HIMPUNAN MAHASISWA MESIN (HMM)FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYAM.DIAN MUSLIM

03121005020

Uji kekerasan

1. Tujuan Praktikum

Untuk mengetahui kekerasan suatu bahan pada logam untuk menahan

beban dari luar yang akan didapat.

2. Alat dan Bahan

1. Batang uji ( Alumunium )

2. Mesin uji Vickers

3. Mesin uji Brinell

4. Mesin uji Rockwell

5. Penggaris

6. Jangka sorong

7. Mikroskop

8. Indikator Gauge

3. Dasar Teori

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.

Kekerasan adalah ketahanan suatu material terhadap deformasi pada daerah

lokal dan permukaan material, dan khusus untuk logam deformasi yang dimaksud

adalah deformasi plastis. Sedangkan pengertian dari Kekuatan adalah ketahanan

Mechanical Engineering of Sriwijaya University

HIMPUNAN MAHASISWA MESIN (HMM)FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYAM.DIAN MUSLIM

03121005020

material terhadap deformasi plastis secara global, dan berbanding lurus dengan

kekerasannya, semakin keras suatu material maka semakin kuat pula material itu.

Uji keras merupakan pengujian yang paling efektif karena dengan pengujian

ini, kita dapat dengan mudah mengetahui gambaaran sifat mekanis suatu material.

Meskipun pengukuran hanya dilakukan pada suatu titik, atau daerah tertentu saja,

nilai kekerasan cukup valid untuk menyatakan kekuatan suatu material.

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 disain nilai tersebut adalah

ukuran dari tegangan alir, untuk insinyur Lubrikasi kekerasan berarti ketahanan

terhadap mekanisme keausan, untuk para insinyur mineralogi nilai Itu adalah

ketahanan terhadap goresan, dan untuk para mekanik work-shop 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.

Uji keras merupakan pengujian yang paling efektif karena dengan pengujian

ini, kita dapat dengan mudah mengetahui gambaaran sifat mekanis suatu material.

Meskipun pengukuran hanya dilakukan pada suatu titik, atau daerah tertentu saja,

nilai kekerasan cukup valid untuk menyatakan kekuatan suatu material. Dengan

dengan melakukan uji keras, material dapat dengan mudah di golongkan sebagai

material ulet atau getas.

Uji keras juga dapat digunakan sebaagai salah satu metode untuk

mengetahui pengaruh perlakuan panas atau dingin terhadap material. Material

yang teah mengalami cold working, hot working, dan heat treatment, dapat

diketahui gambaran perubahan kekuatannya, dengan mengukur kekerasan

permuakaan suatu material. Oleh sebab itu, dengan uji keras kita sapat dengan

mudah melakukan quality control terhadap material. Kekerasan suatu material

dapat didefinisikan sebagai ketahanan material tersebut terhadap gaya penekanan

atau penetrasi semetara dari material yang lebih keras. Terdapat tiga jenis ukuran

kekerasan yang tergantung dari cara melakukan pengujian yaitu:

Mechanical Engineering of Sriwijaya University

HIMPUNAN MAHASISWA MESIN (HMM)FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYAM.DIAN MUSLIM

03121005020

a. Metode Gesek (Scratch Hardness)

Metode ini dikenalkan oleh Friedrich Mohs. Metode ini merupakan

perhatian utama dari para ahli mineral. Dengan mengukur kekerasan, berbagai

mineral dan bahan-bahan lain, disusun berdasarkan kemampuan gesekan yang

satu terhadap yang lain. Mohs membagi kekerasan material di dunia berdasarkan

skala (dikenal sebagai skala Mohs). Skala bervariasi dari nilai 1 sampai 10. Dalam

skala Mohs urutan nilai kekerasan material di dunia diwakili oleh:

a. Talc f. Orthoclase

b. Gipsum g. Topaz

c. Calcite h. Quartz

d. Fluorite i. Corundum

e. Apatite j. Diamond ( intan )

Prinsip pengujian , Bila suatu material mampu digores oleh Orthoclase tetapi

tidak mampu digores oleh apatite maka kekerasan mineral berada pada apatite

dengan orthoclase. Kelemahan metode ini adalah ketidak akuratan nilai kekerasan

suatu material.

a. Metode Elastik /Pantul (Dynamic Hardness)

Metode ini menggunakan alat Shore Scleoroscope yang gunanya untuk

mengukur tinggi pantulan suatu pemukul (hammer) dengan berat tertentu yang

dijatuhkan dari suatu ketinggian terhadap permukaan benda uji.

