Uji Scleroscope: Penilaian Kekerasan Dampak dalam Pengendalian Kualitas Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Uji Scleroscope adalah metode pengujian kekerasan yang digunakan terutama untuk mengevaluasi kekerasan permukaan dan ketahanan baja serta bahan logam lainnya. Ini mengukur tinggi pantulan bola baja yang dikeraskan atau bola karbida tungsten yang dijatuhkan ke permukaan spesimen dari ketinggian tertentu. Uji ini memberikan indikasi cepat dan nondestruktif tentang kekerasan material, sangat berguna untuk menilai kondisi permukaan dan zona yang telah dipanaskan.

Pada dasarnya, uji Scleroscope ditandai oleh kesederhanaannya, kecepatan, dan kemampuannya untuk mengukur kekerasan lapisan permukaan material tanpa merusak spesimen. Ini penting dalam proses kontrol kualitas di mana penilaian cepat terhadap kekerasan permukaan berkorelasi dengan ketahanan aus, kekuatan, dan daya tahan komponen baja.

Dalam kerangka yang lebih luas dari jaminan kualitas baja, uji Scleroscope melengkapi uji kekerasan lainnya seperti Rockwell, Brinell, dan Vickers. Ini sangat berharga untuk pengujian in-situ, inspeksi lapangan, dan situasi yang memerlukan penyaringan cepat dari sejumlah besar produk baja. Hasilnya sering digunakan untuk menyimpulkan sifat metalurgi dan untuk memastikan kepatuhan terhadap standar kekerasan yang ditentukan.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Uji Scleroscope terwujud secara fisik sebagai tinggi pantulan bola baja atau karbida tungsten setelah mengenai permukaan spesimen. Semakin tinggi pantulan, semakin keras permukaannya, menunjukkan ketahanan yang lebih besar terhadap deformasi.

Di tingkat makro, uji ini menghasilkan tinggi yang dapat diukur dalam milimeter atau inci, yang secara langsung terkait dengan kekerasan permukaan. Perangkat uji biasanya terdiri dari skala yang dikalibrasi, mekanisme jatuh, dan bola yang dikeraskan. Permukaan spesimen harus halus dan bersih untuk memastikan pengukuran yang akurat.

Secara mikroskopis, uji ini mencerminkan fitur mikrostruktur seperti ukuran butir, distribusi fase, dan mikrohardness permukaan. Permukaan yang lebih keras sering kali berkorelasi dengan mikrostruktur yang lebih halus, fase martensitik, atau perlakuan panas permukaan yang meningkatkan ketahanan terhadap deformasi.

Fitur karakteristik termasuk kekasaran permukaan yang minimal dan tidak adanya cacat permukaan seperti retakan atau korosi, yang dapat mempengaruhi pengukuran pantulan. Uji ini sensitif terhadap kondisi permukaan, sehingga persiapan yang tepat sangat penting untuk hasil yang dapat diandalkan.

Mekanisme Metalurgi

Mekanisme metalurgi yang mendasari uji Scleroscope melibatkan perilaku deformasi elastis dan plastik dari permukaan baja saat terkena dampak. Ketika bola yang dikeraskan mengenai spesimen, transfer energi menyebabkan deformasi lokal, yang lebih kuat ditahan oleh mikrostruktur yang lebih keras.

Tinggi pantulan terutama dipengaruhi oleh modulus elastis dan kekerasan permukaan. Modulus elastis dan kekerasan yang lebih tinggi menghasilkan lebih sedikit dissipasi energi selama dampak, yang mengarah pada pantulan yang lebih tinggi. Sebaliknya, mikrostruktur yang lebih lunak menyerap lebih banyak energi, menghasilkan tinggi pantulan yang lebih rendah.

Perubahan mikrostruktur seperti transformasi martensitik, presipitasi karbida, atau pemurnian butir meningkatkan kekerasan permukaan dan respons elastis. Perlakuan panas seperti pendinginan cepat dan tempering memodifikasi mikrostruktur, yang secara langsung mempengaruhi hasil uji.

Komposisi baja mempengaruhi respons metalurgi; unsur paduan seperti karbon, kromium, dan molibdenum meningkatkan kekerasan dan kekuatan. Kondisi pemrosesan seperti laju pendinginan, suhu perlakuan panas, dan penyelesaian permukaan juga berdampak signifikan pada hasil uji.

Sistem Klasifikasi

Hasil uji Scleroscope biasanya diklasifikasikan ke dalam skala numerik atau angka kekerasan, sering kali dinyatakan sebagai Angka Kekerasan Scleroscope (SHN). Klasifikasi standar melibatkan perbandingan tinggi pantulan dengan skala yang dikalibrasi, dengan angka yang lebih tinggi menunjukkan permukaan yang lebih keras.

