v1184 pengaruh temperatur hardening pada proses perlakuan

PENGARUH TEMPERATUR HARDENING PADA PROSES PERLAKUAN PANAS
TERHADAP UJI KEKERASAN DAN IMPACT BAJA AISI 1060
1,2
Maxtigor H. Sinaga1, Muslich Nasution. MT.2
Jurusan Teknik Mesin Sekolah Tinggi Teknik Harapan Medan 2016
E-mail :[email protected]
ABSTRAK
Proses pengerasan atau hardening untuk suatu proses perlakuan panas yang dilakukan untuk
menghasilkan suatu benda kerja yang keras, proses ini dilakukan pada temperatur tinggi yaitu pada
temperatur austenisasi yang digunakan untuk melarutkan sementit dalam austenit yang kemudian di
quenching.Pada tahap ini akan menghasilkan terperangkapnya karbon yang akan menyebabkan
bergesernya atom-atom sehingga terbentuk struktur body center tetragonal atau struktur yang tidak
setimbang yang disebut martensit yang bersifat keras dan getas.Adapuntujuanyang
ingindicapaipadapenelitianiniadalalhuntuk mendapatkan nilai kekerasan, energi yang diserap (E), dan
harga impact (HI)pada setiap spesimen baja karbon AISI 1060 sebelum dan sesudah Hardening. Hasil
penelitian diperoleh nilai HRC tertinggi didapat pada spesimen yang tidak dipanaskan yaitu sebesar 5,83,
pada pemanasan 900⁰C sebesar 5 dan terendah diperoleh pada pemanasan 850⁰C sebesar 3,5. Nilai E
tertinggi didapat pada spesimen yang dipanaskan pada suhu 900⁰C yaitu sebesar 293,97 Joule dengan
harga impact sebesar 3,27 Joule/mm2. Untuk spesimen yang dipanaskan pada suhu 850⁰C diperoleh nilai
E terendah yaitu 292,36 Joule dengan harga impact 2,96 Joule/mm2.
Kata kunci: Hardening, Baja AISI 1060, Kekerasan, Impact.
ABSTRACT
The process of hardening to a head treatment process is performed to produce a head
workpiece,the process is carried out at a high temperature at temperature austenisasi use to dissolve the
cementite in autenite then quenching. In this stage will result in rapping carbon that will causing the
shifting atoms so forming the body center tetragonal structure or structures that are not balanced called
martensite brittle and strong goals to be achived in this research is to optain hardness value ,the
absorbed energy prices and carbon steel specimens inpact .AISI 1060 before and after the research the
study hardening.Result highest values obtained HRC obtained specimens hat are not heated in the
amount of 5,83 at 900⁰C heating by 5 and the lowest was obtained on waring 3,5 the value of 850⁰C is
equal to the energy absorbed the highest obtained of specimen is heated at a temperature of 900 ⁰C is
equal to 293,97 joules at a price at 3,27 joule / mm2. to the specimen is heated at a temperature of 850⁰C
obtained the lowest value of the energy absorted is equal to a price of 292,36 joules impact of 2,96 joules
/mm.2
Keywords: Hardening, AISI 1060, Hardness,Impact.
1. PENDAHULUAN
Latar Belakang
Sejalan dengan perkembangan ilmu
pengetahuan dan teknologi, suatu hasil produksi
harus diimbangi dengan peningkatan suatu hasil
produksi, saat ini material baja sebagai bahan
utama dalam proses produksi. Ini dikarenakan
baja carbon dan paduan baja termasuk logam
yang memiliki kekuatan tinggi.Pengunaan baja
pada dunia industri sudah sejak dulu
populer.Namun mempunyai sifat yang kurang
baik, tidak tahan terhadap karat.yang disebut
martensit yang bersifat keras dan getas.
Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil
kekerasan dalam perlakuan panas antara lain:
komposisi kimia, perlakuan panas, cairan
pendingin, temperatur pemanasan dan lain-lain.
Kekerasan yang dapat dicapai tergantung pada
kadar karbon dalam baja dan kekerasan yang
terjadi akan tergantung pada temperatur
pemanasan (temperatur autenitis), holding time,
dan laju pendinginan yang dilakukan serta
seberapa tebal bagian penampang yang menjadi
keras banyak tergantung pada hardenability.
Baja karbon adalah paduan antara besi dan
karbon dengan sedikit Si, Mn, P, S dan Cu. Sifat
baja karbon tergantung pada kadar karbon, oleh
karena itu baja ini dikelompokkan berdasarkan
pada kadar karbonnya. Pada pengelompokannya
baja karbon dibagi menjadi tiga, yaitu baja
karbon rendah (low Carbon Steel) baja ini
mengandung karbon 0,03% - 0,05%, baja
karbon menengah (Medium High Carbon Steel )
mengandung karbon 0,3% - 0,60%, baja karbon
tinggi (High Carbon Steel) mengandung karbon
0,60% - 0,75%, baja karbon sangat tinggi (Very
High Carbon Steel) mengandung karbon 0,75%
- 1,90%.Dari latar belakang yang telah di
uraikan di depan maka penelitian lebih menitik
beratkan pada “Pengaruh temperatur hardening
pada proses perlakuan panas terhadap uji
kekerasan dan uji impact baja karbon AISI
1060”, dengan alasan bahwa penentuan
hardening yang digunakan pada proses impact
berpengaruh dalam menentukan kekerasan yang
dihasilkan.
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang maka dapat
dirumuskan beberapa rumusan yaitu:
1. Bagaimanakah kekerasan yang dimiliki baja
karbon AISI 1060 setelah diberikan
perlakuan panas dengan variasi temperatur
hardening?
