Pengelupasan pada Baja: Deteksi, Penyebab, dan Strategi Pencegahan

Definisi dan Konsep Dasar

Chipping dalam industri baja mengacu pada pembentukan fragmen kecil, seringkali tajam, atau serpihan yang terlepas dari permukaan atau tepi produk baja selama proses pembuatan, pengolahan, atau pengujian. Ini muncul sebagai ketidakteraturan permukaan lokal yang ditandai dengan potongan yang terputus yang menyerupai serpihan atau pecahan. Cacat ini signifikan karena dapat mengkompromikan integritas permukaan, kualitas estetika, dan kinerja mekanis komponen baja.

Dalam konteks yang lebih luas dari jaminan kualitas baja, chipping dianggap sebagai cacat permukaan yang dapat menunjukkan masalah metalurgi yang mendasari atau anomali pengolahan. Ini juga merupakan faktor kritis dalam pengujian material, terutama dalam penilaian kekerasan, ketangguhan, dan daya tahan permukaan. Mendeteksi dan mengendalikan chipping sangat penting untuk memastikan bahwa produk baja memenuhi standar yang ditentukan untuk keselamatan, kinerja, dan umur panjang.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Di tingkat makro, chipping muncul sebagai fragmen kecil atau serpihan yang telah terlepas dari permukaan baja, seringkali di sepanjang tepi, sudut, atau area yang mengalami stres mekanis. Serpihan ini dapat bervariasi dalam ukuran dari pecahan mikroskopis hingga fragmen yang lebih besar beberapa milimeter dalam diameter. Secara visual, mereka dapat diamati sebagai tepi yang kasar dan bergerigi atau ketidakteraturan permukaan, terkadang disertai dengan retakan permukaan atau mikroretakan.

Secara mikroskopis, chipping muncul sebagai diskontinuitas lokal dalam mikrostruktur, sering kali terkait dengan mikrovoid permukaan, mikroretakan, atau zona deformasi. Di bawah pembesaran, area yang terchip menunjukkan batas butir yang patah, pita deformasi, atau inklusi yang telah berkembang atau memfasilitasi pelepasan material permukaan.

Mekanisme Metalurgi

Chipping terutama dihasilkan dari kombinasi stres mekanis, kelemahan mikrostruktural, dan kondisi permukaan. Selama pengolahan—seperti penggulungan, penempaan, atau pemesinan—stres lokal dapat menyebabkan mikroretakan atau melemahkan batas butir. Ketika gaya eksternal—seperti benturan, stres tarik, atau kelelahan—diberikan, mikrodefek ini dapat berkembang, menyebabkan pelepasan fragmen permukaan kecil.

Faktor metalurgi yang mendasari termasuk keberadaan inklusi, kotoran non-logam, atau mikrostruktur kasar yang mengurangi ketangguhan permukaan. Misalnya, baja dengan kandungan sulfur atau fosfor tinggi cenderung memiliki ductility yang lebih rendah dan lebih rentan terhadap chipping. Parameter pengolahan seperti laju pendinginan yang tinggi, perlakuan panas yang tidak tepat, atau deformasi yang berlebihan juga dapat menyebabkan stres residual dan mikroretakan, meningkatkan kerentanan terhadap chipping.

Interaksi mikrostruktural melibatkan patahnya fase rapuh atau dekohesi di batas butir di bawah stres. Kombinasi stres tarik dan heterogenitas mikrostruktural memfasilitasi inisiasi dan propagasi retakan, yang berujung pada pembentukan chip.

Sistem Klasifikasi

Klasifikasi standar chipping sering melibatkan penilaian tingkat keparahan berdasarkan ukuran, lokasi, dan dampaknya terhadap kinerja. Kategori umum meliputi:

• Chipping ringan: Serpihan permukaan kecil kurang dari 0,5 mm dalam diameter, biasanya tidak mempengaruhi integritas struktural.
• Chipping sedang: Chip antara 0,5 mm dan 2 mm, yang mungkin memerlukan penyelesaian permukaan atau perbaikan.
• Chipping parah: Fragmen yang lebih besar melebihi 2 mm, sering kali mengkompromikan sifat mekanis dan memerlukan penolakan atau perbaikan yang ekstensif.

