BAB II

PENGUJIAN KEKERASAN (HARDNESS TEST)

A. Latar BelakangMaterial teknik adalah ilmu mengenai bahan-bahan material dimana ilmu

ini berkembang bukan berdasarkan teori saja melainkan atas dasar pengamatan, pengukuran dan pengujian.

Pengujian bahan material saat ini semakin meluas baik dalam konstruksi, pemesinan, bangunan maupun bidang lain. Hal ini disebabkan karena sifat material yang bisa diubah-ubah.

Untuk mengetahui kualitas suatu material pengujian kekerasan sangat erat kaitannya dengan untuk mengetahui seberapa kuat bahan tersebut menompang suatu beban tertentu maka dari itu dilakukanlah suatu pengujian untuk mengetahui seberapa kuat bahan tersebut menahan pukulan maupun gaya gesekan.

B. Tujuan Pengujian1. Untuk memperoleh angka kekerasan bahan yang merupakan salah satu sifat

mekanik yang penting.

C. Peralatan2. Hardness Tester set3. Microscop

D. Bahan4. Baja pasaran5. Baja martensit6. Aluminium 7. Polymer (Rockwell beban kecil)

E. Dasar TeoriKekerasan suatu bahan merupakan salah satu sifat mekanik yang penting.

Hal ini disebabkan pelaksanaan pengujian yang lebih sederhana dibanding dengan pengujian yang lain. Adapun definisi kekerasan sangat tergantung pada cara pengujian tersebut dilakukan.

Beberapa dari definisi tersebut adalah sebagai berikut :1. Ketahanan terhadap goresan, misalnya cara mohs.

1

2. Ketahanan terhadap deformasi plastis misalnya cara penekanan : Brinell, Meyer, Vickers, Rockwell dan sebagainya.

3. Energi yang diserap pada pembebanan dinamik misalnya cara Shore Scleroscope.

4. Ketahanan terhadap pemotongan atau pengeboran dan mampu mesin.

Pengujian kekerasan yang banyak dilaksanakan adalah yang berdasarkan identasi permanent atau deformasi plastis akibat beban statis. Hasil pengujian kekerasan tidak dapat langsung digunakan dalam desain seperti halnya hasil pengujian tarik. Namun demikian pengujian kekerasan banyak dilakukan, sebab hasilnya dapat digunakan sebagai berikut :1. pada bahan yang sama dapat diklarifikasikan berdasarkan kekerasannya.

Dengan kekerasan tersebut dapat ditentukkan penggunaan dari bahan tersebut.

2. Sebagai kontrol kualitas atau produk. Sepertinya mengetahui homoginitas akibat suatu proses pembentukkan dingin, pemaduan, head treatment, case hardening dan sebagainya.

3. Dengan demikian dapat juga sebagai kontrol terhadap proses yang dilakukan.

Macam-macam pengujian kekerasan1. Pengujian Kekerasan dengan Beban Goresan

Pengujian kekerasan ini berdasarkan material yang lebih keras dapat menggores material yang lebih lunak. Oleh sebab itu hasil pengujian bersifat relatif. Angka kekerasan dinyatakan dengan skala Mohs yaitu talk material yang terlunak dengan angka 1 dan Dimond material yang terkeras dengan angka 15.

2. Pengujian Kekerasan dengan Penetrasi Beban StatisPengujian kekerasan yang berdasarkan penetrasi beban statis diantaranya :

Brinell, rockwell, vickers dan mikro hardness

3. Pengujian Kekerasan dengan Beban DinamisPengujian kekerasan dengan dasar beban dinamis diantaranya :

Shore ScleroscopeHerbertHammer Poldi dan sebagainya

4. Pengujian kekerasan yang umum dilakukan

2

Pada umumnya pengujian kekerasan yang dilakukan adalah yang berdasarkan penetrasi akibat beban statis.Adapun pengujian ini dibagi dua yaitu :

Untuk spesimen yang cukup tebal digunakan pengujian kekerasan Brinell, Rockwell dan Vickers.Untuk mengukur kekerasan bagian kecil (fasa pada struktur micro) atau lapisan-lapisan tipis dari suatu material digunakan pengujian kekerasan micro hardness.

1. Pengujian Kekerasan BrinellPengujian kekerasan Brinell dilakukan dengan penekanan bola baja

yang telah dikeraskan dengan diameter (D) dan beban (P) terhadap spesimen. Diameter Identasi pada permukaan spesimen setelah beban dibebaskan (d).

