f_41146_m3a

Fisika Eksperimental Lanjut (Metode Rockwell)

UJI KEKERASAN MATERIAL DENGAN METODE ROCKWELL

Novi Tri Nugraheni1,Kiranti Nala Kusuma

1, Ratna Yulia Sari

2, Agung Sugiharto

3, Hanif

Roikhatul Janah4, Khoirotun Nisa

6 , Ahmad Zusmi Humam

7.

Laboratorium Fisika Material, Departemen Fisika

Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Airlangga

Surabaya

Abstrak

Telah dilakukan uji kekerasan material dengan metode Rockwell di laboratorium material Fakultas Sains

dan Teknologi Universitas Airlangga. Beberapa material seperti besi, baja, tembaga dan aluminium

banyak digunakan sebagi bahan konstruksi bangunan bertingkat, jalan, jembatan,sekolah dan bangunan

lainnya. Oleh karena itu kekerasan suatu material penting untuk diketahui agar penggunaan material

tersebut tepat dan sesuai. Selain itu karena menyangkut keselamatan orang banyak. Salah satu cara

untuk menentukan kekerasan suatu material adalah metode Rockwell. Metode ini dilakukan dengan cara

menekankan identer pada permukaan material uji. Skala pada alat akan menunjukkan tingkat

kekerasannya. Aluminium memiliki tingkat kekerasan sebesar 18,83 THC dengan kedalaman penetrasi

identor sebesar 1,62 mm .

Kata kunci :Kekerasan, Metode Rockwell, Identer, THC, Al uminium

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 air, untuk insinyur lubrikasi

kekerasan berarti ketahanan terhadap

mekanisme keausan, untuk para insinyur

mineralogi 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.

Setiap material yang akan

digunakan, maka sebelumnya perlu

dilakukan pengujian/pengetesan

material/logam, meliputi antara lain:

- Uji tarik material

- Uji kekerasan material

- Uji metalografi, dan lain-lain.

Setiap material sebelum digunakan perlu

dilakukan pengujian material/logam seperti

diatas, 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. DASAR TEORI

ketahanan material tersebut terhadap

gaya penekanan dari material lain yang lebih

keras. Penekanan tersebut dapat berupa

mekanisme penggoresan (scratching),

pantulan ataupun indentasi dari material

keras terhadap suatu permukaan benda uji.

Berdasarkan mekanisme penekanan tersebut,

dikenal 3 metode uji kekerasan:

1. Metode gores

Metode ini tidak banyak lagi

digunakan dalam dunia metalurgi dan

material lanjut, tetapi masih sering

dipakai dalam dunia mineralogy.Metode

ini dikenalkan oleh Friedrich Mohs yang

membagi kekerasan material di dunia ini

berdasarkan skala (yang kemudian

dikenal sebagai skala Mohs). Skala ini

bervariasi dari nilai 1 untuk kekerasan

yang paling rendah, sebagaimana

dimiliki oleh material talk, hingga skala

10 sebagai nilai kekerasan tertinggi,

sebagaimana dimiliki oleh intan. Dalam

skala Mohs urutan nilai kekerasan

material di dunia ini diwakili oleh: Talc,

Orthoclase Gipsum, Quartz, Calcite,

Topaz, Fluorite, Corundum, Apatite,

Diamond (intan).

Prinsip pengujian bila suatu mineral

mampu digores oleh Orthoclase tetapi

tidak mampu digores oleh Apatite, maka

kekerasan mineral tersebut berada antara

Apatite dan Orthoclase.Berdasarkan hal

ini, jelas terlihat bahwa metode ini

memiliki kekurangan utama berupa

ketidakakuratan nilai kekerasan suatu

material. Bila kekerasan mineral-mineral

diuji dengan metode lain, ditemukan

bahwa nilai-nilainya berkisar antara 1-9

saja, sedangkan nilai 9-10 memiliki

rentang yang besar.

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 specimen

standar terhadap “penetrator”. Adapun

beberapa bentuk penetrator atau cara

pengetesan ketahanan permukaan yang

dikenal adalah:

a. Ball indentation test (Brinel)

b. Pyramida indentation (Vickers)

c. Cone indentation test (Rockwell)

d. Uji kekerasan mikro

Berikut penjelasannya:

a. Metode Brinell

Pengujian kekerasan dengan

metode ini bertujuan untuk menentukan

kekerasan suatu material dalam bentuk

daya tahan material terhadap bola baja

(indentor) yang ditekankan pada

permukaan material uji tersebut

(speciment).Idealnya, pengujian ini

diperuntukan bagi material yang


memiliki kekerasan Brinell sampai 400

HB, jika lebih dari nilai tersebut maka

disarankan menggunakan metode

pengujian Rockwell ataupun Vickers.

