Cold Shut dalam Baja: Deteksi, Penyebab, dan Strategi Pencegahan

Definisi dan Konsep Dasar

A Cold Shut adalah cacat metalurgi yang ditandai dengan adanya diskontinuitas atau pengelasan yang tidak lengkap dalam produk baja yang dicetak atau ditempa, yang mengakibatkan adanya jahitan atau garis yang terlihat atau terdeteksi yang muncul sebagai titik lemah dalam material. Ini muncul sebagai cacat permukaan atau internal di mana dua aliran terpisah dari baja cair atau semi-padat gagal menyatu dengan baik selama proses pembekuan atau penempaan, yang mengarah pada potensi lokasi untuk inisiasi retak di bawah kondisi layanan.

Dalam konteks pengendalian kualitas baja dan pengujian material, Cold Shut menandakan ikatan metalurgi yang tidak memadai atau pengelasan yang tidak lengkap, yang mengompromikan integritas dan kinerja mekanis dari produk akhir. Ini adalah cacat kritis yang dapat menyebabkan kegagalan selama layanan, terutama di bawah beban tarik, kelelahan, atau dampak.

Dalam kerangka yang lebih luas dari jaminan kualitas baja, Cold Shut dianggap sebagai indikator kekurangan proses, seperti menuang yang tidak tepat, pengendalian suhu yang tidak memadai, atau parameter penempaan yang suboptimal. Mendeteksi dan mencegah Cold Shut sangat penting untuk memastikan keandalan, keselamatan, dan umur panjang komponen baja yang digunakan dalam aplikasi struktural, bejana tekan, atau beban tinggi.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Di tingkat makro, Cold Shut muncul sebagai jahitan atau garis yang terlihat di permukaan produk baja, sering kali menyerupai retakan atau garis las. Ini mungkin halus atau sedikit kasar, tergantung pada tingkat keparahan dan kondisi pemrosesan. Secara internal, cacat ini muncul sebagai zona pengelasan yang tidak lengkap atau antarmuka tipis yang lemah antara dua aliran logam yang mengalir.

Secara mikroskopis, Cold Shut ditandai dengan kurangnya ikatan metalurgi, dengan batas yang terlihat antara dua aliran. Antarmuka mungkin mengandung porositas, mikroretakan, atau inklusi oksida, yang semakin melemahkan struktur. Di bawah pembesaran, cacat ini muncul sebagai diskontinuitas dengan sedikit atau tanpa pengelasan metalurgi, sering kali dengan garis batas yang jelas memisahkan dua wilayah tersebut.

mekanisme Metalurgi

Pembentukan Cold Shut terutama disebabkan oleh suhu yang tidak memadai, aliran yang tidak cukup, atau kondisi menuang dan penempaan yang tidak tepat. Selama pencetakan, jika baja cair mendingin terlalu cepat atau kecepatan menuang terlalu lambat, aliran logam cair mungkin bertemu tanpa sepenuhnya menyatu, yang mengakibatkan Cold Shut.

Dalam penempaan atau penggulungan, deformasi plastik yang tidak memadai atau perlakuan panas yang tidak cukup dapat mencegah pengikatan lengkap dari lapisan atau aliran yang berdekatan. Mekanisme mikrostruktur yang mendasari melibatkan ikatan metalurgi yang tidak lengkap, di mana antarmuka tidak memiliki difusi dan pencampuran metalurgi yang diperlukan untuk sambungan yang kohesif.

Komposisi baja mempengaruhi pembentukan Cold Shut; baja karbon tinggi atau baja paduan dengan viskositas lebih tinggi atau fluiditas yang berkurang lebih rentan. Parameter pemrosesan seperti suhu menuang, desain cetakan, suhu penempaan, dan laju deformasi sangat mempengaruhi kemungkinan terbentuknya Cold Shut.

Sistem Klasifikasi

Klasifikasi standar Cold Shut sering mempertimbangkan tingkat keparahan berdasarkan ukuran, lokasi, dan dampak pada sifat mekanis. Kategori umum meliputi:

• Cold Shut Kecil: Jahitan kecil dan superfisial dengan dampak minimal pada kekuatan; sering kali dapat diterima dalam aplikasi non-kritis.
• Cold Shut Besar: Jahitan yang lebih besar atau lebih dalam yang mengompromikan integritas struktural; memerlukan perbaikan atau penolakan.
• Cold Shut Kritis: Cacat parah dengan diskontinuitas internal yang signifikan, sering kali menyebabkan kegagalan di bawah kondisi layanan.

