Laporan Praktikum

Laboratorium Teknik Material I

Modul B Uji Keras

Oleh:

Nama : Dika Anindyajati

NIM : 13708031

Kelompok : 5

Anggota (NIM) : Legino Natanael G P (13708001)

Yulian Praticno (13708013)

R Laksito Hedi D N (13708019)

Irzal Riznika (13708047)

Aulia Rahman (13708054)

Tanggal Praktikum : 18 Oktober 2010

Nama Asisten (NIM) : Andi Lim (23701001)

Tanggal Penyerahan : 24 Oktober 2010

Laboratorium Metalurgi

Program Studi Teknik Material

Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara

Institut Teknologi Bandung

2010

BAB I : Pendahuluan

Latar Belakang

Uji keras merupakan pengujian yang paling efektif karena dengan pengujian ini

kita dapat dengan mudah mengetahui gambaran sifat mekanik suatu material.

Meskipun pengukuran hanya dilakukan pada satu titik, atau daerah tertentu saja,

nilai kekerasan cukup valid untuk menyatakan kekuatan suatu material. Dengan

melakukan pengujian kekerasan, material dapat dengan mudah digolongkan

sebagai material getas atau ulet.

Uji keras juga dapat digunakan sebagai salah satu metode untuk mengetahui

pengatuh perlakuan panas dan perlakuan dingin terhadap material. Material yang

telah mengalami hot working, cold working dan heat treatment, dapat diketahui

gambaran perubahan kekuatannya dengan mengukur kekerasan permukaan suatu

material. Oleh sebab itu dengan uji keras kita dapat dengan mudah melakukan

quality control terhadap material.

Tujuan Praktikum

1. Mengetahui macam-macam metode pengujian keras serta aplikasinya.

2. Mengetahui prosedur dan standar pengujian keras.

3. Mengetahui sifat mekanik serta perubahan yang terjadi akibat proses

pemanasan.

4. Mengetahui kelebihan dan kekurangan metode-metode pengujian

kekerasan.

5. Mampu menghitung besaran sifat mekanik material.

2

BAB II : Teori Dasar

Secara umum definisi kekerasan material adalah ketahanan material untuk

dideformasi, dan untuk logam, deformasi yang dimaksud adalah deformasi plastis.

Ada 3 cara umum pengukuran kekerasan material tergantung bagaimana uji

tersebut dilakukan, yaitu kekerasan goresan, kekerasan indentasi, dan pantulan

alias kekerasan dinamis. Untuk logam, engineer umumnya memakai cara

kekerasan indentasi.

Kekerasan gores umumnya dipakai oleh para mineralogist. Skala yang digunakan

dalam cara penggoresan adalah skala Mohs. Skala paling rendah atau paling

lembut adalah talc dengan nilai skala Mohs 1. Dan yang paling keras adalah intan

dengan skala Mohs 10.

Kekerasan pantulan (rebound) caranya adalah dengan menjatuhkan indentor pada

permukaan material yang akan diuji, kemudian dengan menghitung ketinggian

pantulan akan didapatkan energi impak yang merepresentasikan kekerasan suatu

material.

Beberapa metode pengujian kekerasan yang umum dilakukan:

a. Uji Kekerasan Brinell

Uji kekerasan Brinell dilakukan dengan memberikan pembebanan statis

dengan indentor berbahan bola baja dengan diameter 10 mm dan beban

3000 kg (untuk material keras), 1500 kg (untuk material intermediate) atau

500 kg (untuk material lunak). Beban diberikan kepada spesimen selama

30 detik kemudian diameter jejak penekanan diukur dengan mikroskop

yang kemudian akan dimasukan dalam perhitungan harga kekerasan

Brinell (Brinell Hardness Number = BHN). Hal tersebut merupakan

ketentuan pengujian standar yang sesuai dengan ASTM E 10.

3

b. Uji Kekerasan Vickers

Uji kekerasan Vickers dilakukan dengan indentor intan berbentuk

piramida persegi. Sudut yang dibentuk dari bidang yang berseberangan

adalah 136o, sudut ini dipilih karena walaupun bentuk bukan bola tapi

dengan besar sudut 136o bisa didapatkan hasil seperti indentor bola.

