PENGARUH V ARIASI BEBAN INDENTOR MICRO HARDNESS TESTER TERHADAP AKURASI DATA UJI KEKERASAN MATERIAL

Transkripsi

1 ISSN UJI KEKERASAN PENGARUH V ARIASI BEBAN INDENTOR MICRO HARDNESS TESTER TERHADAP AKURASI DATA UJI KEKERASAN MATERIAL Abstrak Hadijaya Dahlan Telah dilakukan percobaan pengujian kekerasan terhadap beberapa material untuk menentukan besaran beban identor ideal yang diizinkan pada pemakaian Blat uji kekerasan model Leitz Micro Hardness. Penentuan besaran beban ideal penting dilakukan agar diperoleh data uji kekerasan material yang akurat. Percobaan dilakukan terhadap material struktur elemen bakar nuklir antara lain logam paduan AIMg2, Stainless Steel (SS) tipe 304 dan Steel Standard dengan variasi beban 10p, 15p, 25p, 50p, 100p, 200p, 300p dan 500p. Oi antara kedelapan variasi beban indentasi tersebut hanya satu besaran saja yang dapat ditoleransi sebagai beban ideal, sedangkan beban lainnya menghasilkan data kekerasan dengan penyimpangan yang cukup tajam. Hasil percobaan pada masing-masing material menunjukkan nilai kekerasan sebesar HVN untuk AIMg2 dengan besaran beban ideal 300p; HVN untuk SS-;304 dengan besaran beban ideal 50p dan HVN untuk Steel Standard dengan besaran beban ideal 1 OOp. PENDAHULUAN Pada percobaan yang dilakukan, ruang Kekerasan merupakan ukuran ketahanan material terhadap deformasi tekan. Deformasi yang terjadi dapat berupa kombinasi perilaku elastis dan plastis. Pad a permukaan dari dua komponen yang saling bersinggungan dan bergerak satu terhadap lainnya akan terjadi deformasi elastis maupun plastis[1j. Deformasi elastis kemungkinan terjadi pad a permukaan yang keras, sedangkan deformasi plastis terjadi pad a permukaan yang lebih lunak. Efek deformasi tergantung pada kekerasan permukaan material. kekerasan Ada beberapa cara pengukuran yang cukup dikenal dalam litbang material di antaranya adalah uji kekerasan gores, uji kekerasan pantul (dinamis) dan uji kekerasan indentasi. Uji kekerasan gores tergantung pada kemampuan gores material yang satu terhadap material lainnya. Uji kekerasan pantul mencakup deformasi dinamis dari permukaan material yang dinyatakan dalam jumlah energi impak yang diserap permukaan logam pada saat benda penekan jatuh. Uji kekerasan indentasi berupa penjejakan oleh sebuah indentor yang keras ditekankan ke permukaan logam yang diuji. lingkup pengujian hanya dibatasi pada jenis uji kekerasan indentasi menggunakan alat model Leitz Micro Hardness. Perbedaan kekerasan dapat diketahui dari bentuk indentor yang ditekankan pad a permukaan material. Alat penguji kekerasan ini memakai indentor berbentuk piramid yang membuat jejakan pad a material dengan pembebanan tertentu. Masa penjejakan berlangsung 30 detik dan dapat menghasilkan ketelitian antara 2-3 J.1m. Panjang diagonal jejakan yang diukur pad a arah horisontal ditandai sebagai d-1 dan panjang diagonal jejakan pada arah vertikal ditandai sebagai d-2, lalu dihitung d-rerata sebagai panjang diagonal jejakan. Nilai kekerasan material uji dicari pada tabel yang tersedia dengan memproyeksikan d-rerata serta bobot beban yang digunakan atau dapat dihitung berdasarkan rumus Vickers[2j sebagai berikut : 189xFx103 HVN= (1) d2 HVN = nilai kekerasan vicker's F = beban tumbuk dalam Newton (N) d = panjang diagonal jejakan dalam /-lm URANIA No.23-24rrhn VI/Juli -Oktober

