Laprak Uji Kekerasan-Hisyam [PDF]

Citation preview

LAPORAN AWAL PRAKTIKUM PENGUJIAN MATERIAL Modul II Pengujian Kekerasan



Muhammad Hisyam Ritonga 1706070040 Kelompok 18 LABORATORIUM METALURGI FISIK DEPARTEMEN METALURGI DAN MATERIAL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA 2019



MODUL PENGUJIAN



1. Tujuan Praktikum 



Menguasai beberapa metode pengujian yang umum dilakukan untuk mengetahui nilai kekerasan suatu logam.







Menjelaskan makna nilai kekerasan material dalam lingkungan ilmu metalurgi dan ilmu-ilmu terapan lainnya.







Menjelaskan perbedaan antara pengujian kekerasan dengan metode gores, pantulan, dan indentasi.







Menjelaskan kekhususan pengujian kekerasan dengan metode Brinell, Vickers, Knoop, dan Rockwell serta cara mengkonversi nilai kekerasan.



 Mengaplikasikan beberapa formulasi dasar untuk memperoleh nilai kekerasan material dengan uji Brinell dan Vickers.



 Menjelaskan adanya perbedaan nilai kekerasan pada daerah-daerah pengelasan. 2. Dasar Teori Kekerasan (Hardness)  adalah salah satu sifat mekanik (mechanical properties) dari suatu material. Kekerasan suatu material harus diketahui khususnya untuk material yang dalam penggunaanya akan mangalami pergesekan (frictional force) dan deformasi plastis. Deformasi plastis sendiri suatu keadaan dari suatu material ketika material tersebut diberikan gaya maka struktur mikro dari material tersebut sudah tidak bisa kembali ke bentuk asal artinya material tersebut tidak dapat kembali ke bentuknya semula. Terdapat tiga jenis ukuran kekerasan, tergantung pada cara melakukan pengujian, yaitu: (1) Goresan (scratch hardness); (2) Pantulan (rebound); (3) Lekukan (indentation). 



Metode Goresan (Scratching) Mekanisme dari metode ini adalah penggoresan permukaan dari dua jenis material, dimana biasanya material yang satu merupakan material yang ingin diuji nilai kekerasannya dan material lainnya sebagai material



pembanding. Dengan mengukur kedalaman atau lebar goresan pada material uji maka kita bisa menentukan secara kualitatif kekerasan material tersebut dibandingkan dengan material pembanding. Oleh karena, metode ini tidak dapat menentukan kekerasan suatu material secara kuantitatif maka metode ini tidak banyak lagi digunakan dalam bidang metalurgi dan material. Metode ini pertama kali diperkenalkan oleh Friedrich Mohs pada tahun 1815, dimana ia membagi kekerasan material di dunia ini berdasarkan skala (yang kemudian dikenal sebagai skala Mohs).







Metode



Pantulan



(Rebound) Dengan metode ini, kekerasan suatu material ditentukan oleh alat Scleroscope yang mengukur tinggi pantulan suatu pemukul (hammer) dengan berat tertentu yang dijatuhkan dari suatu ketinggian terhadap permukaan benda uji. Tinggi pantulan (rebound) yang dihasilkan mewakili kekerasan benda uji. Pengujian metode pantulan diatur dalam ASTM E 448. 



Metode Indentasi Pengujian dengan metode ini dilakukan dengan penekanan benda uji dengan indentor dengan gaya tekan dan waktu indentasi yang ditentukan. Kekerasan suatu material ditentukan oleh dalam ataupun luas area indentasi yang dihasilkan (tergantung jenis indentor dan jenis pengujian). Berdasarkan



prinsip bekerjanya metode uji kekerasan dengan cara indentasi terbagi menjadi metode Brinell, metode Rockwell, metode Vickers, dan metode Knoop. A. Metode Brinell Pengujian Brinell menggunakan bola baja yang diperkeras (hardened steel ball) atau karbida tungsten dengan beban dan waktu indentasi tertentu. Hasil penekanan berupa jejak yang berbentuk setengah bola dengan permukaan lingkaran bulat, yang harus dihitung diameternya dengan mikroskop khusus pengukur jejak. Nilai kekerasan dapat dikorelasikan ke tensile strength, ketahanan aus, keuletan. Prinsip metode Brinell ada dua langkah, yaitu: Indentor menyentuh permukaan spesimen secara tegak lurus tanpa perlakuan apapun (shock, getaran, dll) dan diameter indentasi diukur sekurangnya 2 kali secara tegak lurus lalu dicari rata rata diameternya. BHN =



