Strain Tepi & Patah Tepi pada Baja: Deteksi, Penyebab, & Pencegahan

Definisi dan Konsep Dasar

Regangan Tepi atau Patah Tepi mengacu pada cacat permukaan atau bawah permukaan yang ditandai dengan deformasi lokal, retak, atau pemisahan di sepanjang tepi produk baja, seperti pelat, lembaran, batang, atau strip. Cacat ini muncul sebagai retakan yang terlihat, burr, atau deformasi yang mengkompromikan integritas dan kualitas permukaan baja.

Regangan tepi biasanya muncul sebagai perpanjangan atau distorsi di sepanjang tepi, sering kali diakibatkan oleh stres mekanis atau termal selama proses pembuatan. Patah tepi, di sisi lain, adalah fraktur atau pemisahan yang terjadi di atau dekat tepi, sering kali menyerupai retakan kecil atau chip.

Dalam konteks pengendalian kualitas baja dan pengujian material, fenomena ini adalah indikator kritis dari masalah pemrosesan, stres residual, atau kerentanan mikrostruktur. Mereka berfungsi sebagai parameter jaminan kualitas yang penting karena dapat mempengaruhi kinerja, keselamatan, dan masa pakai komponen baja.

Dalam kerangka kerja yang lebih luas dari jaminan kualitas baja, regangan tepi dan patah tepi diklasifikasikan sebagai cacat permukaan atau dekat permukaan yang dapat menyebabkan deteriorasi lebih lanjut jika tidak dikelola dengan baik. Deteksi dan mitigasi mereka sangat penting untuk memastikan bahwa produk baja memenuhi standar yang ditentukan untuk kinerja mekanis, penyelesaian permukaan, dan integritas struktural.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Di tingkat makro, regangan tepi muncul sebagai deformasi yang terlihat di sepanjang tepi produk baja, seperti perpanjangan, pembengkokan, atau distorsi ringan. Deformasi ini mungkin disertai dengan ketidakberaturan permukaan seperti burr, retakan yang terlipat, atau kekasaran, yang dapat diamati dengan mata telanjang atau di bawah pembesaran.

Secara mikroskopis, regangan tepi muncul sebagai zona deformasi plastis lokal, akumulasi dislokasi, atau mikroretakan yang sejajar di sepanjang batas butir. Fitur mikrostruktur ini sering kali berasal dari distribusi stres yang tidak merata selama pemrosesan, yang menyebabkan lokalisasi regangan.

Patah tepi ditandai dengan fraktur atau pemisahan yang sebenarnya di tepi, sering kali muncul sebagai chip, retakan, atau delaminasi. Secara mikroskopis, mereka mungkin melibatkan mikrovoid, propagasi retakan di sepanjang batas butir, atau diskontinuitas mikrostruktur yang melemahkan daerah tepi.

Fitur karakteristik yang mengidentifikasi regangan tepi termasuk butir yang memanjang, pola stres residual, dan pita deformasi di dekat tepi. Patah tepi diidentifikasi oleh permukaan fraktur, ujung retakan, dan bidang pemisahan, sering kali dengan bukti mode kegagalan rapuh atau duktil.

Mekanisme Metalurgi

Pembentukan regangan tepi dan patah tepi terutama diatur oleh interaksi stres mekanis, fitur mikrostruktur, dan riwayat termal selama pembuatan.

Regangan tepi dihasilkan dari deformasi yang tidak merata selama proses penggulungan, pemotongan, atau pembentukan, di mana stres lokal melebihi batas elastis, menyebabkan deformasi plastis. Stres residual berkembang karena laju pendinginan yang berbeda, deformasi yang tidak merata, atau transformasi fase, yang menyebabkan konsentrasi regangan di sepanjang tepi.

Patah tepi sering disebabkan oleh inisiasi retakan pada cacat mikrostruktur seperti inklusi, mikrovoid, atau kelemahan batas butir. Diskontinuitas mikrostruktur ini bertindak sebagai konsentrator stres, memfasilitasi propagasi retakan di bawah stres eksternal atau residual.

Komposisi baja mempengaruhi kerentanan; misalnya, baja karbon tinggi atau yang memiliki elemen paduan tertentu mungkin memiliki kecenderungan rapuh atau stres residual yang meningkat. Kondisi pemrosesan seperti kecepatan penggulungan yang tinggi, pendinginan yang tidak memadai, atau pemangkasan tepi yang tidak tepat dapat memperburuk pembentukan cacat ini.

