LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMENTAL II UJI KEKERASAN MATERIAL DENGAN METODE ROCKWELL
LAPORAN PRAKTIKUM
FISIKA EKSPERIMENTAL II
UJI KEKERASAN MATERIAL DENGAN METODE ROCKWELL
Pelaksanaan Pratikum
Hari : Rabu Tanggal : 28 Agustus 2019 Jam ke : 11-12
Oleh :
Renza Anggieta M M ( 081711333082 )
Sofian Iramanda ( 081711333083 )
Yessi Okta Intani ( 081711333084 )
Dosen Pembimbing :
Drs. Djony Izak Rudyardjo, M.Si
Dyah Hikamawati, S.Si M.Si.
LABORATORIUM FISIKA MATERIAL
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS AIRLANGGA
2019
ABSTRAK
Pada percobaan uji keekerasan material dengan metode rockwell. Tujuannya adalah mengukur nilai kekerasan suatu bahan dengan jenis, komposisi, dan perlakuannya yang berbeda. Alat yang digunakan adalah seperangkat Rockwell Tester TH500, bahan yang digunakan adalah berbagai jenis logam yang akan diukur nilai kekerasannya. Kekerasan suatu material dapat didefinisikan sebagai ketahanan material tersebut terhadap gaya penekanan dari material lain yang lebih keras. Penekanan dapat berupa mekanisme penggoresan ( stratcing ), pantulan ataupun indentasi dari material terhadap suatu permukaan benda uji. Dari percobaan menggunakan seperangkat Rockwell Tester TH500 didapat nilai skala kekerasan spesimen uji.
DASAR TEORI
Kekerasan (Hardness) adalah salah satu sifat mekanik (Mechanical properties) dari suatu material. Kekerasan suatu material harus diketahui khususnya untuk material yang dalam penggunaanya akan mangalami pergesekan (frictional force) dan deformasi plastis. Deformasi plastis sendiri suatu keadaan dari suatu material ketika material tersebut diberikan gaya maka struktur mikro dari material tersebut sudah tidak bisa kembali ke bentuk asal artinya material tersebut tidak dapat kembali ke bentuknya semula. Lebih ringkasnya kekerasan didefinisikan sebagai kemampuan suatu material untuk menahan beban identasi atau penetrasi (penekanan).
Di dalam aplikasi manufaktur, material dilakukan pengujian dengan dua pertimbangan yaitu untuk mengetahui karakteristik suatu material baru dan melihat mutu untuk memastikan suatu material memiliki spesifikasi kualitas tertentu. Maka kekerasan suatu material dapat didefinisikan sebagai ketahanan material tersebut terhadap gaya penekanan dari material lain yang lebih keras. Penekanan tersebut dapat berupa mekanisme penggoresan (scratching), pantulan ataupun indentasi dari material keras terhadap suatu permukaan benda uji. Berdasarkan mekanisme penekanan tersebut, dikenal 3 metode uji kekerasan:
Metode gores
Metode ini tidak banyak lagi digunakan dalam dunia metalurgi dan material lanjut, tetapi masih sering dipakai dalam dunia mineralogy. Metode ini dikenalkan oleh Friedrich Mohs yang 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 material talk, hingga skala 10 sebagai nilai kekerasan tertinggi, sebagaimana dimiliki oleh intan. Dalam skala Mohs urutan nilai kekerasan material di dunia ini diwakili oleh: Talc, Orthoclase Gipsum, Quartz, Calcite, Topaz, Fluorite, Corundum, Apatite, Diamond (intan).
Prinsip pengujian bila suatu mineral mampu digores oleh Orthoclase tetapi tidak mampu digores oleh Apatite, maka kekerasan mineral tersebut berada antara Apatite dan Orthoclase. 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.
Metode elastik/pantul (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 ditunjukkan oleh dial pada alat pengukur, maka kekerasan benda uji dinilai semakin tinggi.
Metode indentasi
Tipe pengetesan kekerasan material/logam ini adalah dengan mengukur tahanan plastis dari permukaan suatu material komponen konstruksi mesin dengan specimen standar terhadap “penetrator”. Adapun beberapa bentuk penetrator atau cara pengetesan ketahanan permukaan yang dikenal adalah:
Ball indentation test (Brinel)
Pyramida indentation (Vickers)
Cone indentation test (Rockwell)
Uji kekerasan mikro
Berikut penjelasannya:
Metode Brinell
Pengujian kekerasan dengan metode ini bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap bola baja (indentor) yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut (speciment). Idealnya, pengujian ini diperuntukan bagi material yang memiliki kekerasan Brinell sampai 400 HB, jika lebih dari nilai tersebut maka disarankan menggunakan metode pengujian Rockwell ataupun Vickers. Angka Kekerasan Brinell (HB) didefinisikan sebagai hasil bagi (koefisien) dari beban uji (F) dalam Newton yang dikalikan dengan angka faktor 0,102 dan luas permukaan bekas luka tekan (injakan) bola baja (A) dalam millimeter persegi. Indentor (bola baja) biasanya telah dikeraskan dan diplating ataupun terbuat dari bahan Karbida Tungsten. Jika diameter Indentor 10 mm maka beban yang digunakan (pada mesin uji) adalah 3000 N sedang jika diameter Indentornya 5 mm maka beban yang digunakan (pada mesin uji) adalah 750 N.
