Hardness Test

Detech.co.id – Harness Test, Kekerasan suatu material/bahan merupakan sifat mekanik yang sangat penting, karena dapat digunakan untuk mengetahui sifat mekanik lain yaitu strength (kekuatan). Nilai kekuatan tarik yang dimiliki suatu material juga dapat dikonversi dari kekerasannya. Seperti pada Gambar 1 di bawah ini.

Gambar 1 Sifat bahan yang berhubungan dengan kekerasan, Pengujian kekerasan ada bermacam-macam tergantung konsep yang dianut. Dalam engineering yang menyangkut logam kekerasan dinyatakan sebagai kemampuan untuk menahan indentasi / penetrasi / abrasi atau dengan definisi lain adalah ketahanan logam terhadap deformasi plastis.

Ada beberapa cara hardness test yang standar untuk menguji kekerasan logam yaitu; pengujian Brinell, Rockwell, Vickers, dan lain lain. Pada dasarnya hardness test dilakukan dengan menekankan sebuah indenter yang lebih keras sifatnya dari bahan uji dengan beban dan jangka waktu tertentu (10-15 detik), bekas tapak tekan pada permukaan benda uji diukur untuk menentukan nilai kekerasan dengan cara gaya tekan dibagi luas tapak tekan.

Metode Hardness Test

Ada berbagai macam metode pengujian kekerasan yang digunakan untuk menguji kekerasan logam, yaitu :

1. Metode Hardness Brinell.
2. Metode Hardness Vickers.
3. Metode Hardness Rockwell.
4. Metode Hardness Rockwell Superficial.
5. Metode Hardness Knoop.
6. Metode Hardness Shore Scleroscope.
7. Metode Hardness Sonodur.
8. Metode Hardness Moh.
9. Metode Hardness File.

Dari kesembilan metode hardness test tersebut, hanya tiga saja yang akan dibahas metode pengujian kekerasan untuk menguji kekerasan logam, yaitu:

1. Metode Pengujian hardness Brinell.
2. Metode Pengujian Hardness Vickers.
3. Metode Pengujian Hardness Rockwell

1. Metode Pengujian Kekerasan Brinell.

Pengujian Brinell merupakan jenis hardness test dengan cara menusuk atau menekan spesimen menggunakan indenter berbentuk bola yang terbuat dari baja yang sudah dikeraskan atau karbida tungsten. Indenter bola baja digunakan untuk material yang memiliki kekerasan Brinell hingga 450 BHN.

Indentor bola karbida tungsten harus digunakan apabila material yang di uji memiliki kekerasan Brinell antara 451-650 BHN. Pengujian yang standar dilakukan dengan menggunakan diameter 10 mm bola baja atau karbida tungsten dengan beban 3000 kgf untuk logam keras, beban 1500 kgf untuk logam pertengahan, dan beban 500 kgf serta lebih rendah untuk material lunak.

Indenter selain diameter 10 mm bisa digunakan, misal 5 mm, 2,5 mm dan 1 mm. Jika menggunakan diameter indenter selain 10 mm maka beban harus disesuaikan mengikuti formula 𝑃 𝐷2 = konstan. Nilai konstanta tergantung dengan material yang di uji, 30 digunakan untuk baja dan paduannya, 10 digunakan untuk tembaga dan paduannya dan 5 digunakan untuk aluminium dan paduannya.

Nilai Hardness Brinell (BHN/HBW/HBS) dapat dihitung sebagai :

F = gaya tekan (kgf) D = diameter indenter (mm) d = diameter indentasi (mm) HBW berarti hardness Brinell dengan indenter karbida tungsten. Jika indenter yang digunakan bola baja (steel ball) maka kekerasan dinyatakan dengan HBS. Atau secara umum biasanya dinyatakan dengan BHN.

