Selasa, 27 November 2012

Hardness test



BAB I
PENDAHULUAN

1.1.  LATAR BELAKANG
Dalam dunia industri logam, penentuan kekeraan logam sangat bermanfaaat untuk menentukan jenis- jenis logam untuk berbagai macam keperluan. Pada umumnya yang dimaksud dengan logam adalah unsur- unsure yang memiliki sifat yang kuat, ulet, keras, mengkilap, penghantar listrik dan panas. Karena sifat- sifat tersebut maka logam banyak digunakan orang untuk berbagai keperluan. Sebagai akibat dari penggunaan logam, maka timbullah pengetahuan yang semakin luas dan mendalam.
Kekerasan dari suatu logam sangat menentukan apakah loga itu sudah dapat digunakan karena kadang- kadang logam bersifat sangat keras tapi rapuh dan getas. Kekerasan suatu bahan/ logam menunjukkan sifat logam tahan terhadap deformasi plastik atau perubahan bentuk yang tetap. Didorong oleh kebutuhan-kebutuhan akan logam dan paduannya, maka muncullah pengetahuan logam yang lebih luas lagi, misaldalam mikroskop electron, dan ion pemotongan dan penyambungan dengan sinar laser.
Untuk menentukan sifat- sifat keras dari logam yang merupakan tambahan/ pelengkap pengetahuan mahasiswa yang diperolehnya secara teoretis. Oleh karena itu, pada percobaan kekerasan penting untuk dilakukan oleh mahasiswa.

 
1.      2  Tujuan dan Manfaat Pengujian

A.    Tujuan dari Percobaan ini meliputi:

1.      Mengetahui distribusi kekerasan pada bahan mampu keras
2.      Memberikan contoh aplikasi di lapangan.
3.      Menjelaskan definisi, tujuan dan prosedur pengujian kekerasan.
4.      Menentukan nilai kekerasan logam dengan cara penekanan
5.      Membua grafik hasil pengujian kekerasan
6.      Mengetahui hubungan kekerasan pada setiap proses perlakuan panas.

B.     Manfaat dari Pengujian:

a.       Manfaat pengujian bagi praktikan:

-          Mengetahui hasil pengerasan logam yang telah mengalami pengujian kekerasan.
-          Mengetahui perbedaan antara pengujian kekerasan Brinell dengan Vickers.
-          Dapat melakukan perhitungan pada suatu bahan yang telah melakukan pengujian kekerasan.

b.      Manfaat pengujian bagi dunia industri:

-          Dapat menentukan tingkat kekerasan suatu produk yang digunakan dalam industri
-          Dapat menentukan unsur dari logam untuk digunakan dalam pembuatan produk.
-          Memudahkan dalam pemliharaan bahan yang akan digunakan pada proses pemeliharaan.
 

BAB II
LANDASAN TEORI

2.1  TEORI DASAR

2.1.1        SIFAT-SIFAT MATERIAL
1. Sifat Mekanik
Sifat mekanik material, merupakan salah satu faktor terpenting yang mendasari pemilihan bahan dalam suatu perancangan. Sifat mekanik dapat diartikan sebagai respon atau perilaku material terhadap pembebanan yang diberikan, dapat berupa gaya, torsi atau gabungan keduanya. Dalam prakteknya pembebanan pada material terbagi dua yaitu beban statik dan beban dinamik. Perbedaan antara keduanya hanya pada fungsi waktu dimana beban statik tidak dipengaruhi oleh fungsi waktu sedangkan beban dinamik dipengaruhi oleh fungsi waktu
Sifar-sifat mekanik material yang perlu diperhatikan:
v  Tegangan yaitu gaya diserap oleh material selama berdeformasi persatuan luas.
v  Regangan yaitu besar deformasi persatuan luas.
v  Modulus elastisitas yang menunjukkan ukuran kekuatan material.
v  Kekuatan yaitu besarnya tegangan untuk mendeformasi material atau kemampuan material  untuk menahan deformasi.
v  Kekuatan luluh yaitu besarnya tegangan yang dibutuhkan untuk mendeformasi plastis.
v  Kekuatan tarik adalah kekuatan maksimum yang berdasarkan pada ukuran mula.
v  Keuletan yaitu besar deformasi plastis sampai terjadi patah.
v  Ketangguhan yaitu besar energi yang diperlukan sampai terjadi perpatahan.
v  Kekerasan yaitu kemampuan material menahan deformasi plastis lokal akibat penetrasi pada permukaan.
2. Sifat Fisik
Sifat penting yang kedua dalam pemilihan material adalah sifat fisik. Sifat fisik adalah kelakuan atau sifat-sifat material yang bukan disebabkan oleh pembebanan seperti pengaruh pemanasan, pendinginan dan pengaruh arus listrik yang lebih mengarah pada struktur material. Sifat fisik material antara lain : temperatur cair, konduktivitas panas dan panas spesifik.


