Upload
febri-irawan-putra-zenir
View
4.144
Download
12
Embed Size (px)
Citation preview
MAKALAH PENGETAHUAN BAHAN
“ METODE PENGUJIAN KEKERASAN “
DISUSUN OLEH :
FEBRI IRAWAN
05091002006
KELOMPOK 5
PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIAN
JURUSAN TEKNOLOGI PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SRIWIJAYA
INDERALAYA
2010
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
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 ketahanan terhadap mekanisme keausan, untuk para
insinyur mineralogi nilai itu adalah ketahanan terhadap goresan, dan untuk
para mekanik work-shop lebih bermakna kepada ketahanan material 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 tegangan alir plastis dari
material yang diuji.
Uji keras merupakan pengujian yang paling efektif karena dengan
pengujian ini, kita dapat dengan mudah mengetahui gambaran sifat mekanik suatu
material.Meskipun pengukuran hanya dilakukan pada satu titik, atau daerah
tertentu saja, nilai kekerasan cukup valid untuk menyatakan kekuatan suatu
material.Dengan melakukan uji keras, material dapat dengan mudah digolongkan
sebagai material ulet atau getas.
Uji keras juga dapat digunakan sebagai salah satu metode untuk
mengetahui pengaruh perlakuan panas dan perlakuan dingin terhadap material.
Material yang telah mengalami cold working, hot working, dan heat treatment,
dapat diketahui gambaran perubahan kekuatannya, dengan mengukur kekerasan
permukaan suatu material. Oleh sebab itu, dengan uji keras kita dapat dengan
mudah melakukan quality control terhadap material.
Prinsip metode apapun uji kekerasan adalah memaksa indentor suatu ke
permukaan sample diikuti dengan mengukur dimensi indentasi (kedalaman atau
aktual luas permukaan indentasi). Kekerasan bukan milik fundamental dan
nilainya tergantung pada kombinasi kuat luluh , kekuatan tarik dan modulus
elastisitas .
Manfaat uji kekerasan:
Mudah
Murah
Cepat
Non-destruktif
Dapat diterapkan untuk sampel dari berbagai dimensi dan bentuk
Dapat dilakukan in-situ
1.2 Tujuan
1. Memahami dan menguasai prosedur metode uji kekerasan Brinell, Vickers
dan Rockwell
2. Membandingkan nilai kekerasan (Brinell dan Vickers) dari beberapa jenis
logam (besi tuang, baja, tembaga dan alumunium).
3. Mengetahui prinsip dan teknik pengujian kekerasan mikro dan
mengaplikasikannya untuk mengetahui kekerasan fasa-fasa di dalam logam
baja/besi tuang
4. Mengestimasi nilai kekuatan tarik beberapa logam berdasarkan nilai
kekerasan Brinellnya.
BAB II
PEMBAHASAN
Kekerasan suatu material merupakan ketahanan material terhadap gaya
penekanan dari material lain yang lebih keras. Prinsip pengujian kekerasan ini
yaitu pada permukaan material dilakukan penekanan dengan indentor sesuai
dengan parameter (diameter, beban dan waktu). Berdasarkan mekanisme
penekanan tersebut, dikenal 3 metode uji kekerasan :
1. Metode gores
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 cocok untuk logam yang skala kekerasannya tinggi. Selain itu
kemampu-ulangannya rendah karena tidak akurat.Metode ini tidak banyak
digunakan dalam dunia metalurgi, tapi masih dalam dunia mineralogi. Metode ini
dikenalkan oleh Friedrich Mohs yaitu dengan membagi kekerasan material di
dunia ini berdasarkan skala (yang kemudian dikenal sebagai skala Mohs). Skala
ini bervariasi dari nilai 1 untuk kekerasan yang paling rendah, sebagaimana
dimiliki oleh talc, hingga skala 10 sebagai nilai kekerasan tertinggi, sebagaimana
yang dimiliki oleh intan. Dalam skala Mohs urutan nilai kekerasan material di
dunia diwakili oleh :
1. talc 6. orthoclase
2. gypsum 7. quartz
3. calcite 8. topaz
4. fluorite 9. corundum
5. apatite 10. Diamond
Prinsip pengujian :
Bila suatu mineral mampu digores oleh orthoclase (6) tetapi tidak mampu
digores oleh apatite(5), maka kekerasan mineral tersebut berada antara 5 dan 6.
