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