Uji Kekerasan Rockwell Superfisial: Kunci untuk Kualitas Baja & Penilaian Permukaan

Definisi dan Konsep Dasar

Uji Kekerasan Rockwell Superfisial adalah metode standar yang digunakan untuk mengevaluasi kekerasan permukaan baja dan bahan logam lainnya dengan mengukur ketahanan bahan terhadap penekanan di bawah beban tertentu. Berbeda dengan uji kekerasan Rockwell standar, yang menggunakan beban lebih tinggi dan menembus lebih dalam ke dalam spesimen, varian superfisial menerapkan beban yang lebih rendah, menjadikannya cocok untuk bahan tipis, pelapis, atau permukaan yang telah diperlakukan permukaannya.

Uji ini memberikan wawasan penting tentang sifat mekanik permukaan baja, yang sangat penting untuk menilai ketahanan aus, daya tahan permukaan, dan kinerja keseluruhan bahan. Ini adalah komponen vital dari kontrol kualitas dalam pembuatan baja, perlakuan panas, dan proses penyelesaian permukaan, memastikan bahwa kekerasan permukaan memenuhi standar yang ditentukan untuk aplikasi yang dimaksud.

Dalam kerangka jaminan kualitas baja yang lebih luas, uji kekerasan Rockwell superfisial berfungsi sebagai metode cepat, tidak merusak, dan andal untuk memverifikasi sifat permukaan. Ini melengkapi teknik pengujian lainnya seperti pengujian mikrohardness, pengujian tarik, dan metode evaluasi tidak merusak, membentuk bagian integral dari karakterisasi bahan yang komprehensif.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Uji kekerasan Rockwell superfisial secara fisik muncul sebagai penekanan kecil yang terlokalisasi pada permukaan baja. Penekanan tersebut tampak sebagai impresi dangkal yang membulat dengan perimeter yang terdefinisi dengan baik, biasanya terlihat di bawah pembesaran. Kedalaman penetrasi minimal, seringkali kurang dari 0,2 mm, tergantung pada parameter uji.

Di tingkat makro, permukaan mungkin tidak menunjukkan kerusakan atau deformasi yang terlihat di luar penekanan. Namun, pemeriksaan mikroskopis mengungkapkan zona deformasi di bawah permukaan, yang ditandai dengan deformasi plastik terlokalisasi dari mikrostruktur. Manifestasi fisik dari uji ini adalah penekanan yang tepat dan terkontrol yang berkorelasi langsung dengan kekerasan permukaan bahan.

Fitur karakteristik termasuk impresi yang halus dan membulat tanpa retak atau chip, menunjukkan bahwa permukaan bahan dapat menahan beban yang diterapkan tanpa patah. Kedalaman dan ukuran penekanan terkait langsung dengan kekerasan bahan, memungkinkan penilaian kuantitatif.

Mekanisme Metalurgi

Uji kekerasan Rockwell superfisial mengukur ketahanan bahan terhadap deformasi plastik terlokalisasi, yang diatur oleh fitur mikrostruktural baja. Ketika penekan (biasanya bola baja atau kerucut berlian) menerapkan gaya, mikrostruktur baja merespons dengan deformasi elastis dan plastik.

Mekanisme metalurgi utama melibatkan pergerakan dislokasi dalam mikrostruktur. Baja yang lebih keras, dengan butiran yang lebih halus, kandungan karbon yang lebih tinggi, atau elemen paduan tertentu, lebih efektif menahan gerakan dislokasi, menghasilkan nilai kekerasan yang lebih tinggi. Sebaliknya, mikrostruktur yang lebih lunak dengan butiran kasar atau kandungan paduan yang lebih rendah lebih mudah terdeformasi di bawah penekan.

Komposisi baja sangat mempengaruhi hasil uji. Misalnya, karbon meningkatkan kekerasan dengan membentuk struktur sementit atau martensit, sementara elemen paduan seperti kromium, molibdenum, dan vanadium berkontribusi pada kemampuan pengerasan. Proses perlakuan panas seperti pendinginan cepat dan tempering mengubah mikrostruktur—menghasilkan martensit, bainit, atau struktur yang dipanaskan—yang secara langsung mempengaruhi kekerasan permukaan.

Dasar mikrostruktural dari uji ini berakar pada kemampuan bahan untuk menahan deformasi pada tingkat atom dan dislokasi. Nilai kekerasan mencerminkan efek kumulatif dari fitur mikrostruktural ini, menjadikannya indikator yang andal dari sifat mekanik permukaan.

