RINGKASAN

Nuha Ulin Muhammad, Hidayat Riswan, Mufid Ainul Titim, Umri

Nazmil ,Wahyudi David, Jurusan Teknik Industri, Fakultas Teknik, Universitas

Trunojoyo, PBT 01 Pengujian kekerasan, Desember 2007.

Kekerasan merupakan kemampuan bahan untuk tahan terhadap

goresan, pengikisan, indentasi, atau penetrasi. Sedang kemampukerasan

ialah kemampuan untuk dikeraskan tanpa mengalami goresan, pengikisan

dan tusukan.

Dalam percobaan ini pengujian dilakukan dengan Brinnel Hardness

Test, dimana pengujian dilakukan pada spesimen baja St-42 dengan

perlakuan panas full annealing dan tanpa perlakuan panas, serta dengan

perlakuan panas tempering dan tanpa perlakuan panas. Dari hasil pengujian

diperoleh angka kekerasan Brinnel untuk spesimen baja St-42 dengan

prlakuan panas full annealing berkisar antara -209,67 HB sampai 310,326 HB

dan angka kekerasan tanpa perlakuan panas berkisar antara -150,152 HB

sampai 291,848 HB. Sedangkan hasil angka kekerasan dengan perlakuan

panas tempering berkisar antara -193,396 HB sampai 289,604 HB dan angka

kekerasan tanpa perlakuan panas berkisar antara -162,6311 sampai

275,3689 HB.

Dari hasil pengujian dapat diketahui bahwa pengujian dengan

perlakuan panas full annealing dan tempering dapat meningkatkan angka

kekerasan bahan dibandingkan dengan pengujian tanpa perlakuan panas.

PBT O1

PENGUJIAN KEKERASAN

A. PENDAHULUAN

Dalam proses desain produk atau desain kontruksi sifat-sifat

khas bahan industri perlu dikenal secara baik karena bahan tersebut

dipergunakan untuk berbagi macam keperluan dalam berbagai

keadaan salah satunya sifat mekanik yakni kekerasan. Dengan

mengetahui kadar kekerasan bahan kita dapat mengambil keputusan

bahan tersebut layak atau tidak untuk memenuhi kriteria kekerasan

yang dibutuhkan dalam desain produk atau kontruksi yang akan

direncanakan. Oleh karena itu pengujian kekerasan sangat dibutuhkan

dalam hal ini.

Dalam praktikum kali ini dibahas metode pengujian kekerasan

dengan menggunakan brinell pengolahan data hasil praktikum serta

membandingkan data hasil praktikum antara bahan tanpa perlakuan

panas dan dengan perlakuan panas dan dengan perlakuan panas juga

membandingkan anatra bahan dengan perlakuan panas full annelling

dan tempering

Praktikum pengujian kekerasan ini bertujuan untuk mengetahui

angka kekerasan bahan dan juga untuk mengetahui pengaruh

perlakuan panas terhadap kekerasan bahan.

B. KAJIAN PUSTAKA

1. Definisi kekerasan dan metode pengukuran kekerasan

Kekerasan didefinisikan Sebagai kemampuan suatu bahan

untuk menahan tusukan (penetrasi) benda yang lebih keras dari

luar. Ada juga yang menyatakan dengan kemampuan menahan

deformasi plastis.

Kekerasan merupakan sifat mekanik yang penting karena

kekerasan dapat diperkirakan kekuatan dari material tersebut.

Ada beberapa cara pengujian kekerasan yang terstandar

digunakan untuk menguji kekerasan logam anatara lain :

a. Cara Brinell

b. Cara Vickers

c. Cara Rockwell

d. Cara Meyer

e. Cara Microhardness

Penjelasan metode pengukuran diatas sebagai berikut :

a. Cara Brinell

Pengukuran kekerasan ini dilakukan dengan cara

menekan secara tegak lurus bola baja yang sudah diketahui

diameternya pada permukaan benda uji bekas yang

ditimbulkan diukur dan kekerasannya di hitung dengan rumus:

BHN = P ........(1.1)

¶D/2 {D - D2- d2 }

Keterangan :

BHN : Angka kekerasan Brinell (kg/mm2)

