BAB II
LANDASAN TEORI
Kekerasan
adalah suatu sifat dari bahan logam yang sangat penting karena banyak sifat
lain dari bahan logam yang berhubungan dengan kekerasan. Kekerasan ini adlaah
suatu kemampuan dari bahan untuk menahan sdeformasi plastik yang terjadi atau
perbedaan dari bahan terhadap bentuk tetap. Kekerasan berhubungan dengan
kekuatan, oleh karena itu dalam hal kekerasan suatu bahan dengan angka-angka
sudah menggambarkan kekuatan tersebut.
Kemampuan suatu logam akan meningkat apabila kekerasan semakin
meningkat, sementara kekerasan itu sendiri dipengaruhi oleh media pendingin.
Pada umumnya ada 3 cara pengujian kekerasan, yaitu:
(a) Cara Pengoresan
Dilakukan
dengan jalan menggoreskan bahan yang lebih keras terhadap bahan yang lebih lunak.
Cara ini dikenal dengan Hocks-Mocks. Membuat skala yang terdiri dari sepuluh
standar. Mineral-mineral yang disusun menurut kekerasan atau kemampuan mulai
dengan bahan terkeras yaitu intan kebahan yang lebih lunak.
(b) Cara Dinamik
Dilakukan
dengan jalan menjatuhkan bola baja ke permukaan logam dimana tinggi pantulan
bola menyatakan energi pantulan sebagai ukuran. Kekerasan cara ini disebut
Share shereskop.
(c) Cara Penekanan
Merupakan
cara umum dari pengujian kekerasan logam yang termasuk cara ini adalah cara
Brinell, Vickers, dan cara Rockwell.
1. Cara Brinell
Yaitu dengan cara menekankan
bola baja pada logam, dengan suatu bahan tertentu pada waktu baja ditekankan pada permukaan logam, maka
akan tampak bekas penekanan berupa sebagian dari bola baja. Diameter bekas penekanan diukur teliti dengan
mikroskop kekerasan Brinell diperoleh dengan perhitungan beban dibagi dengan
luas penampang bekas penekanan.
Dimana:
HB
= Kekerasan Brinell
P = Beban
D = Diameter Bola Baja
D = Diameter Bekas Penekanan
2.
Cara Vickers
Yaitu
menggunakan intan sebagai pengganti bola baja, dengan demikian untuk
bahan-bahan keras yang dijui dengan tidak ada penyimpangan seperti halnya cara
Brinell, sudut yang dibentuk oleh dua
bidang dari piramida pada bekas penekanan yaitu:
Harga
kekerasan adalah : 1,854 P/d2 . . . . . . . . . (Kg/mm2)
Dimana:
P =
Beban (Kg)
d = Panjang
rata-rata dari baris yang menghubungkan sudut-sudut diatas piramida bekas
penekanan pada bidang permukaan
3. Cara Rockwell
Prinsip kekerasan logam
didasarkan pada dalamnya atau dangkalnya bekas penekanan kerucut atau bola baja
yang masuk pada logam dengan < bentuk tertentu. Kerucut intan dan bola baja yang sering digunakan
adalah dengan diameter = 1/6, 1/8, ¼, dan ½
inchi. Makin keras suatu logam yang akan dijui maka semakin dangkal
masuknya bola baja atau kerucut baja. Begitu pula sebaliknya, karena pengukuran
dalamnya penekanan terbatas pada kemampuan alat dan mengingat segi-segi praktis
lainnya. Maka dibuat segi dari skala yang disebut skala A, B, dan C.
· Skala A
Digunakan
pada pengukuran kekerasan logam yang sangat keras dengan menggunakan kerucut
intan dengan beban 60 Kg.
· Skala B
Digunakan
pada pengukuran kekerasan logam agak lunak dengan menggunakan bola baja
berukuran 1/16 inchi dengan beban 100 Kg.
· Skala C
Digunakan
pada pengukuran kekerasan logam yaitu yang telah dikeraskan dengan menggunakan
kerucut intan dengan penekanan 150 Kg.
Keuntungan Dan Kerugian Metode Penekanan
1.
Brinell
Ø Keuntungan:
Dengan
bekas penekanan yang besar, kekerasan rata-rata dari bahan yang tidak homogen
dapat ditentukan.
Ø Kerugian:
a. Benda kerja dalam beberapa keadaan tidak
dapat digunakan karena besarnya besar penekanan.
b. Penentuan kekerasan memerlukan waktu yang
banyak oleh karena mengukur garis tengah besar tekanan dan menekan peluru
adalah dua pelaksanaan yang terpidah.