Angka kekerasan Brinell dari spesimen tersebut adalah beban (P) dibagi dengan luas Permukaan Identasi yaitu :

dimana : HBN : harga kekerasan Brinell (kg/mm2)P : beban (kg)D : diameter identor (mm)d : diameter rata-2 identasi (mm)

Gambar 2.1: Pengujian Kekerasan Brinell

3

P

d

D

Ketebalan spesimen minimum adalah 10 x kedalaman identasi dan waktu penekanan biasa diambil 10 detik, 15 detik untuk logam ferrous dan 30 detik untuk logam yang lebih lunak. Pemakaian waktu penekanan selain 10 detik harus dicantumkan pada angka kekerasan. Jarak antara identasi yang satu terhadap yang lain dan antara tepi identasi terhadap tepi spesimen harus lebih besar dari (2d).

2. Pengujian Kekerasan RockwellPengujian kekerasan Rockwell hampir sama dengan pengujian

kekerasan Brinell yaitu angka kekerasan sebagai fungsi dari kedalaman identasi pada spesimen akibat pembebanan statis.

Perbedaannya dengan pengujian Brinell yaitu pada pengujian kekerasan Rockwell digunakan beban dan identor yang lebih kecil. Pengujian kekerasan ini banyak dilakukan di industri sebab pelaksanaannya lebih cepat. Hal ini angka kekerasan langsung ditunjukkan pada alatnya itu sendiri. Cara ini lebih cepat dan akurat.

Kekerasan diperhitungkan berdasarkan perbedaan kedalaman penetrasi ini. Karena yang diukur adalah kedalaman penetrasi, jadi adalah juga panjang langkah gerakan identor, dengan sedikit modifikasi yaitu piringan penunjuknya menunjukkan skala kekerasan Rockwell.

Dengan cara Rokwell dapat digunakan beberapa skala, tergantung pada kombinasi jenis identor dan besar beban utama yang digunakan. Macam skala dan jenis identor serta besar beban utama dapat dilihat pada tabel pengujian kekerasan dibawah. Untuk logam biasanya digunakan skala B atau skala C, dan angka kekerasannya dinyatakan dengan RB dan RC. untuk skala B harus digunakan identor berupa bola baja berdiameter 1/16” dan beban utama 100 kg. kekerasan yang dapat diukur dengan Rockwell B ini sampai RB 100, bila pada suatu pengukuran diperoleh angka angka diatas 100 maka pengukuran harus diulangi dengan menggunakan skala lain. Kekerasan yang diukur dengan skala B ini relatif tidak begitu tinggi, untuk mengukur kekerasan logam yang keras digunakan Rockwell C (sampai angka kekerasan RC 70) atau Rockwell A (untuk yang sangat keras).

Disamping Rockwell yang normal ada pula yang disebut superficial Rockwell, yang menggunakan beban awal 3 kg, identor kerucut intan (diamond cone, brale) dan beban utama 15, 30 dam 45 kg. Superficial Rockwell digunakan untuk spesimen yang tipis.

Angka kekerasan Rockwell tidak bersatuan, tetapi di dahului dengan huruf depan seperti pada tabel yang menyatakan kondisi pengujian. Angka skala pada mesin terdiri dari dua skala yaitu merah dan hitam, berbeda 30

4

angka kekerasan. Skala Rockwell terbagi 100 divisi, dimana tiap divisi sebanding dgn kedalaman identasi 0,002 mm. Ketebalan minimum Spesimen 0,01 inc.

Tabel 2.1: skala kekerasan RockwellSkalaHuruf

Identor Beban (Kg) WarnaSkala

BC

ADEFGHK

LMPRSV

Group IBola 1/16”Kerucut Intan

Group IIKerucut IntanKerucut IntanBola 1/8”Bola 1/16”Bola 1/16”Bola 1/8”Bola 1/16”Group IIIBola 1/4”Bola 1/4”Bola 1/4”Bola 1/2”Bola 1/2”Bola 1/2”

100150

60601006015060150

60100150100100150

MerahHitam

HitamHitamMerahMerahMerahMerahMerah

MerahMerahMerahMerahMerahMerah

3. Pengujian Kekerasan VickersPada pengujian kekerasan Vickers digunakan Identor intan yang

berbentuk piramida. Beralas bujur sangkar dan sudut punjak antara dua sisi yang berhadapan 1360, yang diukur adalah panjang kedua diagonalnya, lalu diambil rata-ratanya. Angka kekerasan Vickers dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

