Pengujian Kekerasan Mikro Logam dan Keramik

HVN1


// Oleh : Hadijaya
(Pelaksana Uji Kekerasan Logam dan Keramik).//

Kekerasan merupakan ukuran ketahanan bahan terhadap deformasi tekan. Deformasi yang terjadi dapat berupa kombinasi perilaku elastis dan plastis. Pada permukaan dari dua komponen yang saling bersinggungan dan bergerak satu terhadap lainnya akan terjadi deformasi elastis maupun plastis. Deformasi elastis kemungkinan terjadi pada permukaan yang keras, sedangkan deformasi plastis terjadi pada permukaan yang lebih lunak. Pengaruh deformasi bergantung pada kekerasan permukaan bahan (logam). Nilai kekerasan berkaitan dengan kekuatan luluh atau tarik logam, karena selama indentasi (penjejakan) logam mengalami deformasi sehingga terjadi regangan dengan persentase tertentu. Nilai kekerasan Vickers didefinisikan sama dengan beban dibagi luas jejak piramida (indentor) dalam kg/mm2 dan besarnya kurang lebih tiga kali besar tegangan luluh untuk logam-logam yang tidak mengalami pengerjaan pengerasan cukup berarti. Keras-lunak permukaan bahan logam di setiap lokasi penjejakan akan berbeda-beda karena faktor kehalusan permukaan, porositas, jenis perlakuan maupun perbedaan unsur-unsur paduan. Diagonal jejakan (d) yang lebih panjang pada suatu bahan uji memberikan pengertian bahwa nilai kekerasan bahan rendah, sebaliknya diagonal jejakan lebih pendek memberikan pengertian bahwa nilai kekerasan bahan tinggi. Makin besar beban, diagonal indentasi (d) makin besar pula di sisi lain makin besar diagonal indentasi maka nilai kekerasan makin rendah. Hal ini tentu saja terkait dengan ketahanan bahan terhadap deformasi yang dilakukan indentor.

Pengaruh bahan etsa
Proses etsa pada prinsipnya merupakan peristiwa korosi logam yang terkendali, namun tetap mengakibatkan porositas dipermukaan bahan uji yang mempengaruhi kekerasan mikro. Hasil pengujian kekerasan mikro bahan sebelum dan sesudah dietsa kemungkinan akan berbeda. Demikian pula perbedaan hasil uji yang kemungkinan terjadi pada pengunaan wax (malam).
Peningkatan kekerasan atau penurunan kekerasan mungkin saja terjadi setelah logam terkena bahan kimia yaitu material mengalami Stress Corrosion Cracking (SCC) oleh adanya bahan kimia etsa yang berdampak pada meningkatnya nilai kekerasan. Misalnya pada AlMg2 non-etsa, menunjukkan kekerasan mikro = 61.76 HVN, sedangkan AlMg2 yang di-etsa menghasilkan kekerasan = 45.6 HVN. Hal ini berarti terjadi penurunan kekerasan setelah logam terkena bahan kimia etsa yang menimbulkan pori-pori (porositas) dipermukaan bahan sehingga pada saat indentor dijejakkan, diagonal indentasi makin melebar dan berarti terjadi penurunan kekerasan. Etching sampel logam hanya diperlukan untuk proses metalografi, sedangkan etching sampel logam pada pengujian kekerasan mikro tidak diperlukan. Hal ini dapat menghasilkan penyimpangan data uji.
Pengaruh penggunaan wax
Kondisi bahan uji yang proporsional dalam arti permukaan sampel halus dan rata demikian pula bagian punggung sampel, tentu saja akan memudahkan proses penjejakan. Namun sering pula dijumpai keadaan sampel yang tidak sempurna hasil preparasinya (mounting dan grinding) sehingga memaksa operator micro hardness tester untuk menggunakan bahan pengganjal sampel yang dinamakan malam (wax).
Karakteristik micro hardness tester akan menunjukkan perbedaan yang cukup berarti ketika beban indentor yang digunakan makin berat. Sifat elastisitas wax seakan mengakibatkan peningkatan kekerasan material jika wax yang digunakan makin tebal. Penggunaan wax sedapat-mungkin dihindari karena memberikan pengaruh pada saat berlangsungnya indentasi. Penggunaan wax hanya diperkenankan jika permukaan sampel tidak rata/ miring.

Syarat Keberterimaan Bahan Uji
Bahan yang akan diuji kekerasannya harus memenuhi syarat tertentu yaitu dapat diletakkan dimeja uji dengan posisi rata (horisontal). Seringkali dijumpai beberapa sampel yang tidak rata sehingga perlu dipreparasi ulang khususnya grinding.

Berdasarkan gambar dapat dijelaskan beberapa kondisi bahan uji sebagai berikut :
1. Kondisi bahan uji buram karena permukaannya ter-oksidasi baik oleh bahan kimia etsa maupun udara sekitar, bahan uji tak memenuhi keberterimaan.
2. Kondisi bahan uji mengkilap dengan permukaan yang halus, memenuhi keberterimaan.
3. Kondisi bahan uji dengan permukaan yang rata (horisontal), memenuhi keberterimaan.
4. Kondisi bahan uji yang miring (kegagalan proses grinding), bahan uji tak memenuhi keberterimaan.
5. Kondisi bahan uji yang bulat (sebelum di-grinding), bahan uji tak memenuhi keberterimaan.
6. Kondisi bahan uji bulat tetapi telah diratakan, memenuhi keberterimaan.