2. Bagaimanakah ketangguhan impact yang
dimiliki baja karbon AISI 1060 setelah
diberikan perlakuan panas dengan variasi
temperatur hardening?
Batasan Masalah
Agar dalam penyusunan skripsi ini lebih
mengarah ke tujuan penelitian dengan
membatasi pokok permasalahan sebagai berikut:
1. Bahan yang digunakan adalah baja karbon
AISI 1060.
2. Suhu hardening yang digunakan adalah
850°C, 900°C, dan 950°C.
3. Media pendingin pada perlakuan panas
adalah Oli SAE 40.
4. Pengujian kekerasan hasil proses perlakuan
panas dengan metode Rockwell.
5. Pengujian ketangguhan impact hasil proses
perlakuan panas dengan metode Charpy.
Tujuan Penelitian
Adapuntujuanyang
ingindicapaipadapenelitianiniadalah:
1. Untuk mendapatkan nilai kekerasan pada
setiap spesimen baja karbon AISI 1060
sebelum dan sesudah Hardening.
2. Untuk mengetahui besar energi yang diserap
(E) dan harga impact (HI) pada setiap
spesimen baja karbon AISI 1060 sebelum
dan sesudah Hardening.
Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini
adalah:
1. Bagi peneliti dapat menerapkan apa yang
dipelajari di buku dengan terjun langsung
melakukan proses perlakuan panas terhadap
baja karbon AISI 1060.
2. Bagi akademik dapat menambah
pengetahuan tentang hasil penelitian yang
telah dilakukan guna referensi penelitian
selanjutnya.
3. Bagi industri dapat memberikan manfaat
apabila pada suatu konstruksi memerlukan
proses perlakuan panas untuk material yang
dipakai.
2. TINJAUANPUSTAKA
Heat Treatment
Prosesperlakuanpanas(HeatTreatment)
adalahsuatuprosesmengubahsifat
logamdengancaramengubahstrukturmikromelalu
iproses pemanasandan
pengaturankecepatanpendinginandenganatautanp
a merubahkomposisi kimialogamyang
bersangkutan.Adanya sifatalotropik dari besi
menyebabkan timbulnya variasi struktur
mikrodari
berbagaijenislogam.Alotropikitusendiriadalah
merupakan transformasidarisatubentuksusunan
atom(selsatuan) ke bentuksusunan
atomyanglain.Pada temperature di
bawah910⁰CselsatuannyaBody CenterCubic
(BCC), temperatur antara 910⁰C dan 1392⁰C sel
satuannya FaceCenter Cubic (FCC) sedangkan
temperatur diatas 1392⁰C sel satuannyakembali
menjadi BCC. Proses perlakuan
panasadaduakategori,yaitu:
a.
So
ftening(Pelunakan)
adalahusahauntukmenurunkansifatmeka
nik
agarmenjadilunakdengancaramendingin
kanmaterialyang sudah dipanaskan
didalamtungku(annealing)atau
mendinginkan dalamudara
terbuka(normalizing).
b.
Ha
rdening (Pengerasan) adalah usaha
untuk meningkatkan sifat
materialterutamakekerasandengancara
celupcepat(quenching)material
yangsudahdipanaskankedalamsuatumedi
aberupaair,air garam, maupun oli.
Berikut adalah macam-macam proses Heat
Treatment yang biasanya dilakukan yaitu:
Hardening
Hardening
adalahperlakuanpanasterhadaplogamdengansasar
an meningkatkan kekerasan alamilogam.
Perlakuan panas menuntut pemanasan benda
kerja menuju suhu pengerasan, jangka waktu
penghentianyang memadaipadasuhupengerasan
danpendinginan (pengejutan)berikutnyasecara
cepat dengankecepatanpendinginankritis.
Tempering
Perlakuanuntukmenghilangkantegangan
dalam danmenguatkanbaja dari
kerapuhandisebut dengan
memudakan(tempering). Tempering
didefinisikan sebagaiproses
pemanasanlogamsetelahdikeraskan pada
temperature tempering(dibawahsuhukritis),yang
dilanjutkandengan prosespendinginan.
Annealing
Annealingadalahperlakuan panas logam
dengan pendinginanyang lambat
berfungsiuntukmemindahkan tekanan
internalatau untukmengurangidan menyuling
struktur Kristal (melibatkanpemanasandiatas
temperature kritis bagian atas.
Normalizing
Normalizingadalah perlakuan panas
logam disekitar40⁰Cdiatasbatas kritis
logam,kemudianditahanpada temperature
tersebutuntukmasa waktuyang
cukupdandilanjutkandenganpendinginnanpadaud
ara terbuka.Pada prosespendinginan
initemperatur logamterjagauntuk
sementarawaktusekitar 2 menitper mmdari
ketebalan-nya hingga temperatur spesimen
sama dengan temperatur ruangan, dan struktur
yang diperolehdalamprosesini
diantaranyaperlit(eutectoid), perlit
brownferrite(hypoeutectoid)atau perlit brown
cementite (hypereutectoid).
Holding Time
Holdingtimedilakukan untukmendapatkan
kekerasan maksimumdari suatu bahan pada
proses hardeningdengan menahan pada
temperatur pengerasan untuk memperoleh
pemanasan yang homogen sehingga
strukturaustenitnyahomogeny
atauterjadikelarutankarbida kedalam
austenite,difusikarbondanunsur paduannya.
Quenching
Proses quenchingmelibatkanbeberapa
factor
yangsalingberhubungan.Pertamayaitujenismedia
pendingindankondisiprosesyangdigunakan, yang
keduadalah komposisikimia danhardenbility dari
logamtersebut.
