Galling: Defek Utama dalam Pengujian Baja, Pencegahan & Pengendalian Kualitas

Definisi dan Konsep Dasar

Galling adalah bentuk kerusakan permukaan yang ditandai oleh adhesi dan robekan atau deformasi lapisan material yang terjadi selama gerakan relatif antara permukaan yang bersentuhan. Ini muncul sebagai transfer material yang terlokalisasi, pengasahan permukaan, atau pembentukan ridge dan ridge, sering disertai dengan transfer material dari satu permukaan ke permukaan lainnya. Dalam industri baja, galling adalah cacat kritis yang dapat mengompromikan integritas komponen, penyelesaian permukaan, dan kinerja fungsional.

Galling pada dasarnya adalah fenomena tribologis yang terjadi dalam kondisi tekanan kontak tinggi, gerakan geser relatif, dan sering kali pelumasan yang tidak memadai. Ini signifikan dalam pengendalian kualitas baja karena dapat menyebabkan kegagalan prematur, peningkatan keausan, dan sifat mekanik yang terkompromi. Dalam kerangka yang lebih luas dari jaminan kualitas baja, penilaian galling membantu mengevaluasi kompatibilitas permukaan, efektivitas pelumasan, dan pasangan material, memastikan kinerja yang dapat diandalkan dalam aplikasi seperti pengikat, roda gigi, dan komponen mesin.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Di tingkat makro, galling muncul sebagai bercak kasar, sering kali mengkilap atau dipoles pada permukaan komponen baja. Bercak ini dapat menunjukkan ridge, alur, atau robekan terlokalisasi, dengan transfer material yang terlihat sebagai titik mengkilap atau terwarnai. Area yang terkena sering menunjukkan peningkatan kekasaran permukaan, deformasi, dan kadang-kadang penumpukan atau transfer material dari satu permukaan ke permukaan lainnya.

Secara mikroskopis, galling ditandai oleh adanya material yang terikat, mikroretakan, dan zona deformasi plastik. Permukaan dapat menampilkan jaringan mikro-void, pengolesan, atau lapisan transfer, dengan bukti robekan material dan pengelasan dingin. Mikrostruktur di zona yang terkena sering mengungkapkan aliran plastik, mikroretakan, dan pengerasan kerja terlokalisasi, yang menunjukkan adhesi dan deformasi yang parah.

Mechanisme Metalurgi

Galling terutama dihasilkan dari mekanisme keausan adhesif, di mana asperitas mikroskopis dari permukaan baja yang bersentuhan mengalami deformasi plastik di bawah tekanan kontak yang tinggi. Ketika permukaan saling meluncur, sambungan mikroskopis terbentuk akibat pengelasan dingin, terutama dalam ketidakadaan pelumasan yang memadai. Sambungan ini dapat pecah di bawah tekanan geser, menyebabkan transfer material dan robekan permukaan.

Proses metalurgi yang mendasari melibatkan deformasi plastik terlokalisasi, pengelasan mikro, dan robekan selanjutnya. Mikrostruktur baja mempengaruhi kerentanan terhadap galling; misalnya, baja dengan duktilitas tinggi atau kekerasan permukaan rendah lebih rentan terhadap adhesi. Unsur paduan seperti sulfur, fosfor, atau timbal dapat mengurangi gesekan permukaan dan adhesi, sehingga mempengaruhi perilaku galling. Kondisi pemrosesan seperti penyelesaian permukaan, perlakuan panas, dan tegangan sisa juga mempengaruhi fitur mikrostruktur yang mengatur kecenderungan galling.

Sistem Klasifikasi

Severitas galling biasanya diklasifikasikan ke dalam kategori standar berdasarkan penampilan permukaan dan tingkat kerusakan:

• Grade 0 (Tidak ada galling): Tidak ada kerusakan permukaan yang terlihat atau adhesi; permukaan halus dan bebas dari lapisan transfer.
• Grade 1 (Galling ringan): Kekasaran permukaan ringan, sedikit adhesi, transfer material minimal, dan tidak ada deformasi yang signifikan.
• Grade 2 (Galling sedang): Kekasaran permukaan yang terlihat, transfer material yang jelas, dan robekan atau ridge terlokalisasi.
• Grade 3 (Galling parah): Kerusakan permukaan yang luas, lapisan transfer besar, ridge dalam, dan deformasi signifikan yang mempengaruhi fungsi komponen.

