02 hardness testing
Post on 05-Jul-2015
860 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Pengujian Kekerasan
1
II. PENGUJIAN KEKERASAN
1. Pendahuluan
Kekerasan suatu bahan merupakan salah satu sifat mekanik yang penting.
Hal ini disebabkan pelaksanaan pengujian yang lebih sederhana dibanding
dengan pengujian yang lain. Adapun definisi kekerasan sangat tergantung pada
cara pengujian tesebut dilakukan.
Beberapa dari definisi tersebut adalah sebagai berikut :
a. Ketahanan terhadap indentasi permanen akibat beban dinamis atau statis
kekerasan indentasi.
b. Energi yang diserap pada beban impact-kekerasan pantul.
c. Kekerasan terhadap goresan-kekerasan goresan
d. Ketahanan terhadap abrasi-kekerasan abrasi
e. Ketahanan terhadap pemotongan atau pengeboran - mampu mesin,
Pengujian kekerasan yang banyak dilaksanakan adalah yang berdasarkan
indentasi permanen atau deformasi plastis akibat beban statis.
2. Dasar Teori
Hasil pengujian kekerasan tidak dapat langsung digunakan dalam desain
seperti halnya hasil pengujian tarik. Namun demikian pengujian kekerasan
banyak dilakukan, sebab hasilnya dapat digunakan sebagai berikut:
- Pada bahan yang sama dapat diklasifikasikan berdasarkan kekerasannya.
Dengan kekerasan tersebut dapat di tentukan penggunaan dari bahan tersebut.
- Sebagai kontrol kualitas suatu produk. Seperti mengetahui homogenitas
akibat suatu proses pembentukan dingin, pemaduan, heat treatment, case
hardening dan sebagainya.
Dengan demiklan dapat juga sebagai kontrol terhadap proses yang dilakukan.
3. Macam Macam Pengujian Kekerasan
Prinsip pengujian kekerasan ini berdasarkan material yang lebih keras
dapat menggores material yang lebih lunak. Oleh sebab itu hasil pengujian
bersifat relatif.
Pengujian Kekerasan
2
Angka kekerasan dinyatakan dengan skala Mohs yaitu dari material yang
terlunak dengan angka 1, dan Diamond material yang terkeras dengan angka 15.
3.2. Pengujian Kekerasan dengan Penetrasi Beban Statis
Pengujian kekerasan yang berdasarkan penetrasi beban statis diantaranya :
- Brinell
- Rockwell
- Vickers
- Mikro Hardness
3.3. Pengujian Kekerasan dengan Dasar Beban Dinamis
Pengujian Kekerasan dengan dasar beban dinamis diantaranya :
- Shore Scleroscope
- Herbert
- Hammer poldi dan sebagainya.
3.4 Pengujian Kekerasan yang Umum Dilakukan
Pada umumya pengujian kekerasan yang dilakukan adalah yang berdasarkan
penetrasi akibat beban statis.
Adapun pengujian ini dibagi dua yaitu
- Untuk spesimen yang cukup tebal digunakan pengujian kekerasan Brinell,
Rockwell, Vickers.
- Untuk mengukur kekerasan bagian kecil (fasa pada struktur mikro) atau
lapisan-lapisan tipis dari suatu material digunakan pengujian kekerasan
microhardness.
4.1 Pengujian Kekerasan Brinell
Pengujian kekerasan Brinell dilakukan dengan menekan bola baja yang
dikeraskan dengan diameter D dan beban P terhadap suatu spesimen. Diameter
Indentasi pada permukaan spesimen setelah beban di bebaskan adalah d.
Angka kekerasan Brinell dari spesimen tersebut adalah beban (P) dibagi
dengan luas permukaan indentasi yaitu :
Pengujian Kekerasan
3
)(
2
22
dDDD
P
HBN
−−
=
π
dimana
HBN = Angka kekerasan Brinell (kg/mm2
)
P = Beban (kg)
D = Diameter bola (mm)
d = Diameter rata rata indentasi (mm)
4.1.1 Prosedur Pengujian
Permukaan spesimen harus cukup halus, rata dan berposisi tegak lurus
terhadap arah pembebanan.
Pengujian dilakukan berdasarkan DIN 50351 atau ASTM E 10. Adapun
variabel pengujian harus memenuhi persyaratan berikut:
4.1.2. Beban dan Diameter Bola
Brinell standar menggunakan beban (P) = 3.000 kg, diameter bola (d) = 10
mm, dan waktu penekanan 10 detik.
Permukaan indentasi tidak sepenuhnya berbentuk kulit bola, akibat defor-
masi bola pada saat penekanan dan terjadinya recovery pada spesimen
setelah beban di bebaskan. Oleh sebab itu pengujian yang menggunakan
beban dan diameter bola yang berbeda, geometri indentasi juga berbeda.