2 HADIJA Y A DAHLAN Pengaruh Variasi Behan Indentor Micro Hardness Tester Nilai kekerasan berkaitan dengan kekuatan luluh atau tarik logam. Hal ini disebabkan selama indentasi (penjejakan) logam mengalami deformasi sehingga terjadi regangan dengan persentase tertentu. Nilai kekerasan Vickers didefinisikan sarna dengan beban dibagi luas jejak piramida (indentor) dalam kg/mm2 dan besarnya kurang lebih tiga kali besar tegangan luluh untuk logam-logam yang tidak mengalami pengerjaan pengerasan. Dalam menguji kekerasan suatu material" operator Leitz Micro Hardness Tester biasanya memilih satu di antara sejumlah beban indentasi (5p, 10p, 15p, 25p, 50p, 100p, 200p, 300p atau 500p). Tentu saja ada alasan yang perlu diungkap berkaitan dengan pemilihan satu dari sejumlah beban tersebut. Kesalahan pemilihan beban akan berdampak pad a ketidakakurasian data kekerasan suatu material dan selanjutnya menimbulkan salah interpretasi terhadap sifat material yang diuji. Fenomena demikian tentu saja sangat tidak diharapkan. Percobaan ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui dan mempelajari teknik pemilihan beban ideal pad a indentor dari Leitz Micro Hardness Tester sehingga pelaksanaan uji kekerasan diharapkan dapat menghasilkan data kekerasan yang akurat dan dapat dipertanggungjawabkan. TATA KERJA Bahan Bahan yang digunakan terdiri dari Material Steel Standard dan Material struktur elemen baka;- nuklir (pelat AIMg2 dan pelat ) serta bahan untuk keperluan preparasi cuplikan seperti Diamond paste (Struers), Grinding paper dan Polishing wool. Alat 1 Mesin Pemotong logam tipe Acuttom 2 Mesin Grinder Polisher 3 Alat Uji Kekerasan Hardness Tester tipe Leitz Micro PersiaDan material stell standard: Material stell standard adalah suatu jenis baja dengan kekerasan 601 HVN sebagai standard uji kelaikan alat yang ditetapkan oleh pabrik pembuat Leitz Micro Hardness Tester (nomor MP. A ). Sebelum diindentasi, material standard berbentuk segitiga ini di-poles hingga mengkilap seperti cermin. PersiaDan material Delat AIMa2 dan SS-304 : Material pelat AIMg2 maupun pelat SS- 304 dipotong dengan alat Acuttom sehingga diperoleh cuplikan berukuran 1 cm x 1 cm. Cuplikan tersebut dicuci dengan alkohol dan dikeringkan kemudian ditanam dalam resin (dimounting). Selanjutnya dilakukan grinding menggunakan kertas ampelas ukuran kasar dan halus (grid 320 sampai grid 1200), lalu dipoles hingga mengkilap seperti cermin dan siap untuk diindentasi. Pelaksanaan Dengu)ian [4) : 1. Power supply dihubungkan ke 2, 3, instrumen. Pembangkit beban dihidupkan melalui tombol (14) den intensitas cahaya diatur melalui tombol (16). Lampu hijau (6) menyala, instrumen siap dioperasikan (Iihat Gambar 1). Level air (10 a) diperiksa apakah berada pad a posisi yang tepat. Jika belum tepat, posisinya diatur dengan memutar naikturun kaki-kaki instrumen. Satu be ban pemberat yang dikehendaki (10po 15p atau 25p, dst) ditempatkan. Sam pel (material) yang akan diuji ditempatkan pad a landasannya. 6. Mikroskop difokuskan melalui pengatur kasar (23). 7. Area penjejakan pad a sam pel ditentukan dengan memutar spindel mikrometer (13). 8. Pemfokusan diulangi melalui pengatur kasar (23). 52 URANIA No.23-24/Thn VI/Juli-Oktober 2000

