Uji Kekerasan (Hardness Test)

Proses pengujian kekerasan dapat diartikan sebagai kemampuan suatu bahan terhadap

pembebanan dalam perubahan yang tetap. Dengan kata lain, ketika gaya tertentu diberikan

pada suatu benda uji yang mendapat pengaruh pembebanan, benda uji akan mengalami

deformasi. Kita dapat menganalisis seberapa besar tingkat kekerasan dari bahan tersebut

melalui besarnya beban yang diberikan terhadap luas bidang yang menerima pembebanan

tersebut.

Kita harus mempertimbangkan kekuatan dari benda kerja ketika memilih bahan benda

tersebut. Dengan pertimbangan itu, kita cenderung memilih bahan benda kerja yang memiliki

tingkat kekerasan yang lebih tinggi. Alasannya, logam keras dianggap lebih kuat apabila

dibandingkan dengan logam lunak. Meskipun demikian, logam yang keras biasanya

cenderung lebih rapuh dan sebaliknya, logam lunak cenderung lebih ulet dan elastis.

a. Metode Pengujian Rockwell

Pengujian kekerasan dengan metode Rockwell ini diatur berdasarkan standar DIN 50103. Adapun standar kekerasan metode pengujian Rockwell ditunjukkan pada tabel sebagai berikut :

Skala Kekerasan Metode Pengujian Rockwell

Tingkatan skala kekerasan menurut metode Rockwell dapat dikelompokkan

menurut jenis indentor yang digunakan pada masing-masing skala. Dalam metode

Rockwell ini terdapat dua macam indentor yang ukurannya bervariasi, yaitu :

1. Kerucut intan dengan besar sudut 120º dan disebut sebagai Rockwell Cone.

2. Bola baja dengan berbagai ukuran dan disebut sebagai Rockwell Ball.

Untuk cara pemakaian skala ini, kita terlebih dahulu menentukan dan memilih

ketentuan angka kekerasan maksimum yang boleh digunakan oleh skala tertentu. Jika

pada skala tertentu tidak tercapai angka kekerasan yang akuran, maka kita dapat

menentukan skala lain yang dapat menunjukkan angka kekerasan yang jelas.

Berdasarkan rumus tertentu, skala ini memiliki standar atau acuan, dimana acuan

dalam menentukan dan memilih skala kekerasan dapat diketahui melalui tabel sebagai

berikut :

Pembebanan dalam proses pengujian kekerasan metode Rockwell diberikan

dalam dua tahap. Tahap pertama disebut beban minor dan tahap kedua (beban utama)

disebut beban mayor. Beban minor besarnya maksimal 10 kg sedangkan beban mayor

bergantung pada skala kekerasan yang digunakan.

Berikut ini merupakan cara pengujian dan penggunaan dengan menggunakan

metode pengujian Rockwell, yaitu :

1. Cara pengujian kekerasan Rockwell

Cara Rockwell ini berdasarkan pada penekanan sebuah indentor dengan suatu

gaya tekan tertentu ke permukaan yang rata dan bersih dari suatu logam yang diuji

kekerasannya. Setelah gaya tekan dikembalikan ke gaya minor, maka yang akan

dijadikan dasar perhitungan untuk nilai kekerasan Rockwell bukanlah hasil

pengukuran diameter atau diagonal bekas lekukan, tetapi justru dalamnya bekas

lekukan yang terjadi itu. Inilah perbedaan metode Rockwell dibandingkan dengan

metode pengujian kekerasan lainnya.

Pengujian Rockwell yang umumnya dipakai ada tiga jenis, yaitu HRA, HRB,

dan HRC. HR itu sendiri merupakan suatu singkatan kekerasan Rockwell atau

Rockwell Hardness Number dan kadang-kadang disingkat dengan huruf R saja.

