Uji kekerasaan material teknik
A. Percobaan Uji Kekerasan Logam
Percobaan uji kekerasan (Hardness Test) yang akan dilakukan adalah percobaan kekerasan dengan cara mekanis statis (bukan mekanis dinamis) dan itu meliputi cara-cara Rockwell, Brinell dan Vickers. Ketiga cara tersebut diatas berdasarkan pada cara penekanannya (indentation) suatu benda yang tidak terdeformasi kedalam permukaan logam yang diuji (specimen) kekerasannya, sehingga terjadi suatu bekas penekanan (lekukan) yang kemudian dijadikan dasar untuk penilaian kekerasannya. Penekanan dilakukan sampai lekukan yang bersifat tetap. Logam yang diuji akan lebih keras bila bekas yang terjadi lebih kecil.
.1. Uji Kekerasan Rockwell
Uji kekerasan rockwell ini juga didasarkan kepada penekanan sebuah indentor dengan suatu gaya tekan tertentu kepermukaan yang rata dan bersih dari suatu logam yang diuji kekerasannya. Setelah gaya tekan dikembalikan ke gaya minor maka yang dijadikan dasar perhitungan nilai kekerasan rockwell bukanlah hasil pengukuran diameter ataupun diagonal bekas lekukan tetapi justru dalamnya bekas lekukan yang terjadi itu. Inilah kelainan cara rockwell dibandingkan dengan cara pengujian kekerasan lainnya.
Pengujian rockwell yang umumnya biasa dipakai ada ke jenis yaitu HRA, HRB, dan HRC. HR itu sendiri merupakan suatu singkatan dari kekerasan rockwell atau rockwell hardness number dan kadang-kadang disingkat dengan huruf R saja.
Pengujian kekerasan dengan metode rockwell ini diatur berdasarkan standar DIN 50103. Tingkat skala kekerasan menurut metode rockwell adalah berdasarkan pada jenis indentor yang digunakan pada masing-masing skala. Dalam metode rockwell ini terdapat dua macam indentor yang ukurannya bervariasi, kedua jenis indentor itu adalah:
a. Kerucut intan dengan besar sudut 120˚, dikenal pula dengan “Rockwell cone”.
b. Bola baja dengan berbagai ukuran, dikenal pula dengan “Rockwell”.
Untuk cara pemakaian skala ini, lebih dahulu ditentukan dan dipilih ketentuan angka kekerasan meksimum yang boleh digunakan oleh skala tertentu. Jika pada skala tetentu tidak tercapai angka kekerasan yang akurat, maka kita tentukan skala lain yang dapat menunjukan angka kekerasan yang jelas. Sebagaimana rumus tertentu, maka skala memiliki standar atau acuan.
Untuk mendapatkan nilai HRB harus menggunakan sebuah indentor berupa bola baja yang disepuh dengan ukuran Ø 1/16” dan ini digunakan untuk jenis logam yang tidak mendapatkan perlakuan pengerasan sebelummya (sepuh) dan untuk semua jenis non-ferrous dalam kondisi padat. Sedangkan untuk mendapatkan nilai HRc digunakan sebuah indentor kerucut diamond yang memiliki sudut puncak 120˚ yang ujungnya dibundarkan dengan jari-jari 0,2 mm dan dipakai untuk menentukan kekerasan baja-baja yang telah dikeraskan. Kerucut diamond biasa disebut juga ”brale”. Bahan-bahan atau perlengkapan yang dipakai untuk pengujian kekerasan rockwell adalah sebagai berikut:
1. Mesin pengujuian kekerasan rockwell
2. Indentor (penetrator) berupa bola baja yang disepuh dengan ukuran Ø 1/16” dan kerucut intan dengan besar sudut 120˚
3. Mesin gerinda
4. Amplas kasar dan halus
5. Benda uji (test speciment)
2.1.2. Uji kekerasan Brinell
Uji brinell dilakukan dengan penekanan sebuah bola baja yang terbuat dari baja chrom yang telah dikeraskan dengan diameter tertentu, oleh gaya tekan secara statis kedalam 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 tadi diukur secara teliti untuk kemudian dipakai untuk penentuan kekerasan logam yang diuji dengan menggunakan rumus:
Dimana :
P = Beban yang diberikan (KP atau Kgf).
