1 μm = 10
-6
m dan nanometer sebesar 1 nm = 10
-9
m
b
erukuran besar yang tentunya memiliki sifat mekanik maupun fisik yang lebih baik dibandingkan
dengan material logam yang dibuat dengan proses konvensional.
2.5 Pengujian Mekanik
Untuk mengetahui sifat-sifat suatu bahan, tentu kita harus mengadakan pengujian terhadap bahan tersebut. Ada tiga jenis uji coba yang akan dilakukan,
yaitu uji tarik tensile test, uji Kekerasan Hardness Test, Foto Mikro
Metallography Test.
2.5.1 Pengujian Tensile Tensile Test
Uji tarik termasuk dalam pengujian bahan yang paling mendasar. Pengujiannya sangat sederhana, tidak mahal dan sudah memiliki standarisasi di seluruh dunia
Amerika ASTM E8 dan Jepang JIS 2241. Dengan melakukan uji tarik suatu bahan,maka akan diketahui bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap energi
tarikan dan sejauh mana material itu bertambah panjang. Alat eksperimen untuk uji tarik ini harus memiliki cengkeraman grip yang kuat dan kekakuan yang
tinggi highly stiffness. Alat uji tarik dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Mesin Uji Tarik Tensile Test
Universitas Sumatera Utara
Bila gaya tarik terus diberikan kepada suatu bahan logam sampai putus, maka akan didapatkan profil tarikan yang lengkap berupa kurva seperti
digambarkan pada Gambar 2.3 Kurva ini menunjukkan hubungan antara gaya tarikan dengan perubahan panjang. Profil ini sangat diperlukan dalam desain yang
memakai bahan tersebut dan dapat dilihat pada gambar 2.3.
Gambar 2.3. Kurva F vs
Δl
Biasanya yang menjadi fokus perhatian adalah kemampuan maksimum bahan tersebut dalam menahan beban. Kemampuan ini umumnya disebut
“Ultimate Tensile Strength” dalam bahasa Indonesia disebut tegangan tarik maksimum. Perubahan panjang dalam kurva disebut sebagai regangan
teknik ε
eng
., yang didefinisikan sebagai perubahan panjang yang terjadi akibat perubahan statik
∆L terhadap panjang batang mula-mula L .Tegangan yang
dihasilkan pada proses ini disebut dengan tegangan teknik σ
eng
, dimana didefinisikan sebagai nilai pembebanan yang terjadi F pada suatu luas
penampang awal A . Tegangan normal tesebut akibat beban tarik statik dapat
ditentukan berdasarkan persamaan 2.1.
Ao F
=
σ 2.1
Dimana: σ = Tegangan normal akibat beban tarik Nmm
2
Universitas Sumatera Utara
F = Beban tarik N
A
o
= Luas penampang spesimen mula-mula mm
2
Regangan akibat beban tarik statik dapat ditentukan berdasarkan persamaan 2.2.
L L
∆ =
ε 2.2
Dimana:
= ∆L
L-L Keterangan:
ε = Regangan akibat beban tarik L = Perubahan panjang spesimen akibat beban tarik mm
Lo = Panjang spesimen mula-mula mm
Pada prakteknya nilai hasil pengukuran tegangan pada suatu pengujian tarik dan tekan pada umumnya merupakan nilai teknik. Regangan akibat beban
tarik yang terjadi, panjang akan menjadi berkurang dan diameter pada spesimen akan menjadi besar, maka ini akan terjadi deformasi plastis. Hubungan antara
stress dan strain dirumuskan pada persamaan 2.3 E = σ ε
2.3
E adalah gradien kurva dalam daerah linier, di mana perbandingan tegangan σ
dan regangan ε selalu tetap. E diberi nama “Modulus Elastisitas” atau “Young
Modulus”. Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan stress seperti ini kerap disingkat kurva SS SS curve. Kurva ini ditunjukkan oleh gambar 2.4.
Gambar 2.4 Kurva Tegangan-Regangan
Universitas Sumatera Utara
Berikut ini adalah table 2.4 sifat mekanis pada Tension dari bahan.
Tabel 2.4.Sifat mekanis pada Tension bahan pada suhu kamar untuk untuk
jenis logam paduan.