Sistem Klasifikasi

Klasifikasi hasil kekerasan Rockwell superfisial biasanya mengikuti skala kekerasan Rockwell, yang ditandai dengan huruf "N" (untuk uji superfisial). Skala yang paling umum termasuk HR15N, HR30N, dan HR45N, yang sesuai dengan beban dan ukuran penekan yang berbeda.

Severitas atau intensitas uji dikategorikan berdasarkan beban yang diterapkan dan nilai kekerasan yang dihasilkan. Misalnya:

• HR15N: Menggunakan beban 15 kgf dengan penekan bola baja berdiameter 1/16 inci, cocok untuk bahan atau pelapis yang sangat tipis.
• HR30N: Menggunakan beban 30 kgf, cocok untuk logam lembaran tipis.
• HR45N: Menerapkan beban 45 kgf, digunakan untuk permukaan yang lebih tebal atau lebih tahan.

Nilai kekerasan yang diperoleh diinterpretasikan relatif terhadap rentang standar, dengan nilai yang lebih tinggi menunjukkan permukaan yang lebih keras. Kriteria penerimaan tergantung pada aplikasi spesifik, jenis bahan, dan standar industri, seperti ASTM E18 atau ISO 6508.

Dalam aplikasi praktis, klasifikasi membantu menentukan apakah kekerasan permukaan memenuhi spesifikasi yang diperlukan untuk ketahanan aus, umur lelah, atau kriteria kinerja lainnya. Ini juga memandu keputusan tentang pemrosesan lebih lanjut atau perlakuan permukaan.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Metode deteksi utama untuk kekerasan Rockwell superfisial melibatkan penekanan penekan standar ke dalam permukaan baja di bawah beban tertentu, kemudian mengukur kedalaman penekanan yang dihasilkan. Proses ini diotomatisasi dalam penguji kekerasan modern, yang mencatat kedalaman penekanan dan mengubahnya menjadi nilai kekerasan.

Pengaturan peralatan mencakup mesin uji kekerasan yang dilengkapi dengan sistem penerapan beban, penekan (bola baja atau kerucut berlian), dan sistem pengukuran kedalaman. Spesimen dipasang dengan aman di platform pengujian, memastikan stabilitas selama uji.

Prinsip fisik bergantung pada deformasi elastis dan plastik bahan di bawah beban. Kedalaman penekanan berkorelasi terbalik dengan kekerasan bahan: semakin keras bahan, semakin dangkal penekanannya.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar internasional yang relevan yang mengatur uji kekerasan Rockwell superfisial termasuk ASTM E94, ASTM E18, ISO 6508, dan EN 10278. Standar ini menetapkan metode uji, kalibrasi peralatan, persiapan spesimen, dan interpretasi hasil.

Prosedur pengujian yang khas meliputi:

• Mempersiapkan permukaan spesimen, memastikan bahwa permukaan bersih, halus, dan bebas dari cacat permukaan.
• Menerapkan beban kecil (preload) untuk menempatkan penekan dan menghilangkan kekenduran.
• Menerapkan beban besar (ditentukan oleh skala) untuk waktu tinggal yang telah ditentukan.
• Menghapus beban dan mengukur kedalaman penekanan secara otomatis.
• Menghitung nilai kekerasan berdasarkan pengukuran kedalaman.

Parameter uji yang kritis termasuk beban yang diterapkan, waktu tinggal, jenis penekan, dan kondisi permukaan. Variasi dalam parameter ini dapat mempengaruhi akurasi dan konsistensi hasil.

Persyaratan Sampel

Sampel harus dipersiapkan sesuai dengan spesifikasi standar, biasanya memerlukan permukaan datar, halus, bebas dari goresan, burr, atau ketidakteraturan permukaan. Kondisi permukaan dapat melibatkan penggilingan atau pemolesan untuk mencapai hasil akhir yang seperti cermin, yang meminimalkan kesalahan pengukuran.

Untuk bahan tipis atau pelapis, ketebalan spesimen harus setidaknya tiga kali kedalaman penekanan untuk mencegah pengaruh substrat. Mikrostruktur sampel harus representatif dari area yang diminati, menghindari cacat atau heterogenitas terlokalisasi.

Persiapan spesimen yang tepat memastikan bahwa hasil uji mencerminkan kekerasan permukaan yang sebenarnya, menghindari artefak yang disebabkan oleh kekasaran permukaan atau kontaminasi.

Akurasi Pengukuran

Akurasi pengukuran dari pengujian kekerasan Rockwell superfisial umumnya tinggi, dengan konsistensi dalam ±1 unit HR di bawah kondisi terkontrol