3 HADIJA Y A DAHLAN Pengaruh Variasi Beban Indentor Micro Hardness Tester 9. penjejak atau diamond diarahkan pad a posisi penjejakan dengan memutar grip (7) kearah kiri. 10. Penjejak diturunkan dengan menekan ujung kabel (8) secara full lalu dilepaskan. Penjejak akan turun menuju objek (material uji) dengan indikasi lampu merah menyala. Setelah 15 detik berlalu, penjejakan berakhir dengan indikasi lampu kuning menyala. Gambar -2. Skala pengukuran diagonal jejakan, d = 87.5 ~m. 14. Pandangan mata dipusatkan pad a garis intersection (sebagai contoh 80 Ilm, lihat..- Gambar 2) dan garis vertikal dengan mengatur area sam pel terjejak dan memutar pengatur halus (4 & 5). 15. Skala pada lensa di-nolkan dengan memutar skrup (3) sampai tepat garis nolo 16. Diagonal jejakan diukur dengan menggerakkan skrup (3) mulai dari garis nol sampai pad a batas akhir diagonal. 17. Diameter jejakan akan terbaca, dalam hal ini, d-1 sebagai diameter jejakan arah horisontal, dan d-2 sebagai diameter jejakan arah vertikal. d-1 dan d-2 dijumlahkan lalu dibagi 2 sehingga diperoleh harga d-rerata. Untuk menghitung nilai kekerasan (HVN) secara cepat, tabel yang tersedia dapat digunakan. Gambar Alat uji kekerasan tipe Leitz Microhardness Tester. Penjejak dinaikkan dengan memutar knurled (18) searah jarum jam dengan indikasi lampu kuning padam, lampu hijau kembali menyala. Lensa objektif (10) diarahkan untuk mengukur diameter jejakan dengan menarik grip (7) ke kanan. 18. Setelah proses uji kekerasan berakhir, instrumen dimatikan dengan menarik tombol (14) dan kabel yang berhubungan dengan sumber daya listrik dilepaskan. 19. Beban pemberat yang telah digunakan diturunkan dan disimpan kedalam box. HASIL DAN PEMBAHASAN Keras-lunak permukaan material logam di setiap lokasi penjejakan akan berbeda-beda karena faktor kehalusan permukaan, porositas, jenis perlakuan, dan perbedaan unsur-unsur paduano Diagonal jejakan (d) yang lebih

4 HADIJA Y A DAHLAN Pengaruh Variasi Behan Indentor Micro Hardness Tester panjang pad a suatu material uji memberikan pengertian bahwa nilai kekerasan material rendah, sebaliknya diagonal jejakan yang lebih pendek memberikan pengertian bahwa nilai kekerasan material tinggi. Makin besar beban, diagonal indentasi (d) makin besar pula. Oi sisi lain makin besar diagonal indentasi, nilai kekerasan makin rendah. Hal ini tentu saja terkait dengan ketahanan material terhadap deformasi yang dilakukan indentor. Tabel Hasil pengujian seperti terlampir pada 1, 2 dan 3. Tabel 1 menyajikan data diagonal indentasi (panjang jejakan) dan nilai kekerasan standar material Steel. Tabel-2 menyajikan data diagonal indentasi dan nilai kekerasan material AIMg2. Tabel-3 menyajikan data diagonal indentasi dan nilai kekerasan material SS-304. Masing-masing material tersebut diindentasi sebanyak 5 (lima) kali. Grafik nilai kekerasan rata-rata versus beban indentasi dari ketiga jenis material uji tersebut dapat dilihat pada gambar 3, 4, dan 5. Data pengujian secara keseluruhan terhadap tiga jenis material seperti yang telah digambarkan dalam bentuk grafik memperlihatkan adanya kecenderungan bahwa pada pembebanan 10p sampai 100p, nilai kekerasan material mengalami kenaikan cukup drastis akan tetapi pad a pengujian material SS-304 puncak nilai kekerasan hanya sampai HVN-beban SOp, sedangkan puncak nilai kekerasan material Steel Standard HVN-beban 100p dan AIMg HVNbeban 300p. Perbedaan nilai kekerasan material ternyata dipengaruhi oleh karakteristik material uji dan karakteristik alat uji. Material steel standard adalah suatu jenis baja dengan label kekerasan 601 HVN sebagai standard uji kelaikan alat yang ditetapkan oleh pabrik pembuat Leitz Micro Hardness Tester dengan nomor MP. A Kegunaan material standard adalah untuk mengetahui karakteristik instrumentasi kalibrasi[s]. Pada pengujian tersebut atau sebagai material material standard diperoleh tingkat kekerasan rata-rata mencapai HVN, sedikit lebih rendah dari nilai