Informasi umum tentang pengujian kekerasan Brinell
Indentor yang digunakan dalam Brinell test methodterbuat dari bola logam keras dengan diameter D = 10; 5; 2,5 atau 1 mm. Ini diterapkan pada spesimen dengan gaya uji (hingga standar dari 1 kg hingga 3000 kg) dan ditahan sesuai dengan waktu penahanan.
Untuk menghitung kBrinell hardness, dua diameter tegak lurus dari lekukan uji diukur pada permukaan spesimen. Selain itu, gaya uji N dan diameter indentor bola diperlukan.
Brinell hardness test procedure ISO 6506
Dalam Brinell hardness test, suatu metode optik, ukuran lekukan yang ditinggalkan oleh indentor diukur. Berbeda dengan metode Vickers optik, di mana indentor berbentuk piramida ditekan ke dalam spesimen, metode Brinell menggunakan indentor bola.
Semakin besar lekukan yang ditinggalkan oleh indentor Brinell dengan diameter bola yang ditentukan dan di bawah gaya uji yang ditentukan pada permukaan benda kerja (spesimen), semakin lunak material yang diuji.
Menurut ISO 6506, tspherical indentor yang terbuat dari logam keras (tungsten carbide) ditekan ke dalam spesimen (benda kerja) dengan beban uji yang ditentukan (antara 1 kgf dan 3000 kgf) untuk menentukan Brinell hardness (HBW).
Apa yang ditunjukkan oleh kekerasan Brinell?
Kekerasan Brinell adalah unit pengukuran yang mengindikasikan kekerasan suatu bahan. Ini diukur dengan menggunakan metode kekerasan Brinell, di mana bola logam keras ditekan ke dalam material. Ukuran lekukan yang dihasilkan diukur secara optik untuk menentukan kekerasan bahan.
Kekerasan Brinell biasanya digunakan untuk material dengan ukuran butiran besar, permukaan uji yang kasar, atau material yang tidak homogen, seperti coran, paduan, dan komponen tempa. Hal ini didefinisikan sebagai rasio gaya yang diterapkan terhadap luas permukaan lekukan. Satuan kekerasan Brinell adalah HBW (kekerasan menurut Brinell dengan bola tungsten karbida).
Perhitungan kekerasan Brinell
Brinell hardness HBW dihasilkan dari hasil bagi gaya uji yang diterapkan F (dalam newton N) dan luas permukaan lekukan sisa pada spesimen (proyeksi lekukan) setelah penghilangan gaya uji (lihat Brinell formula). Untuk menghitung luas permukaan lekukan sisa bola, rata-rata aritmetika d dari dua diagonal tegak lurus d1 dan d2 (dalam mm) digunakan, karena luas dasar lekukan Brinell seringkali tidak bulat sempurna.
Dalam praktiknya, saat menentukan nilai kekerasan, rumus tidak dihitung untuk setiap pengujian individu. Nilai kekerasan dapat ditentukan secara alternatif dari tabel, yaitu perangkat lunak pengujian kekerasan yang diprogram khusus, yang menampilkan nilai kekerasan sebagai fungsi dari diameter indentasi rata-rata d untuk semua diameter bola standar dan beban uji.
Gaya uji harus dipilih sehingga diameter lekukan rata-rata d adalah antara 0,24 D dan 0,6 D.
Untuk dapat memenuhi batasan tersebut, perlu mengkoordinasikan gaya uji dengan diameter bola. Ini menghasilkan indeks diameter gaya yang berbeda (juga disebut sebagai tingkat pemuatan atau faktor beban) dalam metode Brinell, di mana hasil bagi gaya uji dan kuadrat diameter bola dijaga konstan: B = 0.102*F/D2. Lima indeks diameter gaya yang umum adalah 1, 2,5, 5, 10 dan 30. Pengujian material dengan diameter bola dan gaya uji yang berbeda harus dilakukan dalam indeks diameter gaya yang sama untuk mencapai hasil uji yang sebanding (lihat tabel ikhtisar "metode dan aplikasi Brinell”).
Diameter bola harus dipilih sedemikian rupa sehingga indentasi mencakup area benda kerja seluas mungkin – mewakili spesimen.
