14 BAB III TINJAUAN PUSTAKA 3.1 PENDAHULUAN Kekerasan suatu bahan adalah kemampuan sebuah material untuk menerima beban tanpa mengalami deformasi plastis yaitu tahan terhadap identasi, tahan terhadap penggoresan, tahan terhadap aus, tahan terhadap pengikisan (abrasi). Kekerasan suatu bahan hubungan dengan kekuatan dengan diketahui nilai kekerasan suatu bahan maka diperoleh gambaran tentang kekuatan bahan tersebut dan proses proses perlakuan panas yang telah dilakukan pada bahan itu. Pada dasarnya ada tiga macam cara untuk menentukan kekerasan suatu bahan yaitu: 1. Cara goresan Penentuan kekerasan dengan cara goresan dilakukan dengan menggoreskan bahan lain yang lebih tinggi nilai kekerasannya. 2. Cara dinamik Penentuan kekerasan dengan cara dinamik dilakukan dengan menjatuhkan bola baja pada permukaan logam yang akan diuji 3. Cara penekanan Penentuan kekerasan dengan cara penekanan adalah cara yang umum dilakukan untuk menentukan kekerasan bahan bahan logam dengan cara pengujian kekerasan Brinell, Vickers, dan Rockwell. (Usman Sudjadi, 2012).
15 Gambar 3.1 Sifat bahan yang berhubungan dengan kekerasan Ada beberapa metode pengujian kekerasan yang digunakan untuk menguji kekerasan logam, yaitu : 1.Metode Pengujian Kekerasan Vickers 2.Metode Pengujian Kekerasan Rockwell 3.Metode Pengujian Kekerasan Brinell 3.1.1. Metode Vickers Sebagai parameter penting untuk mencirikan sifat-sifat mekanik dari material, uji kekerasan Vickers telah digunakan dalam beberapa penelitian terkait dengan memprediksi kekerasan material baru yang super. (Moreira dkk, 2015) Setelah gaya tekan secara statis ini kemudian ditiadakan dan pyramid diamond dikeluarkan dari bekas yang terjadi, maka diagonal segi empat bekas teratas diukur secara teliti, yang digunakan sebagai kekerasan logam yang akan diuji. Permukaan bekas merupakan segi empat karena pyramid merupakan piramida sama sisi. Nilai kekerasan yang diperoleh disebut sebagai kekerasan Vickers, yang biasa disingkat dengan HVN (Vickers Hardness Number). (Heidy, 2010).
16 Dan cara perhitungan tinggal dimasukkan kedalam rumus: P HV 1,854 (3.1) 2 D Dimana : HVN P D = nilai kekerasan Vickers = beban yang diterapkan (kg) = diameter lekukan (mm) Lekukan yang benar yang dibuat oleh penumbuk piramida intan harus berbentuk bujur sangkar (a). Akan tetapi, sering juga ditemukan penyimpangan pada pengujian Vickers. Lekukan bantal jarum pada gambar (b) adalah akibat pengukuran terjadinya penurunan logam disekitar permukaan piramida yang datar. Keadaan demikian terdapat pada logam-logam yang dilunakkan dan mengakibatkan pengukuran panjang diagonal berlebih. Lekukan berbentuk tong pada (c) terdapat pada logam-logam yang mengalami proses pengerjaan dingin. Bentuk demikian diakibatkan oleh penimbunan ke atas logam-logam disekitar permukaan penumbuk. 3.1.2. Metode Rockwell Dalam metode ini penetrator ditekan dalam specimen. Harga kekerasan didapat dari perbedaan kedalaman dari beban mayor dan minor. Metode ini sangat cepat dan cocok untuk pengujian missal. Karena hasilnya dapat secara langsung dibaca pada jarum penunjuk, maka metode ini sangat efektif untuk pengetesan massal. Uji kekerasan ini banyak digunakan disebabkan oleh sifat sifatnya yang cepat dalam pengerjaanya, mampu membedakan kekerasan pada baja yang diperkeras, ukuran relatif kecil, sehingga bagian yang mendapat perlakuan panas dapat diuji kekerasannya tanpa menimbulkan kekerasan. Uji ini menggunakan kedalaman lekukan pada beban yang konstan sebagai ukuran kekerasan.
17 Tabel 3.1 Skala Kekerasan Rockwell Skala Beban Mayor Tipe Identor Tipe Specimen (kg) A 60 Intan Kerucut Sangat keras, tungsten, karbida B 100 1/6 bola baja Kekerasan sedang, baja karbon rendah dan sedang, kuningan, perunggu C 150 Intan kerucut Baja keras, paduan yang dikeraskan, baja hasil tempering (Anonimus, n.d) 3.1.3. Metode Brinell Metode ini pertama kali dilakukan oleh Brinell pada tahun 1900. Metode ini berupa pengidentasian sejumlah beban terhadap permukaan material dengan penetrator yang digunakan berupa bola baja yang dikeraskan dengan diameter 10 mm dan standar bebanya antara 0.97 s.d 3000 kgf. Pembebanan dilakukan dengan standar waktu, biasanya 30 detik. Kekerasan yang diberikan merupakan hasil bagi beban penekan dengan luas permukaan lekukan bekas penekan dari bola baja. Masing-masing metode memiliki kelebihan dan kekurangan dalam pengukuran kekerasan suatu permukaan material. Keuntungan metode Brinell adalah bila ada sedikit scratch tidak akan terlalu mempengaruhi hasil pengujian karena permukaan indentasinya yang luas. Namun metode ini memiliki kelemahan yaitu spesimen uji tidak boleh terlalu lunak,terlalu keras ataupun terlalu tipis. Karena apabila terlalu lunak dan tipis penekanan akan sampai kebawah permukaan spesimen dan bukan lagi mengukur kekerasan di permukaan. Selain itu tidak dapat mengukur kekuatan tiap fasa karena luas indentasi yang luas dan preparasi juga pengolahan yang lama.
