Cara Menggunakan Pengujil Kekerasan dengan Tepat untuk Bahan Logam

Apakah Ujian Kekerasan Indentasi dan Mengapa Ia Penting

Ujian kekerasan lekukan pada asasnya memeriksa sejauh mana suatu bahan tahan terhadap perubahan bentuk yang kekal apabila beban tertentu dikenakan. Jenis ujian ini memberikan petunjuk penting tentang sejauh mana sesuatu bahan dapat menahan haus dan kerosakan dari masa ke masa. Proses ini melibatkan penekanan alat-alat seperti kon diamon, bola keluli, atau penimbus berbentuk piramid ke atas permukaan yang licin, kemudian mengukur saiz lekukan yang terbentuk. Bagi syarikat dalam bidang seperti pembuatan aerospace atau pengeluaran kereta, ujian ini adalah penting untuk memastikan komponen keluli rawatan haba memenuhi piawaian kualiti atau memastikan aloi aluminium berada dalam spesifikasi. Jika bahan tidak cukup keras, ia cenderung gagal lebih awal daripada yang dijangka, yang tidak diingini ketika membina kapal terbang atau kenderaan.

Prinsip Asas Ujian Kekerasan Rockwell, Brinell, dan Vickers

• Ujian Kekerasan Rockwell : Mengenakan beban awal 10 kgf diikuti dengan beban utama (60–150 kgf). Perbezaan kedalaman menentukan kekerasan pada skala seperti HRC (untuk keluli keras) atau HRB (untuk logam lembut).
• Ujian Kekerasan Brinell : Menggunakan beban 500–3000 kgf dengan bola karbida tungsten selama 10–30 saat. Diameter lekuk (HBW) sesuai untuk bahan berbutir kasar seperti besi tuang.
• Ujian Kekerasan Vickers : Menggunakan piramid berlian 136° di bawah beban 1–120 kgf. Ukuran pepenjuru (HV) memberikan data mikro-kekerasan yang tepat untuk lapisan nipis atau seramik rapuh.

Membandingkan Prestasi Ujian Kekerasan Merentas Logam Biasa

Pengujian Rockwell memberikan keputusan 50% lebih cepat daripada Brinell dalam kawalan kualiti (ASM International 2023), manakala Vickers mencapai ketepatan ±2% pada spesimen yang digilap di bawah 1 kgf. Pengilang berkelajuan tinggi biasanya memilih Rockwell; makmal presisi lebih gemar Vickers.

Memilih Alat Uji Kekerasan yang Tepat Berdasarkan Bahan dan Aplikasi

Skala Kekerasan Rockwell (HRC, HRB) dan Kegunaannya dalam Industri

Pengujian kekerasan Rockwell telah menjadi pendekatan pilihan di pelbagai industri berkat pelbagai skala yang tersedia. Skala HRC menggunakan hujung berlian yang ditekan ke dalam bahan dengan daya sekitar 150 kilogram, menjadikannya sesuai untuk menguji keluli yang telah dirawat haba yang lebih keras daripada kira-kira 220 pada skala Brinell. Untuk bahan yang lebih lembut seperti aluminium atau gangsa, pengilang biasanya menggunakan HRB yang menggunakan bola keluli yang lebih kecil (diameter sekitar 1/16 inci) dengan daya hanya 100 kgf. Mengapa kaedah ini terus digunakan begitu meluas? Ia merupakan ujian yang agak pantas, mengambil masa hanya 10 hingga 15 saat, dan jika semua perkakas disetel dengan betul, ukuran yang diperoleh biasanya tepat dalam julat tambah tolak satu unit Rockwell. Gabungan kelajuan dan kebolehpercayaan inilah yang menerangkan mengapa pembuat kereta dan syarikat penerbangan masih sangat bergantung pada pengujian Rockwell walaupun terdapat alternatif baharu.

