Uji Kekerasan Material dengan Metode Rockwell

Ika Wahyuni / 081211332003 Page 1 Uji Kekerasan Material dengan Metode Rockwell 1Ika Wahyuni, 2Ahmad Barkati Rojul, 3Erlin Nasocha, 4Nindia Fauzia Ros...

48 downloads 682 Views 494KB Size
Uji Kekerasan Material dengan Metode Rockwell 1

Ika Wahyuni, 2Ahmad Barkati Rojul, 3Erlin Nasocha, 4Nindia Fauzia Rosyi, 5Nurul Khusnia, 6 Oktaviana Retna Ningsih Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Surabaya

Abstrak Telah dilakukan eksperimen uji kekerasan material dengan metode Rockwell, dengan specimen yang digunakan adalah aluminium, kuningan dan besi serta menggunakan ball indenter. Berdasarkan hasil analisis dari hasil eksperimen, pada specimen kuningan diperoleh nomor kekerasan rata-rata 65,1 , nomor kekerasan rata-rata pada specimen besi 60,6 dan pada aluminium sebesar 61,6. Kekerasan suatu material dipengaruhi oleh kemurnian bahan (homogenitas).

Kata Kunci : Metode Rockwell, Kekerasan Material, Identer I.

Pendahuluan

Makna nilai kekerasan suatu material berbeda untuk kelompok bidang ilmu yang berbeda. Bagi insinyur metalurgi nilai kekerasan adalah ketahanan material terhadap penetrasi sementara untuk para insinyur desain nilai tersebut adalah ukuran dari tegangan alir, untuk insinyur lubrikasi kekerasan berarti ketahanan terhadap mekanisme keausan, untuk para insinyur mineralogy nilai itu adalah ketahanan terhadap goresan, dan untuk para mekanik workshop lebih bermakna kepada ketahanan material terhadap pemotongan dari alat potong. Begitu banyak konsep kekerasan material yang dipahami oleh kelompok ilmu, walaupun demikian konsep-konsep tersebut dapat dihubungkan pada satu mekanisme yaitu tegangan alir plastis dari material yang diuji.

Ika Wahyuni / 081211332003

Setiap material yang akan digunakan, maka sebelumnya perlu dilakukan pengujian/pengetesan material/logam, meliputi antara lain: 1. Uji tarik material 2. Uji kekerasan material 3. Uji metalografi dan lain-lain Setiap material sebelum digunakan perlu dilakukan pengujian material/logam seperti di atas, dengan maksud dan tujuan yang pada umumnya adalah untuk mengetahui sifat-sifat utama dari material/logam tersebut, baik dari segi kekuatannya, ketahanan maupun sifat-sifat yang lain terhadap suatu beban yang akan diberikan. II. Tujuan Eksperimen Eksperimen kali ini disusun untuk tujuan mengetahui kekerasan bahan sebagai ukuran ketahanan terhadap deformasi plastis dan kekerasan ini dinyatakan dalam angka kekerasan skala rockwell. Page 1

III. Dasar Teori

3.

Dari uraian singkat di atas maka kekerasan

Tipe pengetasan kekerasan material/logam

suatu material dapat didefinisikan sebagai

ini adalah dengan mengukur tahanan

ketahanan material tersebut terhadap gaya

plastis dari permukaan suatu material

penekanan dari material lain yang lebih

konstruksi mesin dengan specimen standar

keras. Penekanan tersebut dapat berupa

terhadap penetrator. Adapun beberapa

mekanisme

(stratching),

bentuk penetrator atau cara pengetasan

pantulan ataupun indentasi dari material

ketahanan permukaan yang dikenal adalah:

penggoresan

Metode Identasi

terhadap suatu permukaan benda uji. Berdasarkan

mekanisme

penekanan

tersebut, dikenal 3 metode kekerasan:

a. Ball identation test (Brinnel) b. Pyramida identation (Vickers) c. Cone identation test (Rockwell)

1.

Metode Gores

d. Uji kekerasan mikro

Metode ini dikenalkan oleh Fredrich

Berikut penjelasannya:

Mohss yang membagi kekerasan material di dunia ini berdasarkan skala Mohs. Skala

A. Metode Brinnel

ini bervariasi dari nilai 1 untuk kekerasan

Pengujian

yang paling rendah, sebagaimana dimiliki

Brinnell

oleh material talk, hingga skala 10 sebagai

kekerasan suatu material dalam bentuk

kekerasan tertinggi, sebagaimana dimiliki

daya tahan material terhadap bola baja

oleh intan

(identor) yang ditekankan pada permukaan

2.

