Panduan Pengujian Kekerasan: Vickers, Rockwell, Brinell & Sample Prep

Persiapan Sampel Metalografi: Mengapa Penting Sebelum Uji Kekerasan Apa Pun

Pengujian kekerasan yang akurat dimulai jauh sebelum indentor menyentuh spesimen. Persiapan sampel metalografi — proses pemotongan, pemasangan, penggilingan, dan pemolesan sampel logam yang terkontrol — secara langsung menentukan apakah pembacaan kekerasan mencerminkan sifat material yang sebenarnya atau artefak yang dimasukkan selama penanganan.

Khususnya untuk metode kekerasan mikro, kondisi permukaan sangat penting. Spesimen yang tidak dipoles dengan baik menimbulkan variasi topografi yang membelokkan indentor, meningkatkan penyebaran, dan menghasilkan pembacaan yang tidak dapat dikorelasikan dengan tabel konversi yang dipublikasikan. Persyaratan umum untuk pengujian kekerasan mikro Vickers dan Knoop adalah penyelesaian permukaan 0,1 µm Ra atau lebih baik — hanya dapat dicapai melalui persiapan metalografi sistematis.

Urutan persiapan biasanya meliputi:

1. Memotong dengan roda pemotong abrasif menggunakan cairan pendingin yang memadai untuk mencegah kerusakan termal
2. Pemasangan dingin atau panas pada resin epoksi atau fenolik untuk memberikan dukungan tepi dan penanganan yang aman
3. Penggilingan planar untuk menghilangkan kerusakan bagian dan mencapai bidang referensi datar
4. Penggilingan berurutan melalui abrasif SiC yang semakin halus (biasanya 240 → 400 → 600 → 1200 grit)
5. Pemolesan berlian (6 µm, lalu 3 µm, lalu 1 µm) untuk menghilangkan semua goresan penggerindaan
6. Pemolesan akhir dengan silika koloidal (0,04–0,05 µm OPS) untuk permukaan cermin yang disyaratkan oleh standar kekerasan mikro

Setiap tahap harus sepenuhnya menghilangkan kerusakan dari tahap sebelumnya. Melewati langkah-langkah atau waktu tunggu yang terburu-buru akan menyebabkan lapisan bawah permukaan berubah bentuk — zona yang diperkeras dengan pekerjaan yang menghasilkan pembacaan Vickers yang sangat tinggi dalam kisaran 10–50 HV, sebuah kesalahan yang signifikan saat menguji lapisan tipis, zona yang terkena dampak panas, atau lapisan yang diperkeras dengan casing.

Untuk Apa Uji Kekerasan Vickers Digunakan?

Uji kekerasan Vickers digunakan untuk mengukur ketahanan suatu material terhadap lekukan permanen menggunakan indentor piramida berlian berbentuk persegi dengan sudut muka 136°. Ini adalah metode kekerasan makro dan mikro yang paling serbaguna yang tersedia , berlaku untuk hampir semua material padat terlepas dari tingkat kekerasannya, dan merupakan metode yang disukai ketika presisi, ketertelusuran, atau resolusi mikrostruktur diperlukan.

Dalam prakteknya, tes Vickers digunakan untuk:

• Pengukuran kedalaman kasus — membuat profil gradien kekerasan pada permukaan yang dikarburasi, dinitridasi, atau diperkeras secara induksi dengan membuat serangkaian lekukan pada jarak yang semakin jauh dari permukaan
• Evaluasi lapisan tipis — menilai lapisan keras PVD/CVD, lapisan berlapis listrik, dan perawatan difusi jika zona yang terkena dampak mungkin hanya setebal beberapa mikron
• Pemeriksaan kualitas las — memetakan kekerasan pada logam dasar, zona yang terkena dampak panas, dan manik las untuk mendeteksi kerentanan pelunakan, pengerasan berlebihan, atau retak hidrogen
• Analisis kegagalan — mengidentifikasi dekarburisasi, martensit yang tidak ditempa, austenit yang tertahan, atau batas fasa melalui pengukuran kekerasan lokal
• Sertifikasi bahan — memverifikasi hasil perlakuan panas pada komponen dirgantara, otomotif, dan perkakas sesuai spesifikasi seperti AMS, ISO 6507, dan ASTM E92
• Penelitian dan pengembangan — mengkarakterisasi paduan yang baru dikembangkan, keramik sinter, dan material komposit yang belum ada skala konversinya

Karena skala Vickers kontinu dari sekitar 5 HV (paduan timbal sangat lunak) hingga lebih dari 3000 HV (berlian), tidak diperlukan perubahan rentang. Metode tunggal mencakup tembaga lunak (40–80 HV), baja perkakas yang dikeraskan (700–900 HV), dan semen karbida (1400–1800 HV). Kontinuitas ini menjadikan Vickers sebagai dasar dari semua tabel konversi kekerasan internasional.