Kriteria untuk klasifikasi tergantung pada ukuran cacat (misalnya, panjang > 10 mm), kedalaman, dan apakah itu menembus seluruh penampang. Kriteria penerimaan ditentukan dalam standar industri dan tergantung pada penggunaan yang dimaksudkan dari komponen tersebut.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Inspeksi visual adalah metode paling sederhana untuk mendeteksi Cold Shut, terutama di permukaan. Cacat permukaan diidentifikasi melalui pengamatan langsung di bawah pencahayaan yang memadai, sering kali dilengkapi dengan pembesaran.

Pengujian ultrasonik (UT) banyak digunakan untuk deteksi cacat internal. UT menggunakan gelombang suara frekuensi tinggi yang ditransmisikan ke dalam baja; diskontinuitas seperti Cold Shut memantulkan atau menyebarkan gelombang, menunjukkan keberadaannya. Pengaturan peralatan melibatkan transduser yang dipasangkan dengan spesimen, dengan sinyal dianalisis pada osiloskop atau sistem digital.

Pengujian radiografi (RT) juga dapat mendeteksi Cold Shut internal melalui pencitraan sinar-X atau sinar gamma. Perbedaan dalam kepadatan atau diskontinuitas muncul sebagai variasi kontras pada radiograf, mengungkapkan jahitan internal atau zona pengelasan yang tidak lengkap.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar internasional yang relevan termasuk ASTM E125, ASTM A435, ISO 9712, dan EN 10228, yang menetapkan prosedur untuk pengujian ultrasonik dan radiografi produk baja.

Prosedur umum meliputi:

• Menyiapkan permukaan spesimen (membersihkan, menghilangkan lapisan skala atau oksida).
• Kalibrasi peralatan menggunakan blok referensi dengan ukuran cacat yang diketahui.
• Menerapkan transduser atau sumber radiasi sesuai dengan sudut dan jarak yang ditentukan.
• Memindai seluruh permukaan atau volume secara sistematis.
• Menganalisis sinyal atau gambar untuk indikasi diskontinuitas.

Parameter kritis termasuk frekuensi gelombang ultrasonik (biasanya 2-10 MHz), sudut inspeksi, dan pengaturan sensitivitas. Ini mempengaruhi kemampuan deteksi dan resolusi.

Persyaratan Sampel

Sampel harus representatif dari batch produksi, dengan permukaan yang disiapkan untuk memastikan pengikatan dan transmisi sinyal yang tepat. Kondisi permukaan melibatkan pembersihan, pemolesan, atau penghilangan pelapis permukaan yang dapat mengganggu deteksi.

Untuk deteksi cacat internal, spesimen sering kali dipotong atau diuji dalam keadaan yang diproduksi. Pemilihan sampel yang tepat memastikan bahwa metode deteksi mencerminkan keberadaan atau ketidakadaan Cold Shut di seluruh batch.

Akurasi Pengukuran

Presisi pengukuran tergantung pada kalibrasi peralatan, keterampilan operator, dan kondisi spesimen. Repetisi dicapai melalui prosedur standar dan pengaturan yang konsisten.

Sumber kesalahan termasuk pengikatan yang buruk, kalibrasi yang salah, atau salah tafsir operator. Untuk memastikan kualitas pengukuran, kalibrasi rutin, pelatihan operator, dan penggunaan sampel kontrol sangat penting.

Kuantifikasi dan Analisis Data

Satuan dan Skala Pengukuran

Ukuran Cold Shut biasanya diukur dalam milimeter (mm), yang mewakili panjang, lebar, atau kedalaman. Untuk cacat internal yang terdeteksi melalui metode ultrasonik atau radiografi, ukuran cacat sering kali dinyatakan sebagai dimensi maksimum yang diamati.

Penilaian kuantitatif dapat melibatkan perhitungan area atau volume cacat, terutama saat mengevaluasi keparahan. Misalnya, area cacat mungkin dinyatakan dalam milimeter persegi (mm²), sementara volume dapat dalam milimeter kubik (mm³).

Faktor konversi umumnya tidak diperlukan kecuali menerjemahkan antara sistem pengukuran yang berbeda (misalnya, inci ke milimeter).

Interpretasi Data

Hasil pengujian diinterpretasikan berdasarkan kriteria penerimaan yang telah ditetapkan. Untuk cacat permukaan, panjang jahitan yang melebihi ambang batas tertentu (misalnya, 10 mm) mungkin tidak dapat diterima.

Ukuran cacat internal dibandingkan dengan dimensi maksimum yang diizinkan yang ditentukan dalam standar atau spesifikasi pelanggan. Misalnya, Cold Shut dengan panjang maksimum 5 mm mungkin dapat diterima,