Laporan Awal Praktikum Karakterisasi Material 1 Pengujian Kekerasan
Rahmawan Setiaji 0706163735 Kelompok 9
Laboratorium Metalurgi Fisik Departemen Metalurgi dan Material FTUI 2009
MODUL 2 PENGUJIAN KEKERASAN
I.
Tujuan Praktikum
1. Mema Memaha hami mi dan dan meng mengua uasa saii pros prosed edur ur meto metode de uji uji keke kekera rasa san n Brinell, Vickers dan Rockwell 2. Memb Memban andi ding ngkan kan nila nilaii keke kekera rasa san n (B (Bri rine nellll dan dan Vick Vicker ers) s) dari dari bebe eberapa jeni enis logam (besi tuang, baja aja, tembaga dan alumunium). 3. Meng Menget etah ahui ui prin prinsi sip p dan dan tekn teknik ik peng penguj ujia ian n keke kekera rasa san n mikr mikro o dan mengaplikasikannya untuk mengetahui kekerasan fasa-fasa di dalam logam baja/besi tuang 4. Mengestimasi nilai kekuatan tarik beberapa logam berdasarkan nilai kekerasan Brinellnya. II. II. Dasa asar Te Teori
Kekera Kekerasan san suatu suatu materi material al merupa merupakan kan ketaha ketahanan nan materia materiall terhadap terhadap gaya penekanan penekanan dari material material lain lain yang yang lebih keras. keras. Prinsip pengujian kekerasan ini yaitu pada permukaan material dilakukan penekanan dengan indentor sesuai dengan parameter (diam diamet eter er,, beba beban n dan dan wakt aktu) u).. Berda erdasa sarrkan mekan ekanis ism me penekanan tersebut, dikenal 3 metode uji kekerasan : 1.
Metode gores
Dilakukan dengan cara mengukur keda kedala lama man n atau atau leba lebarr gore goresa san n pada pada bend benda a uji uji deng dengan an cara cara meng enggoreskan permukaan aan 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 dala dalam m du duni nia a meta metalu lurg rgi, i, tapi tapi masi masih h dalam dalam du duni nia a mine minera ralo logi gi..
Met Metode ode ini ini diken ikenal alka kan n oleh leh Friedr iedric ich h Mohs Mohs yait yaitu u deng dengan an membag membagii kekera kekerasan san materi material al di dun dunia ia ini berdas berdasark arkan an skala skala (yang kemudian dikenal sebagai skala Mohs). Skala ini bervariasi dari nilai 1 untuk kekerasan yang paling rendah, sebagaimana dimi dimili liki ki oleh oleh talc talc,, hing hingga ga skal skala a 10 seba sebaga gaii nila nilaii keke kekera rasa san n tertin tertinggi ggi,, sebaga sebagaima imana na yang yang dimili dimiliki ki oleh oleh intan. intan. Dalam Dalam skala skala Mohs urutan nilai kekerasan material di dunia diwakili oleh : 1.
talc
6.
orthoclase 2.
gypsum
7.
3.
calcite
8.
quartz topaz 4. 5.
fluorite 9. corundum apatite 10. diamond Bila suatu mineral mampu digores oleh orthoclase (6) tetapi tidak mampu digores oleh apatite(5), maka kekerasan mineral tersebut berada antara 5 dan 6. Berdasarkan hal hal ini, ini, jela jelass terl terlih ihat at bahw bahwa a meto metode de ini ini memi memililiki ki keku kekura rang ngan an utama berupa ketidakakuratan nilai kekerasan suatu material. Bila kekerasan mineral-mineral diuji dengan metode lain, ditemukan bahwa bahwa nilai nilainya berkisar antara antara 1-9 saja, saja, sedangkan nilai 9-10 memiliki rentang yang besar. 2.