2. Cara penggunaan mesin uji kekerasan Rockwell

Sebelum pengujian dimulai, penguji harus memasang indentor terlebih dahulu

sesuai dengan jenis pengujian yang diperlukan, yaitu indentor bola baja atau kerucut

intan. Setelah indentor terpasang, penguji meletakkan specimen yang akan diuji

kekerasannya di tempat yang tersedia dan menyetel beban yang akan digunakan untuk

proses penekanan. Untuk mengetahui nilai kekerasannya, penguji dapat melihat pada

jarum yang terpasang pada alat ukur berupa dial indicator pointer [4].

Kesalahan pada pengujian Rockwell dapat disebabkan oleh beberapa faktor

antara lain :

1. Benda uji.

2. Operator.

3. Mesin uji Rockwell.

Kelebihan dari pengujian logam dengan metode Rockwell, yaitu :

1. Dapat digunakan untuk bahan yang sangat keras.

2. Dapat dipakai untuk batu gerinda sampai plastik.

3. Cocok untuk semua material yang keras dan lunak.

Kekurangan dari pengujian logam dengan metode Rockwell, yaitu :

1. Tingkat ketelitian rendah.

2. Tidak stabil apabila terkena goncangan.

3. Penekanan bebannya tidak praktis.

b. Metode Pengujian Brinell

Cara pengujian Brinell dilakukan dengan penekanan sebuah bola baja yang

terbuat dari baja krom yang telah dikeraskan dengan diameter tertentu oleh suatu gaya

tekan secara statis ke dalam permukaan logam yang diuji tanpa sentakan. Permukaan

logam yang diuji harus rata dan bersih. Setelah gaya tekan ditiadakan dan bola baja

dikeluarkan dari bekas lekukan, maka diameter paling atas dari lekukan tersebut

diukur secara teliti, yang kemudian dipakai untuk menentukan kekerasan logam yang

diuji dengan menggunakan rumus:

dimana :

P = beban yang diberikan (KP atau Kgf)

D = diameter indentor yang digunakan

d = diameter bekas lekukan

Berikut ini merupakan langkah-langkah yang dilakukan untuk menguji

kekerasan logam dengan metode Brinell, yaitu :

1. Memeriksa dan mempersiapkan specimen sehingga siap untuk diuji.

2. Memeriksa dan mempersiapkan mesin yang akan dipakai untuk menguji.

3. Melakukan pemeriksaan pada pembebanan, diameter bola baja yang digunakan, dan

alat pengukur waktu.

4. Membebaskan beban tekan dan mengeluarkan bola dari lekukan lalu memasang alat

optis untuk melihat bekas yang kemudian mengukur diameter bekas sebelumnya

secara teliti dengan mikrometer pada mikroskop. Pangukuran diameter ini untuk

sebuah lekuk dilakukan dua kali secara bersilang tegak lurus dan baru dari dua nilai

diameter yang diperoleh, diambil rata-ratanya. Kemudian dimasukkan ke dalam

rumus Brinell untuk memperoleh hasil kekerasan Brinell-nya (HB).

5. Melakukan proses pengujian sebanyak lima kali sehingga diperoleh nilai ratarata

dari uji kekerasan Brinell tersebut.

6. Yang perlu diperhatikan adalah jarak dari titik pusat lekukan baik dari tepi specimen

maupun dari tepi lekukan lainnya minimal 2 dari 3/2 diameter lekukannya.

c.Metode Pengujian Vickers

Metode Vickers ini berdasarkan pada penekanan oleh suatu gaya tekan tertentu

oleh sebuah indentor berupa pyramid diamond terbalik dengan sudut puncak 136º ke

permukaan logam yang akan diuji kekerasannya, dimana permukaan logam yang diuji

ini harus rata dan bersih.