Tinggi pantulan yang dihasilkan mewakili kekerasan benda uji. Semakin

tinggi pantulan tersebut yang ditunjukkan oleh dial pada alat pngukur maka

kekerasan benda uji dinilai semakin besar.

b. Metode Lekukan / Indentasi (Indentation Hardness)

Pengujian ini dilakukan dengan penekanan benda uji dengan indentor

dengan gaya tekan dan waktu indentasi yang ditentukan. Kekerasan material

ditentukan oleh dalam ataupun luas area indentasi yang dihasilkan (tergantung

jenis indentor dan jenis pengujian). Metode ini antara lain

Mechanical Engineering of Sriwijaya University

HIMPUNAN MAHASISWA MESIN (HMM)FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYAM.DIAN MUSLIM

03121005020

c. Metode Brinell

Diperkenalkan pertama kali oleh J.A Brinell. Pengujian kekerasan berupa

pembentukan lekukan pada logam dengan memakai bola baja berdiameter 10mm

dan diberi beban 3000kg. Untuk logam lunak, beban dikurangi hingga tinggal

500kg, untuk menghindari jejak yang dalam. Untuk bahan yang keras, digunakan

paduan karbida tungsten sebagai pemerkecil terjadina distorsi indentor.

Angka kekerasan Brinell dinyatakan sebagai beban P dibagi luas permukaan

lekukan. Rumus untuk angka kekerasan tersebut adalah

BHP =

dimana, P = beban yang diterapkan (Kg)

D = diameter bola (mm)

d = diameter lekukan (mm)

t = kedalaman jejak (mm)

Satuan dari BHN adalah kg/mm2. Akan tetapi, BHN tidak memenuhi

hukum fisika, karena pada persamaan (1) tidak melibatkan tekanan rata-rata pada

permukaan lekukan.

Pada gambar 1, dapat dilihat bahwa d = D sin . Dengan memasukan harga ini ke

persamaan (1), akan dihasilkan bentuk persamaan kekerasan Brineel yang lain,

yaitu

BHP =

Untuk mendapatkan BHN yang sama dengan beban atau diameter bola

yang tidak standar, diperlukan keserupaan lekukan secara geometris. Keserupaan

geometris akan diperoleh, sejauh besar sudut 2 tidak berubah.

Pada persamaan yang kedua menunjukkan bahwa agar dan BHN tetap

konstan. Geometri uji Brinell adalah aksi simetrik sebagai lawan terhadap

regangan bidang. Shaw dan DelSalvo memperlihatkan bahwa daerah plastik di

bawah penumbuk tumpul, berlainan dengan slip, tetapi sangat mirip dengan

Mechanical Engineering of Sriwijaya University

HIMPUNAN MAHASISWA MESIN (HMM)FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYAM.DIAN MUSLIM

03121005020

daerah batas elastis-plastis berupa garis-garis tegangan gesre maksimun konstan di

bawah bola yang menekan pelat dasar

d. Metode Meyer

Kekerasan Meyer berdasarkan luas proyeksi jejak bukan luas

permukaannya. Tekanan rata-rata antara luas penumbuk (identer) dan lekukan

adalah sama dengan beban dibagi luas proyeksi lekukan.

=

Meyer mengemukakan bahwa tekanan rata-rata dapat diambil sebagai ukuran

kekerasan.

Kekerasan Meyer =

Kekerasan Meyer memiliki satauan sama seperti satuan kekerasan Brinell yaitu

kg/mm². Hukum Meyer antara lain,

P = k

dimaana, P= beban yang diterapkan (kg)

D= diameter lekukan (mm)

n’= konstanta bahan yang ada kaitannya dengan

pengerasan regangan.

K= konstanta bahan yang menyatakan ketahanan terhadap

penembusan (penetration)

e. Metode Vickers

Uji kekerasan Vickers menggunakan penumbuk piramida intan yang

dasarnya berbentuk bujur sangkar. Besar sudut antara permukaan-permukaan

piramida yang saling berhadapan adalah . Pengujian Vickers juga disebut

sebagai uji kekerasan piramida intan. Angaka kekerasan intan didefinisikan

sebagai beban dibagi luas permukaan lekukan.