2.
Rockwell
Ø Keuntungan:
a. Dengan kerucut intan dapat diukur kekerasan
baja yang disebuk keras.
b. Dengan bekas tekanan yang kecil
kerusakan benda kerja lebih kecil.
Ø Kerugian:
Dengan
bekas penekanan yang kecil maka kekerasan rata-rata tidak dapat ditentukan
untuk bahan yang tidak homogen.
3.
Vickers
Ø Keuntungan:
a. Dengan
adanya penekanan pada benda yang sama kekerasan dapat ditentukan tidak hanya
untuk bahan lunak tetapi juga untuk bahan yang keras.
b. Pengukuran
kekerasan lebih teliti.
c. Kekerasan
benda yang amat tipis atau lapisan permukaan benda yang tipis dapat diukur dengan memilih gaya yang
kecil.
Ø Kerugian:
Penentuan kekerasasan membutuhkan banyak waktu karena penekanan
piramida dan pengukuran diagonal bekas tekanan dalah 2 pelaksanaan yang
terpisah.
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kekerasan
1. Kadar Karbon
Baja merupakan hasil paduan antara Fe
(Besi) dengan karbon yang relatif lebih lunak. Semakin tinggi kadar karbon yang
dikandung maka baja tersebut akan semakin keras dan getas. Namun dibalik
tingginya kadar karbon yang dimiliki akan menyebabkan keuletan suatu logam akan
menurun.
2. Media Pendingin
Media pendingin sangat berpengaruh
terhadap struktur mikro suatu logam. Pada saat logam telah mengalami pemanasan,
media pendingin dengan kecepatan pendingin yang cepat akan menghasilkan kerja
yang keras. Namun baja yang keras akan menyebabkan turunnya keuletan baja
tersebut.
- Temperatur
Pemanasan
Temperatur pemanasan dalam tungku akan
mempengaruhi struktur yang terbentuk, dimana tinggi suhu pemanasan akan
menyebabkan terbentuknya strukturil yang lunak karena jaraj antara molekul
semakin renggang sehingga menjadi lunak.
- Debit
Semakin besar volume massa media
pendingin, amak semakin cepat proses pendinginannya, begitu pula sebaliknya. Hal
ini disebabkan karena panas yang dapat diserap oleh media pendingin atau fluida
akan lebih banayk dibandingkan volume yang kecil.
Macam-macam
Unsur Paduan dan Pengaruhnya Pada Kekerasan
Pada pengerasan logam,
salah satu cara yang biasa dilakukan adalah dengan menambahkan unsur-unsur
paduan seperti:
a. Chrom
(Cr) dapat menambah kekuatan tarik dan meningkatkan ketahanan terhadap korosi
dan suhu tinggi.
b. Mangan (Mn) menambah kekuatan dan
elastisitas, kekerasan dan keuletan.
c. Silikon (Si) menambah kekuatan, ketahanan,
terhadap asam pada suhu tinggi dan ketahanan listrik.
d. Nikel (Ni) meningkatkan sifat mekanis
keuletan, kemampukerasan dan mengurangi sifat magnit, tahanan asam.
e. Molibden dan Wolfram, menambah kekuatan
dan kekerasan terutama pada suhu tinggi.
f. Karbon (C), pada baja karbon biasanya
kekerasan dan keuletan meningkat sebanding dengan kekuatan keuletannya, tetapi
keuletannya menurun dengan naiknya kadar karbon.
Cara-cara Meningkatkan Kekerasan
a. Perlakuan Panas
Kekerasan
dapat diperoleh dengan melakukan perlakuan panas yang disertai perdinginan yang
cepat. Pemanasan diatas suhu kritis kemudian disusul pendinginan yang cepat
akan membentuk fasa Martensit yang bersifat sangat keras dan getas.
b. Penambahan Unsur Paduan
Unsur
paduan karbon paling banyak digunakan untuk meningkatkan kekerasan baja. Unsur
karbon memiliki sifat sebagai pengikat molekul logam, sehingga penambahan
karbon dapat meningkatkan ikatan antar molekul sehingga mengakibatkan baja
tersebut kuat, tetapi menurunkan keuletan.
JENIS-JENIS PENGERASAN
1.
