bab ii · web viewkekuatan tarik adalah kekuatan maksimum yang berdasarkan pada ukuran mula....
TRANSCRIPT
Sifat – Sifat MaterialSecara garis besar material mempunyai sifat-sifat yang mencirikannya, pada
bidang teknik mesin umumnya sifat tersebut dibagi menjadi tiga sifat. Sifat –sifat
itu akan mendasari dalam pemilihan material, sifat tersebut adalah:
Sifat mekanik
Sifat fisik
Sifat teknologi
Dibawah ini akan dijelaskan secara terperinci tentang sifat-sifat material tersebut
1. Sifat Mekanik
Sifat mekanik material, merupakan salah satu faktor terpenting yang mendasari
pemilihan bahan dalam suatu perancangan. Sifat mekanik dapat diartikan sebagai
respon atau perilaku material terhadap pembebanan yang diberikan, dapat berupa
gaya, torsi atau gabungan keduanya. Dalam prakteknya pembebanan pada
material terbagi dua yaitu beban statik dan beban dinamik. Perbedaan antara
keduanya hanya pada fungsi waktu dimana beban statik tidak dipengaruhi oleh
fungsi waktu sedangkan beban dinamik dipengaruhi oleh fungsi waktu.
Untuk mendapatkan sifat mekanik material, biasanya dilakukan pengujian
mekanik. Pengujian mekanik pada dasarnya bersifat merusak (destructive test),
dari pengujian tersebut akan dihasilkan kurva atau data yang mencirikan keadaan
dari material tersebut.
Setiap material yang diuji dibuat dalam bentuk sampel kecil atau spesimen.
Spesimen pengujian dapat mewakili seluruh material apabila berasal dari jenis,
komposisi dan perlakuan yang sama. Pengujian yang tepat hanya didapatkan pada
material uji yang memenuhi aspek ketepatan pengukuran, kemampuan mesin,
kualitas atau jumlah cacat pada material dan ketelitian dalam membuat spesimen.
Sifat mekanik tersebut meliputi antara lain: kekuatan tarik, ketangguhan,
kelenturan, keuletan, kekerasan, ketahanan aus, kekuatan impak, kekuatan mulur,
kekeuatan leleh dan sebagainya.
Sifar-sifat mekanik material yang perlu diperhatikan:
Tegangan yaitu gaya diserap oleh material selama berdeformasi persatuan
luas.
Regangan yaitu besar deformasi persatuan luas.
Modulus elastisitas yang menunjukkan ukuran kekuatan material.
Kekuatan yaitu besarnya tegangan untuk mendeformasi material atau
kemampuan material untuk menahan deformasi.
Kekuatan luluh yaitu besarnya tegangan yang dibutuhkan untuk
mendeformasi plastis.
Kekuatan tarik adalah kekuatan maksimum yang berdasarkan pada ukuran
mula.
Keuletan yaitu besar deformasi plastis sampai terjadi patah.
Ketangguhan yaitu besar energi yang diperlukan sampai terjadi
perpatahan.
Kekerasan yaitu kemampuan material menahan deformasi plastis lokal
akibat penetrasi pada permukaan.
2. Sifat Fisik
Sifat penting yang kedua dalam pemilihan material adalah sifat fisik. Sifat fisik
adalah kelakuan atau sifat-sifat material yang bukan disebabkan oleh pembebanan
seperti pengaruh pemanasan, pendinginan dan pengaruh arus listrik yang lebih
mengarah pada struktur material. Sifat fisik material antara lain : temperatur cair,
konduktivitas panas dan panas spesifik.
Struktur material sangat erat hubungannya dengan sifat mekanik. Sifat mekanik
dapat diatur dengan serangkaian proses perlakukan fisik. Dengan adanya
perlakuan fisik akan membawa penyempurnaan dan pengembangan material
bahkan penemuan material baru.
3. Sifat Teknologi
Selanjutnya sifat yang sangat berperan dalam pemilihan material adalah sifat
teknologi yaitu kemampuan material untuk dibentuk atau diproses. Produk dengan
kekuatan tinggi dapat dibuat dibuat dengan proses pembentukan, misalnya dengan
pengerolan atau penempaan. Produk dengan bentuk yang rumit dapat dibuat
dengan proses pengecoran. Sifat-sifat teknologi diantaranya sifat mampu las, sifat
mampu cor, sifat mampu mesin dan sifat mampu bentuk. Sifat material terdiri dari
sifat mekanik yang merupakan sifat material terhadap pengaruh yang berasal dari
luar serta sifat-sifat fisik yang ditentukan oleh komposisi yang dikandung oleh
material itu sendiri.
2.2 Kekerasan
Kekerasan adalah ukuran ketahanan suatu material terhadap deformasi plastis
lokal. Nilai kekerasan tersebut dihitung hanya pada tempat dilakukannya
pengujian tersebut (lokal), sedangkan pada tempat lain bisa jadi kekerasan suatu
material berbeda dengan tempat yang lainnya. Tetapi nilai kekerasan suatu
material adalah homogen dan belum diperlakupanaskan secara teoritik akan sama
untuk tiap-tiap titik.