Pada pengujian kekerasan spesimen yang tipis biasa di gunakan bola dengan
diameter lebih kecil dari 10 mm. Untuk itu agar tidak mempengaruhi
geometri indentasi maka perbandingan beban (kg) terhadap diameter bola
(mm) adalah sebagai berikut :
P = 30 D2
untuk BHN diatas 160
P = 15 D2
untuk BHN 80 sampai 160
P = 5 D2
untuk BHN 26 sampai 80
P = D2
sampai 2,5 D2
untuk material yang lunak.
Pemakaian P dan D yang tidak standar tersebut harus dicantumkan pada
angka kekerasan.
4.1.3. Ketebalan Spesimen
Ketebalan spesimen minimum adalah 10x kedalaman indentasi.
Pengujian Kekerasan
4
4.1.4. Waktu Penekanan
Waktu Penekanan biasa diambil 10 detik, 15 detik untuk logam ferrous dan
30 detik untuk logam yang lebih lunak. Pemakaian waktu penekanan selain
10 detik harus dicantumkan pada angka kekerasan.
4.1.5. Jarak Antara Indentasi
Jarak antara indentasi yang satu terhadap yang lain dan antara tepi indentasi
terhadap tepi spesimen harus lebih besar dari 2 d.
4.2. Pengujian Kekerasan Rockwell
Pengujian kekerasan Rockwell hampir sama dengan pengujian
kekerasan Brinell yaitu angka kekerasan sebagai fungsi dari kedalaman
indentasi pada spesimen akibat pembebasan statis.
Perbedaannya dengan pengujian kekerasan Brinell yaitu pada pengujian
kekerasan Rockwell di gunakan beban dan indentor yang lebih kecil.
Pengujian kekerasan ini banyak dilakukan di Industri sebab pelaksanaannya
lebih cepat. hal ini disebabkan angka kekerasan langsung ditunjukkan oleh
mesin.
Prosedure pengujian kekerasan Rockwell dilakukan dengan menekan
indentor dengan beban awal 10 kg, yang menyebabkan kedalaman indentasi
h, jarum penunjuk di set pada angka nol skala hitam, setelah itu beban awal
masih tetap. Cara kerja ini secara skematik ditujukan pada Gambar 1,
sedangkan sebagai beban serta indentor yang digunakan ditunjukkan pada
Tabel 1, indentor kerucut intan bersudut puncak puncak 1200
.
h
Po + P
1 : Beban mayor P
o
1 2 3
Gambar 1. Cara kerja mesin penguji kekerasan Rockwell.
Pengujian Kekerasan
5
Angka kekerasan Rockwell tidak bersatuan, tetapi didahului dengan huruf
depan seperti pada Tabel 3.1 yang menyatakan kondisi pengujian. Angka skala
pada mesin terdiri dari dua skala yaitu merah dan hitam, berbeda 30 angka
kekerasan. Skala Rockwell terbagi 100 divisi, dimana tiap divisi sebanding
dengan kedalaman indentasi 0,002 mm.
Angka kekerasan Rockwell B dan Rockwell C dinyatakan sebagai
kedalaman indentasi dapat ditulis sebagai berikut :
002,0
)mm(indentasikedalaman
130RB
−=
002,0
)mm(indentasikedalaman
100RC
−=
Tabel 3.1. Skala kekerasan Rockwell dan Huruf Depan
Skala dan
Huruf Depan
Indentor Beban
Mayor
Skala yang
Dibaca
B
C
A
D
E
F
G
H
K
L
M
P
R
S
Group I
Bola 1/16“
Kerucut Intan
Group II
Kerucut Intan
Kerucut Intan
Bola 1/8”
Bola 1/16”
Bola 1/16”
Bola 1/8”
Bola 1/16”
Group III
Bola ¼”
Bola ¼”
Bola ¼”
Bola ½”
Bola ½”
100
150
60
60
100
60
150
60
150
60
100
150
100
100
Merah
Hitam
Hitam
Hitam
Merah
Merah
Merah
Merah
Merah
Merah
Merah
Merah
Merah
Merah
Pengujian Kekerasan
6
V Bola ½” 150 Merah
4.2.1 Prosedur Pengujian Kekerasan Rockwell
Karena indentasi cukup kecil, disamping itu metode pengukur yang
digunakan, maka persiapan apesimen harus diperhatikan hal-hal berikut :
- Permukaan spesimen harus datar, halus serta bebas dari kotoran, minyak,
benda asing maupun cacat.
- Begitu pula permukaan bawah spesimen harus datar dan bebas dari debu
serta benda asing.
- Ketebalan spesimen minimum 0.01 inch
- Dashpot harus diatur pada pembebanan 100 kg. Handle berhenti bergerak
dalam waktu 4-5 detik.