Hardenbilitymerupakanfungsidari
komposisikimia danukuranbutir pada
temperature
tertentu.Selainitu,dimensidarilogamjuga
berpengaruh terhadap hasilprosesquenching.
Baja Karbon
Bajaadalah logam paduan,dimanalogam
besiadalahunsurdasarnyayang
diikutidenganbeberapaelemenlainnyatermasuk
karbon.Kandunganunsur
karbondalambajaberkisarantara0.2%hingga2.1%
sesuai jenisbajaitu sendiri.
Karbon,mangan,fosfor, sulfur, silikon,adalah
elemen-elemen yang
adapadabajakarbon.Selainitu,adaelemenlainyang
ditambahkanuntuk membedakan karakteristik
antara beberapa jenis baja diantaranya: mangan,
nikel, krom, molybdenum, boron, titanium,
vanadiumdan niobium denganmemvariasikan
kandungankarbondan unsurpaduanlainnya kita
dapatmendapatkankualitasbajayangkitainginkan.
Fungsikarbondalam
bajaadalahsebagaiunsurpengerasdenganmencega
hdislokasi bergeserpada kisikristal
(crystallattice)atombesiPenambahan kandungan
karbon pada baja dapat meningkatkan kekerasan
(hardness)dan kekuatan tariknya (tensile
strength), namun di sisi lain
membuatnyamenjadigetas(brittle)sertamenurunk
an keuletannya(ductility)Sedangkan Mangan
dipadukan dalam baja karbon dengan tujuan
untuk meningkatkan kekuatan luluh dengan
kandungan tidak lebih dari0,5% untuk
dapatmencegahterjadinyakegetasanpadasuhuting
gi(hotshortness)dan untuk mempermudah
prosesrollingsaat pembentukan raw
material.UntukPoshphor(P)danSulfur(S)Kedua
unsurinisedapatmungkin diminimalisir
dalampaduanbaja karbon,karenapada dasarnya
sulituntuk mendapatkanpaduanbaja karbon tanpa
phosphor dansulfur.Phosphor menimbulkan sifat
getas dan menurunkan kekuatan baja dalam
menahan bebanbenturanpada suhurendah.
SedangkanSulfurmenyebabkanbaja menjadigetas
padasuhutinggi.Karenahalitu,batas
maksimalkandungan keduanyatidak boleh
melebihi 0,05%.
Mekanisme Penguatan Logam
Penguatan logam yang berdampak
terhadap peningkatan sifat mekanik dapat terjadi
melalui berbagai cara, antara lain dengan
mekanisme pengerasan regangan (strain
hardening), larut-padat (solid-solution), fasa
kedua, presipitasi, dispersi, penghalusan butir
dan tekstur.
Standarisasi Baja
Berikut ini beberapa macam standarisasi
baja yang banyak dipakai yaitu:
1.
Amerika
Serikat
2.
Jepang (JIS =
Japan Industrial Standar)
3.
Standarisasi
Jerman (DIN = Deutsche Industrie Norman)
4.
Standarisasi
Perancis (NF)
Baja Karbon AISI
Baja adalah logam paduan, logam besi
sebagai unsur dasar dengan beberapa elemen
lainnya, termasuk karbon. Kandungan unsur
karbon dalam baja berkisar antara 0.2% hingga
2.1% berat sesuai grade-nya. Elemen berikut ini
selalu ada dalam baja: karbon, mangan, fosfor,
sulfur, silikon, dan sebagian kecil oksigen,
nitrogen dan aluminium. Selain itu, ada elemen
lain yang ditambahkan untuk membedakan
karakteristik antara beberapa jenis baja
diantaranya: mangan, nikel, krom, molybdenum,
boron, titanium, vanadium dan niobium. Dengan
memvariasikan kandungan karbon dan unsur
paduan lainnya, berbagai jenis kualitas baja bisa
didapatkan. Fungsi karbon dalam baja adalah
sebagai unsur pengeras dengan mencegah
dislokasi bergeser pada kisi kristal (crystal
lattice) atom besi. Baja karbon ini dikenal
sebagai baja hitam karena berwarna hitam,
banyak digunakan untuk peralatan pertanian
misalnya sabit dan cangkul.Penambahan
kandungan karbon pada baja dapat
meningkatkan kekerasan (hardness) dan
kekuatan tariknya (tensile strength), namun di
sisi lain membuatnya menjadi getas (brittle)
serta menurunkan keuletannya (ductility).
Meskipun baja sebelumnya telah diproduksi oleh
pandai besi selama ribuan tahun, penggunaannya
menjadi semakin bertambah ketika metode
produksi yang lebih efisien ditemukan pada abad
ke-17. Dengan penemuan proses Bessemer di
pertengahan abad ke-19, baja menjadi material
produksi massal yang membuat harga
produksinya menjadi lebih murah..Baja modern
secara umum diklasifikasikan berdasarkan
kualitasnya oleh beberapa lembaga-lembaga
standar.
1.
Terdap
at 3 macam besi mentah
a.
mentah putih
b.
mentah kelabu
Besi
Besi
c.
Besi
mentah bentuk antar
2.
Sifatsifat utama baja untuk dapat dipergunakan
sebagai bahan bangunan
a.
Ketegu
han (solidity) artinya mempunyai
ketahanan terhadap tarikan, tekanan atau
lentur.
b.
Elastisit
as (elasticity) artinya kemampuan atau
kesanggupan untuk dalam batas-batas
pembebanan tertentu, sesudahnya
pembebanan ditiadakan kembali kepada
bentuk semula.
c.
Kekeny
alan /keliatan (tenacity) artinya
kemampuan atau kesanggupan untuk
dapat menerima perubahan bentuk yang
besar tanpa menderita kerugian kerugian
berupa cacat atau kerusakan yang terlihat
dari luar dan dalam untuk jangka waktu
pendek.
d.
