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.