DHP = =

dimana, P = beban yang diterapkan (kg)

Mechanical Engineering of Sriwijaya University

HIMPUNAN MAHASISWA MESIN (HMM)FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYAM.DIAN MUSLIM

03121005020

L = panjang diagonal rata-rata (mm)

= sudut antara permukaan intan yang berlawanan

Tipe-tipe lekukan piramida intan

a b c

Keterangan : gambar a merupakan lekukan bantal jarum, b lekukan yang

sempurna, c lekukan yang bentuk tong karena penimbunan ke atas

f. Metode Rockwell

Uji kekerasan Rockwell sering digunakan karena cepat, bebas dari

kesalahan manusia, mampu membedakan kekerasan paling kecil pada baja yang

diperkeras. U ji ini berbeda dengan uji Brinell dan Vickers karena pada uji ini

tidak menilai kekerasan suatu bahan dari diagonal jejak yang dihasilkan tetapi

dengan pembacaan langsung (direct reading). Di bawah ini adalah contoh uji

keras Rockweel yang diterapkan pada beban kecil sebesar 10 kg untuk

menempatkan benda uji :

Dalam ilmu material, dislokasi adalah kristalografi cacat, atau

ketidakteraturan, dalam struktur kristal. Teori ini awalnya dikembangkan oleh

Vito Volterra pada tahun 1905, akan tetapi istilah dislokasi baru digunakan Sir

Frederick Charles Frank dari departemen Fisika Universitas Bristol. Dislokasi

adalah suatu pergeseran atau pegerakan atom-atom di dalam sistem kristal logam

akibat tegangan mekanik yang dapat menciptakan deformasi plastis (perubahan

Mechanical Engineering of Sriwijaya University

HIMPUNAN MAHASISWA MESIN (HMM)FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYAM.DIAN MUSLIM

03121005020

dimensi secara permanen). Kekuatan (strength) dan keuletan (ductility) atom di

dalam melalui tingkat kesulitan atau kemudahan gerakan dislokasi di dalam

sistem kristal logam. Misalya pada proses pengerjaan dingin (cold work) terjhadi

peningkatan dislokasi di dalam kristal logam sehingga kekuatan logam meningkat,

namun keuletan menurun. Ada dua tipe utama: dislokasi tepi, dislokasi ulir, dan

dislokasi campuran.

Jenis-jenis dislokasi :

1. Dislokasi pinggir atau dislokasi garis/sisi

Dimana terdapat sebuah bidang atom extra atau setengah bidang atom, dan

sisinya berakhir ditengah-tengah (di dalam) kristal. Skema Diagram (kisi

pesawat) menunjukkan dislokasi sisi. Vektor Burgers hitam, garis

dislokasi dengan warna biru.

2. Dislokasi sekrup (screw) atau ulir

Adalah dislokasi yang terjadi karena gaya geser dimana bagian atas depan

kristal bergeser ke kanan sebesar satu atom terhadap bagian bawah Skema

Diagram (kisi pesawat) menunjukkan Dislokasi Ulir.

3. Dislokasi campuran

Adalah dislokasi pada material dimana terdapat kedua jenis dislokasi

diatas. Dalam banyak bahan, dislokasi dapat ditemukan di mana garis arah

dan Burgers vektor yang tidak tegak lurus atau paralel dan dislokasi ini

disebut dislokasi campuran, yang terdiri dari karakter ulir dan karakter

tepi.

Pengaruh pengerjaan dingin terhadap sifat logam adalah, deformasi akan

menyebabkan naiknya kekerasan, naiknya kekuatan, tatapi disertai dengan

turunyanya keuletan. Untuk mengembalikan logam kesifat semula (lunak dan

ulet) perlu dilakukan proses pemanasan terhadap benda kerja yang telah

mengalami pengerjaan dingin.

Pengaruh pemanasan setalah pegerjaan dingin, perubahan sifat akibat

pemanasan tergantung pada temperatur dan waktu pemanasan. Prinsip dasarnya

ialah bahawa pemanasan terhadap benda kerja yang telah mengalami deformasi

Mechanical Engineering of Sriwijaya University

HIMPUNAN MAHASISWA MESIN (HMM)FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYAM.DIAN MUSLIM

03121005020

akan menurunkan kerapatan dislokasinya. Pemanasan pada daerah yang dibawah

temperatur rekristalisi akan menyebabkan dua hal:

1. Terjadinya gerakan dislokasi difusi yang disebut gerakan memanjat

(climb).