Kemun
gkinan di tempa (malleability) sifat dalam
keadaan merah pijar menjadi lembek dan
plastis sehingga dapat di rubah bentuknya.
e.
Kemun
gkinan di las (weklability) artinya sifat
dalam keadaan panas dapat digabungkan
satu sama lain dengan memakai atau tidak
memakai bahan tambahan, tanpa
merugikan sifat-sifat keteguhannya.
f.
Kekera
san (hardness) kekuatan melawan
terhadap masuknya benda lain.
Uji Impact
Uji impact adalah pengujian dengan
menggunakan pembebanan yang cepat (rapid
loading).Pengujian impact merupakan suatu
pengujian yang mengukur ketahanan bahan
terhadap beban kejut.Inilah yang membedakan
pengujian impak dengan pengujian tarik dan
kekerasan, dimana pembebanan dilakukan
secara perlahan-lahan.
Batang uji Charpy banyak digunakan di
Amerika Serikat, Benda uji Charpy memiliki
luas penampang lintang bujur sangkar (10 x 10
mm) dan memiliki takik (notch) berbentuk V
dengan sudut 45o, dengan jari-jari dasar 0,25
mmdankedalaman2mm.
Mesin uji impactcharpy
Benda uji diletakkan pada tumpuan
dalam posisi mendatar dan bagian yang
bertakik diberi beban impak dari ayunan
bandul, Serangkaian uji Charpy pada satu
material umumnya dilakukan pada berbagai
temperatur sebagai upaya untuk mengetahui
temperatur transisi.
Prinsip dasar pengujian charpy ini
adalah besar gaya kejut yang dibutuhkan untuk
mematahkan benda uji dibagi dengan luas
penampang patahan. Mula-mula bandul Charpy
disetel dibagian atas, kemudian dilepas
sehingga menabrak benda uji dan bandul
terayun sampai ke kedudukan bawah Jadi
dengan demikian, energi yang diserap untuk
mematahkan benda uji ditunjukkan oleh selisih
perbedaan tinggi bandul pada kedudukan atas
dengan tinggi bandul pada kedudukkan bawah
(tinggi ayun Bentuk perpatahan dapat dilihat
langsung dengan mata telanjang atau dapat pula
dengan bantuan mikroskop. Standar ASTM uji
impact ditunjukkan pada gambar.
Pengujian Impact Metode Charpy
.
a.
Pengu
jian Impact Metode Izod
Metode uji Izod lazim digunakan di Inggris dan
Eropa, Benda uji Izod mempunyai penampang
lintang bujur sangkar atau lingkaran dengan
takik V di dekat ujung yang dijepit, kemudian
uji impact dengan metode ini umumnya juga
dilakukan hanya pada temperatur ruang dan
ditujukan untuk material-material yang didisain
untuk berfungsi sebagai cantilever Faktor yang
mempengaruhi kegagalan material pada
pengujian impak adalah:
Brinell (HB/BHN)
Metoda uji kekerasan yang di ajukan
oleh J.A Brinell pada tahun 1900 ini merupakan
uji kekerasan lekukan yang pertamakali banyak
digunakan dan di susun pembakuannya. Uji
kekerasan ini berupa pembentukan lekukan pada
permukaan logam menggunakan indentor.
Indentor untuk brinell berbentuk bola dengan
diameter 10mm, diameter 5mm, diameter
2,5mm, dan diameter 1mm, itu semua adalah
diameter bola standar internasional.
Uji kekerasan Brinell dapat dirumuskan
dengan persamaan 2.3.
1. Notch
Notch pada material akan menyebabkan
terjadinya konsentrasi tegangan pada daerah
yang lancip sehingga material lebih mudah
patah. Selain itu notch juga akan menimbulkan
triaxial stress.
2. Temperatur
Pada temperature tinggi material akan
getas karena pengaruh vibrasi elektronnya yang
semakin rendah, begitupun sebaliknya.
3. Strainrate
Jika pembebanan di berikan pada strain rate
yang biasa-biasa saja, maka material akan
sempat mengalami deformasi plastis, karena
pergerakan atomnya (dislokasi).
Uji Kekerasan (Hardness)
Uji kekerasan atau hardness test
merupakan salah satu cara untuk mengetahui
kekuatan atau ketahanan suatu (bahan)
material. Sedangkan kekerasan itu sendiri
(hardness) ialah salah satu sifat mekanik dari
suatu material selain sifat fisik dan teknologi
yang dimilikinya.
Kekerasan (Hardness) adalah salah
satu sifat mekanis dari suatu
material.Kekerasan suatu material harus
diketahui khususnya untuk material yang
dalampenggunaannya akan mengalami
pergesekan (frictional force) dan
deformasiplastis.(frictional force) dan
deformasiplastis. Di dunia teknik umumnya
pengujian kekerasan menggunakan tiga
macammetode pengujian yaitu metode Brinell,
Rockwell, dan Vickers.
Dimana:
D = diameter bola (mm)
d = impression diameter (mm)
F = Load (beban) (kgf)
Gambar 2.6. Skema pengujian Brinell
Semakin keras logam yang diuji, maka semakin
tinggi nilai HB. Bahan-bahan atau
perlengkapan yang digunakan untuk uji
kekerasan Brinell adalah sebagai berikut:
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
Mesin uji kekerasan Brinell.
Bola baja untuk Brinell (Brinell Ball).
Mikroskop pengukur.
Stopwatch.
Mesin gerinda.
Ampelas kasar dan halus.
Benda uji (test specimen).