D = Diameter indentor yang digunakan.
d = Diameter bekas lekukan.
Kekerasan ini disebut kekerasan brinell yang biasa disingkat dengan HB atau BHN (Brinell Hardness Number). Bertambah keras logam yang diuji bertambah tinggi nilai HB. Bahan-bahan atau perlengkapan yang digunakan untuk uji kekerasan brinell adalah sebagai berikut:
1. Mesin uji kekerasan brinell
2. Bola baja untuk brinell (brinell ball)
3. Mikroskop pengukur
4. Stop watch
5. Mesin gerinda
6. Ampelas kasar dan halus
7. Benda uji (test specimen)
2.1.3. Uji Kekerasan Vickers
Uji vickers ini didasarkan kepada penekanan oleh suatu gaya tekan tertentu oleh sebuah indentor berupa pyramid diamond terbalik yang memiliki sudut puncak kepermukaan logam yang 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 terjadi (permukaan bekas merupakan segi empat karena piramid merupakan piramid sama sisi), maka diagonal segi empat bekas teratas diukur secara teliti untuk kemudian digunakan sebagi kekerasan logam yang diuji. Nilai kekerasan yang diperoleh sedemikian itu disebut kekerasan vickers yang biasa disingkat denga Hv atau HVN (Vicker Hardness Number). Untuk memperoleh nilai kekerasan vickers maka hasil penekanan yang diperoloeh dimasukkan kedalam rumus:
bahan atau perlengkapan yang biasa digunakan untuk uji kekerasan vickers adalah sebagai berikut:
1. Mesin percobaan kekerasan vickers
2. Indentor pyramid diamond
3. Mikroskop pengukur diagonal bekas
4. Stop watch
5. Mesin gerinda
6. Ampelas kasar dan halus
7. Benda uji (test specimen)
2.2. Percobaan Metalografi
Ilmu logam dibagi menjadi dua bagian khusus, yaitu metalurgi dan metalografi. Metalurgi adalah ilmu yang menguraikan tantang cara pemisahan logam dari ikatan unsur-unsur lain. Atau cara pengolahan logam secara teknis untuk memperoleh jenis logam atau logam paduan yang memenuhi kebutuhan tertentu. Sedangkan metalografi adalah ilmu yang mempelajari tentang cara pemeriksaan logam untuk mengetahui sifat, struktur, temperatur dan prosentase campuran logam tersebut. Metalografi merupakan suatu pengetahuan yang khusus mempelajari struktur logam dan mekanisnya. Dalam metalografi dikenal pengujian makro (makroscope test) dan pengujian mikro (mikroscope test).
Pengujian makro (makroscope test) ialah proses pengujian bahan yang menggunakan mata terbuka dengan tujuan dapat memeriksa celah dan lubang dalam permukaan bahan. Angka kevalidan pengujian makro berkisar antara 0,5 sampai 50 kali. Pengujian cara demikian biasanya digunakan untuk bahan-bahan yang memiliki struktur kristal yang tergolong besar atau kasar. Misalnya, logam hasil coran (tuangan) dan bahan yang termasuk non-metal (bukan logam).
pengujian mikro (mikroscope test) ialah proses pengujian terhadap bahan logam yang bentuk kristal logamnya tergolong sangat halus. Mengingat demikian halusnya, sehingga pengujiannya menggunakan suatu alat yaitu mikroskop optis
bahkan mikroskop elektron yang memiliki kualitas pembesaran antara 50 hingga 3000 kali.Pengujian metalografi dapat memberikan gambar-gambar dari struktur logam yang diuji sehingga adat diteliti lebih lanjut mengenai hubungan struktur pembentuk logam dengan sifat-sifat logam tersebut. Bahan-bahan dan perlengkapan untuk percobaan metalografi yaitu:
a. Grinding belt
b. Kertas amplas dan pemegangnya
c. Metallographic polishing table
d. Bejana untuk etching reagents
e. Etching reagent
f. Mikroskop metalurgi
g. Camera
h. Film
i. Printing paper
j. Specimen atau benda uji
Adapun spesifikasi alat yang digunakan untuk melakukan pengujian metalografi, adalah sebagai berikut:
Tyepiece : NWF 10 X
Objective : MSFX, MF 10 X, MF 20 X, MF 40 X.
