Uji Kekerasan Rockwell Brinell Vickers: Metode, Konversi & Alat

Rockwell, Brinell, dan Vickers: Memahami Tiga Metode Pengujian Kekerasan Utama

Pengujian kekerasan mengukur ketahanan material terhadap deformasi permanen di bawah beban tertentu. Tiga metode dominan — Rockwell, Brinell, dan Vickers — masing-masing menggunakan geometri indentor, rentang beban, dan pendekatan pengukuran yang berbeda, sehingga cocok untuk material dan aplikasi yang berbeda.

Kekerasan Rockwell (HR) menerapkan beban awal kecil diikuti dengan beban besar, lalu mengukur kedalaman lekukan bersih. Hasilnya dibaca langsung dari dial atau tampilan digital tanpa pengukuran optik apa pun, menjadikannya metode tercepat untuk pengujian di lantai produksi. Alat ini menggunakan beberapa skala — HRC untuk baja keras, HRB untuk logam yang lebih lunak, HRA untuk karbida — masing-masing ditentukan oleh kombinasi indentor dan beban tertentu.

Kekerasan Brinell (HB atau HBW) menekan bola baja atau tungsten karbida yang mengeras ke permukaan di bawah beban tetap, biasanya 3.000 kgf untuk baja dan besi tuang. Diameter lekukan diukur secara optik, dan angka HB dihitung dari beban yang diterapkan dibagi dengan luas permukaan lengkung lekukan. Karena indentasinya relatif besar, rata-rata Brinell kurang sensitif terhadap variasi mikrostruktur lokal, sehingga lebih disukai untuk material berbutir kasar seperti coran dan tempa.

Kekerasan Vickers (HV) menggunakan indentor piramida berlian berbasis persegi dengan sudut muka 136° pada beban mulai dari di bawah 1 gf (mikro-Vickers) hingga 120 kgf (makro-Vickers). Kedua diagonal indentasi persegi diukur dan dirata-ratakan. Angka HV dihitung dengan menggunakan beban dibagi luas permukaan kontak cetakan. Vickers adalah metode yang paling serbaguna: ini berlaku untuk lapisan tipis, lapisan yang diperkeras, zona yang terkena dampak panas las, dan material curah, semuanya dalam satu skala kontinu.

Konversi Kekerasan Vickers ke Rockwell: Cara Kerjanya dan Kekurangannya

Mengubah kekerasan Vickers menjadi kekerasan Rockwell — dan sebaliknya — sering menjadi persyaratan ketika gambar teknik menentukan satu skala tetapi peralatan uji yang tersedia menggunakan skala lain. Referensi yang paling banyak diterima adalah ASTM E140 , yang menyediakan tabel konversi standar untuk berbagai bahan besi dan non-besi.

Untuk baja yang dikeraskan dalam kisaran yang biasa digunakan dalam aplikasi perkakas dan struktur, perkiraan hubungannya adalah:

• HV 940 ≈ HRC 68 (mendekati batas atas skala Rockwell C)
• HV 800 ≈ HRC 65
• HV 600 ≈ HRC 57
• HV 400 ≈ HRC 41
• HV 200 ≈ HRB 93 (transisi ke skala B untuk bahan yang lebih lembut)
• HV 100 ≈ HRB 56

Konversi ini membawa peringatan penting: mereka spesifik pada material . Rasio deformasi elastis terhadap plastik berbeda antara baja karbon, baja tahan karat, paduan aluminium, dan titanium. Konversi Vickers-ke-Rockwell yang berlaku untuk baja karbon akan menghasilkan kesalahan bila diterapkan pada baja tahan karat austenitik atau superalloy nikel. ASTM E140 menyediakan kolom terpisah untuk kelompok material yang berbeda justru karena alasan ini.

Batasan tambahan muncul pada titik ekstrim: skala Rockwell C hanya dapat diandalkan antara HRC 20 dan HRC 70. Nilai di luar rentang ini harus diukur pada skala yang lebih sesuai (HRA untuk material sangat keras di atas HRC 70, HRB untuk material lebih lunak di bawah HRC 20) atau dilaporkan langsung dalam HV tanpa konversi.

Untuk inspeksi las dan lingkungan dengan kontrol kualitas, nilai yang dikonversi harus selalu ditandai sebagai perkiraan. Pengukuran langsung pada skala yang diinginkan adalah satu-satunya cara untuk mendapatkan hasil yang dapat ditelusuri dan sesuai spesifikasi.

Persiapan Sampel Metalurgi: Landasan Data Kekerasan yang Andal

Uji kekerasan hanya seakurat permukaan yang diukur. Persiapan sampel yang buruk menyebabkan kesalahan yang tidak dapat diperbaiki oleh kalibrasi instrumen. Hal ini terutama berlaku untuk metode Vickers dan Brinell, di mana pengukuran optik dan reflektifitas permukaan secara langsung mempengaruhi keakuratan pembacaan diagonal atau diameter.