Karena bentuk indentornya yang unik, maka uji ini juga sering disebut

sebagai uji kekerasan piramida intan. Diamond Hardness Number (DHN)

ataupun Vickers Hardness Number (VHN) didefinisikan sebagai beban

dibagi dengan luas penampang pembebanan. Luas penampang dihitung

dengan diagonal jejak pembebanan.

Uji kekerasan Vickers diterima oleh masyarakat luas dikarenakan

memberikan skala yang kontinu untuk berapapun beban yang diberikan,

dari material logam yang sangat lunak yang memiliki VHN 5, sampai

material logam yang sangat keras yang memiliki VHN 1500. Pada metode

Brinell dan Rockwell biasanya akan diperlukan mengganti indentor atau

beban pada saat tertentu. Sedangkan pada metode Vickers tidak diperlukan

penggantian indentor dan VHN tidak tergantung pada besar beban. Beban

standar yang digunakan adalah 1-120 kg, tergantung pada kekerasan

material logam yang akan diuji. Walaupun rentang skala kekerasan yang

sangat besar namun uji kekerasan metode Vickers tidak digunakan secara

rutin dan umum di industri dikarenakan dibutuhkannya persiapan awal

spesimen yang hati-hati dan adanya kemungkinan error pada pengukuran

panjang diagonal.

c. Uji Kekerasan Rockwell

Uji kekerasan Rockwell merupakan metode yang sangat umum digunakan.

Hal ini dikarenakan kecepatan memperoleh hasil dan bebas dari error

4

manusia, kemampuan untuk membedakan perbedaan kekerasan pada baja

yang sudah diperkeras, dan memiliki indentasi yang kecil sehingga bagian

yang diberikan perlakuan panas tidak rusak. Ada 2 macam beban yang

digunakan dalam pengujian kekerasan Rockwell, yaitu beban minor

sebesar 10 kg dan beban mayor yang besarnya bervariasi.

Rockwell Beban (kg) Indentor

A 60 Intan

B 100 1/16" bola besi

C 150 Intan

D 100 Intan

E 100 1/8" bola besi

F 60 1/16" bola besi

G 150 1/16" bola besi

H 60 1/8" bola besi

K 150 1/8" bola besi

d. Uji Kekerasan Mikro

Pengujian kekerasan pada daerah gradien permukaan baja terkarburasi,

kekerasan pada struktur mikro tertentu akan sulit dilakukan dengan

pengujian kekerasan indentasi yang ada. Maka dikembangkan metode

pengujian kekerasan mikro dengan indentor Knoop.

Indentor Knoop berbentuk piramida intan tapi dengan perbandingan antara

diameternya 7:1.

5

Beban yang dipakai dalam uji kekerasan mikro ini sangatlah kecil. Selain

itu diperlukan persiapan spesimen seperti membersihkan permukaan uji

dengan metode pemolesan metalografi.

6

BAB III : Data Percobaan

a. Metode Brinell

Jenis mesin :

Tanggal pengujian : 15 Maret 2010

Standar pengujian : ASTM E 10

Penguji : Pak Jai

Ass Pengawas : Panji Prasetyo

No Bahan F (N) D (mm) d (mm) BHN

1 Baja karbon tinggi 187,5 2,5 X=3, Y=21 500,53

2 Baja karbon rendah 187,5 2,5 X=6, Y=18,5 136,82

BHN = 2 P

πD (D−√ D2−d2)

b. Metode Rockwell

Jenis mesin :

Tanggal pengujian : 15 Maret 2010

Standar pengujian : ASTM E 18

Penguji : Pak Jai

Ass Pengawas : Panji Prasetyo

No Bahan Beban (Kg) Indentor Kekerasan Rockwell

1 Aluminium 100 1/8 inch HRE 53

HRE 57,5

7

HRE 56,5

c. Metode Vickers

Jenis mesin :

Tanggal pengujian : 15 Maret 2010

Standar pengujian : ASTM E 92

Penguji : Pak Jai

Ass Pengawas : Panji Prasetyo

N

oBahan F (N) D (mm)

VHN

1Baja karbon

tinggi1200 X=2, Y=41,5

694,47

2Baja karbon

rendah1200 X=6, Y=16,5

138,81

VHN = 1,854 × F

d2

8

BAB IV : Analisis Data

Pada pengujian keras yang dilakukan di praktikum ini dilakukan pengujian

kekerasan pada beberapa spesimen. Yaitu pada baja karbon rendah, baja karbon

tinggi, dan aluminium.