Diameter bola dengan gaya yang diberikan mempunyai ketentuan, yaitu:
Jika diameter bola terlalu besar dan gaya yang diberikan terlalu kecil maka akan mengakibatkan bekas lekukan yang terjadi akan terlalu kecil dan mengakibatkan sukar diukur sehingga memberikan informasi yang salah.
Jika diameter bola terlalu kecil dan gaya yang diberikan terlalu besar maka dapat mengakibatkan diameter bola pada benda yang diuji besar (amblasnya bola) sehingga mengakibatkan harga kekerasannya menjadi salah.
Pengujian kekerasan pada Brinell ini biasa disebut BHN (Brinell Hardness Number). Pada pengujian Brinell akan dipengaruhi oleh beberapa factor berikut:
Kehalusan permukaan
Letak benda uji pada indentor
Adanya pengotor pada permukaan
Metode Vickers
Vickers adalah hamper sama dengan uji kekerasan Brinell saja dapat mengukur sekitar 400 VHN. Pengujian kekerasan dengan metode Vickers bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap intan berbentuk piramida dengan sudut puncak 136. Derajat yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut. Angka kekerasan Vickers (HV) didefinisikan sebagai hasil bagi (koefisien) dari beban uji (F) dalam Newton yang dikalikan dengan angka faktor 0,102 dan luas permukaan bekas luka tekan (injakan) bola baja (A) dalam millimeter persegi.
Secara matematis dan setelah disederhanakan, HV sama dengan 1,854 dikalikan beban uji (F) dibagi dengan diagonal intan yang dikuadratkan. Beban uji (F) yang biasa dipakai adalah 5 N per 0,102; 10 N per 0,102; 30 N per 0,102; dan 50 N per 0,102.
Metode Rockwell
Rockwell merupakan metode yang paling umum digunakan karena simple dan tidak menghendaki keahlian khusus. Digunakan kombinasi variasi indenter dan beban untuk bahan metal dan campuran mulai dari bahan lunak sampai keras.
Indenter:
Bola baja keras
Ukuran 1/16, 1/8, ¼, ½ inci (1,588; 3,175; 6,350; 12,70 mm)
Intan kerucut
Hardness number (nomor kekerasan) ditentukan oleh perbedaan kedalaman penetrasi indenter, dengan cara member beban minor diikuti beban major yang lebih besar.
Berdasarkan besar beban minor dan major, uji kekerasan Rockwell dibedakan menjadi:
Rockwell
Beban minor : 10 kg
Beban major : 60, 100,
150 kg
Rockwell superficial
Beban minor : 3 kg
Beban major : 15, 30,
45 kg
Skala kekerasan:
SIMBOL INDENTER BEBAN MAJOR (kg)
A
B
C
D
E
F
G
H
K Intan
Bola 1/6 inch
Intan
Intan
Bola 1/8 inch
Bola 1/16 inch
Bola 1/16 inch
Bola 1/8 inch
Bola 1/8 inch 60
100
150
100
100
60
150
60
150
Skala yang umum dipakai dalam pengujian Rockwell adalah:
HRA (Untuk material yang sangat keras)
HRB (Untuk material yang lunak). Indentor berupa bola baja dengan diameter 1/16 inchi dan beban uji 100 Kgf.
HRC (Untuk material dengan kekerasan sedang). Indentor berupa kerucut intan dengan sudut puncak 120 derajat dan beban uji sebesar 150 Kgf.
Pengujian kekerasan dengan metode Rockwell bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap benda uji (speciment) yang berupa bola baja ataupun kerucut intan yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut.
Uji kekerasan mikro
Pada pengujian ini indentornya menggunakan intan kasar yang dibentuk menjadi piramida. Bentuk lekukan intan tersebut adalah perbandingan diagonal panjang dan pendek dengan skala 7:1. Pengujian ini untuk menguji suatu material adalah dengan menggunakan beban statis. Bentuk indentor yang khusus berupa knop memberikan kemungkinan membuat kekuatan yang lebih rapat dibandingkan dengan lekukan Vickers. Hal ini sangat berguna khususnya bila mengukur kekerasan lapisan tipis atau mengukur kekerasan bahan getas dimana kecenderungan menjadi patah sebanding dengan volume bahan yang ditegangkan.
Hardenability adalah sifat yang menentukan dalamnya daerah logam yang dapat dikeraskan. Pendinginan yang terlalu cepat dapat dihindarkan arena dapat menyebabkan permukaan logam (baja) retak.
Kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan sebuah benda (benda kerja) terhadap penetrasi/daya tembus dari bahan lain yang lebih keras (penetrator). Kekerasan merupakan suatu sifat dari bahan yang sebagian besar dipengaruhi oleh unsur-unsur paduannya dan kekerasan suatu bahan tersebut dapat berubah bila dikerjakan dengan cold worked seperti pengerolan, penarikan, pemakanan dan lain-lain serta kekerasan dapat dicapai sesuai kebutuhan dengan perlakuan panas.
Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil kekerasan dalam perlakuan panas antara lain: komposisi kimia, langkah perlakuan panas, aliran pendinginan, temperature pemanasan, dan lain-lain. Proses hardening cukup banyak dipakai di industri logam atau bengkel-bengkel logam lainnya. Alat-alat permesinan atau komponen mesin banyak yang harus dikeraskan supaya tahan terhadap tusukan atau tekanan dan gesekan dari logam lain, misalnya roda gigi, poros-poros dan lain-lain yang banyak dipakai pada benda bergerak. Dalam kegiatan produksi, waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan suatu produksi adalah merupakan masalah yang sangat sering dipertimbangkan dalam industry dan selalu dicari upaya-upaya untuk mengoptimalkannya. Pengoptimalan ini dilakukan mengingat bahwa waktu (lamanya) menyelesaikan suatu produk adalah berpengaruh besar terhadap biaya produksi.
Hardening dilakukan untuk memperoleh sifat tahan aus yang tinggi, kekuatan dan fatigue limit/strength yang lebih baik. Kekerasan yang dapat dicapai tergantung pada kadar karbon dalam baja dan kekerasan yang terjadi akan tergantung pada temperature pemanasan (temperature autenitising), holding time dan laju pendinginan yang dilakukan serta seberapa tebal bagian penampang yang menjadi keras banyak tergantung pada hardenability.
METODE PENELITIAN
Eksperimen dilakukan dengan menggunakan sebuah spesimen, yakni alumunium. Hal pertama yang harus di persiapkan adalah memilih indentor yang sesuai. Setelah itu spesimen diletakkan pada meja spesimen dan diposisikan menuju indentor. Setelah spesimen dan indentor sudah kontak kemudian load cell diputar secara kontinyu dan mengarahkan skala jarum pada C atau B. Setelah itu unload cell diputar, dan skala yang terbaca adalah nilai kekerasan bahan.
Gambar 1. Pengujian Rockwell
Gambar 4 Prinsip kerja metode pengukuran kekerasan Rockwell
TUJUAN
Mengetahui kekerasan logam (bahan) sebagai ukuran ketahanan logam tersebut terhadap deformasi plastis. Kekerasan ini dinyatakan dengan angka kekerasan skala Rockwell.
ALAT DAN BAHAN
Seperangkat Rockwell Tester TH500
Bahan: berbagai jenis logam yang akan diukur nilai kekerasannya
PROSEDUR PERCOBAAN
Mempersiapkan Alat Uji, Pilih skala indentor sesuai dengan jenis bahan yang akan diukur.
Memasang indentor sessuai dengan jenis specimen/material uji yang dipilih.
Meletakkan specimen uji pada meja specimen, dan merotasikan alat pemutar specimen searah jarum jam hingga meja specimen naik ke atas menuju indentor.
Setelah specimen uji kontak dengan indentor, tahan. Kemudian memutar load cell secara kontinu.
Memutar alat putar specimen hingga jarum kecil pada skala menunjuk titik merah dan jarum panjang menunjukkan titik di sekitar C atau B (menunjuk angka nol).
Memutar handle samping hingga maksimum, kemudian mencatat angka yang ditunjukkan jarum panjang pada skala.
Nilai skala tersebut menyatakan nilai kekerasan specimen uji.
DATA HASIL PENGAMATAN
Sampel Uji ke- Nilai Kekerasan (THC)
Stainless steel 1 18.5
2 18
3 19
4 18
5 18.3
Sampel Uji ke- Nilai Kekerasan (THB)
Aluminium 1 19
2 18.5
3 20.5
4 18.2
5 19.5
ANALISIS DATA
Menentukan kedalaman minimum bahan uji (Stainless steel) :
THC =100-((h_2-h_0))/0,002
Uji ke-1
(h_2-h_0 )=(100 – THC) ×(0,002)
(h_2-h_0 )=(100 – 18,5) ×(0,002)
(h_2-h_0 )=0,163 mm
Uji ke-2
(h_2-h_0 )=(100 – THC) ×(0,002)
(h_2-h_0 )=(100 – 18) × (0,002)
(h_2-h_0 )=0,164 mm
Uji ke-3
(h_2-h_0 )=(100 – THC) ×(0,002)
(h_2-h_0 )=(100 – 19) × (0,002) (h_2-h_0 )=0,162 mm
Uji ke-4
(h_2-h_0 )=(100 – THC) (0,002) (h_2-h_0 )=(100 – 18) (0,002) (h_2-h_0 )=0,164 mm
Uji ke-5
(h_2-h_0 )=(100 – THC) (0,002) (h_2-h_0 )=(100 – 18,3) (0,002)
(h_2-h_0 )=0,163 mm
Rerata penetrasi Stainless steel :
((h_2-h_0 ) ) ̅= (∑_(i=1)^5▒(h_2-h_0 )_i )/5
= (0,163+0,164+0,162+0,164+0,163)/5
= 0,816/5
=0,163 mm
Menentukan kedalaman minimum bahan uji (Aluminium) :
THB =130-((h_2-h_0))/0,002
Uji ke-1
(h_2-h_0 )=(130 – THB) (0,002)
(h_2-h_0 )=(130 – 19) (0,002)
(h_2-h_0 )=0,222 mm
Uji ke-2
(h_2-h_0 )=(130 – THB) (0,002)
(h_2-h_0 )=(130 – 18,5) (0,002) (h_2-h_0 )=0,223 mm
Uji ke-3