2.5.2 Pengujian Kekerasan Hardness Test
Pengujian kekerasan Brinnel merupakan pengujian standar skala industri, tetapi karena penekannya terbuat dari bola baja yang berukuran besar dan beban
besar maka bahan yang sangat lunak atau sangat keras tidak dapat diukur kekerasannya. Di dalam aplikasi manufaktur, material diuji untuk dua
pertimbangan, sebagai riset karakteristik suatu material baru dan juga sebagai suatu analisa mutu untuk memastikan bahwa contoh material tersebut
menghasilkan spesifikasi kualitas tertentu. Pengujian yang paling banyak dipakai adalah dengan menekan alat
penekan tertentu kepada benda uji dengan beban tertentu dan dengan mengukur ukuran bekas penekanan yang terbentuk di atasnya, cara ini dinamakan cara
kekerasan dengan penekanan brinnel. 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
Universitas Sumatera Utara
teknik, umumnya pengujian kekerasan menggunakan 4 macam metode pengujian kekerasan, yakni :
- Brinell HBBHN
- Rockwell HRRHN
- Vickers HVVHN
- Micro Hardness Namun jarang sekali dipakai-red
Gambar alat uji kekerasan dapat dilihat pada gambar 2.5 dibawah ini
Gambar 2.5. Alat uji kekerasan
Pemilihan masing-masing skala metode pengujian tergantung pada : -
Permukaan material -
Jenis dan dimensi material -
Jenis data yang diinginkan -
Ketersedian alat uji
2.5.2.1. Metode Brinell
Pengujian kekerasan dengan metode Brinell 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 Brinell diperuntukan bagi material yang memiliki kekerasan
Universitas Sumatera Utara
Brinell sampai 400 HB, jika lebih dati nilai tersebut maka disarankan menggunakan metode pengujian Rockwell ataupun Vickers. Angka Kekerasan
Brinell 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.
2.5.2.2. Metode 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.
2.5.2.3. Metode Rockwell
Skala yang umum dipakai dalam pengujian Rockwell adalah : -
HRa Untuk material yang sangat lunak. -
HRb Untuk material yang sedang. -
HRc Untuk material dengan kekerasan keras.
2.5.2.4. Metode Micro Hardness
Pada pengujian ini identornya menggunakan intan kasar yang dibentuk menjadi piramida. Bentuk lekukan intan tersebut adalah perbandingan diagonal
panjang dan pendek dengan skala 7:1. Pengujian ini untuk menguji suatu material adalah dengan menggunakan beban statis. Bentuk identor yang khusus berupa
knoop memberikan kemungkinan membuat kekuatan yang lebih rapat di bandingkan dengan lekukan Vickers. Hal ini sangat berguna khususnya bila
mengukur kekerasan lapisan tipis atau mengukur kekerasan bahan getas dimana kecenderungan menjadi patah sebanding dengan volume bahan yang ditegangkan.
Universitas Sumatera Utara
Rumus perhitungan Brinell Hardness Number BHN terdapat pada persamaan 2.1 di bawah ini :
[2. 4]
Dimana: P = beban penekan Kg D = diameter bola penekan mm
d = diameter lekukan mm
2.5.3 Foto Mikro Metallography Test
Analisa mikro adalah suatu analisa mengenai struktur logam melalui pembesaran dengan menggunakan mikroskop khusus metalografi. Dengan analisa
mikro struktur, kita dapat mengamati bentuk dan ukuran kristal logam, kerusakan logam akibat proses deformasi, proses perlakuan panas, dan perbedaan komposisi.
Sifat-sifat logam terutama sifat mekanis dan sifat fisis sangat dipengaruhi oleh mikrostruktur logam dan paduannya, disamping komposisi kimianya. Struktur
mikro dari logam dapat diubah dengan jalan perlakuan panas ataupun dengan proses perubahan bentuk deformasi dari logam yang akan diuji. Adapun
langkah-langkah yang harus dilakukan pada metalografi adalah sebagai berikut:
2.5.3.1. Mounting Spesimen
Spesimen yang berukuran kecil atau memiliki bentuk yang tidak beraturan akan sulit untuk ditangani khususnya ketika dilakukan pengamplasan dan
pemolesan akhir. Sebagai contoh adalah spesimen yang berupa kawat, spesimen lembaran metal tipis, potongan yang tipis, dan lain-lain. Untuk memudahkan
penanganannya, maka spesimen-spesimen tersebut harus ditempatkan pada suatu media media mounting. Secara umum syarat-syarat yang harus dimiliki bahan
mounting adalah: 1.
Bersifat inert tidak bereaksi dengan material maupun zat etsa 2.