kekerasan yang tercantum pada label material standard. Kalau data hasil uji kekerasan pada Tabel-1 diperhatikan, test-4 terdapat nilai kekerasan tertinggi mencapai 606 HVN yang berarti sedikit diatas nilai kekerasan yang tercantum pad a label material standard. Nilai kekerasan material standard secara keseluruhan mulai pembebanan 10p- 500p yang paling mendekati nilai rata-rata label material standard adalah HVN (pembebanan 1 OOp). Sehingga dapat dipahami bahwa beban 100p merupakan beban ideal, karena indentasi dengan beban tersebut mampu menghasilkan nilai kekerasan dengan akurasi yang sangat dekat dengan karakteristik instrumentasi tersebut, sedangkan penggunaan beban lainnya memberikan indikasi adanya penyimpangan yang dapat menyesatkan. Berdasarkan pengujian yang dilakukan pada material standard. maka karakteristik instrumentasi Hardness Tester dapat diketahui. Dalam menguji kekerasan suatu material, beban indentor yang dianggap ideal adalah satu beban yang mampu menghasilkan nilai kekerasan lebih tinggi dari nilai kekerasan yang dihasilkan dari penggunaan beban lainnya. Melalui grafik yang tertuang pad a Gambar 3, 4 dan 5 dapat dilihat bahwa puncak kekerasan mencapai HVN untuk Steel Standard dengan besaran beban ideal 100p, HVN untuk AIMg2 dengan besaran beban ideal 300p dan HVN untuk SS- 304 dengan besaran beban ideal 50p. Beban ideal yang terpilih ini disebut sebagai beban ideal karena dapat menghasilkan nilai kekerasan dengan akurasi yang baik. KESIMPULAN Dalam menguji kekerasan suatu material beban indentor yang dianggap ideal adalah satu beban yang mampu menghasilkan nilai kekerasan lebih tinggi dari nilai kekerasan yang dihasilkan dari penggunaan beban lainnya. Percobaan pemilihan beban ideal seyogyanya dilakukan setiap akan menguji kekerasan material baru sebagai tindakan preventif agar tidak mengalami kesalahan 54 URANIA No.23-24/Thn VI/Juli-Oktober 2000

5 3. HADIJA Y A DAHLAN Pengaruh Variasi Beban Indentor Micro Hardness Tester dalam pengumpulan data uji. Akurasi data juga sangat dipengaruhi oleh kemampuan mata dalam membaca diagonal indentasi terutama dalam hal menetapkan angka-angka di belakang koma. Oi sam ping itu, selama pengamatan dan pengukuran diagonal '. indentasi disarankan lampu ruang lab yang berada tepat diatas micro hardness sebaiknya dipadamkan karena pancaran cahaya lampu akan membias pad a bagian eye-piece instrumen sehingga mengganggu kecermatan mata dalam melakukan pengukuran. Selain itu, penempatan beban harus mantap, agar ketika indentor turun menuju objek tidak labil dan jejakan yang diperoleh lebih terformat dengan baik (sempurna). Perlu diketahui pula bahwa kerja indentor dapat terganggu oleh getarangetaran pad a meja instrumen. Gambar 3 DAFTAR PUSTAKA 2 4, 5. E.J., BRADBURY "Dasar Metalurgi Untuk Rekayasawan", PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1991, halaman 94. ANONIM, "Leitz Miniload 2 Micro Hardness Tester for Vickers-Knoop and Scratch Hardness",. Ernst Leitz Wetzlar Canada Ltd, Midland Ontario, 1979, p.11. R.E.,SMALLMAN, "Metalurgi Fisik Modern", PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1991, halo 85. HADIJA Y A, "Petunjuk Operasi Leitz Hardness Tester", Bidang Bahan Struktur dan Pendukung PEBN-BATAN, 1992, dokumen No. EBN.2/002/92, halo 3. HOWARD E. BOYER, Hardness Testing, ASM International, Metal Park, OH 44037, USA, 1987, page 73. Gambar 4 Penulis adalah Pejabat Fungsional Litkayasa dan Stat Bldang Teknologi Bahan Bakar Reaktor Riset, P2TBDU, BAT AN Gambar 5