bab ii pengujian kekerasan dan mikrostruktur (2)
Post on 21-Feb-2018
226 Views
Preview:
TRANSCRIPT
7/24/2019 Bab II Pengujian Kekerasan Dan Mikrostruktur (2)
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-pengujian-kekerasan-dan-mikrostruktur-2 1/14
BAB II
PENGUJIAN KEKERASAN
2.1 Definisi Kekerasan
Kekerasan adalah kemampuan suatu material untuk menahan beban berupa,
goresan, pantulan maupun penekanan atau identasi. Kekerasan menurut ilmu
metalurgi adalah kemampuan suatu material untuk tahan terhadap deformasi plastis.
Semakin keras suatu material maka material tersebut akan semakin sulit untuk
terdeformasi akibat dari beban penekan. Deformasi plastis sendiri adalah kegagalan
suatu material dalam menahan beban atau gaya yang di berikan dan bahan
mengalami perubahan bentuk secara permanen.
2.2 Macam-macam Metoe Pen!"#ian Kekerasan
Secara umum terdapat 3 metode mengenai ukuran kekerasan yang bergantung
pada cara melakukan pengujian yaitu:
1. Metode engujian dengan !oresan "Skala Mohs#engujian ini biasanya digunakan untuk mengukur kekerasan batuan.
Metode pengukuran kekerasan ini dilakukan dengan menggoreskan material
dengan mineral yang telah diketahui nilai kekerasannya. $rutan kekerasan
mineral berdasarkan skala mohs sebagai berikut :
%abel &.1 Kekerasan Material berdasarkan Skala Mohs
'o 'ama material Skala kekerasan
1 Kalium, 'atrium (,) * (,+
7/24/2019 Bab II Pengujian Kekerasan Dan Mikrostruktur (2)
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-pengujian-kekerasan-dan-mikrostruktur-2 2/14
& %alk 1
3 Kalsium, Sulfur &
%embaga, -rsenik 3
) lourit, /esi, 'ikel
+ -pasit, Kobalt )
0 /erilium, Molibdenum ),)
2rtoklas, %itanium, Mangan +
K4arsa, 5anadium 0
1( %opas
11 Kromium ,)
1& Korundum, silikon
13 6ntan 1(
Sumber : The Hardness of Metals, D. Tabor "&(((7&#
&. Metode engujian dengan antulan "Shore Sclerescope#engujian dengan pantulan adalah pengujian kekerasan dengan cara
mengukur tinggi pantulan dari diamond tripped hammers "palu berujung intan#
yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu ke permukaan logam. %inggi pantulan
menunjukkan kekerasan material tersebut, jadi semakin tinggi pantulan, maka
nilai kekerasan material tersebut semakin tinggi.
7/24/2019 Bab II Pengujian Kekerasan Dan Mikrostruktur (2)
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-pengujian-kekerasan-dan-mikrostruktur-2 3/14
!ambar &.1 Model D. Shore Scleroscope
Sumber : Manufacturing Processes, Harold V. Johnson "17(#
!ambar &.& Model D. Shore Scleroscope
Sumber : Engineering Materials and Processes, Bodana !. Tolga "&(1(7&(#
3. Metode engujian dengan enekanan " "ndentation Hardness#-dalah metode yang dilakukan dengan penekanan suatu material dengan
menggunakan indentor dengan gaya tekan dan 4aktu indentasi yang ditentukan.
'ilai kekerasan dari suatu bahan dilihat dari kedalaman jejak yang ditinggalkan.
$ji kekerasan dengan metode identasi ini terdiri dari :
-. Metode Brinell
engujian kekerasan dengan metode /rinell bertujuan untuk
menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material
terhadap indentor bola baja yang ditekankan pada permukaan material uji.