Metode elastic/pantul (rebound)

kekerasan bertujuan

dengan

untuk

metode

menentukan

material uji tersebut (speciment). Idealnya, pengujian

Brinnel

diperuntukan

bagi

Kekerasan suatu material ditentukan oleh

material yang memiliki kekerasan Brinnel

alat Scleroscope yang mengukur tinggi

sampai 400 HB, jika lebih dati nilai

pantulan suatu pemukul (hammer) dengan

tersebut maka disarankan menggunakan

berat tertentu yang dijatuhkan dari suatu

metode

ketinggian terhadap benda uji. Tinggi

Vickers. Angka Kekerasan Brinnel (HB)

pantulan

dihasilkan

didefinisikan sebagai hasil bagi (koefisien)

mewakili kekerasan benda uji. Semakin

dari beban uji (F) dalam Newton yang

tinggi pantulan tersebut, yang ditunjukkan

dikalikan dengan angka faktor 0,102 dan

oleh dial pada alat pengukur, maka

luas permukaan bekas luka tekan (injakan)

kekerasan benda uji dinilai semakin tinggi.

bola baja (A) dalam milimeter persegi.

(rebound)

yang

Identor Ika Wahyuni / 081211332003

pengujian

(Bola

Rockwell

baja)

ataupun

biasanya

telah Page 2

dikeraskan dan diplating ataupun terbuat

dikalikan beban uji (F) dibagi dengan

dari

Jika

diagonal intan yang dikuadratkan. Beban

diameter Identor 10 mm maka beban yang

uji (F) yang biasa dipakai adalah 5 N per

digunakan (pada mesin uji) adalah 3000 N

0,102; 10 N per 0,102; 30 N per 0,102N

sedang jika diameter Identornya 5 mm

dan 50 per 0,102 N. Dalam Praktiknya,

maka beban yang digunakan (pada mesin

pengujian Vickers biasa dinyatakan dalam

uji) adalah 750 N. Dalam Praktiknya,

(contoh ) : HV 30 hal ini berarti bahwa

pengujian Brinnel biasa dinyatakan dalam

kekerasan Vickers hasil pengujian dengan

(contoh ) : HB 5 / 750 / 15 hal ini berarti

beban uji (F) sebesar 30 N per 0,102 dan

bahwa kekerasan Brinell hasil pengujian

lama pembebanan 15 detik. Contoh lain

dengan bola baja (Identor) berdiameter 5

misalnya HV 30 / 30 hal ini berarti bahwa

mm, beban Uji adalah sebesar 750 N per

kekerasan Vickers hasil pengujian dengan

0,102 dan lama pengujian 15 detik.

beban uji (F) sebesar 30 N per 0,102 dan

Mengenai lama pengujian itu tergantung

lama pembebanan 30 detik.

bahan

Karbida

Tungsten.

pada material yang akan diuji. Untuk

C. Rockwell

semua jenis baja lama pengujian adalah 15

Skala yang umum dipakai dalam pengujian

detik sedang untuk material bukan besi

Rockwell adalah :

lama pengujian adalah 30 detik.

a. HRa (Untuk material yang sangat keras)

B. Vickers Pengujian

kekerasan

b. HRb (Untuk material yang lunak). dengan

metode

Identor berupa bola baja dengan

Vickers bertujuan menentukan kekerasan

diameter 1/16 Inchi dan beban uji 100

suatu material dalam bentuk daya tahan

Kgf.

material terhadap intan berbentuk piramida

c. HRc (Untuk material dengan kekerasan

dengan sudut puncak 136 Derajat yang

sedang). Identor berupa Kerucut intan

ditekankan pada permukaan material uji

dengan sudut puncak 120 derjat dan

tersebut. Angka kekerasan Vickers (HV)

beban uji sebesar 150 kgf.

didefinisikan sebagai hasil bagi (koefisien) dari beban uji (F) dalam Newton yang

Tabel skala kekerasan: SIMBOL INDENTER

dikalikan dengan angka faktor 0,102 dan

BEBAN MAJOR (kg)

luas permukaan bekas luka tekan (injakan)

A

Intan

60

bola baja (A) dalam milimeter persegi.