(h_2-h_0 )=(130 – THB) (0,002) (h_2-h_0 )=(130 –20,5) (0,002) (h_2-h_0 )=0,219 mm
Uji ke-4
(h_2-h_0 )=(130 – THB) ×(0,002) (h_2-h_0 )=(130 – 18,2) (0,002) (h_2-h_0 )=0,234 mm
Uji ke-5
(h_2-h_0 )=(130 – THB) (0,002)
(h_2-h_0 )=(130 – 19,5) (0,002)
(h_2-h_0 )=0,221 mm
Rerata penetrasi Aluminium :
((h_2-h_0 ) ) ̅= (∑_(i=1)^5▒(h_2-h_0 )_i )/5
= (0,222+0,223+0,219+0,234+0,221)/5
= 01,119/5
=0,224 mm
Sampel Uji ke- Nilai Kekerasan (THC) Displacement
(h_2-h_0 ) mm
Stainless stell 1 18.5 0.163
2 18 0.164
3 19 0.162
4 18 0.164
5 18.3 0.163
Rata-rata 0.163
Sampel Uji ke- Nilai Kekerasan (THB) Displacement
(h_2-h_0 ) mm
Alumunium 1 19 0.222
2 18.5 0.223
3 20.5 0.219
4 18.2 0.234
5 19.5 0.221
Rata-rata 0.224
PEMBAHASAN
Kekerasan (Hardness) adalah salah satu sifat mekanik (Mechanical properties) dari suatu material. Kekerasan suatu material harus diketahui khususnya untuk material yang dalam penggunaannya akan mangalami pergesekan (frictional force). Salah satu piranti untuk mengukur tingkat kekerasan suatu material yakni Rockwell. Pengujian kekerasan dengan metode Rockwell bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap benda uji (speciment) yang berupa bola baja ataupun kerucut intan yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut. Indentornya menggunakan sebuah indenter yang berbentuk kerucut dengan sudut 120° dan radius puncak 0,2 mm atau bisa juga dipakai indenter yang berbentuk bola. Indenter yang berbentuk kerucut digunakan beban 150 kg sedangkan untuk indenter yang berbentuk bola digunakan beban 60 kg atau 100 kg. Adapun beban standar atau beban mula-mula sebesar 10 kg, baik untuk indenter berbentuk kerucut maupun bentuk bola. Pengujian kekerasan ini dilakukan dengan cara menekan ke bawah indenter dengan beban standar dan kemudian disusul oleh beban pengujian. Ketika beban uji ditiadakan atau berakhir dan kembali ke beban standar, perbedaan kedalaman bekas tekanan yang dibuat oleh beban standar dan beban uji sebesar h disebut sebagai bilangan kekerasan Rockwell (HR).
Nilai yang ditunjukkan perangkat Rockwell oleh penyimpangan jarum menunjukkan adanya pembebanan yang diberikan melalui indenter setelah gaya yang diberikan dilepaskan. Semakin besar penyimpangan jarum menunjukkan material tersebut dapat dikatakan memiliki kekerasan yang cukup tinggi karena hal tersebut membuktikan bahwa material tersebut tahan terhadap penekanan. Metode rockwell adalah yang paling baik secara teknik dalam pengukuran kekerasan. Hal ini disebabkan adanya beban minor dan mayor pada penekanan dan nilai kekerasan yang bisa langsung terbaca. Selain itu ada klasifikasi untuk macam-macam spesimen logam.. Sehingga kita tidak perlu melakukan preparasi. Harga kekerasan langsung didapat saat pengujian tersebut. Dengan demikian tidak dibutuhkan
Dari analisis perhitungan diperoleh nilai (h_2-h_0 ) dimana nilai ini merupakan nilai kedalaman dari penekanan yang dilakukan, untuk specimen Stainless stell rata-ratanya 0.163 mm sedangkan Alumunium 0.224 mm. Rata-rata ini didapatkan dari lima kali percobaan yang berbed-beda. Hal ini menunjukkan Permukaan bagian depan dan permukaan bagian belakang benda uji tidak rata dan sejajar, halus dan bersih. Benda uji tidak mempunyai ketebalan yang cukup sehingga menimbulkan efek deformasi pada bagian permukaan belakang. Pemasangan alat uji pada fondasi yang tidak stabil, kemudian mesin tidak diset sempurna sehingga puncak poros indenter tidak betul-betul tegak lurus.
KESIMPULAN
Berdasarkan ekperimen disimpulkan bahwa :
Uji kekerasan Rockwell merupakan suatu metode yang digunakan untuk menguji kekerasn bahan dalam bentuk ketahanan terhadap indentor.
Dari eksperimen didapatkan nilai kekerasan Stainless stell rata-ratanya adalah 18,36 THC sedangkan Alumunium 19,14 THB
Nilai (h_2-h_0 ) untuk specimen Stainless stell rata-ratanya 0.163 mm sedangkan Alumunium 0.224 mm
DAFTAR PUSTAKA
Callister, W.D., Jr, 1984, Introduction to Material Science and Engineering, John Wiley and Sons, New York.
Tim KBK Fisika Material. 2014. Buku Petunjuk Praktikum Fisika Eksperimen Lanjut (Fisika Material). Departemen Fisika UNAIR.