Dari Tabel 3.1 terlihat bahwa skala merah untuk indentor bola,
sedangkan skala hitam untuk intentor kerucut intan. Disamping itu dari
berbagai skala Rockwell skala B dan C yang banyak digunakan, Rockwell
skala B di gunakan untuk logam lunak seperti kuningan, bronze dan logam
yang kekerasannya sedang seperti baja karbon rendah, baja karbon sedang
yang sudah dianil.
Rockwell skala B 0 - 100. Rockwell skala C digunakan untuk
material yang kekerasannya diatas 100 pada skala B. Daerah kerja skala C
diatas 20. Baja yang terkeras sekitar Rc
= 70.
4.3. Pengujian Kekerasan Vickers
Pada pengujian kekerasan Vickers digunakan indentor intan yang
berbentuk piramid. Sudut puncak piramid 1360
. Angka kekerasan Vickers
adalah beban (P) dibagi luas indentasi (A) yaitu :
A
P
Hv
=
dimana
8544,1
d
22cos2
d
A
2
o
2
==
Pengujian Kekerasan
7
Jadi Hv
= 1,8544
2
d
P
dimana Hv
= angka kekerasan Vickers (kg/mm2
)
P = beban yang besarnya (5, 10, 20, 50, 100 atau 200 kg)
tergantung ketebalan spesimen
A = luas indentasi (mm2
)
d = diagonal rata-rata ditunjukkan pada Gambar 2
136o
P
d1
d2
2
dd
d21
+
=
Gambar 2a. Pengujian kekerasan Vickers
Hubungan dari berbagai angka kekerasan untuk baja ditunjukkan pada Tabel 2.
4.4 Pengujian Kekerasan dengan Micro Hardness
Bila lokasi yang akan diuji kekerasannya cukup kecil (fasa dalam
struktur mikro) lapisan yang sangat tipis digunakan mikro hardness (Tukon
Tester). Untuk itu sebelum diuji kekerasan, spesimen harus dipoles dan dietsa
Pengujian Kekerasan
8
terlebih dahulu, untuk pengamatan indentasi Microhardness Tester dilengkapi
dengan mikroskop.
Mikrohardness tester menggunakan indentor intan knoop dengan
perbandingan diagonal yang panjang dan yang rendah 7:1. Sedangkan beban
yang digunakan 25 - 3600 gr.
Angka kekerasan knoop adalah beban (P) dibagi luas indentasi.
136o
136o
Gambar 2b. The 136 (Degree) Diamond Pyramid Indenter. (Courtesy :
Wilson Mechanical Instrument Division American Chain
& Cable Company, Inc).
Untuk memudahkan biasanya dibuat tabel diagonal terpanjang d (Um
)
beban P (gr) dan angka kekerasan knoop KHN (kg/mm2
).
Micro Hardness Tester dapat juga menggunakan indentor piramid
intan Vickers. Dengan demikian maka hasil pengujian adalah angka
kekerasan Vickers Hv
(kg/mm2
). Indentasi dari indentor knoop ditujukan
pada Gambar 3.
d2
d1
d1 : d
2 = 7 : 1
Gambar 3a Indentasi dari Indentor knoop.
Pengujian Kekerasan
9
Posisi Operasi
130o
172o
-30’
W
d
Gambar 3.b Sketsa Geometris Knoop Indentor
5. Pelaksanaan Pengujian
5.1. Mesin dan Peralatan
Mesin yang digunakan seperti pada Gambar 3.4 adalah mesin yang
prinsip kerjanya berdasarkan pada Rockell test dengan demikian pengujian
dilakukan dengan pembebanan awal 10 kg. Hal ini tidak akan
mempengaruhi hasil untuk pengujian yang tidak membutuhkan pembebanan
awal.
5.2. Langkah Langkah Pengujian.
1. Spesimen dibersihkan permukaannya.
2. Indentor dikukur dengan micrometer, dalam hal ini indentornya dari
diamond cukup diamati saja.
3. Memasang indentornya pada pemegang indentor.
4. Menempatkan pemegang indentor pada mesin.
5. Menempatkan beban yang sesuai pada mesin.
6. Meletakkan beban yang sesuai pada mesin
Pengujian Kekerasan
10
Gambar 3.4 Mesin Penguji Kekerasan.
7. Menaikan tabel mesin dengan memutar hand wheel sehingga Indentor
mengadakan penetrasi pada spesimen, jarum penunjuk kecil (pada skala
kecil) menunjukan angka 3. Pada saat ini beban mula-mula adalah10 kg
kemudian skala besar dibaca (Pembacaan pada beban awal).
8. Memutar handle sehingga terjadi penetrasi berarti pembebanan penuh.
9. Setelah handel tidak bergerak lagi, skala dibaca (pembacaan pada beban
penuh).
10. Handle dikembalikan keposisi semula kemudian skala dibaca (pembacaan
pada relieving).
11. Untuk pengujian kekerasan Vickers dan brinell, diagonal indentasi dan
diameter indentasi diukur dengan loupe pengukur.
top related