Metode Uji Kekerasan Vickers

Uji kekerasan Vickers dikembangkan oleh George E. Sandland dan Robert L. Smith di Vickers Ltd. pada tahun 1921, sebagai alternatif metode Brinell untuk menentukan kekerasan material. Uji kekerasan Vickers ini biasanya lebih mudah digunakan dibandingkan uji kekerasan lainnya. Hal ini dikarenakan perhitungan yang dibutuhkan tidak bergantung pada ukuran indentor.

Demikian pula, indentor dapat digunakan untuk semua material tanpa memandang tingkat kekerasannya. Prinsip dasar uji kekerasan Vickers sama dengan semua uji kekerasan lainnya. Dengan bantuan uji kekerasan ini, kemampuan material untuk menahan deformasi plastis dapat diamati dari sumber standar.

Uji kekerasan Vickers dapat digunakan untuk semua logam yang tersedia dan memiliki salah satu skala terluas di antara semua uji kekerasan. Satuan kekerasan dapat diukur sebagai Angka Piramida Vickers (HV) atau Kekerasan Piramida Berlian (DPH). Angka kekerasan ini dapat dikonversi ke dalam satuan pascal. Namun, angka kekerasan ini tidak boleh disamakan dengan tekanan, yang dinyatakan dalam satuan yang sama. Angka kekerasan dihitung berdasarkan beban pada luas permukaan lekukan, bukan luas permukaan yang tegak lurus terhadap gaya.

Mengenai Alat Uji Kekerasan Vickers. Apa yang Perlu Anda Ketahui.

Apa itu Uji Kekerasan Vickers?

Metode pengujian kekerasan Vickers juga dikenal sebagai uji kekerasan mikro, umumnya digunakan untuk memeriksa bagian tipis, komponen kecil, atau pekerjaan yang melibatkan kedalaman casing.

Metode pengujian kekerasan Vickers beroperasi menggunakan sistem pengukuran optik, yang mematuhi standar ASTM E-384. Metode ini melibatkan penerapan berbagai beban ringan melalui penyok berlian untuk membuat lekukan. Lekukan diukur secara akurat dan diubah menjadi nilai kekerasan. Meskipun berlaku untuk spektrum material yang luas, kondisi khusus harus dipenuhi saat menyiapkan sampel uji. Sampel-sampel ini perlu dipoles dengan cermat untuk memudahkan pengukuran ukuran cetakan. Berlian berbentuk piramida dengan alas persegi secara konsisten digunakan untuk pengujian pada skala Vickers. Biasanya, beban yang diterapkan sangat ringan, berkisar antara 10 g hingga 1 kgf, meskipun beban Vickers 'Makro' dapat melebihi 30 kg.

Metode mikrokekerasan digunakan untuk memeriksa keramik, logam, komposit, dan hampir semua jenis material. Karena ukuran lekukan uji Vickers yang kecil, metode ini berguna dalam berbagai aplikasi, termasuk mengukur struktur mikro individual, menguji material yang sangat tipis seperti foil, menilai permukaan satu bagian atau beberapa bagian atau area kecil, dan menentukan kedalaman pengerasan casing dengan membuat serangkaian lekukan untuk menentukan profil perubahan kekerasan.

Untuk pengujian mikrokekerasan, pemotongan sering kali diperlukan untuk menyediakan spesimen yang cukup kecil bagi penguji. Selain itu, persiapan sampel sangat penting untuk mencapai permukaan sampel uji yang halus, memastikan bentuk lekukan yang konsisten, pengukuran yang tepat, dan memastikan bahwa sampel diposisikan tegak lurus terhadap penekan. Sampel yang telah disiapkan sering kali dipasang pada media plastik untuk memudahkan persiapan dan pengujian. Lekukan yang lebih besar lebih disukai untuk meningkatkan resolusi pengukuran, karena memperkecil ukuran lekukan akan memperbesar kesalahan. Namun, penting untuk dicatat bahwa prosedur pengujian ini rentan terhadap pengaruh operator terhadap hasil.

Metode pengujian kekerasan Vickers melibatkan penekukan material uji dengan penekukan berlian berbentuk piramida tegak lurus dengan alas persegi pada sudut 136 derajat antara sisi yang berlawanan relatif terhadap beban 1 hingga 100 kgf. Beban lengkap biasanya diterapkan selama sekitar 10 hingga 15 detik. Dua diagonal penekukan yang tertinggal pada permukaan material setelah beban dihilangkan diukur secara tepat menggunakan mikroskop, dan rata-ratanya dihitung. Selain itu, luas permukaan miring penekukan ditentukan. Kekerasan Vickers kemudian diperoleh dengan membagi beban dalam kgf dengan luas penekukan dalam mm persegi.