Dalam beberapa standar, tingkat keparahan chipping dinilai pada skala dari 0 (tidak ada chipping) hingga 3 (chipping parah), dengan kriteria yang jelas untuk setiap level. Klasifikasi ini membantu produsen dan inspektur dalam menentukan ambang batas penerimaan dan memandu tindakan korektif.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Pemeriksaan visual tetap menjadi metode utama untuk mendeteksi chipping permukaan, terutama pada produk jadi. Inspektur yang terampil memeriksa permukaan di bawah pencahayaan yang memadai, sering menggunakan alat pembesar seperti lensa tangan atau mikroskop untuk evaluasi mikroskopis.

Untuk deteksi yang lebih tepat, metode pengujian tidak merusak (NDT) seperti pengujian ultrasonik (UT) atau pengujian arus eddy (ECT) dapat mengidentifikasi chipping yang terkait dengan mikroretakan atau di bawah permukaan. Teknik ini bergantung pada refleksi atau induksi sinyal pada diskontinuitas, mengungkap cacat tersembunyi yang dapat menyebabkan chipping permukaan.

Profilometri permukaan dan teknologi pemindaian 3D semakin banyak digunakan untuk mengukur ukuran chip, distribusi, dan kekasaran permukaan. Metode ini memberikan data topografi yang rinci, memungkinkan penilaian objektif terhadap integritas permukaan.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar internasional yang relevan termasuk ASTM E1181 (Metode Uji Standar untuk Deteksi Retakan Permukaan Menggunakan Inspeksi Partikel Magnetik), ISO 10567 (Pengujian tidak merusak—Pengujian visual), dan EN 10228-3 (Pengujian tidak merusak—Pengujian partikel magnetik).

Prosedur tipikal meliputi:

• Menyiapkan permukaan dengan membersihkan untuk menghilangkan kotoran, minyak, atau pelapis.
• Menerapkan metode NDT yang sesuai (misalnya, partikel magnetik atau ultrasonik).
• Melakukan inspeksi di bawah kondisi yang ditentukan, seperti kekuatan medan magnet atau frekuensi ultrasonik.
• Mendokumentasikan keberadaan, ukuran, dan lokasi chip atau diskontinuitas permukaan.

Parameter kritis termasuk sudut inspeksi, kekasaran permukaan, dan pengaturan sensitivitas peralatan, semuanya mempengaruhi akurasi deteksi.

Persyaratan Sampel

Sampel harus representatif dari batch produk, dengan permukaan yang disiapkan sesuai dengan prosedur standar—dibersihkan, dikeringkan, dan bebas dari kontaminan permukaan. Untuk inspeksi permukaan, permukaan yang halus dan selesai secara merata lebih disukai untuk memfasilitasi deteksi cacat.

Kondisi permukaan, seperti penggilingan atau pemolesan, mungkin diperlukan untuk mengungkap fitur bawah permukaan atau mikroretakan yang terkait dengan chipping. Pemilihan sampel yang tepat memastikan bahwa hasil inspeksi mencerminkan kualitas produk secara keseluruhan.

Akurasi Pengukuran

Presisi pengukuran tergantung pada metode deteksi dan keterampilan operator. Inspeksi visual dapat bersifat subjektif, dengan variabilitas di antara inspektur. Metode NDT seperti pengujian ultrasonik menawarkan tingkat pengulangan yang lebih tinggi tetapi memerlukan kalibrasi dan personel terlatih.

Sumber kesalahan termasuk kekasaran permukaan, penyelarasan peralatan yang tidak tepat, atau kebisingan lingkungan. Untuk memastikan kualitas pengukuran, kalibrasi instrumen, prosedur inspeksi yang distandarisasi, dan pelatihan operator sangat penting. Pengukuran berulang dan validasi silang dengan metode yang berbeda meningkatkan keandalan.

Kuantifikasi dan Analisis Data

Satuan dan Skala Pengukuran

Tingkat keparahan chipping diukur berdasarkan ukuran (diameter atau panjang), sering dinyatakan dalam milimeter (mm). Jumlah chip per unit area (misalnya, per meter persegi) memberikan ukuran kepadatan. Parameter kekasaran permukaan, seperti Ra (kekasaran rata-rata), juga dapat digunakan untuk menghubungkan kondisi permukaan dengan kecenderungan chipping.

Secara matematis, total area yang terchip (A) dapat dihitung dengan menjumlahkan area chip individu, memfasilitasi perbandingan antar sampel. Faktor konversi umumnya tidak diperlukan kecuali mengonversi antara satuan (misalnya, inci ke milimeter).

Interpretasi Data

Hasil uji diinterpretasikan berdasarkan ambang batas yang ditetapkan. Misalnya, produk dengan chip permukaan kurang dari 0,5 mm dalam