Sifar-sifat fisik material yang perlu diperhatikan :
*      Kepadatan
*      Sifat thermal
*      Sifat konduktivitas listrik
*      Sifat optic
*      Sifat akustik


2.1.2        PENENTUAN KEKERASAN

1.      Cara goresan
Dilakukan dengan jalan menggoreskan bahan yang lebih keras terhadap bahan yang lebih lunak. Cara ini dikenal dengan Hocks-Mocks. Membuat skala yang terdiri dari sepuluh standar. Mineral-mineral yang disusun menurut kekerasan atau kemampuan mulai dengan bahan terkeras yaitu intan kebahan yang lebih lunak
     2.  Metode elastik/pantul (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. Semakin tinggi pantulan tersebut, yang ditunjukkan oleh dial pada alat pengukur, maka kekerasan benda uji dinilai semakin tinggi.
     3. Metode Indentasi
Tipe pengetesan kekerasan material/logam ini adalah dengan mengukur tahanan plastis dari permukaan suatu material komponen konstruksi mesin dengan speciment standar terhadap “penetrator”. Adapun beberapa bentuk penetrator atau cara pegetesan ketahanan permukaan yang dikenal adalah : Ball indentation test [ Brinel], Pyramida indentation [Vickers], c.   Cone indentation test [Rockwell], Uji kekerasan Mikro.



2.1.3        MACAM-MACAM PENGERASAN
a. Pengerasan Permukaan
1. Karburasi
Besi dipanakan pada suhu AC dalam lingkungan yang mengandung karbon baik dalam bentuk padat, cair ataupun gas. Macam-macam karburasi
Ø  karburasi padat
Ø  karburasi cair
Ø  karburasi gas
2. KarboNitriding
Cara pengerasan permukaan, dimana baja dipanaskan di atas suhu kritis  di dalam lingkungan gas dan terjadi penyerapan karbon dan Nitrogen.
3. Cyenading
Pada proses ini terjadi absorbsi karbon dan nitrogen untuk memperoleh permukaan yang keras pada baja karbon rendah  yang sulit dikeraskan.
4.  Nitriding
Disini digunakan bahan dan suhu yang berlainan. Logam dipanaskan sampai 510°C dalam lingkungan gas amonia selama beberapa menit.
b. Pengerasan Induksi
Prose pengerasan ini menggunakan arus induksi bolak balik yang berfrequensi tinggi  yang berasal dari pembangkit  konvektor merkury, osilator spack atau isolator tabung. Frekuensi umumnya tidak melebihi 5.105 Hz. Untuk yang tipis digunakan frekuensi rendah.
c. Pengerasan Nyala
1. Pengerasan stationer, Baik nyala  atau benda yang akan dikeraskan keduanya berada dalam keadaan diam.
2. Pengerasan Progresif, Nyala dari benda yang akan dikeraskan bergerak satu sama  lain.