Metode pantul
Deng Dengan an meto metode de ini, ini, keke kekera rasa san n suat suatu u material material ditentukan ditentukan oleh alat scleroscop scleroscope e 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 benda uji. uji. Semaki Semakin n tinggi tinggi pantul pantulan an terseb tersebut, ut, yang yang dit ditunj unjuka ukan n
oleh dial pada alat pengukur, maka kekerasan benda uji dinilai semakin tinggi. 3.
Metode Indentasi
Pengujian dengan metode ini dilakukan deng dengan an pene peneka kana nan n bend benda a uji uji deng dengan an inde indent ntor or deng dengan an gaya gaya tekan dan waktu indentasi yang ditentukan. Kekerasan suatu material ditentukan oleh dalam ataupun luas area indentasi yang diha dihasi silk lkan an (ter (terga gant ntun ung g jeni jeniss inde indent ntor or dan dan jeni jeniss peng penguj ujian ian). ). Berdasarkan prinsip bekerjanya metode uji kekerasan dengan cara indentasi dapat diklasifikasikan sebagai berikut: a. Metode Bri Brine nell ll
Metode Metode ini diperk diperkena enalka lkan n pertam pertama a kali kali oleh J.A.Brinell pada tahun 1900. Pengujian kekerasan dilakukan dengan memakai bola baja yang diperkeras (hardened steel ball) dengan dengan beban dan dan waktu indenta indentasi si tertentu. tertentu. Hasil Hasil penekanan penekanan adalah adalah jejak jejak berben berbentuk tuk lingka lingkaran ran bulat, bulat, yang yang harus harus dihitu dihitung ng diam diamet eter erny nya a diba dibawa wah h mikr mikros osko kop p kh khus usus us peng penguk ukur ur jeja jejak. k. Pengukuran nilai kekerasan suatu material diberikan oleh rumus: 2P
BHN
=
((π D) (D -
)
dimana :
P adalah beban (Kg) D diameter indentor (mm) d diameter jejak (mm).
D2 - d2
Gambar 1 Skematis prinsip identasi dengan metode brinell
Pros Prosed edur ur stan stand dar peng penguj ujia ian n mens mensya yara ratk tkan an bola bola baja baja dengan diameter 10 mm dan beban 3000 kg untuk pengujian loga logamm-lo loga gam m ferr ferrou ous, s, atau atau 50 500 0 kg un untu tukk loga logamm-lo loga gam m non non ferrous. Untuk logam-logam ferrous, waktu indentasi biasanya seki sekita tarr 10 deti detik, k, seme sement ntar ara a un untu tukk loga logamm-lo loga gam m non non ferr ferrou ouss seki sekita tarr 30 deti detik. k. Walau Walaupu pun n demi demiki kian an peng pengat atur uran an beba beban n dan 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, 10mm, beban 3000 kg selama selama waktu 1-15 1-15 detik. Untuk Untuk kondisi kondisi yan yang lain lain nila nilaii kek kekeras erasan an HB diiku iikuti ti angk angkaa-a angk gka a yang yang menyatakan kondisi pengujian. Syarat menggunakan metode Brinell : – inde indent ntor or bola bola baja baja yang yang dike dikera rask skan an berd berdia iame mete terr 2,52,5-10 10 mm mm,, beban 300-3000 Kg
– perm permuk ukaa aan n haru haruss rat rata, jika jika perl perlu u diam diampl plas as atau atau dima dimach chin inin ing g terlebih dahulu – permukaan permukaan test harus harus sesuai sesuai dengan dengan karakt karakterist eristik ik materi material, al, tidak tidak mengalami karburasi ataupun proses sejenis lainnya – keteba ketebalan lan mini minimum mum 0.6 0.6 mm dan dan permuk permukaan aan tanp tanpa a dikeras dikeraskan kan – penguj pengujian ian tid tidak ak boleh boleh terlal terlalu ud dipi ipingg nggir ir – beban yang digunakan harus steady dan terbebas dari kemungkinan pembebanan tak diinginkan disebabkan oleh gaya inersia dari beban – jara jarakk ant antar ar uji uji min minim imum um 3d – tida tidakk terj terjad adii peng pengge gele lemb mbun unga gan n di bagi bagian an belaka belakang ng materi material al uji uji disebabkan penggunaan beban yang terlalu besar b. Metode Vickers