Blok Referensi Kekerasan Rockwell: Kalibrasi, Ketertelusuran, dan Penggunaan yang Benar

A Blok referensi kekerasan Rockwell (juga disebut blok uji atau blok kalibrasi) adalah kupon logam bersertifikat yang digerinda presisi dan digunakan untuk memverifikasi bahwa alat uji kekerasan Rockwell bekerja dalam batas akurasi yang ditentukan. Ini bukan barang habis pakai — satu blok bersertifikat biasanya mendukung ratusan pengukuran verifikasi bila digunakan dengan benar.

Sesuai ASTM E18 dan ISO 6508, blok referensi harus dikalibrasi pada mesin standarisasi utama yang dapat dilacak ke lembaga metrologi nasional (NIST di Amerika Serikat, PTB di Jerman, dll.). Setiap blok dikirimkan dengan sertifikat yang menyatakan nilai kekerasan bersertifikat, ketidakpastian pengukuran, dan jumlah lokasi pengujian valid yang tersisa di permukaan blok.

Penggunaan Blok Referensi yang Benar

Kesalahan umum yang membuat pengukuran blok referensi tidak valid mencakup pengujian pada tepi yang dilubangi, penggunaan kembali lokasi lekukan dalam zona pengecualian diameter 3 lekukan, dan pengujian pada permukaan bawah (yang memiliki kondisi tegangan sisa berbeda dari permukaan atas yang dikalibrasi). Hanya permukaan atas yang ditandai dengan jelas yang valid untuk pengujian verifikasi.

Verifikasi harian harus dilakukan dengan balok yang kekerasannya mendekati bahan yang diuji. Menggunakan blok 60 HRC untuk memverifikasi mesin yang akan menguji 25 komponen HRC secara teknis diperbolehkan tetapi secara praktis kurang sensitif terhadap kesalahan sistematis — dudukan landasan, kondisi indentor, dan penyimpangan sel beban — yang memengaruhi pembacaan jarak menengah.

Balok harus disimpan dalam wadah tertutup, jauh dari kelembapan dan getaran, dan ditangani dengan sarung tangan katun untuk mencegah korosi pada permukaan yang dipoles. Blok yang terjatuh, tergores melalui zona aktifnya, atau menunjukkan oksidasi permukaan harus dihentikan dari penggunaan kalibrasi.

Apa Kekerasan HK? Knoop vs. Vickers untuk Pekerjaan Kekerasan Mikro

HK adalah singkatan Kekerasan Knoop , skala yang digunakan dalam uji kekerasan mikro Knoop. Seperti Vickers (HV), Knoop menggunakan indentor piramida berlian dan pengukuran optik pada kesan yang dihasilkan — tetapi geometrinya berbeda secara mendasar. Indentor Knoop menghasilkan lekukan belah ketupat memanjang dengan rasio diagonal 7,11:1, sedangkan Vickers menghasilkan lekukan hampir persegi.

Perbedaan geometrik ini mempunyai dua konsekuensi praktis yang penting:

• Kedalaman penetrasi lebih dangkal — kedalaman indentasi Knoop kira-kira 1/30 dari panjang diagonal, dibandingkan dengan 1/7 untuk indentasi Vickers dengan panjang diagonal yang sama. Hal ini menjadikan Knoop jauh lebih baik untuk lapisan yang sangat tipis, keramik rapuh, dan kaca karena penetrasi yang dalam akan menyebabkan keretakan atau pengaruh substrat.
• Sensitivitas arah — bentuk memanjang dapat mengungkapkan anisotropi kristalografi dalam kristal tunggal atau bahan bertekstur tinggi dengan memutar sampel relatif terhadap sumbu indentor.