Apabila kita memakai bola baja untuk
uji Brinell, biasanya yang terbuat dari baja
krom yang telah disepuh atau cermentite
carbide. Bola Brinell ini tidak boleh
berdeformasi sama sekali di saat proses
penekanan ke permukaan logam uji.Standar
dari bola Brinell yaitu mempunyai Ø 10 mm
atau 0,3937 in, dengan penyimpangan
maksimal 0,005 mm atau 0,0002 in. Selain
yang telah distandarkan di atas, terdapat juga
bola-bola Brinell dengan diameter lebih kecil
(Ø 5 mm, Ø 2,5 mm, Ø 2 mm, Ø 1,25 mm, Ø 1
mm, Ø 0,65 mm) yang juga mempunyai
toleransi-toleransi tersendiri. Misalnya, untuk
diameter 1 sampai dengan 3 mm adalah lebih
kurang 0,0035 mm, antara 3 sampai dengan 6
mm adalah 0,004 mm, dan antara 6 sampai
dengan 10 mm adalah 0,005 mm.
Penggunaannya bergantung pada gaya tekan P
dan jenis logam yang diuji, maka penguji harus
dapat memilih diameter bola yang paling
sesuai. Berikut ini merupakan langkah-langkah
yang dilakukan untuk menguji kekerasan logam
dengan metode Brinell, yaitu:
1. Memeriksa dan mempersiapkan specimen
sehingga siap untuk diuji.
2. Memeriksa dan mempersiapkan mesin yang
akan dipakai untuk menguji.
3. Melakukan pemeriksaan pada pembebanan,
diameter bola baja yang digunakan, dan alat
pengukur waktu.
4. Membebaskan beban tekan dan
mengeluarkan bola dari lekukan lalu
memasang alat optis untuk melihat bekas
yang kemudian mengukur diameter bekas
sebelumnya secara teliti dengan mikrometer
pada mikroskop. Pengukuran diameter ini
untuk sebuah lekuk dilakukan dua kali secara
bersilang tegak lurus dan baru dari dua nilai
diameter yang diperoleh, diambil rataratanya. Kemudian dimasukkan ke dalam
rumus Brinell untuk memperoleh hasil
kekerasan Brinell-nya (HB).
5. Melakukan proses pengujian sebanyak lima
kali sehingga diperoleh nilai ratarata dari uji
kekerasan Brinell tersebut.
6. Yang perlu diperhatikan adalah jarak dari
titik pusat lekukan baik dari tepi specimen
maupun dari tepi lekukan lainnya minimal 2
dari 3/2 diameter lekukannya.
Standar yang digunakan dalam metode
Brinell yaitu ASTM E10 dan ISO
6506.Kelebihan metode Brinell yaitu sangat
dianjurkan untuk material-material atau
bahan.
Rockwell (HR/RHN)
Pengujian rockwell menggunakan
indentor bola baja diameter standar (diameter 10
mm, diameter 5 mm, diameter 2,5 mm, dan
diameter 1 mm) dan indentor kerucut intan.
pengujian ini tidak membutuhkan kemampuan
khusus karena hasil pengukuran dapat terbaca
langsung, tidak seperti metoda pengujian Brinell
dan Vickers yang harus dihitung menggunakan
rumus terlebih dahulu.Pengujian ini
menggunakan 2 beban, yaitu beban minor/minor
load (F0) = 10kg dan beban mayor/mayor load
(F1) = 60 kg sampai dengan 150kg tergantung
material yang akan di uji dan tergantung menu
rockwell yang dipilih (ada HRC, HRB, HRG,
dan HRD. Untuk menguji material yang
kekerasannya sama sekali belum diketahui kita
harus menggunakan rockwell HRC. HRC
menggunakan indentor kerucut intan dan beban
150kg.Ini dimaksudkan untuk mencegah
rusaknya indentor karena kalah keras
dibandingkan material yang di uji.Pengujian
kekerasan dengan metode ini bertujuan untuk
menentukan kekerasan suatu bahan/material
dalam bentuk daya tahan material terhadap
indentor berupa bola baja ataupun kerucut intan
yang ditekankan pada permukaan material uji
tersebut. Nilai rockwell dengan persamaan 2.4.
HR = E – e ..................................................(2.4)
Dimana:
HR = besarnya nilai kekerasan dengan
metode Rockwell
E = jarak antara indentor saat diberi minor
load dan zero reference line.
e = jarak antara kondisi 1 dan kondisi 3
yang dibagi dengan 0.002 mm
Gambar 2.7. Skema pengujian Rockwell
Adapun standar kekerasan metode pengujian
Rockwell ditunjukkan pada tabel berikut
Tabel 2.5. Skala kekerasan metode pengujian
Rockwell
Tabel 2.6. Skala kekerasan dan pemakaiannya
Skala
Pemakaiannya
A
Untukcarbide cementite, baja
tipis, dan baja dengan lapisan
keras yang tipis
B
Untuk paduan tembaga, baja
lunak, paduan alumunium,
dan besi tempa
C
Tingkatan skala kekerasan menurut metode
Rockwell dapat dikelompokkan menurut jenis
indentor yang digunakan pada masing-masing
skala. Dalam metode Rockwell ini terdapat dua
macam indentor yang ukurannya bervariasi,
yaitu :
1.
D
E
K
F
B
G
erucut intan dengan besar sudut 120º dan
disebut sebagai Rockwell Cone.
2.
ola baja dengan berbagai ukuran dan disebut
sebagai Rockwell Ball.