Penulisan nilai Hardness Brinell harus diikuti dengan simbol HBW atau HBS. dan jika diameter indenter dan beban yang digunakan tidak standar maka harus diikuti oleh kondisi pengujian yang meliputi diameter indenter yang digunakan, beban dan dwell time, jika waktu yang digunakan saat pembebanan di luar 10-15 detik. Contoh:

• 220 HBW artinya nilai Hardness Brinell 220 dengan indenter 10 mm beban 3000 kgf dwell time 10-15 detik.
• 350 HBW 5/750 artinya nilai Hardness Brinell 350 dengan indenter 5 mm beban 750 kgf dwell time 10-15 detik.
• 600 HBW 1/30/20 artinya nilai Hardness Brinell 600 dengan indenter 1 mm beban 30 kgf dwell time 20 detik

Keterbatasan uji Brinell :

• Mengukur material yang sangat keras. Indentor bola dapat mengalami deformasi yang berlebihan.
• Mengukur kekerasan spesimen tipis. Indentasi dapat lebih besar dari pada tebal spesimen.
• Mengukur material yang dikeraskan permukaan. Indentasi dapat menusuk lebih dalam dari pada tebal permukaan yang dikeraskan sehingga pengukuran menjadi tidak valid sebab mengakibatkan pengukuran bagian dalam yang lunak juga.

2. Metode pengujian kekerasan Vickers.

Prinsip dasar pengujian vickers sama dengan uji Brinell, perbedaannya penggunaan indentor intan yang berbentuk piramid beralas bujur sangkar dan sudut puncak antara dua sisi yang berhadapan 136o. Pengukuran diagonal segi empat lebih akurat dibandingkan pengukuran pada lingkaran. Pengujian ini dapat dilakukan untuk spesimen tipis hingga 0,006 inci.

Nilai yang diperoleh akurat hingga nilai 1300 (setara dengan Brinell 850). Indentor relatif tidak menjadi rata seperti pada Brinell. Beban yang digunakan pada uji vickers antara 1 hingga 120 kgf. Perubahan beban relatif tidak mempengaruhi hasil pengujian, penggunaan beban yang berbeda akan tetap menghasilkan nilai yang sama untuk material yang sama. Nilai Hardness Vickers dapat dihitung dengan persamaan :

Dimana: HV = Hardness Vickers P = Beban (kgf) α = sudut 2 sisi yang berhadapan pada indentor d = diagonal indentasi rata-rata (mm)

Penulisan nilai kekerasan vickers harus diikuti akhiran yang menunjukkan gaya yang digunakan dan durasi pembebanan jika waktu yang digunakan diluar 10-15 detik.

Contoh penulisan nilai Hardness vickers :

• 440 HV 30 artinya nilai Hardness 440 dengan beban 30 kgf dan durasi pembebanan 10-15 detik.
• 440 HV 30/20 artinya nilai Hardness 440 dengan beban 30 kgf dan durasi pembebanan 20 detik.

3. Metode pengujian kekerasan Rockwell.

Metode Hardness Test Rockwell berbeda dengan Brinell dan Vickers. Pada uji kekerasan Rockwell tidak melakukan pengukuran tapak tekan secara manual, pengukuran langsung dilakukan oleh mesin dan langsung menunjukkan nilai hardness dari bahan yang diuji, nilai ini dapat dilihat pada dial indicator.

Nilai kekerasan yang diperoleh berhubungan terbalik dengan kedalaman identasi. Indenter yang digunakan adalah bola baja yang diperkeras berukuran 1/16 in dan 1/8 in serta kerucut intan bersudut 120o dengan ujung bulat diberi nama brale. Pada operasi pengujian, Beban minor diterapkan sebesar 10 kgf yang menyebabkan identasi awal dan menempatkan identer pada posisi yang akurat untuk penekanan. Dial ditempatkan pada skala tanda set nol.

Selanjutnya, pemberian beban utama (major) yang berbeda besarannya tergantung pada skala rockwell yang digunakan lihat Tabel 1. Rockwell skala A digunakan untuk logam yang sangat keras. Rockwell skala B digunakan untuk menguji material dengan kekerasan medium. Skala B memiliki nilai 0 – 100. Nilai Hardness diatas 100 memberikan hasil pengujian yang kurang valid sebab kemungkinan indentor telah menjadi rata.

