Pengetahuan Bahan

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Percobaan Uji Kekerasan
Percobaan uji kekerasan (Hardness Test) yang akan dilakukan adalah percobaan kekerasan dengan cara mekanis statis (bukan mekanis dinamis) dan itu meliputi cara-cara Rockwell, Brinell dan Vickers.
Ketiga cara tersebut diatas berdasarkan pada cara penekanannya (indentation) suatu benda yang tidak terdeformasi kedalam permukaan logam yang diuji (specimen) kekerasannya, sehingga terjadi suatu bekas penekanan (lekukan) yang kemudian dijadikan dasar untuk penilaian kekerasannya. Penekanan dilakukan sampai lekukan yang bersifat tetap. Logam yang diuji akan lebih keras bila bekas yang terjadi lebih kecil.

2.1.1 Cara Uji Kekerasan Rockwell
Cara rockwell ini juga didasarkan kepada penekanan sebuah indentor dengan suatu gaya tekan tertentu kepermukaan yang rata dan bersih dari suatu logam yang diuji kekerasannya. Setelah gaya tekan dikembalikan ke gaya minor maka yang dijadikan dasar perhitungan nilai kekerasan rockwell bukanlah hasil pengukuran diameter ataupun diagonal bekas lekukan tetapi justru “dalamnya bekas lekukan yang terjadi itu”. Inilah kelainan cara Rockwell dibandingkan dengan cara pengujian kekerasan lainnya. Pengujian Rockwell yang umumnya biasa dipakai ada ke jenis yaitu HRA, HRB, dan HRC. HR itu sendiri merupakan suatu singkatan dari kekerasan rockwell atau rockwell hardness number dan kadang-kadang disingkat dengan huruf R saja.




2.1.2 Metode Pengujian Kekerasan Rockwell
Pengujian kekerasan dengan metode Rockwell ini diatur berdasarkan standar DIN 50103. Skala kekerasan metoda pengujian Rockwell ini terlihat pada tabel dibawah ini.
Tabel 2.1 Beban, Indentor, dan Skala Kekerasan
Skala Penekan/Indentor Beban Skala kekerasan Warna angka
Awal Utama Jumlah
A Kerucut Intan 1200 10 50 60 100 Hitam
B Bola Baja 1,588 mm (1/16) 10 90 100 130 Merah
C Kerucut Intan 1200 10 140 150 100 Hitam
D Kerucut Intan 1200 10 90 100 100 Hitam
E Bola Baja 3,175 mm (1/8) 10 90 100 130 Merah
F Bola Baja 1,588 mm (1/16) 10 50 60 130 Merah
G Bola Baja 1,588 mm (1/16) 10 140 150 130 Merah
H Bola Baja 3,175 mm (1/8) 10 50 60 130 Merah
K Bola Baja 3,175 mm (1/8) 10 140 150 130 Merah
L Bola Baja 6,35 mm (1/4) 10 50 60 130 Merah
M Bola Baja 6,35 mm (1/4) 10 90 100 130 Merah
P Bola Baja 6,35 mm (1/4) 10 140 150 130 Merah
R Bola Baja 12,7 mm (1/2) 10 50 60 130 Merah
S Bola Baja 12,7 mm (1/2) 10 90 100 130 Merah
V Bola Baja 12,7 mm (1/2) 10 140 150 130 Merah