Angka Kekerasan Brinell (HB)

didefinisikan sebagai hasil bagi

(koefisien) dari beban uji (F) dalam

Newton yang dikalikan dengan angka

faktor 0,102 dan luas permukaan bekas

luka tekan (injakan) bola baja (A) dalam

millimeter persegi. Indentor (bola baja)

biasanya telah dikeraskan dan diplating

ataupun terbuat dari bahan Karbida

Tungsten. Jika diameter Indentor 10 mm

maka beban yang digunakan (pada

mesin uji) adalah 3000 N sedang jika

diameter Indentornya 5 mm maka beban

yang digunakan (pada mesin uji) adalah

750N.

Diameter bola dengan gaya yang

diberikan mempunyai ketentuan, yaitu:

- Jika diameter bola terlalu besar dan gaya

yang diberikan terlalu kecil maka akan

mengakibatkan bekas lekukan yang

terjadi akan terlalu kecil dan

mengakibatkan sukar diukur sehingga

memberikan informasi yang salah.

- Jika diameter bola terlalu kecil dan gaya

yang diberikan terlalu besar maka dapat

mengakibatkan diameter bola pada

benda yang diuji besar (amblasnya bola)

sehingga mengakibatkan harga

kekerasannya menjadi salah.

Pengujian kekerasan pada Brinell ini

biasa disebut BHN (Brinell Hardness

Number). Pada pengujian Brinell akan

dipengaruhi oleh beberapa factor

berikut:

1. Kehalusan permukaan

2. Letak benda uji pada indentor

3. Adanya pengotor pada permukaan

b. Metode Vickers

Vickers adalah hamper sama

dengan uji kekerasan Brinell saja dapat

mengukur sekitar 400 VHN. Pengujian

kekerasan dengan metode Vickers

bertujuan menentukan kekerasan suatu

material dalam bentuk daya tahan

material terhadap intan berbentuk

piramida dengan sudut puncak

136.Derajat yang ditekankan pada

permukaan material uji tersebut. Angka

kekerasan Vickers (HV) didefinisikan

sebagai hasil bagi (koefisien) dari beban

uji (F) dalam Newton yang dikalikan

dengan angka faktor 0,102 dan luas

permukaan bekas luka tekan (injakan)

bola baja (A) dalam millimeter persegi.

Secara matematis dan setelah

disederhanakan, HV sama dengan 1,854

dikalikan beban uji (F) dibagi dengan

diagonal intan yang dikuadratkan. Beban

uji (F) yang biasa dipakai adalah 5 N per

0,102; 10 N per 0,102; 30 N per 0,102;

dan 50 N per 0,102.

c. Metode Rockwell

Rockwell merupakan metode

yang paling umum digunakan karena

simple dan tidak menghendaki keahlian

khusus. Digunakan kombinasi variasi

indenter dan beban untuk bahan metal

dan campuran mulai dari bahan lunak

sampai keras.

Indenter:

- Bola baja keras

Ukuran 1/16, 1/8, ¼, ½ inci (1,588;

3,175; 6,350; 12,70 mm)

- Intan kerucut

Hardness number (nomor kekerasan)

ditentukan oleh perbedaan kedalaman


penetrasi indenter, dengan cara member

beban minor diikuti beban major yang

lebih besar.

Berdasarkan besar beban minor dan

major, uji kekerasan Rockwell

dibedakan menjadi:

- Rockwell

Beban minor : 10 kg

Beban major : 60, 100, 150 kg

- Rockwell superficial

Beban minor : 3 kg

Beban major : 15, 30, 45 kg

Skala kekerasan:

Ska

la

yang umum dipakai dalam pengujian

Rockwell adalah:

a. HRA (Untuk material yang sangat keras)

b. HRB (Untuk material yang lunak).

Indentor berupa bola baja dengan

diameter 1/16 inchi dan beban uji 100

Kgf.

c. HRC (Untuk material dengan kekerasan

sedang). Indentor berupa kerucut intan

dengan sudut puncak 120 derajat dan

beban uji sebesar 150 Kgf.

