Cacat Terbakar pada Baja: Penyebab, Efek & Langkah-Langkah Pengendalian Kualitas

Definisi dan Konsep Dasar

Terbakar dalam konteks industri baja mengacu pada cacat permukaan atau subpermukaan yang ditandai dengan perubahan warna lokal, oksidasi, atau karbonisasi yang diakibatkan oleh paparan panas yang berlebihan selama pemrosesan atau pengujian. Ini muncul sebagai zona yang terlihat berubah pada permukaan baja, sering kali dengan penampilan yang gelap atau hangus, menunjukkan kerusakan termal atau perubahan kimia.

Cacat ini signifikan karena dapat mengompromikan integritas permukaan, ketahanan korosi, dan kualitas estetika produk baja. Area yang terbakar dapat berfungsi sebagai titik awal untuk korosi atau propagasi retak, sehingga mengurangi daya tahan dan kinerja keseluruhan material.

Dalam kerangka jaminan kualitas baja yang lebih luas, "terbakar" adalah cacat permukaan kritis yang harus diidentifikasi dan dikendalikan selama proses manufaktur, inspeksi, dan pengujian. Ini sering menunjukkan penyimpangan proses seperti overheating, perlakuan panas yang tidak tepat, atau perlindungan permukaan yang tidak memadai, yang dapat menyebabkan sifat mekanik yang terkompromi atau kegagalan dalam layanan.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Di tingkat makro, daerah yang terbakar pada permukaan baja muncul sebagai bercak gelap yang berubah warna yang kontras dengan material di sekitarnya. Area ini mungkin menunjukkan tampilan yang terbakar atau hangus, kadang-kadang dengan tekstur permukaan yang kasar atau tidak rata. Perubahan warna sering kali berkisar dari coklat muda hingga hitam pekat, tergantung pada suhu dan durasi paparan.

Secara mikroskopis, zona yang terbakar menunjukkan perubahan mikrostruktur, seperti lapisan yang teroksidasi, daerah yang terdekarbonisasi, atau endapan kaya karbon. Perubahan mikrostruktural ini dapat mencakup inklusi oksida, pengurangan karbon di lapisan permukaan, atau pembentukan fase non-logam seperti magnetit atau hematit.

Ciri khas termasuk batas yang jelas antara baja yang tidak terpengaruh dan zona yang terbakar, sering kali dengan gradien oksidasi atau kehilangan karbon. Kedalaman lapisan yang terbakar dapat bervariasi dari perubahan warna permukaan yang superfisial hingga perubahan mikrostruktural yang lebih dalam, tergantung pada kondisi proses.

Mekanisme Metalurgi

Fenomena terbakar terutama disebabkan oleh paparan panas yang berlebihan yang menyebabkan oksidasi, dekarbonisasi, atau karbonisasi permukaan baja. Ketika baja terkena suhu tinggi—baik selama perlakuan panas, pengelasan, atau penanganan yang tidak tepat—oksigen bereaksi dengan permukaan, membentuk oksida besi seperti magnetit (Fe₃O₄) atau hematit (Fe₂O₃). Oksidasi ini menyebabkan perubahan warna dan degradasi permukaan.

Dekarbonisasi terjadi ketika atom karbon difusi keluar dari mikrostruktur baja ke lingkungan pada suhu tinggi, mengurangi kekerasan dan kekuatan permukaan. Proses ini sangat terlihat pada baja dengan kandungan karbon tinggi atau elemen paduan rendah yang menghambat oksidasi.

Perubahan mikrostruktural melibatkan transformasi mikrostruktur asli—seperti ferit, perlit, atau martensit—menjadi lapisan oksida atau zona yang terdekarbonisasi. Perubahan ini melemahkan sifat mekanik permukaan dan dapat mempromosikan inisiasi retak.

Komposisi baja mempengaruhi kerentanan; baja karbon tinggi lebih rentan terhadap dekarbonisasi, sementara baja paduan dengan elemen pelindung seperti kromium atau nikel tahan terhadap oksidasi. Kondisi pemrosesan seperti suhu, atmosfer (oksidasi vs. inert), dan durasi secara kritis menentukan sejauh mana pembakaran terjadi.

Sistem Klasifikasi

Klasifikasi standar cacat terbakar sering mempertimbangkan tingkat keparahan berdasarkan sejauh mana perubahan warna permukaan, kedalaman perubahan mikrostruktural, dan dampaknya terhadap sifat. Kategori umum meliputi:

• Terbakar Ringan: Permukaan menunjukkan perubahan warna ringan dengan perubahan mikrostruktural minimal; biasanya oksidasi superfisial.
• Terbakar Sedang: Perubahan warna yang terlihat dengan dekarbonisasi parsial atau pembentukan lapisan oksida; dapat mempengaruhi kekerasan permukaan.
• Terbakar Parah: Oksidasi atau dekarbonisasi yang dalam mempengaruhi zona permukaan yang signifikan; sering kali menyebabkan sifat mekanik yang terkompromi dan cacat estetika.

