Uji Kekerasan Material dengan Metode Rockwell

Transkripsi

1 Uji Kekerasan Material dengan Metode Rockwell 1 Ika Wahyuni, 2 Ahmad Barkati Rojul, 3 Erlin Nasocha, 4 Nindia Fauzia Rosyi, 5 Nurul 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. 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. Ika Wahyuni / Page 1

2 III. Dasar Teori Dari uraian singkat di atas 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 (stratching), pantulan ataupun indentasi dari material terhadap suatu permukaan benda uji. Berdasarkan mekanisme penekanan tersebut, dikenal 3 metode kekerasan: 1. Metode Gores Metode ini dikenalkan oleh Fredrich Mohss yang membagi kekerasan material di dunia ini berdasarkan skala Mohs. Skala ini bervariasi dari nilai 1 untuk kekerasan yang paling rendah, sebagaimana dimiliki oleh material talk, hingga skala 10 sebagai kekerasan tertinggi, sebagaimana dimiliki oleh intan 2. Metode elastic/pantul (rebound) Kekerasan suatu material ditentukan oleh alat Scleroscope yang mengukur tinggi pantulan suatu pemukul (hammer) dengan berat tertentu yang dijatuhkan dari suatu ketinggian terhadap 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. 3. Metode Identasi Tipe pengetasan kekerasan material/logam ini adalah dengan mengukur tahanan plastis dari permukaan suatu material konstruksi mesin dengan specimen standar terhadap penetrator. Adapun beberapa bentuk penetrator atau cara pengetasan ketahanan permukaan yang dikenal adalah: a. Ball identation test (Brinnel) b. Pyramida identation (Vickers) c. Cone identation test (Rockwell) d. Uji kekerasan mikro Berikut penjelasannya: A. Metode Brinnel Pengujian kekerasan dengan metode Brinnell bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap bola baja (identor) yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut (speciment). Idealnya, pengujian Brinnel diperuntukan bagi material yang memiliki kekerasan Brinnel sampai 400 HB, jika lebih dati nilai tersebut maka disarankan menggunakan metode pengujian Rockwell ataupun Vickers. Angka Kekerasan Brinnel (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 milimeter persegi. Identor (Bola baja) biasanya telah Ika Wahyuni / Page 2

3 dikeraskan dan diplating ataupun terbuat dari bahan Karbida Tungsten. Jika diameter Identor 10 mm maka beban yang digunakan (pada mesin uji) adalah 3000 N sedang jika diameter Identornya 5 mm maka beban yang digunakan (pada mesin uji) adalah 750 N. Dalam Praktiknya, pengujian Brinnel biasa dinyatakan dalam (contoh ) : HB 5 / 750 / 15 hal ini berarti bahwa kekerasan Brinell hasil pengujian dengan bola baja (Identor) berdiameter 5 mm, beban Uji adalah sebesar 750 N per 0,102 dan lama pengujian 15 detik. Mengenai lama pengujian itu tergantung pada material yang akan diuji. Untuk semua jenis baja lama pengujian adalah 15 detik sedang untuk material bukan besi lama pengujian adalah 30 detik. B. Vickers 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 milimeter 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 0,102N dan 50 per 0,102 N. Dalam Praktiknya, pengujian Vickers biasa dinyatakan dalam (contoh ) : HV 30 hal ini berarti bahwa kekerasan Vickers hasil pengujian dengan beban uji (F) sebesar 30 N per 0,102 dan lama pembebanan 15 detik. Contoh lain misalnya HV 30 / 30 hal ini berarti bahwa kekerasan Vickers hasil pengujian dengan beban uji (F) sebesar 30 N per 0,102 dan lama pembebanan 30 detik. C. Rockwell Skala yang umum dipakai dalam pengujian Rockwell adalah : a. HRa (Untuk material yang sangat keras) b. HRb (Untuk material yang lunak). Identor berupa bola baja dengan diameter 1/16 Inchi dan beban uji 100 Kgf. c. HRc (Untuk material dengan kekerasan sedang). Identor berupa Kerucut intan dengan sudut puncak 120 derjat dan beban uji sebesar 150 kgf. Tabel skala kekerasan: SIMBOL INDENTER BEBAN MAJOR (kg) A Intan 60 B Bola 1/16 inch 100 C Intan 150 Ika Wahyuni / Page 3