Pengujian kekerasan dengan metode

Rockwell bertujuan menentukan

kekerasan suatu material dalam bentuk

daya tahan material terhadap benda uji

(speciment) yang berupa bola baja

ataupun kerucut intan yang ditekankan

pada permukaan material uji tersebut.

d. Uji kekerasan mikro

Pada pengujian ini indentornya

menggunakan intan kasar yang dibentuk

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 indentor yang

khusus berupa knop memberikan

kemungkinan membuat kekuatan yang

lebih rapat dibandingkan dengan lekukan

Vickers.Hal ini sangat berguna

khususnya bila mengukur kekerasan

lapisan tipis atau mengukur 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 arena

dapat menyebabkan permukaan logam

(baja) retak.

Kekerasan didefinisikan sebagai

ketahanan sebuah benda (benda kerja)

terhadap penetrasi/daya tembus dari

bahan lain yang lebih keras (penetrator).

Kekerasan merupakan suatu sifat dari

bahan yang sebagian besar dipengaruhi

oleh unsur-unsur paduannya dan

kekerasan suatu bahan tersebut dapat

berubah bila dikerjakan dengan cold

SIMBOL INDENTER BEBAN

MAJOR

(Kg)

A

B

C

D

E

F

G

H

K

Intan

Bola 1/6 inch

Intan

Intan

Bola 1/8 inch

Bola 1/16 inch

Bola 1/16 inch

Bola 1/8 inch

Bola 1/8 inch

60

100

150

100

100

60

150

60

150


worked seperti pengerolan, penarikan,

pemakanan dan lain-lain serta kekerasan

dapat dicapai sesuai kebutuhan dengan

perlakuan panas.

Faktor-faktor yang mempengaruhi

hasil kekerasan dalam perlakuan panas

antara lain: komposisi kimia, langkah

perlakuan panas, aliran pendinginan,

temperature pemanasan, dan lain-lain.

Proses hardening cukup banyak dipakai

di industri logam atau bengkel-bengkel

logam lainnya. Alat-alat permesinan atau

komponen mesin banyak yang harus

dikeraskan supaya tahan terhadap

tusukan atau tekanan dan gesekan dari

logam lain, misalnya roda gigi, poros-

poros dan lain-lain yang banyak dipakai

pada benda bergerak. Dalam kegiatan

produksi, waktu yang dibutuhkan untuk

menyelesaikan suatu produksi adalah

merupakan masalah yang sangat sering

dipertimbangkan dalam industry dan

selalu dicari upaya-upaya untuk

mengoptimalkannya.Pengoptimalan ini

dilakukan mengingat bahwa waktu

(lamanya) menyelesaikan suatu produk

adalah berpengaruh besar terhadap biaya

produksi.

Hardening dilakukan untuk

memperoleh sifat tahan aus yang tinggi,

kekuatan dan fatigue limit/strength yang

lebih baik. Kekerasan yang dapat dicapai

tergantung pada kadar karbon dalam

baja dan kekerasan yang terjadi akan

tergantung pada temperature pemanasan

(temperature autenitising), holding time

dan laju pendinginan yang dilakukan

serta seberapa tebal bagian penampang

yang menjadi keras banyak tergantung

pada hardenability.

III. METODE PENELITIAN

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

Gambar 1. Alat uji Rockwell

Pada langkah pertama benda uji ditekan

oleh indentor dengan beban minor (Minor

LoadF0) setelah itu ditekan dengan beban

mayor (Major Load F1) pada langkah kedua

dan langkah ketiga beban mayor diambil

sehingga yang tersisa adalah minor load,

seperti pada ilustrasi gambar berikut:

VI. DATA HASIL PENGAMATAN

Dari eksperimen yang telah kami

lakukan diperoleh data sebagai berikut.


Pengujian

ke-

Aluminium

(THC)

1 18,5

2 19,5

3 18,5

Rata-rata 18,83

VI. ANALISIS DAN PEMBAHASAN

Salah satu karakter mekanik dari

material keramik atau logam adalah dengan

uji kekerasan. Pada pengujian logam,

kekerasan didefinisikan sebagai 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. Pengujian

dilakukan pada tiga titik yang berbeda dalam

satu specimen dan dalam percobaan ini,

digunakan satu jenis spesimen saja yaitu

alumunium saja . Nilai yang ditunjukkan

oleh penyimpangan jarum menunjukkan

adanya pembebanan yang diberikan melalui

indenter setelah gaya yang diberikan

dilepaskan.

