Pengujian Pengukiran pada Baja: Mengungkap Mikrostruktur & Mendeteksi Cacat

Definisi dan Konsep Dasar

Penggoresan dalam konteks industri baja mengacu pada proses pemeriksaan metalografi atau permukaan yang digunakan untuk mengungkap fitur mikrostruktur, cacat permukaan, atau tegangan sisa dalam sampel baja. Proses ini melibatkan penerapan reagen kimia atau larutan pada permukaan baja, yang bereaksi secara selektif dengan konstituen mikrostruktur tertentu, menghasilkan perbedaan kontras yang terlihat di bawah mikroskop optik atau elektron.

Dalam pengendalian kualitas dan pengujian material, penggoresan berfungsi sebagai alat diagnostik untuk menilai mikrostruktur internal, mendeteksi cacat permukaan atau bawah permukaan, dan mengevaluasi efek perlakuan proses seperti perlakuan panas, pengelasan, atau deformasi mekanis. Ini sangat penting dalam memastikan integritas mikrostruktur baja, homogenitas, dan kualitas permukaan, yang secara langsung mempengaruhi sifat mekanis dan kinerja layanan.

Dalam kerangka yang lebih luas dari jaminan kualitas baja, penggoresan adalah langkah penting dalam analisis metalografi, melengkapi metode pengujian non-destruktif dan destruktif lainnya. Ini memberikan bukti visual tentang ukuran butir, distribusi fase, keberadaan inklusi, dan morfologi cacat, memungkinkan insinyur dan metalurgis untuk menginterpretasikan kondisi struktural baja secara komprehensif.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Di tingkat makro, penggoresan tidak mengubah sifat bulk baja tetapi menghasilkan kontras yang terlihat di permukaan, menyoroti fitur mikrostruktur seperti batas butir, antarmuka fase, atau inklusi. Permukaan yang tergores muncul dengan berbagai nuansa terang dan gelap, tergantung pada konstituen mikrostruktur dan reaktivitasnya terhadap penggores.

Secara mikroskopis, penggoresan mengungkap fitur-fitur rinci seperti ukuran butir, bentuk, dan batas; distribusi dan morfologi fase seperti ferit, perlit, bainit, atau martensit; serta keberadaan mikrovoid, retakan, atau inklusi. Kontras muncul dari reaksi kimia diferensial di mana elemen mikrostruktur tertentu tergores lebih cepat atau lebih lambat, menciptakan relief topografi yang dapat diamati di bawah mikroskop optik dengan pembesaran yang biasanya berkisar antara 50x hingga 1000x.

Fitur karakteristik termasuk garis batas butir yang jelas, batas fase, dan lokasi cacat yang sebaliknya tidak terlihat pada sampel yang tidak tergores. Kualitas penggoresan secara langsung mempengaruhi kejernihan interpretasi mikrostruktur, menjadikannya langkah kritis dalam analisis metalografi.

Mekanisme Metalurgi

Mekanisme metalurgi yang mendasari penggoresan melibatkan reaksi kimia selektif antara penggores dan konstituen mikrostruktur tertentu dari baja. Reaksi ini secara preferensial melarutkan atau mengkorosi fase tertentu atau batas butir, menciptakan pola relief yang meningkatkan kontras mikrostruktur.

Misalnya, dalam baja karbon, penggores seperti Nital (campuran asam nitrat dan alkohol) bereaksi lebih agresif dengan fase perlit atau feritik, mengungkap batas butir dan distribusi fase. Dalam baja paduan, penggores seperti Picral atau reagen Weck dapat digunakan untuk membedakan karbida, martensit, atau austenit yang tertahan.

Secara mikrostruktur, penggores berinteraksi dengan permukaan baja pada tingkat atom, melarutkan daerah dengan energi lebih tinggi atau komposisi kimia yang berbeda. Fitur mikrostruktur—seperti batas butir, antarmuka fase, atau inklusi—menunjukkan reaktivitas diferensial, yang mengarah pada pembentukan pola relief yang terlihat di bawah mikroskop.

Komposisi baja mempengaruhi perilaku penggoresannya; misalnya, kandungan paduan yang lebih tinggi atau keberadaan karbida paduan dapat mengubah efektivitas penggores. Kondisi pemrosesan seperti perlakuan panas, laju pendinginan, dan deformasi sebelumnya juga mempengaruhi kerentanan mikrostruktur terhadap penggoresan, sehingga mempengaruhi kejernihan dan interpretabilitas mikrograf.