Rockwell skala C digunakan untuk menguji material dengan kekerasan tinggi yaitu diatas B100. Baja paling keras memiliki nilai C70. Skala C digunakan pada C20 ke atas.

Skala Rockwell dibagi atas 100 bagian lihat Gambar 3. Setiap bagian atau nilai kekerasan setara dengan 0,002 mm indentasi. Angka B55 dan B60 memliki perbedaan kedalaman indentasi sebesar 5 x 0,002 mm atau 0,01 mm

Tabel 1. Skala Rockwell

Prosedur Hardness Test :

1. Brinell Hardness Test.

Hal yang perlu diperhatikan pada saat pengujian hardness Brinell adalah sebagai berikut :

1. Spesimen harus memenuhi persyaratan : – Rata dan halus. – Ketebalan minimal 6 mm. – Bisa ditumpu dengan baik dan permukaan uji harus horizontal.
2. Identor yang digunakan adalah bola baja yang sudah dikeraskan, tapi untuk material/bahan yang sangat keras (sampai 650 BHN) digunakan bola dari carbida tungsten. Jarak dengan titik pengujian minimal dua kali diameter tapak identasi.
3. Syarat perbandingan P/D2 = 30 digunakan untuk baja, 10 digunakan untuk tembaga dan paduannya, serta 5 digunakan untuk aluminium dan paduannya. Penggunaan beban (P) dan diameter identor (D) diharuskan memenuhi syarat tersebut
4. Pengujian kekerasan ini dilakukan dengan menekan identor pada permukaaan spesimen selama 10-15 detik, seperti pada Gambar 6 di bawah ini.

Brinell Hardness Number) yang dihitung berdasarkan diameter identasi dengan persamaan sebagai berikut :

Dimana : P = Gaya tekan (kgf) D = Diameter identor bola baja (mm) d = Diameter hasil identasi (mm)

Penulisan nilai kekerasan seperti contoh berikut : 320 HBS-2,5/187,5/20
Dimana :
320 = Nilai kekerasan.
HBS = Metode Pengujian Brinell
2,5 = Diameter Identor
187,5 = Gaya pembebanan (N)
20 = Waktu pembebanan (detik)

Karena pengukuran dilakukan secara manual, maka terdapat peluang untuk terjadinya kesalahan ukur. Kesalahan tersebut mungkin terjadi ketika pemfokusan objek pada layar, peletakan alat ukur pada objek dan pembacaan pengukurannya.

2. Vickers Hardness Test.

Metode Hardness Vickers pada dasarnya hampir sama dengan Brinell hanya indentornya saja yang berbeda. Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada metode pengujian kekerasan Vickers adalah sebagai berikut :

• Spesimen harus memenuhi persyaratan: o Permukaan harus rata dan halus o Dapat ditumpu dengan baik dan permukaan horizontal
• Identor yang digunakan adalah pyramid intan yang beralas bujur sangkar yang memiliki sudut puncak antara dua sisi yang berhadapan adalah 136 derajat.
• Pada dasarnya semua beban bisa digunakan, kecuali untuk pelat yang tipis harus digunakan beban yang ringan
• Pengujian kekerasan ini dilakukan dengan menekan identor pada permukaan spesimen dengan waktu selama 10 – 15 detik.