'ilai kekerasannya dapat dirumuskan sebagai berikut :
BHN =gayatekan
luas tapak tekan
D
πD . { D−√ (¿¿2−d2)}
BHN =2 P
¿
Dimana :
7/24/2019 Bab II Pengujian Kekerasan Dan Mikrostruktur (2)
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-pengujian-kekerasan-dan-mikrostruktur-2 4/14
/8' 9 angka kekerasan brinell " kg /mm2
#
9 beban "kg#
D 9 diameter bola indentor "mm#
d 9 diameter lekukan jejak indentor "mm#
!ambar &.3 engujian Kekerasan Brinell
Sumber : Hardness Testing, #nd Edition, Harr$ %handler "171)#
ada pengujian kekerasan brinell, digunakan bola baja yang sudah
dikeraskan dengan diameter 1( mm, dan gaya tekan mencapai 3((( kg. $ntuk
material yang sudah lunak gaya tekan dapat dikurangi menjadi 1)(( kg untuk
menghindari terjadinya indentasi yang berlebihan. ;ama penekanan normalnya
1( * 1) detik untuk besi dan baja, sedangkan untuk material yang lain bisa
mencapai 3( detik.
/. Metode Vic&ers
Metode ini mirip dengan metode Brinell tetapi penetrator yang dipakai
berupa intan berbentuk piramida dengan dasar bujur sangkar dan sudut puncak
antara dua sisi berhadapan 13+(. /eban yang digunakan biasanya )kg, 1(kg,
&(kg, 3(kg, )(kg, 1((kg, atau 1&( kg. <umus penghitungan pengujian metoda'ic&ers:
VHN =1,854 x P
d2
Dimana:
58' 9 angka kekerasan 5ickers " kg /mm2
#
9 /eban yang ditetapkan "kg#
7/24/2019 Bab II Pengujian Kekerasan Dan Mikrostruktur (2)
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-pengujian-kekerasan-dan-mikrostruktur-2 5/14
d 9 anjang diagonal rata=rata "mm#
!ambar &. engujian Kekerasan Vic&ers
Sumber : Hardness Testing, #nd Edition, Harr$ %handler
"17)1#
>. Metode (oc&)ell
Metode pengujian kekerasan (oc&)ell menggunakan prinsip yang
sama dengan metode brinnel hanya saja indentor yang digunakan terdiri dari
dua jenis dan mempunyai ukuran yang lebih kecil daripada indentor pada
metode brinell, yaitu :1. 6ndentor bola baja yang dikeraskan berdiameter antara 11+, 1, ?, dan @
in "1.), 3.10), +.3)(, dan 1&.0( mm#&. 6ndentor intan yang berbentuk kerucut dengan sudut puncak 1&(o, ujung
agak bulat, berjari=jari (,&mm, digunakan untuk material yang sangat keras.<umus yang digunakan :
8<' 9 k −(h1−h2)
c
8<' 9 angka kekerasan rock4ellk 9 konstanta7 intan 9 (,& dan bola baja 9 (,+h1 9 kedalaman akibat beban mayor "mm#h& 9 kedalaman akubat beban minor "mm#
7/24/2019 Bab II Pengujian Kekerasan Dan Mikrostruktur (2)
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-pengujian-kekerasan-dan-mikrostruktur-2 6/14
!ambar &.) engujian Kekerasan (oc&)ell
Sumber : Hardness Testing, #nd Edition, Harr$ %handler "17&#
2.$ %aktor-faktor &an! Mem'en!ar"(i Kekerasan
Kekerasan suatu material dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya :
1. Kadar KarbonSemakin tinggi kadar karbon, maka logam akan semakin keras namun rapuh.
&. $nsur aduan$nsur paduan akan mempengaruhi sifat mekanik baja. $nsur paduan tertentu
mampu meningkatkan sifat mekanik baja, namun ada juga yang dapat
menurunkan sifat mekanik baja.
3. erlakuan panasengaruh perlakuan akan mempengaruhi kekerasan logam tergantung dari
perlakuan apa yang diberikan. !nnealing akan menurunkan kekerasan baja.