Pada metode ini digunakan indentor intan berbentuk piramida dengan sudut 136o, seperti gambar dibawah ini
Gambar. Gambar.2 Skematis prinsip indentor dengan metode Vickers
Prinsip pengujian adalah sama dengan Brinell, walaupun jejak yang yang dihasi dihasilka lkan n berben berbentuk tuk bujurs bujursang angkar kar berdia berdiagon gonal. al. Panjan Panjang g diagonal diukur dengan skala pada mikroskop pengukur jejak. Nilai kekerasan suatu material diberikan oleh:
VHN =
1.854 P d2
Pengujian metode Vickers akan memberikan dampak hasil yang berbed berbeda-b a-beda eda tergan tergantun tung g pada pada elesti elestisit sitas as materi material. al. Ap Apabi abila la mate materi rial al luna lunakk atau atau keel keelas asti tisi sita tasa sann nnya ya ting tinggi gi,, maka maka hasi hasill indentasi akan mengempis. Dan pada material yang kaku, maka akan berbentuk menggembung. Metode ini biasa dilakukan untuk mengukur kekerasan mikro dari material.
Gambar 3. 3. Distorsi oleh indentor pyramid intan karena efek elastisitas; (a)Indentasi sempurna; (b)Indentasi mengempis; (c)Indentasi menggembung
c.
Metode Rockwell
Indentor yang digunakan kerucut intan dengan sudut yang dibentuk muka intan 120o. Pembebanan dilakukan dengan dua taha tahap; p; taha tahap p pert pertam ama a adala adalah h pemb pembeb eban anan an mino minorr kemu kemudi dian an pembe embeb banan anan mayo mayorr. Nila Nilaii keke kekerrasan san diten itentu tuka kan n deng engan perban perbandin dingan gan kedala kedalaman man kedua kedua tahap tahap pembeb pembebana anan. n. Berbed Berbeda a dengan dengan metode metode Brine Brinellll dan Vicker Vickerss dimana dimana kekera kekerasan san suatu suatu bahan dinilai dari diameter atau diagonel jejak yang dihasilkan, maka maka meto metode de Rock Rockwe well ll meru merupa paka kan n uji uji keke kekera rasa san n deng dengan an pembacaan langsung (direct reading). Metode ini banyak dipakai dalam industri karena pertimbangan praktis. Variasi dalam beban dan dan inde indent ntor or yang yang digu diguna naka kan n memb membua uatt meto metode de ini ini memi memililiki ki 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 kg). ). Wala Walau upu pun n demik emikia ian n lain lainny nya a bias iasa dipa dipakkai. ai. Oleh leh kare karena nany nya a skal skala a keke kekera rasa san n Rock Rockwe wellll suat suatu u mate materi rial al haru haruss dispesifikasikan dengan jelas. d. Kekera Kekerasan san Knoop Knoop
Meru Merupa paka kan n sala salah h satu satu meto metode de micro-hardness, yaitu uji kekerasan untuk benda uji yang kecil. Nilai kekerasan Knoop adal adalah ah pemb pembeb eban anan an diba dibagi gi deng dengan an luas luas pena penamp mpan ang g yang yang terdeformasi permanen. Jejak yang dihasilkan sekitar 0.01mm – 0.1 mm dan beban beban yang digunakan berkisar antara antara 5 gr – 5 Kg. Permukaan benda uji harus benar-benar halus. III. Metodolo Metodologi gi Penelitian Penelitian III.1. Bahan dan Alat
Hoytom macrohar (met etod ode e Brin Brinel ell, l, Vick Vicker erss dan dan macrohardness dness tester tester (m Rockwell) microhardness tester (metode 2. Buehler Micromet 2100 series microhardness Vickers) 3. Micrometer & Measuring microscope 4. Sampel Sampel uji silinder silinder pejal dan uji uji tarik (besi (besi tuang, tuang, baja, tembaga tembaga dan aluminium) 1.
