Pengetahuan Sifat Logam (Mekanik & Fisik)

METALURGI FISIK

Pengetahuan Sifat Logam (Mekanik & Fisik)

Jurusan Teknik Mesin Universitas Gunadarma, Kampus J Kalimalang,BEKASI

Nama : Ahmad Fauzi

NPM : 20408065

Dosen Pembimbing : Drs.Syahbuddin,MSc,Ph.D

Mengenal Material dan Mineral

Material dapat berupa bahan logam dan non logam. Bahan logam ini terdiri dari logam ferro dan nonferro. Bahan logam ferro diantaranya besi, baja, dan besi cor, sedangkan logam nonferro (bukan besi) antara lain emas, perak, dan timah putih. Bahan non logam dapat dibagi menjadi bahan organik (bahan yang berasal dari alam) dan bahan anorganik. Selain pengelompokan di atas, material juga dapat dikelompokkan berdasarkan unsur-unsur kimia, yaitu unsur logam, nonlogam dan metalloid. Dengan mengetahui unsur-unsur kimia ini, kita dapat menghasilkan logam yang kuat dan keras sesuai kebutuhan.

Berbagai Macam Sifat Logam :

Sifat Mekanik Sifat Fisik

- Kekuatan - Kerapatan

- Keuletan - Titik Lebur

- Ketangguhan - Panas Sfesifik

- Kekerasan - Kondduktivitas &

- Kelelahan (fatique) Ekspansi Panas

- Impak - Konduktivitas Listrik

- Mulur (creep) - Korosi & Oksidasi

Logam mempunyai beberapa sifat antara lain: sifat mekanis, sifat fisika, sifat kimia dan sifat pengerjaan. Sifat mekanis adalah kemampuan suatu logam untuk menahan beban yang diberikan pada logam tersebut. Pembebanan yang diberikan dapat berupa pembebanan statis (besar dan arahnya tetap), ataupun pembebanan dinamis (besar dan arahnya berubah). Yang termasuk sifat mekanis pada logam, antara lain: kekuatan bahan (strength), kekerasan elastisitas, kekakuan, plastisitas, kelelahan bahan, sifat fisika, sifat kimia, dan sifat pengerjaan. Kekuatan (strength) adalah kemampuan material untuk menahan tegangan tanpa kerusakan. Beberapa material seperti baja struktur, besi tempa, alumunium, dan tembaga mempunyai kekuatan tarik dan tekan yang hampir sama. Sementara itu, kekuatan gesermya kira-kira dua pertiga kekuatan tariknya. Ukuran kekuatan bahan adalah tegangan maksimumnya, atau gaya terbesar persatuan luas yang dapat ditahan bahan tanpa patah. Untuk mengetahui kekuatan suatu material dapat dilakukan dengan pengujian tarik, tekan, atau geser. Kekerasan (hardness) adalah ketahanan suatu bahan untuk menahan pembebanan yang dapat berupa goresan atau penekanan. Kekerasan merupakan kemampuan suatu material untuk menahan takik atau kikisan. Untuk mengetahui kekerasan suatu material digunakan uji Brinell. Kekakuan adalah ukuran kemampuan suatu bahan untuk menahan perubahan bentuk atau deformasi setelah diberi beban. Kelelahan bahan adalah kemampuan suatu bahan untuk menerima beban yang berganti-ganti dengan tegangan maksimum diberikan pada setiap pembebanan. Elastisitas adalah kemampuan suatu bahan untuk kembali ke bentuk semula setelah menerima beban yang mengakibatkan perubahan bentuk. Elastisitas merupakan kemampuan suatu material untuk kembali ke ukuran semula setelah gaya dari luar dilepas. Elastisitas ini penting pada semua struktur yang mengalami beban yang berubah-ubah terlebih pada alat-alat dan mesin-mesin presisi. Plastisitas adalah kemampuan suatu bahan padat untuk mengalami perubahan bentuk tetap tanpa ada kerusakan. Sifat fisika adalah karakteristik suatu bahan ketika mengalami peristiwa fisika seperti adanya pengaruh panas atau listrik. Yang termasuk sifat-sifat fisika adalah sebagai berikut: Titik lebur, Kepadatan, Daya hantar panas, dan daya hantar listrik. Sifat kimia adalah kemampuan suatu logam dalam mengalami peristiwa korosi. Korosi adalah terjadinya reaksi kimia antara suatu bahan dengan lingkungannya. Secara garis besar ada dua macam korosi, yaitu korosi karena efek galvanis dan reaksi kimia langsung.
Sifat pengerjaan adalah suatu sifat yang timbul setelah diadakannya proses pengolahan tertentu.