Setelah gaya tekan secara statis ini kemudian ditiadakan dan pyramid diamond

dikeluarkan dari bekas yang terjad, 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 Hv atau HVN (Vickers Hardness Number). Untuk memperoleh nilai kekerasan

Vickers, maka hasil penekanan yang diperoleh dimasukkan ke dalam rumus berikut

ini:

Bahan-bahan atau perlengkapan yang biasa digunakan untuk uji kekerasan

Vickers

adalah sebagai berikut :

1. Mesin percobaan kekerasan Vickers. 5. Mesin gerinda.

2. Indentor pyramid diamond. 6. Ampelas kasar dan halus.

3. Mikroskop pengukur diagonal bekas. 7. Benda uji (test specimen).

4. Stopwatch.

Hal terpenting yang harus dipelajari dalam pengujian Vickers adalah

bagaimana menggunakan alat uji kekerasan Vickers dalam hal memasang indentor

pyramid diamond, meletakkan specimen di tempatnya, menyetel beban yang akan

dipakai, melihat dan mengukur diagonal persegi empat teratas dari bekas yang terjadi

seteliti mungkin.

Uji Impact Charpy

Uji impact charpy digunakan untuk mengetahui kegetasan atau keuletan suatu bahan

(specimen) yang akan diuji dengan cara pembebanan secara tiba-tiba terhadap benda yang

akan diuji secara statik. Benda uji dibuat takikan terlebih dahulu sesuai dengan standar JIS

Z2202 dan hasil pengujian benda tersebut akan mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk

seperti bengkokan atau patahan sesuai dengan keuletan atau kegetasan terhadap benda uji

tersebut.

Langkah-langkah Uji Impact Charppy

Adapun langkah-langkah pengujian impact tipe charpy ini adalah sebagai

berikut :

1. Meletakkan benda uji di tempat benda uji pada alat uji impact. Penempatan

benda uji harus benar-benar berada pada posisi tengah dimana pisau pada

pendulum berada sejajar dengan takikan benda tersebut.

2. Menyetel posisi jarum penunjuk pada 0º.

3. Mengangkat pendulum sejauh 140º dengan cara memutar berlawanan arah

jarum jam secara perlahan-lahan.

4. Melepaskan pendulum untuk mengayun dan mematahkan benda uji.

5. Melihat dan mencatat hasil data yang ditunjukkan oleh jarum penunjuk pada

busur derajat.

6. Melakukan perhitungan dari data pengujian yang telah diperoleh, yaitu

menghitung besarnya usaha (W) dan harga impact (K).

Berikut ini merupakan gambar dari dimensi benda uji dan cara menempatkan

benda uji.

I. Uji Tarik

Uji Tarik merupakan salah satu pengujian untuk mengetahui sifat-sifat suatu

bahan. Dengan menarik suatu bahan kita akan segera mengetahui bagaimana bahan

tersebut bereaksi terhadap tenaga tarikan dan mengetahui sejauh mana material itu

bertambah panjang. Alat eksperimen untuk uji tarik ini harus memiliki cengkeraman

(grip) yang kuat dan kekakuan yang tinggi (highly stiff).

Banyak hal yang dapat kita pelajari dari hasil uji tarik. Bila kita terus menarik

suatu bahan (dalam hal ini suatu logam) sampai putus, kita akan mendapatkan profil

tarikan yang lengkap yang berupa kurva seperti digambarkan pada Gambar 1. Kurva

ini menunjukkan hubungan antara gaya tarikan dengan perubahan panjang. Profil ini

sangat diperlukan dalam desain yang memakai bahan tersebut.

Hukum Hooke (Hooke's Law)

Hampir semua logam, pada tahap sangat awal dari uji tarik, hubungan

antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan

panjang bahan tersebut. Ini disebut daerah linier atau linear zone. Di daerah ini,

kurva pertambahan panjang vs beban mengikuti aturan Hooke yaitu rasio

tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan.