Untuk cara pemakaian skala ini, kita terlebih
dahulu menentukan dan memilih ketentuan
angka kekerasan maksimum yang boleh
digunakan oleh skala tertentu. Jika pada skala
tertentu tidak tercapai angka kekerasan yang
akuran, maka kita dapat menentukan skala lain
yang dapat menunjukkan angka kekerasan yang
jelas. Berdasarkan rumus tertentu, skala ini
memiliki standar atau acuan, dimana acuan
dalam menentukan dan memilih skala
kekerasan dapat diketahui melalui tabel sebagai
berikut :
H
K
L
M
Untuk baja, besi tuang keras,
besi tempa peritik, titanium,
baja dengan lapisan keras
yang dalam, dan bahan-bahan
lain yang lebih keras daripada
skala B-100
Untuk baja tipis, baja dengan
lapisan keras yang sedang,
dan besi tempa peritik
Untuk besi tuang, paduan
alumunium, magnesium, dan
logam-logam bantalan
Untuk paduan tembaga yang
dilunakkan dan pelat lunak
yang tipis
Untuk besi tempa, paduan
tembaga, nikel-seng, dan
tembaga-nikel
Untuk alumunium, seng, dan
timbal
Untuk logam, bantalan, dan
logam yang sangat lunak
lainnya, atau bahan-bahan
tipis
Untuk logam, bantalan, dan
logam yang sangat lunak
lainnya, atau bahan-bahan
tipis
Untuk logam, bantalan, dan
logam yang sangat lunak
lainnya, atau bahan-bahan
tipis
P
R
S
V
Untuk logam, bantalan, dan
logam yang sangat lunak
lainnya, atau bahan-bahan
tipis
Untuk logam, bantalan, dan
logam yang sangat lunak
lainnya, atau bahan-bahan
tipis
Untuk logam, bantalan, dan
logam yang sangat lunak
lainnya, atau bahan-bahan
tipis
Untuk logam, bantalan, dan
logam yang sangat lunak
lainnya, atau bahan-bahan
tipis
Pembebanan dalam proses pengujian kekerasan
metode Rockwell diberikan dalam dua tahap.
Tahap pertama disebut beban minor dan tahap
kedua(beban utama) disebut beban mayor.Beban
minor besarnya maksimal 10 kgsedangkan
beban mayor bergantung pada skala kekerasan
yang digunakan.Berikut ini merupakan cara
pengujian
dan
penggunaan
dengan
menggunakan metode pengujian Rockwell,
yaitu;
1.
C
ara pengujian kekerasan Rockwell
Cara Rockwell ini berdasarkan pada penekanan
sebuah indentor dengan suatu gaya tekan
tertentu ke permukaan yang rata dan bersih dari
suatu logam yang diuji kekerasannya. Setelah
gaya tekan dikembalikan ke gaya minor, maka
yang akan dijadikan dasar perhitungan untuk
nilai kekerasan Rockwell bukanlah hasil
pengukuran diameter atau diagonal bekas
lekukan, tetapi justru dalamnya bekas lekukan
yang terjadi itu. Inilah perbedaan metode
Rockwell
dibandingkan
dengan
metode
pengujian kekerasan lainnya.Pengujian Rockwell
yang umumnya dipakai ada tiga jenis, yaitu
HRA, HRB, dan HRC.HR itu sendiri merupakan
suatu singkatan kekerasan Rockwell atau
Rockwell Hardness Number dan kadang-kadang
disingkat dengan huruf R saja.
2. Cara penggunaan mesin uji kekerasan Rockwell.
Sebelum pengujian dimulai, penguji
harus memasang indentor terlebih dahulu sesuai
dengan jenis pengujian yang diperlukan, yaitu
indentor bola baja atau kaerucut intan. Setelah
indentor
terpasang,
penguji
meletakkan
specimen yang akan diuji kekerasannya di
tempat yang tersedia dan menyetel beban yang
akan digunakan untuk proses penekanan. Untuk
mengetahui nilai kekerasannya, penguji dapat
melihat pada jarum yang terpasang pada alat
ukur berupa dial indicator pointer.
Kesalahan pada pengujian Rockwell dapat
disebabkan oleh beberapa faktor yaitu
a. Benda uji.
b. Operator.
c. Mesin uji Rockwell.
Kelebihan dari pengujian logam dengan metode
Rockwell, yaitu :
a. Dapat digunakan untuk bahan yang sangat
keras.
b. Dapat dipakai untuk batu gerinda sampai
plastik.
c. Cocok untuk semua material yang keras
dan lunak.
Kekurangan dari pengujian logam dengan
metode Rockwell, yaitu :
a. Tingkat ketelitian rendah.
b. Tidak stabil apabila terkena goncangan.
c. Penekanan bebannya tidak praktis.
Vickers (HV/VHN)
Uji vickers dikembangkan di inggris
tahun 1925. Dikenal juga sebagai Diamond
Pyramid Hardness test (DPH). Uji kekerasan
vickers menggunakan indentor piramida intan,
besar sudut antar permukaan piramida intan
yang saling berhadapan adalah 136 derajat. Ada
dua rentang kekuatan yang berbeda, yaitu mikro
(10g–1000g) dan makro (1kg–100kg).Metode
ini bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu
bahan/material dalam yaitu daya tahan material
terhadap indentor intan yang cukup kecil dan
mempunyai bentuk geometrik berbentuk
piramida.Beban yang digunakan juga jauh lebih
kecil dibanding yang digunakan pada pengujian
Rockwell dan brinell yaitu antara 1 sampai 1000
gram.
Nilai kekerasan vickers dirumuskan dengan
persamaan 2.5 atau persamaan 2.6.
