Uji Kekerasan Tukon: Metode Penting untuk Kualitas & Daya Tahan Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Uji Kekerasan Tukon, juga dikenal sebagai uji kekerasan Knoop, adalah metode pengukuran mikrokeras yang digunakan terutama di industri baja untuk mengevaluasi kekerasan permukaan material pada skala mikroskopis. Metode ini melibatkan penekanan indentor berbentuk berlian ke permukaan spesimen di bawah beban tertentu dan mengukur lekukan yang dihasilkan untuk menentukan ketahanan material terhadap deformasi.

Secara fundamental, uji Tukon memberikan penilaian kuantitatif terhadap fitur mikrostruktur baja, seperti batas butir, karbida, dan distribusi fase, yang mempengaruhi sifat mekanik seperti kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan aus. Signifikansinya terletak pada kemampuannya untuk memungkinkan pengukuran kekerasan yang tepat dan terlokalisasi yang sangat penting untuk pengendalian kualitas, analisis kegagalan, dan pengembangan penelitian dalam pembuatan baja.

Dalam kerangka jaminan kualitas baja yang lebih luas, Uji Kekerasan Tukon melengkapi uji kekerasan makro (misalnya, Rockwell, Brinell) dengan menawarkan wawasan mendetail tentang sifat permukaan dan subpermukaan. Ini sangat berharga untuk mengevaluasi zona yang dipanaskan, pelapisan tipis, pengelasan, dan komponen kecil di mana pengujian kekerasan konvensional tidak praktis atau tidak memadai.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Uji kekerasan Tukon menghasilkan lekukan berbentuk berlian yang memanjang dan mikroskopis pada permukaan baja, biasanya berukuran kurang dari 50 mikrometer dalam panjang. Pada tingkat makro, lekukan tersebut tampak sebagai tanda kecil yang tepat, sering kali tidak terlihat oleh mata telanjang tanpa pembesaran.

Di bawah pemeriksaan mikroskopis, lekukan tersebut menunjukkan kesan yang terdefinisi dengan baik dan tepi yang tajam dengan geometri khas. Mikrostruktur di sekitar lekukan dapat menunjukkan fitur deformasi seperti garis slip atau mikroretakan, tergantung pada kekerasan baja dan konstituen mikrostrukturnya.

Fitur karakteristik yang mengidentifikasi lekukan Tukon termasuk bentuknya yang memanjang yang khas, dengan rasio panjang terhadap lebar sekitar 5:1, dan geometri yang konsisten yang ditentukan oleh indentor berbentuk berlian. Resolusi tinggi dari uji ini memungkinkan deteksi variasi mikrostruktur yang halus, menjadikannya alat yang kuat untuk karakterisasi material yang mendetail.

mekanisme Metalurgi

Uji kekerasan Tukon mengukur ketahanan material terhadap deformasi plastik terlokalisasi di bawah beban yang sangat kecil, biasanya berkisar antara 10 hingga 200 gram-gaya. Indentor berbentuk berlian menerapkan gaya terkonsentrasi, menyebabkan deformasi elastis dan plastik dalam mikrostruktur.

Mekanisme metalurgi yang mendasari melibatkan konstituen mikrostruktur material—seperti ferit, perlit, martensit, karbida, dan austenit yang terjaga—merespons secara berbeda terhadap beban yang diterapkan. Fase keras seperti karbida atau martensit lebih efektif menahan deformasi, menghasilkan lekukan yang lebih kecil, sedangkan fase yang lebih lunak seperti ferit menghasilkan kesan yang lebih besar.

Fitur mikrostruktur seperti ukuran butir, distribusi fase, dan keberadaan tegangan sisa mempengaruhi pengukuran kekerasan. Perlakuan panas yang memperhalus ukuran butir atau meningkatkan kandungan martensitik umumnya meningkatkan kekerasan yang diukur, mencerminkan ketahanan yang lebih baik terhadap deformasi pada tingkat mikroskopis.

Hasil uji dipengaruhi oleh sifat intrinsik material, termasuk kekuatan luluh, modulus elastis, dan perilaku pengerasan kerja. Interaksi mikrostruktur menentukan bagaimana material mendistribusikan dan mengakomodasi beban yang diterapkan, yang pada akhirnya mempengaruhi nilai kekerasan yang diukur.

