Kekerasan sebenarnya merupakan suatu istilah yang sulit didefinisikan secara tepat, karena setiap bidang ilmu dapat memberikan definisinya sendiri- sendiri yang sesuai dengan persepsi dan keperiuannya. Karenanya juga cara pengujian kekerasan ada bermacam-macam tergantung konsep yang dianut. Dalam engineering, yang menyangkut logam, kekerasan sering dinyatakan sebagai kemampuan untuk menahan indentasi/penetrasi/abrasi. Ada beberapa cara pengujian kekerasan yang terstandar yang digunakan untuk menguji kekerasan logam, pengujian Brinell, Rockwell, Vickers dll.
a. Pengujian Kekerasan Brinell
Pengujian Brinell adalah salah satu cara pengujian kekerasan yang paling banyak digunakan. Pada pengujian Brinell digunakan bola baja yang dikeraskan sebagai indentor. Indentor ini ditusukkan ke permukaan logam yang diuji dengan gaya tekan tertentu selama waktu tertentu pula (antara 10 sampai 30 detik). Karena penusukan (indentasi) itu maka pada permukaan logam tsb akan terjadi tapak tekan yang berbentuk tembereng bola. Kekerasan Brinell dihitung sebagai berikut
dimana :
P = gaya tekan (kg)
D = diameter bola indentor (mm)
d = diameter tapak tekan (mm)
Biasanya, pada pengujian kekerasan Brinell yang standar digunakan bola baja yang dikeraskan berdiameter(10 µm, gaya tekan 3000 kg (untuk pengujian kekerasan baja), atau 1000 atau 500 kg (untuk logam non ferrous, yang lebih lunak dengan lama penekanan 10 – 15 detik. Tetapi mengingat kekerasan bahan uji dan juga tebal bahan (supaya tidak terjadi indentasi yang terlalu dalam atau terlalu dangkal) boleh digunakan gaya tekan dan indentor dengan diameter yang berbeda asalkan selalu dipenuhi persyaratah P/D2 = konstan. Dengan memenuhi persyararatan tersebut maka hasil pengukuran tidak akan berbeda banyak bila diuji dengan gaya tekan/diameter bola indentor yang berbeda. Harga konstanta ini untuk baja adalah 30, untuk tembaga/paduan tembaga 10 dan aluminium/paduan aluminium 5.
BACA JUGA : sifat-sifat dan pengujian mekanik bahan teknik
Gambar 2.7 kekerasan Brinell
Untuk pengujian logam yang sangat keras (di atas 500 BHN) bahan indentor dari bahan yang dikeraskan tidak cukup baik, karena indentor itu sendiri mungkin mulai terdeformasi, maka digunakan bola dari karbida tungsten, yang mampu mengukur sampai kekerasan sekitar 650 BHN.
b. Pengujian kekerasan Rockwell
Pada caraj Rockwell pengukuran langsung dilakukan oleh mesin dan mesin langsung meminjukkan angka kekerasan dari yang diuji. Car a ini lebih cepat dan akurat. Pada cara Rockwell yang normal, mula-mula permukaan logam yang diuji ditekan oleh indentor dengan gaya tekan 10 kg, beban awal (minor load Po), sehingga ujung indentor menembus permukaan sedalam h (lihat gambar 2.15). Setelah itu penekanan diteruskan dengan mernberikan beban utama (major load P) selama beberapa saat, kemudian beban utama dilepas, hanya tinggal beban awal, saat ini kedalaman penetrasi ujung indentor adalah ht.
- o – o posisi belum indentasi
- 1– 1 posisi pada saat baban awal P’
- 2 – 2 penetrasi pada saat beban penuh (P’+P)
- 3 – 3 penetrasi setelah baban utama dilapas (P’)
Kekerasan diperhitungkan berdasarkan perbedaan kedalaman penetrasi ini. Karena yang diukur adalah kedalaman penetrasi, dan juga panjang langkah gerakan indentor, maka pengukuran dapat dilakukan dengan menggunakan dial indicator, dengan sedikit modifikasi yaitu piringan penunjuknya menunjukkan skala kekerasan Rockwell.