“Stress adalah beban dibagi luas penampang bahan”

“strain adalah pertambahan panjang dibagi panjang awal bahan”

Dirumuskan,

Stress (Tegangan Mekanis): σ = F/A , F = gaya tarikan, A = luas penampang

Strain (Regangan): ε = ΔL/L , ΔL = Pertambahan panjang, L = Panjang awal

Maka, hubungan antara stress dan strain dirumuskan:

E = σ/ε

Untuk memudahkan pembahasan, Gambar 1 kita modifikasi sedikit dari

hubungan antara gaya tarikan dan pertambahan panjang menjadi hubungan antara

tegangan mekanis dan regangan (stress vs strain). Selanjutnya kita dapatkan Gambar

2, yang merupakan kurva standar ketika melakukan eksperimen uji tarik. Eadalah

gradien kurva dalam daerah linier, di mana perbandingan tegangan (σ) dan regangan

(ε) selalu tetap. Ediberi nama "Modulus Elastisitas" atau " Modulus Young". Kurva

yang menyatakan hubungan antara strain dan stress seperti ini sering disingkat dengan

kurva SS (SS curve).

Kita akan membahas istilah mengenai sifat-sifat mekanik bahan dengan berpedoman

pada hasil uji tarik seperti pada Gambar 3. Asumsikan bahwa kita melakukan uji tarik mulai

dari titik O sampai D sesuai dengan arah panah dalam gambar.

Batas elastic σE (elastic limit)

Pada Gambar 3 dinyatakan dengan titik A. Bila sebuah bahan diberi beban sampai

pada titik A, kemudian bebannya dihilangkan, maka bahan tersebut akan kembali ke kondisi

semula (tepatnya hampir kembali ke kondisi semula) yaitu regangan “nol” pada titik O (lihat

Gambar 3). Tetapi bila beban ditarik sampai melewati titik A, hukum Hooke tidak lagi

berlaku.

Batas proporsional σp (proportional limit)

Titik di mana penerapan hukum Hooke masih bisa ditolerir. Tidak ada standarisasi

tentang nilai ini. Dalam praktek, biasanya batas proporsional sama dengan batas elastis.

Deformasi plastis (plastic deformation)

Perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula. Pada Gambar 3 yaitu bila

bahan ditarik sampai melewati batas proporsional dan mencapai daerah landing.

Tegangan luluh atas σuy (upper yield stress). Tegangan maksimum sebelum bahan

memasuki fase daerah landing peralihan deformasi elastis ke plastis.

Tegangan luluh bawah σly (lower yield stress). Tegangan rata-rata daerah landing sebelum

benar-benar memasuki fase deformasi plastis. Bila hanya disebutkan tegangan luluh (yield

stress), maka yang dimaksud adalah tegangan mekanis pada titik ini.

Regangan luluh εy(yield strain). Regangan permanen saat bahan akan memasuki fase

deformasi plastis.

Regangan elastis εe(elastic strain). Regangan yang diakibatkan perubahan elastis bahan.

Pada saat beban dilepaskan regangan ini akan kembali ke posisi semula.

Regangan plastis εp (plastic strain). Regangan yang diakibatkan perubahan plastis. Pada saat

beban dilepaskan regangan ini tetap tinggal sebagai perubahan permanen bahan.

Regangan total (total strain). Merupakan gabungan regangan plastis dan regangan elastic (εT

= εe+εp).Perhatikan beban dengan arah OABE. Pada titik B, regangan yang ada adalah

regangan total. Ketika beban dilepaskan, posisi regangan ada pada titik E dan besar regangan

yang tinggal (OE) adalah regangan plastis.

Tegangan tarik maksimum (UTS, Ultimate Tensile Strength). Pada Gambar 3 ditunjukkan

dengan titik C (σβ), merupakan besar tegangan maksimum yang didapatkan dalam uji tarik.

Kekuatan patah (breaking strength). Pada Gambar 3 ditunjukkan dengan titik D, merupakan

besar tegangan di mana bahan yang diuji putus atau patah.