Tingkatan skala kekerasan menurut metoda Rockwell, sebagaimana terlihat pada tabel di atas dapat dikelompokkan menurut jenis indentor yang digunakan pada masing-masing skala. Penggelompokkan indentor tersebut terbagi dalam dua macam indentor yang berukuran variasi, adapun kedua indentor tersebut adalah:
a. Kerucut intan dengan besar sudut 1200, dikenal juga dengan sebutan ”Rockwell Cone”.
b. Bola baja dengan berbagai ukuran, dikenal juga dengan sebutan ”Rockwell Ball”.
Untuk cara pemakaian skala terlebih dahulu ditentukan dan pilih ketentuan nilai kekerasan maksimum yang boleh digunakan oleh skala tertentu. Jika pada skala tertentu tidak tercapai angka kekerasan yang akurat, maka ditentukan skala yang dapat menunjukkan angka kekerasan yang jelas. Dalam menentukan dan memilih skala kekerasan dapat digunakan petunjuk seperti yang terdapat pada tabel berikut.
Tabel 2.2 Skala Kekerasan dan Pemakaiannya
Skala Pemakaiannya
A Untuk carbide cementile, baja tipis, dan baja dengan lapisan keras yang tipis
B Untuk paduan tembaga, baja lunak, paduan alumunium, dan besi tempa
C Untuk baj, besi tuang keras, besi tempa perintik, titanium, baja dengan lapisan keras yang dalam, dan bahan-bahan lain yang lebih keras daripada skal B-100
D Untuk baja tipis, baja dengan lapisan keras yang sedang dan besi tempa perintik
E Untuk besi tuang, paduan alumunium, magnesium dan logam-logam bantalan
F Untuk paduan tembaga yang dilunakkan dan plat lunak yang tipis
G Untuk besi tempa, paduan tembaga, nikel-seng dan tembaga-nikel
H Untuk alumunium, seng dan timbal
K Untuk logam bantalan dan logam yang sangat lunak lainnya, atau bahan-bahan tipis
L Sama dengan skala K
M Sama dengan skala K
P Sama dengan skala K
R Sama dengan skala K
S Sama dengan skala K
V Sama dengan skala K

2.1.3 Cara Penggunaan Mesin Uji Kekerasan Rockwell
Mesin uji kekerasan Rockwell (Rockwell Hardness Test) merupakan alat uji yang digunakan untuk menguji kekerasan dengan menggunakan metoda Rockwell. Mesin ini merupakan mesin yang digunakan untuk uji Rockwell jenis HR A, HR B, dan HR C. Sebelum pengujian yang perlu dilakukan pertama kali yaitu memasang indentor yang sesuai dengan jenis bahan atau specimen yang akan diuji. Indentor yang digunakan yaitu kerucut diamond 1200 dan bola baja. Setelah terpasang baru diletakkan specimen yang akan diuji kekerasannya ditempat yang tersedia dan menyetel beban yang akan digunakan untuk proses penekanan.
Pembebanan dalam proses pengujian kekerasan dengan menggunakan metoda Rockwell diberikan dalam dua tahap. Tahap awal yaitu beban minor sedangkan tahap yang kedua yaitu beban mayor atau beban utama. Besarnya beban minor maksimal seberat 10 Kg, sedangkan besarnya beban mayor tergantung pada skala kekerasan yang digunakan. Untuk nilai kekerasannya dapat dilihat pada jarum yang terpasang pada alat ukur berupa dial indicator pointer.
Adapun bahan-bahan atau perlengkapan yang dipakai untuk pengujian kekerasan Rockwell, adalah sebagai berikut :
1. Mesin Pengujian kekerasan Rockwell.
2. Indentor berupa bola baja ukuran  1/16” dan kerucut diamond 1200 .
3. Mesin gerinda.
4. Amplas kasar dan halus.
5. Benda uji (Test Specimen).

2.1.4 Spesifikasi Alat Uji Kekerasan Rockwell
Alat yang dipergunakan untuk melakukan uji kekerasan suatu logam yang dilakukan dengan menggunakan uji kekerasan rockwell digunakan alat yang bernama Rockwell Hardness Test. Berikut ini merupakan gambar beserta data dari mesin uji kekerasan rockwell:
Nama alat : Rockwell Hardness Test
Merk : AFFRI Seri 206.RT-206.RTS
Loading : Maximum 150 KP dan Minimum 60 KP
Spesifikasi : HR C Load : 150 KP
Indentor : Kerucut Diamond 1200
HR B Load : 100 KP
Indentor : Steel Ball  1/16”
HR A Load : 60 KP
Indentor : Kerucut Diamond 1200


