Sifat – Sifat MaterialSecara garis besar material mempunyai sifat-sifat yang mencirikannya, pada

bidang teknik mesin umumnya sifat tersebut dibagi menjadi tiga sifat. Sifat –sifat

itu akan mendasari dalam pemilihan material, sifat tersebut adalah:

Sifat mekanik

Sifat fisik

Sifat teknologi

Dibawah ini akan dijelaskan secara terperinci tentang sifat-sifat material tersebut

1. Sifat Mekanik

Sifat mekanik material, merupakan salah satu faktor terpenting yang mendasari

pemilihan bahan dalam suatu perancangan. Sifat mekanik dapat diartikan sebagai

respon atau perilaku material terhadap pembebanan yang diberikan, dapat berupa

gaya, torsi atau gabungan keduanya. Dalam prakteknya pembebanan pada

material terbagi dua yaitu beban statik dan beban dinamik. Perbedaan antara

keduanya hanya pada fungsi waktu dimana beban statik tidak dipengaruhi oleh

fungsi waktu sedangkan beban dinamik dipengaruhi oleh fungsi waktu.

Untuk mendapatkan sifat mekanik material, biasanya dilakukan pengujian

mekanik. Pengujian mekanik pada dasarnya bersifat merusak (destructive test),

dari pengujian tersebut akan dihasilkan kurva atau data yang mencirikan keadaan

dari material tersebut.

Setiap material yang diuji dibuat dalam bentuk sampel kecil atau spesimen.

Spesimen pengujian dapat mewakili seluruh material apabila berasal dari jenis,

komposisi dan perlakuan yang sama. Pengujian yang tepat hanya didapatkan pada

material uji yang memenuhi aspek ketepatan pengukuran, kemampuan mesin,

kualitas atau jumlah cacat pada material dan ketelitian dalam membuat spesimen.

Sifat mekanik tersebut meliputi antara lain: kekuatan tarik, ketangguhan,

kelenturan, keuletan, kekerasan, ketahanan aus, kekuatan impak, kekuatan mulur,

kekeuatan leleh dan sebagainya.

Sifar-sifat mekanik material yang perlu diperhatikan:

Tegangan yaitu gaya diserap oleh material selama berdeformasi persatuan

luas.

Regangan yaitu besar deformasi persatuan luas.

Modulus elastisitas yang menunjukkan ukuran kekuatan material.

Kekuatan yaitu besarnya tegangan untuk mendeformasi material atau

kemampuan material untuk menahan deformasi.

Kekuatan luluh yaitu besarnya tegangan yang dibutuhkan untuk

mendeformasi plastis.

Kekuatan tarik adalah kekuatan maksimum yang berdasarkan pada ukuran

mula.

Keuletan yaitu besar deformasi plastis sampai terjadi patah.

Ketangguhan yaitu besar energi yang diperlukan sampai terjadi

perpatahan.

Kekerasan yaitu kemampuan material menahan deformasi plastis lokal

akibat penetrasi pada permukaan.

2. Sifat Fisik

Sifat penting yang kedua dalam pemilihan material adalah sifat fisik. Sifat fisik

adalah kelakuan atau sifat-sifat material yang bukan disebabkan oleh pembebanan

seperti pengaruh pemanasan, pendinginan dan pengaruh arus listrik yang lebih

mengarah pada struktur material. Sifat fisik material antara lain : temperatur cair,

konduktivitas panas dan panas spesifik.

Struktur material sangat erat hubungannya dengan sifat mekanik. Sifat mekanik

dapat diatur dengan serangkaian proses perlakukan fisik. Dengan adanya

perlakuan fisik akan membawa penyempurnaan dan pengembangan material

bahkan penemuan material baru.

3. Sifat Teknologi

Selanjutnya sifat yang sangat berperan dalam pemilihan material adalah sifat

teknologi yaitu kemampuan material untuk dibentuk atau diproses. Produk dengan

kekuatan tinggi dapat dibuat dibuat dengan proses pembentukan, misalnya dengan

pengerolan atau penempaan. Produk dengan bentuk yang rumit dapat dibuat

dengan proses pengecoran. Sifat-sifat teknologi diantaranya sifat mampu las, sifat

mampu cor, sifat mampu mesin dan sifat mampu bentuk. Sifat material terdiri dari

sifat mekanik yang merupakan sifat material terhadap pengaruh yang berasal dari

luar serta sifat-sifat fisik yang ditentukan oleh komposisi yang dikandung oleh

material itu sendiri.

2.2 Kekerasan

Kekerasan adalah ukuran ketahanan suatu material terhadap deformasi plastis

lokal. Nilai kekerasan tersebut dihitung hanya pada tempat dilakukannya

pengujian tersebut (lokal), sedangkan pada tempat lain bisa jadi kekerasan suatu

material berbeda dengan tempat yang lainnya. Tetapi nilai kekerasan suatu

material adalah homogen dan belum diperlakupanaskan secara teoritik akan sama

untuk tiap-tiap titik.