Sifat eksoterimis rendah 3.
Viskositas rendah
Universitas Sumatera Utara
4. Penyusutan linier rendah
5. Sifat adhesi baik
6. Flowability
baik, dapat menembus pori, celah dan bentuk ketidakteraturan yang terdapat pada spesimen
7. Khusus untuk etsa elektrolitik dan pengujian SEM, bahan mounting
harus kondusif.
Media mounting yang dipilih haruslah sesuai dengan material dan jenis reagen etsa yang akan digunakan. Pada umumnya mounting menggunakan
material plastik sintetik. Materialnya dapat berupa resin castable resin yang dicampur dengan hardener, atau bakelit. Penggunaan castable resin lebih mudah
dan alat yang digunakan lebih sederhana dibandingkan bakelit, karena tidak diperlukan aplikasi panas dan tekanan. Namun bahan castable resin ini tidak
memiliki sifat mekanis yang baik lunak sehingga kurang cocok untuk material- material yang keras. Teknik mounting yang paling baik adalah menggunakan
thermosetting resin dengan menggunakan material bakelit. Material ini berupa bubuk yang tersedia dengan warna yang beragam. Thermosetting mounting
membutuhkan alat khusus, karena dibutuhkan aplikasi tekanan 4200 lb.in
-2
dan panas 1490
˚C pada mold saat mounting.
2.5.3.2. Grinding Pengamplasan Spesimen
Sampel yang baru saja dipotong, atau sampel yang telah terkorosi memiliki permukaan yang kasar. Permukaan yang kasar ini harus diratakan agar
pengamatan struktur mudah untuk dilakukan. Pengamplasan dilakukan dengan menggunakan kertas amplas yang ukuran butir abrasifnya dinyatakan dengan
mesh. Urutan pengamplasan harus dilakukan dari nomor mesh yang rendah hingga 150 mesh ke nomor mesh yang tinggi 180 hingga 600 mesh. Ukuran
grit pertama yang dipakai tergantung pada kekasaran permukaan dan ke dalaman kerusakan yang ditimbulkan oleh pemotongan. Hal yang harus diperhatikan pada
saat pengamplasan adalah pemberian air. Air berfungsi sebagai pemindah geram, memperkecil kerusakan akibat panas yang timbul yang dapat merubah struktur
mikro sampel dan memperpanjang masa pemakaian kertas amplas.
Universitas Sumatera Utara
2.5.3.3. Polishing Pemolesan Spesimen
Setelah diamplas sampai halus, sampel harus dilakukan pemolesan. Pemolesan bertujuan untuk memperoleh permukaan sampel yang halus, bebas
goresan dan mengkilap seperti cermin dengan permukaan teratur. Permukaan sampel yang akan diamati di bawah mikroskop harus benar-benar rata. Apabila
permukaan sampel kasar atau bergelombang, maka pengamatan struktur mikro akan sulit untuk dilakukan karena cahaya yang datang dari mikroskop dipantulkan
secara acak oleh permukaan sampel. Tahap pemolesan dimulai dengan pemolesan kasar terlebih dahulu kemudian dilanjutkan dengan pemolesan halus.
2.5.3.4. Etching Etsa Spesimen
Etsa merupakan proses penyerangan atau pengikisan batas butir secara selektif dan terkendali dengan pencelupan ke dalam larutan pengetsa baik
menggunakan listrik maupun tidak ke permukaan sampel sehingga detil struktur yang akan diamati akan terlihat dengan jelas dan tajam. Untuk beberapa material,
mikrostruktur baru muncul jika diberikan zat etsa. Sehingga perlu pengetahuan yang tepat untuk memilih zat etsa yang tepat. Pengamatan struktur makro dan
mikro. Pengamatan metalografi dengan mikroskop optik dapat dibagi dua, yaitu: 1.
Metalografi makro yaitu pengamatan struktur dengan perbesaran 10 -100 kali.
2. Metalografi mikro yaitu pengamatan struktur dengan perbesaran di atas
100 kali.
Universitas Sumatera Utara
Alat pengujian metalografi dapat ditunjukkan pada gambar 2.6 berikut.
Gambar 2.6. Alat Uji struktur mikro Mikroskop optic
Gambar di atas yaitu alat uji struktur mikro, yang fungsinya untuk mengambil gambar dari spesimen yang diuji dengan ukuran 100, 200 dan 500 x
pembesaran metalografi.
2.6 Perhitungan Besar Butir