Knoop adalah metode pilihan berdasarkan ASTM E384 untuk pengujian: karbida yang disemen, kaca yang diperkeras, lapisan galvanik tipis, dan material yang retakan di sekitar lekukan Vickers akan membahayakan validitas pengukuran. Untuk sebagian besar aplikasi baja, aluminium, dan paduan tembaga, kekerasan mikro Vickers (HV 0,1 hingga HV 1) adalah pilihan default karena geometrinya yang lebih sederhana dan konvertibilitas langsung ke skala kekerasan lainnya.

Mengubah Kekerasan Brinell menjadi Kekuatan Tarik Tertinggi

Kekerasan Brinell (PBR) berkorelasi linier dengan kekuatan tarik ultimat (UTS) untuk berbagai jenis baja dan besi tuang , menjadikannya salah satu konversi kekerasan-ke-kekuatan yang paling berguna secara praktis dalam bidang teknik. Hubungan tersebut muncul karena kedua sifat tersebut diatur oleh ketahanan struktur mikro material terhadap aliran plastis di bawah beban terkonsentrasi.

Perkiraan yang banyak diterapkan untuk baja karbon dan baja paduan rendah adalah:

UTS (MPa) ≈ 3,45 × PBR

Dalam satuan biasa AS: UTS (psi) ≈ 500 × PBR

Koefisien ini berlaku cukup baik untuk baja feritik, perlitik, dan martensit dalam kisaran 150–400 HBW. Akurasi biasanya berada dalam kisaran ±7% untuk baja karbon yang dinormalisasi atau dipadamkan dan ditempa, yang cukup untuk verifikasi material dan tujuan inspeksi masuk.

Hubungan tersebut menurun dan tidak boleh digunakan tanpa data khusus material dalam kasus berikut:

• Baja tahan karat austenitik — perilaku pengerasan kerja berbeda secara signifikan dari baja feritik; pengalinya mendekati 3,3–3,55 dan bervariasi menurut paduannya
• Paduan aluminium — pengali yang mendekati 3,6–3,8 sering disebutkan, namun sebarannya tinggi di berbagai kondisi suhu yang berbeda
• Besi cor — morfologi grafit (serpihan vs. nodular) memperkenalkan variabel mikrostruktur sekunder; tabel yang dipublikasikan untuk besi ulet dan besi abu-abu harus dilihat secara terpisah
• PBR > 400 — hubungan linear terputus; Konversi Vickers atau Rockwell C melalui ASTM E140 lebih andal pada tingkat kekerasan tinggi

ASTM A370 dan EN ISO 18265 keduanya menyediakan data konversi kekerasan-ke-kekuatan tarik yang ditabulasikan dengan rentang penerapan yang dinyatakan dan ketidakpastian yang diharapkan, dan harus menjadi dokumen referensi untuk setiap konversi spesifikasi-kritis.

Kekuatan Tarik dari Kekerasan Rockwell: Metode dan Batasan Konversi

Memperkirakan kekuatan tarik dari kekerasan Rockwell mengikuti proses dua langkah: pertama konversi Rockwell ke Brinell menggunakan tabel konversi ASTM E140, kemudian terapkan hubungan Brinell-ke-UTS yang dijelaskan di atas — atau gunakan tabel korelasi UTS langsung yang menggabungkan kedua langkah tersebut.

Untuk baja yang diperkeras dalam kisaran HRC 20–65 , perkiraan kesetaraan berikut memberikan titik awal praktis:

Di atas HRC 40 (~400 HBW), pengujian Brinell sendiri tidak berlaku lagi karena bola karbida 10 mm berubah bentuk secara elastis pada beban tinggi, sehingga menghasilkan hasil yang tidak dapat direproduksi. Dalam rentang ini, Vickers atau Rockwell C adalah metode kekerasan yang tepat , dan estimasi UTS harus mengacu pada tabel empiris langsung untuk mutu baja tertentu, bukan rumus linier umum.

Untuk keputusan teknik yang melibatkan komponen yang sangat penting bagi keselamatan — bejana tekan, pengencang struktural, poros engkol — nilai UTS yang diperoleh dari kekerasan harus diperlakukan sebagai data penyaringan saja. Pengujian tarik fisik sesuai ASTM E8 atau ISO 6892 diperlukan untuk sertifikasi dasar desain.