2.1.4        MACAM-MACAM PENGERJAAN

1.      . Pengukuran Kekerasan Metoda Brinell
Sebuah peluru baja yang dikeraskan ditekankan pada permukaan benda uji yang licin dengan suatu gaya tertentu. Benda uji itu harus didukung secara merata oleh bidang pendukung yang cukup tebal, sebab kalau tidak demikian kekerasan bidang pendukung itu ikut terukur. Kekerasan HB (Brinell) di hitung dari perbandingan antara gaya penekanan ( F ) dan luas segmen desakan bola ( A )


2.      Pengukuran Kekerasan Metoda Vickers ( VHN atau HV )
Pada pengukuran kekerasan menurut vickers suatu benda penekan intan, dengan bentuk piramida lurus dengan alas bujur sangkar dan dengan sudut puncak 136 o, ditekan kedalam kedalam bahan dengan gaya F tertentu selama waktu tertentu. Kekerasan vickers dapat diperoleh dengan membagi gaya penekan dengan luas bekas tekanan pada permukaan bahan.


3.      Rockwell (HR / RHN)
Pengujian kekerasan dengan metode Rockwell bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap indentor berupa bola baja ataupun kerucut intan yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut.





2.1.5   KEUNTUNGAN DAN KERUGIAN METODE PENEKANAN

1.      Brinell
                     Keuntungan:
v Tidak mungkin untuk mengukur bahan yang keras, hanya mampu mengukur  efektif kekerasan bahan hingga 4300 HB
v Tidak bisa digunakan untuk mengukur kekerasan bahan yang kecil
                     Kerugian:
     
v  Tidak mungkin untuk mengukur bahan yang keras, hanya mampu mengukur  efektif  kekerasan  bahan hingga 4300 HB.
v  Tidak bisa digunakan untuk mengukur kekerasan bahan yang kecil

2.      Rokwell
                       Keuntungan:
v  Dengan kerucut intan dapat diukur kekerasan baja yang disebuk keras.
v  Dengan bekas tekanan yang kecil kerusakan benda kerja lebih kecil.
                     Kerugian:
v  Dengan bekas penekanan yang kecil maka kekerasan rata-rata tidak dapat ditentukan untuk bahan yang tidak homogen.

     3. Vickers
                    Keuntungan:

v  Dengan benda penekan yang sama kekerasan dapat dtentukan tidak saja untuk bahan lunak akan tetapi juga untuk bahan keras
v  Dengan bekas tekanan yang kecil bahan percobaan dirusak lebih sedikit
v  Hasil pengukuran kekerasan lebih teliti
v  Kekerasan benda kerja yang tipis dapat diukur dengan memilih gaya yang kecil

                       Kerugian:
     
v  Dengan bekas tekanan yang kecil kekerasan rata-rata bahan yang tidak homogen tidak dapat ditentukan, misalnya besi tuang
               · Penentuan kekerasan membutuhkan banyak waktu   



2.1.7   CARA MENINGKATKAN KEKERASAN
  Ada beberapa cara yang digunakan untuk meningkatkan kekerasan suatu logam, antara lain:
a.          Perlakuan Panas
            Kekerasan dapat diperoleh dengan melakukan perlakuan panas yang disertai perdinginan yang cepat. Pemanasan diatas suhu kritis kemudian disusul pendinginan yang cepat akan membentuk fasa Martensit yang bersifat sangat keras dan getas.
b.       Penambahan Unsur Paduan
               Unsur paduan karbon paling banyak digunakan untuk meningkatkan kekerasan baja. Unsur karbon memiliki sifat sebagai pengikat molekul logam, sehingga penambahan karbon dapat meningkatkan ikatan antar molekul sehingga mengakibatkan baja tersebut kuat, tetapi menurunkan keuletan.



