Uji Kekerasan Material dengan Metode Rockwell 1
Ika Wahyuni, 2Ahmad Barkati Rojul, 3Erlin Nasocha, 4Nindia Fauzia Rosyi, 5Nurul Khusnia, 6 Oktaviana Retna Ningsih Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Surabaya
Abstrak Telah dilakukan eksperimen uji kekerasan material dengan metode Rockwell, dengan specimen yang digunakan adalah aluminium, kuningan dan besi serta menggunakan ball indenter. Berdasarkan hasil analisis dari hasil eksperimen, pada specimen kuningan diperoleh nomor kekerasan rata-rata 65,1 , nomor kekerasan rata-rata pada specimen besi 60,6 dan pada aluminium sebesar 61,6. Kekerasan suatu material dipengaruhi oleh kemurnian bahan (homogenitas).
Kata Kunci : Metode Rockwell, Kekerasan Material, Identer I.
Pendahuluan
Makna nilai kekerasan suatu material berbeda untuk kelompok bidang ilmu yang berbeda. Bagi insinyur metalurgi nilai kekerasan adalah ketahanan material terhadap penetrasi sementara untuk para insinyur desain nilai tersebut adalah ukuran dari tegangan alir, untuk insinyur lubrikasi kekerasan berarti ketahanan terhadap mekanisme keausan, untuk para insinyur mineralogy nilai itu adalah ketahanan terhadap goresan, dan untuk para mekanik workshop lebih bermakna kepada ketahanan material terhadap pemotongan dari alat potong. Begitu banyak konsep kekerasan material yang dipahami oleh kelompok ilmu, walaupun demikian konsep-konsep tersebut dapat dihubungkan pada satu mekanisme yaitu tegangan alir plastis dari material yang diuji.
Ika Wahyuni / 081211332003
Setiap material yang akan digunakan, maka sebelumnya perlu dilakukan pengujian/pengetesan material/logam, meliputi antara lain: 1. Uji tarik material 2. Uji kekerasan material 3. Uji metalografi dan lain-lain Setiap material sebelum digunakan perlu dilakukan pengujian material/logam seperti di atas, dengan maksud dan tujuan yang pada umumnya adalah untuk mengetahui sifat-sifat utama dari material/logam tersebut, baik dari segi kekuatannya, ketahanan maupun sifat-sifat yang lain terhadap suatu beban yang akan diberikan. II. Tujuan Eksperimen Eksperimen kali ini disusun untuk tujuan mengetahui kekerasan bahan sebagai ukuran ketahanan terhadap deformasi plastis dan kekerasan ini dinyatakan dalam angka kekerasan skala rockwell. Page 1
III. Dasar Teori
3.
Dari uraian singkat di atas maka kekerasan
Tipe pengetasan kekerasan material/logam
suatu material dapat didefinisikan sebagai
ini adalah dengan mengukur tahanan
ketahanan material tersebut terhadap gaya
plastis dari permukaan suatu material
penekanan dari material lain yang lebih
konstruksi mesin dengan specimen standar
keras. Penekanan tersebut dapat berupa
terhadap penetrator. Adapun beberapa
mekanisme
(stratching),
bentuk penetrator atau cara pengetasan
pantulan ataupun indentasi dari material
ketahanan permukaan yang dikenal adalah:
penggoresan
Metode Identasi
terhadap suatu permukaan benda uji. Berdasarkan
mekanisme
penekanan
tersebut, dikenal 3 metode kekerasan:
a. Ball identation test (Brinnel) b. Pyramida identation (Vickers) c. Cone identation test (Rockwell)
1.
Metode Gores
d. Uji kekerasan mikro
Metode ini dikenalkan oleh Fredrich
Berikut penjelasannya:
Mohss yang membagi kekerasan material di dunia ini berdasarkan skala Mohs. Skala
A. Metode Brinnel
ini bervariasi dari nilai 1 untuk kekerasan
Pengujian
yang paling rendah, sebagaimana dimiliki
Brinnell
oleh material talk, hingga skala 10 sebagai
kekerasan suatu material dalam bentuk
kekerasan tertinggi, sebagaimana dimiliki
daya tahan material terhadap bola baja
oleh intan
(identor) yang ditekankan pada permukaan
2.
