BAB II DASAR TEORI
2.7. Pengujian Bahan
2.7.1. Pengujian Tarik
2.7.2.1. Pengujian Brinell
2.7.2. Pengujian Kekerasan
Uji kekerasan (hardness test) adalah salah satu cara untuk mengetahui sifat mekanik suatu bahan. Ada beberapa definisi yang dipakai untuk menyatakan kekerasan antara lain adalah cara penekanan Brinell, Vickers, Rockwell dan lain-lain. Identor yang kita gunakan bisa berbentuk bola (bulat), piramida, kerucut (runcing) dan terbuat dari material yang lebih keras dari benda uji.
2.7.2.1.Pengujian Brinell
Tujuan:
• Pengujian kekerasan menurut Brinell bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap bola baja yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut.
• Disarankan agar pengujian Brinell ini hanya diperuntukan material yang memiliki kekerasan Brinell sampai dengan 400 (ditulis 400 HB). Lebih dari itu dipakai pengujian Rockwell atau Vickers.
Pengertian,notasi dan satuan besaran:
1. Angka kekerasan Brinell (HB) adalah hasil bagi dari Beban Uji (F) dalam kgf dengan Luas Penampang Bekas Luka Tekan Bola Baja
(A) dalam mm2.
2. Notasi HB dilengkapi dengan indeks yang menyatakan syarat-syarat pengujian, yaitu: diameter bola baja, beban uji, dan lama pengujian (pembebanan uji).
26 contoh : HB 5/750/15 yang berarti pengujian kekerasan Brinell dengan bola bergaris tengah 5 mm, beban uji 750 kgf dan lama pengujian (pembebanan uji) 15 detik.
3. Untuk pengujian standar yaitu dengan bola baja ∅ 10 mm dengan beban uji 3000 N (306 kgf) dan lama pengujian 15 detik, kekerasan Brinell yang dihasilkan hanya diberi notasi HB.
Gambar 2.9 Ilustrasi hasil uji kekerasan Brinell Perlengkapan Pengujian:
1. Benda tekan berupa bola baja yang dikeraskan. Jika bola baja mengalami deformasi atau kerusakan, maka hasil pengujian tidak dapat diterima. Bola baja yang rusak tersebut harus diganti dengan yang baru.
2. Beban uji dipilih sedemikian rupa sehingga garis tengah bekas luka tekan d tidak lebih kecil daripada 0,2 D (d sukar diukur) dan tidak boleh lebih besar daripada 0,7 D (penyok ke luar mengganggu pengukuran d).
−
−
=
2
2
.(
.
.
2
d
D
D
D
F
HB
π
27
Proses Pengujian:
1. Bola baja disinggungkan permukaan benda uji, kemudian diberi beban tegak lurus (sesuai dengan Tabel 2.5 harga patokan beban uji Brinell) terhadap permukaan tersebut, bebas hentakan (bebas kejut) dan secara demikian berangsur-angsur sehingga beban uji tercapai dalam waktu pembebanan uji:
○ Semua jenis baja : 15 detik
○ Metal bukan besi : 30 detik
Tabel 2.5 Harga patokan beban uji Brinell (F)
Garis Tengah bola uji D (mm) Tebal material pada tempat pengujian (mm) 0,102 x Beban uji F (N) Baja dan besi tuang 0,102 F = 30.D2 Bronzes, tembaga keras, kuningan keras 0,102 F = 10.D2 Metal ringan, Paduan Metal ringan 0,102 F = 5.D2 Metal lunak 0,102 F = 2,5.D2 10 6 3000 1000 500 250 5 3 750 250 125 62,5 2,5 3 187,5 62,5 31,25 15,6
2. Pada umumnya pusat tempat pengujian berjarak sekurang-kurangnya 2D dari tepi material uji dan jarak tempat pengujian yang satu dengan yang lain sekurang-kurangnya 3D.
3. Percobaan harus dilakukan sedemikian rupa, sehingga tidak ada hal-hal yang menyebabkan kekeliruan hasil uji, misalnya: tonjolan pada pinggiran luka tekan. Sesudah pengujian dilaksanakan,
28 permukaan material uji bagian bawah sama sekali tidak boleh memperlihatkan tanda-tanda deformasi.
Catatan:
1. Garis tengah bekas luka tekan d harus diukur dengan ketelitian 0,01mm.
2. Untuk menghindari terjadinya deformasi pada permukaan material uji bagian bawah, maka ditentukan tebal material benda uji
s
min = 17 x dalamnya bekas luka tekan.3. Pengujian tarik yang relatif mahal dapat diganti dengan pengujian Brinell. Meskipun sampai saat ini belum ada rumus yang menyatakan hubungan pasti antara batas patah tarik σZB (biasanya ditulis σB) dan angka kekerasan Brinell HB.