Viewing Head : Binocular body complete with interpupillary distance
Illuminator : Koehler-type illuminator complete with aperture and field diaphragms, filter slots and bulb cord. Uses EL-38 (8V, 15 W) tungsten filament bulb
Mechanical Stage : Graduated 150 x 160 mm in size 30 x 30 mm cross motion, reading to 0,1by vernier. Provided with low position stage controls.
Focusing Control : Stage height is adjustable by the control knob and fixed by locking knob. Fine controls are workable in arrange of 2 mm.
Photo Mechanic : Optical path selector for visual abservation and photography, built in reflecting mirror and camera port.
Plarizing Filters : Built in slideway, complete with analyzer, rotatable through 00-90, and polarizer filter.
Microscope Stand : Inverrted stand, complete with built in plane glass reflector, built in power supply transformer, variable light intensity control, out put sockets.
Color Filters : Green filters for visual abservation and monochromatic film photography, and blue filter for color photography.
2.3 Uji Impact Charpy
Tujuan uji impact charpy adalah untuk mengetahui kegetasan atau keuletan suatu bahan (specimen) yang akan diuji dengan cara pembebanan secara tiba-tiba terhadap benda yang akan diuji secara statik. Dimana benda uji dibuat takikan terlebih dahulu sesuai dengan standar JIS Z2202 dan hasil pengujian pada benda uji tersebut akan terjadi perubahan bentuk seperti bengkokan atau patahan sesuai dengan keuletan atau kegetasan terhadap benda uji tersebut. Percobaan uji impact charpy dilakuakan dengan cara pembebanan secara tiba-tiba terhadap benda uji yang akan diuji secara statik, dimana pada benda uji dibuat terlebih dahulu sesuai dengan ukuran standar JIS Z2202. Adapun perlengkapan yang digunakan dalam pengujian impact yaitu alat uji impact tipe charphy dan benda uji (test specimen).
2.3.2 Prinsip Dasar mesin Uji Impact
Bila pendulum dengan berat G dan pada kedudukan h1 dilepaskan, maka akan mengayun sampai kedudukan fungsi akhir 4 pada ketinggian h3 yang juga hamper sama dengan tinggi semula h1 dimana pendulum mengayun bebas. Pada mesin uji yang baik, skala akan menunjukkan usaha lebih dari 0,05 kilogram meter (kg m), pada saat pendulum mencapai kedudukan 4. Bila batang uji dipasang pada kedudukannya dan pendulum dilepaskan, maka pendulum akan memukul batang uji dan selanjutnya pendulum akan mengayun sampai kedudukan 3 pada ketinggian h2. Usaha yang dilakukan pendulum waktu memukul benda uji atau usaha yang diserap benda uji sampai patah yaitu:
Bila pendulum dengan berat G dan pada kedudukan h1 dilepaskan, maka akan mengayun sampai kedudukan fungsi akhir 4 pada ketinggian h3 yang juga hamper sama dengan tinggi semula h1 dimana pendulum mengayun bebas. Pada mesin uji yang baik, skala akan menunjukkan usaha lebih dari 0,05 kilogram meter (kg m), pada saat pendulum mencapai kedudukan 4. Bila batang uji dipasang pada kedudukannya dan pendulum dilepaskan, maka pendulum akan memukul batang uji dan selanjutnya pendulum akan mengayun sampai kedudukan 3 pada ketinggian h2. Usaha yang dilakukan pendulum waktu memukul benda uji atau usaha yang diserap benda uji sampai patah yaitu:
W1 = G x h1 (kg m)
Dan dapat juga dengan menggunakan persamaan berikut:
W1 = G x λ (1- cos α) (kg m)
Dimana:
W1 = Usaha yang dilakukan (kg m).
G = Berat pendulum (kg).
h1 = Jarak awal antara pendulum dengan benda uji (m).
λ = Jarak lengan pengayun (m).