Berdasarkan hal ini, jelas terlihat bahwa metode ini memiliki kekurangan utama
berupa ketidakakuratan nilai kekerasan suatu material.
Bila kekerasan mineral-mineral diuji dengan metode lain, ditemukan bahwa nilai
nilainya berkisar antara 1-9 saja, sedangkan nilai 9-10 memiliki rentang yang
besar.
2. Metode pantul ( metode elastik / 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. Tinggi
pantulan (rebound) yang dihasilkan mewakili kekerasan benda uji. Semakin tinggi
pantulan tersebut, yang ditunjukan oleh dial pada alat pengukur, maka kekerasan
benda uji dinilai semakin tinggi.
3. Metode Indentasi
Pengujian dengan metode ini dilakukan dengan penekanan benda uji dengan
indentor dengan gaya tekan dan waktu indentasi yang ditentukan. Kekerasan suatu
material ditentukan oleh dalam ataupun luas area indentasi yang dihasilkan
(tergantung jenis indentor dan jenis pengujian). Berdasarkan prinsip bekerjanya
metode uji kekerasan dengan cara indentasi dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
a. Metode Brinell
Metode ini diperkenalkan pertama kali oleh J.A.Brinell pada tahun 1900.
Pengujian kekerasan dilakukan dengan memakai bola baja yang diperkeras
(hardened steel ball) dengan beban dan waktu indentasi tertentu. Hasil penekanan
adalah jejak berbentuk lingkaran bulat, yang harus dihitung diameternya dibawah
mikroskop khusus pengukur jejak. Pengukuran nilai kekerasan suatu material
diberikan oleh rumus:
dimana : P adalah beban (Kg)
D diameter indentor (mm)
d diameter jejak (mm).
Gambar : Skematis prinsip identasi dengan metode Brinell
Prosedur standar pengujian mensyaratkan bola baja dengan diameter 10
mm dan beban 3000 kg untuk pengujian logam-logam ferrous, atau 500 kg untuk
logam-logam non ferrous. Untuk logam-logam ferrous, waktu indentasi biasanya
sekitar 10 detik, sementara untuk logam-logam non ferrous sekitar 30 detik.
Walaupun demikian pengaturan beban dan waktu indentasi untuk setiap material
dapat pula ditentukan oleh karakteristik alat penguji. Nilai kekerasan suatu
material yang dinotasikan dengan “HB” tanpa tambahan angka di belakangnya
menyatakan kondisi pengujian standar dengan indentor bola baja 10mm, beban
2 P
BHN =
(( D) (D - D2 - d2 )
3000 kg selama waktu 1-15 detik. Untuk kondisi yang lain nilai kekerasan HB
diikuti angka-angka yang menyatakan kondisi pengujian.
Syarat menggunakan metode Brinell :
- indentor bola baja yang dikeraskan berdiameter 2,5-10 mm, beban 300-3000 Kg
- permukaan harus rata, jika perlu diamplas atau dimachining terlebih dahulu
- permukaan test harus sesuai dengan karakteristik material, tidak mengalami
karburasi ataupun proses sejenis lainnya
- ketebalan minimum 0.6 mm dan permukaan tanpa dikeraskan
- pengujian tidak boleh terlalu dipinggir
- beban yang digunakan harus steady dan terbebas dari kemungkinan pembebanan
tak diinginkan disebabkan oleh gaya inersia dari beban
- jarak antar uji minimum 3d
- tidak terjadi penggelembungan di bagian belakang material uji disebabkan
penggunaan beban yang terlalu besar
-
Keuntungan penggunaan metode Brinell antara lain :
o Tidak dipengaruhi oleh oleh permukaan material yang kasar
o Bekas penekanan cukup besar, sehingga mudah diamati dan dapat mengatasi
ketidakseragaman fasa material pada pengujian.