2.2.1 Metoda Pengujian Kekerasan

Pengujian kekerasan sering sekali dilakukan karena mengetahui kekerasan suatu

material maka (secara umum) juga dapat diketahui beberapa sifat mekanik

lainnya, seperti kekuatan. Pada pengujian kekerasan dengan metoda penekanan,

penekan kecil (identor) ditekankan pada permukaan bahan yang akan diuji dengan

penekanan tertentu. Kedalaman atau hasil penekanan merupakan fungsi dari nilai

kekerasan, makin lunak suatu bahan makin luas dan makin dalam akibat

penekanan tersebut, dan makin rendah nilai kekerasannya.

2.2.2 Kerasan Rockwell

Pengujian Rockwell merupakan cara yang paling umum digunakan untuk

mengukur kekerasan, karena pengujiannya sederhana untuk dikerjakan dan tidak

dibutuhkan kemampuan khusus. Dalam uji kekerasan Rockwell ada beberapa

skala yang dapat digunakan dan kombinasi jenis identor dan beban yang

diterapkan. Identor yang digunakan ada dua macam, yaitu:

Bola baja yang dimiliki diameter 1/16, 1/8, 1/4, 1/2 in .

Kerucut intan yang digunakan untuk bahan-bahan yang keras.

Dengan sistem ini, angka kekerasan dapat ditentukan berdasarkan perbedaan

kedalaman hasil penetrasi yang diawali beban minor dan diikuti oleh beban mayor

yang lebih besar. Besarnya beban minor adalah 10 kg dan beban mayor adalah 60,

100, 150 kg. Kekerasan dapat dibaca secara secara langsung dan hanya

membutuhkan beberapa detik saja.

2.2.2.1 Mesin Uji Kekerasan Rockwell

Banyak digunakan model dan tipe mesin uji kekerasan Rockwell pada saat ini.

Penerapan penggunaan beban ada yang dengan pegas maupun benda mati.

Beberapa alat menggunakan alat pencatat dial, akan tetapi penggunaan pencatat

digital mulai popoler akibat peningkatan dari kemampuan baca alat. Bahkan ada

yang menggunakan microprocessors untuk mengontrol proses pengujian dan

dapat dihubungkan dengan komputer.

Bermacam-macam metode telah dikembangkan untuk dapat meningkatkan funsi

dari Mesin uji kekerasan Rockwell. Akan tetapi prinsip dasar dari mesin

pengujian itu semua ada pada mesin yang menggunakan beban mati, seperti pada

Gambar 2.1

Gambar 2.2 Skema mesin Uji kekerasan Rockwell dengan beban mati

2.2.2.2 Penggunaan Mesin Uji Kekerasan Rockwell

Lokasi titik pengujian pada mesin uji kekerasan sangat penting. Bila penekanan

dilakukan terlalu dekat dengan bagian tepi dari benda uji maka harga kekerasan

yang didapat akan berkurang dari yang sebenarnya. Untuk memeastikan hasil

pengukuran kekerasan yang didapat akurat, jarak penekanan minimal haruslah dua

atau satu setengah diameter penekanan dari bagian tepi benda uji. Sedangkan

jarak minimum antara satu penekanan dengan penekanan yang lain minimal lima

kali diameter penekanan.

Pemilihan skala yang tepat juga sangat mempengaruhi terhadap hasil pengukuran

kekerasan. Contohnya pada material lunak digunakan Rockwell B dengan indentor

bola baja, bila diganti dengan yang lain maka harga kekerasan yang didapat tidak

benar. Tidak ada batsan maksimum pada pengukuran kekerasan dengan

menggunakan indentor intan. Tetapi bagaimanapun, Rockwell C sebaiknya tidak

digunakan pada material tungsteen, karena material tersebut akan retak atau umur

indentornya intan akan berkurang. Rockwell A adalah skala yang dapat diterima

dalam pengujian kekerasan produk industri karbida. Lebih jelasnya dapat dilihat

pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Standar Kekerasan Rockwell

Simbol

SkalaIndentor

Beban

Mayor

Kgf

Aplikasi

A Kerucut Intan 60 Cemented carbides, baja tebal, shallow case

hardened steel

B Bola Baja 1/16 in 100 Paduan tembaga, baja lunak, paduan alumunim,

meleable iron

C Kerucut Intan 150 Baja, besi cor keras, pearlitic meleable iron,

titanium, deep case-hardened steel, dan material

lain yang lebih keras dari HRB 100

D Kerucut Intan 100 Baja tebal, medium case-hardened steel, pearlitic

meleable iron

E Bola Baja 1/8 in 100 Besi cor, alumunium, paduan magnesium, bearing

metals

F Bola Baja 1/16 in 60 Paduan tembaga annealed, logam plat lunak

G Bola Baja 1/16 in 150 Perunggu fosfor, tembaga beryllium, meable iron,

batas atas 92 HRG untuk menghindari kerusakan

bola baja

H Bola Baja 1/8 in 60 Alumunium, zinc, lead

K Bola Baja 1/8 in 150 Bearing metals dan material yang lunak dan tebal

L Bola Baja 1/4 in 60 Bearing metals dan material yang lunak dan tebal

M Bola Baja 1/4 in 100 Bearing metals dan material yang lunak dan tebal

P Bola Baja 1/4 in 150 Bearing metals dan material yang lunak dan tebal

R Bola Baja 1/4 in 60 Bearing metals dan material yang lunak dan tebal

S Bola Baja 1/4 in 100 Bearing metals dan material yang lunak dan tebal

V Bola Baja 1/4 in 150 Bearing metals dan material yang lunak dan tebal

2.3 Uji Tarik

Uji tarik banyak dilakukan untuk melengkapi informasi rancangan dasar kekuatan

suatu bahan dan sebagai data pendukung bagi spesifikasi bahan. Pada uji tarik

benda uji diberi beban gaya tarik sesumbu yang bertambah secara kontinu,

bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan mengenai perpanjang yang dialami

benda uji dengan extensometer, seperti terlihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Skema pengujian tarik dengan UTM