Perubahan mikrostruktur, termasuk ukuran butir, distribusi fase, dan kandungan inklusi, secara langsung mempengaruhi kemungkinan terjadinya retakan tepi. Mikrostruktur yang halus dan homogen cenderung lebih tahan terhadap patah tepi dibandingkan dengan mikrostruktur yang kasar atau terpisah.

Sistem Klasifikasi

Sistem klasifikasi standar untuk regangan tepi dan patah tepi sering mengkategorikan tingkat keparahan berdasarkan ukuran, kedalaman, dan dampak pada kinerja:

• Grade A (Ringan): Deformasi ringan atau mikroretakan yang terlihat di bawah pembesaran, tanpa dampak pada sifat mekanis.
• Grade B (Sedang): Retakan atau distorsi permukaan yang terlihat, mungkin memerlukan pengerjaan ulang atau perlakuan permukaan minor.
• Grade C (Parah): Fraktur tepi yang signifikan atau retakan yang luas, sering kali memerlukan penolakan atau pembuatan ulang.

Kriteria untuk klasifikasi mencakup panjang retakan, lebar, kedalaman, dan tingkat deformasi. Misalnya, retakan kurang dari 1 mm dalam panjang dan terbatas pada permukaan dapat diklasifikasikan sebagai ringan, sementara retakan yang melebihi 5 mm atau menembus seluruh ketebalan dianggap parah.

Dalam aplikasi praktis, klasifikasi ini membimbing kriteria penerimaan, keputusan perbaikan, dan penyesuaian proses untuk mencegah perkembangan cacat lebih lanjut.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Pemeriksaan visual tetap menjadi metode utama untuk mendeteksi regangan tepi dan patah tepi, terutama untuk cacat yang terlihat di permukaan. Alat pembesar atau mikroskop optik digunakan untuk mengidentifikasi mikroretakan, burr, atau fitur deformasi.

Pengujian ultrasonik (UT) banyak digunakan untuk deteksi retakan bawah permukaan atau internal. Prinsipnya melibatkan pengiriman gelombang suara frekuensi tinggi ke dalam material dan menganalisis sinyal yang dipantulkan untuk mengidentifikasi diskontinuitas di sepanjang tepi.

Pemeriksaan partikel magnetik (MPI) efektif untuk baja ferromagnetik, di mana medan magnet menyebabkan kebocoran fluks di lokasi retakan, mengungkapkan retakan permukaan atau dekat permukaan. Metode ini cocok untuk mendeteksi retakan kecil yang tidak terlihat oleh mata telanjang.

Sistem pemrosesan citra digital, termasuk kamera resolusi tinggi dan algoritma perangkat lunak, memfasilitasi deteksi otomatis cacat tepi dengan menganalisis citra permukaan untuk ketidakberaturan, pola retakan, atau zona deformasi.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar internasional yang relevan termasuk ASTM E1245 (Metode Uji Standar untuk Deteksi Retakan Permukaan pada Baja Menggunakan Pemeriksaan Partikel Magnetik), ISO 12777 (Pengujian non-destruktif—Pengujian partikel magnetik), dan EN 10228 (Pengujian non-destruktif produk baja).

Prosedur tipikal melibatkan:

• Pembersihan permukaan untuk menghilangkan kotoran, minyak, atau lapisan oksida.
• Penerapan partikel magnetik (untuk MPI) atau pengikat ultrasonik.
• Magnetisasi atau pengikatan ultrasonik sesuai dengan metode yang ditentukan.
• Pemeriksaan di bawah kondisi pencahayaan atau medan magnet yang terkontrol.
• Pencatatan dan analisis indikasi cacat.

Parameter kritis mencakup kekuatan medan magnet, frekuensi ultrasonik, dan sudut pemeriksaan, yang semuanya mempengaruhi sensitivitas dan akurasi deteksi.

Persyaratan Sampel

Sampel harus representatif dari batch produksi, dengan permukaan yang disiapkan dengan baik—dibersihkan, halus, dan bebas dari kontaminan permukaan. Permukaan tepi harus bebas dari pelapis atau korosi yang dapat menghalangi deteksi cacat.

Persiapan mungkin melibatkan penggilingan atau pemolesan untuk mengekspos mikrostruktur tepi dan memfasilitasi pemeriksaan. Untuk pengujian ultrasonik, agen pengikat harus diterapkan secara merata untuk memastikan transmisi gelombang yang tepat.

Pemilihan sampel mempengaruhi validitas pengujian; sampel cacat harus dipilih dari lokasi yang berbeda untuk memperhitungkan variabilitas proses. Persiapan sampel yang kons