APHV

dimana

5

Jadi

Dimana : HV= angka kekerasan Vickers (kg/mm2)P = beban (kg)A = luas Identasi (mm2)d = diagonal injakan (mm)

Gambar 2.2: Pengujian kekerasan Vickers

F. Langkah Pengujian Permukaan spesimen harus dibuat rata, halus dan sejajar terhadap

permukaan meja uji. Memilih metode pengujian yang dipakai. Memasang Identor yang dipakai beserta landasannya. Set beban yang telah ditentukkan tiap-tiap metode pengujian. Tahan beban dengan menarik test lever berlawanan jarum jam. Pasang spesimen diatas landasan anvil holder screw. Putar handwheel

searah jarum jam. Amati jarum kecil dan tepatkan pada titik merah pada dial kekerasan,

khusus pengujian Rockwell putar piringan skala dan amati jarum panjang tepat pada angka nol skala hitam.

6

1360

P

d1

d2

Tarik test lever searah jarum jam perlahan-lahan sampai mentok, hitung waktu yang telah ditentukkan setiap metode pengujian dan (khusus Rockwell baca skalanya)

Ulangi cara diatas untuk pengujian selanjutnya

G. Gambar Alat uji kekerasan

Gambar 2.3: Alat uji hardness test

7

Keterangan Gambar :1. Test loads mobile selector2. Avalable loads scale3. wrench to select tested loads4. Ring nut to fix the penetrator5. Penetrator6. Test lever7. Instrument identification plate8. Anvil holder screw9. Handweel to regulate the rising screw

Gambar 2.4: Microscope

8

G. Analisa Data Pengujian1. Metode Brinell

Jenis mesin : - Hardness Test - Microscope

Tgl pengujian : 11/11/2014Penguji :

Tabel 2.2: Nilai kekerasan brinell

No Bahan P (N) D (mm) d (mm) Kekerasan (HBN)

123

QuenchingST 37ST 37ST 37

184018401840

2,52,52.5

1,1251,2251,2

178,64148,97155,701

161,03 ± 15,5176,53 s.d 145,53

123

Tanpa Perlakuan

ST 37ST 37ST 37

184018401840

2,52,52,5

1,3751,351,3

115,93120,69131,03

122,55 ± 7,719130,269 s.d 114,831

Perhitungan nilai kekerasan (HBN)Quenching:

1. dimana:

= =3,926

P= 1840 =187,56 kg

=

= 178,64 kg/mm²

9

2.

=

= 148,97 kg/mm²

3.

=

= 155,701 kg/mm²

Tanpa Perlakuan:

1. dimana:

= = 3,926

P = 1840 =187,56 kg

=

= 115,93 kg/mm²

2.

=

= 120,69 kg/mm²

10

3.

=

= 131,03 kg/mm²

Untuk nilai rata-rata dari nilai kekerasan(HR)

Quenching: = 161,103 kg/mm²

Tanpa perlakuan: = 122,55 kg/mm²

Nilai standar deviasi untuk:Quenching:

(SD) =

=

= 15,5 kg/mm²

Tanpa perlakuan:

(SD) =

11

=

=

= 7,719 kg/mm²

Menghitung nilai X̅ ± SDQuenching:

161,103+15,5 = 176,53 kg/mm²161,103-15,5 = 145,53 kg/mm²

Tanpa perlakuan:122,55+7,719 = 130,269 kg/mm²122,55-7,719 = 114,831 kg/mm²

2. Metode RockwellJenis mesin : - Hardness TestTgl pengujian : 11/11/2014Penguji :

Table 2.3: Nilai kekerasan rockwell

No Bahan P (N) Identor Warna Kekerasan (HR)

123

QuenchingST 37ST 37ST 37

147114711471

Krucut intanKrucut intanKrucut intan

Hitamhitam hitam

161161164

162 ± 1,73163,73 s.d 160,27

123

Tanpa Perlakuan

ST 37ST 37ST 37

147114711471

Krucut intan Krucut intan Krucut intan

hitam hitam hitam

93132135

120 ± 23,43143,43 s.d 96,57

12

Untuk Rockwell nilai kekerasannya langsung bisa di baca diskala alat ujinya.Untuk nilai bebannya dapat kita cari dengan P = m.g

Dimana m: massa/beban(kg) Sehingga P = m.g g: gravitasi bumi =150.9,81 = 1471 N Massanya dapat kita ketahui pada tabel skala huruf C kekerasan Rockwell

dengan identor kerucut intan.