Bila Perlu Memilih Kaedah Pengujian Kekerasan Brinell atau Vickers

Ujian Brinell berfungsi dengan sangat baik untuk bahan yang kasar atau tidak rata seperti besi tuang kerana ia menggunakan bola karbida tungsten berdiameter 10 mm yang membantu meratakan ketidakteraturan permukaan tersebut. Untuk bahan yang lebih nipis, terutamanya yang kurang daripada ketebalan 1 mm atau permukaan yang dikeraskan secara kes, ujian kekerasan Vickers (diukur pada skala HV) menjadi kaedah pilihan. Ia menggunakan penindik piramid berlian dan memberikan keputusan yang agak konsisten dengan ulangan ukuran sekitar 0.5%. Kajian terkini dari tahun 2023 menunjukkan betapa jauh lebih baik prestasi Vickers berbanding kaedah Rockwell apabila mengendalikan gigi gear yang dikarburasi dengan ketebalan kurang daripada 0.8 mm. Variasinya berkurang hampir 98%, yang menjadikan perbezaan besar dalam kawalan kualiti bagi pengilang yang bekerja dengan komponen kecil ini.

Padankan Ketebalan dan Jenis Bahan kepada Alat Uji Kekerasan yang Tepat

Tuangan tebal mendapat manfaat daripada penembusan dalam Brinell (sehingga 3,000 kgf), manakala lembaran keluli tahan karat nipis memerlukan ketepatan Vickers. Sentiasa pastikan daya yang dikenakan tidak melebihi 1/10 daripada ketebalan sampel untuk mengelakkan keputusan yang menyongkol sehingga 12% (ASTM E18-24).

Faktor Utama Yang Memastikan Ketepatan Dalam Pengukuran Penguji Kekerasan

Penyediaan Permukaan yang Betul dan Kalibrasi Berkala

Penyediaan permukaan mempengaruhi sehingga 40% daripada ketepatan pengukuran (ASTM E18-24). Gerudi sampel hingga kekasaran (Ra) di bawah 0.4 µm untuk mengelakkan bacaan palsu. Kalibrasikan penguji kekerasan setiap tiga bulan atau selepas 500 ujian—peralatan tanpa pensijilan boleh menyimpang sebanyak ±1.5 HRC (kajian NIST 2023).

Sokongan Spesimen dan Penjajaran Tegak Lurus Penusuk

Pemasangan yang kurang baik menyebabkan lekuk condong, mengurangkan kebolehulangan sehingga 12% (ISO 6508:2023). Meja kerja hidraulik dengan keupayaan pengarahan sendiri mengekalkan penyelarian dalam lingkungan ±0.1°, yang penting untuk komponen melengkung seperti gear dan galas.

Jarak Lekuk dan Jarak Tepi yang Betul untuk Mencegah Distorsi

Jarakkan lekuk sekurang-kurangnya 2.5 kali ganda daripada diameter lekuk untuk mengelakkan kesan pengerasan akibat kerja. Bagi bahan nipis (<1 mm), jarak tepi kurang daripada 0.8 mm boleh mengurangkan nilai Vickers sebanyak 20% disebabkan oleh aliran plastik (ASTM E384-23).

Jenis-jenis Penunjuk dan Kawalan Daya dalam Ujian Kekerasan

Penunjuk Diamond Brale (digunakan dalam HRC) menghasilkan varians <±0.7% pada keluli keras, melebihi prestasi penunjuk bola (±1.2% dalam HRB). Alat uji kawalan-servo yang mengikut protokol ISO 6506-23 mengurangkan ralat masa tahan sebanyak 65% berbanding sistem manual.