Kerugiannya antara lain :
o Tidak dapat dikenakan pada benda yang tipis dan permukaan yang kecil, serta
pada daerah kritis di mana penekanan dapat mengakibatkan kegagalan.
o Tidak berlaku untuk material yang sangat lunak maupun sangat keras.
b. Metode Vickers
Pada metode ini digunakan indentor intan berbentuk piramida dengan sudut 136o,
seperti gambar dibawah ini
Gambar : Skematis prinsip indentor dengan metode Vickers
Prinsip pengujian adalah sama dengan Brinell, walaupun jejak yang dihasilkan
berbentuk bujursangkar berdiagonal. Panjang diagonal diukur dengan skala pada
mikroskop pengukur jejak. Nilai kekerasan suatu material diberikan oleh:
Pengujian metode Vickers akan memberikan dampak hasil yang berbeda-beda
tergantung pada elestisitas material. Apabila material lunak atau
keelastisitasannya tinggi, maka hasil indentasi akan mengempis. Dan pada
1.854 PVHN = d2
material yang kaku, maka akan berbentuk menggembung. Metode ini biasa
dilakukan untuk mengukur kekerasan mikro dari material.
Gambar : Distorsi oleh indentor pyramid intan karena efek elastisitas;
(a)Indentasi sempurna; (b)Indentasi mengempis; (c)Indentasi menggembung
Keuntungan metode Vickers :
o Indentor dibuat dari bahan yang cukup keras, sehingga dimungkinkan dilakukan
untuk berbagai jenis logam.
oMemberikan hasil berupa skala kekerasan yang kontinu dan dapat digunakan
untuk menentukan kekerasan pada logam yang sangat lunak dengan kekerasan
DPH 5 hingga logam yang sangat keras dengan DPH 1500
oDapat dilakukan untuk benda-benda dengan ketebalan yang sangat tipis, sampai
0.006 inchi
oHarga kekerasan yang didapat dari uji Vickers tidak bergantung pada besar
beban indentor
Kerugiannya :
Pengujian ini tidak dapat digunakan untuk pengujian rutin karena pengujian
tersebut lama, memerlukan persiapan permukaan benda uji yang teliti, dan rentan
terhadap kesalahan perhitungan panjang diagonal.
c. Metode Rockwell
Indentor yang digunakan kerucut intan dengan sudut yang dibentuk muka
intan 120o. Pembebanan dilakukan dengan dua tahap; tahap pertama adalah
pembebanan minor kemudian pembebanan mayor. Nilai kekerasan ditentukan
dengan perbandingan kedalaman kedua tahap pembebanan. Berbeda dengan
metode Brinell dan Vickers dimana kekerasan suatu bahan dinilai dari diameter
atau diagonel jejak yang dihasilkan, maka metode Rockwell merupakan uji
kekerasan dengan pembacaan langsung (direct reading). Metode ini banyak
dipakai dalam industri karena pertimbangan praktis. Variasi dalam beban dan
indentor yang digunakan membuat metode ini memiliki banyak macamnya.
Metode yang paling umum dipakai adalah Rockwell B (dengan indentor bola baja
berdiameter 1/6 inci dan beban 100 kg) dan Rockwell C (dengan indentor intan
dan beban 150 kg). Walaupun demikian lainnya biasa dipakai. Oleh karenanya
skala kekerasan Rockwell suatu material harus dispesifikasikan dengan jelas.
Tabel Skala pada Metode Uji Kekerasan Rockwell
Kekerasan Rockwell dapat dibagi menjadi:
Rockwell A
Penetrator berupa kerucut intan dengan pembebanan 60 Kg. Biasa digunakan
untuk jenis-jenis logam yang sangat keras
Rockwell B
Indentor berupa bola baja dengan diameter 1,6 mm dan pembebanan 100 Kg.
Biasa digunakan untuk material-material yang lunak.
Rockwell C
Indentor berupa kerucut intan dengan pembebanan 150 Kg. Biasa digunakan
untuk logam-logam yang diperkeras dangan pemanasan.
Pengkategorian ini berdasarkan kombinasi jenis indentor yang digunakan
dengan beban yang diberikan.Pengkategorian ini dimaksudkan agar penguji
manggunakan jenis kombinasi yang tepat pada benda uji sesuai dengak sifat yang
dimiliki oleh benda uji tersebut.
d. Kekerasan Knoop
Merupakan salah satu metode micro-hardness, yaitu uji kekerasan untuk
benda uji yang kecil. Nilai kekerasan Knoop adalah pembebanan dibagi dengan
luas penampang yang terdeformasi permanen. Jejak yang dihasilkan sekitar
0.01mm – 0.1 mm dan beban yang digunakan berkisar antara 5 gr – 5 Kg.
Permukaan benda uji harus benar-benar halus.