HV = 𝐹. Sin 136°/2 D²/2............................. (2.5)
HV = (1,8544×F)/D² ....................................(2.6)
Dimana:
HV = angka kekerasan Vickers
D = diagonal (mm)
F = beban (kgf)
Standar pengujian Vickers yaitu ASTM E 384
(Rentang micro 10gr – 1000gr), ASTM E 92
(Rentang macro 1kg – 100kg), dan ISO 6507
(micro dan macro).
logam-logam yang dilunakkan dan
mengakibatkan pengukuran panjang diagonal
yang berlebihan. Lekukan berbentuk tong
(gambar 2.4c) akibat penimbunan ke atas logamlogam di sekitar permukaan penekan tedapat
pada logam-logam yang mengalami proses
pengerjaan dingin.Gambar 2.9. Tipe-tipe
lekukan piramid intan: (a) lekukan yang
sempurna, (b) lekukan bantal jarum, (c) lekukan
berbetuk tong.
Berikut ini merupakan langkah-langkah
yang dilakukan untuk menguji kekerasan logam
dengan metode Vickers, yaitu:
Gambar 2.8. Skema pengujian Vickers
Karena jejak yang dibuat dengan
penekan piramida serupa secara geometris dan
tidak terdapat persoalan mengenai ukurannya,
maka VHN tidak tergantung kepada beban.Pada
umumnya hal ini dipenuhi, kecuali pada beban
yang sangat ringan. Beban yang biasanya
digunakan pada uji vickers berkisar antara 1
hingga 120 kg. tergantung pada kekerasan logam
yang akan diuji.Lekukan yang benar yang dibuat
oleh penekan piramida intan harus berbentuk
bujur sangkar (gambar 2.4a).Lekukan bantal
jarum (gambar 2.4b) adalah akibat terjadinya
penurunan logam di sekitar permukaan piramida
yang datar.Keadaan demikian terjadi pada
1. Persiapkan alat dan bahan pengujian
a. Mesin uji kekerasan Vickers (Vickers
Hardness Test)
b. Indentor piramida intan (diamond
pyramid)
c. Benda uji yang sudah di gerinda
d. Amplas halus
e. Stopwatch
f. Mikroskop pengukur (biasanya satu set
dengan alat)
2. Indentor di tekankan ke benda uji/material
dengan gaya tertentu. (rentang micro 10gr–
1000gr dan rentang micro 1kg – 100kg).
3. Menunggu selama 10 – 20 detik.
4. Bebaskan gaya dan lepaskan indentor dari
benda uji.
5.
U
kur 2 diagonal lekukan persegi (belah
ketupat) yang terjadi menggunakan
mikroskop pengukur. (ukur dengan teliti dan
cari rata-ratanya).
6.
M
asukkan data-data tersebut ke rumus nilai
kekerasan.
Bentuk ini alat uji kekerasan yang ditunjukkan
pada gambar 2.10.
3.
4.
5.
6.
Gambar 2.10. Alat uji kekerasan
7.
3 .METODE PENELITIAN
Tempat dan Waktu
Tempat
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium
Material Test, Politeknik Teknologi Kimia
Industri (PTKI) Medan, Sumatera Utara.
8.
9.
dalam oven pemanas mula-mula sampai suhu
850⁰C.
Setelah suhu pemanasan tercapai lalu ditahan
selama 30 menit.
Memanaskan 2 spesimen impact dan 1
spesimen uji kekerasan berikutnya secara
bersamaan di dalam oven pemanas sampai
suhu 900⁰C.
Setelah suhu pemanasan tercapai lalu ditahan
selama 30 menit.
Memanaskan 2 spesimen impact dan 1
spesimen uji kekerasan berikutnya secara
bersamaan di dalam oven pemanas sampai
suhu 950⁰C.
Setelah suhu pemanasan tercapai lalu ditahan
selama 30 menit.
Selanjutnya melakukan uji kekerasan untuk 4
spesimen yang bulat dimana 1 tidak
dipanaskan dan 3 yang sudah dipanaskan.
Setiap spesimen ditekan sebanyak 3 titik lalu
dicari nilai kekerasannya.
Waktu
Waktu penelitian dimulai dari pengajuan
judul skripsi, pembuatan spesimen, pengujian,
analisa data, dan penyusunan laporan sampai
dinyatakan selesai.
Prosedur Penelitian
Adapun prosedur yang di lakukan
adalah:
1. Dipersiapkan spesimen untuk perlakuan
panas sekaligus untuk pengujian impact dan
pengujian kekerasan.
Spesimen hasil uji kekerasan
10. Selanjutnya membuat takik pada spesimen
uji impact.
11. Selanjutnya melakukan pengujian impact
untuk 7 spesimen dimana 1 spesimen tidak
dipanaskan dan 6 spesimen yang sudah
dipanaskan.
12. Selanjutnya menghitung besar energi yang
diserap dan menghitung harga impact
Spesimen
2. Memanaskan 2 spesimen impact dan 1
spesimen uji kekerasan secara bersamaan di
Spesimen hasil uji impact
4 .HASIL UJI KEKERASAN
Pada pengujian kekerasan dilakukan
dengan menggunakan metodeRockwell yang
bekas injakan/indentornya dapat dilihat dengan
teropong indentor, dan nilai kekerasannya
(HRC) disesuaikan dengan tabel kekerasan.
Hasil pengujian kekerasan
HR
C
HRC
No
.
Spesimen
1
Non
Hardenin
g
7,5
2
850⁰C
3
3,5
4
3,5
3
900⁰C
5
5,5
4,5
5
4
950⁰C
4
4,5
4
4,16
Titi
k1
Titi
k2
4
Titi
k3
6
ratarata
5,83
Jika nilai impactnya besar maka itu artinya
bahan yang digunakan tergolong ulet dan dapat
mengalami patah getas.Hal-hal yang didapat
antara lain adanya takikan, kecepatan
pembebanan yang tinggi yang dapat
menyebabkan regangan yang tinggi pula. Pada
pengujian impact ini dilakukan dengan metode
Charpy dengan sudut awal pemukulan sebesar
144º.Hasil pengujian impact untuk setiap
spesimen baja AISI 1060 dapat dilihat pada tabel
berikut ini.
