Kekerasan bukanlah sifat material yang mendasar namun merupakan respon terukur terhadap metode indentasi tertentu. Jawaban praktis langsungnya adalah itu Rockwell, Brinell, dan Vickers adalah tiga uji kekerasan lekukan yang berbeda, masing-masing menggunakan indentor dan beban berbeda, dan menghasilkan nilai dalam satuan atau skala berbeda. . Rockwell menggunakan pengukuran kedalaman dan melaporkan angka tak berdimensi pada skala seperti HRC atau HRB. Brinell menekan bola karbida ke permukaan dan melaporkan nilai masuk PBR (kgf/mm²) . Vickers menggunakan piramida berlian dan melaporkan kekerasannya sebagai HV (juga dalam kgf/mm²) , menjadikannya serbaguna untuk segala hal mulai dari pelapis tipis hingga material curah. SEBUAH mesin uji kekerasan universal mengintegrasikan metode ini ke dalam satu instrumen, sering kali menambahkan kemampuan penginderaan kedalaman kekerasan Martens. Tidak ada satuan pengukuran kekerasan; "satuan kekerasan" bergantung pada skala, dan pilihan antara pengujian bergantung pada jenis material, geometri sampel, dan informasi spesifik yang diperlukan.
Mesin Uji Kekerasan Universal
A penguji kekerasan universal adalah instrumen tunggal yang dirancang untuk melakukan beberapa metode uji kekerasan standar, biasanya Rockwell, Brinell, dan Vickers, dengan menukar indentor, lensa objektif, dan profil pemuatan. Hal ini menghilangkan kebutuhan akan penguji khusus yang terpisah. Di luar metode optik tradisional, mesin universal canggih menggunakan teknologi penginderaan kedalaman untuk mengukur Kekerasan Martens (Hm) dan modulus indentasi menurut ISO 14577. Hal ini dicapai dengan mencatat kurva perpindahan gaya secara kontinu selama siklus indentasi, menghasilkan parameter material yang setara dengan uji kompresi kecepatan tinggi. Mesin universal modern, misalnya, dapat menerapkan gaya uji dari 1 gf hingga 3000 kgf , mencakup rentang mikro, beban rendah, dan makro untuk pengujian Vickers, Brinell, Rockwell, dan bahkan Ketukan dan plastik. Sistem kendali gaya loop tertutup, seringkali dengan laju pengambilan sampel sebesar 1 hingga 2 kHz , pastikan tingkat pemuatan dan waktu tunggu benar-benar sesuai dengan standar seperti ASTM E92 dan ISO 6506.
Dasar-dasar Uji Kekerasan Rockwell, Brinell, dan Vickers
Ketiga pengujian tersebut mengukur ketahanan material terhadap deformasi plastis permanen, namun keduanya berbeda secara mendasar dalam geometri indentor, penerapan beban, dan prinsip pengukuran.
Uji Kekerasan Rockwell
Metode Rockwell mengukur perbedaan kedalaman penetrasi dari indentor di bawah beban kecil awal yang diikuti oleh beban besar. Beban kecil (biasanya 10 kgf atau 3 kgf) membentuk posisi referensi, menyerap ketidaksempurnaan permukaan dan deformasi elastis. Beban besar (60, 100, atau 150 kgf) kemudian diterapkan dan dihilangkan, dan peningkatan permanen kedalaman penetrasi diukur. Angka kekerasan berbanding terbalik dengan kedalaman ini dan dibaca langsung dari dial atau tampilan digital. SEBUAH Nilai Rockwell HRC sebesar 60 , misalnya, setara dengan kedalaman sekitar 0,080 mm. Timbangan umum mencakup HRC (kerucut berlian, 150 kgf) untuk baja yang diperkeras dan HRB (bola 1/16 inci, 100 kgf) untuk paduan yang lebih lunak. Keunggulan utamanya adalah kecepatan, karena hasilnya diperoleh dalam hitungan detik tanpa pengukuran optik.
Uji Kekerasan Brinell
Tes Brinell menggunakan a indentor bola tungsten karbida , biasanya berdiameter 10 mm, ditekan ke permukaan dengan gaya uji yang tinggi (biasanya 3000 kgf untuk logam besi). Setelah beban dilepas, diameter cetakan permanen diukur secara optik. Angka kekerasan Brinell (PBR) dihitung sebagai beban yang diterapkan dibagi dengan luas permukaan bola lekukan. Hasil tipikal ditulis sebagai 350 PBR 10/3000 , menunjukkan kekerasan Brinell 350 menggunakan bola 10 mm dan beban 3000 kgf untuk waktu tinggal 10 hingga 15 detik. Lekukan yang besar meratakan variasi mikrostruktur lokal, menjadikan Brinell ideal untuk pengecoran, penempaan, dan material dengan struktur butiran kasar. Ini tidak cocok untuk bahan yang sangat keras (di atas 650 HBW) atau bagian yang tipis, karena bola dapat berubah bentuk atau sampel dapat rusak.
