UJI KEKERASAN MATERIAL DENGAN METODE ROCKWELL.pdf

UJI KEKERASAN MATERIAL DENGAN METODE ROCKWELL

Fitri Kurniasari*, Tirta Amerta*, Chintya Krisna Inggira*, Shofwah*, Gregorius Bimoandre

Revan*

*Program Studi S1-Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga

Email : [email protected]

ABSTRAK

Telah dilakukan eksperimen untuk menguji kekerasan bahan menggunakan metode Rockwell

dengan tiga spesimen uji yang tidak diketahui jenisnya, diberi nama diantaranya spesimen I,

spesimen II, dan spesimen III. Indentor yang digunakan adalah steel-ball untuk spesimen

alumunium dan diamond cone untuk spesimen kuningan dan besi. Indentor steel-ball akan

memberikan gaya sebesar 980,7 kgf terhadap material alumunium dan indentor diamond

cone akan memberikan gaya sebesar 588,4 kgf terhadap kuningan dan besi. Pengujian ini

dilakukan pada tiga titik berbeda pada satu spesimen. Dari pengujian diketahui bawa nilai

kekerasan Rockwell dalam satuan mm pada tiga titik berbeda untuk spesimen I adalah 0,79

mm; 0,80 mm; 0,83 mm, untuk spesimen II adalah 1,90 mm; 1,83 mm; 1,83 mm, dan untuk

spesimen III adalah 0,66 mm; 0,64 mm; 0,62 mm.

Kata kunci : uji kekerasan, metode Rockwell, indentor.

PENDAHULUAN

Kekerasan (hardness) adalah salah

satu sifat mekanik (mechanical properties)

dari suatu material. Kekerasan suatu

material harus diketahui khususnya untuk

material yang dalam penggunaanya akan

mangalami pergesekan (frictional force)

dan deformasi plastis. Deformasi plastis

sendiri suatu keadaan dari suatu material

ketika material tersebut diberikan gaya

maka struktur mikro dari material tersebut

sudah tidak bisa kembali ke bentuk asal,

artinya material tersebut tidak dapat

kembali ke bentuknya semula. Lebih

ringkasnya kekerasan didefinisikan

sebagai kemampuan suatu material untuk

menahan beban identasi atau penetrasi

(penekanan).

Di dalam aplikasi manufaktur,

material dilakukan pengujian dengan dua

pertimbangan yaitu untuk mengetahui

karakteristik suatu material baru dan

melihat mutu untuk memastikan

suatu material memiliki spesifikasi

kualitas tertentu.

DASAR TEORI

Kekerasan suatu material dapat

didefinisikan sebagai 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.

Rockwell merupakan metode yang

paling umum digunakan karena sederhana

dan mudah dilakukan. Pada metode ini

digunakan kombinasi variasi indentor dan

beban untuk bahan metal dan campuran

mulai dari bahan lunak sampai keras. Jenis

indentor yang biasa digunakan adalah

diamond cone (kerucut intan) untuk jenis

bahan yang keras dan steel-ball (bola baja)

untuk jenis bahan yang lunak. Parameter

kekerasan suatu bahan dapat dilihat dari

hardness number (nomor kekerasan) yang

ditentukan oleh perbedaan kedalaman

penetrasi indentor, dengan cara memberi

beban minor diikuti beban mayor yang

lebih besar.

Pengujian kekerasan dengan

metode Rockwell bertujuan menentukan

kekerasan suatu material dalam bentuk

daya tahan material terhadap benda uji

(spesimen) yang berupa bola baja ataupun

kerucut intan yang ditekankan pada

permukaan material uji tersebut.

METODE PENELITIAN

Beberapa alat dan bahan yang

digunakan dalam eksperimen uji kekerasan

menggunakan metode Rockwell

diantaranya seperangkat Rockwell

Hardness Tester dan beberapa spesimen

uji Spesimen material yang diuji tingkat

kekerasannya dengan metode Rockwell

belum diketahui jenisnya diberi nama

spesimen I, spesimen II, dan spesimen III.

Spesimen I dan spesimen III digunakan

sebagai spesimen material keras yang diuji

menggunakan indentor diamond cone,

sedangkan spesimen II digunakan sebagai

spesimen material kurang keras yang diuji

menggunakan indentor steel-ball.

Seperangkat Rockwell Hardness Tester TH

500 digunakan untuk menguji spesimen

dengan memberikan gaya tertentu dari

indentor yang diberikan pada spesimen

uji.gaya yang terukur pada saat

pembebanan dicatat pada saat tuas berada

dalam posisi unload. Thickness value dari

masing masing spesimen dapat diketahui

dengan pembacaan skala yang tertera pada

alat uji Rockwell Hardness Tester.