Pembagian

Langkah pertama adalah menghasilkan penampang yang rata dan representatif. SEBUAH mesin pemotong presisi (juga disebut gergaji potong abrasif atau berlian) digunakan untuk memotong benda kerja dengan masukan panas minimal dan deformasi mekanis. Pemotongan yang kasar — ​​menggunakan pisau yang tumpul, laju pengumpanan yang berlebihan, atau cairan pendingin yang tidak memadai — menyebabkan lapisan permukaan berubah bentuk atau terkena panas yang secara artifisial menaikkan atau menurunkan pembacaan kekerasan. Untuk pemotongan tingkat metalurgi, bilah wafer berlian dengan pendinginan air terus-menerus merupakan standar untuk baja keras dan karbida, sedangkan roda pemotong aluminium oksida berikat resin cocok untuk logam berstruktur lebih lembut.

Pemasangan dan Penggilingan

Setelah dipotong, sampel biasanya dipasang pada resin termoset atau resin epoksi cold-cure untuk memungkinkan penanganan yang aman selama penggilingan dan pemolesan. Dudukan penahan tepi ditentukan ketika gradien kekerasan di dekat permukaan — seperti kedalaman casing atau antarmuka lapisan — harus diukur tanpa pembulatan tepi.

Penggilingan mengikuti urutan dari kertas abrasif SiC yang lebih kasar hingga yang lebih halus (biasanya 120 → 320 → 600 → 1200 grit), dengan sampel diputar 90° di antara setiap langkah untuk menghilangkan goresan dari arah sebelumnya. Setiap tahap harus sepenuhnya menghilangkan deformasi yang disebabkan oleh tahap sebelumnya.

Pemolesan

Pemolesan akhir menggunakan suspensi berlian 3 µm dan 1 µm pada kain yang dilapis, menghasilkan lapisan cermin bebas goresan. Untuk kekerasan mikro Vickers, a Lapisan silika koloidal 0,25 µm sering kali ditentukan untuk meminimalkan kesalahan reflektifitas permukaan saat mengukur lekukan kecil pada beban rendah. Permukaan yang dipoles harus bebas dari relief, noda, dan lubang sebelum pengujian dimulai.

Alat Uji Kekerasan dan Kriteria Seleksinya

Memilih alat pengujian kekerasan yang tepat melibatkan pencocokan rentang beban instrumen dan jenis indentor dengan ketebalan material, rentang kekerasan yang diharapkan, dan resolusi spasial yang diperlukan.

• Penguji Benchtop Rockwell — pilihan standar untuk inspeksi masuk dan verifikasi perlakuan panas pada komponen baja curah. Aplikasi beban bersifat bermotor dan konsisten, dan model digital modern menyimpan catatan pengujian untuk integrasi SPC. Metode Rockwell tidak dapat digunakan pada stok tipis (biasanya di bawah 1 mm untuk HRC) karena kedalaman indentasi mendekati ketebalan material, sehingga melanggar aturan ketebalan minimum.
• Penguji kekerasan mikro Vickers / Knoop — digunakan untuk foil tipis, pelapis berlapis listrik, permukaan yang diperkeras difusi, dan fase individu dalam struktur mikro. Kisaran beban biasanya 1 gf hingga 1 kgf. Mikroskop optik terintegrasi menggambarkan indentasi untuk pengukuran diagonal, seringkali dengan analisis gambar otomatis untuk mengurangi variabilitas operator.
• Penguji kekerasan rebound portabel (Leeb). — cocok untuk komponen terpasang berukuran besar yang tidak dapat dibawa ke laboratorium. Benda tumbukan yang digerakkan oleh pegas menghantam permukaan; rasio pantulan terhadap kecepatan tumbukan memberikan nilai Leeb (HL), yang kemudian diubah menjadi HRC, HB, atau HV. Akurasi tergantung pada permukaan akhir, massa, dan geometri benda kerja.
• Penguji impedansi kontak ultrasonik (UCI). — gunakan berlian Vickers pada batang getar; pergeseran frekuensi pada kontak berkorelasi dengan kekerasan. Instrumen UCI sangat berguna untuk mengukur lapisan dan pelapis tipis yang diperkeras di tempat tanpa kerusakan permukaan yang terlihat dengan mata telanjang.

Terlepas dari jenis instrumen, kalibrasi rutin terhadap blok referensi bersertifikat (dapat ditelusuri ke standar nasional seperti NIST atau PTB) diperlukan untuk menjaga kepercayaan pengukuran. Blok referensi harus mencakup rentang kekerasan yang diharapkan dari komponen produksi.

