Membakar dalam Baja: Penyebab, Efek, dan Langkah-Langkah Pengendalian Kualitas

Definisi dan Konsep Dasar

Pembakaran dalam konteks industri baja mengacu pada cacat permukaan yang ditandai dengan oksidasi lokal, perubahan warna, atau kerusakan permukaan yang muncul selama pemrosesan, perlakuan panas, atau layanan. Ini sering dikaitkan dengan oksidasi berlebihan atau dekarburisasi, yang mengakibatkan penampilan permukaan yang terlihat berubah yang dapat mengompromikan kualitas dan kinerja baja.

Secara fundamental, pembakaran menandakan kondisi permukaan yang tidak diinginkan akibat paparan suhu tinggi, yang sering mengarah pada kerapuhan permukaan, kehilangan sifat mekanik, atau cacat estetika. Ini adalah perhatian kritis dalam pengendalian kualitas karena dapat berdampak negatif pada ketahanan korosi, kemampuan pengelasan, dan daya tahan keseluruhan produk baja.

Dalam kerangka jaminan kualitas baja yang lebih luas, pembakaran diklasifikasikan sebagai cacat permukaan atau masalah kualitas permukaan. Deteksi dan pengendalian ini sangat penting untuk memastikan bahwa baja memenuhi standar yang ditentukan untuk integritas permukaan, terutama dalam aplikasi yang menuntut kualitas permukaan tinggi seperti otomotif, dirgantara, dan rekayasa presisi.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Di tingkat makro, pembakaran muncul sebagai zona perubahan warna—berkisar dari jerami terang hingga coklat gelap atau hitam—pada permukaan baja. Perubahan warna ini sering tidak merata dan terlokalisasi, menunjukkan area oksidasi berlebihan atau dekarburisasi. Wilayah yang terkena mungkin menunjukkan penampilan matte atau kusam dibandingkan dengan permukaan di sekitarnya, dengan kemungkinan kekasaran permukaan atau pitting.

Secara mikroskopis, pembakaran muncul sebagai lapisan permukaan dengan mikrostruktur yang berubah, sering menunjukkan film oksida, zona dekarburisasi, atau skala permukaan. Lapisan oksida mungkin padat atau mengelupas, dan daerah dekarburisasi menunjukkan kandungan karbon yang berkurang, yang mengarah pada lapisan permukaan yang lebih lunak dan kurang tahan.

Mekanisme Metalurgi

Pembakaran terutama dihasilkan dari proses oksidasi suhu tinggi, di mana oksigen bereaksi dengan permukaan baja, membentuk oksida besi seperti FeO, Fe₂O₃, atau Fe₃O₄. Selama perlakuan panas atau pengelasan, jika baja terpapar atmosfer pengoksidasi atau atmosfer pelindung yang tidak memadai, oksidasi dipercepat, yang mengarah pada pembakaran.

Dekarbursasi adalah fenomena terkait di mana karbon difusi keluar dari permukaan baja ke lingkungan sekitarnya, terutama di bawah kondisi suhu tinggi dalam atmosfer pengoksidasi. Proses ini mengurangi kandungan karbon di lapisan permukaan, melemahkan mikrostruktur dan merusak sifat mekanik.

Perubahan mikrostruktural melibatkan pembentukan skala oksida dan pengurangan karbon di zona permukaan, yang mengakibatkan lapisan yang lebih lunak dan kurang tahan. Tingkat keparahan pembakaran tergantung pada komposisi baja—terutama karbon dan elemen paduan—serta parameter pemrosesan seperti suhu, atmosfer, dan durasi.

Sistem Klasifikasi

Pembakaran biasanya diklasifikasikan berdasarkan keparahan dan penampilan:

• Pembakaran Ringan: Perubahan warna ringan dengan pembentukan oksida minimal; permukaan mempertahankan sebagian besar sifat aslinya.
• Pembakaran Sedang: Perubahan warna yang terlihat, beberapa skala oksida, dan dekarburisasi ringan; permukaan mungkin memerlukan pembersihan.
• Pembakaran Parah: Oksidasi yang luas, lapisan oksida tebal, dekarburisasi signifikan, dan kerusakan permukaan; sering memerlukan pemrosesan ulang atau penolakan.

Standar seperti ASTM A480 atau ISO 683-17 memberikan pedoman untuk kualitas permukaan, termasuk tingkat pembakaran yang diperbolehkan. Dalam praktiknya, keparahan dinilai secara visual dan melalui analisis permukaan, dengan kriteria penerimaan yang bervariasi tergantung pada aplikasi dan spesifikasi pelanggan.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Pemeriksaan visual tetap menjadi metode awal yang paling umum untuk mendeteksi pembakaran, dengan fokus pada perubahan warna permukaan, skala oksida, dan kekasaran permukaan. Mikroskop optik resolusi tinggi dapat digunakan untuk pemeriksaan mikroskopis mikrostruktur permukaan, mengidentifikasi lapisan oksida dan zona dekarburisasi.