Gambar 4 Mesin hidraulic
III. 2. Flow Chart Chart Prosedur Prosedur Pengujian Pengujian
III.2.1. Metode Brinell Brinell dan Vickers (sample silinder silinder pejal)
ya tidak Preparasi Prepa rasi sampel (amplas &n poles) Ukur Hitung Lepas Lepa Putar Sampel Samp Putar Periksa diameter dPilih Putar iameter s kontak poros el tuas nilai beban Selesai tuas & alat ala lokasi jejak beban kekerasan kekerasa tdudukan poros uji uj indentor yang i dan indentor lain ke
dengan benda pasang belakang hingga sesuai uji benda indentor jarum searah seara danuji h menyentuh jarum lepaskan jam batas
III.2.2. Metode Brinell (sample uji tarik)
Preparasi Prepa ya tidak rasi (amplas grip sampel uji tarik Estimasi Estim Hitung Hi Lakukan Tempatkan Te Ukur asi tung Pilih mpatkan Material kekuatan diameter indentor ind nilai Selesai penguji pe entor ngujian kekerasan sampel lain tarik jejak dan an di logam
beberapa bebera beban padapa anvil yang titiksecara sesuai (min. (m in. 3) horizontal
III.2.3.
Metode Rockwell (sample silinder pejal)
Preparasi PrepaBaca ya tida rasi sampel (amplas & poles) Ba Lepas Lepa Pasang Kembalikan Lakukan Pasang Pasa Atur caMaterial snilai Lakukan Selesai benda ng skala beban indentor ikekerasan ndentor preload lain pada uji tuas yang dari k mesin beban pembebanan yang dudukan sesuai uji ke sesuai sesuai posisi
(rockwell antara rockwell semula 10-15 B yang atau detik C) dipilih
III.2.4. Pengujian kekerasan mikro
Putar Amplas Putar Atur Tempatkan Putar Lakukan Area Perhatikan turet focus left Hitung turet Pilih right turet fillar kasar, yg fillar Nyalakan Tentukan ke indentasi struktur indentor-lensa dipilih beban adjustment nilai fillar indentor benda posisi adjustment amplas Atur skala kekerasan adjustment ditempatkan dgn mikro lensa instrument waktu uji dg lokasi nol lensa-obyektif halus, dgn memutar menekan knob pd obyektif dan knob obyektif indentasi yg permukaan right poles knob hingga akan pencahayaan mikromet hingga didial tombol micrometer tengah kembali hingga hg dan diuji hg beban garis pembesaran bagian ┴etsa diperoleh ‘START’ indentor ruang bagian (40 kanan benda benda kiri x) Pengukuran Penguk Indentasi uran selesai lebar jejak selesai kanan terdalam akhirnya terdalam menyentuh mencapai dari pandang posisi right ujung 40 indentor ujung ujifillar xokuler kanan kiri berhimpit terluar terluar dg jejak jejak bag kiri terdalam left fillar line
Daftar Pustaka
1. Sriati Sriati Djapr Djaprie, ie, Metalurgi Mekanik , edisi ketiga, jilid 1, Erlangga, 1993. 2. Davis,H.E Davis,H.E,Tro ,Troxell,G xell,G.E,Ha .E,Hauck, uck, GFW.”The GFW.”The Testing Testing of Engineering Materials”.1982. 3. Diktat Teori Dasar Parktikum Karakterisasi Material 1 4. Buku Paduan Kerja Mahasiswa Praktikum Karakterisasi Material 1 5. Louis Cart,”Non Destructive Testing”,ASM, 1995. 6. Metal Handbook Ninth Edition, Volume 8, Mechanical Testing, ASM,1985. 7. Catatan Perkuliahan Pengujian Material. 8. Callis Callister ter,Wi ,Willi lliam am D., 194 1940-Ma 0-Mater terial ialss scienc science e and engineerin engineering g : an Introduc Introduction tion / William William D. Callister Callister,, Jr.— 7th ed