2.2.1 Metoda Pengujian Kekerasan
Pengujian kekerasan sering sekali dilakukan karena mengetahui kekerasan suatu
material maka (secara umum) juga dapat diketahui beberapa sifat mekanik
lainnya, seperti kekuatan. Pada pengujian kekerasan dengan metoda penekanan,
penekan kecil (identor) ditekankan pada permukaan bahan yang akan diuji dengan
penekanan tertentu. Kedalaman atau hasil penekanan merupakan fungsi dari nilai
kekerasan, makin lunak suatu bahan makin luas dan makin dalam akibat
penekanan tersebut, dan makin rendah nilai kekerasannya.
2.2.2 Kerasan Rockwell
Pengujian Rockwell merupakan cara yang paling umum digunakan untuk
mengukur kekerasan, karena pengujiannya sederhana untuk dikerjakan dan tidak
dibutuhkan kemampuan khusus. Dalam uji kekerasan Rockwell ada beberapa
skala yang dapat digunakan dan kombinasi jenis identor dan beban yang
diterapkan. Identor yang digunakan ada dua macam, yaitu:
Bola baja yang dimiliki diameter 1/16, 1/8, 1/4, 1/2 in .
Kerucut intan yang digunakan untuk bahan-bahan yang keras.
Dengan sistem ini, angka kekerasan dapat ditentukan berdasarkan perbedaan
kedalaman hasil penetrasi yang diawali beban minor dan diikuti oleh beban mayor
yang lebih besar. Besarnya beban minor adalah 10 kg dan beban mayor adalah 60,
100, 150 kg. Kekerasan dapat dibaca secara secara langsung dan hanya
membutuhkan beberapa detik saja.
2.2.2.1 Mesin Uji Kekerasan Rockwell
Banyak digunakan model dan tipe mesin uji kekerasan Rockwell pada saat ini.
Penerapan penggunaan beban ada yang dengan pegas maupun benda mati.
Beberapa alat menggunakan alat pencatat dial, akan tetapi penggunaan pencatat
digital mulai popoler akibat peningkatan dari kemampuan baca alat. Bahkan ada
yang menggunakan microprocessors untuk mengontrol proses pengujian dan
dapat dihubungkan dengan komputer.
Bermacam-macam metode telah dikembangkan untuk dapat meningkatkan funsi
dari Mesin uji kekerasan Rockwell. Akan tetapi prinsip dasar dari mesin
pengujian itu semua ada pada mesin yang menggunakan beban mati, seperti pada
Gambar 2.1
Gambar 2.2 Skema mesin Uji kekerasan Rockwell dengan beban mati
2.2.2.2 Penggunaan Mesin Uji Kekerasan Rockwell
Lokasi titik pengujian pada mesin uji kekerasan sangat penting. Bila penekanan
dilakukan terlalu dekat dengan bagian tepi dari benda uji maka harga kekerasan
yang didapat akan berkurang dari yang sebenarnya. Untuk memeastikan hasil
pengukuran kekerasan yang didapat akurat, jarak penekanan minimal haruslah dua
atau satu setengah diameter penekanan dari bagian tepi benda uji. Sedangkan
jarak minimum antara satu penekanan dengan penekanan yang lain minimal lima
kali diameter penekanan.
Pemilihan skala yang tepat juga sangat mempengaruhi terhadap hasil pengukuran
kekerasan. Contohnya pada material lunak digunakan Rockwell B dengan indentor
bola baja, bila diganti dengan yang lain maka harga kekerasan yang didapat tidak
benar. Tidak ada batsan maksimum pada pengukuran kekerasan dengan
menggunakan indentor intan. Tetapi bagaimanapun, Rockwell C sebaiknya tidak
digunakan pada material tungsteen, karena material tersebut akan retak atau umur
indentornya intan akan berkurang. Rockwell A adalah skala yang dapat diterima
dalam pengujian kekerasan produk industri karbida. Lebih jelasnya dapat dilihat
pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Standar Kekerasan Rockwell
Simbol
SkalaIndentor
Beban
Mayor
Kgf
Aplikasi
A Kerucut Intan 60 Cemented carbides, baja tebal, shallow case
hardened steel
B Bola Baja 1/16 in 100 Paduan tembaga, baja lunak, paduan alumunim,
meleable iron
C Kerucut Intan 150 Baja, besi cor keras, pearlitic meleable iron,
titanium, deep case-hardened steel, dan material
lain yang lebih keras dari HRB 100
D Kerucut Intan 100 Baja tebal, medium case-hardened steel, pearlitic
meleable iron
E Bola Baja 1/8 in 100 Besi cor, alumunium, paduan magnesium, bearing
metals
F Bola Baja 1/16 in 60 Paduan tembaga annealed, logam plat lunak
G Bola Baja 1/16 in 150 Perunggu fosfor, tembaga beryllium, meable iron,
batas atas 92 HRG untuk menghindari kerusakan
bola baja
H Bola Baja 1/8 in 60 Alumunium, zinc, lead
K Bola Baja 1/8 in 150 Bearing metals dan material yang lunak dan tebal
L Bola Baja 1/4 in 60 Bearing metals dan material yang lunak dan tebal
M Bola Baja 1/4 in 100 Bearing metals dan material yang lunak dan tebal
P Bola Baja 1/4 in 150 Bearing metals dan material yang lunak dan tebal
R Bola Baja 1/4 in 60 Bearing metals dan material yang lunak dan tebal
S Bola Baja 1/4 in 100 Bearing metals dan material yang lunak dan tebal
V Bola Baja 1/4 in 150 Bearing metals dan material yang lunak dan tebal
2.3 Uji Tarik
Uji tarik banyak dilakukan untuk melengkapi informasi rancangan dasar kekuatan
suatu bahan dan sebagai data pendukung bagi spesifikasi bahan. Pada uji tarik
benda uji diberi beban gaya tarik sesumbu yang bertambah secara kontinu,
bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan mengenai perpanjang yang dialami
benda uji dengan extensometer, seperti terlihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Skema pengujian tarik dengan UTM
Tegangan yang didapatkan dari kurva tegangan teoritik adalah tegangan yang
membujur rata-rata dari pengujian tarik. Tegangan tersebut diperoleh dengan cara
membagi beban dengan luas awal penampang lintang benda uji itu.