Gambar 2.1 Mesin Uji Kekerasan Rockwell

2.2. Percobaan Metalografi
Metalografi merupakan suatu pengetahuan yang khusus menpelajari struktur logam dan mekanisnya. Dalam metalografi dikenal pengujian makrospkopi dan pengujian mikroskopi. Bila pengujian makroskopi dilakukan dengan mata telanjang atau memakai kaca pembesar, maka pada pengujian mikroskopi mengguanakan suatu alat yaitu mikroskop optis bahkan mikroskop elektron.
Pengujian metalografi dapat memberikan gambar-gambar dari struktur logam yang diuji sehingga diteliti lebih lanjut mengenai hubungan struktur pembentuk logam dengan sifat-sifat logam tersebut. Bahan-bahan dan perlengkapan untuk percobaan metalografi yaitu:
1. Gergaji besi. Alat ini digunakan untuk memotong benda uji atau specimen yang akan diuji sesuai dengan kebutuhan specimen yang diperlukan.
2. Grinding Belt. Alat ini digunakan untuk menggosok kasar permukaan specimen benda yang akan diuji.
3. Kertas amplas kasar dan halus. Amplas ini digunakan untuk menghaluskan permukaan specimen yang akan diuji. Nomor kertas amplas yang digunakan dimulai dari yang kasar sampai yang halus yaitu dari 220 sampai 1200.
4. Metallographic Polishing Table. Alat ini yaitu sebuah mesin poles yang digunakan untuk lebih memperhaluskan permukaan specimen yang akan diuji setelah mengalami penggosokkan halus dari berbagai macan nomor amplas yang digunakan.
5. Bejana atau cawan untuk Etching Reagents. Bejana diperlukan untuk tempat etching reagent yang akan digunakan untuk pekerjaan etsa permukaan specimen yang telah dilakukan polishing terlebih dahulu. Proses ini dilakukan untuk memperoleh gambaran nyata dari permukaan specimen yang akan diuji.
6. Mikroskop Metalurgi. Alat ini digunakan untuk memperbesar gambaran yang nyata dari permukaan specimen yang akan diuji setelah mengalami etching.
7. Camera. Alat ini digunakn untuk memotret gambar struktur yang sedang terlihat dibawah mikroskop, sehingga camera ini harus dipasang pada mikroskop untuk dapat melakukan pemotretan mikro struktur dengan mudah dan cepat.
8. Pasta (autosol) dan kain beludru. Bahan ini merupakan bahan yang digunakan pada saat Polishing dilakukan. Pasta atau autosol digunakan sebagai obat asah agar betel-betel yang diperoleh permukaan halus tanpa cacat. Sedangkan kain beludru digunakan sebagai piringan yang terdapat pada polishing table.
9. Printing Papers. Kertas ini digunakn untuk mencetak hasil gambar struktur yang telah diambil dengan menggunakan kamera.
10. Resin dan catalist. Bahan ini digunakan pada saat proses mounting atau penyalutan dilakukan. Bahan merupakan pencampur yang dapat memadatkan benda uji atau specimen pada cetakan yang telah dibuat sebelumnya.
11. Specimen atau benda uji. Benda ini merupakan benda atau specimen uji yang akan dilakukan pengujian metalografi.