METODE
1. Hoytom macrohardness tester (metode Brinell, Vickers dan Rockwell)
2. Buehler Micromet 2100 series microhardness tester (metode Vickers)
3. Micrometer & Measuring microscope
4. Sampel uji silinder pejal dan uji tarik (besi tuang, baja, tembaga dan
aluminium)
Gambar : Mesin hidraulic
Untuk mendapatkan ketelitian hasil pengukuran kekerasan, hal yang harus
diperhatikan sebelum waktu melakukan pengujian yaitu :
Permukaan benda kerja harus bersih dari kerak dan kotoran lainnya.
Posisi permukaan spesimen diusahakan tegak lurus dengan arah indentasi.
Permukaan spesimen harus diam statis sebelum diberi beban tekan.
Ketebalan spesimen paling tidak 10 kali diameter indentor.
Jarak antar titik pengukuran harus lebih besar dari 3 kali diameter indentor.
Jarak titik pengukuran dari tepi spesimen paling tidak 3 kali diameter indentor.
FLOW CHART
Periksa alat uji dan pasang indentor
Pilih beban yang sesuai
Putar poros dudukan benda uji searah jarum jam
Putar tuas poros hingga jarum menyentuh batas
Putar tuas beban ke belakang dan lepaskan
Hitung nilai kekerasan
Lepas kontak indentor dengan benda uji Sampel & lokasi lain
Ukur diameter jejak indentor
Preparasi sampel (amplas & poles)
Selesai
ya
tidak
Metode Brinell dan Vickers (sample silinder pejal)
Metode Brinell (sample uji tarik)
Preparasi (amplas grip sampel uji tarik
Tempatkan sampel pada anvil secara horizontal
Lakukan pengujian di beberapa titik (min. 3)
Pilih indentor dan beban yang sesuai
Ukur diameter jejak
Hitung nilai kekerasan
Estimasi kekuatan tarik logam
Material lain
Selesai
ya
tidak
Metode Rockwell (sample silinder pejal)
Preparasi sampel (amplas & poles)
Pasang indentor yang sesuai (rockwell B atau C)
Pasang beban yang sesuai
Atur skala pada mesin uji sesuai rockwell yang dipilih
Lakukan preload
Lakukan pembebanan antara 10-15 detik
Kembalikan tuas beban ke posisi semula
Baca nilai kekerasan
Lepas benda uji dari dudukan
Material lain
Selesai
ya
tidak
Pengujian kekerasan mikro
Putar turet indentor-lensa obyektif hg pembesaran 40 x
Nyalakan instrument mikromet
Tempatkan benda uji dgn permukaan ┴ indentor
Atur focus struktur mikro dan pencahayaan benda uji
Tentukan lokasi yg akan diuji
Area yg dipilih ditempatkan di tengah ruang pandang okuler
Pilih beban dgn memutar dial beban
Atur waktu indentasi
Putar turet indentor lensa-obyektif hg diperoleh posisi indentor
Lakukan indentasi dg menekan tombol ‘START’ Indentasi selesai
Putar right fillar adjustment knob hingga bagian kanan terdalam dari right fillar
berhimpit dg bag kiri terdalam left fillar line
Perhatikan skala nol pd right micrometer
Putar turet ke posisi lensa obyektif kembali (40 x)
Putar fillar adjustment knob hingga garis kanan akhirnya mencapai ujung kanan
terluar jejak
Pengukuran lebar jejak selesai
Hitung nilai kekerasan
Putar left fillar adjustment knob hingga bagian kiri terdalam menyentuh ujung kiri
terluar jejak
Amplas kasar, amplas halus, poles dan etsa benda uji
LAMPIRAN
DAFTAR PUSTAKA
Callister,William D., 1940-Materials science and engineering : an Introduction/
William D. Callister, Jr.—7th ed
Callister, William D. “Materials and Science Engineering: an Introduction”, 6 th
edition. John Wiley & Sons, Inc. 2003.
Davis,H.E,Troxell,G.E,Hauck, GFW. ”The Testing of Engineering Materials
”.1982.
Dieter, George E. “Mechanical Metallurgy”. McGraw Hill Book Co. 1988.
Louis Cart,”Non Destructive Testing”,ASM, 1995.
Metal Handbook Ninth Edition, Volume 8, Mechanical Testing, ASM,1985.
Sriati Djaprie, Metalurgi Mekanik, edisi ketiga, jilid 1, Erlangga, 1993.