Tegangan yang didapatkan dari kurva tegangan teoritik adalah tegangan yang

membujur rata-rata dari pengujian tarik. Tegangan tersebut diperoleh dengan cara

membagi beban dengan luas awal penampang lintang benda uji itu.

= P / Ao …..2.1

Regangan yang didapatkan adalah regangan linear rata-rata, yang diperoleh

dengan cara membagi perpanjangan (gage length) benda uji ( atau L), dengan

panjang awal.

e = / Lo = L/ Lo = ( L - Lo ) / Lo …….2.2

Karena tegangan dan regangan dipeoleh dengan cara membagi beban dan

perpanjangan dengan faktor yang konstan, kurva beban – perpanjangan akan

mempunyai bentuk yang sama seperti pada gambar 2.4. Kedua kurva sering

dipergunakan.

Gambar 2.4 Kurva Tegangan Regangan teknik ( - )

Bentuk dan besaran pada kurva tegangan-regangan suatu logam tergantung pada

komposisi, perlakukan panas, deformasi plastis yang pernah dialami, laju

regangan, temperatur, dan keadaan tegangan yang menentukan selama pengujian.

Parameter-parameter yang digunakan untuk menggambarkan kurva tegangan-

regangan logam adalah kekuatan tarik, kekuatan luluh atau titik luluh, persen

perpanjangan, dan pengurangan luas. Parameter pertama adalah parameter

kekuatan, sedangkan yang kedua menyatakan keuletan bahan.

2.3.1 Kekuatan Tarik

Kekuatan tarik atau kekuatan tarik maksimum (ultimate tensile strenght), adalah

nilai yang paling sering dituliskan sebagai hasil suatu uji tarik, tetapi pada

kenyataannya nilai tersebut kurang bersifat mendasar dalam kaitannya dengan

kekuatan material. Untuk logam ulet, kekuatan tariknya harus dikaitkan dengan

beban lmaksimum, diman logam dapat menahan beban sesumbu untuk keadaan

yang sangat terbatas. Pada tegangan yang lebih komplek, kaitan nilai tersebut

dengan kekuatan logam, kecil sekali kegunaannya. Kecenderungan yang banyak

ditemui adalah, mendasarkan rancangan statis logam ulet pada kekuatan luluhnya.

Tetapi karena jauh lebih praktis menggunakan kekuatan tarik untuk menentukan

kekuatan bahan, maka metode ini lebih banyak dipakai.

Kekuatan tarik adalah besarnya beban maksimum dibagi dengan luas penampang

lintang awal benda uji.

u = P maks / Ao …………… 2.3

Korelasi emperis yang diperluas antar kekuatan tarik dengan sifat mekanik

lainnya seperti kekerasan dan kekuatan lelah, sering dipergunakan. Hubungan

tersebut hanya terbatas pada hasil penelitian beberapa jenis material.

2.3.2 Kekuatan Luluh

Kekuatan luluh menyatakan besarnya tegangan yang dibutuhkan tegangan yang

dibutuhkan untuk berdeformasi plastis material. Pengukuran besarnya tegangan

pada saat mulai terjadi deformasi plastis atau batas luluh, tergantung pada

kepekaan pengukuran regangan. Sebagian besar material mengalami perubahan

sifat dari elastis menjadi plastis, yang berlangsung sedikit demi sedikit dan titik

saat deformasi plastis mulai terjadi, sukar ditentukan secara teliti. Sehingga

kekuatan luluh sering dinyatakan sebagai kekuatan luluh offset, yaitu besarnya

tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah kecil deformasi plastis

yang ditetapkan (regangan offset). Kekuatan luluh offset ditentukan tegangan

pada perpotongan antara kurva tegangan-regangan dengan garis sejajar dengan

kemiringan kurva pada regangan tertentu. Di Amerika Serikat regangan offset

ditentukan sebesar 0,2 atau 0,1 % ( e = 0,002 atau 0,001 mm/mm)

y = P(offset) / Ao …….2.4

Gambar 2.5 Kurva tegangan regangan yang mengindikasikan kriteria luluh

Beberapa bahan pada dasarnya tidakmempunyai bagian linear pada kurva

tegangan-regangan, misalnya tembaga lunak atau besi cor kelabu. Untuk bahan-

bahan tersebut, metode offset tidak dapat digunakan dan untuk pemakaian praktis,

kekuatan luluh didiefinisikan sebagai tegangan yang diperlukan untuk

menghasilkan regangan total tertentu, misalnya e = 0,5 %.

2.3.3 Keuletan (e)

Keuletan adalah suatu besaran kualitatif dan sifat subyektif suatu bahan, yang

secara umum pengukurannya dilakukan untuk memenuhi tiga kepentingan, yaitu:

Menyatakan besarnya deformasi yang mampu dialami suatu material,

tanpa terjadi patah. Hal ini penting untuk proses pembentukan logam,

seperti pengerolan dan ekstruksi.

