Mana yang lebih keras, granit atau marmer, nikel atau aluminium? Dan apa itu kekerasan? Kami akan mencoba menjawab pertanyaan-pertanyaan ini di artikel kami. Sejumlah ilmuwan asing berurusan dengan masalah penentuan kekerasan mineral dan zat. Diantaranya adalah Albert Schor, Friedrich Moos, Johan August Brinell, William Vickers dan lain-lain. Namun, satu-satunya metode yang diterima secara umum untuk menghitung kekerasan dalam sains masih belum ada.
Apa itu kekerasan?
Masing-masing zat yang dikenal sains memiliki sejumlah sifat dan kualitas fisik tertentu. Artikel ini akan membahas apa itu kekerasan. Ini adalah kemampuan suatu bahan untuk menahan penetrasi benda lain yang lebih tahan lama ke dalamnya (misalnya, alat pemotong atau penusuk).
Kekerasan zat paling sering diukur dalam satuan khusus - kgf/mm2 (gaya kilogram per milimeter persegi luas). Dilambangkan dengan huruf Latin HB, HRC atau HRB, tergantung pada skala yang dipilih.
Mineral terkeras di Bumi adalah berlian. Jika kita berbicara tentang bahan asal buatan, maka yang paling tahan lama adalah fullerite. Ini adalah kristal molekuler yang terbentuk pada suhu tinggi (sekitar 300 derajat Celcius) dan tekanan yang sangat tinggi (lebih dari 90.000 atmosfer). Menurut para ilmuwan, fullerite sekitar satu setengah kali lebih keras daripada berlian.
Apa itu kekerasan?
Ada tiga opsi kekerasan utama:
- Surface (ditentukan oleh rasio beban terhadap luas permukaan cetakan).
- Projection (perbandingan beban dengan area proyeksi jejak).
- Volume (memuat untuk mencetak rasio volume).
Selain itu, kekerasan tubuh fisik diukur dalam empat rentang:
- Nanohardness (Memuat kurang dari 1 gf).
- Microhardness (1 – 200 gf).
- Kekerasan pada beban rendah (200 gf - 5 kgf).
- Kekerasan Makro (lebih dari 5 kgf).
Kekerasan logam
Dari 104 elemen sistem periodik Mendeleev, 82 adalah logam. Dan jumlah paduan yang diketahui manusia mencapai lima ribu! Cakupan logam di dunia modern sangat luas. Ini adalah industri militer dan kimia, metalurgi, teknik elektro, industri luar angkasa, perhiasan, pembuatan kapal, obat-obatan, dll.
Di antara semua karakteristik fisik dan kimia logam, kekerasan jauh dari yang terakhirperan. Bagaimanapun, dia dengan jelas menunjukkan:
- tingkat ketahanan aus logam;
- resistensi tekanan;
- kemampuannya untuk memotong bahan lain.
Kekerasan suatu logam antara lain menunjukkan apakah dapat diproses pada mesin tertentu, dapat dipoles dan sejenisnya. Omong-omong, para ilmuwan telah lama membuktikan bahwa kekerasan logam sangat menentukan sifat mekanik lainnya.
Berapa kekerasan besi, tembaga dan aluminium? Dan logam mana yang paling keras dan tahan lama?
Magnesium dan aluminium termasuk di antara logam yang paling lunak. Nilai kekerasannya bervariasi dalam 5 kgf/mm2. Sekitar dua kali lebih keras - nikel dan tembaga (sekitar 10 kgf/mm2). Kekerasan besi diperkirakan 30 kgf/mm2. Nah, logam paling keras yang berasal dari alam termasuk titanium, osmium dan iridium.
Penentuan kekerasan: metode, metode dan pendekatan
Bagaimana kekerasan tubuh fisik diukur? Untuk melakukan ini, apa yang disebut indentor dimasukkan ke dalam sampel. Perannya dapat dimainkan oleh bola logam tugas berat, piramida, atau kerucut berlian. Setelah efek kontak langsung dari indentor, jejak tetap ada pada sampel uji, yang ukurannya menentukan kekerasan material.
Dalam praktiknya, dua kelompok metode untuk mengukur kekerasan digunakan:
- Dinamis.
- Kinetika.
Dalam hal ini, beban yang diterapkan selama pengenalan indentor ke dalam tubuh dapat dilakukandengan menggaruk, membuat indentasi (paling sering), memotong atau memantul.
Saat ini ada beberapa pendekatan berbeda untuk menentukan kekerasan:
- Rockwell;
- Brinell;
- menurut Vickers;
- by Shore;
- menurut Mohs.
Dengan demikian, ada sejumlah skala kekerasan bahan yang berbeda, tidak ada hubungan langsung di antara mereka. Satu atau beberapa metode pengukuran dipilih berdasarkan sejumlah faktor (misalnya, sifat bahan tertentu, kondisi percobaan, peralatan yang digunakan, dll.). Alat yang menentukan kekerasan logam atau mineral biasa disebut penguji kekerasan.
Metode Rockwell
Nilai kekerasan Rockwell ditentukan oleh kedalaman lekukan kerucut berlian atau bola logam yang tertinggal di permukaan benda uji. Selain itu, tidak berdimensi dan dilambangkan dengan huruf HR. Bahan yang terlalu lunak mungkin memiliki nilai kekerasan negatif.