B

Bola 1/16 inch

100

Secara

C

Intan

150

matematis

dan

setelah

disederhanakan, HV sama dengan 1,854 Ika Wahyuni / 081211332003

Page 3

D

Intan

100

dapat dikeraskan. Pendinginan yang terlalu

E

Bola 1/8 inch

100

cepat dapat dihindarkan karena dapat

F

Bola 1/16 inch

60

menyebabkan permukaan logam (baja)

G

Bola 1/16 inch

150

retak.

H

Bola 1/18 inch

60

Kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan

K

Bola 1/18 inch

150

sebuah benda terhadap penetrasi/daya tembus dari bahan lain yang lebih keras metode

(penetrator). Kekerasan merupakan suatu

Rockwell bertujuan menentukan kekerasan

sifat dari bahan yang sebagian besar

suatu material dalam bentuk daya tahan

dipengaruhi oleh unsur-unsur paduannya

material terhadap benda uji (speciment)

dan kekerasan suatu bahan tersebut dapat

yang berupa bola baja ataupun kerucut

berubah bila dikerjakan dengan cold

intan yang ditekankan pada permukaan

worked seperti pengerolan, penarikan,

material uji tersebut.

penekanan dan lain-lain serta kekerasan

Pengujian

kekerasan

dengan

dapat dicapai sesuai kebutuhan dengan

D. Uji Kekerasan Mikro Pada

pengujian

ini

identornya

perlakuan panas.

menggunakan intan kasar yang dibentuk

Hardening dilakukan untuk memperoleh

menjadi piramida. Bentuk lekukan intan

sifat tahan aus yang tinggi, kekuatan dan

tersebut adalah perbandingan diagonal

fatigue limit/strength yang lebih baik.

panjang dan pendek skala 7:1. Pengujian

Kekerasan yang dapat dicapai tergantung

ini untuk menguji suatu material adalah

pada kadar karbon dalam baja dan

dengan menggunakan beban statis. Bentuk

kekerasan yang terjadi akan tergantung

idento

pada temperature pemanasan (temperature

yang

memberikan

khusus

berupa

kemungkinan

knop

membuat

autenitising),

holding

time

dan

laju

kekuatan yang lebih rapat dibandingkan

pendinginan yang dilakukan serta seberapa

dengan lekukan Vickers. Hal ini sangat

tebal bagian penampang yang menjadi

berguna

keras

khususnya

bila

mengukur

kekerasan lapisan tipis atau mengukur kekerasan

bahan

getas

banyak

tergantung

pada

hardenability.

dimana

kecenderungan menjadi patah sebanding

IV.

dengan volume bahan yang ditegangkan.

Pada eksperimen kali ini bahan – bahan

Hardenability

yang

yang digunakan adalah Balok Logam

menentukan dalamnya daerah logam yang

Aluminium, kuningan dan besi sedangkan

adalah

sifat

Ika Wahyuni / 081211332003

Alat dan Bahan

Page 4

alat yang digunakan adalah set dan alat Uji

Tabel 1. Skala, Indentor dan Material Sampel

Rockwell. V.

Gambar 2. Mekanisme uji kekerasan Rockwell

Metode

Pada

eksperimen

ini

sampel

yang

digunakan adalah bahan metal (logam). Bahan di letakkan pada alat uji secara bergantian

dan

diuji

kekerasan

menggunakan identor berupa identor bola (ball identer) (THB) kemudian dihitung nilai kekerasannya menggunakan h2-h0 = (130-TH) 0,02 VI. Tabel Hasil Pengamatan Berdasarkan eksperimen uji rockwell yang dilakukan

pada

laboratorium

Fisika

Material, didapatkan hasil – hasil sebagai berikut:

Gambar 1. Alat uji Rockwell

Pada langkah pertama benda uji ditekan

Skala B (Aluminium) = (980,7 N) 60 62 63

Skala B (Kuningan) = 980,7 N 66 65 64,5

Skala B (Besi) = 980,7 N 62,5 58,5 61

oleh indentor dengan beban minor (Minor Load F0) setelah itu ditekan dengan beban