4 D Intan 100 E Bola 1/8 inch 100 F Bola 1/16 inch 60 G Bola 1/16 inch 150 H Bola 1/18 inch 60 K Bola 1/18 inch 150 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. D. Uji Kekerasan Mikro Pada pengujian ini identornya menggunakan intan kasar yang dibentuk menjadi piramida. Bentuk lekukan intan tersebut adalah perbandingan diagonal panjang dan pendek skala 7:1. Pengujian ini untuk menguji suatu material adalah dengan menggunakan beban statis. Bentuk idento 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 karena dapat menyebabkan permukaan logam (baja) retak. Kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan sebuah benda 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, penekanan dan lain-lain serta kekerasan dapat dicapai sesuai kebutuhan dengan perlakuan panas. 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. IV. Alat dan Bahan Pada eksperimen kali ini bahan bahan yang digunakan adalah Balok Logam Aluminium, kuningan dan besi sedangkan Ika Wahyuni / Page 4

5 alat yang digunakan adalah set dan alat Uji Rockwell. V. 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 h 2 -h 0 = (130-TH) 0,02 Gambar 2. Mekanisme uji kekerasan Rockwell Tabel 1. Skala, Indentor dan Material Sampel 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 oleh indentor dengan beban minor (Minor Load F 0 ) setelah itu ditekan dengan beban mayor (Major Load F 1 ) pada langkah kedua dan langkah ketiga beban mayor diambil sehingga yang tersisa adalah minor load, seperti pada ilustrasi gambar berikut: Skala B (Aluminium) = (980,7 N) Skala B (Kuningan) = 980,7 N Skala B (Besi) = 980,7 N , , ,5 61 VII. Hasil Analisis dan Pembahasan Salah satu karakter mekanik dari material keramik atau logam adalah dengan uji kekerasan. Pada pengujian logam, kekerasan didefinisikan sebagai 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 / Page 5

6 Pengujian dilakukan pada tiga titik yang berbeda dalam satu specimen dan dalam percobaan ini, digunakan tiga jenis specimen yaitu kuningan, alumunium dan besi. Nilai yang ditunjukkan 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 yang diberikan dan dari pengujian tiga titik, selalu didapatkan nilai TH yang berbeda-beda meskipun dalam satu bahan yang sama, hal tersebut dikarenakan homogenitas bahan, contohnya kuningan. Kuningan merupakan paduan logam besi dengan tembaga sehingga homogenitas 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, sehingga apabila di alam bebas maka akan berusaha mengikat oksigen dan tereduksi. Homogenitas merupakan sifat fisis material (intrinsik) yaitu bagian dari density (rapat masa) material. Dengan tingkat homogenitas tinggi akan membentuk materi tersebut mempunyai density yang lebih padat, sehingga ketika materi tersebut dikenai uji kekerasan dengan penekanan materi lain, maka akan semakin kecil kedalaman materi uji yang terkena tekanan dan juga sebaliknya. Tabel 2. Nilai kekerasan hasil eksperimen Sampel Kuningan 65,1 Aluminium 61,6 Besi Dari tabel data rata-rata TH terlihat bahwa kuningan mempunyai nilai terkecil sehingga dapat disimpulkan bahwa kuningan mempunyai sifat elastis lebih besar daripada sampel 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. Ika Wahyuni / Page 6

7 2. Kekerasan suatu material dipengaruhi oleh kemurnian bahan (homogenitas). IX. Daftar Pustaka 1. Anonim What s hardness test ( ail/3/what-is-hardness-test-ujikekerasan-) 2. Tim KBK Fisika Material Buku Petunjuk Fisika Eksperimental Lanjut (Bagian Fisika Material). Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga. 3. Efendi, Zainal Jurnal Kekerasan Material dengan Metode Rockwell. Fakultas Sains dan Teknologi UA, Surabaya. Ika Wahyuni / Page 7