Panduan Langkah Demi Langkah untuk Melakukan Ujian Kekerasan Rockwell

Menyediakan Sampel dan Kalibrasi Penguji Digital Rockwell

Spesimen perlu digilap hingga nilai Ra di bawah 0.8 mikrometer apabila menggunakan kertas abrasif berbutir 400. Kekasaran permukaan sangat penting di sini kerana ia boleh mengubah bacaan kekerasan sehingga sebanyak 3 mata HRC. Apabila memeriksa sama ada penguji telah dikalibrasi dengan betul, sentiasa gunakan blok rujukan yang bersijil yang sepadan dengan apa yang kita jangka ukur, katakan antara 20 hingga 70 HRC. Piawaian mensyaratkan kita memeriksa kalibrasi ini sekurang-kurangnya sekali setiap tiga bulan atau selepas sekitar 500 ujian sebagaimana dinyatakan dalam garis panduan ISO 6508-1. Dan untuk permukaan melengkung yang sukar? Kita memerlukan alat pemegang khas yang mengekalkan penyelarian yang lurus, secara idealnya dalam had separuh darjah ke kedua-dua arah. Memastikan butiran ini betul membuat perbezaan besar dalam mendapatkan keputusan yang tepat.

Mengenakan Beban Awal dan Beban Utama Mengikut Piawaian

1. Kedudukkan penindik–kon berlian (HRC) atau bola keluli 1/16" (HRB)
2. Kenakan beban awal 10 kgf selama 2–3 saat sehingga "Prelim OK" muncul
3. Secara automatik gunakan beban utama (60–150 kgf) dengan masa tahan mengikut ASTM E18:
   • Bahan piawai: 10–15 saat
   • Aloi lembut/plastik: 30 saat

Keputusan akan dibatalkan jika tekanan berubah melebihi ±1%. Alat uji moden seperti HR-550 memantau kestabilan beban melalui tolok regangan bersepadu.

Membaca dan Mentafsir Keputusan daripada Paparan Alat Uji Kekerasan Moden

Alat uji digital menukar perbezaan kedalaman secara langsung kepada nilai HRC atau HRB, menghilangkan keperluan penukaran manual. Sebagai contoh:

• Perbezaan kedalaman: 0.08 mm → 60 HRC
• Perbezaan kedalaman: 0.14 mm → 40 HRC

Jalankan tiga ujian dengan jarak sekurang-kurangnya 3x diameter lekuk dari tepi. Keputusan yang diterima menunjukkan variasi ±2 HRC. Model lanjutan menyimpan bacaan berserta cap masa dan log kalibrasi untuk pematuhan audit ISO.

Kemajuan Terkini dalam Teknologi Penguji Kekerasan untuk Pengukuran Presisi

Penguji Meja Digital Rockwell: Ciri-ciri yang Meningkatkan Ketepatan

Penguji meja digital hari ini dilengkapi dengan sistem pengukuran kedalaman automatik yang mengurangkan kesilapan kalibrasi sebanyak kira-kira 68% berbanding versi analog lama menurut piawaian ASTM E18-24. Alat-alat ini juga mempunyai pembetulan laluan beban masa nyata yang membantu ketika mengendalikan permukaan tidak rata yang sukar, memastikan keputusan kekal konsisten sama ada menguji aloi aluminium, keluli perkakas yang kuat atau pelbagai komponen rawatan haba. Sensor suhu yang dibina terus ke dalam sistem secara automatik mengambil kira isu pengembangan haba juga, sesuatu yang menjadi sangat penting dalam industri mencabar seperti pembuatan aerospace di mana perubahan kecil sekalipun bermakna, atau dalam talian pengeluaran automotif di mana komponen perlu muat dengan sempurna walaupun berlaku fluktuasi persekitaran.

Automasi dan Integrasi Perisian dalam Pengujian Kekerasan Moden

Penguji lanjutan bersepadu dengan perisian kawalan proses statistik (SPC) untuk menandakan penyimpangan yang melebihi ±1.2 HRC—penting untuk makmal yang mematuhi ISO 17025. Posisi robotik memastikan ketepatan penyelarasan 5 mikron, menghapuskan ralat manusia dalam persekitaran berkelantangan tinggi. Tinjauan IMTS 2024 mendapati bahawa kemudahan yang menggunakan platform berasaskan AI mengurangkan kadar kerja semula sebanyak 34% melalui pemetaan kekerasan prediktif.