= P / Ao …..2.1
Regangan yang didapatkan adalah regangan linear rata-rata, yang diperoleh
dengan cara membagi perpanjangan (gage length) benda uji ( atau L), dengan
panjang awal.
e = / Lo = L/ Lo = ( L - Lo ) / Lo …….2.2
Karena tegangan dan regangan dipeoleh dengan cara membagi beban dan
perpanjangan dengan faktor yang konstan, kurva beban – perpanjangan akan
mempunyai bentuk yang sama seperti pada gambar 2.4. Kedua kurva sering
dipergunakan.
Gambar 2.4 Kurva Tegangan Regangan teknik ( - )
Bentuk dan besaran pada kurva tegangan-regangan suatu logam tergantung pada
komposisi, perlakukan panas, deformasi plastis yang pernah dialami, laju
regangan, temperatur, dan keadaan tegangan yang menentukan selama pengujian.
Parameter-parameter yang digunakan untuk menggambarkan kurva tegangan-
regangan logam adalah kekuatan tarik, kekuatan luluh atau titik luluh, persen
perpanjangan, dan pengurangan luas. Parameter pertama adalah parameter
kekuatan, sedangkan yang kedua menyatakan keuletan bahan.
2.3.1 Kekuatan Tarik
Kekuatan tarik atau kekuatan tarik maksimum (ultimate tensile strenght), adalah
nilai yang paling sering dituliskan sebagai hasil suatu uji tarik, tetapi pada
kenyataannya nilai tersebut kurang bersifat mendasar dalam kaitannya dengan
kekuatan material. Untuk logam ulet, kekuatan tariknya harus dikaitkan dengan
beban lmaksimum, diman logam dapat menahan beban sesumbu untuk keadaan
yang sangat terbatas. Pada tegangan yang lebih komplek, kaitan nilai tersebut
dengan kekuatan logam, kecil sekali kegunaannya. Kecenderungan yang banyak
ditemui adalah, mendasarkan rancangan statis logam ulet pada kekuatan luluhnya.
Tetapi karena jauh lebih praktis menggunakan kekuatan tarik untuk menentukan
kekuatan bahan, maka metode ini lebih banyak dipakai.
Kekuatan tarik adalah besarnya beban maksimum dibagi dengan luas penampang
lintang awal benda uji.
u = P maks / Ao …………… 2.3
Korelasi emperis yang diperluas antar kekuatan tarik dengan sifat mekanik
lainnya seperti kekerasan dan kekuatan lelah, sering dipergunakan. Hubungan
tersebut hanya terbatas pada hasil penelitian beberapa jenis material.
2.3.2 Kekuatan Luluh
Kekuatan luluh menyatakan besarnya tegangan yang dibutuhkan tegangan yang
dibutuhkan untuk berdeformasi plastis material. Pengukuran besarnya tegangan
pada saat mulai terjadi deformasi plastis atau batas luluh, tergantung pada
kepekaan pengukuran regangan. Sebagian besar material mengalami perubahan
sifat dari elastis menjadi plastis, yang berlangsung sedikit demi sedikit dan titik
saat deformasi plastis mulai terjadi, sukar ditentukan secara teliti. Sehingga
kekuatan luluh sering dinyatakan sebagai kekuatan luluh offset, yaitu besarnya
tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah kecil deformasi plastis
yang ditetapkan (regangan offset). Kekuatan luluh offset ditentukan tegangan
pada perpotongan antara kurva tegangan-regangan dengan garis sejajar dengan
kemiringan kurva pada regangan tertentu. Di Amerika Serikat regangan offset
ditentukan sebesar 0,2 atau 0,1 % ( e = 0,002 atau 0,001 mm/mm)
y = P(offset) / Ao …….2.4
Gambar 2.5 Kurva tegangan regangan yang mengindikasikan kriteria luluh
Beberapa bahan pada dasarnya tidakmempunyai bagian linear pada kurva
tegangan-regangan, misalnya tembaga lunak atau besi cor kelabu. Untuk bahan-
bahan tersebut, metode offset tidak dapat digunakan dan untuk pemakaian praktis,
kekuatan luluh didiefinisikan sebagai tegangan yang diperlukan untuk
menghasilkan regangan total tertentu, misalnya e = 0,5 %.