Hardening akan meningkatkan kekerasan baja. Tempering akan menurunkan
kekerasan baja diba4ah perlakuan panas Hardening . *ormalising akan
meningkatkan kekerasan baja dibandingkan keadaan a4al baja atau baja tanpa
perlakuan panas. roses +uenching atau pendinginan dapat membuat struktur baja
menjadi martensite sehingga baja akan semakin keras. Media pendingin yang
biasa digunakan pada proses +uenching adalah air untuk pendinginan cepat, dan
oli untuk pendinginan lambat.. /entuk dan dimensi butir
Material dengan ukuran butir kecil akan memiliki kekerasan yang tinggi
sedangkan butir besar akan memiliki kekerasan yang rendah. Material dengan
7/24/2019 Bab II Pengujian Kekerasan Dan Mikrostruktur (2)
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-pengujian-kekerasan-dan-mikrostruktur-2 7/14
butir halus akan memiliki kekerasan tinggi dibandingkan dengan material dengan
butir kasar.). 8omogenitas
8omogenitas mempengaruhi kekerasan karena semakin homogen suatu
material maka arah orientasi kristalnya akan semakin searah sehingga material
tersebut bersifat ulet. Sedangkan jika strukturnya heterogen maka material
tersebut bersifat keras dan getas.
2.) Pem*ent"kan B"tir
embentukan butiran terjadi saat logam cair membeku, atom=atom mengatur
dan mengikuti suatu pola geometris. Mula=mula terbentuk inti=inti "nuclei# yang
stabil dalam lelehan logam, inti ini akan berubah menjadi kristal saat membeku
dengan susunan yang teratur. Dalam tiap pembentukan kristal atom=atom diatur
dalam pola teratur. Setelah kristal terbentuk, kristal lalu tumbuh menjadi dendrit=
dendrit hingga bergabung dan membentuk batas=batas kristal. 8ingga proses
pembekuan selesai maka akan terbentuk butir dan batas butir. Kristal yang
membeku disebut butir dan permukaan singgung kristal disebut batas butir. ada
umumnya pertumbuhan kristal tidak merata, artinya pertumbuhan dalam arahtertentu dapat lebih cepat.
7/24/2019 Bab II Pengujian Kekerasan Dan Mikrostruktur (2)
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-pengujian-kekerasan-dan-mikrostruktur-2 8/14
!ambar &.+ ertumbuhan Dendritik dan embekuanSumber : "ntroduction to Ph$sical Metallurg$, Sidne$ H. !'ner-/0123
2.+ Str"kt"r Krista, o!am
Struktur kristal adalah suatu susunan khas atom=atom dalam suatu kristal.
Suatu struktur kristal dibangun oleh sel unit, sekumpulan atom yang tersusun secara
khusus, yang secara periodik berulang dalam tiga dimensi dalam suatu kisi. Struktur
kristal pada logam diantaranya :1. />> " Bod$ %entered %ubic#
-dalah struktur kristal yang terdiri dari & atom. Satu atom berada pada bagian
tengah kubus dan 1 atom terdapat pada tiap=tiap sudut kubus sehingga 1 A 91 atom. Struktur kristal besi berupa />> dan dinamakan besi alpha atau ferrite.
!ambar &.0 Struktur Kristal />>
7/24/2019 Bab II Pengujian Kekerasan Dan Mikrostruktur (2)
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-pengujian-kekerasan-dan-mikrostruktur-2 9/14
Sumber : 4undamentals of Materials Science and Engineering 2, 5illiam D.
%allister, Jr #66-1703
ada struktur kristal terdapat !tomic Pac&ing 4actor atau biasa disingkat -
"faktor tumpukan atom#, yaitu nilai yang menunjukkan besarnya penggunaan
ruang sel oleh atom=atom yang berada didalamnya. 'ilai - menyatakan
perbandingan antara Bolume ruang yang ditempati atom dalam sel satuan dan
Bolume total sel satuan, seperti ditunjukkan pada persamaan berikut :
APF =Volum atomdalam sel satuan
Volumsel satuan
'ilai - pada struktur />> adalah (.+ atau +C. /erarti dalam struktur
/>> atom nemenpati ruang sebanyak +C dan sisanya berupa ruang kosong.