VII. Hasil Analisis dan Pembahasan

mayor (Major Load F1) pada langkah

Salah satu karakter mekanik dari

kedua dan langkah ketiga beban mayor

material keramik atau logam adalah

diambil sehingga yang tersisa adalah

dengan uji kekerasan. Pada pengujian

minor load, seperti pada ilustrasi gambar

logam, kekerasan didefinisikan sebagai

berikut:

ketahanan suatu logam terhadap indentasi (penekanan). Uji ini dapat digolongkan sebagai uji destruktif karena merusak bahan dan uji skala makroskopis karena efek perubahan uji dapat dilihat dengan langsung.

Ika Wahyuni / 081211332003

Page 5

Pengujian dilakukan pada tiga titik yang berbeda dalam satu specimen dan

sehingga apabila di alam bebas maka akan berusaha mengikat oksigen dan tereduksi.

dalam percobaan ini, digunakan tiga jenis

Homogenitas merupakan sifat fisis

specimen yaitu kuningan, alumunium dan

material (intrinsik) yaitu bagian dari

besi.

density (rapat masa) material. Dengan

Nilai

yang

ditunjukkan

oleh

tingkat

homogenitas

tinggi

akan

penyimpangan jarum menunjukkan adanya

membentuk materi tersebut mempunyai

pembebanan

melalui

density yang lebih padat, sehingga ketika

indenter setelah gaya yang diberikan

materi tersebut dikenai uji kekerasan

dilepaskan.

dengan penekanan materi lain, maka akan

yang

diberikan

Semakin besar penyimpangan jarum menunjukkan

material

tersebut

dapat

dikatakan memiliki kekerasan yang cukup

semakin kecil kedalaman materi uji yang terkena tekanan dan juga sebaliknya. Tabel 2. Nilai kekerasan hasil eksperimen

tinggi karena hal tersebut membuktikan

̅̅̅̅

Sampel

bahwa material tersebut tahan terhadap

Kuningan

65,1

penekanan

Aluminium

61,6

yang

diberikan

dan

dari

pengujian tiga titik, selalu didapatkan nilai

Besi

TH yang berbeda-beda meskipun dalam satu bahan yang sama, hal tersebut dikarenakan

homogenitas

bahan,

Dari tabel data rata-rata TH terlihat bahwa kuningan mempunyai nilai terkecil

contohnya kuningan. Kuningan merupakan

sehingga

paduan

kuningan mempunyai sifat elastis lebih

logam

sehingga

besi

homogenitas

dengan

tembaga

atau

distribusi

paduan belum tentu sama pada setiap titik. Begitu

pula

dengan

besi

dan

alumunium, jika yang digunakan adalah besi murni atau alumunium murni maka homogenitasnya bisa dipastikan sama rata untuk setiap titik. Alumunium dan besi juga tidak bisa menjadi materi yang murni di alam bebas karena sifat kereaktifannya dalam

mengikat

elektron

untuk

memperoleh elektron valensi sempurna,

Ika Wahyuni / 081211332003

besar

dapat

daripada

disimpulkan

sampel

bahwa

lainnya

dan

kekerasan besi paling baik diantara kedua sampel lainnya. VIII. Kesimpulan 1. Dari hasil eksperimen

material

terkeras dimiliki oleh kuningan dan terendah kekerasanya adalah besi. Nilai kekerasan tersebut dapat dilihat

berdasarkan

beda

kedalaman yang ditimbulkan oleh tekanan pada permukaan material. Page 6

2. Kekerasan

suatu

material

dipengaruhi oleh kemurnian bahan (homogenitas). IX. Daftar Pustaka 1. Anonim. 2013. What’s hardness test (http://www.alatuji.com/article/det ail/3/what-is-hardness-test-ujikekerasan-) 2. Tim KBK Fisika Material. 2010. Buku

Petunjuk

Eksperimental

Fisika

Lanjut

Fisika

Material).

Fisika

Fakultas

(Bagian

Departemen Sains

dan

Teknologi Universitas Airlangga. 3. Efendi,

Zainal.

2010.Jurnal

Kekerasan Material dengan Metode Rockwell.

Fakultas

Sains

dan

Teknologi UA, Surabaya.

Ika Wahyuni / 081211332003

Page 7