2.3.3 Keuletan (e)
Keuletan adalah suatu besaran kualitatif dan sifat subyektif suatu bahan, yang
secara umum pengukurannya dilakukan untuk memenuhi tiga kepentingan, yaitu:
Menyatakan besarnya deformasi yang mampu dialami suatu material,
tanpa terjadi patah. Hal ini penting untuk proses pembentukan logam,
seperti pengerolan dan ekstruksi.
Menunjukkan kemampuan logam untuk mengalir secara plastis sebelum
patah.Keuletan logam yang tinggi menunjukkan kemungkinan yang besar
untuk berdeformasi secara lokal tanpa terjadi perpatahan.
Sebagai petunjuk adanya perubahan kondisi pengolahan.
Ukuran keuletan dapat digunakan untuk memperkirakan kualitas suatu bahan,
walaupun tidak ada hubungan langsung antara keuletan dengan perilaku dalam
pemakaian bahan.
Cara untuk menentukan keuletan yang diperoleh dari uji tarik adalah regangan
teknis pada saat patah (ef), yang biasa disebut perpanjangan dan pengukuran luas
penampang pada patahan (q). Kedua sifat ini didapat setelah terjadi patah, dengan
cara menaruh benda uji kembali, kemudian diukur panjang akhir benda uji (Lf)
dan diameter pada patahan (Df), untuk menghitung luas penampang patahan (Af).
ef = ( Lf – Lo ) / Lo ………..2.5
q = ( Ao – Af ) / Ao ……….2.6
Baik perpanjangan maupun pengurangan luas penampang, biasanya dinyatakan
dalam persentase. Karena cukup besar bagian deformasi plastis yang akan
terkonsentrasi pada daerah penyempitan setempat, maka harga ef akan
bergantung pada panjang ukur awal (Lo). Makin kecil panjang ukur, makin besar
pengaruhnya pada perpanjangan keseluruhan. Oleh karena itu bila diberikan harga
persentase perpanjangan, maka panjang ukur Lo akan selalu disertakan.
2.3.4 Modulus Elastisitas ( E )
Gradien bagian linear awal kurva tegangan-regangan adalah modulus elastisitas
atau modulus Young. Modulus elastisitas adalah ukuran kekakuan suatu bahan.
Makin besar modulus elastisitas makin kecil regangan elastis yang dihasilkan
akibat pemberian tegangan.
Modulus elastisitas dirumuskan seperti persamaan 2.7.
E = / e …………….2.7
Modulus elastisitas biasanya diukur pada temperatur tinggi dengan metode
dinamik.
2.3.5 Kelentingan (Resilience)
Kelentingan adalah kemampuan suatu bahan untuk menyerap energi pada waktu
berdeformasi secara elastis dan kembali kebentuk awal apabila bebannya
dihilangkan. Kelentingan biasa dinyatakan sebagai modulus kelentingan, yaitu
energi regangan tiap satuan volume yang dibutuhkan untuk menekan bahan dari
tegangan nol hingga tegangan luluh. Modulus kelentingan (Resilience Mudulus)
dapat dicari dengan menggunakan persamaan 2.8.
UR = o2 / 2E ……………2.8
2.3.6 Ketangguhan (Toughness)
Ketangguhan adalah jumlah energi yang diserap material sampai terjadi patah,
yang dinyatakan dalam Joule. Energi yang diserap digunakan untuk berdeformasi,
mengikuti arah pembebanan yang dialami. Pada umumnya ketangguahan
menggunakan konsep yang sukar dibuktikan atau didefinisikan..Terdapat
beberapa pendekatan matematik untuk menentukan luas daerah dibawah kurva
tegangan-regangan.
Untuk logam-logam ulet mempunyai kurva yang dapat didekati dengan
persamaan-persamaan berikut:
UT u .ef ………..2.9
UT ( o + u ) ef / 2 ………..2.10
UT 2/3 ( u ) ef .………..2.11
2.3.7 Kurva Tegangan Regangan Sesungguhnya
Kurva tegangan regangan teknik tidak memberikan indikasi karekteristik
deformasi yang sesungguhnya, karena kurva tersebut semuanya berdasarkan pada
dimensi awal benda uji, sedangkan selama pengujian terjadi perubahan dimensi.
Pada tarik untuk logam liat, akan terjadi penyempitan setempat pada saat beban
mencapai harga maksimum. Karena pada tahap ini luas penampang lintang benda
uji turun secara cepat, maka beban yang dibutuhkan untuk melanjutkan deformasi
akan segera mengecil.
Kurva tegangan regangan teknik juga menurun setelah melewati beban
maksimum. Keadaan sebenarnya menunjukkan, logam masih mengalami
pengerasan regangan sampai patah sehingga tegangan yang dibutuhkan untuk
melanjutkan deformasi juga bertambah besar. Tegangan yang sesungguhnya (s)
adalah beban pada saat manapun dibagi dengan luas penampang lintang benda uji,
Ao dimana beban itu bekerja.
