Serpihan dalam Baja: Deteksi, Penyebab, dan Signifikansi Pengendalian Kualitas

Definisi dan Konsep Dasar

Flakes dalam industri baja merujuk pada inklusi tipis, seperti pelat atau cacat permukaan yang ditandai dengan penampilan bersisik dan struktur berlapis. Cacat ini biasanya terdiri dari inklusi non-logam, film oksida, atau kotoran terpisah yang muncul sebagai fitur datar, lamelar di dalam atau di permukaan produk baja.

Secara fundamental, flakes signifikan karena dapat mengkompromikan integritas mekanik, kualitas permukaan, dan kinerja keseluruhan komponen baja. Kehadiran mereka merupakan perhatian kualitas yang kritis dalam pembuatan baja, terutama dalam aplikasi yang menuntut ketangguhan tinggi, ketahanan terhadap kelelahan, atau kualitas penyelesaian permukaan.

Dalam kerangka jaminan kualitas baja yang lebih luas, flakes dianggap sebagai bentuk inklusi non-logam atau cacat permukaan yang dapat berfungsi sebagai lokasi inisiasi untuk retakan atau korosi. Mendeteksi, mengukur, dan mengendalikan flakes adalah langkah penting dalam memastikan baja memenuhi standar yang ditentukan untuk keselamatan, daya tahan, dan kinerja.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Di tingkat makro, flakes muncul sebagai fitur permukaan atau subsurface yang tipis, datar, atau berlapis yang terlihat oleh mata telanjang atau di bawah pembesaran rendah. Mereka sering muncul sebagai lamela yang mengkilap, reflektif, atau matte yang dapat disalahartikan sebagai goresan permukaan atau delaminasi.

Secara mikroskopis, flakes ditandai oleh struktur lamelar mereka, dengan ketebalan yang jauh lebih kecil dibandingkan panjang dan lebar mereka. Di bawah mikroskop optik atau elektron, mereka muncul sebagai inklusi planar atau segregasi yang tertanam dalam matriks baja atau melekat pada permukaan.

Fitur karakteristik termasuk morfologi berlapis, tepi tajam atau membulat, dan kadang-kadang kontras yang jelas dengan baja di sekitarnya karena perbedaan komposisi atau reflektivitas. Mereka sering dikaitkan dengan inklusi non-logam seperti oksida, sulfida, atau silikat, yang telah terpisah selama pembekuan atau pemrosesan.

Mekanisme Metalurgi

Pembentukan flakes terutama diatur oleh segregasi dan penjebakan inklusi non-logam selama pembekuan baja dan pemrosesan selanjutnya. Inklusi ini cenderung sejajar di sepanjang bidang kristalografi tertentu atau fitur mikrostruktur, menghasilkan morfologi lamelar atau bersisik.

Film oksida, yang terbentuk selama peleburan atau pengecoran baja, dapat pecah dan melekat kembali sebagai film tipis berlapis yang tertanam dalam baja. Selama pengerjaan panas atau pendinginan, film ini dapat patah dan menyebar, menciptakan flakes yang terlihat.

Interaksi mikrostruktur melibatkan segregasi kotoran seperti sulfur, fosfor, atau oksigen, yang bergabung dengan elemen paduan untuk membentuk fase oksida atau sulfida yang stabil. Fase-fase ini cenderung mengkristal di batas butir atau daerah interdendritik, mendorong perkembangan inklusi bersisik.

Komposisi baja mempengaruhi pembentukan flakes; misalnya, tingkat sulfur atau oksigen yang tinggi meningkatkan kemungkinan flakes oksida atau sulfida. Kondisi pemrosesan seperti laju pendinginan yang lambat, deoksidasi yang tidak memadai, atau pengelolaan terak yang tidak tepat dapat memperburuk segregasi inklusi dan perkembangan flakes.

Sistem Klasifikasi

Klasifikasi standar flakes sering bergantung pada ukuran, bentuk, dan tingkat keparahan. Kategori umum meliputi:

• Flakes Kecil: Lamela kecil yang terisolasi yang hampir tidak terlihat dan tidak secara signifikan mempengaruhi sifat.
• Flakes Sedang: Flakes yang terlihat yang mungkin terlihat di bawah pembesaran dan dapat mempengaruhi penyelesaian permukaan atau sifat mekanik.
• Flakes Parah: Flakes besar, kontinu, atau banyak yang mengkompromikan integritas dan kinerja baja.