Nilai kekerasan pengujian ini dinyatakan dalam satuan DPH (VickersDiamond Pyramid Hardness) yang dihitung berdasarkan diagonal identasi dengan persamaan sebagai berikut :

Hasil Tapak Tekan Pengujian Vickers dapat dilihat pada Gambar 8 berikut :

Nilai kekerasan ditulis seperti contoh berikut : 150 DPH 150/10
Dimana : 150 = Nilai Kekerasan
DPH = Metode Pengujian Vickers
150 = Gaya Pembebanan (kgf)
10 = Waktu Pembebanan (detik)

Sama halnya dengan hardness test dengan Brinell, karena pengukuran dilakukan secara manual maka terdapat kemungkinan terjadinya kesalahan ukur. Kesalahan itu mungkin terjadi ketika pemfokusan objek pada layar, peletakan alat ukur pada objek dan pembacaan pengukurannya

3. Rockwell Hardness Test.

Berbeda dengan metode Brinell dan Vickers yang menggunakan pengukuran manual, dengan metode Rockwell pengukuran nilai kekerasan langsung dapat dibaca pada skala yang terdapat pada mesin. Dengan metode ini nilai kekerasan spesimen langsung dapat dibaca dari skala yang terdapat pada mesin. Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada metode pengujian kekerasan Rockwell, yaitu:

1. Spesimen harus memenuhi persyaratan: o Permukaan harus rata dan halus o Dapat ditumpu dengan baik dan permukaan horizontal
2. Metode Rockwell mempunyai beberapa skala pengukuran, yang mana pemakaian tersebut tergantung pada kombinasi jenis identor dan beban utama yang digunakan. Ada tiga jenis identor dengan tiga jenis beban utama, sehingga terdapat sembilan kombinasi sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 9 di bawah ini.

Tabel 2 Jenis – Jenis Skala Pada Pengujian Kekerasan Rockwell

Pelaksanaan metode ini, awalnya spesimen diberi identasi awal dengan beban minor 10 kg, lalu diberi beban utama (60 kg, 100 kg atau 150 kg) selama 20 detik.

4. Setelah spesimen dibebaskan dari kedua beban tersebut maka jarum skala akan menunjukkan berapa nilai kekerasan dari spesimen tersebut.
5. Penulisan nilai kekerasan seperti contoh berikut : 73 Rc, dimana 73 nilai kekerasannya, sedangkan Rc adalah skala yang digunakan. Metode pengujian dapat dilihat pada Gambar 10 di bawah ini.

Sebagai contoh, Rockwell B untuk logam secara umum, Rockwell C untuk logam yang keras dan Rockwell A untuk logam yang sangat keras. Pemakaian kombinasi identor dan beban yang salah dengan jenis material yang diuji akan menyebabkan tidak akuratnya hasil pengujian.

Lihat juga : Bending Test dan Prosedurnya

Acceptance Criteria Hardness Test :

Syarat keberterimaan uji Hardness adalah tergantung dari nilai kekerasan pada sertifikat atau dokumen material/bahan, apabila nilai Uji Hardness berada dibawah nilai kekerasan di sertifikat material/bahan, maka meterial/bahan dapat diterima atau ACC. Adapun Perbandingan metode uji Brinell, Vickers dan Rockwell :

• Ketebalan spesimen minim 6 mm untuk brinell standar dan 1,5 mm untuk rockwell dan vickers.
• Brinell standar mengakibatkan bekas indentasi cukup besar sehingga tidak digunakan untuk finished product, Rockwell dan vickers meninggalkan bekas yang kecil.
• Rockwell indentasinya kecil tidak baik digunakan pada bahan yang tidak homogen misal besi cor kelabu, karena ada bagian yang keras dan lunak.
• Brinell tidak menuntut kehalusan permukaan yang tinggi, cukup dengan gerinda kasar.
• Brinell dan Vickers pengukuran dilakukan manual, memungkinkan terjadinya kesalahan ukur.
• Vickers dapat digunakan untuk material lunak hingga keras, namun sensitif terhadap kekasaran permukaan.
• Brinell terbatas pada logam dengan kekerasan maksimal 650 BHN.

Lihat juga : Uji Metalografi

Apabila Anda membutuhkan Uji Hardness, Anda dapat melakukan chat atau telpon di nomor 08118841141

Referensi :

1. ASTM E18.
2. ASTM E92.
3. ASTM E10-00.
4. Modul Praktek Uji Bahan – PPNS