Mengenal Metode Pengujian Kekerasan

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), dalam hal ini bidang keilmuan yang berperan penting mempelajarinya adalah Ilmu Bahan Teknik (Metallurgy Engineering).
Kekerasan didefinisikan sebagai kemampuan suatu material untuk menahan beban identasi atau penetrasi (penekanan). Didunia teknik, umumnya pengujian kekerasan menggunakan 4 macam metode pengujian kekerasan, yakni :

1. Brinnel (HB / BHN)
2. Rockwell (HR / RHN)
3. Vikers (HV / VHN)
4. Micro Hardness (Namun jarang sekali dipakai-red)
5. Knoop

Pemilihan masing-masing skala (metode pengujian) tergantung pada :
a. Permukaan material
b. Jenis dan dimensi material
c. Jenis data yang diinginkan
d. Ketersedian alat uji

1. Brinnel

Pengujian kekerasan dengan metode Brinnel bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap bola baja (identor) yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut (speciment). Idealnya, pengujian Brinnel diperuntukan bagi material yang memiliki kekerasan Brinnel sampai 400 HB, jika lebih dati nilai tersebut maka disarankan menggunakan metode pengujian Rockwell ataupun Vickers. Angka Kekerasan Brinnel (HB) didefinisikan sebagai hasil bagi (Koefisien) dari beban uji (F) dalam Newton yang dikalikan dengan angka faktor 0,102 dan luas permukaan bekas luka tekan (injakan) bola baja (A) dalam milimeter persegi. Identor (Bola baja) biasanya telah dikeraskan dan diplating ataupun terbuat dari bahan Karbida Tungsten. Jika diameter Identor 10 mm maka beban yang digunakan (pada mesin uji) adalah 3000 N sedang jika diameter Identornya 5 mm maka beban yang digunakan (pada mesin uji) adalah 750 N. Dalam Praktiknya, pengujian Brinnel biasa dinyatakan dalam (contoh ) : HB 5 / 750 / 15 hal ini berarti bahwa kekerasan Brinell hasil pengujian dengan bola baja (Identor) berdiameter 5 mm, beban Uji adalah sebesar 750 N per 0,102 dan lama pengujian 15 detik. Mengenai lama pengujian itu tergantung pada material yang akan diuji. Untuk semua jenis baja lama pengujian adalah 15 detik sedang untuk material bukan besi lama pengujian adalah 30 detik.

2. Vickers

Pengujian kekerasan dengan metode Vickers bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap intan berbentuk piramida dengan sudut puncak 136 Derajat yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut. Angka kekerasan Vickers (HV) didefinisikan sebagai hasil bagi (koefisien) dari beban uji (F) dalam Newton yang dikalikan dengan angka faktor 0,102 dan luas permukaan bekas luka tekan (injakan) bola baja (A) dalam milimeter persegi. Secara matematis dan setelah disederhanakan, HV sama dengan 1,854 dikalikan beban uji (F) dibagi dengan diagonal intan yang dikuadratkan. Beban uji (F) yang biasa dipakai adalah 5 N per 0,102; 10 N per 0,102; 30 N per 0,102N dan 50 per 0,102 N. Dalam Praktiknya, pengujian Vickers biasa dinyatakan dalam (contoh ) : HV 30 hal ini berarti bahwa kekerasan Vickers hasil pengujian dengan beban uji (F) sebesar 30 N per 0,102 dan lama pembebanan 15 detik. Contoh lain misalnya HV 30 / 30 hal ini berarti bahwa kekerasan Vickers hasil pengujian dengan beban uji (F) sebesar 30 N per 0,102 dan lama pembebanan 30detik.