P : Beban yang dikenakan (kg)

D : Diameter bola baja (mm)

d : Diameter bekas tusukan (mm)

( sumber : Suherman,Wahid, Hal 25 )

Gamabar 1.1 : Brinell

Sumber :www.Gordonengland.co.uk

Pengukuran ini harus dilakukan pada permukaan yang halus

dan datar. Terak dan kotoran pada permukaan benda uji

mengakibatkan pengukuran tidak tepat.

b. Cara Vicker

Pengukuran kekerasan ini dilakukan pada permukaan

atau memakai indentor piramid intan atau baja yang

dasarnya berbentuk bujur sangkar. Besarnya piramid 136o.

Beban diberikan antara lain 5, 10, 20, 30, 50, 100 atau 120

kilogram. Angka kekerasannya dinyatakan dengan :

VHN = 1, 8544 P

d2

Keterangan :

VHN : Vicker Hardeness Number

P : Beban yang diberikan (kg)

D : Diameter bekas indentor (mm)

VHN = ( 2 P sin (λ/2) ) ............(1.2)

d2

= 1, 8544 P

d2

Keterangan :

VHN : Vicker Hardeness Number

P : Beban yang diberikan (kg)

Λ : Sudut puncak indentor 1360

( sumber : Suherman,Wahid, Hal 28 )

Gamabar 1.2 : Vickers test

Tampak samping

( Sumber :www.Gordonengland.co.uk )

Gambar 1.2 : Vickers Test

Tampak atas

( Sumber. www. Gordon England.co.uk )

c. Cara Rockwell

Pada pengukuran kekerasan ini digunakan 2 macam Indentor,

Yaitu:

1.Memakai kerucut intan dengan sudut puncak 120º, ujung agak

bulat berjari-jari 0,2 mm.

2.Memakai bola baja dengan diameter 1/16.

Gambar 1.3 : Rockwell test

( Sumber : www. Gordon England.co.uk )

Rumus yang digunakan dalam kekerasan dalam Rockwell

adalah :

HRC : k-(h1 – h2) …………(1.3)

C

( Sumber : www. Gordon England.co.uk )

Keterangan:

HRC : Angka kekerasan Rockwell

K : Konstanta intan : 0,2 : bola baja =0,26

h1 : Kedalaman akibat beban mayor (mm)

h2 : Kedalaman akibat beban minor (mm)

d. Cara Meyer

Pengukuran kekerasan ini hampir sama dengan cara

Brinell, yang juga menggunakan bola baja, tetapi kekerasanya

dihitung berdasarkan luas proyeksi tapak tekan, Sehingga tidak

tergantung pada besarnya tekanan. Angka kekerasanya di

hitung dengan :

Pm: 4P ………………………………………. (1.4)

π.d2

(Sumber: Suherman. Wahid .hal 28 )

P = gaya tekan

D = diameter tampak tekan (mm)

e. Cara Microhardness

Untuk keperluan metalurgik seringkali diperlukan

pengukuran kekerasan pada daerah yang sangat kecil,

Misalnya pada struktur mikro. Untuk itu, gaya tekanya sangat

kecil (1 – 1000 gr) dengan menggunakan mesin yang

dikombinasikan dengan mikroskop, cara yang biasa digunakan

adalah microVickers dan knoop. Cara yang biasa yang biasa

digunakan adalah microVikcers caranya sama dengan cara

Vickers biasa hanya saja gaya tekan yang digunakan sangat

kecil sehingga panjang diagonal indentasi diukur dalam micron.

Pada knoop, di gunakan Indentor pyramid intan dengan

alas berbentuk empat belah ketupat yang perbandingan

panjang diagonalnya 1:7.

Angka kekerasan Knoop dapat di hitung dengan :

HK : 14,229 P/I2 …………………(1.5)

(Sumber: Suherman. Wahid .hal 28 )

Keterangan:

P : Gaya tekan (kg)

I : Panjang diagonal tapak tekan yang panjang (dalam micron).

Gambar 1.4 : Micro hardness

( Sumber : www. Gordon England.co.uk )

2. Diagram Fe-Fe3 C dan fase-fase campuran yang ada di

dalamnya.

Diagram ini menyatakan hubungan antara kandungan

kadar karbon, Perubahan suhu dan perubahan fase, struktur dari

besi karbon (Fe3C). Diagram ini disebut juga diagram fase atau

diagram keseimbangan.

Pada diagram ini terdapat dua macam keadaan besi,

yaitu daerah cair total (fase cair), daerah cair dan beku (fase cair

dan padat) dan darah padat total (fase padat).

Gambar 1.5 : Diagram Fase

Gambar 1.5 : Diagram Keseimbangan Fe–Fe3C

(Sumber : Tata surdia dan shinroku saito 1999.hal 70)

Titik-titik yang penting dalam diagram fase:

A :Titik cair besi.

Ao :Titik transformasi magnetik untuk cementit.

A2 :Titik transformasi magnetik untuk ferit.

B :Titik pada cairan yang ada hubunganya dengan peritektik.

C :Titik eutektik,selama pendinginan fase j dengan komposit dan

cementit pada komposisi f (6,67% )terbentuk dari cairan pada

komposisi c,fase eutektik ini di sebut ledeburit.

E :Titik menyatakan fase j ada hubungan dengan reaksi eutektik

kelarutan maksimum dari karbon 2,14% .paduan besi karbon

sampai pada posisi ini di sebut juga baja.

E2 :Garis yang membentuk hubungan antara temperatur dari

komposisi, dimana mulai terbentuk sementit dan austenit.

G :Titik transformasi besi.titik transformasi besi α α titik

transformasi A3 untuk besi.

G9 :Garis yang menyatakan hubungan antara temperatur dan

komposisi dimana mulai terbentuk ferrit dan austenit garis ini

dinamakan garis A3.

H :Larutan padat yang ada hubunganya dengan reaksi peritektik

pelarutan karbon maksimum adalah 0,10%.

J :Titik peritektik selama pendinginan austenit pada komposisi H

dan cairan pada komposisi B.

N :Titik transformasi dari besi ,titik transformasi A dari besi murni.

P :Titik yang menyatakan ferrit, fase α ada hubungan dengan

reaksi eutektoid ke larutan maksimum dari karbon kira-kira

0,02%.

S :Titik eutektoid selama pendinginan ferrit pada komposis P dan

cementit pada komposisis K terbentuk simultan pada austenit

pada komposisi S. Reaksi eutektoid ini dinamakan

Transformarmasi A1 dan fase eutektoid ini disebut pearlit.

Baja yang berkadar karbon sama dengan posisi eutektoid

dinamakan baja eutektoid yang berkadar karbon kurang dari

komposisi eutektoid disebut baja hipoeutektoid, dan yang

berkadar karbon lebih dari komposisi eutektoid disebut juga

baja hypereutektoid.pada gambar diagram fase struktur mikro

baja apabila baja didinginkan perlahan-lahan dari 50-100ºC

diatas garis E atau A dan garis Se Acm.

Pada eutektoid transformasi terjadi pada titik tetap, struktur

yang disebut pearlit pada baja hipoeutektoid terbentuk dari fase

ferrit mendekati besi murni yang komposisinya sama dengan

pearlit.sedangkan pada hypereutektoid terbentuk pearlit dan

cementit pada batas butir.

Fase-fase yang terjadi pada campuran besi karbon adalah sebagai

berikut:

1. Ferrit

Adalah larutan padat karbon yang mempunyai struktur kristal

BCC.sifat ferrit:

-stabil di bawah suhu 910ºC

-tidak dapat di keraskan karena kandungan karbonya

sedikit,kandungan karbon maksimum 0,025 yaitu pada

temperatur 723ºC

-lunak,tahan karat

-BHN:60-100

2. Austenit

Adalah larutan padat karbon yang mempunyai sistem kristal

FCC. sifat austenit:

-stabil pada suhu kristal 1350ºC

-dapat dikeraskan dengan 2%C

-dapat di tempa dimana tegangan tariknya sekitar 50000 psi

-spesifik volumenya rendah dibanding mikro strukrur lain

-lunak,non magnetik

-BHN:170-200.