2.2.1 Spesifikasi Metallurgical Microscope
Adapun spesifikasi alat yang digunakan untuk melakukan pengujian metalografi, adalah sebagai berikut:
Tyepiece : NWF 10 X
Objective : MSFX, MF 10 X, MF 20 X, MF 40 X.
Viewing Head : Binocular body complete with interpupillary distance
Illuminator : Koehler-type illuminator complete with aperture and field
diaphragms, filter slots and bulb cord. Uses EL-38 (8V, 15 W) tungsten filament bulb
Mechanical Stage : Graduated 150 x 160 mm in size 30 x 30 mm cross motion, reading to 0,1by vernier. Provided with low position stage controls.
Focusing Control : Stage height is adjustable by the control knob and fixed by
locking knob. Fine controls are workable in arrange of 2 mm.
Photo Mechanic : Optical path selector for visual abservation and
photography, built in reflecting mirror and camera port.
Plarizing Filters : Built in slideway, complete with analyzer, rotatable
through 00-90, and polarizer filter.
Microscope Stand : Inverrted stand, complete with built in plane glass
reflector, built in power supply transformer, variable light
intensity control, out put sockets.
Color Filters : Green filters for visual abservation and monochromatic
film photography, and blue filter for color photography.



Gambar 2.2 Mikroskop Metalurgi

2.3. Percobaan Uji Impact Charpy
Uji Impact charpy digunakan untuk mengetahui kegetasan atau keuletan suatu bahan (specimen) yang akan diuji dengan cara pembebanan secara tiba-tiba terhadap benda yang akan diuji secara statik. Benda uji dibuat terlebih dahulu sesuai dengan standar JIS Z2202 dan hasil pengujian benda tersebut akan mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk seperti bengkokan atau patahan sesuai dengan keuletan atau kegetasan terhadap benda uji tersebut.

2.3.1 Mesin Uji Impact
Mesin uji impact adalah mesin uji untuk mengetahui harga impak suatu bahan yang diakibatkan oleh gaya kejut pada bahan uji tesebut. Tipe dan bentuk konstruksi mesin uji bentur beraneka ragam mulai dari jenis konvensional sampai dengan sistem digital yang lebuh maju.
Dalam pembebanan statis dapat juga terjadi laju deformasi yang tinggi kalau bahan diberi takikan, maka tajam takikan makin besar deformasi yang terkonsentrasikan pada takikan, yang memungkinkan meningkatkan laju regangan beberapa kali lipat.
Patah getas menjadi permasalahan penting pada baja dan besi. Pengujian impact charpy banyak dipergunakan untuk menentukan kualitas bahan. Benda uji takikan berbentuk V yang mempunyai keadaan takikan 2 mm banyak dipakai.

2.3.2 Prinsip Dasar Mesin Uji Impact
Bila pendulum dengan berat G dan pada kedudukan h1 dilepaskan, maka akan mengayun sampai kedudukan fungsi akhir 4 pada ketinggian h3 yang juga hamper sama dengan tinggi semula h1 dimana pendulum mengayun bebas. Pada mesin uji yang baik, skala akan menunjukkan usaha lebih dari 0,05 kilogram meter (kg m), pada saat pendulum mencapai kedudukan 4.
Bila batang uji dipasang pada kedudukannya dan pendulum dilepaskan, maka pendulum akan memukul batang uji dan selanjutnya pendulum akan mengayun sampai kedudukan 3 pada ketinggian h2. Usaha yang dilakukan pendulum waktu memukul benda uji atau usaha yang diserap benda uji sampai patah dapat diketahui sebagai berikut:

W1 = G x h1 (kg m)

Dapat juga diselesaikan dengan menggunakan rumus berikut ini:

W1 = G x λ (1- cos α) (kg m)

Dimana: W1 = Usaha yang dilakukan (kg m).
G = Berat pendulum (kg).
h1 = Jarak awal antara pendulum dengan benda uji (m).
λ = Jarak lengan pengayun (m).
cos α = Sudut posisi awal pendulum.
Sisa usaha setelah mematahkan benda uji dapat diketahui melalui rumus sebagai berikut:

W2 = G x h2 (kg m)

Diperoleh persamaan sebagai berikut:

W2 = G x λ (cos β – cos α) (kg m)