2P (πD)¿ ¿



Prosedur pengujiannya yaitu dengan menggunakan indentor berbentuk bola dengan diameter D = 10 mm terbuat dari baja atau karbida tungsten. Beban yang dipilih sebesar 500, 1500, atau 3000 kg, tergantung jenis bahan yang akan diuji (3000 kg untuk logam ferrous dengan waktu indentasi sekitar 10 detik dan 500 detik, untuk logam nonferous, waktu indentasi sebesar 30 detik) sehingga terbentuk jejak berupa lingkaran atau cekungan yang simetris di permukaan bahan dengan diameter d (mm). Pengujian Brinell tidak membutuhkan persiapan permukaan. B. Metode Vickers Uji kekerasan Vickers menggunakan penumbuk piramida intan yang dasarnya berbentuk bujur sangkar. Besarnya sudut antara permukaan-permukaan piramida yang saling berhadapan adalah 136°. Karena bentuk penumbuknya piramida, maka pengujian ini sering dinamakan uji kekerasan piramida intan. Angka kekerasan vickers (VHN) didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan lekukan. Pada praktiknya luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diagonal jejak. VHN dapat ditentukan dari persamaan berikut



VHN =



1.854 P d2



Beban yang biasanya digunakan pada pengujian ini berkisar antara 1 sampai 120 kg untuk skala makro dan 1 – 1000 gram untuk skala mikro.



C. Metode Rockwell Uji kekerasan Rockwell paling banyak digunakan dikarenakan pengujian tersebut bersifat cepat dan bebas dari kesalahan manusia, mampu untuk membedakan perbedaan kekerasan yang kecil pada baja yang diperkeras dan ukuran lekukannya kecil, sehingga bagian yang mendapat perlakuan panas yang lengkap dapat diuji kekerasannya tanpa menimbulkan kerusakan. Uji ini menggunakan kedalaman lekukan pada beban yang konstan sebagai ukuran kekerasan. Mula-mula diterapkan beban kecil (beban minor) sebesar 10 kg untuk menempatkan benda uji. Kemudian diterapkan beban yang besar (beban mayor), dan secara otomatis kedalaman lekukan akan terekam oleh gage penunjuk yang menyatakan angka kekerasan. Untuk indentornya biasanya digunakan penumbuk berupa



kerucut



intan



120°



dengan



puncak



yang



hampir



bulat



dan



dinamakan penumbuk Brale. Beban besar yang digunakan adalah 60, 100 dan 150 kg. D. Metode Knoop Merupakan salah satu metode microhardness yaitu uji kekerasan dengan benda uji yang sangat kecil atau sangat tipis. Pengujian Knoop sangat sensitif terhadap permukaan sehingga membutuhkan polishing. Nilai kekerasan Knoop adalah pembebanan dibagi dengan luas penampang yang terdeformasi permanen. Jejak yang dihasilkan sekitar 0.01 mm – 0.1 mm dan beban yang digunakan berkisar antara 5 gr – 5 kg (< 2N). Permukaan benda uji harus benar benar halus.