Yang disebut penguji kekerasan Rockwell ditemukan pada awal abad terakhir oleh orang Amerika Hugh Rockwell dan Stanley Rockwell. Anda dapat melihat cara kerjanya di video berikut. Faktor penting untuk metode ini adalah ketebalan benda uji. Seharusnya tidak kurang dari sepuluh kali kedalaman penetrasi indentor ke dalam benda uji.
Tergantung pada jenis indentor dan beban yang diterapkan, ada tiga skala pengukuran. Mereka ditunjuk oleh tiga huruf Latin: A, B dan C. Nilai kekerasan Rockwell memiliki bentuk numerik. Misalnya: 25,5 HRC (terakhirhuruf tersebut menunjukkan skala yang digunakan dalam tes).
Metode Brinell
Nilai kekerasan Brinell ditentukan oleh diameter cetakan yang ditinggalkan oleh bola baja yang mengeras pada permukaan logam yang diuji. Satuan ukuran adalah kgf/mm2.
Metode ini diusulkan pada tahun 1900 oleh insinyur Swedia Johan August Brinell. Pengujian dilakukan sebagai berikut: pertama, pramuat indentor pada sampel diatur, dan baru kemudian - yang utama. Selain itu, material di bawah beban ini dapat bertahan hingga 30 detik, setelah itu kedalaman lekukan diukur. Kekerasan Brinell (disebut sebagai HB) dihitung sebagai rasio beban yang diterapkan dengan luas permukaan cetakan yang dihasilkan.
Beberapa nilai kekerasan untuk bahan yang berbeda (menurut Brinell):
- Kayu – 2, 6-7, 0 HB.
- Aluminium - 15 HB.
- Tembaga – 35 HB.
- Baja ringan - 120 HB.
- Kaca – 500 HB.
- Alat baja - 650-700 HB.
Metode Vickers
Kekerasan menurut metode Vickers ditentukan dengan menekan ujung berlian ke dalam sampel, yang memiliki bentuk piramida segi empat biasa. Setelah beban dihilangkan, ukur dua diagonal yang terbentuk pada permukaan bahan dan hitung nilai rata-rata aritmatika d (dalam milimeter).
Vickers hardness tester cukup ringkas (lihat foto di bawah). Tes dilakukan pada suhu kamar (+20 derajat). Nilai kekerasan tubuh ditunjukkan dengan huruf HV.
Metode pendek
Metode pengukuran kekerasan ini diusulkan oleh penemu Amerika Albert Shor. Ini juga sering disebut sebagai "metode rebound". Saat mengukur kekerasan Shore, striker dengan ukuran dan massa standar dijatuhkan dari ketinggian tertentu ke permukaan material yang diuji. Nilai kunci dari eksperimen ini adalah ketinggian pantulan striker, diukur dalam satuan konvensional.
Kekerasan pantai diukur dalam kisaran 20 hingga 140 unit. Seratus unit sesuai dengan ketinggian pantulan 13,6 mm (± 0,5 mm). Menurut standar, nilai ini adalah kekerasan baja karbon yang dikeraskan. Alat modern untuk mengukur kekerasan material menurut Shore disebut scleroscope atau durometer (dapat dilihat pada foto di bawah).
skala Mohs
Skala kekerasan Mohs bersifat relatif dan hanya berlaku untuk mineral. Sepuluh mineral dipilih sebagai mineral referensi, yang disusun dalam urutan peningkatan kekerasan (dalam diagram foto di bawah). Dengan demikian, skala memiliki 10 poin (dari 1 hingga 10).
Skala kekerasan mineralogi diusulkan oleh ilmuwan Jerman Friedrich Moos pada tahun 1811. Namun demikian, masih digunakan dalam geologi.
Bagaimana cara menentukan kekerasan mineral tertentu pada skala Mohs? Ini dapat dilakukan dengan hati-hati memeriksa goresan yang ditinggalkan oleh sampel. Lebih mudah menggunakan kuku, koin tembaga, sepotong kaca atau pisau baja.
Jadi jikamineral yang diuji menulis di atas kertas tanpa menggoresnya, maka kekerasannya sama dengan satu. Jika batu mudah tergores dengan kuku, kekerasannya adalah 2. Tiga titik memiliki mineral yang mudah tergores dengan pisau. Jika Anda perlu berusaha untuk meninggalkan bekas pada batu, maka kekerasannya adalah 4 atau 5. Mineral dengan kekerasan 6 atau lebih tinggi akan meninggalkan goresan pada bilah pisau.
Kesimpulannya…
Jadi apa itu kekerasan? Ini adalah kemampuan tubuh fisik untuk menahan kehancuran dan deformasi di bawah pengaruh kekuatan kontak lokal. Mineral terkeras di Bumi dianggap berlian, dan logam yang paling tahan lama adalah iridium. Dalam ilmu pengetahuan dan teknologi modern, beberapa metode pengukuran kekerasan digunakan (menurut Brinell, Rockwell, Vickers, Shore dan Mohs).