Klasifikasi ini membantu dalam mengevaluasi kinerja komponen, menentukan kesesuaian untuk aplikasi tertentu, dan memandu perbaikan proses.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Inspeksi visual tetap menjadi metode utama untuk deteksi awal galling, terutama setelah pengujian atau operasi layanan. Mikroskopi optik dengan pembesaran tinggi dapat mengungkapkan kekasaran permukaan, ridge, dan lapisan transfer. Untuk analisis yang lebih mendetail, mikroskopi elektron pemindaian (SEM) memberikan citra resolusi tinggi dari situs adhesi, mikroretakan, dan lapisan transfer.

Profilometri permukaan, seperti kontak atau non-kontak (misalnya, interferometri laser atau cahaya putih), mengukur parameter kekasaran permukaan sebelum dan setelah pengujian, mengkuantifikasi tingkat galling. Selain itu, mesin pengujian tribologis, seperti pengaturan pin-on-disc atau block-on-ring, mensimulasikan kondisi geser dan mengukur koefisien gesekan, yang berkorelasi dengan severitas galling.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar internasional seperti ASTM G98 (Metode Uji Standar untuk Ketahanan Galling Baja) dan ISO 14713 menetapkan prosedur untuk mengevaluasi ketahanan galling. Uji yang khas melibatkan:

• Mempersiapkan spesimen baja standar dengan penyelesaian permukaan yang ditentukan.
• Menerapkan beban normal yang terkontrol dan gerakan geser di bawah kondisi pelumasan yang ditentukan.
• Mencatat koefisien gesekan selama geser.
• Memeriksa permukaan spesimen pasca-uji untuk tanda-tanda galling.

Parameter kritis termasuk beban yang diterapkan, kecepatan geser, suhu, jenis pelumasan, dan kekasaran permukaan. Ini mempengaruhi kemungkinan dan severitas galling, sehingga kepatuhan yang ketat terhadap standar sangat penting untuk reproduktifitas.

Persyaratan Sampel

Sampel harus disiapkan dengan penyelesaian permukaan yang konsisten, biasanya ditentukan dalam hal kekasaran (misalnya, nilai Ra). Permukaan sering dipoles hingga kekasaran yang ditentukan untuk memastikan perbandingan. Sebelum pengujian, spesimen dibersihkan untuk menghilangkan kontaminan yang dapat mempengaruhi adhesi. Pemilihan sampel yang representatif sangat penting, karena kondisi permukaan dan mikrostruktur secara signifikan mempengaruhi hasil pengujian.

Akurasi Pengukuran

Presisi pengukuran tergantung pada peralatan yang digunakan; profilometer dan teknik mikroskopi menawarkan repeatabilitas tinggi ketika dikalibrasi dengan benar. Sumber kesalahan termasuk kontaminasi permukaan, persiapan spesimen yang tidak konsisten, dan variabilitas operator. Untuk memastikan kualitas pengukuran, kalibrasi terhadap standar yang terakreditasi, pengulangan pengujian yang banyak, dan kondisi lingkungan yang terkontrol disarankan.

Kuantifikasi dan Analisis Data

Satuan dan Skala Pengukuran

Severitas galling dikuantifikasi melalui parameter kekasaran permukaan (misalnya, Ra, Rz), ketebalan lapisan transfer, dan penilaian visual. Koefisien gesekan yang diperoleh selama pengujian tribologis berfungsi sebagai indikator kuantitatif, dengan satuan tipikal berupa tanpa dimensi atau dalam μm untuk pengukuran lapisan transfer.

Secara matematis, tingkat galling dapat dinyatakan sebagai rasio area material yang ditransfer terhadap total area kontak, sering kali direpresentasikan sebagai persentase. Misalnya:

$$\text{Rasio Area Transfer} = \frac{\text{Area Material yang Ditransfer}}{\text{Total Area Kontak}} \times 100\% $$

Ini memberikan dasar yang terstandarisasi untuk perbandingan di seluruh pengujian.

Interpretasi Data

Hasil pengujian diinterpretasikan berdasarkan ambang batas yang ditetapkan. Misalnya, koefisien gesekan yang melebihi nilai tertentu (misalnya, 0.4) dapat menunjukkan kecenderungan tinggi untuk galling. Peningkatan kekasaran permukaan setelah pengujian menunjukkan adhesi dan transfer material. Penilaian visual berkorelasi dengan data kuantitatif, memungkinkan klasifikasi ke dalam tingkat severitas.

Hasil dibandingkan dengan kriteria penerimaan yang ditentukan dalam standar atau spesifikasi pelanggan. Komponen yang menunjukkan galling