Menunjukkan kemampuan logam untuk mengalir secara plastis sebelum

patah.Keuletan logam yang tinggi menunjukkan kemungkinan yang besar

untuk berdeformasi secara lokal tanpa terjadi perpatahan.

Sebagai petunjuk adanya perubahan kondisi pengolahan.

Ukuran keuletan dapat digunakan untuk memperkirakan kualitas suatu bahan,

walaupun tidak ada hubungan langsung antara keuletan dengan perilaku dalam

pemakaian bahan.

Cara untuk menentukan keuletan yang diperoleh dari uji tarik adalah regangan

teknis pada saat patah (ef), yang biasa disebut perpanjangan dan pengukuran luas

penampang pada patahan (q). Kedua sifat ini didapat setelah terjadi patah, dengan

cara menaruh benda uji kembali, kemudian diukur panjang akhir benda uji (Lf)

dan diameter pada patahan (Df), untuk menghitung luas penampang patahan (Af).

ef = ( Lf – Lo ) / Lo ………..2.5

q = ( Ao – Af ) / Ao ……….2.6

Baik perpanjangan maupun pengurangan luas penampang, biasanya dinyatakan

dalam persentase. Karena cukup besar bagian deformasi plastis yang akan

terkonsentrasi pada daerah penyempitan setempat, maka harga ef akan

bergantung pada panjang ukur awal (Lo). Makin kecil panjang ukur, makin besar

pengaruhnya pada perpanjangan keseluruhan. Oleh karena itu bila diberikan harga

persentase perpanjangan, maka panjang ukur Lo akan selalu disertakan.

2.3.4 Modulus Elastisitas ( E )

Gradien bagian linear awal kurva tegangan-regangan adalah modulus elastisitas

atau modulus Young. Modulus elastisitas adalah ukuran kekakuan suatu bahan.

Makin besar modulus elastisitas makin kecil regangan elastis yang dihasilkan

akibat pemberian tegangan.

Modulus elastisitas dirumuskan seperti persamaan 2.7.

E = / e …………….2.7

Modulus elastisitas biasanya diukur pada temperatur tinggi dengan metode

dinamik.

2.3.5 Kelentingan (Resilience)

Kelentingan adalah kemampuan suatu bahan untuk menyerap energi pada waktu

berdeformasi secara elastis dan kembali kebentuk awal apabila bebannya

dihilangkan. Kelentingan biasa dinyatakan sebagai modulus kelentingan, yaitu

energi regangan tiap satuan volume yang dibutuhkan untuk menekan bahan dari

tegangan nol hingga tegangan luluh. Modulus kelentingan (Resilience Mudulus)

dapat dicari dengan menggunakan persamaan 2.8.

UR = o2 / 2E ……………2.8

2.3.6 Ketangguhan (Toughness)

Ketangguhan adalah jumlah energi yang diserap material sampai terjadi patah,

yang dinyatakan dalam Joule. Energi yang diserap digunakan untuk berdeformasi,

mengikuti arah pembebanan yang dialami. Pada umumnya ketangguahan

menggunakan konsep yang sukar dibuktikan atau didefinisikan..Terdapat

beberapa pendekatan matematik untuk menentukan luas daerah dibawah kurva

tegangan-regangan.

Untuk logam-logam ulet mempunyai kurva yang dapat didekati dengan

persamaan-persamaan berikut:

UT u .ef ………..2.9

UT ( o + u ) ef / 2 ………..2.10

UT 2/3 ( u ) ef .………..2.11

2.3.7 Kurva Tegangan Regangan Sesungguhnya

Kurva tegangan regangan teknik tidak memberikan indikasi karekteristik

deformasi yang sesungguhnya, karena kurva tersebut semuanya berdasarkan pada

dimensi awal benda uji, sedangkan selama pengujian terjadi perubahan dimensi.

Pada tarik untuk logam liat, akan terjadi penyempitan setempat pada saat beban

mencapai harga maksimum. Karena pada tahap ini luas penampang lintang benda

uji turun secara cepat, maka beban yang dibutuhkan untuk melanjutkan deformasi

akan segera mengecil.

Kurva tegangan regangan teknik juga menurun setelah melewati beban

maksimum. Keadaan sebenarnya menunjukkan, logam masih mengalami

pengerasan regangan sampai patah sehingga tegangan yang dibutuhkan untuk

melanjutkan deformasi juga bertambah besar. Tegangan yang sesungguhnya (s)

adalah beban pada saat manapun dibagi dengan luas penampang lintang benda uji,

Ao dimana beban itu bekerja.