FISIKA EKSPERIMENTAL II
UJI KEKERASAN MATERIAL DENGAN METODE ROCKWELL
Pelaksanaan Pratikum
Hari : Rabu Tanggal : 28 Agustus 2019 Jam ke : 11-12
Oleh :
Renza Anggieta M M ( 081711333082 )
Sofian Iramanda ( 081711333083 )
Yessi Okta Intani ( 081711333084 )
Dosen Pembimbing :
Drs. Djony Izak Rudyardjo, M.Si
Dyah Hikamawati, S.Si M.Si.
LABORATORIUM FISIKA MATERIAL
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS AIRLANGGA
2019
ABSTRAK
Pada percobaan uji keekerasan material dengan metode rockwell. Tujuannya adalah mengukur nilai kekerasan suatu bahan dengan jenis, komposisi, dan perlakuannya yang berbeda. Alat yang digunakan adalah seperangkat Rockwell Tester TH500, bahan yang digunakan adalah berbagai jenis logam yang akan diukur nilai kekerasannya. Kekerasan suatu material dapat didefinisikan sebagai ketahanan material tersebut terhadap gaya penekanan dari material lain yang lebih keras. Penekanan dapat berupa mekanisme penggoresan ( stratcing ), pantulan ataupun indentasi dari material terhadap suatu permukaan benda uji. Dari percobaan menggunakan seperangkat Rockwell Tester TH500 didapat nilai skala kekerasan spesimen uji.
DASAR TEORI
Kekerasan (Hardness) adalah salah satu sifat mekanik (Mechanical properties) dari suatu material. Kekerasan suatu material harus diketahui khususnya untuk material yang dalam penggunaanya akan mangalami pergesekan (frictional force) dan deformasi plastis. Deformasi plastis sendiri suatu keadaan dari suatu material ketika material tersebut diberikan gaya maka struktur mikro dari material tersebut sudah tidak bisa kembali ke bentuk asal artinya material tersebut tidak dapat kembali ke bentuknya semula. Lebih ringkasnya kekerasan didefinisikan sebagai kemampuan suatu material untuk menahan beban identasi atau penetrasi (penekanan).
Di dalam aplikasi manufaktur, material dilakukan pengujian dengan dua pertimbangan yaitu untuk mengetahui karakteristik suatu material baru dan melihat mutu untuk memastikan suatu material memiliki spesifikasi kualitas tertentu. Maka kekerasan suatu material dapat didefinisikan sebagai ketahanan material tersebut terhadap gaya penekanan dari material lain yang lebih keras. Penekanan tersebut dapat berupa mekanisme penggoresan (scratching), pantulan ataupun indentasi dari material keras terhadap suatu permukaan benda uji. Berdasarkan mekanisme penekanan tersebut, dikenal 3 metode uji kekerasan:
Metode gores
Metode ini tidak banyak lagi digunakan dalam dunia metalurgi dan material lanjut, tetapi masih sering dipakai dalam dunia mineralogy. Metode ini dikenalkan oleh Friedrich Mohs yang 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 material talk, hingga skala 10 sebagai nilai kekerasan tertinggi, sebagaimana dimiliki oleh intan. Dalam skala Mohs urutan nilai kekerasan material di dunia ini diwakili oleh: Talc, Orthoclase Gipsum, Quartz, Calcite, Topaz, Fluorite, Corundum, Apatite, Diamond (intan).
Prinsip pengujian bila suatu mineral mampu digores oleh Orthoclase tetapi tidak mampu digores oleh Apatite, maka kekerasan mineral tersebut berada antara Apatite dan Orthoclase. 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.
Metode elastik/pantul (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 ditunjukkan oleh dial pada alat pengukur, maka kekerasan benda uji dinilai semakin tinggi.
Metode indentasi
Tipe pengetesan kekerasan material/logam ini adalah dengan mengukur tahanan plastis dari permukaan suatu material komponen konstruksi mesin dengan specimen standar terhadap “penetrator”. Adapun beberapa bentuk penetrator atau cara pengetesan ketahanan permukaan yang dikenal adalah:
Ball indentation test (Brinel)
Pyramida indentation (Vickers)
Cone indentation test (Rockwell)
Uji kekerasan mikro
Berikut penjelasannya:
Metode Brinell
Pengujian kekerasan dengan metode ini bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap bola baja (indentor) yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut (speciment). Idealnya, pengujian ini diperuntukan bagi material yang memiliki kekerasan Brinell sampai 400 HB, jika lebih dari nilai tersebut maka disarankan menggunakan metode pengujian Rockwell ataupun Vickers. Angka Kekerasan Brinell (HB) didefinisikan sebagai hasil bagi (koefisien) dari beban uji (F) dalam Newton yang dikalikan dengan angka faktor 0,102 dan luas permukaan bekas luka tekan (injakan) bola baja (A) dalam millimeter persegi. Indentor (bola baja) biasanya telah dikeraskan dan diplating ataupun terbuat dari bahan Karbida Tungsten. Jika diameter Indentor 10 mm maka beban yang digunakan (pada mesin uji) adalah 3000 N sedang jika diameter Indentornya 5 mm maka beban yang digunakan (pada mesin uji) adalah 750 N.