Gambar 2.6 Perbandingan antara kurva tegangan regangan teknikDengan kurva tegangan regangan sesungguhnya
2.4 Metalografi
Metalografi adalah suatu teknik atau metode persiapan material untuk mengukur,
baik secara kuantitatif maupun kualitatif dari informasi-informasi yang terdapat
dalam material yang dapat diamati, seperti fasa, butir, komposisi kimia, orientasi
butir, jarak atom, dislokasi, topografi dan sebagainya. Adapun secara garis besar
langkah-langkah yang dilakukan pada metalografi adalah:
1. Pemotongan spesimen (sectioning)
2. Pembikaian (mounting)
3. Penggerindaan, abrasi dan pemolesan (grinding, abrasion and polishing)
4. Pengetsaan (etching)
5. Observasi pada mikroskop optik
Pada metalografi, secara umum yang akan diamati adalah dua hal yaitu
macrostructure (stuktur makro) dan microstructure (struktur mikro). Struktur
makro adalah struktur dari logam yang terlihat secara makro pada permukaan
yang dietsa dari spesimen yang telah dipoles. Sedangkan struktur mikro adalah
struktur dari sebuah permukaan logam yang telah disiapkan secara khusus yang
terlihat dengan menggunakan perbesaran minimum 25x.
2.4.1 Pemotongan (Sectioning)
Proses Pemotongan merupakan pemindahan material dari sampel yang besar
menjadi spesimen dengan ukuran yang kecil. Pemotongan yang salah akan
mengakibatkan struktur mikro yang tidak sebenarnya karena telah mengalami
perubahan.
Kerusakan pada material pada saaat proses pemotongan tergantung pada material
yang dipotong, alat yang digunakan untuk memotong, kecepatan potong dan
kecepatan makan. Pada beberapa spesimen, kerusakan yang ditimbulkan tidak
terlalu banyak dan dapat dibuang pada saat pengamplasan dan pemolesan.
2.4.2 Pembingkaian ( Mounting)
Pembingkaian seringkali diperlukan pada persiapan spesimen metalografi,
meskipun pada beberapa spesimen dengan ukuran yang agak besar, hal ini
tidaklah mutlak. Akan tetapi untuk bentuk yang kecil atau tidak beraturan
sebaiknya dibingkai untuk memudahkan dalam memegang spesimen pada proses
pngamplasan dan pemolesan.
Sebelum melakukan pembingkaian, pembersihan spesimen haruslah dilakukan
dan dibatasi hanya dengan perlakuan yang sederhana detail yang ingin kita lihat
tidak hilang. Sebuah perbedaan akan tampak antara bentuk permukaan fisik dan
kimia yang bersih. Kebersihan fisik secara tidak langsung bebas dari kotoran
padat, minyak pelumas dan kotoran lainnya, sedangkan kebersihan kimia bebas
dari segala macam kontaminasi. Pembersihan ini bertujuan agar hasil
pembingkaian tidak retak atau pecah akibat pengaruh kotoran yang ada.
Dalam pemilihan material untuk pembingkaian, yang perlu diperhatikan adalah
perlindungan dan pemeliharaan terhadap spesimen. Bingkai haruslah memiliki
kekerasan yang cukup, meskipun kekerasan bukan merupakan suatu indikasi, dari
karakteristik abrasif. Material bingkai juga harus tahan terhadap distorsi fisik yang
disebabkan oleh panas selama pengamplasan, selain itu juga harus dapat
melkukan penetrasi ke dalam lubang yang kecil dan bentuk permukaan yang tidak
beraturan.
2.4.3 Pengerindaan, Pengamplasan dan Pemolesan
Pada proses ini dilakukan penggunaan partikel abrasif tertentu yang berperan
sebagai alat pemotongan secara berulang-ulang. Pada beberapa proses, partikel-
partikel tersebut dsisatukan sehingga berbentuk blok dimana permukaan yang
ditonjolkan adalah permukan kerja. Partikel itu dilengkapi dengan partikel abrasif
yang menonjol untuk membentuk titik tajam yang sangat banyak.
Perbedaan antara pengerindaan dan pengamplasan terletak pada batasan kecepatan
dari kedua cara tersebut. Pengerindaan adalah suatu proses yang memerlukan
pergerakan permukaan abrasif yang sangat cepat, sehingga menyebabkan
timbulnya panas pada permukaan spesimen. Sedangkan pengamplasan adalah
proses untuk mereduksi suatu permukaan dengan pergerakan permukaan abrasif
yang bergerak relatif lambat sehingga panas yang dihasilkan tidak terlalu
signifikan.
Dari proses pengamplasan yang didapat adalah timbulnya suatu sistim yang
memiliki permukaan yang relatif lebih halus atau goresan yang seragam pada
permukaan spesimen. Pengamplasan juga menghasilkan deformasi plastis lapisan
permukaan spesimen yang cukup dalam.
Proses pemolesan menggunakan partikel abrasif yang tidak melekat kuat pada
suatu bidang tapi berada pada suatu cairan di dalam serat-serat kain. Tujuannya
adalah untuk menciptakan permukaan yang sangat halus sehingga bisa sehalus
kaca sehingga dapat memantulkan cahaya dengan baik. Pada pemolesan biasanya
digunakan pasta gigi, karena pasta gigi mengandung Zn dan Ca yang akan dapat
mengasilkan permukaan yang sangat halus. Proses untuk pemolesan hampir sama
dengan pengamplasan, tetapi pada proses pemolesan hanya menggunakan gaya
yang kecil pada abrasif, karena tekanan yang didapat diredam oleh serat-serat kain
yang menyangga partikel.