Gambar 2.6 Perbandingan antara kurva tegangan regangan teknikDengan kurva tegangan regangan sesungguhnya

2.4 Metalografi

Metalografi adalah suatu teknik atau metode persiapan material untuk mengukur,

baik secara kuantitatif maupun kualitatif dari informasi-informasi yang terdapat

dalam material yang dapat diamati, seperti fasa, butir, komposisi kimia, orientasi

butir, jarak atom, dislokasi, topografi dan sebagainya. Adapun secara garis besar

langkah-langkah yang dilakukan pada metalografi adalah:

1. Pemotongan spesimen (sectioning)

2. Pembikaian (mounting)

3. Penggerindaan, abrasi dan pemolesan (grinding, abrasion and polishing)

4. Pengetsaan (etching)

5. Observasi pada mikroskop optik

Pada metalografi, secara umum yang akan diamati adalah dua hal yaitu

macrostructure (stuktur makro) dan microstructure (struktur mikro). Struktur

makro adalah struktur dari logam yang terlihat secara makro pada permukaan

yang dietsa dari spesimen yang telah dipoles. Sedangkan struktur mikro adalah

struktur dari sebuah permukaan logam yang telah disiapkan secara khusus yang

terlihat dengan menggunakan perbesaran minimum 25x.

2.4.1 Pemotongan (Sectioning)

Proses Pemotongan merupakan pemindahan material dari sampel yang besar

menjadi spesimen dengan ukuran yang kecil. Pemotongan yang salah akan

mengakibatkan struktur mikro yang tidak sebenarnya karena telah mengalami

perubahan.

Kerusakan pada material pada saaat proses pemotongan tergantung pada material

yang dipotong, alat yang digunakan untuk memotong, kecepatan potong dan

kecepatan makan. Pada beberapa spesimen, kerusakan yang ditimbulkan tidak

terlalu banyak dan dapat dibuang pada saat pengamplasan dan pemolesan.

2.4.2 Pembingkaian ( Mounting)

Pembingkaian seringkali diperlukan pada persiapan spesimen metalografi,

meskipun pada beberapa spesimen dengan ukuran yang agak besar, hal ini

tidaklah mutlak. Akan tetapi untuk bentuk yang kecil atau tidak beraturan

sebaiknya dibingkai untuk memudahkan dalam memegang spesimen pada proses

pngamplasan dan pemolesan.

Sebelum melakukan pembingkaian, pembersihan spesimen haruslah dilakukan

dan dibatasi hanya dengan perlakuan yang sederhana detail yang ingin kita lihat

tidak hilang. Sebuah perbedaan akan tampak antara bentuk permukaan fisik dan

kimia yang bersih. Kebersihan fisik secara tidak langsung bebas dari kotoran

padat, minyak pelumas dan kotoran lainnya, sedangkan kebersihan kimia bebas

dari segala macam kontaminasi. Pembersihan ini bertujuan agar hasil

pembingkaian tidak retak atau pecah akibat pengaruh kotoran yang ada.

Dalam pemilihan material untuk pembingkaian, yang perlu diperhatikan adalah

perlindungan dan pemeliharaan terhadap spesimen. Bingkai haruslah memiliki

kekerasan yang cukup, meskipun kekerasan bukan merupakan suatu indikasi, dari

karakteristik abrasif. Material bingkai juga harus tahan terhadap distorsi fisik yang

disebabkan oleh panas selama pengamplasan, selain itu juga harus dapat

melkukan penetrasi ke dalam lubang yang kecil dan bentuk permukaan yang tidak

beraturan.

2.4.3 Pengerindaan, Pengamplasan dan Pemolesan

Pada proses ini dilakukan penggunaan partikel abrasif tertentu yang berperan

sebagai alat pemotongan secara berulang-ulang. Pada beberapa proses, partikel-

partikel tersebut dsisatukan sehingga berbentuk blok dimana permukaan yang

ditonjolkan adalah permukan kerja. Partikel itu dilengkapi dengan partikel abrasif

yang menonjol untuk membentuk titik tajam yang sangat banyak.

Perbedaan antara pengerindaan dan pengamplasan terletak pada batasan kecepatan

dari kedua cara tersebut. Pengerindaan adalah suatu proses yang memerlukan

pergerakan permukaan abrasif yang sangat cepat, sehingga menyebabkan

timbulnya panas pada permukaan spesimen. Sedangkan pengamplasan adalah

proses untuk mereduksi suatu permukaan dengan pergerakan permukaan abrasif

yang bergerak relatif lambat sehingga panas yang dihasilkan tidak terlalu

signifikan.

Dari proses pengamplasan yang didapat adalah timbulnya suatu sistim yang

memiliki permukaan yang relatif lebih halus atau goresan yang seragam pada

permukaan spesimen. Pengamplasan juga menghasilkan deformasi plastis lapisan

permukaan spesimen yang cukup dalam.

Proses pemolesan menggunakan partikel abrasif yang tidak melekat kuat pada

suatu bidang tapi berada pada suatu cairan di dalam serat-serat kain. Tujuannya

adalah untuk menciptakan permukaan yang sangat halus sehingga bisa sehalus

kaca sehingga dapat memantulkan cahaya dengan baik. Pada pemolesan biasanya

digunakan pasta gigi, karena pasta gigi mengandung Zn dan Ca yang akan dapat

mengasilkan permukaan yang sangat halus. Proses untuk pemolesan hampir sama

dengan pengamplasan, tetapi pada proses pemolesan hanya menggunakan gaya

yang kecil pada abrasif, karena tekanan yang didapat diredam oleh serat-serat kain

yang menyangga partikel.