Analisis kolorimetri permukaan menggunakan spektrofotometer dapat mengukur tingkat perubahan warna secara objektif. Selain itu, penguji kekasaran permukaan mendeteksi perubahan tekstur permukaan yang terkait dengan pembakaran.

Untuk analisis yang lebih mendetail, teknik seperti mikroskop elektron pemindaian (SEM) yang dipadukan dengan spektroskopi sinar-X energi-disperif (EDS) digunakan untuk mengkarakterisasi komposisi oksida dan perubahan mikrostruktural. Metode ini memberikan identifikasi yang tepat dari lapisan oksida dan zona dekarburisasi.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar yang relevan termasuk ASTM E286-17 (Praktik Standar untuk Pemeriksaan Visual Permukaan Baja), ISO 10563 (Pemeriksaan Permukaan Baja), dan EN 10204 untuk sertifikasi material. Prosedur tipikal melibatkan:

• Menyiapkan permukaan spesimen melalui pembersihan untuk menghilangkan kotoran, minyak, dan skala yang longgar.
• Melakukan pemeriksaan visual di bawah kondisi pencahayaan yang terstandarisasi.
• Menggunakan grafik warna atau spektrofotometer untuk mengukur perubahan warna.
• Melakukan analisis mikrostruktural jika perlu untuk mengonfirmasi keberadaan dekarburisasi atau oksida.

Parameter kritis termasuk suhu selama perlakuan panas, komposisi atmosfer, dan pencahayaan inspeksi. Konsistensi dalam parameter ini memastikan penilaian yang dapat diandalkan.

Persyaratan Sampel

Sampel harus representatif dari seluruh batch, dengan permukaan disiapkan secara merata—dibersihkan, dipoles, atau diukir sesuai kebutuhan. Kondisi permukaan, seperti penggilingan atau pemolesan, meningkatkan akurasi penilaian visual dan mikroskopis.

Sampel harus bebas dari kontaminasi permukaan yang dapat mengaburkan efek pembakaran. Untuk sampel yang telah diperlakukan panas, permukaan harus didinginkan di bawah kondisi terkontrol untuk mencegah oksidasi tambahan.

Akurasi Pengukuran

Pemeriksaan visual bersifat subjektif tetapi dapat distandarisasi menggunakan grafik warna dan pemeriksa terlatih untuk meningkatkan keterulangan. Pengukuran mikroskopis dan spektrofotometrik memberikan data kuantitatif dengan presisi tinggi.

Sumber kesalahan termasuk variabilitas pencahayaan, kontaminasi permukaan, dan bias operator. Kalibrasi instrumen pengukuran dan kepatuhan terhadap prosedur standar sangat penting untuk memastikan keandalan pengukuran.

Kuantifikasi dan Analisis Data

Satuan dan Skala Pengukuran

Tingkat keparahan perubahan warna sering dinilai pada skala kualitatif (misalnya, 0 hingga 3 atau 1 hingga 5), dengan angka yang lebih tinggi menunjukkan pembakaran yang lebih parah. Data spektrofotometrik dinyatakan dalam nilai ruang warna Lab*, yang mengukur nuansa dan saturasi.

Ketebalan lapisan oksida dapat diukur dalam mikrometer (μm) menggunakan mikroskopi atau profilometri. Kedalaman dekarburisasi juga dinyatakan dalam mikrometer, ditentukan melalui pengujian mikrokeras atau analisis mikrostruktural.

Faktor konversi dapat menghubungkan data kolorimetri dengan penilaian keparahan visual, membantu dalam standarisasi.

Interpretasi Data

Hasil diinterpretasikan terhadap kriteria penerimaan yang telah ditetapkan. Misalnya, penilaian perubahan warna permukaan sebesar 2 mungkin dapat diterima untuk aplikasi tertentu, sementara penilaian sebesar 4 mungkin memerlukan pemrosesan ulang.

Keberadaan lapisan oksida yang melebihi ketebalan tertentu atau kedalaman dekarburisasi di luar ambang batas menunjukkan integritas permukaan yang terganggu. Parameter ini berkorelasi dengan penurunan kekerasan, ketahanan korosi, dan kemampuan pengelasan.

Analisis Statistik

Beberapa pengukuran di seluruh batch memungkinkan