Semakin besar penyimpangan jarum

menunjukkan material tersebut dapat

dikatakan memiliki kekerasan yang cukup

tinggi karena hal tersebut membuktikan

bahwa material tersebut tahan terhadap

penekanan yang diberikan dan dari

pengujian tiga titik, selalu didapatkan nilai

TH yang berbeda-beda meskipun dalam satu

bahan yang sama, hal tersebut dikarenakan

homogenitas bahan, contohnya kuningan.

Kuningan merupakan paduan logam besi

dengan tembaga sehingga homogenitas atau

distribusi paduan belum tentu sama pada

setiap titik.

Begitu pula alumunium, jika yang

digunakan adalah alumunium murni maka

homogenitasnya bisa dipastikan sama rata

untuk setiap titik. Alumunium juga tidak

bisa menjadi materi yang murni di alam

bebas karena sifat kereaktifannya dalam

mengikat elektron untuk memperoleh

elektron valensi sempurna, sehingga apabila

di alam bebas maka akan berusaha mengikat

oksigen dan tereduksi.

Homogenitas merupakan sifat fisis

material (intrinsik) yaitu bagian dari density

(rapat masa) material. Dengan tingkat

homogenitas tinggi akan membentuk materi

tersebut mempunyai density yang lebih

padat, sehingga ketika materi tersebut

dikenai uji kekerasan dengan penekanan

materi lain, maka akan semakin kecil

kedalaman materi uji yang terkena tekanan

dan juga sebaliknya. Dari eksperimen yang

telah kami lakukan diperoleh data sebagai

berikut.

Rumus yang digunakan dalam Uji kekerasan

Rockwell :

.

Untuk alumunium karena menggunakan

indenter diamond cone, maka rumus yang

digunakan adalah THC,

Data ke-1

TH=18,5

Data ke-2


TH=19,5

Data ke-3

TH=18,5

Sehingga diperoleh rata-rata

3

60,162,162,1

= 1,62 mm

Sehingga diperoleh hubungan antara TH

dengan h1-h0

Hasil yang di peroleh maka di bandingkan

dengan literatur pada grafik dibawah

ini,Berdasarkan hasil yang kami

perolehsudah sesuai dengan literatur

Gambar 2. Literatur untuk

THA,THC dan THD

Dengan menggunakan literatur pada

gambar 3 dan ditekan menggunakan

indenter diamond diketahui bahwa

hubungan linieritas memenuhi persamaan.

y=-0,02x+2. Dari persamaan tersebut

dengan x adalah skala Rockwell rata-rata

spesimen alumunium dengan nilai kekerasan

pada alumunium adalah 18,83 hasil ini

diperoleh dengan cara mensubstitusikan

nilai y=1,62 mm. y merupakan perbedaan

kedalaman penetrsi identor terhadap

alumunium. Apabila kami hitung kekerasan

kuningan untuk 3 titik penetrsi maka akan

menghasilkan nilai kekerasan dalam skla

Rockwell yang bervariasi seperti berikut;

y1=1,63mm x1=18,5

y2=1,61mm x2=19,5

y3=1,63 mm x3=19,5

dengan x=skala Rockwell pada tiap titik

spesimen alumunium dan y adalah

perbedaan kedalaman penetrsi identor

terhadap alumunium.

V. KESIMPULAN

Nomor kekerasan dengan metode

Rockwell ditentukan oleh perbedaan

y = -0.02x + 2 R² = 1

1.61.611.621.631.64

18 18.5 19 19.5 20

h1

-h0

TH

Grafik Hubungan antara TH

dengan h1-h0 pada

Aluminium


kedalaman penetrsi identer dan

memiliki hubungan yang linear.

Dari hasil eksperimen yang telah

dilakukan dapat diketahui rata-rata

nilai kekerasan pada aluminium

sebesar 18,83 THC dengan

perbedaan kedalaman penetresi

identor sebesar 1,62 mm.

VI. DAFTAR PUSTAKA

Tim KBK Fisika Material. 2010. Buku

Petunjuk Praktikum Fisika Eksperimen

Lanjut (Fisika Material). Departemen

Fisika UNAIR.

- http:/www.what is hardness test uji

kekerasan.com diakses 15 November

2014

http://www.what/

f_41146_m3a

Documents