2.4.4 Pengetsaan (Etching)

Etsa dilakukan dalam proses metalografi adalah untuk melihat struktur mikro dari

sebuah spesimen dengan menggunakan mikroskop optik. Spesimen yang cocok

untuk proses etsa harus mencakup daerah yang dipoles dengan hati-hati, yang

bebas dari deformasi plastis karena deformasi plastis akan mengubah struktur

mikro dari spesimen tersebut. Proses etsa untuk mendapatkan kontras dapat

diklasifikasikan atas proses etsa tidak merusak (non disctructive etching) dan

proses etsa merusak (disctructive etching).

2.4.4.1 Etsa Tidak Merusak (Non Discructive Etching)

Etsa tidak merusak terdiri atas etsa optik dan perantaraan kontras dari struktur

dengan pencampuran permukaan secara fisik terkumpul pada permukaan

spesimen yang telah dipoles. Pada etsa optik digunakan teknik pencahayaan

khusus untuk menampilkan struktur mikro. Beberapa metode etsa optik adalah

pencahayaan gelap (dark field illumination), polarisasi cahaya mikroskop

(polarized light microscopy) dan differential interfence contrast.

Pada penampakan kontras dengan lapisan perantara, struktur mikro ditampilkan

dengan bantuan interfensi permukaan tanpa bantuan bahan kimia. Spesimen

dilapisi dengan lapisan transparan yang ketebalannya kecil bila dibandingkan

dengan daya pemisah dari mikroskop optik. Pada mikroskop interfensi

permukaan, cahaya ynag terjadi pada sisa-sisa film dipantulkan ke permukaan

perantara spesimen.

2.4.4.2 Etsa Merusak (Desctructive Etching)

Etsa merusak adalah proses perusakan permukaan spesimen secara kimia agar

terlihat kontras atau perbedaan intensitas dipermukaan spesimen. Etsa merusak

terbagi dua metode yaitu etsa elektrokimia (electochemical etching) dan etsa fisik

(phisical etching). Pada etsa elektrokimia dapat diasumsikan korosi terpaksa,

dimana terjadi reaksim serah terima elektron akibat adanya beda potensial daerah

katoda dan anoda. Beberapa proses yang termasuk etsa elektokimia adalah etsa

endapan (precipitation etching), metode pewarnaan panas (heat tinting), etsa

kimia (chemical etching) dan etsa elektrolite (electrolytic etching).

Pada etsa fisik dihasilkan permukaan yang bebas dari sisa zat kimia dan

menawarkan keuntungan jika etsa elektrokimia sulit dilakukan. Etsa ion dan etsa

termal adalah teknik etsa fisik yang mengubah morfologi permukaan spesimen

yang telah dipoles.

2.4.5 Mikroskop Optik

Mikroskop optik (cahaya) merupakan peralatan yang sangat penting untuk studi

mikrostruktur, meskipun telah terjadi evolusi peralatan metalografi elektron yang

canggih. Scanning Electron Microscopy (SEM) dan Transmission Electron

Microscopy (TEM) merupakan beberapa peralatan yang tak ternilai harganya;

meskipun demikian, peralatan tersebut musti dapat digunakan dikarenakan adanya

penggabungan dengan mikroskop optik.

Semua pengujian mikrostruktur harus dimulai dengan penggunaan mikroskop

optik, dimulai pada pembesaran rendah, seperti 100, diikuti pembesaran yang

lebih tinggi secara progresif untuk menaksir karakteristik-karakteristik dasar dari

mikrostruktur secara efisien. Kebanyakan mikrostruktur dapat diamati dengan

mikroskop optik dan diidentifikasikan berdasarkan karakteristik-karakteristiknya.

Mikroskop optik dapat digunakan untuk menguji spesimen metalografi yang telah

dipoles atau dietsa. Unsur-unsur pokok tertentu dapat lebih mudah diamati setelah

dipoles, karena lebih mudah dietsa. Spesimen yang merespon cahaya

terpolarisasi, seperti material dengan struktur kristal non-kubik, umumnya dapat

diuji tanpa pengetsaan.

2.4.5.1. Komponen-Komponen Mikroskop Optik

Mikroskop optik sangat bervariasi berdasarkan harga dan kemampuan. Jenis

reflected-light digunakan untuk studi logam. Jenis transmitted-light microscope

digunakan untuk studi mineral dan polimer, yang mana dapat juga diuji dengan

menggunakan jenis reflected-light. Mikroskop optik juga diklasifikasikan atas

jenis “upright” dan “inverted”; pembagian ini didasarkan kepada orientasi bidang

poles dari spesimen selama pengamatan.

1. Sistem Iluminasi (Penerangan)

Bermacam-macam sumber cahaya untuk mikroskop optik tersedia. Lampu

filamen tungsten voltase rendah digunakan dengan mikroskop bench memiliki

intensitas memadai untuk pengamatan, tapi tidak untuk fotografi.

Sistem penerangan busur karbon, suatu kelaziman pada metalograf, fungsinya

digantikan oleh sumber cahaya busur atau filamen. Sumber cahaya busur xenon

lazim digunakan karena intensitasnya tinggi dan karakteristik warna terang.

Intensitas cahaya, bagaimanapun, dapat disesuaikan hanya oleh penggunaan

penyaring density netral. Lampu filamen halogen tungsten juga secara luas

digunakan untuk intensitasnya yang tinggi dan temperatur warna yang tinggi.