Uji Kekerasan Vickers
Tes Vickers menggunakan a indentor piramida berbasis berlian persegi dengan sudut puncak 136 derajat. Prinsipnya sama di seluruh rentang beban: indentor ditekan ke dalam sampel dengan gaya yang tepat, dan dua diagonal dari cetakan persegi yang dihasilkan diukur secara optik dan dirata-ratakan. Kekerasan Vickers dilaporkan sebagai HV , diikuti dengan gaya uji dalam kgf, misalnya 640 HV 30 . Satuan kekerasan Vickers adalah secara teknis kgf/mm² , tetapi secara konvensional dinyatakan sebagai bilangan tak berdimensi. Karena bentuk indentor yang sama digunakan untuk gaya dari 1 gf hingga 120 kgf, Vickers secara unik mampu mengukur kekerasan pada berbagai skala, mulai dari foil tipis dan lapisan yang diperkeras hingga material curah, dan hasilnya umumnya tidak bergantung pada beban di atas beberapa ratus gram gaya.
Unit Pengukuran Kekerasan di Seluruh Metode
Konsep "unit kekerasan" bersifat spesifik pada metode. Setiap pengujian memiliki konvensi pelaporannya sendiri, dan nilai tidak dapat ditransfer secara langsung tanpa tabel konversi yang ditentukan oleh ASTM E140 dan ISO 18265. Tabel di bawah ini menjelaskan struktur unit dan skala untuk metode pengujian utama.
| Metode Tes | Simbol | Satuan Fisik | Contoh Penunjukan |
|---|---|---|---|
| Rockwell | Skala SDM | Tanpa dimensi | 60 jam |
| Brinell | HBW | kgf/mm² | 350 PBR 10/3000 |
| Vickers | HV | kgf/mm² | 640 HV 30 |
| Knoop | hk | kgf/mm² | 1000HK 0,1 |
| Martens (Universal) | HM | N/mm² | 4500 HM 0,5/20/15 |
Perbandingan Komprehensif Ketiga Metode
Perbedaan antara uji kekerasan Brinell, Rockwell, dan Vickers tidak hanya bersifat prosedural; mereka menentukan metode mana yang sesuai untuk tugas industri tertentu. Tabel berikut memberikan perbandingan langsung dan berorientasi aplikasi.
| Fitur | Rockwell | Brinell | Vickers |
|---|---|---|---|
| Indentor | Kerucut berlian atau bola karbida | Bola karbida 10 mm (atau 5/2,5 mm) | Piramida berlian (136 derajat) |
| Pengukuran | Kedalaman penetrasi | Diameter tayangan | Kesan diagonal |
| Kecepatan | Sangat cepat (3-5 detik) | Lambat (optik 30 detik) | Sedang hingga lambat |
| Kesesuaian | Produksi QA, baja yang dikeraskan, paduan | Coran, tempa, logam berbutir kasar | All materials, coatings, thin layers, R&D |
| Batasan Kunci | Bukan untuk lapisan tipis atau lapisan yang mengeras | Tidak di atas 650 PBR; area kerusakan yang besar | Lambat, permukaan akhir sangat penting |
Apa Itu Vickers Uji Kekerasan Digunakan Untuk
Uji kekerasan Vickers adalah metode yang disukai ketika skala kekerasan tunggal harus mencakup seluruh kekerasan material suatu produk. Aplikasi utamanya meliputi analisis mendalam kasus baja karburasi atau nitridasi , di mana serangkaian lekukan mikro dari tepi permukaan ke inti memetakan gradien kekerasan. Spesifikasi khas, seperti HV 550 dengan kedalaman casing 0,5 mm , hanya dapat diverifikasi dengan lintasan kekerasan mikro Vickers. Tes ini juga penting untuk las yang memenuhi syarat , dimana zona yang terkena panas, logam dasar, dan logam las masing-masing memiliki sifat yang berbeda, dan indentor kecil dapat mengisolasi wilayah tersebut. Dalam penelitian dan pengembangan, Vickers digunakan untuk mengkarakterisasi keramik, komposit, dan pelapis film tipis di mana indentor lain akan pecah atau memerlukan tapak yang terlalu besar. Misalnya, lapisan keras TiN setebal 3 mikron dapat diuji dengan andal 0,025 kgf (25 gf) , menghasilkan lekukan sedalam sekitar 0,5 mikron, tanpa pengaruh media.