Dimana : W2 = Sisa usaha setelah mematahkan benda uji (kg m)
G = Berat pendulum (kg)
h2 = Jarak akhir antara pendulum dengan benda uji (m)
λ = Jarak lengan pengayun (m)
cos β = Sudut posisi akhir pendulum
Besarnya usaha yang diperlukan untuk memukul patah benda uji dapat diketahui melalui rumus sebagai berikut:

W = W1 - W2 (Kg m)

Persamaan yang diperoleh dari rumus di atas adalah sebagai berikut:

W = G x λ (cos β - cos α) (Kg m)

Dimana:
W = Usaha yang diperlukan mematahkan benda uji (Kg m)
W1 = Usaha yang dilakukan (Kg m)
W2 = Sisa usaha setelah mematahkan benda uji (Kg m)
G = Berat pendulum (Kg)
λ = Jarak lengan pengayun (m)
cos α = Sudut posisi awal pendulum
cos β = Sudut posisi akhir pendulum
Besarnya harga impact dapat diketahui dari rumus berikut ini:
K =
Dimana :
K = nilai impact (Kg m/mm2)
W = Usaha yang diperlukan mematahkan uji (Kg m)
Ao = Luas penampang dibawah tatikan (mm2)

2.3.3 Spesifikasi Alat Uji Impact Charpy
Adapun spesifikasi alat uji impact tipe charpy ini adalah sebagai berikut:
Tipe alat uji : Charpy
Kapasitas : 85 J
Berat Godam (pendulum) : 8 Kg
Jarak titik ayun dengan titik pukul : 600 mm
Posisi awal pemukulan : 140 derajat
Sudut pisau pemukul : 30 derajat
Dimensi alat uji : 750 x 400 x 1000 mm
Standar bahan uji : Alumunium


Gambar 2.3 Alat Uji Impact Tipe Charpy Kapasitas 85 Joule



2.3.4 Bagian Utama Alat Uji Impact Tipe Charpy
Pada saat alat uji impact tipe charpy ini mempunyai beberapa bagian-bagian utama yang terdiri dari :
a. Badan alat uji impact
Badan alat uji impact terbuat dari baja profil U 70 x 40 mm dengan tebal baja 5 mm. Sedangkan dimensi dari badan alat uji impact ini adalah 750 x 100 x 1000 mm. Proses pengerjaan yang dilakukan dalam pembuatan badan alat uji impact ini adalah proses penyambungan atau proses pengelasan. Badan alat uji impact berfungsi sebagai tempat dudukan dari bearing dan tempat benda uji. Berikut ini adalah gambar badan alat uji impact tipe charpy.
b. Pendulum
Pendulum berfungsi sebagai beban yang akan diayunkan ke benda uji dan juga terdapat pisau pemukul untuk mematahkan benda uji. Pendulum terbuat dari baja pelat silinder Ø 230 x 30 mm dengan berat 8 kg. Pada bagian atas pendulum dihubungkan ke bagian lengan pengayun dengan cara dilas.
c. Lengan pengayun
Lengan pengayun berfungsi untuk meneruskan gerakan ayunan dari poros ke pendulum. Legan pengayun ini terbuat dari baja silinder Ø 20 x 600 mm, pada bagian atasnya dihubungkan ke poros dengan dilas dan pada bagian bawahnya dihubungkan ke pendulum dengan cara dilas.
d. Poros pengayun
Poros pengayun berfungsi sebagai penerus ayunan dari bearing ke lengan pengayun dan pendulum. Poros pengayun terbuat dari baja silinder Ø 25 x 450 mm. Pada bagian ujung kanan dan kirinya dihubungkan ke bearing dan pada bagian tengahnya dihubungkan ke lengan pengayun dengan cara dilas.
e. Bearing
Bearing berfungsi sebagai pengayun poros. Bearing yang digunakan adalah bearing dengan ukuran diameter dalam atau diameter poros 25 mm. Bearing ditempatkan pada bagian atas kiri pada badan alat uji impact dengan cara dibaut.