>ontoh logam yang mempunya struktur />> yaitu : %hromium, "ron,
Mol$bdenum, Tantanum, Tungsten, dan Vanadium.
&. >> " 4ace %entered %ubic#-dalah struktur kristal yang terdiri dari atom. ada struktur ini terdapat
setengah atom pada setiap sisi=sisi kubus sehingga @ A + 9 3 atom, dan terdapat
1 atom disetiap sudut kubus sehingga 1 A 9 1 atom. Susunan atomnya
berbentuk >> dan namakan besi gamma atau austenite.
'ilai - pada struktur >> adalah (,0 atau 0C. /erarti dalam struktur
>> atom menempati ruang sebanyak 0C dan sisanya berupa ruang kosong.
>ontoh logam yang mempunyai struktur >> yaitu : !lumunium, %opper, 8old,
9ead, *ic&el, Platinum, dan Sil'er.
7/24/2019 Bab II Pengujian Kekerasan Dan Mikrostruktur (2)
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-pengujian-kekerasan-dan-mikrostruktur-2 10/14
!ambar &. Struktur Kristal >>
Sumber : 4undamentals of Materials Science and Engineering 2, 5illiam D.%allister, Jr #66-17:3
3. 8> " He;agonal %losed Pac&ed #-dalah struktur kristal yang terdiri dari + atom, terdiri dari 3 atom yang
berada di bagian tengah, setengah atom di bagian permukaan atas dan ba4ah
sehingga @ A & 9 1 atom, dan terdapat 1+ atom yang terdapat di tiap=tiap
sudutnya sehingga 1+ A 1& 9 & atom. 'ilai - pada struktur 8> sama dengan pada struktur >> yaitu (,0 atau
0C. >ontoh logam yang mempunyai struktur 8> yaitu : %admium, %obalt,
Magnesium, Titanium, dan <inc.
!ambar &. Struktur Kristal 8>Sumber : 4undamentals of Materials Science and Engineering 2, 5illiam D.
%allister, Jr #66-1723
. />% " Bod$ %entered Tetragonal #
7/24/2019 Bab II Pengujian Kekerasan Dan Mikrostruktur (2)
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-pengujian-kekerasan-dan-mikrostruktur-2 11/14
ada sistem kristal tetragonal, dua rusuknya yang memiliki panjang sama "a
= b > c# dan semua sudut "? = @ = A# sebesar (. ada sistem kristal tetragonal
ini hanya memiliki dua bentuk yaitu sederhana dan berpusat badan.ada bentuk tetragonal sederhana, mirip dengan kubus sederhana, dimana
masing=masing terdapat satu atom pada semua sudut "pojok# tetragonalnya.
Sedangkan pada tetragonal berpusat badan, mirip pula dengan kubus berpusat
badan, yaitu memiliki 1 atom pada pusat tetragonal, dan atom lainnya berada pada
pojok "sudut# tetragonal tersebut.
!ambar &.1( /ody >entered %etragonalSumber : Ph$sical Metalurgi for Engineers, M. Tisa "&((17)3#
2. /acat o!am an Dis,okasi
%erdapat beberapa macam cacat dan dislokasi pada logam diantaranya :1. >acat %itik " point defect #
>acat titik yaitu adanya atom yang hilang atau tersisipi oleh atom lain dalam
suatu kisi. >ontohnya antara lain cacat kekosongan "'acanc$#, cacat sisipan
"interstitial #, cacat Schott&$, dan cacat 4ren&el.
• >acat kekosongan "'acanc$#%erjadi karena tidak terisinya suatu posisi atom pada lattice atau
kekosongan sisi kisi, yaitu sisi yang seharusnya ditempati atom lain namun
kehilangan atomnya.
• >acat sisipan "interstitial #%erjadi karena atom yang berukuran lebih kecil bergerak dan tersisipi
diantara atom=aton yang berukuran lebih besar.