Kriteria klasifikasi umum meliputi:

• Lembut: SHN di bawah 40, menunjukkan kekerasan permukaan yang rendah, khas untuk baja yang dinormalisasi atau tidak dipanaskan.
• Sedang: SHN antara 40 dan 60, mewakili kekerasan sedang, sering kali terkait dengan baja yang dipanaskan atau yang dikeraskan permukaannya.
• Keras: SHN di atas 60, menunjukkan kekerasan permukaan yang tinggi, karakteristik dari baja yang didinginkan cepat dan dipanaskan atau lapisan yang dikeraskan permukaan.

Beberapa standar lebih lanjut membagi kategori ini berdasarkan persyaratan aplikasi tertentu atau kelas material. Interpretasi klasifikasi ini tergantung pada penggunaan yang dimaksud dari komponen baja, dengan aplikasi kritis yang menuntut tingkat kekerasan yang lebih tinggi.

Dalam praktiknya, klasifikasi membantu dalam jaminan kualitas, memastikan bahwa baja memenuhi kriteria kekerasan permukaan yang ditentukan untuk ketahanan aus, umur lelah, atau parameter kinerja lainnya.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Metode deteksi inti melibatkan menjatuhkan bola baja atau karbida tungsten yang telah dikalibrasi ke permukaan spesimen dari ketinggian tetap, biasanya sekitar 150 mm (6 inci). Tinggi pantulan kemudian diukur, baik secara manual atau melalui sistem otomatis, untuk menentukan kekerasan.

Prinsip fisik bergantung pada mekanika tumbukan elastis: tinggi pantulan berkorelasi dengan modulus elastis dan kekerasan permukaan. Mekanisme jatuh perangkat memastikan energi dampak yang konsisten, dan pantulan diukur terhadap skala yang dikalibrasi.

Pengaturan modern mungkin menggabungkan sensor elektronik atau perangkat optik untuk merekam tinggi pantulan dengan tepat, mengurangi kesalahan manusia. Beberapa sistem canggih mengotomatiskan proses pengukuran, memberikan pembacaan digital dan pencatatan data untuk analisis statistik.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar internasional yang mengatur uji Scleroscope termasuk ASTM E110, ISO 6506, dan EN 10052. Standar ini menetapkan alat uji, persiapan spesimen, dan prosedur pengukuran.

Prosedur tipikal melibatkan:

• Menyiapkan permukaan spesimen yang halus dan bersih bebas dari korosi, skala, atau cacat permukaan.
• Mengkalibrasi perangkat Scleroscope menggunakan bahan referensi dengan kekerasan yang diketahui.
• Menempatkan spesimen di permukaan yang stabil dan bebas getaran.
• Menjatuhkan bola dari ketinggian yang ditentukan, memastikan kondisi dampak yang konsisten.
• Mencatat tinggi pantulan langsung dari skala yang dikalibrasi atau tampilan digital.
• Mengulangi uji di beberapa lokasi untuk memperhitungkan variabilitas permukaan.
• Menghitung rata-rata tinggi pantulan atau angka kekerasan untuk penilaian.

Parameter kritis termasuk tinggi dampak, diameter bola, dan kondisi permukaan. Variasi dalam parameter ini dapat mempengaruhi hasil secara signifikan, sehingga kepatuhan yang ketat terhadap standar sangat penting.

Persyaratan Sampel

Sampel harus representatif dari batch material dan disiapkan dengan permukaan yang halus dan datar. Kondisi permukaan melibatkan penggilingan atau pemolesan untuk menghilangkan ketidakteraturan permukaan, skala, atau korosi yang dapat mempengaruhi penyerapan dampak.

Permukaan spesimen harus bebas dari retakan, lubang, atau cacat lain yang dapat mendistorsi pengukuran pantulan. Untuk komponen besar atau kompleks, beberapa titik pengujian disarankan untuk mendapatkan penilaian yang akurat tentang distribusi kekerasan permukaan.

Pemilihan sampel mempengaruhi validitas uji; sampel yang tidak representatif dapat menghasilkan hasil yang menyesatkan. Persiapan permukaan yang konsisten memastikan perbandingan di seluruh pengujian dan batch yang berbeda.

Akurasi Pengukuran

Akurasi uji Scleroscope bergantung pada kalibrasi, keterampilan operator, dan kondisi permukaan. Repeatabilitas umumnya tinggi ketika prosedur standar diikuti, tetapi variabilitas dapat