Metode elastic/pantul (rebound)
kekerasan bertujuan
dengan
untuk
metode
menentukan
material uji tersebut (speciment). Idealnya, pengujian
Brinnel
diperuntukan
bagi
Kekerasan suatu material ditentukan oleh
material yang memiliki kekerasan Brinnel
alat Scleroscope yang mengukur tinggi
sampai 400 HB, jika lebih dati nilai
pantulan suatu pemukul (hammer) dengan
tersebut maka disarankan menggunakan
berat tertentu yang dijatuhkan dari suatu
metode
ketinggian terhadap benda uji. Tinggi
Vickers. Angka Kekerasan Brinnel (HB)
pantulan
dihasilkan
didefinisikan sebagai hasil bagi (koefisien)
mewakili kekerasan benda uji. Semakin
dari beban uji (F) dalam Newton yang
tinggi pantulan tersebut, yang ditunjukkan
dikalikan dengan angka faktor 0,102 dan
oleh dial pada alat pengukur, maka
luas permukaan bekas luka tekan (injakan)
kekerasan benda uji dinilai semakin tinggi.
bola baja (A) dalam milimeter persegi.
(rebound)
yang
Identor Ika Wahyuni / 081211332003
pengujian
(Bola
Rockwell
baja)
ataupun
biasanya
telah Page 2
dikeraskan dan diplating ataupun terbuat
dikalikan beban uji (F) dibagi dengan
dari
Jika
diagonal intan yang dikuadratkan. Beban
diameter Identor 10 mm maka beban yang
uji (F) yang biasa dipakai adalah 5 N per
digunakan (pada mesin uji) adalah 3000 N
0,102; 10 N per 0,102; 30 N per 0,102N
sedang jika diameter Identornya 5 mm
dan 50 per 0,102 N. Dalam Praktiknya,
maka beban yang digunakan (pada mesin
pengujian Vickers biasa dinyatakan dalam
uji) adalah 750 N. Dalam Praktiknya,
(contoh ) : HV 30 hal ini berarti bahwa
pengujian Brinnel biasa dinyatakan dalam
kekerasan Vickers hasil pengujian dengan
(contoh ) : HB 5 / 750 / 15 hal ini berarti
beban uji (F) sebesar 30 N per 0,102 dan
bahwa kekerasan Brinell hasil pengujian
lama pembebanan 15 detik. Contoh lain
dengan bola baja (Identor) berdiameter 5
misalnya HV 30 / 30 hal ini berarti bahwa
mm, beban Uji adalah sebesar 750 N per
kekerasan Vickers hasil pengujian dengan
0,102 dan lama pengujian 15 detik.
beban uji (F) sebesar 30 N per 0,102 dan
Mengenai lama pengujian itu tergantung
lama pembebanan 30 detik.
bahan
Karbida
Tungsten.
pada material yang akan diuji. Untuk
C. Rockwell
semua jenis baja lama pengujian adalah 15
Skala yang umum dipakai dalam pengujian
detik sedang untuk material bukan besi
Rockwell adalah :
lama pengujian adalah 30 detik.
a. HRa (Untuk material yang sangat keras)
B. Vickers Pengujian
kekerasan
b. HRb (Untuk material yang lunak). dengan
metode
Identor berupa bola baja dengan
Vickers bertujuan menentukan kekerasan
diameter 1/16 Inchi dan beban uji 100
suatu material dalam bentuk daya tahan
Kgf.
material terhadap intan berbentuk piramida
c. HRc (Untuk material dengan kekerasan
dengan sudut puncak 136 Derajat yang
sedang). Identor berupa Kerucut intan
ditekankan pada permukaan material uji
dengan sudut puncak 120 derjat dan
tersebut. Angka kekerasan Vickers (HV)
beban uji sebesar 150 kgf.
didefinisikan sebagai hasil bagi (koefisien) dari beban uji (F) dalam Newton yang
Tabel skala kekerasan: SIMBOL INDENTER
dikalikan dengan angka faktor 0,102 dan
BEBAN MAJOR (kg)
luas permukaan bekas luka tekan (injakan)
A
Intan
60
bola baja (A) dalam milimeter persegi.
