Kekerasan merupakan sifat mekanik dari suatu material yang memiliki arti yang banyak namun untuk industri metal atau logam dapat diartikan sebagai ketahanan suatu material terhadap deformasi permanen.
Dalam ilmu metalurgi berupa ketahanan terhadap penetrasi. Dalam ilmu desain teknik ini berarti mengukur sebuah aliran stress. Kekerasan juga dapat diartikan sebagai rerata tekanan kontak. Semua hal yang telah disebutkan tadi sangat berkaitan dengan sifat plastis suatu material (Chandler, 1999).
Namun secara umum sifat kekerasan dapat diartikan sebagai kemampuan material dalam menerima penetrasi dari benda runcing, kikisan, dan goresan tanpa mengalami deformasi (Kencanawati, 2013).
Sifat keras suatu material dibutuhkan pada beberapa produk mekanik yang diharapkan tahan terhadap goresan, kikisan, dan aus. Penerapan dari sifat keras ini semisal pada gerinda dengan memanfaatkan intan yang lebih keras dan kuat dari logam sehingga dapat digunakan untuk memotong atau memperhalusnya. Contoh lainnya adalah mata pahat harus dipilih yang lebih keras dibanding benda kerja agar bisa digunakan untuk memakannya.
Pada prinsipnya bahan yang lebih keras lebih mampu menahan deformasi tetap yang lebih baik sehingga deformasi tetap yang terjadi akan lebih kecil dibandingkan benda yang lunak.
Dalam dunia engineering sifat kekerasan suatu material ini dapat diketahui dengan melakukan uji kekerasan. Menurut (Chandler, 1999) Kekerasan itu dapat diindikasikan dalam beberapa cara sesuai dengan nama pengujiannya, semisal :
30
a. Static Indentation Test : Sebuah bola, kerucut, atau Pyramid yang diberi gaya terhadap permukaan dari metal yang akan diuji. Hubungan dari beban terhadap penampang atau kedalaman dari indentasi digunakan untuk mengukur kekerasan. yang termasuk dalam metode ini adalah brinell, knoop, vickers, dan rockwell test.
b. Rebound Test : Sebuah objek dengan massa dan dimensi standar dipantulkan dari permukaan benda kerja yang dites, dan dan tinggi dari pantulan tersebut menjadikan ukuran dari kekerasan. Scleroscope dan Leeb test merupakan contoh dari metode ini.
c. Scratch file Test: Inti dari metode ini adalah kemampuan sebuah material dalam menggores material lain. Mohs dan file hardrness test adalah contoh dari tipe ini.
d. Plowing test : Sebuah benda tumpul ( biasanya berupa intan) yang digerakkan sepanjang permukaan dari benda uji yang dites di bawah kondisi beban dan bentuk yang terkontrol. Lebar dari alur dijadikan sebagai pengukur kekerasan. Contoh dari tipe ini adalah Bierbaum test.
Dan banyak lagi beberapa tipe uji kekerasan lainnya.
Dari beberapa metode yang telah disebutkan tadi, metode yang paling umum dan sering digunakan untuk menguji kekerasan suatu material adalah metode indentasi. Dalam metode ini terbagi menjadi beberapa jenis seperti Rockwell, Brinell, Vickers.
3.2.1. Uji Kekerasan Brinell
Metode ini diajukan oleh J.A. Brinell di tahun 1900, dan merupakan pengujian kekerasan yang banyak digunakan serta disusun pembakuannya pertama kali (Dieter via UNY,1987).
Pengujian ini berupa pembuatan lekukan pada permukaan logam menggunakan bola baja yang dikeraskan dan ditekan dengan beban tertentu. Material uji dikenai beban dengan waktu tertentu, biasanya dalam waktu 30 detik, maka seletah bebean dihilangkan akan menghasilkan bekas dari bola indentor pada benda uji yang ukuran diameternya diamati dengan mikroskop. Permukaan benda
31
uji harus relatif halus, rata, bersih dari debu atau material lain dan terhindar dari kerak serta karat.