Diameter bola dengan gaya yang diberikan mempunyai ketentuan, yaitu:
Jika diameter bola terlalu besar dan gaya yang diberikan terlalu kecil maka akan mengakibatkan bekas lekukan yang terjadi akan terlalu kecil dan mengakibatkan sukar diukur sehingga memberikan informasi yang salah.
Jika diameter bola terlalu kecil dan gaya yang diberikan terlalu besar maka dapat mengakibatkan diameter bola pada benda yang diuji besar (amblasnya bola) sehingga mengakibatkan harga kekerasannya menjadi salah.
Pengujian kekerasan pada Brinell ini biasa disebut BHN (Brinell Hardness Number). Pada pengujian Brinell akan dipengaruhi oleh beberapa factor berikut:
Kehalusan permukaan
Letak benda uji pada indentor
Adanya pengotor pada permukaan
Metode Vickers
Vickers adalah hamper sama dengan uji kekerasan Brinell saja dapat mengukur sekitar 400 VHN. Pengujian kekerasan dengan metode Vickers bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap intan berbentuk piramida dengan sudut puncak 136. Derajat yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut. Angka kekerasan Vickers (HV) didefinisikan sebagai hasil bagi (koefisien) dari beban uji (F) dalam Newton yang dikalikan dengan angka faktor 0,102 dan luas permukaan bekas luka tekan (injakan) bola baja (A) dalam millimeter persegi.
Secara matematis dan setelah disederhanakan, HV sama dengan 1,854 dikalikan beban uji (F) dibagi dengan diagonal intan yang dikuadratkan. Beban uji (F) yang biasa dipakai adalah 5 N per 0,102; 10 N per 0,102; 30 N per 0,102; dan 50 N per 0,102.
Metode Rockwell
Rockwell merupakan metode yang paling umum digunakan karena simple dan tidak menghendaki keahlian khusus. Digunakan kombinasi variasi indenter dan beban untuk bahan metal dan campuran mulai dari bahan lunak sampai keras.
Indenter:
Bola baja keras
Ukuran 1/16, 1/8, ¼, ½ inci (1,588; 3,175; 6,350; 12,70 mm)
Intan kerucut
Hardness number (nomor kekerasan) ditentukan oleh perbedaan kedalaman penetrasi indenter, dengan cara member beban minor diikuti beban major yang lebih besar.
Berdasarkan besar beban minor dan major, uji kekerasan Rockwell dibedakan menjadi:
Rockwell
Beban minor : 10 kg
Beban major : 60, 100,
150 kg
Rockwell superficial
Beban minor : 3 kg
Beban major : 15, 30,
45 kg
Skala kekerasan:
SIMBOL INDENTER BEBAN MAJOR (kg)
A
B
C
D
E
F
G
H
K Intan
Bola 1/6 inch
Intan
Intan
Bola 1/8 inch
Bola 1/16 inch
Bola 1/16 inch
Bola 1/8 inch
Bola 1/8 inch 60
100
150
100
100
60
150
60
150
Skala yang umum dipakai dalam pengujian Rockwell adalah:
HRA (Untuk material yang sangat keras)
HRB (Untuk material yang lunak). Indentor berupa bola baja dengan diameter 1/16 inchi dan beban uji 100 Kgf.
HRC (Untuk material dengan kekerasan sedang). Indentor berupa kerucut intan dengan sudut puncak 120 derajat dan beban uji sebesar 150 Kgf.
Pengujian kekerasan dengan metode Rockwell bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap benda uji (speciment) yang berupa bola baja ataupun kerucut intan yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut.
Uji kekerasan mikro
Pada pengujian ini indentornya menggunakan intan kasar yang dibentuk menjadi piramida. Bentuk lekukan intan tersebut adalah perbandingan diagonal panjang dan pendek dengan skala 7:1. Pengujian ini untuk menguji suatu material adalah dengan menggunakan beban statis. Bentuk indentor yang khusus berupa knop memberikan kemungkinan membuat kekuatan yang lebih rapat dibandingkan dengan lekukan Vickers. Hal ini sangat berguna khususnya bila mengukur kekerasan lapisan tipis atau mengukur kekerasan bahan getas dimana kecenderungan menjadi patah sebanding dengan volume bahan yang ditegangkan.
Hardenability adalah sifat yang menentukan dalamnya daerah logam yang dapat dikeraskan. Pendinginan yang terlalu cepat dapat dihindarkan arena dapat menyebabkan permukaan logam (baja) retak.
Kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan sebuah benda (benda kerja) terhadap penetrasi/daya tembus dari bahan lain yang lebih keras (penetrator). Kekerasan merupakan suatu sifat dari bahan yang sebagian besar dipengaruhi oleh unsur-unsur paduannya dan kekerasan suatu bahan tersebut dapat berubah bila dikerjakan dengan cold worked seperti pengerolan, penarikan, pemakanan dan lain-lain serta kekerasan dapat dicapai sesuai kebutuhan dengan perlakuan panas.
Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil kekerasan dalam perlakuan panas antara lain: komposisi kimia, langkah perlakuan panas, aliran pendinginan, temperature pemanasan, dan lain-lain. Proses hardening cukup banyak dipakai di industri logam atau bengkel-bengkel logam lainnya. Alat-alat permesinan atau komponen mesin banyak yang harus dikeraskan supaya tahan terhadap tusukan atau tekanan dan gesekan dari logam lain, misalnya roda gigi, poros-poros dan lain-lain yang banyak dipakai pada benda bergerak. Dalam kegiatan produksi, waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan suatu produksi adalah merupakan masalah yang sangat sering dipertimbangkan dalam industry dan selalu dicari upaya-upaya untuk mengoptimalkannya. Pengoptimalan ini dilakukan mengingat bahwa waktu (lamanya) menyelesaikan suatu produk adalah berpengaruh besar terhadap biaya produksi.
Hardening dilakukan untuk memperoleh sifat tahan aus yang tinggi, kekuatan dan fatigue limit/strength yang lebih baik. Kekerasan yang dapat dicapai tergantung pada kadar karbon dalam baja dan kekerasan yang terjadi akan tergantung pada temperature pemanasan (temperature autenitising), holding time dan laju pendinginan yang dilakukan serta seberapa tebal bagian penampang yang menjadi keras banyak tergantung pada hardenability.
METODE PENELITIAN
Eksperimen dilakukan dengan menggunakan sebuah spesimen, yakni alumunium. Hal pertama yang harus di persiapkan adalah memilih indentor yang sesuai. Setelah itu spesimen diletakkan pada meja spesimen dan diposisikan menuju indentor. Setelah spesimen dan indentor sudah kontak kemudian load cell diputar secara kontinyu dan mengarahkan skala jarum pada C atau B. Setelah itu unload cell diputar, dan skala yang terbaca adalah nilai kekerasan bahan.
Gambar 1. Pengujian Rockwell
Gambar 4 Prinsip kerja metode pengukuran kekerasan Rockwell
TUJUAN
Mengetahui kekerasan logam (bahan) sebagai ukuran ketahanan logam tersebut terhadap deformasi plastis. Kekerasan ini dinyatakan dengan angka kekerasan skala Rockwell.
ALAT DAN BAHAN
Seperangkat Rockwell Tester TH500
Bahan: berbagai jenis logam yang akan diukur nilai kekerasannya
PROSEDUR PERCOBAAN
Mempersiapkan Alat Uji, Pilih skala indentor sesuai dengan jenis bahan yang akan diukur.
Memasang indentor sessuai dengan jenis specimen/material uji yang dipilih.
Meletakkan specimen uji pada meja specimen, dan merotasikan alat pemutar specimen searah jarum jam hingga meja specimen naik ke atas menuju indentor.
Setelah specimen uji kontak dengan indentor, tahan. Kemudian memutar load cell secara kontinu.
Memutar alat putar specimen hingga jarum kecil pada skala menunjuk titik merah dan jarum panjang menunjukkan titik di sekitar C atau B (menunjuk angka nol).
Memutar handle samping hingga maksimum, kemudian mencatat angka yang ditunjukkan jarum panjang pada skala.
Nilai skala tersebut menyatakan nilai kekerasan specimen uji.
DATA HASIL PENGAMATAN
Sampel Uji ke- Nilai Kekerasan (THC)
Stainless steel 1 18.5
2 18
3 19
4 18
5 18.3
Sampel Uji ke- Nilai Kekerasan (THB)
Aluminium 1 19
2 18.5
3 20.5
4 18.2
5 19.5
ANALISIS DATA
Menentukan kedalaman minimum bahan uji (Stainless steel) :
THC =100-((h_2-h_0))/0,002
Uji ke-1
(h_2-h_0 )=(100 – THC) ×(0,002)
(h_2-h_0 )=(100 – 18,5) ×(0,002)
(h_2-h_0 )=0,163 mm
Uji ke-2
(h_2-h_0 )=(100 – THC) ×(0,002)
(h_2-h_0 )=(100 – 18) × (0,002)
(h_2-h_0 )=0,164 mm
Uji ke-3
(h_2-h_0 )=(100 – THC) ×(0,002)
(h_2-h_0 )=(100 – 19) × (0,002) (h_2-h_0 )=0,162 mm
Uji ke-4
(h_2-h_0 )=(100 – THC) (0,002) (h_2-h_0 )=(100 – 18) (0,002) (h_2-h_0 )=0,164 mm
Uji ke-5
(h_2-h_0 )=(100 – THC) (0,002) (h_2-h_0 )=(100 – 18,3) (0,002)
(h_2-h_0 )=0,163 mm
Rerata penetrasi Stainless steel :
((h_2-h_0 ) ) ̅= (∑_(i=1)^5▒(h_2-h_0 )_i )/5
= (0,163+0,164+0,162+0,164+0,163)/5
= 0,816/5
=0,163 mm
Menentukan kedalaman minimum bahan uji (Aluminium) :
THB =130-((h_2-h_0))/0,002
Uji ke-1
(h_2-h_0 )=(130 – THB) (0,002)
(h_2-h_0 )=(130 – 19) (0,002)
(h_2-h_0 )=0,222 mm
Uji ke-2
(h_2-h_0 )=(130 – THB) (0,002)
(h_2-h_0 )=(130 – 18,5) (0,002) (h_2-h_0 )=0,223 mm
Uji ke-3