Intensitas cahaya dapat diatur dengan memvariasikan arus atau dengan

penggunaan penyaring density netral. Sumber cahaya lainnya seperti busur

zirconium, busur sodium, kwarsa iodine, atau lampu uap mercury kurang lazim

digunakan.

2. Kondenser

Merupakan sebuah lensa bebas untuk penyimpangan berbentuk bola yang

ditempatkan di depan sumber cahaya untuk memfokuskan cahaya pada titik yang

diinginkan di dalam tempat optik. Sebuah bidang diafragma ditempatkan di depan

lensa untuk meminimalkan cahaya yang menyilaukan dan refleksi internal di

dalam mikroskop. Bidang diafragma dihentikan hingga tepi bidang dari bidang

pandang. Dan sebuah diafragma dengan selaput yang dapat disesuaikan, lobang

lensa diafragma, ditempatkan di dalam tempat jalannya cahaya di depan

illuminator vertical.

Pembukaan atau penutupan diafragma ini mengalternatifkan sejumlah cahaya dan

sudut datang memasuki lensa objektif. Pengesetan yang optimum untuk lobang

cahaya memvariasikan tiap-tiap lensa objektif dan adalah sebuah pengaturan

antara kontras bayangan, ketajaman, dan dalam bidang. Saat pembesaran

ditingkatkan, diafragma lubang cahaya diturunkan. Dengan membuka lobang

cahaya akan meningkatkan ketajaman bayangan, tetapi mengurangi kontras;

dengan menutup lobang cahaya akan meningkatkan kontras, tetapi mengurangi

ketajaman bayangan. Diafragma lobang cahaya tidak digunakan untuk

pengurangan intensitas cahaya. Seharusnya digunakan untuk penyesuaian kontras

dan ketajaman.

2. Penyaring Cahaya

Digunakan untuk memodifikasi cahaya untuk memudahkan pengamatan, untuk

memperbaiki foto-mikroskop atau untuk mengalternatifkan kontras. Penyaring

kerapatan netral digunakan untuk mengurangi intensitas cahaya secara seragam

melewati spectrum yang tampak (kasat mata). Bermacam-macam penyaring

kerapatan netral dari kira-kira 85 hingga 0,01% yang ditransmisikan, tersedia.

Kebanyakan mikroskop optik menawarkan pilihan sekurang-kurangnya dua jenis

penyaring.

Penyaring yang dipilih digunakan untuk membalans temperatur warna sumber

cahaya ke film. Hal ini sering membutuhkan reproduksi yang tepat untuk warna

gambar, tergantung pada sumber cahaya yang digunakan dan jenis film. Sebuah

penyaring hijau atau kuning-hijau secara luas digunakan di dalam fotografi hitam-

putih untuk mengurangi efek cacat lensa pada kualitas gambar. Kebanyakan lensa

objektif, terutama sekali akromat harga rendah, membutuhkan penyaringan untuk

hasil terbaik.

3. Lensa Objektif

Lensa objektif membentuk bayangan primer mikrostruktur dan merupakan

komponen paling penting dalam mikroskop optik. Lensa objektif mengumpulkan

cahaya sebanyak mungkin dari spesimen dan menggabungnya dengan cahaya ini

menghasilkan gambar.

Lensa objektif biasanya disangga pada sebentuk menara kecil yang dapat

menampung empat hingga enam lensa objektif. Beberapa alat metalografi tidak

menggunakan alat penyangga semacam ini, dan hanya satu lensa objektif dalam

satu waktu dapat ditempatkan pada illuminator vertical yang mengandung

reflector atau prisma yang memantulkan cahaya ke bawah lensa objektif ke

permukaan spesimen.

Kebanyakan lensa objektif yang secara lazim digunakan adalah akromat, yang

mana dibenarkan secara sferikal untuk satu warna (biasanya kuning-hijau) dan

untuk pembiasan kromatik longitudinal untuk dua warna (biasanya merah dan

hijau). Oleh karena itu, akromat tidak cocok untuk foto-mikroskop warna.

4. Lensa Okuler

Eyepiece atau lensa okuler, membesarkan bayangan primer yang dihasilkan oleh

lensa objektif; mata kemudian dapat menggunakan kemampuan resolusi penuh

objektif. Mikroskop menghasilkan bayangan virtual spesimen pada titik yang

kebanyakan terang yang dapat dilihat, biasanya 250 mm (10 in.) dari mata.

Eyepiece membesarkan bayangan, pencapaian yang diizinkan pembesaran yang

dapat digunakan. Eyepiece standar memiliki diamater bidang pandang 24 mm;

lebar bidang eyepiece untuk objektif plano memiliki diameter bidang pandang 30

mm, yang meningkatkan daerah mampu guna bayangan primer.

Eyepiece paling sederhana adalah Huygenian, untuk penggunaan dengan lensa

objektif achromat bertenaga rendah dan medium. Akibatnya eyepiece digunakan

dengan objektif achromat dan terkoreksi lebih tinggi dengan NA tinggi. Karena

beberapa koreksi lensa dipakai menggunakan eyepiece ini, eyepiece musti

dicocokkan dengan jenis objektif yang digunakan.