Pelaksanaan Uji Kekerasan Mikro
Dalam melakukan pengujian bahan diperhatikan pula kesiapan alat uji dengan cara melakukan kalibrasi antara menggunakan bahan uji Steel Standard yaitu suatu jenis baja nomor MP. A. 35375.888; 599 HV 0,015 sebagai standar uji kelaikan alat yang ditetapkan oleh pabrik pembuat Leitz Micro Hardness Tester dengan nomor MP. A. 37056.189. Steel Standard digunakan untuk mengetahui karakteristik instrumentasi tersebut atau sebagai material kalibrasi antara.
Kaji ulang kegiatan pengujian bertujuan untuk memastikan apakah penggunaan wax dan sampel logam yang di-etsa membawa pengaruh yang berarti pada saat diuji kekerasannya sehingga diperoleh informasi yang berguna bagi peningkatan mutu pelayanan uji kekerasan mikro di lingkungan Laboratorium Uji Bahan. Bahan yang digunakan terdiri dari Steel Standard dan bahan struktur logam paduan Alfeni hasil cor yang telah dipreparasi dan dietsa. Preparasi cuplikan menggunakan bahan-bahan seperti Diamond paste Struers, Grinding paper, Polishing wool dan bahan-bahan kimia untuk membuat formula (reagen) proses etsa 10 cc Asam Klorida 60% + 30 cc Asam Nitrat 60% + 5 gram FeCl3 dalam 100 cc Air selanjutnya sampel dioles dengan formula tersebut (Swab etching).

Steel Standard yang berbentuk segitiga sebelum di-indentasi, di-poles hingga mengkilap seperti cermin. Material logam paduan Alfeni dipotong dengan alat potong Acuttom sehingga diperoleh cuplikan berukuran 1cm x 1 cm. Cuplikan tersebut dicuci dengan alkohol dan dikeringkan kemudian ditanam dalam resin (di-mounting). Selanjutnya dilakukan grinding menggunakan kertas ampelas ukuran kasar dan halus (grid 320 sampai grid 1200), lalu dipoles hingga mengkilap seperti cermin dan siap untuk diindentasi[5]. Semua tahapan preparasi tersebut menghendaki kecermatan dan keterampilan yang seksama agar kondisi sampel bahan struktur memenuhi keberterimaan pada uji kekerasan mikro.
Masing-masing bahan struktur yang telah ditanam dalam resin dan dipreparasi sampai pada tahap polishing langsung diuji kekerasan mikronya dengan variasi beban 100p, 200p dan 300p untuk mendapatkan data kekerasan mikro sampel non-etsa.
Setelah itu dilakukan proses etching (etsa) bahan struktur lalu diuji kekerasan mikronya dengan variasi beban 100p, 200p dan 300p untuk mendapatkan data kekerasan mikro sampel ter-etsa.
Data kekerasan mikro dicari dari tabel berdasarkan ukuran rata-rata diagonal identasi seperti pada gambar berikut ini.

Steel standard yang telah dipolishing sampai mengkilap langsung ditempatkan dibawah indentor dan diindentasi tanpa menggunakan wax (malam) dengan variasi beban 100p, 200p dan 300p.
Pada percobaan pengujian kekerasan Steel Standard (baja nomor MP. A. 35375.888; 599 HV 0,015) untuk mengetahui pengaruh penggunaan wax (malam) pada pemakaian alat uji kekerasan mikro model Leitz Micro Hardness Tester digunakan wax (malam) setebal 1 mm dan 3 mm serta tanpa menggunakan wax (malam) pada variasi beban indentor 100p, 300p dan 500p. Karakteristik mikro hardness tester menunjukkan perbedaan ketika beban indentor yang digunakan makin berat (200p dan 300p). Sifat elastisitas wax akan mempengaruhi hasil uji (mengakibatkan peningkatan kekerasan) jika wax yang digunakan makin tebal. Oleh sebab itu preparasi sampel (mounting dan grinding) memerlukan kecermatan agar dapat menghasilkan sampel uji yang rata permukaannya. Mengingat bahwa wax memberikan pengaruh pada saat berlangsungnya indentasi maka bagi sampel yang permukaannya rata wax sebaiknya tidak digunakan. Wax hanya digunakan untuk mengganjal sampel yang permukaannya miring dan pemakaiannya-pun agar sedikit mungkin dengan beban indentor kurang dari 100p.
Dalam melakukan pengecekan antara, beban indentor yang dianggap ideal adalah satu beban yang mampu menghasilkan nilai kekerasan yang sama atau mendekati nilai kekerasan Steel Standard (MP. A. 37056.189). Pemilihan beban ideal seyogyanya dilakukan pada setiap alat akan dioperasikan sebagai tindakan preventif agar dapat mengetahui apakah terjadi penyimpangan pada instrumen sehingga kesalahan pengukuran dapat diperkecil. Etching sampel logam hanya diperlukan untuk proses metalografi, sedangkan etching sampel logam pada pengujian kekerasan mikro tidak diperlukan. Masalah lain yang dapat menimbulkan penyimpangan data uji yaitu penggunaan wax (malam) sebagai pengganjal sampel, karakteristik micro hardness tester menunjukkan perbedaan yang cukup berarti ketika beban indentor yang digunakan makin berat. Sifat elastisitas wax dapat mengakibatkan peningkatan kekerasan jika wax yang digunakan makin tebal.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *