Kekerasan material logam mengacu pada kemampuan material untuk menahan deformasi lokal, khususnya deformasi plastis, lekukan, atau goresan. Ini merupakan indikator kelembutan atau kekerasan material.
Kekerasan dibagi menjadi tiga jenis berdasarkan metode pengujiannya.
Kekerasan Goresan: Ini terutama digunakan untuk membandingkan kekerasan mineral yang berbeda. Metode ini melibatkan penggunaan batang dengan salah satu ujung keras dan ujung lainnya lunak, lalu menyeret batang melintasi bahan yang diuji. Lokasi munculnya goresan menentukan kekerasan material. Secara kualitatif, benda yang lebih keras akan meninggalkan goresan yang lebih panjang, sedangkan benda yang lebih lunak akan meninggalkan goresan yang lebih pendek.
Kekerasan Lekukan: Ini terutama digunakan untuk bahan logam. Metode ini melibatkan penerapan beban tertentu untuk menekan indentor yang ditunjuk ke dalam material yang diuji. Kekerasan material ditentukan oleh besarnya deformasi plastis lokal pada permukaan. Karena variasi dalam indentor, beban, dan durasi beban, terdapat beberapa jenis uji kekerasan indentasi, antara lain kekerasan Brinell, kekerasan Rockwell, kekerasan Vickers, dan kekerasan mikro.
Kekerasan Pantulan: Ini terutama digunakan untuk bahan logam. Metode ini melibatkan membiarkan palu yang dirancang khusus jatuh bebas dari ketinggian tertentu dan berdampak pada sampel material yang diuji. Kekerasan material ditentukan oleh jumlah energi regangan yang diserap (dan kemudian dilepaskan) sampel selama tumbukan, yang diukur dengan ketinggian pantulan palu.
Uji kekerasan yang paling umum untuk bahan logam—kekerasan Brinell, kekerasan Rockwell, dan kekerasan Vickers—termasuk dalam kategori kekerasan lekukan. Nilai kekerasan mewakili kemampuan material dalam menahan deformasi plastis ketika benda lain ditekan ke permukaannya. Uji kekerasan pantulan (Shore, Leeb) mengukur kekerasan berdasarkan tingkat deformasi elastis logam, dengan nilai kekerasan menunjukkan kapasitas material untuk deformasi elastis.
Kekerasan Brinell
Indentor dengan diameterDterbuat dari baja keras atau bola karbida ditekan ke permukaan spesimen dengan gaya uji yang sesuaiF. Setelah waktu penahanan yang ditentukan, gaya uji dihilangkan, meninggalkan lekukan dengan diameterd. Nilai kekerasan Brinell dihitung dengan membagi gaya uji dengan luas permukaan lekukan. Nilai yang dihasilkan adalah kekerasan Brinell, dinotasikan sebagaiHBSatauPBR.
HPerbedaannya antaraHBSDanPBRterletak pada jenis indentor yang digunakan.HBSmengacu pada pengujian menggunakan bola baja yang dikeraskan sebagai indentor, biasanya digunakan untuk mengukur nilai kekerasan Brinell pada material dengan kekerasan di bawah 450, seperti baja lunak, besi cor kelabu, dan logam non-besi.PBR, sebaliknya, menggunakan bola karbida sebagai indentor dan digunakan untuk mengukur nilai kekerasan Brinell pada material dengan kekerasan di bawah 650.
Untuk benda uji yang sama dan pada kondisi pengujian yang sama, hasil dari kedua metode tersebut akan berbeda, denganPBRnilainya seringkali lebih tinggi dariHBSnilai-nilai. Namun, tidak ada hubungan kuantitatif yang tetap antara keduanya.
Sejak tahun 2003, Tiongkok telah mengadopsi standar internasional dan mengganti penggunaan bola baja yang diperkeras dengan bola karbida untuk pengujian kekerasan Brinell. Sebagai akibat,HBStidak lagi digunakan, danPBRtelah menjadi notasi standar untuk kekerasan Brinell. Dalam banyak kasus,HBdigunakan sendiri untuk mewakili kekerasan Brinell, yang biasanya mengacu padaPBR. Namun,HBSmungkin masih dapat dilihat di beberapa literatur dan makalah akademis.
Uji kekerasan Brinell cocok untuk material seperti besi tuang, paduan non-besi, dan berbagai baja anil atau temper. Ini tidak cocok untuk menguji bahan yang terlalu keras, terlalu kecil, terlalu tipis, atau sampel yang tidak tahan terhadap lekukan besar pada permukaannya.
Kekerasan Rockwell
Metode ini menggunakan indentor kerucut berlian dengan sudut puncak 120 derajat atau bola baja yang diperkeras sebagai indentor, dikombinasikan dengan konfigurasi beban tertentu. Pengujian dimulai dengan beban awal sebesar 10 kgf, dilanjutkan dengan penerapan beban total (yang merupakan penjumlahan beban awal dan beban utama) sebesar 60, 100, atau 150 kgf. Indentor ditekan ke dalam spesimen di bawah beban ini secara berurutan. Setelah beban total diterapkan, kekerasan ditentukan oleh perbedaan kedalaman lekukan antara kedalaman di bawah beban awal dan kedalaman di bawah beban total setelah beban utama dilepas, sedangkan beban awal tetap.
Metode ini biasanya digunakan dikekerasan Rockwellpengujian. Kedalaman lekukan di bawah beban awal dan beban total digunakan untuk menghitung nilai kekerasan, yang mencerminkan ketahanan material terhadap lekukan di bawah kedua beban.
Uji kekerasan Rockwell menggunakan tiga gaya uji berbeda dan tiga jenis indentor, menghasilkan sembilan kemungkinan kombinasi, masing-masing sesuai dengan salah satu dari sembilan skala kekerasan Rockwell. Kesembilan skala ini mencakup hampir semua bahan logam yang umum digunakan. Skala yang paling umum digunakan adalahSDM, HRB, DanHRC, denganHRCmenjadi yang paling banyak diterapkan.
Tabel Standar Pengujian Kekerasan Rockwell Umum
|
Simbol kekerasan |
Jenis Indentor |
F/N(kgf) |
Ruang lingkup kekerasan |
Aplikasi |
|
SDM |
Kerucut berlian 120 derajat |
588.4(60) |
20~88 |
Baja karbida, cermet, dan baja yang diperkeras permukaannya |
|
HRB |
Ø1.588mm Bola baja yang mengeras |
980.7(100) |
20~100 |
Baja anil dan normalisasi, paduan aluminium, paduan tembaga, besi cor |
|
HRC |
Kerucut berlian 120 derajat |
1471(150) |
20~70 |
Baja yang dipadamkan, baja yang ditempa, dan baja yang diperkeras permukaannya dalam |
Ituskala HRCbiasanya digunakan untuk nilai kekerasan berkisar antara 20 hingga 70 HRC. Ketika nilai kekerasan di bawah 20 HRC, sensitivitas pengujian menurun karena ujung indentor yang berbentuk kerucut menembus terlalu dalam ke dalam material. Dalam hal ini,skala HRBsebaiknya digunakan karena lebih cocok untuk bahan yang lebih lembut.
Ketika kekerasan spesimen melebihi 67 HRC, tekanan di ujung indentor menjadi terlalu tinggi, yang dapat merusak berlian dan memperpendek umur indentor secara signifikan. Oleh karena itu, umumnya disarankan untuk beralih keskala SDMuntuk material dengan kekerasan lebih besar dari 67 HRC.
Uji kekerasan Rockwell mudah dioperasikan, cepat, dan menghasilkan lekukan kecil, sehingga cocok untuk menguji permukaan produk jadi serta benda kerja yang lebih keras dan tipis. Karena lekukannya yang kecil, nilai kekerasan dapat berfluktuasi lebih signifikan untuk material dengan struktur mikro atau kekerasan yang tidak merata, sehingga menghasilkan akurasi yang lebih rendah dibandingkan dengan uji kekerasan Brinell. Uji kekerasan Rockwell biasanya digunakan untuk mengukur kekerasan baja, logam non-ferrous, bahan karbida, dan paduan lainnya.
Kekerasan Vickers
Prinsip pengukuran kekerasan Vickers mirip dengan prinsip kekerasan Brinell. Indentor piramida berlian dengan sudut 136 derajat digunakan, dan gaya uji tertentuFditerapkan pada permukaan material. Setelah mempertahankan beban selama jangka waktu tertentu, gaya uji dihilangkan. Nilai kekerasan ditentukan oleh tekanan rata-rata yang diberikan pada satuan luas permukaan lekukan limas berbentuk persegi, dan nilai kekerasan dilambangkan dengan simbolHV.
Uji kekerasan Vickers memiliki rentang pengukuran yang luas, mampu mengukur material dengan nilai kekerasan berkisar antara10 hingga 1000 HV. Lekukannya kecil, sehingga sangat cocok untuk mengukur material yang lebih tipis dan lapisan permukaan yang diperkeras, seperti permukaan karburasi atau nitridasi.
Kekerasan Leeb
Dalam uji kekerasan Leeb, benda tumbukan dengan indentor bola tungsten karbida digunakan untuk memukul permukaan spesimen dengan gaya tertentu, sehingga menyebabkannya memantul. Karena kekerasan material yang bervariasi, kecepatan pantulan juga berbeda. Alat tumbukan dilengkapi dengan magnet permanen, dan saat benda tumbukan bergerak ke atas dan ke bawah, kumparan di sekitarnya menghasilkan sinyal elektromagnetik yang sebanding dengan kecepatan pantulan. Sinyal ini kemudian diubah menjadi nilai kekerasan Leeb melalui rangkaian elektronik, dan nilai tersebut dilambangkan dengan simbolHl.
Penguji kekerasan Leeb tidak memerlukan meja kerja; sensor kekerasannya sekecil pena dan dapat dioperasikan langsung dengan tangan. Hal ini memudahkan pengujian benda kerja yang besar dan berat atau spesimen yang rumit secara geometris tanpa kesulitan.
Keuntungan lain dari penguji kekerasan Leeb adalah kerusakan permukaan produk yang sangat minimal, dan dalam beberapa kasus, dapat digunakan untukpengujian non-destruktif. Hal ini sangat unik untuk pengujian kekerasan dalam berbagai arah, ruang sempit, dan area khusus, dimana metode lain mungkin sulit untuk diterapkan.
