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. mm. Kata kunci : uji kekerasan, metode Rockwell, indentor.
PENDAHULUAN
Kekerasan (hardness (hardness)) adalah salah
maka struktur mikro dari material tersebut
satu sifat mekanik (mechanical (mechanical properties) properties)
sudah tidak bisa kembali ke bentuk asal,
dari
artinya material
suatu
material.
Kekerasan
suatu
tersebut
tidak dapat
material harus diketahui khususnya untuk
kembali ke bentuknya semula. Lebih
material yang dalam penggunaanya akan
ringkasnya
mangalami pergesekan ( frictional frictional force) force)
sebagai kemampuan suatu material untuk
dan deformasi plastis. Deformasi plastis
menahan beban identasi atau penetrasi
sendiri suatu keadaan dari suatu material
(penekanan).
ketika material tersebut diberikan gaya
kekerasan
didefinisikan
Di
dalam
aplikasi
manufaktur,
material dilakukan pengujian dengan dua pertimbangan karakteristik melihat
yaitu suatu
mutu
suatu
untuk material untuk
material
memiliki
beban minor diikuti beban mayor yang lebih besar.
mengetahui baru
Pengujian
kekerasan
dengan
dan
metode Rockwell bertujuan menentukan
memastikan
kekerasan suatu material dalam bentuk
spesifikasi
daya tahan material terhadap benda uji
kualitas tertentu.
(spesimen) yang berupa bola baja ataupun kerucut
intan
yang
ditekankan
pada
permukaan material uji tersebut. DASAR TEORI
Kekerasan suatu material dapat didefinisikan sebagai ketahanan material tersebut terhadap gaya penekanan dari material lain yang lebih keras. Penekanan tersebut
dapat
penggoresan
berupa
( scratching ),
mekanisme 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
METODE PENELITIAN
Beberapa alat dan bahan yang digunakan dalam eksperimen uji kekerasan menggunakan diantaranya
metode seperangkat
Rockwell 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
alat uji Rockwell Hardness Tester .
dengan pembacaan skala yang tertera pada
Tabel 1. Skala, Indentor dan Material Sampel Scale mark of hardness indicating gauge
Test Force Scale
Indentor
THA
Diamond cone
Initial test force
98.1
Total test force
588.4
C (Black)
Scale Range
0~100
Common Range
Application Material Example
20~88
Carbide, surface carburization hardenel stell
20~100
Soft Steel, Al alloy, Cu alloy, malleable cast iron
20~70
Hardened steel, quenched and tempered steel, alloys
ФL5875
THB
THC
mm Ball indentor
Diamond cone Indentor
98.1
98.1
980.7
B (Red)
1471
C (Black)
0~100
0~100
DATA HASIL PENGAMATAN
Tabel 2. Hasil Uji Kekerasan Rockwell
SPESIMEN
INDENTOR
TH 60,5
Spesimen I
Diamond cone
60,0 58,5 35,0
Spesimen II
Steel-ball
38,5 38,5
67,0 Spesimen III
Diamond cone
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 M in imum
SPESIMEN
Spesimen I
Spesimen II
Spesimen III
Spesimen Thickness
INDENTOR
Diamond cone
Steel-ball
Diamond cone
TH
(mm)
60,5
0,79
60,0
0,80
58,5
0,83
35,0
1,90
38,5
1,83
38,5
1,83
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
n e m i c e2.5 p s f 2 o s s 1.5 e n k 1 c i h t 0.5 . n i 0 M 0
Test with steel-ball pressure head (THB, THE, THF, THG, THH, THK) y = -0.02x + 2.6 R² = 1
grafik Linear (grafik) 20
40
60
80
100
120
Hardness of material
Literatur untuk THB, THE, THF, THG, THH, THK
keras lainnya, digunakan indentor berupa
PEMBAHASAN
Kekerasan adalah salah satu sifat
diamond cone atau kerucut intan yang
mekanik dari suatu material. Kekerasan
memberikan gaya tekan sebesar 588,4 kgf,
suatu material harus diketahui khususnya
senangkan bahan bahan yang agak lunak
untuk material yang dalam penggunaanya
misalnya alumunium, digunakan indentor
akan mangalami pergesekan dan deformasi
bola baja atau steel-ball yang memberikan
plastis. Deformasi plastis adalah keadaan
tekanan sebesar 980,7 kgf. Perbedaan
dari suatu material ketika material tersebut
penggunaan indentor ini karena perbedaan
diberikan gaya maka struktur mikro dari
sifat indentor itu sendiri. Intan atau
material tersebut sudah tidak bisa kembali
diamond memiliki nilai kekerasan paling
ke
tinggi diantara semua material. Jadi, untuk
bentuk
asal
artinya
material
tersebut tidak dapat kembali ke bentuknya
bahan
semula.