Untuk menguji kekerasan pada aluminium hanya bisa dilakukan dengan metode

Rockwell. Hal ini dikarenakan pada permukaan aluminium terdapat pengotor

yang sulit dibersihkan dengan cara gerinda dengan amplas (grinding process),

maka untuk mengukur kekerasan aluminium dilakukan dengan metode Rockwell

yang memiliki beban minor 10 kg untuk merusak lapisan pengotor yang ada pada

permukaan aluminium tersebut lalu diberikan beban mayor dengan indentor

Rockwell E, bola baja berdiameter 1/8 inch dan dengan beban mayor 100 kgf.

Setelah dilakukan pengujian maka nilai kekerasan aluminium langsung dapat

diketahui. Yaitu HRE 55,66. Dan harga kekerasan aluminium menurut literatur

adalah HRE 46-101.

Untuk menguji baja karbon sebelumnya dilakukan proses gerinda pada kedua

spesimen tersebut. Hal ini dilakukan agar pengotor pada permukaan uji dibuang,

sehingga pada saat dilakukan pengujian permukaan yang ditekan adalah

permukaan yang kita inginkan, bukanlah kekerasan dari pengotor. Setelah

permukaan bersih, kering, dan rata, maka pengujian siap dilakukan. Setelah kedua

spesimen tersebut sudah diuji kekerasannya dengan metode Brinell dan Vickers

maka jejak indentasi yang terbentuk harus dilihat menggunakan mikroskop dan

dihitung agar mendapatkan harga kekerasannya. Untuk baja karbon tinggi

didapatkan BHN 500,53 dan VHN 694,47. Baja karbon rendah didapatkan BHN

136,82 dan VHN 138,81. Sedangkan pada literatur kekerasan baja karbon rendah

BHN 135-500. Harga kekerasan Brinell dan Vickers sangat tergantung pada

pengujinya. Karena setelah dilakukan indentasi spesimen tersebut harus dilihat

dibawah mikroskop untuk melihat jejak indentasinya dan mengukur panjang

diameter ataupun diagonalnya. Hal ini merupakan pekerjaan yang memungkinkan

9

terjadinya banyak kesalahan dari manusia dalam melihat dan menghitung hasil

akhirnya.

10

BAB V : Kesimpulan

1. Pengujian keras ada 3 macam

a. Pengujian keras penggoresan dengan skala Mohs

b. Pengujian keras indentasi

- Metode Brinell

- Metode Rockwell

- Metode Vickers

- Metode Knoop

c. Pengujian keras rebound

2. Prosedur dan standar pengujian keras

Pengujian kekerasan sudah terstandar dengan ASTM. Untuk metode

Brinell dengan ASTM E 10, metode Vickers dengan ASTM E 92, metode

Rockwell dengan ASTM E 18. Tapi secara umum ada prosedur yang harus

dilakukan:

1. Memastikan bahwa indentornya bersih dan terpasang secara tepat

2. Permukaan uji harus bersih, kering, halus, dan terbebas dari oksida

3. Permukaan uji harus rata dan tegak lurus dengan indentornya

4. Pengujian pada permukaan silindris akan memberikan hasil yang tidak

maksimal, maka diperlukan koreksi.

5. Ketebalan dari spesimen setidaknya harus 10x dari kedalaman

indentasi agar harga kekerasannya akurat.

6. Jarak antar indentasi pada satu spesimen minimal 3-5x dari

diameter/diagonal jejak indentasi.

7. Kecepatan dari aplikasi dalam penekanan harus terstandar.

3. Pengaruh temperatur terhadap kekerasan material

Temperatur sangat berpengaruh terhadap nilai kekerasan suatu material.

Jika dipanaskan maka kekerasan suatu material akan turun.