2.1.8        UNSUR-UNSUR PADUAN

a.       Karbon (C)
Pada baja karbon biasanya kekerasan dan kekuatannya meningkat sebanding dengan kekuatan karbonnya, tetapi keuletannya menurun dengan naiknya kadar karbon. Persentase kandungan karbon akan memberikan sifat lain pada baja karbon
b.      Mangan (Mn)
Mangan berfungsi untuk memperbaiki kekuatan tariknya dan ketahanan ausnya. Unsur ini memberikan pengerjaan yang lebih mengkilap atau bersih dan menambah kekuatan dan ketahanan panas.
c.       Silikon (Si)
Silikon untuk memperbaiki homogenitas pada baja. Selain itu, dapat menaikkan tegangan tarik dan menurunkan kecepatan pendinginan kritis  sehingga baja karbon lebih elastis dan cocok dijadikan sebagai bahan pembuat pegas.
d.      Posfor (P)
Posfor dalam baja dibutuhkan dalam persentase kecil yaitu maksimum 0,04 % yang berfungsi untuk mempertinggi kualitas serta daya tahan material terhadap korosi. Penambahan posfor dimaksudkan pula untuk memperoleh serpihan kecil-kecil pada saat permesinan.
e.       Belerang (S)
Sulfur dimaksudkan untuk memperbaiki sifat-sifat mampu mesin. Keuntungan sulfur pada temperatur biasa dapat memberikan ketahanan pada gesekan tinggi.
f.       Khrom (Cr)
Khrom dengan karbon membentuk karbida dapat menmbah keliatan, menaikkan daya tahan korosi dan daya tahan terhadap keausan yang tinggi, keuletan berkurang.
g.      Nikel (Ni)
Sebagai unsur paduan dalam baja konstruksi dan baja mesin, nikel memperbaiki kekuatan tarik, sifat tahan panas dan sifat magnitnya.
h.      Molibden (Mo)
Molibden mengurangi kerapuhan pada baja karbon tinggi, menstabilkan karbida, serta memperbaiki kekuatan baja
i.        Wolfram/Tungsten (W/T)
Paduan ini dapat membentuk karbida yang stabil yang sangat keras, menahan suhu pelumasan dan mengembalikan perubahan bentuk/struktur secara perlahan-lahan.

2.1.9        PENGARUH UNSUR PADUAN TERHADAP KEKERASAN
1.      Untuk menaikkan sifat mekanik baja (kekerasan, keliatan, kekuatan tarik dan sebagainya)
2.      Untuk menaikkan sifat mekanik pada temperatur rendah
3.      Untuk meningkatkan daya tahan terhadap reaksi kimia (oksidasi dan reduksi)
Untuk membuat sifat-sifat spesial
Baja paduan yang diklasifikasikan menurut kadar karbonnya dibagi menjadi:
1.      Low alloy steel, jika elemen paduannya ≤ 2,5 %
2.      Medium alloy steel, jika elemen paduannya 2,5 – 10 %
3.      High alloy steel, jika elemen paduannya > 10 %


2.1.10    HAL-HAL YANG MEMPENGARUHI KEKERASAN
1. Kadar Karbon
         Baja merupakan hasil paduan antara Fe (Besi) dengan karbon yang relatif lebih lunak. Semakin tinggi kadar karbon yang dikandung maka baja tersebut akan semakin keras dan getas. Namun dibalik tingginya kadar karbon yang dimiliki akan menyebabkan keuletan suatu logam akan menurun.
2. Media Pendingin
         Media pendingin sangat berpengaruh terhadap struktur mikro suatu logam. Pada saat logam telah mengalami pemanasan, media pendingin dengan kecepatan pendingin yang cepat akan menghasilkan kerja yang keras. Namun baja yang keras akan menyebabkan turunnya keuletan baja tersebut.
3.Temperatur Pemanasan
         Temperatur pemanasan dalam tungku akan mempengaruhi struktur yang terbentuk, dimana tinggi suhu pemanasan akan menyebabkan terbentuknya strukturil yang lunak karena jaraj antara molekul semakin renggang sehingga menjadi lunak.
4. Debit
          Semakin besar volume massa media pendingin, amak semakin cepat proses pendinginannya, begitu pula sebaliknya. Hal ini disebabkan karena panas yang dapat diserap oleh media pendingin atau fluida akan lebih banayk dibandingkan volume yang kecil.
2.1.11    UJI KEKERASAN MIKRO
Pada pengujian ini identor nya menggunakan intan kasar yang di bentuk menjadi piramida. Bentuk lekukan intan tersebut adalah perbandingan diagonal panjang dan pendek dengan skala 7:1. Pengujian ini untuk menguji suatu material adalah dengan menggunakan beban statis. Bentuk idento yang khusus berupa knoop meberikan kemungkinan membuat kekuatan yang lebih rapat di bandingkan dengan lekukan Vickers. Hal ini sangat berguna khususnya bila mengukur kekerasan lapisan tipisatau emngukur kekerasan bahan getas dimana kecenderungan menjadi patah sebanding dengan volume bahan yang ditegangkan.
Hardenability adalah sifat yang menentukan dalamnya daerah logam yang dapat dikeraskan. Pendinginan yang terlalu cepat dapat dihindarkan karena dapat menyebabkan permukaan logam (baja) retak..