F = Beban dalam kgf

d = Rata-rata aritmatika dari dua diagonal, d1 dan d2 dalam mm

HV = Kekerasan Vickers

Dengan menentukan diagonal rata-rata lekukan, kekerasan Vickers dapat dihitung menggunakan rumus yang disebutkan sebelumnya; namun, akan lebih mudah untuk menggunakan tabel konversi. Kekerasan Vickers harus dilaporkan sebagai 800 HV/10, yang menandakan kekerasan Vickers sebesar 800 yang diperoleh dengan menggunakan gaya 10 kgf. Pengaturan beban yang berbeda menghasilkan angka kekerasan yang sama pada material homogen, yang biasanya lebih konsisten daripada perubahan skala sembarangan yang terlihat pada metode pengujian kekerasan lain yang tersedia.

Keunggulan uji kekerasan Vickers meliputi pembacaan yang sangat akurat, karena satu jenis indenter dapat diaplikasikan pada semua logam dan perlakuan permukaan. Meskipun dapat disesuaikan secara sistematis dan sangat akurat untuk menguji material pada spektrum kekerasan yang luas di bawah beban yang bervariasi, mesin Vickers merupakan unit yang berdiri di lantai dan dianggap lebih mahal dibandingkan dengan mesin Brinell atau Rockwell.

Klasifikasi Alat Uji Kekerasan Vickers:

Penguji kekerasan Vickers dikategorikan menjadi delapan jenis:

• Penguji Kekerasan Mikro
• Penguji kekerasan Vickers dengan beban kecil
• Penguji Mikrokekerasan Digital
• Penguji kekerasan Vickers digital
• Penguji Mikrokekerasan Layar Video
• Penguji mikrokekerasan layar sentuh digital
• Alat Uji Kekerasan Tavis yang Berputar Otomatis
• Alat Uji Kekerasan Vickers Otomatis

Prosedur Kerja Pengujian Kekerasan Vickers:

Uji kekerasan Vickers adalah metode optik, yang mengukur ukuran lekukan (yaitu diagonal) yang ditinggalkan oleh penekan. Sebaliknya, metode pengujian Rockwell yang terstandarisasi mengukur kedalaman lekukan yang disebabkan oleh penekan. Semakin besar lekukan yang ditinggalkan pada gaya uji yang ditentukan dengan baik pada permukaan spesimen, semakin lunak material uji.

Untuk menentukan kekerasan Vickers (HV) menurut standar ISO 6507, indentor berbentuk piramida dengan sudut antarmuka 136 derajat ditekan ke dalam spesimen uji dengan beban uji yang ditentukan dengan baik, biasanya dimulai dari 1 gf.

Perhitungan Kekerasan Vickers (HV):

Kekerasan Vickers (HV) dihitung dengan membagi gaya uji yang diberikan (F dalam newton N) dengan luas permukaan lekukan sisa pada spesimen. Rumusnya adalah sebagai berikut:

HV = F / 1/2 * (d​₁ +d₂)

Untuk menentukan luas permukaan lekukan piramida sisa, rata-rata kedua diagonal (d₁ dan d₂ dalam mm) dihitung. Hal ini karena luas dasar lekukan Vickers sering kali tidak dikuadratkan secara tepat.

Kisaran nilai kekerasan Vickers yang direkomendasikan dapat ditemukan dalam standar ISO 6507. Bergantung pada gaya uji dan bahan spesimen yang digunakan, nilai kekerasan Vickers biasanya berkisar antara 1 dan 3,000 HV.

Penerapan Gaya Uji:

Idealnya, gaya uji harus ditingkatkan dengan cepat dari 0 hingga nilai akhirnya dalam waktu 7 detik, praktik yang dikenal sebagai meminimalkan ketidakpastian pengukuran. Interval yang diizinkan untuk waktu aplikasi, menyimpang dari standar, berkisar antara 2 hingga 8 detik, dengan durasi nominal 7 detik. Waktu tunggu untuk gaya uji biasanya 10 hingga 15 detik, dengan durasi nominal yang disarankan sekitar 14 detik. Jika waktu tunggu melampaui ini, durasi tambahan dalam hitungan detik harus ditentukan dalam nilai kekerasan, seperti 610 HV 10/30 (yang menunjukkan waktu tunggu 30 detik). Gaya uji dalam rentang makro metode Vickers secara signifikan lebih rendah daripada yang digunakan dalam metode Brinell, dengan pilihan umum adalah 49, 98, 196, 294, 490, atau 980 N. Namun, 294 N adalah gaya yang paling sering digunakan untuk pengujian pada tingkat makro.

Jarak Minimum Titik Uji:

Dalam metode uji kekerasan Vickers, lekukan harus ditempatkan secara strategis untuk memastikan jarak yang cukup dari tepi spesimen dan di antara setiap lekukan. Nilai minimum yang diamati, sesuai standar, dirinci di bawah ini.

Persyaratan Sampel untuk Pengujian Kekerasan Vickers:

Saat menggunakan metode pengujian kekerasan Vickers, persiapan permukaan spesimen yang cermat adalah suatu keharusan. Persyaratan kualitas permukaan lebih ketat dibandingkan dengan metode Rockwell, di mana permukaan yang bersih dan bebas dari kotoran biasanya sudah cukup.