3. Cementite

Adalah senyawa besi dari karbon dengan kandungan karbon

6,67% yang di sebut juga besi carbide.sifat cementite yaitu:

-stabil dibawah suhu 150ºC

-BHN:820

-rapuh magnetis

-campuran cementite dan austenit disebut ledeburitit

-campuran cementite dan ferrit disebut pearlite.

4. Martensite

Adalah larutan padat dari karbon dan besi.terbentuk dari

pendingin cepat dan austenit sistem kristal-kristal BCT.sifat-

sifatnya yaitu:

-stabil pada suhu 1500ºC

-keras,rapuh,magnetis

-kandungan karbon 0,2%

-konduktor panas dan listrik yang lemah

-BHN:650-700

5. Ledeburite

Disebut juga besi eutektoid dengan kandungan karbon 4,3%

terjadi di bawah suhu 723ºC.sifat ledeburite

-rapuh,getas

-BHN:700

6. Pearlite

Adalah baja eutectoid yang tersusun atas dua fase, yaitu ferit

dan sementit dengan kandungan karbonnya 0,83%. Sifatnya keras

tak tahan karat

7. Troostie

Adalah campuran ferit dan karbida.dibentuk pada pemanasan

martensit pada suhu 250ºC - 400ºC atau pendinginan lambat dan

austenit. Sifatnya :

-Stabil diatas suhu 400ºC

-Magnetis tidak kuat

-Ulet, konduktifitasnya tinggi

-BHN : 330-400

8. Besi Delta

Adalah besi yang terjadi pada tempeatur 1400ºC - 1500ºC,

kandungan karbonnya 0.1%. Sifatnya lunak dapat ditempa.

3. Pengaruh kadar karbon dan unsur paduan serta perlakuan

panas terhadap kekerasan suatu bahan.

Pengaruh kadar karbon terhadap kekerasan suatu bahan

merupakan sifat mekanik yang dimiliki baja. Penambahan kadar

karbon sangat mempengaruhi kekerasan, dimana dengan

meningkatnya kadar karbon maka kekerasannya semakin

meningkat pula

Perlakuan panas pada baja terdapat tiga tahap pelaksanaan

yang utama, yaitu pemanasan ( heating), holding dan pendinginan

(cooling) yang akan mengakibatkan perubahan logam ( struktur

logam ) tersebut. Sedangkan macam-macam proses perlakuan

panas antara lain :

a. Hardening

Hardening bertujuan untuk memperoleh kekerasan maksimum

pada baja. Untuk baja hypoeutectoid dipanaskan sampai (20-

30)ºC. Untuk baja eutectoid dan hypoeutectoid (20-30)ºC diatas

Ac1. Selanjutnya ditahan pada temperatur tersebut selama

waktu tertentu dan didinginkan cepat didalam air atau oli,

tergantung pada komposisi kimia, bentuk dan dimensinya.

Kecepatan pendinginan harus sesuai supaya transformasi yang

sempurna dari austenit menjadi martensit. Kekerasan

maksimum yang dapat dicapai setelah proses hardening sangat

tergantung pada karbon. Semakin tinggi kadar karbon, semakin

tinggi pula kekerasan maksimum yang dicapai.

b. Annealing

Annealing adalah untuk meningkatkan keuletan menghilangkan

tegangan dengan lama, menghaluskan ukuran butiran dan

meningkatkan sifat mampu mesin. Prosesnya adalah dengan

memanaskan baja pada temperatur tertentu, kemudian holding

beberapa saat, kemudian didinginkan secara perlahan dalam

dapur pemanas atau media terisolasi

c. Normalizing

Proses ini bertujuan untuk menghaluskan struktur butiran yang

mengalami pemanasan berlebihan, menghilangkan tegangan

dalam dan memperbaiki sifat meknik. Prosesnya dengan

pemanasan sampai(30-50)ºC diatas AC3 an didingingkan pada

udara sampai temperatur ruang. Pendinginan disini lebih cepat

dari pada annealing, sehingga pearlite yang terjadi menjadi

lebih halus sehingga menjadikan kekerasan (lebih keras) dan

lebih kuat dibanding yang diperolah dengan annealing.