Sistem Klasifikasi

Klasifikasi standar hasil penggoresan sering melibatkan penilaian kualitatif dan semi-kuantitatif. Kategori umum meliputi:

• Penggoresan baik: Delineasi fitur mikrostruktur yang jelas dan tajam dengan kontras tinggi dan artefak permukaan minimal.
• Penggoresan dapat diterima: Fitur terlihat tetapi mungkin kurang tajam atau menunjukkan ketidakteraturan permukaan kecil.
• Penggoresan buruk: Kontras tidak mencukupi, fitur tidak jelas, atau korosi permukaan yang berlebihan mengaburkan mikrostruktur.

Tingkat keparahan biasanya dinilai berdasarkan kejernihan batas butir, diferensiasi fase, dan visibilitas cacat. Misalnya, skala penilaian dari 1 (excellent) hingga 5 (poor) dapat digunakan dalam laporan metalografi.

Dalam aplikasi praktis, klasifikasi ini membantu menentukan apakah mikrostruktur memenuhi standar yang diperlukan untuk kelas baja atau kondisi pemrosesan tertentu. Mereka juga memandu pemrosesan lebih lanjut atau tindakan perbaikan jika cacat mikrostruktur terdeteksi.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Metode utama untuk mendeteksi dan menganalisis efek penggoresan melibatkan mikroskopi optik dari sampel yang disiapkan secara metalografi. Proses ini mencakup penghalusan permukaan baja hingga hasil akhir cermin, diikuti dengan penerapan penggores yang dipilih.

Mikroskop optik, dilengkapi dengan lensa pembesaran yang sesuai dan sistem pencahayaan, memungkinkan pengamatan rinci dari mikrostruktur yang tergores. Sistem pencitraan digital dapat merekam dan menganalisis mikrograf untuk dokumentasi dan analisis lebih lanjut.

Selain mikroskopi optik, mikroskopi elektron pemindaian (SEM) dapat digunakan untuk pencitraan resolusi lebih tinggi, terutama saat memeriksa detail mikrostruktur atau fitur permukaan pada skala nanometer. SEM memberikan kontras dan kedalaman bidang yang lebih baik, memfasilitasi analisis rinci dari fase mikrostruktur dan morfologi cacat.

Teknik lain, seperti mikroskopi konfokal atau profilometri 3D, dapat digunakan untuk analisis topografi permukaan, memberikan pengukuran relief kuantitatif dari fitur yang tergores.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar internasional yang mengatur penggoresan metalografi mencakup ASTM E407 ("Praktik Standar untuk Mikrogoresan Logam dan Paduan") dan ISO 17025 ("Persyaratan umum untuk kompetensi laboratorium pengujian dan kalibrasi"). Standar ini menetapkan prosedur untuk persiapan sampel, pemilihan penggores, dan evaluasi mikrostruktur.

Prosedur tipikal melibatkan:

• Memotong sampel representatif dari komponen baja.
• Memasang sampel dalam resin yang sesuai untuk memudahkan penanganan.
• Menggiling permukaan dengan kertas abrasif yang semakin halus untuk menghilangkan ketidakteraturan permukaan.
• Menghaluskan dengan suspensi berlian atau alumina untuk mencapai hasil akhir seperti cermin.
• Membersihkan sampel secara menyeluruh untuk menghilangkan residu.
• Menerapkan penggores yang dipilih dengan durasi dan teknik yang terkontrol.
• Mencuci dan mengeringkan sampel sebelum pemeriksaan mikroskopis.

Parameter kritis mencakup konsentrasi penggores, suhu, waktu perendaman, dan agitasi. Ini mempengaruhi kontras dan resolusi fitur mikrostruktur. Misalnya, penggoresan berlebihan dapat menyebabkan penghilangan material yang berlebihan, mengaburkan fitur, sementara penggoresan yang kurang dapat menghasilkan kontras yang buruk.

Persyaratan Sampel

Persiapan spesimen standar melibatkan pemotongan sampel yang representatif dari mikrostruktur material, biasanya dari daerah tengah komponen untuk menghindari efek permukaan. Permukaan harus bebas dari goresan, minyak, atau lapisan oksidasi.

Kondisi permukaan melibatkan penggilingan dan penghalusan untuk mencapai permukaan yang halus dan bebas cacat yang mencerminkan mikrostruktur internal dengan akurat. Ukuran sampel harus cukup untuk memungkinkan beberapa pengamatan dan pengukuran yang dapat direplikasi.

Pemilihan sampel mempengaruhi