Tabel 1. Skala, Indentor dan Material Sampel

Scale Indentor

Test Force Scale mark

of

hardness

indicating

gauge

Scale

Range

Common

Range

Application

Material

Example

Initial

test

force

Total

test

force

THA Diamond

cone 98.1 588.4 C (Black) 0~100 20~88

Carbide, surface

carburization

hardenel stell

THB

L5875 mm

Ball

indentor

98.1 980.7 B (Red) 0~100 20~100

Soft Steel, Al

alloy,

Cu alloy,

malleable

cast iron

THC

Diamond

cone

Indentor

98.1 1471 C (Black) 0~100 20~70

Hardened steel,

quenched and

tempered steel,

alloys

DATA HASIL PENGAMATAN

Tabel 2. Hasil Uji Kekerasan Rockwell

SPESIMEN INDENTOR TH

Spesimen I

Diamond cone

60,5

60,0

58,5

Spesimen II

Steel-ball

35,0

38,5

38,5

Spesimen III

Diamond cone

67,0

68,0

69,0

ANALISA DATA

Nilai kekerasan Rockwell dapat dihitung menggunakan rumus berikut (dimana

satuannya adalah mm)

Tabel 3. Formulasi Nilai Kekerasan Rockwell

Skala Rumus

A

B

Dari penggunaan rumus diatas*), didapatkan nilai kekerasan Rockwell untuk tiga spesimen

adalah sebagai berikut :

Tabel 4. Nilai Minimum Thickness Spesimen

SPESIMEN INDENTOR TH (mm)

Spesimen I

Diamond cone

60,5 0,79

60,0 0,80

58,5 0,83

Spesimen II

Steel-ball

35,0 1,90

38,5 1,83

38,5 1,83

Spesimen III

Diamond cone

67,0 0,66

68,0 0,64

69,0 0,62

*) perhitungan analitis terlampir

Dibawah ini merupakan grafik literatur hubungan antara minimum thickness spesimen

terhadap kekerasan material dengan dua indentor berbeda.

Literatur untuk THA, THC dan THD

Literatur untuk THB, THE, THF, THG, THH, THK

y = -0.02x + 2.6 R = 1

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 20 40 60 80 100 120Min

. th

ickn

ess

of

spe

cim

en

Hardness of material

Test with steel-ball pressure head (THB, THE, THF, THG, THH, THK)

grafik

Linear (grafik)

PEMBAHASAN

Kekerasan adalah salah satu sifat

mekanik dari suatu material. Kekerasan

suatu material harus diketahui khususnya

untuk material yang dalam penggunaanya

akan mangalami pergesekan dan deformasi

plastis. Deformasi plastis adalah keadaan

dari suatu material ketika material tersebut

diberikan gaya maka struktur mikro dari

material tersebut sudah tidak bisa kembali

ke bentuk asal artinya material

tersebut tidak dapat kembali ke bentuknya

semula. Lebih ringkasnya kekerasan

didefinisikan sebagai kemampuan suatu

material untuk menahan beban identasi

atau penetrasi (penekanan).

Dalam metode Rockwell dari

pengujian kekerasan, kedalaman penetrasi

sebuah indentor yang diberikan gaya

terhadap material uji dinyatakan dalam

skala Rockwell.. Indentor dapat berupa

bola baja dari beberapa diameter tertentu

atau kerucut berlian berujung bulat 120

sudut dan jari-jari 0,2 mm ujung, disebut

Brale. Jenis indentor dan beban uji

menentukan skala kekerasan (A, B, C, dll).

Pada eksperimen pengujian

kekerasan untuk tiga spesimen bahan

didunakan dua macam indentor yang

berbeda, yakni diamond cone dan steel-

ball. Perbedaan penggunaan indentor ini

didasarkan pada sifat material uji. Untuk

material uji yang bersifat keras seperti besi

atau baja, kuningan, dan bahan bahan

keras lainnya, digunakan indentor berupa

diamond cone atau kerucut intan yang

memberikan gaya tekan sebesar 588,4 kgf,

senangkan bahan bahan yang agak lunak

misalnya alumunium, digunakan indentor

bola baja atau steel-ball yang memberikan

tekanan sebesar 980,7 kgf. Perbedaan

penggunaan indentor ini karena perbedaan

sifat indentor itu sendiri. Intan atau

diamond memiliki nilai kekerasan paling

tinggi diantara semua material. Jadi, untuk

bahan bahan yang mechanichal

properties-nya tinggi, uji kekerasan

Rockwell ini sebaiknya menggunakan

indentor diamond. Baja memiliki nilai

kekerasan di bawah intan. Oleh karena itu,

untuk material yang memiliki mechanical

properties yang kurang baik, digunakan

indentor bola baja sebagai penguji nilai

kekerasan Rockwell-nya.