Interpretasi klasifikasi ini membimbing kriteria penerimaan dalam pengendalian kualitas. Misalnya, area terbakar ringan mungkin dapat diterima jika tidak mempengaruhi kinerja, sedangkan zona terbakar parah biasanya memerlukan penolakan atau perawatan remedial.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Inspeksi visual adalah metode paling sederhana untuk mendeteksi daerah yang terbakar, terutama untuk perubahan warna permukaan. Operator mencari perubahan warna khas—berkisar dari coklat hingga hitam—dan variasi kekasaran permukaan.

Analisis kolorimetri menggunakan spektrofotometer portabel dapat mengukur tingkat perubahan warna permukaan, memberikan data objektif tentang sejauh mana pembakaran. Perangkat ini mengukur spektrum cahaya yang dipantulkan dan membandingkannya dengan grafik warna standar atau ambang batas.

Pemeriksaan mikroskopis, termasuk mikroskopi optik atau mikroskopi elektron pemindaian (SEM), memungkinkan penilaian rinci tentang perubahan mikrostruktural, seperti lapisan oksida atau zona yang terdekarbonisasi. SEM memberikan gambar resolusi tinggi dari fitur permukaan dan perubahan mikrostruktural.

Pengujian kekerasan permukaan (misalnya, Vickers atau Rockwell) dapat secara tidak langsung menunjukkan zona yang terbakar dengan mendeteksi pengurangan kekerasan yang terkait dengan dekarbonisasi atau oksidasi. Pemetaan kekerasan di seluruh permukaan membantu mengidentifikasi area terbakar yang terlokalisasi.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar internasional yang relevan termasuk ASTM E1077 ("Metode Uji Standar untuk Menentukan Permukaan Terbakar Baja") dan ISO 10545-12 ("Penentuan Perubahan Warna Permukaan dan Zona Terbakar dalam Baja"). Standar ini menetapkan prosedur untuk penilaian visual dan instrumental.

Prosedur tipikal meliputi:

• Membersihkan permukaan spesimen untuk menghilangkan kotoran, minyak, atau kerak.
• Melakukan inspeksi visual di bawah kondisi pencahayaan standar.
• Menggunakan perangkat kolorimetri untuk mengukur perubahan warna.
• Melakukan analisis mikrostruktural jika perlu.
• Mendokumentasikan sejauh mana dan keparahan zona yang terbakar.

Parameter kritis termasuk suhu selama pengujian, kondisi pencahayaan, dan kalibrasi perangkat pengukuran. Konsistensi dalam faktor-faktor ini memastikan hasil yang dapat diandalkan.

Persyaratan Sampel

Sampel harus representatif dari batch produksi, dengan permukaan yang disiapkan secara merata—dibersihkan dan bebas dari kontaminan permukaan. Kondisi permukaan, seperti pemolesan ringan, mungkin diperlukan untuk mengungkap fitur mikrostruktural yang mendasarinya.

Spesimen harus dipilih untuk mencakup area yang rentan terhadap pembakaran, seperti daerah dekat las, zona yang terpengaruh panas, atau permukaan yang terpapar suhu tinggi. Pengambilan sampel yang tepat memastikan penilaian mencerminkan kondisi produk dengan akurat.

Akurasi Pengukuran

Akurasi pengukuran tergantung pada keterampilan operator, kalibrasi instrumen, dan kondisi lingkungan. Repetisi dapat ditingkatkan melalui prosedur standar dan beberapa pengukuran di titik yang berbeda.

Sumber kesalahan termasuk pencahayaan yang tidak konsisten, kontaminasi permukaan, atau drift instrumen. Untuk memastikan kualitas pengukuran, kalibrasi terhadap standar bersertifikat, pelatihan yang tepat, dan lingkungan pengujian yang terkontrol sangat penting.

Kuantifikasi dan Analisis Data

Satuan dan Skala Pengukuran

Perubahan warna dan tingkat keparahan zona terbakar sering kali diukur menggunakan metrik perbedaan warna, seperti nilai ΔE dari analisis kolorimetri. Nilai ini mewakili perbedaan yang dapat dilihat antara permukaan standar dan yang diuji.

Perubahan mikrostruktural dapat diukur dalam hal kedalaman zona (milimeter atau mikrometer), dengan sejauh mana zona