properties-nya
Lebih
ringkasnya
kekerasan
–
bahan
tinggi,
mechanichal uji
Rockwell
material untuk menahan beban identasi
indentor diamond . Baja memiliki nilai
atau penetrasi (penekanan).
kekerasan di bawah intan. Oleh karena itu,
metode
Rockwell
sebaiknya
kekerasan
didefinisikan sebagai kemampuan suatu
Dalam
ini
yang
menggunakan
dari
untuk material yang memiliki mechanical
pengujian kekerasan, kedalaman penetrasi
properties yang kurang baik, digunakan
sebuah indentor yang diberikan gaya
indentor bola baja sebagai penguji nilai
terhadap material uji dinyatakan dalam
kekerasan Rockwell -nya.
skala Rockwell.. Indentor dapat berupa
Dalam proses pengujian spesimen
bola baja dari beberapa diameter tertentu
dengan metode Rocwell, nilai yang dicatat
atau kerucut berlian berujung bulat 120°
adalah nilai pembebanan oleh identor
sudut dan jari-jari 0,2 mm ujung, disebut
dicatat pada saat tuas menunjukkan posisi
Brale. Jenis indentor dan beban uji
unload. Hal ini dilakukan karena...
menentukan skala kekerasan (A, B, C, dll). Pada
eksperimen
Pengujian nilai kekerasan untuk
pengujian
tiga spesimen dilakukan pada tiga titik
kekerasan untuk tiga spesimen bahan
berbeda untuk masing – masing spesimen.
didunakan dua macam indentor yang
Hal
berbeda, yakni diamond cone dan steel-
perulangan agar mencapai hasil yang lebih
ball . Perbedaan penggunaan indentor ini
valid sebagai nilai kekerasan Rockwell .
didasarkan pada sifat material uji. Untuk
Namun
material uji yang bersifat keras seperti besi
pengamatan
atau baja, kuningan, dan bahan
thickness untuk spesimen yang sama pada
–
bahan
ini
dilakukan
diketahui bahwa
sebagai
dari nilai
langkah
data
hasil
minimum
tiga titik berbeda memiliki nilai yang
mengetahui sifat kekerasan bahan secara
sedikit berbeda. Hal ini terjadi karena
umum.
permukaan spesimen yang kurang rata. Perbedaan nilai kekerasan untuk tiga titik dalam satu spesimen juga dipengaruhi oleh perbedaan mikro struktur dari spesimen.
SIMPULAN
Kekerasan
adalah
ketahanan
Dari hasil analisa data diketahui
material tersebut terhadap gaya
bahwa nilai minimum thickness untuk tiga
penekanan dari material lain yang
spesimen, yakni spesimen I, II, dan III
lebih keras.
diketahui bahwa spesimen II memiliki
Nilai
minimum
thickness pada
nilai thickness yang paling besar. Hal ini
spesimen uji dibawah ini adalah
menunjukkan bahwa spesimen II memiliki
a. Spesimen I pada 3 titik berbeda
nilai
kekerasan
yang
lebih
kecil
adalah 0,79 mm; 0,80 mm; dan
dibandingkan dengan dua spesimen lain. Berbeda
dengan
spesimen
III
0,83 mm.
yang
b. Spesimen
II
pada
3
titik
memiliki nilai minimum thickness yang
berbeda adalah 1,90 mm; 1,83
lebih kecil. Hal ini menunjukkan bahwa
mm; dan 1,83 mm.
spesimen
III
memiliki
mechanical
c. Spesimen
III
pada
3
titik
properties yang paling baik dibandingkan
berbeda adalah 0,66 mm; 0,64
spesimen I dan II. Spesimen II lebih sukar
mm; 0,62 mm.
terdeformasi plastis karena menghasilkan nilai minimum thickness yang paling kecil. Nilai
kekerasan
bergantung
pada
Rockwell
Nilai
minimum
menunjukkan
nilai
thickness kekerasan
bahan. Spesimen III memiliki nilai
bahan,
minimum thickness terkecil. Oleh
misalnya struktur mikro bahan. Setiap
karena itu, spesimen III memiliki
jenis
nilai kekerasan bahan yang paling
bahan
karakteristik
memiliki
stuktur
mikro
spesifik sehingga nilai kekerasannya pun
baik.
juga akan berbeda untuk bahan yang
memiliki nilai minimum thickness
berbeda. Nilai kekerasan Rockwell juga
terbesar. Oleh karena itu, spesimen
dapat menunjukkan sifat kekerasan bahan,
II memiliki nilai kekerasan bahan
namun pengujian parameter lain seperti
terendah dibanding dua spesmen
kekuatan
tarik,
lain.
parameter
–
kekuatan parameter
tekan,
dan
mechanical
properties bahan lainnya diperlukan untuk
Sebaliknya,
spesimen
II
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