18 Pengujian kekerasan Brinell mengacu pada American Society for Testing Materials (ASTM) seperti yang dapat dilihat pada Tabel 3.1 Tabel 3.2 Standar Uji Brinell Diameter Bola Beban (kgf) Angka Kekerasan yang (mm) Disarankan (HB) 10 3000 96-600 10 1500 48-300 10 500 16-100 Setelah proses pengujian kemudian dilakukan pengukuran terhadap jejak yang ditinggalkan oleh bola baja dari permukaan specimen. Seperti yang terdapat pada Gambar 3.2 berikut. Gambar 3.2 Identor Kekerasan Brinell (Sumber: http://pengujiankekerasan.blogspot.co.id/2014/03/uji-kekerasanmaterial.html) Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada pengujian kekerasan brinell adalah sebagai berikut : 1. Specimen harus memenuhi persyaratan Rata dan Halus Ketebalan Minimal 6 mm. Dapat ditumpu dengan baik dan permukaan uji harus horizontal. 2. Indentor yang digunakan adalah bola baja yang telah dikeraskan, namun untuk bahan yang sangat keras (sampai 650 BHN) digunakan bola dari karbida tungsten. Jarak antara titik pengujian minimal dua kali diameter tapak identasi.
19 3. Pemakaian beban (P) dan diameter identor (D) harus memenuhi persyaratan perbandingan P/D = 30 untuk baja, 10 untuk tembaga dan paduannya, serta 5 untuk aluminium dan paduannya. 4. Pada pelaksanaannya, pengujian kekerasan ini dilakukan dengan menekan identor pada permukaaan specimen selama 10-30 detik. 5. Nilai kekerasan pengujian ini dinyatakan dalam satuan BHN (Brinells Hardness Number) yang dihitung berdasarkan diameter identasi dengan persamaan sebagai berikut. BHN : ( D) 2 P D D 2 d 2 (3.2) Dimana : P = Gaya tekan (kgf) D = Diameter identor bola baja (mm) d = Diameter hasil identasi (mm) D X d Gambar 3.3 Penampang Uji Brinell
20 6. Penulisan nilai kekerasan seperti contoh berikut : 150 BH 2,5/150 10 Dimana : 150 = Nilai kekerasan. BH = Metode Pengujian Brinell 2,5 = Diameter Identor 150 = Gaya pembebanan (N) 10 = Waktu pembebanan (detik) Karena pengukuran dilakukan secara manual, maka terdapat peluang untuk terjadinya kesalahan ukur. Kesalahan itu mungkin terjadi pada saat pemfokusan objek pada layar, peletakan alat ukur pada objek dan pembacaan pengukurannya. 3.4 SPECIMEN BAJA KARBON Baja adalah paduan yang terdiri dari unsur utama besi yang terdiri dari unsur utama besi ( Fe ) dan karbon ( C ) serta unsur unsur lain seperti mangan (Mn), silikon (Si) dan Nikel (Ni), vanadium (V), molybdenum (Mo) dan lain sebagainya dalam presentasi yang kecil. Berdasarkan kandungan karbon, maka dibedakan menjadi; 1. Baja Karbon Rendah (0,05% - 0,35% C) 2. Baja Karbon Menengah (0,35% - 0,50 C) 3. Baja Karbon Tinggi (0,05% - 1,7% C) Kadar karbon yang telah dicampurkan dengan baja dapat mempengaruhi mutu baja. Baja dengan kadar karbon 0,1 0,35% tidak dapat dikeraskan ( dipijarkan dan didinginkan tiba tiba). Semakin rendah kadar karbonnya maka baja tersebut makin lunak dan mudah ditempa, sebaliknya makin tinggi kadar karbonnya maka makin besar pula nilai kekerasannya. (Nanulaitta dkk, 2011)
21 3.5 SPECIMEN ALUMUNIUM Aluminium merupakan logam ringan yang mempunyai ketahanan korosi yang baik dan hantaran listrik yang baik dan sifat sifat yang baik lainnya sebagai sifat logam. Penggunan alumunium sebagai logam setiap tahunnya adalah pada urutan yang kedua setelah besi dan baja, yang tertinggi di antara logam non ferrous. Produksi alumunium tahunan didunia mencapai 15 juta ton per tahun pada tahun 1981. Alumunium merupaka logam ringan yang mempunyai ketahanan korosi yang baik dan hantaran listrik yang baik dan sifat sifat yang baik lainnya sebagai sifat logam. Sebagai tambahan terhadap, kekuatan mekaniknya yang sangat meningkat dengan penambahan Cu, Mg, Si, Mn, Zn, Ni, dsb, secara satu persatu atau bersama sama, memberikan juga sifat sifat baik lainnya seperti ketahanan korosi, ketahanan aus, koefisien pemuaian rendah dsb. Material ini dipergunakan didalam bidang yang luas busukan saja untuk peralatan rumah tangga tapi juga dipakai untuk keperluan material pesawat terbang, mobil, kapal laut, konstruksi dsb. (Surdia dkk, 1984).