3. Rockwell

Skala yang umum dipakai dalam pengujian Rockwell adalah :
a. HRa (Untuk material yang sangat keras)
b. HRb (Untuk material yang lunak). Identor berupa bola baja dengan diameter 1/16 Inchi dan beban uji 100 Kgf.
c. HRc (Untuk material dengan kekerasan sedang). Identor berupa Kerucut intan dengan sudut puncak 120 derjat dan beban uji sebesar 150 kgf.
Pengujian kekerasan dengan metode Rockwell bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap benda uji (speciment) yang berupa bola baja ataupun kerucut intan yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut.

Pengujian Kekerasan Logam

Kekerasan HB (Brinell) di hitung dari perbandingan antara gaya penekanan ( F ) dan luas segmen desakan bola ( A ). Perhitungan ini sangat menjengkelkan oleh karena itu dalam prakteknya HB dicari dalam tabel. Diameter bola penekan yang dipakai biasanya 10 mm, dengan lama penekanan untuk logam dengan kekokohan tinggi selama 15 detik. Biasanya besar gaya penekanan untuk pengujian logam sebesar 100 N.

HB = Nilai kekerasan menurut Brinell

F = Gaya desakan Bola penekan ( N)

A = Luas dari luang bekas penekan bola ( mm2 )

Kerugian dari metoda Brinell :

· Tidak mungkin untuk mengukur bahan yang keras, hanya mampu mengukur efektif kekerasan bahan hingga 4300 HB

· Tidak bisa digunakan untuk mengukur kekerasan bahan yang kecil

Keuntungan metoda Brinell :

Dengan bekas tekanan yang besar kekerasan rata-rata dari bahan yang tidak homogen dapat ditentukan, seperti besi tuang.

1. Pengukuran Kekerasan Metoda Vickers ( VHN atau HV )

Pada pengukuran kekerasan menurut vickers suatu benda penekan intan, dengan bentuk piramida lurus dengan alas bujur sangkar dan dengan sudut puncak 136 o, ditekan kedalam kedalam bahan dengan gaya F tertentu selama waktu tertentu. Kekerasan vickers dapat diperoleh dengan membagi gaya penekan dengan luas bekas tekanan pada permukaan bahan.

Untuk mengukur baja biasanya digunakan gaya 1000 N, dengan waktu pembebanan selama 15 detik.

Dimana :

VHN = nilai kekerasan Vickers

F = gaya penekan, dalam satuan Newton

A = luas dari bekas desakan pada permukaan bahan, dalam satuan mm2

Keuntungan pengukuran kekerasan menurut Vickers :

· Dengan benda penekan yang sama kekerasan dapat dtentukan tidak saja untuk bahan lunak akan tetapi juga untuk bahan keras

· Dengan bekas tekanan yang kecil bahan percobaan dirusak lebih sedikit

· Hasil pengukuran kekerasan lebih teliti

· Kekerasan benda kerja yang tipis dapat diukur dengan memilih gaya yang kecil

Kerugian pengukuran kekerasan menurut Vickers :

· Dengan bekas tekanan yang kecil kekerasan rata-rata bahan yang tidak homogen tidak dapat ditentukan, misalnya besi tuang

· Penentuan kekerasan membutuhkan banyak waktu

Kekerasan menurut Van Vliet dan W. Both,1984 adalah tahanan yang yang dilakukan oleh bahan terhadap desakan kedalam yang tetap, disebabkan oleh sebuah alat pendesak dengan bentuk tertentu dibawah pengaruh gaya tertentu.

Pengujian Kekerasan menurut Tata Surdia dan Shinroku Saito, 1995 adalah satu dari sekian banyak pengujian yang dipakai, karena dapat dilaksanakan pada benda uji yang kecil tanpa kesukaran mengenal spesifikasi.

Pengukuran kekerasan dapat dilakukan dengan dua metoda yang umum digunakan sebagai berikut :

2. Pengukuran Kekerasan Metoda Brinell

Sebuah peluru baja yang dikeraskan ditekankan pada permukaan benda uji yang licin dengan suatu gaya tertentu. Benda uji itu harus didukung secara merata oleh bidang pendukung yang cukup tebal, sebab kalau tidak demikian kekerasan bidang pendukung itu ikut terukur.