BACA JUGA : sifat-sifat dan pengujian mekanik bahan teknik
Dengan cara Rockwell dapat digunakan beberapa skala, tergantung pada kombinasi jenis indentor dan besar beban utama yang digunakan. Macam skala dan jenis indentor serta besar beban utama dapat dilihat pada Tabel 2.1 di bawah. Untuk logam biasanya digunakan skala B atau skala C, dan angka keke- rasajmya dinyatakan dengan RB dan Rc. Untuk skala B harus digunakan indentor berupa bola baja berdiameter 1/16″ dan beban utama 100 kg. Kekerasan yang dapat diukur dengan Rockwell B ini sarnpai RB 100, bila pada suatu pengukuran diperoleh angka di atas 100 maka pengukuran harus diulangi dengan menggunakan skala lain. Kekerasan yang diukur dengan skala B ini relatif tidak begitu tinggi, untuk mengukur kekerasan logam yang keras digunakan Rockwell C (sampai angka kekerasan Rc 70) atau Rockwell A (untuk yang sangat keras). Di samping Rockwell yang normal ada pula yang disebut superficial Rockwell, yang menggunakan beban awal 3 kg, indentor kerucut intan (diamond cone, brale) dan beban utama 15, 30 atau 45 kg. Superficial Rockwell digunakan untuk specimen yang tipis.
Tabel 2.1 Beban dan identasi dari test kekerasan Rocwell
c. Pengujian kekerasan Vickers
Prinsip dasar pengujian ini sama dengan pengujian Brinell, hanya saja disini digunakan indentor intan yang berbentuk piramid beralas bujur sangkar dan sudut puncak antara dua sisi yang berhadapan 136°. Tapak tekannya tentu akan berbentuk bujur sangkar, dan yang diukur adalah panjang kedua diagonalnya lalu diambil rata-ratanya.
Angka kekerasan Vickers dihitung dengan :
HV = {2P sin (a/2)}/d2 =(1,854 . P/d2)
dimana :
P = gaya tekan (kg)
d = diagonal tapak tekan rata-rata (mm)
a = sudut puncak indentor = 136o.
Gambar 2.8 Uji Vickers indentor piramid
BACA JUGA: klasifikasi material teknik dan pengertiannya
Hasil pengujian kekerasan Vickers ini tidak tergantung pada besarnya gaya tekan (tidak seperti pada Brinell), dengan gaya tekan yang berbeda akan ditunjukkan hasil yang sama untuk bahan yang sama. Dengan demikian juga Vickers dapat mengukur kekerasan bahan mulai dari yang sangat lunak (5 HV) sampai yang amat keras (1500 HV) tanpa perlu mengganti gaya tekan. Besarnya gaya akan yang digunakan dapat dipilih antara 1 sampai dengan 120 kg, tergantung dari kekerasan/ketebalan bahan yang diuji agar diperoleh tapak tekan yang mudah diukur dan tidak ada anvil effect (pada benda yang tipis).
d. Kekerasan Meyer
Meyer mengukur kekerasan dengan cara yang hampir sama seperti Brinell, yang menggunakan indentor bola, hanya saja angka kekerasannya tidak dihitung dengan luas permukaan tapak tekan tetapi dihitung dengan luas froyeksi tapak tekan.
Angka kekerasan Mayer
Pm = 4P/(πd2) dimana :
P = gaya tekan (kg)
d = diameter tapak tekan (mm)
Dengan cara ini hasil pengukuran tidak lagi terpengaruh oleh besarnya juga tekan yang digunakan untuk menekan indentor (jadi tidak seperti Brinell). Biasanya akan sama walaupun pengukuran dtlakukan dengan gaya tekan berbeda. llaupun demikian ternyata pengujian Meyer tidak banyak digunakan.
e. MIcrohardnets test
Untuk keperluan metalurgi seringkali diperlukan pengukuran kekerasan pada daerah yang sangat kecil, misalnya pada salah satu strukturmikro, atau pada lapisan yang sangat tipis misalnya pada lapisan eletroplating. Untuk itu pengujian dilakukan dengan gaya tekan yang sangat kecil, di bawah 1000 gram, menggunakan mesin yang dikombinasi dengan mikroskop. Cara yang biasa digunakan adalah Mikio Vickers atau Knoop.
BACA JUGA: klasifikasi material teknik dan pengertiannya
Pada Mikro Vickers, indentor yang digunakan juga sama seperti pada Vickers biasa, juga cara perhitungan angka kekeragannya, hanya saja gaya tekan yang digunakan kecil sekali, 1 sampai 1000 gram, dan panjang diagonal indentasi diukur dalam mikron.
Pada Knoop microhardness test, digunakan indentor piramid intan dengan alas berbentuk belah ketupat yang perbandingan panjang diagonainya 1 : 7
Gambar 2.9 Uji Knoop indentor piramid
Angka kekerasan Knoop dihitung sebagai berikut :
HK = 14,229 P/l2
dimana :
P = gaya tekan
l = panjang diagonal tapak tekan yang panjang (mikron)
Mengingat bentuk indentornya maka Knoop akan menghasiikan indentasi yang sangat dangkal (dibandingkan dengan Vickers), sehingga sangat cocok untuk pengujian kekerasan pada lapisan yang sangat tipis dan/atau getas.