2. Adanya pengaturan kembali susunan dislokasi yang tadinya kurang

teratur menajdi lebih teratur. Peristiwa ini disebut poligonisasi. Hubungan

deformasi dengan dislokasi :

Akibat adanya tegangan, maka dislokasi akan bergerak menuju permukaan

luar, sehingga terjadi deformasi.

Selama bergerak, dislokasi – dislokasi tersebut bereaksi satu dengan yang

lainnya. Hasil reaksinya ada yang mudah bergerak dan ada pula yang

sukar bergerak.

Hasil reaksi yang sukar bergerak justru akan berfungsi sebagai sumber

dislokasi baru, sehingga kecepatan dislokasi akan bertambah (dari 106 :

108 dislokasi per cm2 dapat naik menjadi 1010 :1011 dislokasi per cm2).

Akibat naiknya kerapatan dislokasi, maka gerakan dislokasi akan lebih

sulit akibat makin banyaknya hasil reaksi yang sukar bergerak.

Akibat nyata dari sukarnya gerakan dislokasi adalah naiknya kekuatan

logam.

Mikroskopi elektron transmisi dapat digunakan untuk mengamati dislokasi

dalam pengamatan mikrostruktur material. Foil tipis digunakan untuk membuat

berkas elektron mikroskop transparan. Elektron-elektron yang mengalami berkas

difraksi relatif berbeda sudut antara balok dan bidang kisi. Struktur atom yang

kurang teratur antara batas butir dan medan regangan di sekitar garis dislokasi

berbeda sifat. dislokasi dipandang sebagai garis gelap dalam terang. Transmisi

mikrograf elektron dislokasi biasanya memanfaatkan magnifications dari 50.000

sampai 300.000 kali.

Kerapatan dislokasi dalam suatu material dapat ditingkatkan oleh

deformasi plastik. Karena kerapatan dislokasi meningkat dengan deformasi

plastik, sebuah mekanisme untuk menciptakan dislokasi harus diaktifkan dalam

materi. Tiga mekanisme untuk pembentukan dislokasi dibentuk oleh homogen

Mechanical Engineering of Sriwijaya University

HIMPUNAN MAHASISWA MESIN (HMM)FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYAM.DIAN MUSLIM

03121005020

nukleasi, inisiasi batas butir, dan interface kisi dan permukaan, presipitat, tersebar

fase, atau memperkuat serat.

Penciptaan dislokasi oleh nukleasi homogen adalah hasil dari pecahnya

ikatan atom sepanjang garis dalam kisi. Dalam homogen nukleasi bentuk kristal

dislokasi dari sempurna dan melewati simultan dari banyak ikatan, energi yang

diperlukan untuk nukleasi homogen tinggi.

Langkah-langkah dan tepian di batas butir merupakan sumber penting

dislokasi pada tahap awal deformasi plastik, permukaan kristal dapat

menghasilkan dislokasi di dalam kristal. Dislokasi kemudian disebarkan ke kisi

dengan cara yang sama seperti dalam batas butir inisiasi. Dalam monocrystals,

mayoritas dislokasi terbentuk di permukaan. Kerapatan dislokasi 200 mikrometer

ke permukaan material, telah terbukti menjadi enam kali lebih tinggi daripada

kepadatan dalam massal. Namun, dalam bahan polikristalin sumber permukaan

tidak dapat memiliki pengaruh yang besar karena sebagian besar butir tidak

berhubungan dengan permukaan.

Batas antara logam dan oksida dapat sangat meningkatkan jumlah

dislokasi yang terjadi. Lapisan oksida menempatkan permukaan logam dalam

ketegangan karena memeras atom oksigen ke dalam kisi, dan atom oksigen di

bawah kompresi. Hal ini sangat meningkatkan tekanan pada permukaan logam

dan akibatnya sejumlah dislokasi terbentuk pada permukaan. Tekanan yang

dihasilkan oleh sumber dislokasi dapat divisualisasikan dengan photoelasticity

dalam Lif iradiasi gamma-kristal tunggal. Tegangan tarik sepanjang bidang luncur

merah. Stres kompresi hijau gelap.