○ Untuk baja σB = 3,5 x kekerasan Brinell (berlaku sampai σB = 1400 N/mm2)
○ Untuk baja σB = 4,0 x kekerasan Brinell (berlaku 1400 < σB < 2100 N/mm2)
Hasil Pengujian Brinell (Brinell hardness numbers) Kekerasan Material (Material Hardness):
○ Softwood (e.g., pine) 1.6 HBS 10/100
○ Hardwood 2.6–7.0 HBS 1.6 10/100
○ Aluminium 15 HB
29
○ Mild steel 120 HB 18-8 (304)
○ Stainless steel annealed 200 HB[4]
○ Glass 1550 HB Hardened
○ tool steel 1500–1900 HB
○ Rhenium diboride 4600 HB
Note: "HBW" means that a tungsten carbide (from the
chemical symbol for tungsten) ball indenter was used, as opposed to "HBS", which means a hardened steel ball. International (ISO) and European (CEN) Standard
EN ISO 6506-1:2005: Metallic materials - Brinell hardness test - Part 1: test method
EN ISO 6506-2:2005: Metallic materials - Brinell hardness test - Part 2: verification and calibration of testing machine EN ISO 6506-3:2005: Metallic materials - Brinell hardness test - Part 3: calibration of reference blocks
EN ISO 6506-4:2005: Metallic materials - Brinell hardness test - Part 4: Table of hardness values
US standard (ASTM International)
ASTM E10-08: Standard method for Brinell hardness of
30 2.7.2.2.Pengujian Vickers
Tujuan:
Menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap diamond (intan) berbentuk piramida yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut.
Pengertian,notasi dan satuan besaran:
1. Angka kekerasan Vickers (HV) adalah hasil bagi dari Beban Uji (F) dalam kgf dengan Luas Permukaan Bekas Luka Tekan Piramida Diamon (A) dalam mm2.
2. Notasi HV dilengkapi dengan indeks yang menyatakan syarat-syarat pengujian, yaitu: beban uji, dan lama pengujian (pembebanan uji).
○ XXX HV 30 berarti kekerasan Vickers hasil pengujian dengan beban uji F=30 kgf dan lama pembebanan 15 detik.
○ XXX HV 30/30 berarti kekerasan Vickers hasil pengujian dengan beban uji F=30 kgf dan lama pembebanan 30 detik.
31
Gambar 2.10 Ilustrasi hasil uji kekerasan Vickers
Proses Pengujian:
1. Piramida diamon disinggungkan (tegak lurus pada permukaan) material uji. Pembebanan dilaksanakan dalam keadaan bebas hentakan dan bebas getaran sampai tercapai beban F yang dikehendaki. Menurut aturan standar, lama pembebanan uji 15 detik.
2. Pada umumnya pusat tempat pengujian berjarak sekurang-kurangnya 2,5d dari tepi material uji atau dari pusat tempat pengujian yang lain. 3. Beban uji F yang biasa dipakai :
5 kgf ; 10 kgf ; 30 kgf ; 50 kgf 2
.
8544
,
1
d
F
HV =
32 Hasil pengujian dengan beban-beban tersebut dapat diperbandingkan. Ternyata sama, karena angka kekerasan Vickers praktis tidak tergantung pada beban uji.
Jika keadaan material uji memungkinkan, maka biasanya dipilih beban uji yang menghasilkan bekas luka tekan dengan diagonal d sekurang-kurangnya 0,4mm.
4. Pengujian material tipis:
1. Beban uji dipilih yang kecil agar tidak terjadi lubang tembus. 2. Beban uji dipilih sedemikian rupa sehingga permukaan
material uji bagian bawah tidak memperlihatkan tanda-tanda deformasi.
Catatan:
1. Diagonal bekas luka tekan d harus diukur dengan ketelitian 0,002 mm. 2. Tabel 2.6 Batas Penyimpangan Hasil Uji Vickers
Beban Uji (N) Penyimpangan Hasil (%)
20 4
2 8
0,2 16
3. Perbandingan antara luka tekan plastik dan luka tekan total (plastik + elastik) akan menjadi semakin kecil, jika beban uji semakin besar.
33 Dibandingkan dengan kekerasan hasil pengujian dengan beban uji 100N, maka kekerasan hasil pengujian dengan beban uji yang lebih kecil harus disertai dengan faktor penambahan dalam %. (Tabel 2.7)
Tabel 2.7 Faktor Penambahan pada Uji Vickers
Beban Uji (N) Penambahan (%)
20 6
2 12
0,2 24
Contoh hasil pengujian Vickers: 316L stainless steel 140HV30 347L stainless steel 180HV30 Carbon steel 55–120HV5 Iron 30–80HV5
International (ISO) and European (CEN) Standard
ISO 6507-1: Metallic materials - Vickers hardness test - Part 1: Test method
ISO 6507-2: Metallic materials - Vickers hardness test - Part 2: Verification and calibration of testing machines
ISO 6507-3: Metallic materials - Vickers hardness test - Part 3: Calibration of reference blocks
ISO 6507-4: Metallic materials - Vickers hardness test - Part 4: Tables of hardness values
34
US standard (ASTM International)
ASTM E92: Standard method for Vickers hardness of metallic
materials