Menurut standar (ISO 6506), beban uji harus dinaikkan ke nilai akhirnya dalam waktu minimal dua hingga maksimal delapan detik. Umumnya, waktu tunda untuk beban uji adalah 10 hingga 15 detik. Jika waktu tinggal lebih lama, durasi dalam detik juga harus ditentukan dalam nilai kekerasan, misalnya: 210 HBW 5/250/30 (waktu tunda 30 detik).
Kelebihan dan kekurangan pengujian kekerasan dengan metode Brinell
Metode Brinell menawarkan keuntungan sebagai berikut:
- Metode Brinell dapat digunakan untuk menguji material non-homogen (misalnya coran), karena bola besar bersentuhan dengan banyak kristal (konstituen metalografi material yang berbeda), sehingga membentuk nilai rata-rata mekanik.
- Pilihan dapat dibuat antara sejumlah besar gaya uji dan diameter bola untuk variasi aplikasi terluas.
- Lekukan uji yang relatif besar yang lebih mudah diukur daripada lekukan Vickers yang agak kecil.
- Permukaan spesimen bisa kasar.
Metode Brinell memiliki kelemahan sebagai berikut:
- Kualitas permukaan spesimen harus baik, karena indentasi diukur secara optik. Artinya, lokasi ujian harus disiapkan.
- Risiko tinggi deformasi material yang akan diuji saat pengujian dalam rentang makro dengan beban uji tinggi (mis. HBW 10/3000) dan risiko kesalahan pengukuran akibat pembentukan dinding. Oleh karena itu pencahayaan yang baik penting untuk memastikan evaluasi yang benar dari test indent (misalnya dengan bantuan ring light).
- Keterbatasan penerapan metode pada spesimen tipis dari bahan yang sangat keras (lihat metode Brinell, ketebalan spesimen minimum).
- Prosesnya agak lambat (dibandingkan dengan Rockwell method). Siklus pengujian berlangsung antara 30 dan 60 detik, tidak termasuk waktu yang diperlukan untuk menyiapkan spesimen.
Contoh metode dan aplikasi pengujian kekerasan Brinell
Metode Brinell cocok untuk hardness testing logam lunak (logam ringan, timbal, timah) serta logam keras, seperti baja dan besi.
Pengujian Brinell terhadap material dengan diameter bola dan gaya uji yang berbeda harus dilakukan dalam indeks diameter gaya yang sama ("prosedur uji Brinell") untuk memungkinkan perbandingan langsung dari nilai kekerasan yang diukur.
Ikhtisar tabel di bawah menyajikan metode Brinell yang dikelompokkan berdasarkan indeks diameter gaya, rentang kekerasan terkait, dan aplikasi (bahan) yang direkomendasikan. Semakin tinggi faktor beban, semakin keras logam yang dapat atau harus diuji dengan metode dalam indeks diameter gaya ini. Indeks diameter gaya (faktor beban) yang paling umum adalah HBW 30. Metode Brinell milik HBW 30 digunakan untuk pengujian logam keras seperti baja dan besi.