d. Tempering

Tempering digunakan untuk mengurangi tegangan dalam,

melunakkan bahan setelah di hardening, dan meningkatkan

keuletan.hal ini karena baja yang dikeraskan dengan

pembentukan martensit biasanya sangat getas sehingga tidak

cukup baik untuk berbagai pemakaian.pembentukan martensit

juga meniggalkan tegangan sisa yang sangat tinggi,dan ini

sangat tidak menguntungkan.oleh karena itu, biasanya setelah

pengerasan kemudian segera diikuti dengan tempering.namun

menghilangkan tegangan sisa ini mengorbankan sebagian

kekerasan yang telah dicapai selama proses pengerasan.

4.Diagram TTT

Diagram TTT sering disebut juga diagram c atau diagram s,

karena bentuknya seperti huruf c atau huruf s.kurva ini

memperlihatkan permulaan dan akhir dari suatu transformasi akibat

proses pendinginan.misalnya gerak dari transformasi austenit

menjadi campuran ferrit dan sementit (pearlite),sesuai dengan

tingkat pendinginnya.untuk itu,contoh sederhana yaitu : pemanasan

baja sampai temperatur dimana austenit dalam keadaan stabil

(diatas titik kritis) dan kemudian didingainkan dengan cepat sampai

suhunya mencapai 700ºC,600ºC,500ºC dan lain-lain.hasil dari

penyelidikan dipetakan sebagai kurva yang menunjukkan besarnya

dekomposisi austenit terhadap waktu yang diperlukan dari awal

proses.

Perhatikan gambar(a) dimana pada gambar (a) terlihat bahwa

periode awal dari waktu,tidak terjadi dekomposisi. keadaan ini

disebut periode inkubasi.Selanjutnya austenit akan mulai mengalami

dekomposisi menjadi campuran sementit dan ferrrit.pada saat

awal,jumlah dekomposisi berjalan sangat cepat, tetapi secara

perlahan melambat dan akhirnya berhenti setelah mencapai periode

tertentu (F1,F2,F3,F4). Kurva ini dapat digunakan sebagai dasar

dalam menyusun kurva TTT.untuk itu,panjang dari waktu,dari proses

(S1,S2,S3,S4) sampai akhir proses,dipindahkan ke diagram pada

skala waktu,yang dibuat sepanjang skala obsisnya,sedang

ordinatnya sebagai tempat temperaturnya.

Pada diagram ini, kurva (a) menunjukkan awal dekomposisi

ausenit, sedang kurva (b) menunjukkan akhir proses penguraian

austenit.

Gambar 1.6 : gambar diagram TTT

Sumber : Lakhtin Y.1997 .hal 12

5. Faktor-fakor yang mempengaruhi kekerasan dan pergeseran

permukaan.

1. Kadar karbon

Semakin tinggi kadar karbon, maka logam akan semakin keras,

tetapi rapuh.pengaruh kadar karbon terhadap kekerasan hanya

sampai 0,6% sampai 1%.

2. Unsur paduan

Unsur pada umumnya dapat, bersenyawa dengan baja, antara

lain :

a. Nikel, untuk meningkatkan :

-Ketahanan terhadap korosi.

-Kekuatan dan kekerasan baja.

-Keuletan dan tahan gesek.

b. Chromium, untuk :

-Menambah kekerasan baja.

-Membentuk karbida.

-Menambah ke elastisan, sehingga baik untuk pegas.

c.Mangan, untuk :

-Menigkatkan kekerasan.

-Menigkatkan ketahanan terhadap suhu tinngi.

-Membuat bahan mengkilap.

C. BAHAN DAN PERALATAN

1.Bahan

-Baja ST42

2.Peralatan

-Kertas gosok (amplas)

-Portable Hardness Tester

D. PROSEDUR PELAKSANAAN PRAKTIKUM

1. Peralatan permukaan specimen yang akan diuji dengan

menggunakan kertas gosok sampai halus dan rata.

2. Pengujian dengan menggunakan Portable Hardness Tester

3. Pengujian dilakukan terhadap spesimen dengan pengulangan pada

10 titik yang berbeda.

4. Pencatatan terhadap angka kekerasan dari masing- masing

pengulangan.