bab ii pengujian kekerasan dan mikrostruktur (2)

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 (,) * (,+



& %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.



!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 :



/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#



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#



!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



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.



!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 />>



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.



!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 #



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



• >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#



%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



erubahan bentuk material logam oleh pergerakan dari luar sepanjang

kristal. Memiliki satu arah orientasi setiap satu butir sehingga bentuknya

teratur.

!ambar &.1+ Slip


%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


%allister, Jr #66-1#/73

bab ii pengujian kekerasan dan mikrostruktur (2)

Documents