Dalam proses pengujian spesimen

dengan metode Rocwell, nilai yang dicatat

adalah nilai pembebanan oleh identor

dicatat pada saat tuas menunjukkan posisi

unload. Hal ini dilakukan karena...

Pengujian nilai kekerasan untuk

tiga spesimen dilakukan pada tiga titik

berbeda untuk masing masing spesimen.

Hal ini dilakukan sebagai langkah

perulangan agar mencapai hasil yang lebih

valid sebagai nilai kekerasan Rockwell.

Namun diketahui dari data hasil

pengamatan bahwa nilai minimum

thickness untuk spesimen yang sama pada

tiga titik berbeda memiliki nilai yang

sedikit berbeda. Hal ini terjadi karena

permukaan spesimen yang kurang rata.

Perbedaan nilai kekerasan untuk tiga titik

dalam satu spesimen juga dipengaruhi oleh

perbedaan mikro struktur dari spesimen.

Dari hasil analisa data diketahui

bahwa nilai minimum thickness untuk tiga

spesimen, yakni spesimen I, II, dan III

diketahui bahwa spesimen II memiliki

nilai thickness yang paling besar. Hal ini

menunjukkan bahwa spesimen II memiliki

nilai kekerasan yang lebih kecil

dibandingkan dengan dua spesimen lain.

Berbeda dengan spesimen III yang

memiliki nilai minimum thickness yang

lebih kecil. Hal ini menunjukkan bahwa

spesimen III memiliki mechanical

properties yang paling baik dibandingkan

spesimen I dan II. Spesimen II lebih sukar

terdeformasi plastis karena menghasilkan

nilai minimum thickness yang paling kecil.

Nilai kekerasan Rockwell

bergantung pada karakteristik bahan,

misalnya struktur mikro bahan. Setiap

jenis bahan memiliki stuktur mikro

spesifik sehingga nilai kekerasannya pun

juga akan berbeda untuk bahan yang

berbeda. Nilai kekerasan Rockwell juga

dapat menunjukkan sifat kekerasan bahan,

namun pengujian parameter lain seperti

kekuatan tarik, kekuatan tekan, dan

parameter parameter mechanical

properties bahan lainnya diperlukan untuk

mengetahui sifat kekerasan bahan secara

umum.

SIMPULAN

Kekerasan adalah ketahanan

material tersebut terhadap gaya

penekanan dari material lain yang

lebih keras.

Nilai minimum thickness pada

spesimen uji dibawah ini adalah

a. Spesimen I pada 3 titik berbeda

adalah 0,79 mm; 0,80 mm; dan

0,83 mm.

b. Spesimen II pada 3 titik

berbeda adalah 1,90 mm; 1,83

mm; dan 1,83 mm.

c. Spesimen III pada 3 titik

berbeda adalah 0,66 mm; 0,64

mm; 0,62 mm.

Nilai minimum thickness

menunjukkan nilai kekerasan

bahan. Spesimen III memiliki nilai

minimum thickness terkecil. Oleh

karena itu, spesimen III memiliki

nilai kekerasan bahan yang paling

baik. Sebaliknya, spesimen II

memiliki nilai minimum thickness

terbesar. Oleh karena itu, spesimen

II memiliki nilai kekerasan bahan

terendah dibanding dua spesmen

lain.

REFERENSI

Callister, W.D., 1985, Material

Science and Enginering, John Wiley &

Sons, Inc., Singapore

Van Vlack, L.H., 1991, Ilmu dan

Teknologi Bahan, Edisi ke-5, Alih

Bahas oleh Japrie Sriati, Penerbit

Erlangga, Jakarta

LAMPIRAN

Minimum Thickness of Speciments

1. Spesimen I

Indentor : Diamond cone

Scale : A

TH = 60,5

TH = 60

TH = 58,5

2. Spesimen II

Indentor : Stell-ball

Scale : B

TH = 35

TH = 38,5

TH = 38,5

3. Spesimen III

Indenter : Diamond cone

Scale : A

TH = 67

TH = 68

TH = 69