Untuk nilai rata-rata dari nilai kekerasan(HR)

Quenching: = 162 HR

Tanpa Perlakuan: = 120 HR

Nilai standar deviasi untuk:Quenching:

(SD) =

=

=

= 1,73 HRTanpa perlakuan:

(SD) =

=

13

=

= 23,43 HR

Menghitung nilai X̅ ± SDQuenching:

162+1,73 = 163,73 HR162-1,73 = 160,22 HR

Tanpa perlakuan:120+23,43 = 143,43 HR120-23,43 = 96,57 HR

3. Metode Vickers

Jenis mesin : - Hardness Test - Microscope Tgl pengujian :11/11/2014Penguji :

Table 2.4: Nilai kekerasan vickers

No Bahan P d1 d2 Kekerasan (HV)

123

QuenchingST 37ST 37ST 37

588588588

0,80,740,75

0,80,730,74

173,60205,67200,18

193,15 ± 17,15210,3 s.d 176

123

Tanpa Perlakuan

ST 37ST 37ST 37

588588588

0,80,850,79

0,780,820,81

178,03159,36173,60

14

170,33 ± 9,75180,08 s.d 160,58

Perhitungan nilai harga kekerasan (HV)Quenching:

1. dimana: P =588 N= 59,93

kg

= 173,60 kg/mm²

2.

= 205,67 kg/mm²

3.

= 200,18 kg/mm²

Tanpa Perlakuan:

1. dimana: P=588 N=59,93 kg

= = 178,03 kg/mm²

2.

15

= 159,36 kg/mm²

3.

= 173,60 kg/mm²

Nilai rata-rata untuk:

Quenching: =193,15 kg/mm²

Tanpa Perlakuan : = 170,33 kg/mm²

Nilai standar deviasi untuk:Quenching:

(SD) =

=

=

= 17,15 kg/mm²

Tanpa perlakuan:

(SD) =

16

=

=

= 9,75 kg/mm²

Menghitung nilai X̅ ± SDQuenching:

193,15+17,15 = 210,3 kg/mm²193,15-17,15 = 176 kg/mm²

Tanpa perlakuan:170,33+9,75 = 180,08 kg/mm²170,33-9,75 = 160,58 kg/mm²

17

Gambar 2.5: Grafik nilai rata-rata kekerasan

H. PembahasanDari grafik di atas kita dapat ketahui bahwa ada perbedaan harga

kekerasan dari masing-masing metode pengujian kekerasan spesimen tersebut baik dengan metode Brinell, Rockwell, maupun Vickers memiliki ketelitian yang berbeda dengan menggunakan metode Vikers harga kekerasannya lebih tinggi dibandingkan dengan metode Brinell dan Rockwell.

Kita dapat ketahui harga suatu material dengan metode Vikers dapat dicari dengan perbandingan beban dengan luasan identasi dan untuk Brinell itu sama hanya saja tempat berbedanya luasan identasinya dicari dengan rumus-rumus yang berbeda, sedangkan untuk Rockwell nilai kekerasannya langsung bisa di baca diskala alat ujinya.

Untuk beban pada pengujian metode Brinell dan Vickers sudah ditentukan pada lab. Sedangkan untuk metode Rockwell bebannnya dapat kita cari dengan menggunakan rumusnya sendiri dimana bebannnya adalah

18

perkalian antara masa yang dimiliki oleh metode Rockwell berdasarkan jenis identor yang kita pakai kemudian dikalikan dengan gaya gravitasi bumi.

I. PenutupA. Kesimpulan

1. Pengujian kekerasan dalam bidang teknik mesin menggunakan 3 metode yaitu

metode Brinell, metode Rockwell dan metode Vickers.2. Nilai kekerasan suatu material berbeda-beda tergantung dari metode

pengujian apa yang kita gunakan.

3. Masing-masing metode memiliki nilai ketelitian yang berbeda-beda.

B. Saran1. Didalam melakukan suatu pengujian kekerasan sebaiknya menggunakan beberapa jenis logam.2. .Dalam melakukan pengujian hendaklah diteliti dengan baik dan benar

karena sering terjadi kesalahan dalam pengambilan data

19