2.4.4 Pengetsaan (Etching)
Etsa dilakukan dalam proses metalografi adalah untuk melihat struktur mikro dari
sebuah spesimen dengan menggunakan mikroskop optik. Spesimen yang cocok
untuk proses etsa harus mencakup daerah yang dipoles dengan hati-hati, yang
bebas dari deformasi plastis karena deformasi plastis akan mengubah struktur
mikro dari spesimen tersebut. Proses etsa untuk mendapatkan kontras dapat
diklasifikasikan atas proses etsa tidak merusak (non disctructive etching) dan
proses etsa merusak (disctructive etching).
2.4.4.1 Etsa Tidak Merusak (Non Discructive Etching)
Etsa tidak merusak terdiri atas etsa optik dan perantaraan kontras dari struktur
dengan pencampuran permukaan secara fisik terkumpul pada permukaan
spesimen yang telah dipoles. Pada etsa optik digunakan teknik pencahayaan
khusus untuk menampilkan struktur mikro. Beberapa metode etsa optik adalah
pencahayaan gelap (dark field illumination), polarisasi cahaya mikroskop
(polarized light microscopy) dan differential interfence contrast.
Pada penampakan kontras dengan lapisan perantara, struktur mikro ditampilkan
dengan bantuan interfensi permukaan tanpa bantuan bahan kimia. Spesimen
dilapisi dengan lapisan transparan yang ketebalannya kecil bila dibandingkan
dengan daya pemisah dari mikroskop optik. Pada mikroskop interfensi
permukaan, cahaya ynag terjadi pada sisa-sisa film dipantulkan ke permukaan
perantara spesimen.
2.4.4.2 Etsa Merusak (Desctructive Etching)
Etsa merusak adalah proses perusakan permukaan spesimen secara kimia agar
terlihat kontras atau perbedaan intensitas dipermukaan spesimen. Etsa merusak
terbagi dua metode yaitu etsa elektrokimia (electochemical etching) dan etsa fisik
(phisical etching). Pada etsa elektrokimia dapat diasumsikan korosi terpaksa,
dimana terjadi reaksim serah terima elektron akibat adanya beda potensial daerah
katoda dan anoda. Beberapa proses yang termasuk etsa elektokimia adalah etsa
endapan (precipitation etching), metode pewarnaan panas (heat tinting), etsa
kimia (chemical etching) dan etsa elektrolite (electrolytic etching).
Pada etsa fisik dihasilkan permukaan yang bebas dari sisa zat kimia dan
menawarkan keuntungan jika etsa elektrokimia sulit dilakukan. Etsa ion dan etsa
termal adalah teknik etsa fisik yang mengubah morfologi permukaan spesimen
yang telah dipoles.
2.4.5 Mikroskop Optik
Mikroskop optik (cahaya) merupakan peralatan yang sangat penting untuk studi
mikrostruktur, meskipun telah terjadi evolusi peralatan metalografi elektron yang
canggih. Scanning Electron Microscopy (SEM) dan Transmission Electron
Microscopy (TEM) merupakan beberapa peralatan yang tak ternilai harganya;
meskipun demikian, peralatan tersebut musti dapat digunakan dikarenakan adanya
penggabungan dengan mikroskop optik.
Semua pengujian mikrostruktur harus dimulai dengan penggunaan mikroskop
optik, dimulai pada pembesaran rendah, seperti 100, diikuti pembesaran yang
lebih tinggi secara progresif untuk menaksir karakteristik-karakteristik dasar dari
mikrostruktur secara efisien. Kebanyakan mikrostruktur dapat diamati dengan
mikroskop optik dan diidentifikasikan berdasarkan karakteristik-karakteristiknya.
Mikroskop optik dapat digunakan untuk menguji spesimen metalografi yang telah
dipoles atau dietsa. Unsur-unsur pokok tertentu dapat lebih mudah diamati setelah
dipoles, karena lebih mudah dietsa. Spesimen yang merespon cahaya
terpolarisasi, seperti material dengan struktur kristal non-kubik, umumnya dapat
diuji tanpa pengetsaan.
2.4.5.1. Komponen-Komponen Mikroskop Optik
Mikroskop optik sangat bervariasi berdasarkan harga dan kemampuan. Jenis
reflected-light digunakan untuk studi logam. Jenis transmitted-light microscope
digunakan untuk studi mineral dan polimer, yang mana dapat juga diuji dengan
menggunakan jenis reflected-light. Mikroskop optik juga diklasifikasikan atas
jenis “upright” dan “inverted”; pembagian ini didasarkan kepada orientasi bidang
poles dari spesimen selama pengamatan.
1. Sistem Iluminasi (Penerangan)
Bermacam-macam sumber cahaya untuk mikroskop optik tersedia. Lampu
filamen tungsten voltase rendah digunakan dengan mikroskop bench memiliki
intensitas memadai untuk pengamatan, tapi tidak untuk fotografi.
Sistem penerangan busur karbon, suatu kelaziman pada metalograf, fungsinya
digantikan oleh sumber cahaya busur atau filamen. Sumber cahaya busur xenon
lazim digunakan karena intensitasnya tinggi dan karakteristik warna terang.
Intensitas cahaya, bagaimanapun, dapat disesuaikan hanya oleh penggunaan
penyaring density netral. Lampu filamen halogen tungsten juga secara luas
digunakan untuk intensitasnya yang tinggi dan temperatur warna yang tinggi.