2.1.12    KEKERASAN MEYER
Meyer engajukan definisi kekerasan yang lebih rasional ibandingkan dengan yang diajarkan Brinell yang didasarkan pada luas proyeksi retak, buakn keras permukaannya. Tekanan rata-rata antara luas penumbuk atau lekukan adalah sama beban luas proyeksi lekukan.

Meyer mengemukakan bahwa kekerasan/tekanan rata-rata ini dapat diambil sebagai ukuran kekerasan dan dinamakan kekerasan Meyer.

   Kekerasan Meyer mempunyai satuan Kg/mm2, kekerasan kurang peka terhadap bahan yang diterapkan dibanding kekerasan Brinell. Untuk bahan-bahan yang mengalami pekerjaan dingin kekerasan Meyer pada dasarnya tetap, sedangkan kekerasan Brinell akan mengecil bila beban bertambah. Karena lekukan yang terjadi mengakibatkan kekerasan renggang.


2.1.13    JOMINY TEST
Sebuah metode untuk menentukan hardenability baja. Uji Jominy ditutupi oleh BS 4437:1987. Sebuah uji standar 25mm x 100mm sepotong dipanaskan sampai suhu yang sudah ditentukan dan dipadamkan oleh jet air disemprotkan pada salah satu ujungnya. Ketika spesimen dingin, pengukuran kekerasan dilakukan pada interval sepanjang potongan uji dari ujung dipadamkan dan hasil diplot pada grafik standar dari yang diturunkan kurva hardenability. BS 970 berisi kurva hardenability untuk banyak baja dalam Standar. Benar dilakukan, tes ini akan menggambarkan pengaruh massa pada baja dipilih bila panas dirawat dan menunjukkan apakah baja adalah tipe pengerasan dangkal, menengah atau mendalam.
2.1.14    JENIS JENIS KARBURASI

1.   Paket karburasi:
Dalam proses ini, bagian yang akan carburized dikemas dalam wadah baja sehingga benar-benar dikelilingi oleh butiran arang. arang ini diobati dengan bahan pengaktif kimia seperti Barium Karbonat (Babo 3) yang mempromosikan pembentukan Karbon Dioksida (CO 2). Gas ini pada gilirannya bereaksi dengan kelebihan karbon dalam arang untuk menghasilkan karbon monoksida, CO.Carbon Monoksida bereaksi dengan permukaan baja karbon rendah untuk membentuk atom karbon yang berdifusi ke dalam baja. Karbon Monoksida memasok gradien karbon yang diperlukan untuk difusi. Proses karburasi tidak mengeras baja.
2.      Gas karburasi:
          Dapat dilakukan dengan gas karbon, seperti metana, etana, propana, atau gas alam. gas carburizing Kebanyakan mudah terbakar dan kontrol yang dibutuhkan untuk menjaga gas carburizing pada 1700 o F dari menghubungi udara (oksigen). Keuntungan dari proses ini lebih dari pack carburizing adalah meningkatkan kemampuan untuk memuaskan dari suhu karburasi. Tungku perapian Konveyor membuat quenching dalam suasana terkendali mungkin.
3.   Cair karburasi:
          Dapat dilakukan di internal maupun eksternal pot garam dipanaskan cair. Carburizing garam mengandung senyawa sianida seperti sodium sianida (NaCN). Siklus kali untuk cyaniding cair jauh lebih pendek (1 sampai 4 jam) dari proses gas dan pack carburizing. Kerugian adalah pembuangan garam. (Masalah lingkungan) dan biaya (pembuangan yang aman adalah sangat mahal).

Tidak ada komentar:

Posting Komentar