Apa yang dimaksud dengan kekerasan dalam IPA?

Memahami Kekerasan dalam Ilmu Fizik Bahan (IPA): Lebih daripada Sekadar “Kekuatan”

Istilah “kekerasan” sering dikaitkan dengan kekuatan fizikal secara umum. Namun, dalam konteks Ilmu Fizik Bahan (IPA), khususnya dalam mekanik bahan, kekerasan memiliki definisi yang lebih tepat dan teknikal. Ia bukanlah sekadar ukuran betapa kuat sesuatu bahan itu, tetapi lebih kepada keupayaan sesuatu bahan untuk menentang perubahan bentuk kekal apabila dikenakan daya, khususnya daya mampatan (tekanan). Dengan kata lain, ia mengukur rintangan bahan terhadap penembusan, calaran, atau ubah bentuk lain.

Berbeza dengan kekuatan tegangan (keupayaan bahan untuk menahan tarikan) atau kekuatan ricih (keupayaan bahan menahan daya selari dengan permukaannya), kekerasan tertumpu pada ketahanan terhadap daya yang memampatkan atau mencengkam bahan tersebut. Ini menjadikan kekerasan sebagai sifat mekanik yang penting dalam pemilihan bahan untuk pelbagai aplikasi kejuruteraan.

Pengukuran kekerasan bahan biasanya dibahagikan kepada tiga kaedah utama:

1. Kekerasan Calaran (Scratch Hardness): Kaedah ini mengukur ketahanan permukaan bahan terhadap goresan. Semakin sukar sesuatu bahan digores, semakin tinggi kekerasan calarannya. Ujian ini sering dilakukan secara kualitatif dengan menggunakan skala Mohs, di mana mineral rujukan dengan kekerasan yang berbeza digunakan untuk menentukan kekerasan relatif sampel. Walaupun mudah, kaedah ini agak subjektif dan kurang tepat berbanding kaedah lain.

2. Kekerasan Indentasi (Indentation Hardness): Ini merupakan kaedah yang paling meluas digunakan. Ia melibatkan menekan indentor (penirus) yang mempunyai geometri tertentu (seperti bola keluli atau intan piramid) ke permukaan bahan dengan daya yang dikawal. Saiz indentasi yang terhasil digunakan untuk mengira nilai kekerasan. Beberapa skala kekerasan indentasi yang popular termasuk Brinell, Rockwell, Vickers, dan Knoop. Setiap skala menggunakan indentor dan kaedah pengiraan yang berbeza, menjadikan pemilihan skala bergantung pada sifat bahan dan ketebalan sampel.

3. Kekerasan Lantunan (Rebound Hardness): Kaedah ini berasaskan prinsip pemeliharaan tenaga. Satu indentor logam, biasanya bola keluli, dijatuhkan ke permukaan bahan. Ketinggian lantunan indentor diukur dan dikaitkan dengan kekerasan bahan. Skala Shore merupakan contoh skala kekerasan lantunan yang biasa digunakan. Kaedah ini pantas dan tidak merosakkan sampel, tetapi kurang tepat berbanding kaedah indentasi, terutama untuk bahan-bahan yang lembut.

Kesimpulannya, pemahaman mengenai kekerasan dalam IPA merupakan elemen penting dalam reka bentuk dan pembuatan pelbagai produk. Pilihan kaedah pengukuran kekerasan yang tepat bergantung pada jenis bahan, ketepatan yang diperlukan, dan aplikasi akhir produk tersebut. Ketiga-tiga kaedah ini saling melengkapi dan memberikan gambaran yang lebih holistik mengenai ketahanan dan ketahanan ubah bentuk sesuatu bahan.