Intensitas cahaya dapat diatur dengan memvariasikan arus atau dengan
penggunaan penyaring density netral. Sumber cahaya lainnya seperti busur
zirconium, busur sodium, kwarsa iodine, atau lampu uap mercury kurang lazim
digunakan.
2. Kondenser
Merupakan sebuah lensa bebas untuk penyimpangan berbentuk bola yang
ditempatkan di depan sumber cahaya untuk memfokuskan cahaya pada titik yang
diinginkan di dalam tempat optik. Sebuah bidang diafragma ditempatkan di depan
lensa untuk meminimalkan cahaya yang menyilaukan dan refleksi internal di
dalam mikroskop. Bidang diafragma dihentikan hingga tepi bidang dari bidang
pandang. Dan sebuah diafragma dengan selaput yang dapat disesuaikan, lobang
lensa diafragma, ditempatkan di dalam tempat jalannya cahaya di depan
illuminator vertical.
Pembukaan atau penutupan diafragma ini mengalternatifkan sejumlah cahaya dan
sudut datang memasuki lensa objektif. Pengesetan yang optimum untuk lobang
cahaya memvariasikan tiap-tiap lensa objektif dan adalah sebuah pengaturan
antara kontras bayangan, ketajaman, dan dalam bidang. Saat pembesaran
ditingkatkan, diafragma lubang cahaya diturunkan. Dengan membuka lobang
cahaya akan meningkatkan ketajaman bayangan, tetapi mengurangi kontras;
dengan menutup lobang cahaya akan meningkatkan kontras, tetapi mengurangi
ketajaman bayangan. Diafragma lobang cahaya tidak digunakan untuk
pengurangan intensitas cahaya. Seharusnya digunakan untuk penyesuaian kontras
dan ketajaman.
2. Penyaring Cahaya
Digunakan untuk memodifikasi cahaya untuk memudahkan pengamatan, untuk
memperbaiki foto-mikroskop atau untuk mengalternatifkan kontras. Penyaring
kerapatan netral digunakan untuk mengurangi intensitas cahaya secara seragam
melewati spectrum yang tampak (kasat mata). Bermacam-macam penyaring
kerapatan netral dari kira-kira 85 hingga 0,01% yang ditransmisikan, tersedia.
Kebanyakan mikroskop optik menawarkan pilihan sekurang-kurangnya dua jenis
penyaring.
Penyaring yang dipilih digunakan untuk membalans temperatur warna sumber
cahaya ke film. Hal ini sering membutuhkan reproduksi yang tepat untuk warna
gambar, tergantung pada sumber cahaya yang digunakan dan jenis film. Sebuah
penyaring hijau atau kuning-hijau secara luas digunakan di dalam fotografi hitam-
putih untuk mengurangi efek cacat lensa pada kualitas gambar. Kebanyakan lensa
objektif, terutama sekali akromat harga rendah, membutuhkan penyaringan untuk
hasil terbaik.
3. Lensa Objektif
Lensa objektif membentuk bayangan primer mikrostruktur dan merupakan
komponen paling penting dalam mikroskop optik. Lensa objektif mengumpulkan
cahaya sebanyak mungkin dari spesimen dan menggabungnya dengan cahaya ini
menghasilkan gambar.
Lensa objektif biasanya disangga pada sebentuk menara kecil yang dapat
menampung empat hingga enam lensa objektif. Beberapa alat metalografi tidak
menggunakan alat penyangga semacam ini, dan hanya satu lensa objektif dalam
satu waktu dapat ditempatkan pada illuminator vertical yang mengandung
reflector atau prisma yang memantulkan cahaya ke bawah lensa objektif ke
permukaan spesimen.
Kebanyakan lensa objektif yang secara lazim digunakan adalah akromat, yang
mana dibenarkan secara sferikal untuk satu warna (biasanya kuning-hijau) dan
untuk pembiasan kromatik longitudinal untuk dua warna (biasanya merah dan
hijau). Oleh karena itu, akromat tidak cocok untuk foto-mikroskop warna.
4. Lensa Okuler
Eyepiece atau lensa okuler, membesarkan bayangan primer yang dihasilkan oleh
lensa objektif; mata kemudian dapat menggunakan kemampuan resolusi penuh
objektif. Mikroskop menghasilkan bayangan virtual spesimen pada titik yang
kebanyakan terang yang dapat dilihat, biasanya 250 mm (10 in.) dari mata.
Eyepiece membesarkan bayangan, pencapaian yang diizinkan pembesaran yang
dapat digunakan. Eyepiece standar memiliki diamater bidang pandang 24 mm;
lebar bidang eyepiece untuk objektif plano memiliki diameter bidang pandang 30
mm, yang meningkatkan daerah mampu guna bayangan primer.
Eyepiece paling sederhana adalah Huygenian, untuk penggunaan dengan lensa
objektif achromat bertenaga rendah dan medium. Akibatnya eyepiece digunakan
dengan objektif achromat dan terkoreksi lebih tinggi dengan NA tinggi. Karena
beberapa koreksi lensa dipakai menggunakan eyepiece ini, eyepiece musti
dicocokkan dengan jenis objektif yang digunakan.