Inspeksi Las Baja Karbon: Pengujian Kekerasan di Zona yang Terkena Dampak Panas

Lintasan kekerasan pada lasan adalah salah satu aplikasi pengujian Vickers yang paling penting dalam fabrikasi struktural. Ketika baja karbon dilas, zona yang terkena dampak panas (HAZ) mengalami siklus termal yang cepat. Pada baja dengan karbon setara (CE) yang cukup, hal ini dapat menghasilkan martensit – struktur mikro yang keras dan rapuh yang meningkatkan kekerasan HAZ secara signifikan di atas logam dasar dan meningkatkan kerentanan terhadap perengkahan yang disebabkan oleh hidrogen (HIC).

Kriteria penerimaan industri biasanya membatasi kekerasan HAZ hingga maksimum 350 HV10 untuk pengelasan baja struktural umum (sesuai panduan EN ISO 15614-1 dan AWS D1.1), dan untuk 250–300 HV10 untuk aplikasi lepas pantai, layanan asam, atau ketangguhan tinggi. Melebihi ambang batas ini merupakan kondisi diskualifikasi yang memerlukan tinjauan pemanasan awal, suhu interpass, dan prosedur pengelasan.

Lintasan kekerasan las standar melibatkan serangkaian lekukan Vickers pada jarak tertentu — biasanya terpisah 0,5 mm atau 1 mm — dimulai dari logam las melalui garis fusi, melintasi HAZ, dan ke dalam logam dasar yang tidak terpengaruh. Lintasan dilakukan pada penampang melintang yang telah disiapkan secara metalografi, digores dengan 2–5% Nital untuk memperlihatkan batas fusi sebelum penempatan lekukan. Lokasi pengukuran utama mencakup HAZ berbutir kasar yang berbatasan langsung dengan garis fusi, tempat kemungkinan besar terjadinya pembentukan martensit.

Untuk pengelasan root pass dan celah sempit, mikro-Vickers pada HV1 atau HV0.5 mungkin diperlukan untuk mencapai resolusi spasial yang memadai dalam HAZ, yang bisa sesempit 0,2–0,5 mm pada beberapa proses masukan panas tinggi. Pilihan beban uji secara langsung mempengaruhi ukuran indentasi dan oleh karena itu lebar zona minimum yang dapat diukur — HV10 menghasilkan indentasi sekitar 0,3–0,4 mm pada 300 HV , sementara HV1 menguranginya menjadi sekitar 0,1 mm.

Mesin Pemotong Presisi dalam Persiapan Sampel Metalografi

Mesin pemotong presisi adalah titik masuk dari setiap alur kerja metalografi. Fungsi utamanya adalah untuk menghasilkan penampang melintang yang datar dan meminimalkan kerusakan yang secara akurat mewakili area yang diinginkan — baik itu HAZ las, permukaan yang diperkeras, atau antarmuka pelapis.

Dua kategori utama ada dalam penggunaan laboratorium:

• Gergaji potong abrasif — menggunakan roda berikat resin yang dapat dikonsumsi dan disesuaikan untuk hasil produksi. Pemilihan roda (aluminium oksida untuk baja dan besi tuang, silikon karbida untuk non-besi, CBN untuk baja perkakas yang diperkeras) dan laju aliran cairan pendingin merupakan parameter proses utama. Tanda terbakar atau warna biru pada permukaan potongan menunjukkan panas yang berlebihan dan memerlukan pengumpanan yang lebih lambat atau pemilihan roda yang baru.
• Gergaji wafer berlian — gunakan bilah berlian yang diikat dengan logam atau resin dengan kecepatan rendah dengan cairan pendingin oli. Mereka menghasilkan lapisan deformasi terendah (biasanya di bawah 5 µm) dan penting untuk keramik rapuh, komponen elektronik, dan sampel di mana struktur mikro utuh harus dipertahankan dalam mikron dari permukaan potongan.

Spesifikasi utama saat memilih pemotong presisi untuk persiapan uji kekerasan meliputi: diameter benda kerja maksimum, gaya penjepit chuck, rentang RPM blade, dan metode penyaluran cairan pendingin . Kontrol pengumpanan otomatis — saat gergaji bergerak maju dengan gaya konstan, bukan kecepatan tetap — secara signifikan mengurangi variabilitas antar operator dan memperpanjang umur blade.

Khususnya untuk sampel inspeksi las, pemotong harus mengakomodasi geometri tidak beraturan (sambungan T, bagian pipa, pelapis pelapis) dengan pemasangan yang stabil. Penjepitan yang tidak stabil menyebabkan tanda obrolan akibat getaran yang menyebar jauh ke dalam sampel, menciptakan lapisan cacat yang tidak dapat sepenuhnya dihilangkan pada langkah penggilingan berikutnya tanpa penghilangan stok secara berlebihan.