B
Bola 1/16 inch
100
Secara
C
Intan
150
matematis
dan
setelah
disederhanakan, HV sama dengan 1,854 Ika Wahyuni / 081211332003
Page 3
D
Intan
100
dapat dikeraskan. Pendinginan yang terlalu
E
Bola 1/8 inch
100
cepat dapat dihindarkan karena dapat
F
Bola 1/16 inch
60
menyebabkan permukaan logam (baja)
G
Bola 1/16 inch
150
retak.
H
Bola 1/18 inch
60
Kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan
K
Bola 1/18 inch
150
sebuah benda terhadap penetrasi/daya tembus dari bahan lain yang lebih keras metode
(penetrator). Kekerasan merupakan suatu
Rockwell bertujuan menentukan kekerasan
sifat dari bahan yang sebagian besar
suatu material dalam bentuk daya tahan
dipengaruhi oleh unsur-unsur paduannya
material terhadap benda uji (speciment)
dan kekerasan suatu bahan tersebut dapat
yang berupa bola baja ataupun kerucut
berubah bila dikerjakan dengan cold
intan yang ditekankan pada permukaan
worked seperti pengerolan, penarikan,
material uji tersebut.
penekanan dan lain-lain serta kekerasan
Pengujian
kekerasan
dengan
dapat dicapai sesuai kebutuhan dengan
D. Uji Kekerasan Mikro Pada
pengujian
ini
identornya
perlakuan panas.
menggunakan intan kasar yang dibentuk
Hardening dilakukan untuk memperoleh
menjadi piramida. Bentuk lekukan intan
sifat tahan aus yang tinggi, kekuatan dan
tersebut adalah perbandingan diagonal
fatigue limit/strength yang lebih baik.
panjang dan pendek skala 7:1. Pengujian
Kekerasan yang dapat dicapai tergantung
ini untuk menguji suatu material adalah
pada kadar karbon dalam baja dan
dengan menggunakan beban statis. Bentuk
kekerasan yang terjadi akan tergantung
idento
pada temperature pemanasan (temperature
yang
memberikan
khusus
berupa
kemungkinan
knop
membuat
autenitising),
holding
time
dan
laju
kekuatan yang lebih rapat dibandingkan
pendinginan yang dilakukan serta seberapa
dengan lekukan Vickers. Hal ini sangat
tebal bagian penampang yang menjadi
berguna
keras
khususnya
bila
mengukur
kekerasan lapisan tipis atau mengukur kekerasan
bahan
getas
banyak
tergantung
pada
hardenability.
dimana
kecenderungan menjadi patah sebanding
IV.
dengan volume bahan yang ditegangkan.
Pada eksperimen kali ini bahan – bahan
Hardenability
yang
yang digunakan adalah Balok Logam
menentukan dalamnya daerah logam yang
Aluminium, kuningan dan besi sedangkan
adalah
sifat
Ika Wahyuni / 081211332003
Alat dan Bahan
Page 4
alat yang digunakan adalah set dan alat Uji
Tabel 1. Skala, Indentor dan Material Sampel
Rockwell. V.
Gambar 2. Mekanisme uji kekerasan Rockwell
Metode
Pada
eksperimen
ini
sampel
yang
digunakan adalah bahan metal (logam). Bahan di letakkan pada alat uji secara bergantian
dan
diuji
kekerasan
menggunakan identor berupa identor bola (ball identer) (THB) kemudian dihitung nilai kekerasannya menggunakan h2-h0 = (130-TH) 0,02 VI. Tabel Hasil Pengamatan Berdasarkan eksperimen uji rockwell yang dilakukan
pada
laboratorium
Fisika
Material, didapatkan hasil – hasil sebagai berikut:
Gambar 1. Alat uji Rockwell
Pada langkah pertama benda uji ditekan
Skala B (Aluminium) = (980,7 N) 60 62 63
Skala B (Kuningan) = 980,7 N 66 65 64,5
Skala B (Besi) = 980,7 N 62,5 58,5 61
oleh indentor dengan beban minor (Minor Load F0) setelah itu ditekan dengan beban
VII. Hasil Analisis dan Pembahasan
mayor (Major Load F1) pada langkah
Salah satu karakter mekanik dari
kedua dan langkah ketiga beban mayor
material keramik atau logam adalah
diambil sehingga yang tersisa adalah
dengan uji kekerasan. Pada pengujian
minor load, seperti pada ilustrasi gambar
logam, kekerasan didefinisikan sebagai
berikut:
ketahanan suatu logam terhadap indentasi (penekanan). Uji ini dapat digolongkan sebagai uji destruktif karena merusak bahan dan uji skala makroskopis karena efek perubahan uji dapat dilihat dengan langsung.