11

4. Kelebihan dan kekurangan metode-metode pengujian kekerasan

Metode Brinell

Kekurangan:

- Persiapan spesimen yang susah

- Tidak bisa untuk spesimen yang sangat kecil dikarenakan diameter

indentor yang cukup besar

- Pengolahan data rentan terhadap kesalahan pengukuran diameter

Kelebihan

- Bisa mendapatkan harga kekerasan material secara umum karena

indentornya yang besar

- Tidak perlu ganti indentor

Metode Rockwell

Kekurangan:

- Harus mengganti indentor untuk skala Rockwell yang berbeda

- Harus mengetahui perkiraan kekuatan material

Kelebihan:

- Tidak diperlukan pengolahan data karena harga kekerasan

Rockwell langsung diberikan dari alat uji

- Persiapan spesimen mudah, karena adanya beban minor yang akan

menghilangkan pengotor di permukaan uji.

Metode Vickers

Kekurangan:

- Persiapan spesimen susah

- Pengolahan data yang rentan terhadap kesalah pengukuran

diagonal

Kelebihan:

- Dapat digunakan untuk daerah uji yang kecil

- Tidak diperlukan penggantian indentor

12

- Rentang Skala harga kekerasan sangat besar

5. Besaran sifat mekanik material

- Harga kekerasan Brinell

Baja karbon rendah : 136,82 BHN

Baja karbon tinggi : 500,52 BHN

- Harga kekerasan Vickers

Baja karbon rendah : 138, 81 VHN

Baja karbon tinggi : 694,47 VHN

- Harga kekerasan Rockwell

Aluminium : 55,66 HRE

13

BAB VI : Daftar Pustaka

Callister, William D. Materials Science and Engineering: An Introduction. 7th ed.

John Wiley&Sons, Inc. 2007.

Dieter, George E. Mechanical Metallurgy. 2nd ed. McGraw-Hill Books Inc. 1986.

http://www.metal-mart.com/guides/hardness_aluminum.aspx

14

BAB VII : Lampiran

TUGAS SETELAH PRAKTIKUM

1. Variasi indentor dan beban mayor pada metode Rockwell

Rockwell Beban (kg) Indentor

A 60 Intan

B 100 1/16" bola besi

C 150 Intan

D 100 Intan

E 100 1/8" bola besi

F 60 1/16" bola besi

G 150 1/16" bola besi

H 60 1/8" bola besi

K 150 1/8" bola besi

Variasi ini memungkinkan kita untuk mengkombinasikan antara indentor

dan beban yang berbeda sehingga kita mampu untuk mengukur kekerasan

untuk hampir semua material logam dan paduannya. Misalnya saja bola

besi digunakan untuk mengukur kekerasan secara umum, tapi indentor

Brale (intan) lebih cocok untuk mengukur kekerasan pada daerah kecil

tertentu.

15

2. Penurunan rumus harga kekerasan Vickers

16

3. Temperatur akan berpengaruh pada kekerasan material, ini dinyatakan

dalam hubungan :

Karena pada peningkatan temperatur akan merubah kondisi butir-butir

pada material. Pada proses pemanasan akan terjadi rekristalisasi, grain

growth, dan pelepasan tegangan internal. Sehingga butir-butir akan

berbentuk equiaksial yang memiliki sifat lebih lunak.

4. Mengapa harga kekerasan berbanding lurus dengan harga kekuatan

tariknya?

17

Karena pada kekerasan yang menjadi perhatian adalah respon material saat

deformasi plastis, sama seperti kekuatan tarik. Hubungannya dirumuskan

dengan UTS = 3,4 x BHN.

Tugas tambahan

1. Alasan pengujian kekerasan Meyer jarang digunakan

Meyer berbeda dengan uji lain, perhitungan luas yang digunakan bukanlah

luas permukaan daerah yang terindentasi, tapi proyeksinya saja,

kedalaman indentasi tidak diperhitungkan. Dan pada pengujian kekerasan

logam yang diberikan pekerjaan dingin kekerasan Meyer konstan dan

tidak tergantung pada beban yang diberikan.

2. Pengujian kekerasan pada material dengan permukaan silindris

Pengujian ini memang akan sulit mendapatkan hasil yang maksimal

dikarenakan permukaan yang tidak rata. Oleh karena itu pengujian dengan

spesimen silindris akan dilakukan koreksi dengan tabel yang disediakan

pada tabel 5 dan 6 ASTM E 92 untuk metode Vickers dan tabel 11dan 12

ASTM E 18 untuk metode Rockwell.

18

19