5. Tempat Kedudukan
Tempat kedudukan mekanik disediakan untuk focus dan menggerakkan spesimen,
yang ditempatkan pada tempat kedudukan dan ditahan menggunakan jepitan.
Tempat kedudukan dari mikroskop jenis inverted-light memiliki pelat center yang
dapat dipindahkan dengan ukuran lubang yang berbeda. Permukaan yang dipoles
ditempatkan melawan lubang untuk pengamatan. Meskipun demikian, permukaan
dalam tidak dapat diamati, dan pada pembesaran tinggi tidak memungkinkan
untuk memfokuskan objektif dekat bidang lubang disebabkan jarak kerja yang
terbatas.
Tempat kedudukan mesti kaku untuk mengatasi getaran. Pergerakan tempat
kedudukan, diatur dengan micrometer arah x- dan y-, mesti lembut dan presisi; rak
dan roda gigi pinion digunakan secara normal. Banyak tempat kedudukan
memiliki skala untuk pengukuran jarak dalam arah x- dan y-. Pengaturan
pemfokusan sering mengandung aturan untuk perkiraan pergerakan vertical.
Beberapa unit memiliki pengaturan tempat kedudukan yang digerakkan dan
pemfokusan.
7. Stand
Mikroskop membutuhkan sebuah stand yang kaku, terutama sekali jika mikroskop
foto dilakukan dalam unit tersebut. Bermacam-macam bagian mikroskop
diletakkan pada sebuah stand ketiaka dirakit. Dalam beberapa kasus, bench
mikroskop ditempatkan pada sebuah stand yang terpisah yang juga memegang
system fotografik.
2.4.5.2 Cara-cara Pengujian
Untuk mendapatkan kemampuan resolusi dari lensa objektif yang digunakan,
kontras bayangan haruslah mencukupi. Kontras bayangan bergantung pada
persiapan spesimen dan optika. Perbedaan pada pemantulan sinar dari permukaan
spesimen mengakibatkan adanya amplitudo bentuk yang dapat dilihat oleh mata
setelah adanya perbesaran. Perbedaan fase yang ditimbulkan oleh pemantulan
sinar pasti dapat dilihat dengan penggunaan fase kontras atau dengan
menambahkan alat interferensi kontras pada mikroskop.
1. Penyinaran Daerah Terang
Penyinaran daerah terang , merupakan cara pengujian yang paling banyak
digunakan. Dalam operasinya, sinar dilewatkan melalui lensa objektif dan
menumbuk permukaan spesimen secara tegak lurus. Bentuk permukaan yang
normal terhadap sinar datang akan memantulkan sinar itu kembali melalui lensa
objektif menuju mata. Permukaan yang miring akan memantulkan sinar lebih
sedikit ke lensa objektif dan kelihatan lebih gelap, tergantung pada sudutnya.
2. Penyinaran Miring
Pada beberapa mikroskop, dapat dipasangi dngan kondensator atau cermin
sehingga sinar yang lewat melalui lensa objektif menumbuk permukaan spesimen
pada sudut yang tidak tegak lurus. Kekasaran permukaan spesimen akan
membentuk bayangan–bayangan, menghasilkan tampilan tiga dimensi. Hal ini
memungkinkan kita untuk menentukan bentuk relif atau lekukan. Namun hanya
sedikit tingkat kemiringan yang dapat digunakan, karena cara ini menyebabkan
penyinaran menjadi tidak seragam dan mengurangi resolusi.
3. Penyinaran Daerah Gelap
Sinar yang dipantulkan oleh bentuk yang miring, dikumpulkan, dan sinar yang
dipantulkan dari bentuk yang normal terhadap pancaran sinar datang diblok. Oleh
karena itu kontras merupakan kebalikan dari penyinaran daerah terang; dimana
bentuk yang terang pada penyinaran daerah terang kelihatan gelap. Ini akan
menghasilkan kontras bayangan yang sangat kuat, dengan adanya kemiringan
benda akan kelihatan berkilauan. Pada beberapa kondisi, mungkin tidak bisa
melihat bentuk dengan menggunakan penyinaran daerah terang. Cara penyinaran
daerah gelap sangatlah praktis untuk digunakan dalam mempelajari struktur-
struktur butir, namun intensitas cahaya yang rendah akan membuat fotomikroskop
menjadi lebih rumit, namun masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan alat
pengatur cahaya otomatis.
2.4.5.3 Prinsip Kerja Mikroskop Optik
Secara umum prinsip kerja mikroskop optik adalah sinar datang yang berasal dari
sumber cahaya melewati lensa kondenser, lalu sinar datangitu menuju glass plane
yang akan memantulkan sinar datang itu menuju spesimen. Sebelum mencapai
spesimen sinar datang itu melewati beberapa lensa pembesar. Kemudian sinar
datng tersebut sebagian akan dipantulkan kembali, sedangkan sebagian lagi akan
menyimpang akibat mengenai permukaan yang telah terkorosi pada saat
pengetsaan. Sinar datang yang dipantulkan kembali ke mikroskop optik akan
diteruskan ke lensa okuler sehingga dapat diamati. Urutan jalannya sinar pada
mikroskop optik akan dilihat lebih jelas pada Gambar 2.7
Gambar 2.7 Skema perjalanan sinar pada mikroskop optik