Ika Wahyuni / 081211332003
Page 5
Pengujian dilakukan pada tiga titik yang berbeda dalam satu specimen dan
sehingga apabila di alam bebas maka akan berusaha mengikat oksigen dan tereduksi.
dalam percobaan ini, digunakan tiga jenis
Homogenitas merupakan sifat fisis
specimen yaitu kuningan, alumunium dan
material (intrinsik) yaitu bagian dari
besi.
density (rapat masa) material. Dengan
Nilai
yang
ditunjukkan
oleh
tingkat
homogenitas
tinggi
akan
penyimpangan jarum menunjukkan adanya
membentuk materi tersebut mempunyai
pembebanan
melalui
density yang lebih padat, sehingga ketika
indenter setelah gaya yang diberikan
materi tersebut dikenai uji kekerasan
dilepaskan.
dengan penekanan materi lain, maka akan
yang
diberikan
Semakin besar penyimpangan jarum menunjukkan
material
tersebut
dapat
dikatakan memiliki kekerasan yang cukup
semakin kecil kedalaman materi uji yang terkena tekanan dan juga sebaliknya. Tabel 2. Nilai kekerasan hasil eksperimen
tinggi karena hal tersebut membuktikan
̅̅̅̅
Sampel
bahwa material tersebut tahan terhadap
Kuningan
65,1
penekanan
Aluminium
61,6
yang
diberikan
dan
dari
pengujian tiga titik, selalu didapatkan nilai
Besi
TH yang berbeda-beda meskipun dalam satu bahan yang sama, hal tersebut dikarenakan
homogenitas
bahan,
Dari tabel data rata-rata TH terlihat bahwa kuningan mempunyai nilai terkecil
contohnya kuningan. Kuningan merupakan
sehingga
paduan
kuningan mempunyai sifat elastis lebih
logam
sehingga
besi
homogenitas
dengan
tembaga
atau
distribusi
paduan belum tentu sama pada setiap titik. Begitu
pula
dengan
besi
dan
alumunium, jika yang digunakan adalah besi murni atau alumunium murni maka homogenitasnya bisa dipastikan sama rata untuk setiap titik. Alumunium dan besi juga tidak bisa menjadi materi yang murni di alam bebas karena sifat kereaktifannya dalam
mengikat
elektron
untuk
memperoleh elektron valensi sempurna,
Ika Wahyuni / 081211332003
besar
dapat
daripada
disimpulkan
sampel
bahwa
lainnya
dan
kekerasan besi paling baik diantara kedua sampel lainnya. VIII. Kesimpulan 1. Dari hasil eksperimen
material
terkeras dimiliki oleh kuningan dan terendah kekerasanya adalah besi. Nilai kekerasan tersebut dapat dilihat
berdasarkan
beda
kedalaman yang ditimbulkan oleh tekanan pada permukaan material. Page 6
2. Kekerasan
suatu
material
dipengaruhi oleh kemurnian bahan (homogenitas). IX. Daftar Pustaka 1. Anonim. 2013. What’s hardness test (http://www.alatuji.com/article/det ail/3/what-is-hardness-test-ujikekerasan-) 2. Tim KBK Fisika Material. 2010. Buku
Petunjuk
Eksperimental
Fisika
Lanjut
Fisika
Material).
Fisika
Fakultas
(Bagian
Departemen Sains
dan
Teknologi Universitas Airlangga. 3. Efendi,
Zainal.
2010.Jurnal
Kekerasan Material dengan Metode Rockwell.
Fakultas
Sains
dan
Teknologi UA, Surabaya.
Ika Wahyuni / 081211332003
Page 7