(h_2-h_0 )=(130 – THB) (0,002) (h_2-h_0 )=(130 –20,5) (0,002) (h_2-h_0 )=0,219 mm
Uji ke-4
(h_2-h_0 )=(130 – THB) ×(0,002) (h_2-h_0 )=(130 – 18,2) (0,002) (h_2-h_0 )=0,234 mm
Uji ke-5
(h_2-h_0 )=(130 – THB) (0,002)
(h_2-h_0 )=(130 – 19,5) (0,002)
(h_2-h_0 )=0,221 mm
Rerata penetrasi Aluminium :
((h_2-h_0 ) ) ̅= (∑_(i=1)^5▒(h_2-h_0 )_i )/5
= (0,222+0,223+0,219+0,234+0,221)/5
= 01,119/5
=0,224 mm
Sampel Uji ke- Nilai Kekerasan (THC) Displacement
(h_2-h_0 ) mm
Stainless stell 1 18.5 0.163
2 18 0.164
3 19 0.162
4 18 0.164
5 18.3 0.163
Rata-rata 0.163
Sampel Uji ke- Nilai Kekerasan (THB) Displacement
(h_2-h_0 ) mm
Alumunium 1 19 0.222
2 18.5 0.223
3 20.5 0.219
4 18.2 0.234
5 19.5 0.221
Rata-rata 0.224
PEMBAHASAN
Kekerasan (Hardness) adalah salah satu sifat mekanik (Mechanical properties) dari suatu material. Kekerasan suatu material harus diketahui khususnya untuk material yang dalam penggunaannya akan mangalami pergesekan (frictional force). Salah satu piranti untuk mengukur tingkat kekerasan suatu material yakni Rockwell. Pengujian kekerasan dengan metode Rockwell bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap benda uji (speciment) yang berupa bola baja ataupun kerucut intan yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut. Indentornya menggunakan sebuah indenter yang berbentuk kerucut dengan sudut 120° dan radius puncak 0,2 mm atau bisa juga dipakai indenter yang berbentuk bola. Indenter yang berbentuk kerucut digunakan beban 150 kg sedangkan untuk indenter yang berbentuk bola digunakan beban 60 kg atau 100 kg. Adapun beban standar atau beban mula-mula sebesar 10 kg, baik untuk indenter berbentuk kerucut maupun bentuk bola. Pengujian kekerasan ini dilakukan dengan cara menekan ke bawah indenter dengan beban standar dan kemudian disusul oleh beban pengujian. Ketika beban uji ditiadakan atau berakhir dan kembali ke beban standar, perbedaan kedalaman bekas tekanan yang dibuat oleh beban standar dan beban uji sebesar h disebut sebagai bilangan kekerasan Rockwell (HR).
Nilai yang ditunjukkan perangkat Rockwell oleh penyimpangan jarum menunjukkan adanya pembebanan yang diberikan melalui indenter setelah gaya yang diberikan dilepaskan. Semakin besar penyimpangan jarum menunjukkan material tersebut dapat dikatakan memiliki kekerasan yang cukup tinggi karena hal tersebut membuktikan bahwa material tersebut tahan terhadap penekanan. Metode rockwell adalah yang paling baik secara teknik dalam pengukuran kekerasan. Hal ini disebabkan adanya beban minor dan mayor pada penekanan dan nilai kekerasan yang bisa langsung terbaca. Selain itu ada klasifikasi untuk macam-macam spesimen logam.. Sehingga kita tidak perlu melakukan preparasi. Harga kekerasan langsung didapat saat pengujian tersebut. Dengan demikian tidak dibutuhkan
Dari analisis perhitungan diperoleh nilai (h_2-h_0 ) dimana nilai ini merupakan nilai kedalaman dari penekanan yang dilakukan, untuk specimen Stainless stell rata-ratanya 0.163 mm sedangkan Alumunium 0.224 mm. Rata-rata ini didapatkan dari lima kali percobaan yang berbed-beda. Hal ini menunjukkan Permukaan bagian depan dan permukaan bagian belakang benda uji tidak rata dan sejajar, halus dan bersih. Benda uji tidak mempunyai ketebalan yang cukup sehingga menimbulkan efek deformasi pada bagian permukaan belakang. Pemasangan alat uji pada fondasi yang tidak stabil, kemudian mesin tidak diset sempurna sehingga puncak poros indenter tidak betul-betul tegak lurus.
KESIMPULAN
Berdasarkan ekperimen disimpulkan bahwa :
Uji kekerasan Rockwell merupakan suatu metode yang digunakan untuk menguji kekerasn bahan dalam bentuk ketahanan terhadap indentor.
Dari eksperimen didapatkan nilai kekerasan Stainless stell rata-ratanya adalah 18,36 THC sedangkan Alumunium 19,14 THB
Nilai (h_2-h_0 ) untuk specimen Stainless stell rata-ratanya 0.163 mm sedangkan Alumunium 0.224 mm
DAFTAR PUSTAKA
Callister, W.D., Jr, 1984, Introduction to Material Science and Engineering, John Wiley and Sons, New York.
Tim KBK Fisika Material. 2014. Buku Petunjuk Praktikum Fisika Eksperimen Lanjut (Fisika Material). Departemen Fisika UNAIR.
Comments
Post a Comment