Sistem Klasifikasi

Uji Kekerasan Tukon menggunakan sistem klasifikasi yang distandarisasi berdasarkan nilai kekerasan yang diukur, sering kali dinyatakan dalam istilah angka kekerasan Knoop (KHN). Klasifikasi ini biasanya mengkategorikan mikrokeras baja ke dalam rentang seperti:

• Lembut: 100–200 KHN
• Sedang: 200–400 KHN
• Keras: 400–700 KHN
• Sangat Keras: di atas 700 KHN

Kategori ini membantu dalam menginterpretasikan keadaan mikrostruktur dan kinerja mekanik baja. Misalnya, baja dengan KHN 650 dianggap sangat keras, menunjukkan mikrostruktur martensitik atau temper yang tinggi yang cocok untuk aplikasi tahan aus.

Dalam aplikasi praktis, klasifikasi ini memandu keputusan tentang parameter perlakuan panas, penyelesaian permukaan, dan kesesuaian untuk kondisi layanan tertentu. Ini juga membantu dalam jaminan kualitas dengan menyediakan metrik yang distandarisasi untuk membandingkan kekerasan mikrostruktur di berbagai batch atau proses produksi.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Metode utama untuk mendeteksi dan mengukur kekerasan Tukon melibatkan peralatan pengujian mikrokeras yang dilengkapi dengan indentor berbentuk berlian, biasanya indentor Vickers atau Knoop. Proses ini bergantung pada penerapan beban rendah yang tepat untuk menghasilkan lekukan kecil yang terdefinisi dengan baik.

Pengaturan peralatan mencakup mikroskop yang terintegrasi dengan sistem aplikasi beban, memungkinkan penempatan dan pengukuran lekukan yang akurat. Permukaan spesimen harus dipersiapkan dengan penyelesaian yang halus dan bersih untuk memastikan kontak yang konsisten dan pengukuran yang akurat.

Prinsip fisik yang mendasari pengukuran adalah deformasi elastis dan plastik yang disebabkan oleh indentor. Ukuran dan bentuk lekukan diukur di bawah mikroskop, dan nilai kekerasan dihitung berdasarkan beban yang diterapkan dan area proyeksi lekukan.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar internasional yang relevan yang mengatur Uji Kekerasan Tukon termasuk ASTM E384 (Metode Uji Standar untuk Mikrokeras Material), ISO 6507, dan EN 1043-1. Standar ini menetapkan metode uji, prosedur kalibrasi, dan persyaratan pelaporan.

Prosedur pengujian yang khas meliputi:

• Mempersiapkan permukaan spesimen dengan pemolesan halus untuk menghilangkan ketidakteraturan permukaan.
• Memilih beban yang sesuai berdasarkan material dan fitur mikrostruktur.
• Menerapkan beban selama waktu tinggal yang ditentukan, biasanya 10–15 detik.
• Mengukur panjang diagonal panjang lekukan menggunakan mikroskop dengan okuler yang terkalibrasi.
• Menghitung angka kekerasan Knoop atau Vickers menggunakan rumus yang distandarisasi.

Parameter uji yang kritis mencakup besarnya beban, waktu tinggal, dan akurasi pengukuran. Beban yang berlebihan dapat menyebabkan mikroretakan atau deformasi di luar skala mikrostruktur, sementara beban yang tidak mencukupi dapat menghasilkan pengukuran dengan ketidakpastian tinggi.

Persyaratan Sampel

Sampel harus dipersiapkan dengan penyelesaian berkualitas tinggi yang menyerupai cermin untuk meminimalkan efek kekasaran permukaan pada lekukan. Permukaan harus bebas dari goresan, minyak, atau lapisan oksidasi.

Spesimen biasanya dipotong dari komponen baja, dipasang dalam resin, dan dipoles dengan abrasif yang semakin halus. Untuk pelapisan tipis atau perlakuan permukaan, ketebalan sampel harus cukup untuk menghindari pengaruh substrat pada pengukuran.

Pemilihan sampel mempengaruhi validitas uji; area yang representatif harus dipilih untuk mencerminkan keadaan mikrostruktur dari seluruh komponen. Pengukuran ganda di lokasi yang berbeda disarankan untuk memperhitungkan heterogenitas mikrostruktur.

Akurasi Pengukuran

Akurasi pengukuran tergantung pada keterampilan operator, kalibrasi mikroskop, dan stabilitas peralatan. Repeatabilitas umumnya dalam ±2% untuk sampel yang dipersiapkan dengan baik, sementara reproduksibilitas di antara operator atau laboratorium yang berbeda mungkin ±5%.

Sumber kesalahan termasuk ketidakteraturan permukaan, kalibrasi yang tidak tepat, penyelarasan mikroskop yang salah, atau penerapan beban yang tidak konsisten. Faktor lingkungan seperti getaran atau fluktuasi suhu juga dapat mempengaruhi hasil.

Untuk memastikan kualitas peng