Spesimen yang akan diuji harus memenuhi kriteria berikut:

1. Spesimen harus dipoles dengan baik untuk pengujian kekerasan mikro atau digiling secara presisi untuk pengujian kekerasan makro.
2. Sebaiknya spesimen dijepit dengan kuat untuk mencegah pergerakan selama proses pengujian. Saran praktis adalah dengan memperbaiki spesimen yang tertanam di dudukan spesimen setelah mengukur dengan landasan uji yang sesuai.
3. Perhatian khusus harus diberikan untuk menghindari getaran atau guncangan selama pengujian. Disarankan untuk menggunakan meja antigetar guna memastikan bahwa faktor eksternal tidak memengaruhi hasil pengujian.

Metode dan Aplikasi yang Tersedia untuk Pengujian Kekerasan Vickers:

Proses Vickers dapat dibagi lagi menjadi berbagai metode berdasarkan besarnya gaya uji, sesuai standar ISO. Metode ini meliputi HV 0.01, HV 1, HV 10, dst. Selain itu, metode pengujian kekerasan Vickers mencakup tiga rentang beban pengujian kekerasan:

1. Kisaran Kekerasan Mikro: Ini cocok untuk menguji spesimen kecil dan tipis, sering digunakan untuk struktur mikro, pelapis, dan lapisan tipis.
2. Jangkauan Beban Rendah: Kisaran ini umumnya digunakan untuk material yang lebih lunak atau bagian yang tipis di mana penerapan beban tinggi dapat merusak spesimen.
3. Kisaran Kekerasan Konvensional (Makro): Digunakan untuk pengujian kekerasan standar pada material yang lebih besar dan lebih kuat. Rentang ini melibatkan gaya uji yang lebih tinggi yang cocok untuk berbagai material.

Pemilihan metode dan rentang beban yang tepat bergantung pada karakteristik spesifik material yang diuji dan persyaratan pengujian.

Aplikasi metode Vickers tergantung pada rentang beban masing-masing tercantum di bawah ini:

Faktor-faktor dalam Pemilihan Gaya Uji dan Metode Uji:

1. Ukuran Spesimen:
   • Pertimbangkan jarak terendah antara titik uji (jarak lekukan) dan tepi spesimen (jarak tepi) seperti yang ditetapkan dalam standar untuk metode Vickers.
2. Ketebalan Spesimen:
   • Pastikan ketebalan spesimen setidaknya 1.5 kali diagonal lekukan. Ketebalan minimum harus antara 0.085 dan 6.5 mm.
3. Kualitas permukaan:
   • Permukaan spesimen harus dipoles, terutama untuk beban uji yang sangat rendah. Permukaan yang baik sangat penting untuk pengukuran yang akurat, karena ketidakteraturan sekecil apa pun dapat memengaruhi hasil.
4. Persiapan Spesimen Uji:
   • Ukur benda uji dengan gaya uji yang semaksimal mungkin, minimalkan faktor pengaruh potensial yang dapat mengubah hasil akhir.

Membaca dan Mewakili Nilai Kekerasan Vickers:

Nilai kekerasan Vickers meliputi:

• Nilai kekerasan numerik (1 hingga 3000)
• Huruf 'HV' (Kekerasan menurut Vickers)
• Beban uji yang diterapkan dalam kgf
• Waktu diam beban uji, dipertimbangkan hanya jika tidak antara 10 hingga 15 detik (jarang dalam praktik, menurut standar ISO 6507).

Keuntungan Metode Vickers:

1. Penerapan untuk Semua Bahan:
   • Cocok untuk bahan dengan semua tingkat kekerasan, dari lunak hingga keras.
2. Jenis Indentor Tunggal:
   • Memanfaatkan satu jenis indenter untuk semua metode Vickers.
3. Pengujian non destruktif:
   • Spesimen uji dapat digunakan untuk keperluan lain karena merupakan metode pengujian nondestruktif.

Kerugian Metode Vickers:

1. Persyaratan Kualitas Permukaan:
   • Persiapan spesimen yang tepat sangat penting, karena metode ini bergantung pada pengukuran lekukan optik.
2. Kecepatan Pengujian:
   • Lebih lambat dibandingkan dengan metode Rockwell, dengan siklus pengujian memakan waktu antara 30 hingga 60 detik (tidak termasuk waktu persiapan spesimen).
3. Biaya dan Peralatan:
   • Memerlukan sistem optik untuk evaluasi lekukan, membuat penguji kekerasan Vickers lebih mahal dibandingkan dengan penguji Rockwell.

Meskipun memakan waktu lama dan menghadapi tantangan dalam persiapan spesimen, metode Vickers digunakan secara luas karena sifatnya yang fleksibel dan aplikasinya yang bervariasi.