Selain mengkarakterisasi kekerasan material, pengujian kekerasan juga memiliki banyak aplikasi yang sangat berguna, di antaranya yaitu mengkarakterisasi anisotropi,



memprediksi



machineability



specimen,



identifikasi



fasa,



dan



memprediksi sifat mekanis lainnya. Pengaruh Kekerasan terhadap Heat Affected Zone



Pada proses welding terdapat tiga daerah utama, yaitu fusion zone, HAZ, dan Base Material. Ketiganya memiliki mikrostruktur dan sifat mekanis yang berbeda. Sifat mekanis dan mikrostruktur yang berbeda disebabkan oleh pengaruh temperature. Jika dilihat dari grain size, Fusion Zone merupakan daerah dimana grain size berukuran besar dan panjang, hal tersebut menyebabkan kekuatan mekanis yang berada pada area Fusion Zone lunak karena efek pengerasan dari work hardening telah hilang karena adanya pelelehan. Kemudian pada area Heat Affected Zone terdapat pengurangan nilai kekerasan akibat rekristalisasi dan grain growth. Pengurangan nilai kekerasan ini tergantung dari jarak antara daerah Fusion Zone dengan base materialnya, semakin dekat dengan daerah pengelasan maka efek dari grain growth akan semakin besar yang menyebabkan pengurangan niali kekerasan semakin besar. Kemudian pada Base Material, area ini merupakan area yang berada paling jauh dari fusion zone, akibatnya pada area ini tidak terjadi rekristalisasi dan grain growth. Pada area ini tidak ada pengurangan nilai kekerasan.



Teori Tambahan Perbedaan dan Mekanisme Secondary Hardening pada Tool Steel dan Stainless Steel A) Tool Steel Baja perkakas merupakan paduan kompleks yang mengandung unsur paduan seperti karbon, tungsten, molybdenum, mangan, vanadium. Kebanyakan unsur paduan membentuk karbida, yang meningkatkan kekerasan material. Material ini juga harus punya ketangguhan yang baik maka dari itu dilakukan proses Secondary Hardening. Mekanismenya yaitu 1. Annealing



: Agar lunak



2. Austenisasi



: Didapatkan sifat mekanik dan kekerasan yang



diinginkan. Proses ini dilakukan pada suhu pre-heating agar baja tidak megalami retak 3. Quenching berdifusi



: Memberikan waktu cukup bagi karbon untuk keluar, sehingga



karbon



terperangkap



dan



struktur



menjadi lewat jenuh, yang disebut struktur ‘martensit’. 4. Lalu tahap selanjutnya baja diperlakukan tempering untuk menghilangkan sifat-sifat yang tidak diinginkan setelah proses austenisasi. B) Stainless Steel Stainless steel didapatkan dengan menambahkan Cr pada baja. Unsur Cr akan membentuk lapisan Cr oksida dengan oksigen sehingga membentuk lapisan tipis untuk melindungi korosi. Secondary hardening pada tempering 5000C terjadi kenaikan nilai kekerasan yang tinggi. Adanya penambahan unsur kromium menyebabkan terbentuknya karbida logam didalem martensit. Jumlah austenit akan semakin banyak dan mengakibatkan kekerasan baja lebih rendah dari kekerasan maksimal yang bisa diperoleh. Referensi : -



https://dokumen.tips/documents/mekanisme-penguatan-baja-skd-61.html



-



https://www.asminternational.org/web/hts/news/newswire/-/journal_content/56/ 10192/26120368/NEWS



-



Modul Praktikum Pengujian Material 2019



3. Alat dan Bahan 1. Hoytom macrohardness tester (metode Brinell dan Rockwell) 2. Sampel uji keras 4. Skema Proses Pengujian



Mempersiapkan benda uji (amplas dan poles) dan memasang indentor Rockwell E.



Memasang beban yang sesuai. dilihat dari buku manual alat



Memutar ring dari dial pembaca sehingga jarum panjang berwarna hitam menunjuk angka nol pada skala.



Melakukan preload hingga jarum kecil pada dial pembaca menyentuh batas merah.



Melakukan pembebanan dengan memutar tuas beban ke belakang dengan hatihati.



Kembalikan tuas beban ke posisi semula dengan hati-hati.



Bacalah nilai kekerasan material pada dial yaitu posisi jarum hitam panjang sesuai metode Rockwell yang dipakai.



Lepaskan benda uji dengan memutar poros dudukan benda uji berlawanan arah jarum.



Lanjutkan pengujian untuk lokasi atau material lain.