Sifat – Sifat Material

Secara 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 Indentor Beban Aplikasi

SkalaMayor

Kgf

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