Pengerasan Permukaan
Adanya beberapa cara
untuk melakukan penerasan permukaan yaitu:
v
Karburasi
Cara ini sudah lama dikenal oleh orang
sejak dahulu. Dalam cara ini, besi dipanaskan diatas suhu dalam lingkukngan
yang mengandung karbon, baik dalam bentuk padat, cair, ataupun gas. Beberapa
bagian dari karburasi yaitu: karburasi padat, karburasi cair, dan karburasi
gas.
v
Karbonitriding
Adalah suatu proses pengerasan [permukaan dimana baja
dipanaskan diatas suhu kritis didalam lingkungan gas yang terjadi penyerapan
karbon dan nitrogen.
v
Cyaniding
Adalah proses dimana terjadi absorbsi karbon dalam nitrogen
untuk memperoleh permukaan yang keras pada baja karbon rendah yang sulit
dipanaskan.
v
Nitriding
Adalah proses pengerasan permukaan yang dipanaskan sampai +
510OC didalam lingkungan gas amonia selama beberapa waktu.
2. Pengerasan Induksi
Penggunaan
aru listrik untuk pencairan logam, penerasan dan perlakuan panas lainnya. Arus bolak-balik berfrekuensi tinggi
berasal dari pembangkit, konventer merkuri, osilator spark atau asilator
tabung. Frekueni pada umumnya tidak melebihi 500.000 Hz untuk benda yang tipis
digunakan frekuensi tingg, sedangkan untuk benda-benda berukuran sedang atau
tebal digunakan frekuensi rendah.
3.
Pengerasan Nyala
Dasar pengerasan nyala adalah sama dengan pengerasan induksi yaitu
pemanasan yang cepat disusul dengan pencelupan permukaan, tebal lapisan yang
mengeras tergantung pada kemampuan pengerasan bahan. Karena selama
proses penerasan tidak ada penambahan unsur-unsur lainnya. Pemanasan dilakukan
dengan nyala oksiasilaen yang dibiarkan memanasi permukaan logam sampai
mencapai suhu kritis. Pada alat dipanaskan aliran air pendingin sehingga seera
setelah suhu yang diinginkan tercapai , permukan langsung disemprot dengan ai.
Bila dikendalikan dengan baik, bagian dalam tidak berpengaruh. Tebal lapisan
yang keras tergantung pada waktu pemanasan pada suhu nyala.
4. Pengerasan Endapan
Pengerasan
endapan hanya dapat diterapkan pada paduan dimana daya larut suatu komponen
berkurang dengan menurunnya suhu. Paduan dipanaskan beberapa lama sehingga
terbentuk paduan yang homogen kemudian didinginkan dengan cepat sampai suhu
ruang.
Paduan
masih berupa larutan padat yang lewat jenuh, suatu keadaan tidak stabil, Al2Cu
akanmulai mengendap bila dibiarkan pada suhu ruang. Proses ini disebut proses
pengerasan sepuh alamiah. Partikel
yang mengendap dari larutan padat terbentuk pada batas butir dan bidang geser,
menghasilkan hambatan sehingga pergeseran atau slip antar partikel/kristal
berkurang. Kekerasan akan berkurang dan bertambah dengan semakin berkurangnya
atau bertambahnya besar partikel diiringi meningkatnya kerapuhan dan
berkurangnya kekuatan.
Jenis-jenis Karburasi
1.
Karburasi Padat (Fack Carburizine)
Adalah suatu cara karburasi yang
sudah dikenal cukup lama. Bahan diasumsikan dalam kotak tertutup dan ruangan
disi dengan arang katu atau kokas. Prosesnya memakan waktu cukup lama dan
banayk diterapkan untuk memperoleh lapisan yang tebal diantara 0,75 hingga 4
mm.
2.
Karburasi Gs (Gas Carburizine)
Antara lain dapat digunakan gas
alam atau hidrokarbon atau propan (gas karbit). Cara ini diterapkan untuk
karburasi bagian-bagian yang kecil yang dapat dicelupkan langsung setelah
pemanasan dalam kapur. Untuk memperoleh lapisan yang lebih tipis antara
0,10 sampai 0,75 mm, digunakan cara ini.
3. Karburasi Cair (Liquid Carburazine)
Baj
dipanaskan diatas suhu AC dalam dapur garam Cyanidasehingga karbon dan sedikit
nitrogen dapat berdifusi ke dalam lapisan luar. Proses ini ,mirip dengan proses
Cyanida, hanya disini kulit luar mempunyai kadar karbon yang lebih tinggi dari
kadar nitrogen yang lebih rendah. Karburasi cair dapat digunakan untuk
membentuk lapisan setebal 6,35 mm, meskipun umumnya lapisan tidak melebihi 0,64
mm. Cara ini baik untuk pengerasan
permukaan benda yang berukuran kecil dan sedang.