f. Tempat benda uji
Tempat benda uji berfungsi sebagai tempat diletakannya benda uji yang akan dilakukan pengujian. Tempat benda uji ini terbuat dari baja profil U 70 x 40 mm dengan tebal 5 mm. Tempat benda uji dilas menyatu dengan badan alat uji impact.
g. Busur derajat dan jarum penunjuk
Busur derajat berfungsi sebagai alat prngukur atau alat baca dari hasil pengujian. Jarum penunjuk berfungsi untuk menunjukan angka pada busur derajat yang merupakan hasil dari pengujian. Jarum penunjuk dihubungkan dengan poros pengayun dengan dibaut, sehingga arahnya sesuai dengan arah ayunan poros pengayun.
h. Pisau pemukul
Pisau pemukul berfungsi untuk memukul benda uji yang telah dibuat takikan, posisi pisau pada saat akan memukul adalah dibelakang kakikan benda uji. Bahan pisau pemukul ini harus lebuh keras dari benda yang akan diuji dan sudut pemukul pisau adalah 30 derajat.

Besar energi (W1 ) pada setiap sudut ayunan dapat diketahui dari data pada tebl berikut ini
Tabel 2.3 Besar Energi (W1) pada Setiap Sudut Ayun
Besar Sudut
 Energi (W1)
(Kg.m) Energi (W1)
(J)
100 0,0768 0,768
200 0,292 2,92
300 0,6432 6,432
400 1,1232 11,232
500 1,7184 17,184
600 2,4 24
700 3,1584 31,584
800 3,9667 39,667
900 4,8 48
1000 5,6332 56,332
1100 6,4416 64,416
1200 7,2 72
1300 7,8816 78,816
1400 8,4768 84,768


Tabel 2.4 Sisa Usaha (W2) pada Setiap Sudut Ayun
Besar Sudut
 Sisa Usaha (W2)
(Kg.m) Sisa Usaha (W2)
(J)
100 0,0768 0,768
150 0,168 1,68
200 0,292 2,92
250 0,4512 4,512
300 0,6432 6,432
350 0,8688 8,688
400 1,1232 11,232
450 1,4064 14,064
500 1,7184 17,184
550 2,0496 20,496
600 2,4 24
650 2,7744 27,744
700 3,1584 31,584
750 3,5616 35,616
800 3,9667 39,667
850 4,3824 43,824
900 4,8 48
950 5,2176 52,176
1000 5,6332 56,332
1050 6,0384 60,384
1100 6,4416 64,416
1150 6,8256 68,256
1200 7,2 72
1250 7,5504 75,504
1300 7,8816 78,816
1350 8,1936 81,936
1370 8,3088 83,088


2.3.5 Langkah-Langkah Uji Impact Charpy
Benda uji yang akan diuji pada alat uji impact tipe charpy ini harus dibuat dengan standar yang telah ditetapkan yaitu JIS Z2202. Adapun langkah-langkah pengujian impact tipe charpy ini adalah sebagai berikut:
1. Meletakan benda uji ditempat benda uji pada alat uji impact. Penenmpatan benda uji harus benar-benar pas berada pada posisi tengah-tengah dimana pisau pada pendulum berada pas sejajar dengan takikannya tersebut.
2. Menyetel posisi jarum pada 0 derajat.
3. Mengangkat pendulum sejauh 140o dengan cara memutar berlawanan arah jarum jam secara perlahan-lahan.
4. Melepaskan pendulum untuk mengayun dan mematahkan benda uji.
5. Melihat dan mencatat hasil data yang ditunjukkan oleh jarum penunjuk pada busur derajat.
6. Melakukan perhitungan dari dat pengujian yuang telah diperoleh, yaitu menghitung besarnya usaha (W) dan harga impact (K).

NB : jika kurang jelas download file aslinya saja disini. file yang kurang jelas diakibatkan data yang di upload  tidak terbaca di blog ini.