  2.    Hubungan kekerasan dengan kekuatan tarik  material adalah semakin keras material tersebut,

sifat kekuatan tarik material akan semakin getas dan mudah untuk terputus.

  3.    Pengaruh kekerasan terhadap sifat material suatu spesimen adalah semakin keras suatu

spesimen, sifat material tersebut semakin getas dan semakin sulit untuk dipecahkan.

  4.    Kegunaan pengujian kekerasan adalah untuk mengetahui sifat mekanika kekerasan suatu

material sebelum material tersebut digunakan.

          Keuntungan dan kelemahan pengujian kekerasan:

          a. Metode Brinell memiliki keuntungan: hasil pengukuran kekerasan lebih spesifik, karena

pengukuran akhir dilakukan dengan perhitungan teorit

dari pengamatan melalui mikroskop. Sedangkan kelemahan dari metode ini adalah: proses

pengukuran yang lama.

          b. Metode Rockwell memiliki keuntungan : proses pengukuran berlangsung cepat, karena nilai

hasil kekerasan sudah terlihat di alat indikator gauge. Sedangkan kelemahan dari metode ini

adalah : kurangnya ketelitian dari hasil nilai pengukuran.