BHN merupaka sebutan dari angka atau nilai kekerasan brinell yang dinyatakan sebagai beban (P) dibagi dengan luas permukaan lekukan. Dengan ukuran yang mikroskopik maka luas dihitung dengan penjang diameter jejak yang teramati. Sehingga BHN dapat dihitung dengan persamaan berikut ini :
BHN = 𝑃
(𝜋𝐷
2 )(𝐷−√𝐷2−𝑑2)= 2𝑃
(𝜋𝐷)(𝐷−√𝐷2−𝑑2) Keterangan :
P = Beban yang digunakan (kg) D = diameter bola baja (mm) d = diameter lekukan (mm)
Dilihat pada gambar diatas ketika bola indentor menekan bahan uji dalam beberapa waktu lalu diangkat maka akan terjadi deformasi yang dapat dijadikan indikator pengukuran kekerasan.
Pembebanan pada pengujian brinell sebesar 3000 kgf, 2000 kgf, 1000 kgf, dan 500 kgf.
3.2.2. Uji Kekerasan Rockwell
Merupakan uji kekerasan yang banyak dipakai karena pengujiannya sederhana, instant, dan tanpa alat bantu serta perhitungan yang kompleks. Pada laat ini untuk mengetahui hasil datau nilai kekerasan benda uji tinggal melihat dial.
Gambar 3.1. Prinsip Kerja Alat Uji Brinell Gambar 3. 1 Ilustrasi Indentasi Brinnell
(Sumber : Hardness Testing, 2nd Edition, 06671G Harry Chandler, editor)
32
Hardness rockwell merupakan pengujian dengan cara menekan permukaan material uji dengan alat yang disebut indentor.
Beban pendahuluan (beban minor) akan dikenakan benda uji, kemudian disusul beban mayor dan beban mayor dilepaskan namun beban minor masih menekan. Prinsip kerja dan pengukuran dari alat ini adalah mengukur dalamnya bekas lekukan yang terjadi setelah beban mayor diangkat.
Kelebihan dari alat ini adalah dapat digunakan pada bahan yang sangat keras. Dapat digunakan untuk material plastik hingga batu gerinda. Sangat cocok untuk material yang keras dan juga lunak.
Namun alat ini memiliki kekurangan yaitu tingkat ketelitian yang rendah, tidak stabil karena terkena guncangan , serta penekanan bebannya tidak praktis.
Gambar 3. 2 . Prinsip Kerja Alat Uji Rockwell
(Sumber : E. Alfredo Campo, in Selection of Polymeric Materials, 2008 https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/rockwell-hardness)
3.2.3. Uji Kekerasan Vickers
Pada uji kekerasan vickers dasarnya sama dengan prinsip umum pada uji brinell. Yang menjadi pembeda adalah indentornya yang berupa piramida yang ujungnya berbentuk jajargenjang/ belah
33
ketupat ( diamond) dan dasarnya berbentuk persegi (Dowling, 2013). Sudut antara sisi/muka dari piramid adalah 136o seperti yang tertera pada gambar dibawah.
Nilai kekerasan dari uji vickers dinyatakan dengan beban dibagi dengan luas permukaan lekukan. Luas disini dihitung dengan panjang diagonal jejak indentor yang telah dilihat secara mikroskopik. Dengan persamaan sebagai berikut :
𝑉𝐻𝑁 = 2𝑃𝑠𝑖𝑛(𝜃 2)
𝑑2 = (1,854)𝑃 𝑑2
Keterangan :
P = beban yang digunakan (kg) d = panjang diagonal rata-rata (mm)
Gambar 3. 3 Ilustrasi Indentasi Vickers (Sumber : Dowling, N. E. (2013). Mechanical
Behavior of Materials, 4th Edition. harlow:
pearson. Pg.161)
34
𝜃 = sudut antara permukaan intan yang berhadapan = 136o
Kekurangan dari pengujian ini adalah (1) pengujiannya lamban sehingga tidak bisa dijadikan pengujian yang rutin dan berulang, (2) Persiapan permukaan benda ynag akan diuji memerlukan kehati- hatian, (3) Human error sangat berperan dalam menentukan panjang diagonal dari jejak yang dihasilkan.
3.3. Alat dan Bahan