Beberapa standar, seperti ASTM E45 atau ISO 4967, menentukan sistem pengklasifikasian berdasarkan ukuran dan distribusi inklusi, dengan ambang batas tertentu untuk penerimaan atau penolakan. Misalnya, flakes yang lebih besar dari 0,5 mm dalam panjang dapat diklasifikasikan sebagai cacat kritis dalam aplikasi tertentu.

Dalam istilah praktis, interpretasi tergantung pada persyaratan aplikasi; komponen presisi tinggi menuntut batas yang lebih ketat, sementara baja struktural mungkin mentolerir flakes kecil dalam batas yang ditentukan.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Pemeriksaan visual tetap menjadi metode utama untuk mendeteksi flakes permukaan, terutama pada produk jadi. Di bawah pencahayaan dan pembesaran yang tepat, flakes permukaan dapat diidentifikasi oleh lamela reflektif atau matte mereka.

Pemeriksaan mikroskopis, termasuk mikroskopi optik dan mikroskopi elektron pemindaian (SEM), memberikan karakterisasi rinci tentang morfologi, ukuran, dan komposisi flakes. SEM yang dipasangkan dengan spektroskopi energi-dispersif sinar-X (EDS) memungkinkan analisis elemental inklusi.

Metode pengujian non-destruktif seperti pengujian ultrasonik (UT) dan pengujian arus eddy (ECT) dapat mendeteksi flakes subsurface atau permukaan, terutama dalam geometri yang tebal atau kompleks. Teknik ini bergantung pada perbedaan impedansi akustik atau konduktivitas listrik yang disebabkan oleh inklusi.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar internasional yang relevan termasuk ASTM E45 (Metode Uji Standar untuk Menentukan Konten Inklusi Baja), ISO 4967, dan EN 10247. Standar ini menentukan prosedur untuk pengambilan sampel, persiapan, dan pemeriksaan.

Prosedur tipikal melibatkan:

• Menyiapkan sampel yang representatif, seringkali bagian atau permukaan yang dipoles.
• Melakukan pemeriksaan visual atau mikroskopis di bawah kondisi pencahayaan yang distandarisasi.
• Mengukur ukuran, bentuk, dan distribusi flakes menggunakan perangkat lunak analisis gambar yang terkalibrasi.
• Mencatat jumlah dan tingkat keparahan flakes sesuai dengan kriteria klasifikasi.

Parameter kritis termasuk tingkat pembesaran, sudut pencahayaan, dan kalibrasi pembesaran, yang mempengaruhi sensitivitas deteksi.

Persyaratan Sampel

Sampel harus representatif dari batch, dengan persiapan permukaan yang tepat termasuk pembersihan, pemolesan, dan penggoresan jika perlu. Kondisi permukaan memastikan bahwa flakes permukaan dapat dibedakan dari kontaminan permukaan atau goresan.

Untuk analisis mikroskopis, bagian tipis atau permukaan yang dipoles disiapkan untuk mengungkap inklusi internal. Sampel permukaan harus bebas dari minyak, kotoran, atau produk korosi yang dapat mengaburkan flakes.

Ukuran dan lokasi sampel sangat penting; beberapa sampel dari lokasi yang berbeda dalam batch meningkatkan keandalan deteksi dan kepercayaan statistik.

Akurasi Pengukuran

Presisi pengukuran tergantung pada resolusi sistem pencitraan dan keahlian operator. Repetisi dicapai melalui prosedur yang distandarisasi dan kalibrasi.

Sumber kesalahan termasuk ketidakkonsistenan pencahayaan, bias operator, dan penyimpangan kalibrasi peralatan. Untuk memastikan kualitas pengukuran, laboratorium menerapkan rutinitas kalibrasi, perbandingan antar laboratorium, dan pelatihan yang distandarisasi.

Penggunaan perangkat lunak analisis gambar dengan algoritma deteksi otomatis meningkatkan reproduktifitas dan mengurangi bias subjektif.

Kuantifikasi dan Analisis Data

Satuan dan Skala Pengukuran

Ukuran flake biasanya dinyatakan dalam milimeter (mm) atau mikrometer (μm). Kerapatan jumlah flakes diberikan sebagai hitungan per unit area (misalnya, flakes per mm²).

Tingkat keparahan flakes dapat diukur menggunakan indeks seperti Indeks Keparahan Inklusi (ISI), yang dihitung sebagai:

$$\text{ISI} = \sum_{i=1}^{n} (A_i \times N_i) $$

di mana $A_i$ adalah area dari flake ke-i, dan $N_i$ adalah jumlah flakes dari kelas ukuran