Begitu pun kekuatan mengenai karateristik deformasi dari bangunan struktur

adalah paling penting untuk mempelajari getaran mesin seperti juga bangunan-

bangunan stasioner dan penerbangan.dalam menjalankan fungsinya,balok

meneruskan pengaruh beban gravitasi keperletakan terutama dengan

mengandalakan aksi lentur,yang berkaitan dengan gaya berupa momen lentur dan

geser.kalaupun timbul aksi normal,itu terutama di timbulkan oleh beban luar yang

relative kecil,misalnya akibat gaya gesek rem kendaraan pada gelagar

jembatan,atau misalnya akibat perletakan yang di buat miring.

Mechanical Engineering of Sriwijaya University

HIMPUNAN MAHASISWA MESIN (HMM)FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYAM.DIAN MUSLIM

03121005020

Hal-hal yang mempengaruhi terjadinya defleksi yaitu :

1. Kekakuan batang, Semakin kaku suatu batang maka lendutan batang yang

akan terjadi pada batang akan semakin kecil.

2. Besarnya kecil gaya yang diberikan, Besar-kecilnya gaya yang diberikan

pada batang berbanding lurus dengan besarnya defleksi yang terjadi. Dengan kata

lain semakin besar beban yang dialami batang maka defleksi yang terjadi pun

semakin kecil

3. Jenis tumpuan yang diberikan Jumlah reaksi dan arah pada tiap jenis

tumpuan berbeda-beda. Jika karena itu besarnya defleksi pada penggunaan

tumpuan yang berbeda-beda tidaklah sama. Semakin banyak reaksi dari tumpuan

yang melawan gaya dari beban maka defleksi yang terjadi pada tumpuan rol lebih

besar dari tumpuan pin ( pasak ) dan defleksi yang terjadi pada tumpuan pin lebih

besar dari tumpuan jepit.

4. Jenis beban yang terjadi pada batang , Beban terdistribusi merata dengan

beban titik,keduanya memiliki kurva defleksi yang berbeda-beda. Pada beban

terdistribusi merata slope yang terjadi pada bagian batang yang paling dekat lebih

besar dari slope titik. Ini karena sepanjang batang mengalami beban sedangkan

pada beban titik hanya terjadi pada beban titik tertentu saja.

Untuk setiap batang yang ditumpu akan melendut apabila diberikan beban

yang cukup besar. Lendutan batang untuk setiap titik dapat dihitung dengan

menggunakan metode diagram atau cara integral ganda dan untuk mengukur gaya

yang digunakan load cell.

Lendutan batang sangat penting dalam konstruksi terutama konstruksi

mesin,dimana pada bagian-bagian tertentu seperti poros,lendutan sangat tidak

diinginkan karena adannya lendutan maka kerja poros atau operasi mesin akan

tidak normal sehingga dapat menimbulkan kerusakan pada bagian mesin atau

pada bagian lainnya.

Langkah-langkah dan tepian di batas butir merupakan sumber penting

dislokasi pada tahap awal deformasi plastik, permukaan kristal dapat

menghasilkan dislokasi di dalam kristal. Dislokasi kemudian disebarkan ke kisi

dengan cara yang sama seperti dalam batas butir inisiasi. Dalam monocrystals,

Mechanical Engineering of Sriwijaya University

HIMPUNAN MAHASISWA MESIN (HMM)FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYAM.DIAN MUSLIM

03121005020

mayoritas dislokasi terbentuk di permukaan. Kerapatan dislokasi 200 mikrometer

ke permukaan material, telah terbukti menjadi enam kali lebih tinggi daripada

kepadatan dalam massal. Namun, dalam bahan polikristalin sumber permukaan

tidak dapat memiliki pengaruh yang besar karena sebagian besar butir tidak

berhubungan dengan permukaan.

Prosedur Percobaan

1. Permukaan benda uji dibersihkan sehingga rata dan sejajar terhadap

permukaan meja uji.

2. Pilih Metode pengujian yang akan dipakai.

3. Pengukuran pengujian kekerasan dilakukan pada beberapa titik bekas

penekanan alat uji benda uji tersebut.

Mechanical Engineering of Sriwijaya University