Hasil uji impact
N
O
.
Spesi
men
b
A
(m
m)
grafik gabungan keempat spesimen untuk hasil
pengujian kekerasan baja AISI 1060 dapat
dilihat pada Gambar dapat dilihat pada Gambar
Hasil pengujian kekerasan spesimen gabungan
HASIL UJI IMPACT
Pada pengujian impact ini bertujuan
untuk mengukur keuletan suatu bahan terhadap
beban tiba-tiba dengan cara mengukur
perubahan energi potensial sebuah bandul yang
dijatuhkan pada ketinggian tertentu. Perbedaan
tinggi ayunan bandul merupakan ukuran energi
yang diserap oleh benda uji.Besar energi yang
diserap ditentukan oleh keuletan suatu benda uji.
A
Α
(
m
m
)
(mm
2)
(de
raj
at)
Β
(deraj
at)
1
Non
Hard
ening
8,9
10
,6
94,3
4
14
4
8
2
850⁰
C
9,3
5
10
,3
5
98,3
6
14
4
8
3
900⁰
C
8,9
5
10
,2
91,2
95
14
4
4
4
950⁰
C
8,9
5
10
,0
5
89,9
45
14
4
4,5
Berikut ini grafik energi yang diserap
untuk spesimen baja AISI 1060 sebelum dan
sesudahperlakuanhardening.
Hasil pengujian impact semua
spesimen Selanjutnya grafik hargaimpact untuk
spesimen baja AISI 1060 yang sudah
dipanaskan.
Saran
Sebaiknya melakukan foto mikro, uji
impact dengan metode berbeda, uji tarik, dan uji
kekerasan dengan metode berbeda untuk
spesimen yang sama.
DAFTARPUSTAKA
Cahya, Sutowo., 2015. Pengaruh proses
hardening pada baja HQ7 AISI 4140
dengan media oli dan air terhadap sifat
mekanis dan struktur mikro. Sintek Vol. 7
No. 1
5 .KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Dari hasil pengujian dan pembahasan
Pengaruh temperatur hardening pada proses
perlakuan panas terhadap uji kekerasan dan uji
impact baja karbon AISI 1060 dapat
disimpulkan sebagai berikut :
1. Nilai HRC tertinggi didapat pada spesimen
yang non hardening atau tidak dipanaskan
yaitu sebesar 5,83. Untuk spesimen yang
dipanaskan nilai HRC tertinggi diperoleh
pada pemanasan 900⁰C sebesar 5 dan
terendah diperoleh pada pemanasan 850⁰C
sebesar 3,5. Untuk spesimen yang
dipanaskan pada suhu 950⁰C diperoleh nilai
HRC sebesar 4,16.
2. Besar sudut akhir pemukulan (β) yang
tertinggi diperoleh pada spesimen suhu
850⁰C dengan nilai 9⁰, sedangkan besar
sudut akhir pemukulan (β) yang terendah
diperoleh pada spesimen suhu 900⁰C dengan
nilai 4⁰. Untuk spesimen original diperoleh
sudut β sebesar 8⁰. Nilai E tertinggi didapat
pada spesimen yang dipanaskan pada suhu
900⁰C yaitu sebesar 293,97 Joule dengan
harga impact sebesar 3,27 Joule/mm2. Untuk
spesimen yang dipanaskan pada suhu 850⁰C
diperoleh nilai E terendah yaitu 292,36 Joule
dengan harga impact 2,96 Joule/mm2.Untuk
spesimen yang dipanaskan pada suhu 950⁰C
diperoleh nilai E terendah yaitu 293,86 Joule
dengan harga impact 3,26 Joule/mm2.
Penaikan hanya1 juole disebabkan pemberian
suhu yang tidak terlalu tinggi tiap langkah
panaikan suhu.
LawrenceHVan Vlack.1992.“Ilmu danteknologi
Bahan”.Jakarta: Erlangga.
Wikipedia, The Free Encyclopedia. Brinell
Scale. Diterima dari
https://en.wikipedia.org/wiki/Brinell scale
tanggal 06 Juli 2016.
Wikipedia, The Free Encyclopedia. Brinell
Scale.Diterimadarihttps://en.wikipedia.org
/wiki/Rockwell_scale tanggal 06 Juli
2016.
Wikipedia, The Free Encyclopedia. Brinell
Scale.Diterimadarihttps://en.wikipedia.org
/wiki/Vickers_hardness_test tanggal 06
Juli 2016.
Alat Uji, 2016. What is Hardness Test (Uji
Kekerasan).Artikel.Diterimadari
http://www.alatuji.com/article/detail/3/wh
at-is-hardness-test-uji-kekerasan
#.V6iQ7RL0-aM tanggal 06 Juli 2016.
Panangian,Samuel.2014.Uji Kekerasan Material.
Diterima dari
http://pengujiankekerasan.blogspot.co.id/2
014/03/uji-kekerasan-material.html
tanggal 06 Juli 2016.
Mechanical, Brothers, 2011. Sistem Penomoran
AISI, SAE, dan UNS. Diterimadari
https://mechanicalbrothers.wordpress.com
/2011/02/06/steel-designation-system/
tanggal 06 Juli 2016.
MyronL.Begeman. 1993. Teknologi Mekanik.
Jakarta:Penerbit Erlangga.