| Material | Metode | Indenter | Beban uji F | Tingkat pemuatan 0,102 x F/D2 | Hardness range HBW* |
|---|---|---|---|---|---|
| Steel/iron | HBW 1/30 | 1 mm | 294,2 N | 30 | 95,5-653 |
| HBW 2,5/187,5 | 2,5 mm | 1,839 kN | |||
| HBW 5/750 | 5 mm | 7,355 kN | |||
| HBW 10/3000 | 10 mm | 29,42 kN | |||
| Logam ringan Tembaga / alumunium Paduan tembaga Paduan alumunium | HBW 1/10 | 1 mm | 98,07 N | 10 | 31,8-218 |
| HBW 2,5/62,5 | 2,5 mm | 612,9 N | |||
| HBW 5/250 | 5 mm | 2,452 kN | |||
| HBW 10/1000 | 10 mm | 9,807 kN | |||
| Logam ringan Tembaga / alumunium Paduan tembaga w/o heat treatment | HBW 1/5 | 1 mm | 49,03 N | 5 | 15,9-109 |
| HBW 2,5/31,25 | 2,5 mm | 306,5 N | |||
| HBW 5/125 | 5 mm | 1,226 kN | |||
| HBW 10/500 | 10 mm | 4,903 kN | |||
| Light metals | HBW 1/2,5 | 1 mm | 24,52 N | 2,5 | 7,96-54,5 |
| HBW 2,5/15,625 | 2,5 mm | 153,2 N | |||
| HBW 5/62,5 | 5 mm | 612,9 N | |||
| HBW 10/250 | 10 mm | 2,452 kN | |||
| Logam ringan Timbal / timah | HBW 1/1 | 1 mm | 9,807 N | 1 | 3,18-21,8 |
| HBW 2,5/6,25 | 2,5 mm | 61,29 N | |||
| HBW 5/25 | 5 mm | 245,2 N | |||
| HBW 10/100 | 10 mm | 980,7 N | |||
*Rentang kekerasan yang direkomendasikan menurut EN ISO 6506-4, tabel 2 | |||||
Jarak minimum lekukan spesimen dan ketebalan spesimen minimum untuk uji Brinell
- Dalam metode Brinell, lekukan harus diposisikan sedemikian rupa sehingga ada jarak yang cukup dari tepi spesimen dan antara lekukan individu. Nilai minimum yang harus dipatuhi sesuai standar dapat dilihat pada diagram.
- Spesimen harus cukup tebal agar lekukan tidak menyebabkan deformasi yang terlihat di bagian bawah spesimen (permukaan penyangga). Artinya, menurut standar, spesimen harus setidaknya delapan kali lebih tebal dari kedalaman indentasi bola Brinell. Kedalaman indentasi dapat diperkirakan dari nilai kekerasan yang diharapkan, yang pada gilirannya bergantung pada rata-rata diameter indentasi. Oleh karena itu, ketebalan spesimen minimum dapat diturunkan sebagai fungsi dari diameter indentasi rata-rata dan diameter bola dari indentor Brinell. Tabel terperinci, dari mana ketebalan spesimen minimum dapat dibaca untuk Brinell, dapat ditemukan di sini:
| Rata-rata diameter lekukan (mm) | Ketebalan spesimen minimum (mm) | |||
|---|---|---|---|---|
| Ball diameter (mm) | ||||
| 1,0 | 2,5 | 5,0 | 10 | |
| 0,2 | 0,12 | |||
| 0,3 | 0,18 | |||
| 0,4 | 0,33 | |||
| 0,5 | 0,54 | |||
| 0,6 | 0,80 | 0,29 | ||
| 0,7 | 0,40 | |||
| 0,8 | 0,53 | |||
| 0,9 | 0,67 | |||
| 1,0 | 0,83 | |||
| 1,1 | 1,02 | |||
| 1,2 | 1,23 | 0,58 | ||
| 1,3 | 1,46 | 0,69 | ||
| 1,4 | 1,72 | 0,80 | ||
| 1,5 | 2,00 | 0,92 | ||
| 1,6 | 1,05 | |||
| 1,7 | 1,19 | |||
| 1,8 | 1,34 | |||
| 1,9 | 1,50 | |||
| 2,0 | 1,67 | |||
| 2,2 | 2,04 | |||
| 2,4 | 2,45 | 1,17 | ||
| 2,6 | 2,92 | 1,38 | ||
| 2,8 | 3,43 | 1,60 | ||
| 3,0 | 4,00 | 1,84 | ||
| 3,2 | 2,10 | |||
| 3,4 | 2,38 | |||
| 3,6 | 2,68 | |||
| 3,8 | 3,00 | |||
| 4,0 | 3,34 | |||
| 4,2 | 3,70 | |||
| 4,4 | 4,08 | |||
| 4,6 | 4,48 | |||
| 4,8 | 4,91 | |||
| 5,0 | 5,36 | |||
| 5,2 | 5,83 | |||
| 5,4 | 6,33 | |||
| 5,6 | 6,86 | |||
| 5,8 | 7,42 | |||
| 6,0 | 8,00 | |||
