Laporan Awal

Praktikum Karakterisasi Material 1

Pengujian Kekerasan

Rahmawan Setiaji

0706163735

Kelompok 9

Laboratorium Metalurgi Fisik

Departemen Metalurgi dan Material FTUI

2009

MODUL 2

PENGUJIAN KEKERASAN

I. Tujuan Praktikum

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.

II. Dasar Teori

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

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

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 1 Skematis prinsip identasi dengan metode brinell

2 P

BHN =

(( D) (D - D2 - d2 )

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 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

b. Metode Vickers

Pada metode ini digunakan indentor intan berbentuk piramida dengan sudut

136o, seperti gambar dibawah ini

Gambar.2 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

material yang kaku, maka akan berbentuk menggembung. Metode ini biasa

dilakukan untuk mengukur kekerasan mikro dari material.

1.854 PVHN = d2

Gambar 3. Distorsi oleh indentor pyramid intan karena efek elastisitas;

(a)Indentasi sempurna; (b)Indentasi mengempis; (c)Indentasi menggembung

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.

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.

III. Metodologi Penelitian

III.1. Bahan dan Alat

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 4 Mesin hidraulic

III. 2. Flow Chart Prosedur Pengujian

III.2.1. Metode Brinell dan Vickers (sample silinder pejal)

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

III.2.2. 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

III.2.3. 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

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

III.2.4. Pengujian kekerasan mikro

Daftar Pustaka

1. Sriati Djaprie, Metalurgi Mekanik, edisi ketiga, jilid 1, Erlangga, 1993.

2. Davis,H.E,Troxell,G.E,Hauck, GFW.”The Testing of Engineering

Materials”.1982.

3. Diktat Teori Dasar Parktikum Karakterisasi Material 1

4. Buku Paduan Kerja Mahasiswa Praktikum Karakterisasi Material 1

5. Louis Cart,”Non Destructive Testing”,ASM, 1995.

6. Metal Handbook Ninth Edition, Volume 8, Mechanical Testing,

ASM,1985.

7. Catatan Perkuliahan Pengujian Material.

8. Callister,William D., 1940-Materials science and engineering : an

Introduction / William D. Callister, Jr.—7th ed