!ambar &.11 >acat 'acanc$ dan cacat interstitial
Sumber : "ntroduction to Ph$sical Metallurg$, Sidne$ H. !'ner-/01-63
7/24/2019 Bab II Pengujian Kekerasan Dan Mikrostruktur (2)
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-pengujian-kekerasan-dan-mikrostruktur-2 12/14
• >acat Schott&$ dan cacat 4ren&el
-dalah cacat yang banyak dijumpai pada kristal ionik. >acat schott&$
adalah berupa kekosongan pada suatu titik kisi bersama=sama dengan cacat
sisipan di permukaan. Sedangkan cacat fren&el terjadi bila kekosongan berpasangan dengan sisipan di dalam kristal.
!ambar &. 1& >acat schott&$ dan cacat fren&el
Sumber : Smith, E "1, 13(#
&. >acat !aris "line defect #>acat garis sering terjadi pada susunan ion yang salah atau kekosongan di
sepanjang sebuah garis. >acat jenis ini sering juga disebut dislokasi. -da beberapa
macam dislokasi yaitu dislokasi sisi "edge dislocation#, dislokasi ulir " scre)
dislocation# dan dislokasi campuran "mi;ed dislocation#• Dislokasi Sisi "edge dislocation#
-dalah terdapatnya bidang atom ekstra atau setengah bidang, dimana
sisinya terputus di dalam bidang. Dislokasi sisi disimbolkan dengan F
!ambar &.13 Dislokasi sisiSumber : 4undamentals of Materials Science and Engineering 2, 5illiam D.
%allister, Jr #66-1-3
• Dislokasi ulir " scre) dislocation#
7/24/2019 Bab II Pengujian Kekerasan Dan Mikrostruktur (2)
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-pengujian-kekerasan-dan-mikrostruktur-2 13/14
%erbentuk karena gaya geser yang diberikan mengkasilkan distorsi, daerah
depan bagian atas kristal tergeser sebesar satu atom ke kanan relatif terhadap
bagian ba4ah. Dislokasi ini disimbolkan dengan ".#.
!ambar &.1 Dislokasi ulir Sumber : Smith, E "1, 133#
• Dislokasi >ampuran "mi;ed dislocation#%erjadi jika dalam suatu material terdapat dislokasi sisi dan dislokasi ulir.
!ambar &.1) Dislokasi campuranSumber : Smith, E "1, 133#
3. >acat /idang "interfacial defect #>acat bidang ialah cacat yang membuat batasan antara & buah dimensi dan
umumnya batasan tersebutmemisahkan daerah dari material yang mempunyai
struktur kristal berbeda dan atau arah orientasi kristalnya berbeda.
. >acat <uang "bul& defect #erubahan bentuk secara permanen atau disebut deformasi plastis.
mekanisme deformasi plastis yaitu :• Slip
7/24/2019 Bab II Pengujian Kekerasan Dan Mikrostruktur (2)
http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-pengujian-kekerasan-dan-mikrostruktur-2 14/14
erubahan bentuk material logam oleh pergerakan dari luar sepanjang
kristal. Memiliki satu arah orientasi setiap satu butir sehingga bentuknya
teratur.
!ambar &.1+ Slip
Sumber : 4undamentals of Materials Science and Engineering 2, 5illiam D.
%allister, Jr #66-1#673
• %4inning%erjadi bila satu bagian dari butir berubah arah orientasinya sedemikian
rupa sehingga susunan atom di bagian tersebut akan membentuk simentri
dengan bagian kristal yang lain yang tidak mengalami t)inning . Memiliki arah
orientasi banyak sehingga aAis berubah atau berpindah dan bentuknys tidak
teratur.
!ambar &.10 "a# Deformation b$ Slip, "b# Deformation b$ T)inning
Sumber : 4undamentals of Materials Science and Engineering 0, 5illiam D.
%allister, Jr #66-1#/73
top related