Uji Kekerasan Mikro
Pengukuran
gradien kekerasan pada permukaan yang dikarburasi, pengukuran kekerasan
kandungan tunggal pada struktur mikro atau penentuan kekerasan pada roda gigi
merupakan contoh-contoh uji kekerasan mikro.
Pengembangan
penumbuk mikro oleh biro standar rasional dan pengukuran uji tekan untuk
mengontrol permukaan penekanan beban dan menyebabkan penggunaan kekerasan mikro
merupakan kegiatan laboratorium yang rutin. Penumbukan knop adalah intan yang
kasar dan dibentuk dengan perbandingan diagonal panjang dan pendek (T=t). Angka
kekerasan knoop (KHN) adalah beban dibagi luas proyeksi kekerasan yang tidak
akan kembali kebentuk semula.
KHN
= F/AP = P/L2C
Dimana:
P = Beban yang diterapkan
AP = Luas proyeksi
F = Gaya yang diberikan
L = Panjang diagonal indento
C = Konstanta Indentor (0,07028)
Kekerasan Meyer
Meyer
engajukan definisi kekerasan yang lebih rasional ibandingkan dengan yang
diajarkan Brinell yang didasarkan pada luas proyeksi retak, buakn keras
permukaannya. Tekanan rata-rata antara luas penumbuk atau lekukan adalah
sama beban luas proyeksi lekukan.
Meyer mengemukakan bahwa kekerasan/tekanan
rata-rata ini dapat diambil sebagai ukuran kekerasan dan dinamakan kekerasan
Meyer.
Kekerasan Meyer mempunyai satuan Kg/mm2,
kekerasan kurang peka terhadap bahan yang diterapkan dibanding kekerasan
Brinell. Untuk bahan-bahan yang mengalami pekerjaan dingin kekerasan Meyer pada
dasarnya tetap, sedangkan kekerasan Brinell akan mengecil bila beban bertambah.
Karena lekukan yang terjadi mengakibatkan kekerasan renggang.
Kurva Kekerasan Vs Kadar Karbon
Gambar
tersebut memperlihatkan nilai maksimum dari kekerasan dengan meningkatnya kadar
karbon dalam baja. Nilai karbon mempengaruhi kekerasan, niali kekerasan
maksimum ini hanya diperoleh apabila terbentuk 100% Martensit. Baja yang
bertransformasi dengan cepat dari austenit menjadi ferit plus karbida mempunyai
kemampukerasan rendah karena terbentuk (α + E) dan bukan martensit. Sebaliknya,
baja yang bertransformasi sangat lambat dari austenit menjadi ferit plus
karbida memiliki kemampukerasan yang tinggi dan kekerasan yang lebih tinggi
dapat dicapai dipusat sepotong baja meskipun pada bagian ini laju
pendinginannya lebih lambat.
Kurva Kekerasan Vs Temperatur
Hubungan antara kekerasan
dengan temperatur adalah makin tinggi suhu pemanasan maka bahan akan semakin
lunak karena suhu yang tinggi tersebut menyebabkan jarak molekul akan semakin
merenggang, sehingga daya ikat berkurang, dengan semakin rendahnya daya ikat
antar molekul, maka bahan tersebut akan semakin ulet dan lunak. Begitupun
sebaliknya, temperatur yang rendah mnyebabkan terbentuknya fasa martensit yang
mempengaruhi sifat bahan dimana semakin keras dan getas.
|
y
|
|
D
|
|
d
|
|
x
|
|
d/2
|
a) Cara Brinell
Dik:
r
= D/2; z = d/2
x2
= (D/2)2 – (d/2)2 = ¼ (D2-d2)
y
= r – x
Luar
½ Bola (A’):
Luas
Penekanan:
Harga
Kekerasan Brinell:
b) Cara Vickers
Perhatikan
bidang alas ABCD dari intan yang berbentuk bujur sangkar didapat:
AB
= BC = AC Cos 45o
=
PQ = ½ AB =
OP
=
Luas
sebuah bidang penekanan:
BOC
= ½ BC.OR ---à OR = OP
=
Maka
luas bidang penekanan:
A
= 4BOC
Sehingga diperoleh nilai kekerasan:
HV = P/A
Tidak ada komentar:
Posting Komentar