Kekerasan Webster vs Rockwell
Penguji kekerasan Webster adalah instrumen portabel yang dapat dibaca langsung dan menerapkan metode lekukan tertentu. Ini tidak secara langsung setara dengan skala Rockwell tertentu, namun Nilai kekerasan Webster secara empiris berkorelasi dengan skala Rockwell B dan Rockwell H untuk paduan aluminium . Skala Webster B, misalnya, mencakup kira-kira dari WB 0 hingga WB 20 , yang sesuai dengan sekitar 25 hingga 100 HRB untuk ekstrusi dan lembaran aluminium. Keunggulan penguji Webster terletak pada portabilitas dan kemampuannya untuk menguji rakitan besar, penukar panas, dan struktur pesawat yang tidak dapat dibawa ke penguji bangku Rockwell. Namun, korelasinya bersifat spesifik material. Penguji Webster yang dikalibrasi untuk aluminium 6061-T6 tidak akan memberikan hasil setara Rockwell yang akurat untuk 7075 atau logam lainnya. Untuk sertifikasi material yang tepat, diperlukan tes bangku Rockwell atau Brinell, dengan Webster yang berfungsi sebagai alat penyaringan lapangan yang nyaman.
Cara Memilih Uji Kekerasan yang Benar untuk Aplikasi Anda
Pilihan pengujian ditentukan oleh jenis bahan, geometri sampel, volume produksi, dan informasi yang diperlukan. Logika pengambilan keputusan berikut, berdasarkan skenario industri praktis, memberikan panduan konstruktif.
- Untuk pengecoran besar atau penempaan dengan struktur mikro kasar , pilih tes Brinell. Lekukan bola 10 mm merata-ratakan batas butir dan variasi fasa, memberikan kekerasan massal yang mewakili sifat mekanik komponen secara keseluruhan. Pengujian standar pada berat 3000 kgf dengan bola 10 mm merupakan pengujian standar untuk pengecoran besi dan baja.
- Untuk kontrol kualitas produksi volume tinggi pada suku cadang mesin , Rockwell adalah standarnya. Pengujian HRC berdurasi 3 detik dapat mempertahankan indeks kemampuan proses jalur perlakuan panas tanpa menimbulkan hambatan. Gunakan HRC untuk baja yang diperkeras di atas 20 HRC dan HRB untuk paduan non-besi yang lebih lunak.
- Untuk komponen yang dikeraskan, tipis, atau dilapisi , mikro-Vickers adalah satu-satunya pilihan yang cocok. Beban sebesar 500 gf atau 1 kgf dan indentor Knoop atau Vickers dapat mengukur gradien inti-ke-kotak tanpa lekukan meluas melalui lapisan yang diperkeras.
- Untuk pengelasan, sambungan, dan zona yang terkena dampak panas , Pengujian gaya rendah Vickers atau Knoop (1-5 kgf) dapat mengatasi variasi kekerasan di pita sempit antarmuka las, yang sangat penting untuk menghindari retak hidrogen atau pembentukan fase getas.
- Ketika diperlukan sifat material yang melampaui angka kekerasan tunggal , penguji kekerasan universal dalam mode Martens memberikan kekerasan lekukan, modulus elastisitas, mulur, dan perilaku relaksasi dari uji lekukan berinstrumen tunggal, yang berguna untuk pengembangan material polimer, keramik, dan tingkat lanjut.
Konversi Antar Skala Kekerasan
Konversi skala kekerasan merupakan perkiraan, dan praktik yang bertanggung jawab adalah melakukannya gunakan hanya untuk perbandingan, jangan pernah untuk spesifikasi . Hubungan konversi antara Brinell, Rockwell, dan Vickers bergantung pada perilaku pengerasan kerja material, sehingga tabel konversi ASTM E140 untuk baja tahan karat austenitik akan berbeda dengan tabel konversi untuk baja karbon dan baja paduan rendah. Sebagai contoh praktis, baja karbon khas dengan 640 HV 30 sesuai dengan kira-kira 56 HRC dan 600 PBR . Namun, untuk baja tahan karat austenitik yang dikeraskan sepenuhnya, 56 HRC yang sama mungkin hanya setara dengan 250 HBW. Jika suatu spesifikasi memerlukan pelaporan dalam skala tertentu, pengujian harus dilakukan secara langsung dalam skala tersebut. Mesin pengujian kekerasan universal dapat meminimalkan ketidakpastian ini dengan melakukan pengujian dalam metode yang diperlukan tanpa harus melakukan konversi.