5. Tempat Kedudukan

Tempat kedudukan mekanik disediakan untuk focus dan menggerakkan spesimen,

yang ditempatkan pada tempat kedudukan dan ditahan menggunakan jepitan.

Tempat kedudukan dari mikroskop jenis inverted-light memiliki pelat center yang

dapat dipindahkan dengan ukuran lubang yang berbeda. Permukaan yang dipoles

ditempatkan melawan lubang untuk pengamatan. Meskipun demikian, permukaan

dalam tidak dapat diamati, dan pada pembesaran tinggi tidak memungkinkan

untuk memfokuskan objektif dekat bidang lubang disebabkan jarak kerja yang

terbatas.

Tempat kedudukan mesti kaku untuk mengatasi getaran. Pergerakan tempat

kedudukan, diatur dengan micrometer arah x- dan y-, mesti lembut dan presisi; rak

dan roda gigi pinion digunakan secara normal. Banyak tempat kedudukan

memiliki skala untuk pengukuran jarak dalam arah x- dan y-. Pengaturan

pemfokusan sering mengandung aturan untuk perkiraan pergerakan vertical.

Beberapa unit memiliki pengaturan tempat kedudukan yang digerakkan dan

pemfokusan.

7. Stand

Mikroskop membutuhkan sebuah stand yang kaku, terutama sekali jika mikroskop

foto dilakukan dalam unit tersebut. Bermacam-macam bagian mikroskop

diletakkan pada sebuah stand ketiaka dirakit. Dalam beberapa kasus, bench

mikroskop ditempatkan pada sebuah stand yang terpisah yang juga memegang

system fotografik.

2.4.5.2 Cara-cara Pengujian

Untuk mendapatkan kemampuan resolusi dari lensa objektif yang digunakan,

kontras bayangan haruslah mencukupi. Kontras bayangan bergantung pada

persiapan spesimen dan optika. Perbedaan pada pemantulan sinar dari permukaan

spesimen mengakibatkan adanya amplitudo bentuk yang dapat dilihat oleh mata

setelah adanya perbesaran. Perbedaan fase yang ditimbulkan oleh pemantulan

sinar pasti dapat dilihat dengan penggunaan fase kontras atau dengan

menambahkan alat interferensi kontras pada mikroskop.

1. Penyinaran Daerah Terang

Penyinaran daerah terang , merupakan cara pengujian yang paling banyak

digunakan. Dalam operasinya, sinar dilewatkan melalui lensa objektif dan

menumbuk permukaan spesimen secara tegak lurus. Bentuk permukaan yang

normal terhadap sinar datang akan memantulkan sinar itu kembali melalui lensa

objektif menuju mata. Permukaan yang miring akan memantulkan sinar lebih

sedikit ke lensa objektif dan kelihatan lebih gelap, tergantung pada sudutnya.

2. Penyinaran Miring

Pada beberapa mikroskop, dapat dipasangi dngan kondensator atau cermin

sehingga sinar yang lewat melalui lensa objektif menumbuk permukaan spesimen

pada sudut yang tidak tegak lurus. Kekasaran permukaan spesimen akan

membentuk bayangan–bayangan, menghasilkan tampilan tiga dimensi. Hal ini

memungkinkan kita untuk menentukan bentuk relif atau lekukan. Namun hanya

sedikit tingkat kemiringan yang dapat digunakan, karena cara ini menyebabkan

penyinaran menjadi tidak seragam dan mengurangi resolusi.

3. Penyinaran Daerah Gelap

Sinar yang dipantulkan oleh bentuk yang miring, dikumpulkan, dan sinar yang

dipantulkan dari bentuk yang normal terhadap pancaran sinar datang diblok. Oleh

karena itu kontras merupakan kebalikan dari penyinaran daerah terang; dimana

bentuk yang terang pada penyinaran daerah terang kelihatan gelap. Ini akan

menghasilkan kontras bayangan yang sangat kuat, dengan adanya kemiringan

benda akan kelihatan berkilauan. Pada beberapa kondisi, mungkin tidak bisa

melihat bentuk dengan menggunakan penyinaran daerah terang. Cara penyinaran

daerah gelap sangatlah praktis untuk digunakan dalam mempelajari struktur-

struktur butir, namun intensitas cahaya yang rendah akan membuat fotomikroskop

menjadi lebih rumit, namun masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan alat

pengatur cahaya otomatis.

2.4.5.3 Prinsip Kerja Mikroskop Optik

Secara umum prinsip kerja mikroskop optik adalah sinar datang yang berasal dari

sumber cahaya melewati lensa kondenser, lalu sinar datangitu menuju glass plane

yang akan memantulkan sinar datang itu menuju spesimen. Sebelum mencapai

spesimen sinar datang itu melewati beberapa lensa pembesar. Kemudian sinar

datng tersebut sebagian akan dipantulkan kembali, sedangkan sebagian lagi akan

menyimpang akibat mengenai permukaan yang telah terkorosi pada saat

pengetsaan. Sinar datang yang dipantulkan kembali ke mikroskop optik akan

diteruskan ke lensa okuler sehingga dapat diamati. Urutan jalannya sinar pada

mikroskop optik akan dilihat lebih jelas pada Gambar 2.7

Gambar 2.7 Skema perjalanan sinar pada mikroskop optik