Retakan Penggilingan: Cacat Utama dalam Pengendalian Kualitas dan Pengujian Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Retakan penggilingan adalah fraktur superfisial atau subsurface yang berkembang di permukaan komponen baja selama atau setelah operasi penggilingan. Retakan ini ditandai dengan celah halus, sering kali seperti garis rambut, yang dapat membentang di seluruh permukaan atau sedikit di bawahnya, mengkompromikan integritas produk baja. Mereka adalah cacat kritis dalam industri baja karena dapat berfungsi sebagai titik awal untuk kegagalan kelelahan, korosi, atau propagasi retakan lebih lanjut, sehingga mengurangi umur layanan dan keandalan bagian baja.

Dalam konteks pengendalian kualitas baja dan pengujian material, retakan penggilingan dianggap sebagai cacat permukaan yang menunjukkan parameter penggilingan yang tidak tepat, masalah stres residual, atau kerentanan mikrostruktur. Mendeteksi dan mencegah retakan penggilingan sangat penting untuk memastikan kinerja mekanis, daya tahan, dan keselamatan komponen baja, terutama dalam aplikasi stres tinggi seperti dirgantara, otomotif, dan rekayasa struktural.

Dalam kerangka yang lebih luas dari jaminan kualitas baja, retakan penggilingan berfungsi sebagai indikator kekurangan pengendalian proses dan stabilitas mikrostruktur. Kehadiran mereka sering kali mendorong analisis metalurgi yang mendetail dan penyesuaian proses untuk mengurangi terjadinya, sehingga menjaga integritas dan standar kinerja produk baja.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Di tingkat makro, retakan penggilingan muncul sebagai celah halus yang terlihat di permukaan baja, sering kali menyerupai jaringan garis tipis. Retakan ini dapat terdeteksi secara visual di bawah pembesaran atau melalui teknik inspeksi permukaan seperti pengujian penetran pewarna atau inspeksi partikel magnetik.

Secara mikroskopis, retakan penggilingan ditandai dengan celah sempit dan memanjang yang dapat menembus beberapa mikrometer hingga beberapa puluh mikrometer di bawah permukaan. Di bawah mikroskop metalurgi, mereka sering muncul sebagai fraktur tajam dan bersih dengan deformasi plastik minimal, menunjukkan mode kegagalan rapuh.

Fitur karakteristik termasuk orientasinya—sering kali sejajar atau tegak lurus terhadap arah penggilingan—dan kecenderungannya untuk berkumpul di daerah dengan stres residual tinggi atau heterogenitas mikrostruktur. Mereka juga dapat terkait dengan mikrovoid, inklusi, atau mikroretakan yang bertindak sebagai situs inisiasi.

Mekanisme Metalurgi

Retakan penggilingan terutama dihasilkan dari interaksi stres mekanis selama penggilingan dan karakteristik mikrostruktur baja. Proses penggilingan melibatkan panas lokal yang tinggi dan gaya mekanis yang menginduksi stres residual—baik tarik atau tekan—di permukaan.

Jika stres tarik residual melebihi ketangguhan fraktur lokal baja, mikroretakan dapat dimulai di heterogenitas mikrostruktur seperti inklusi, karbida, atau batas butir. Pendinginan cepat dan gradien termal selama penggilingan dapat menyebabkan kejutan termal, yang mengarah pada fraktur rapuh di sepanjang bidang mikrostruktur.

Komposisi baja mempengaruhi kerentanan; misalnya, baja karbon tinggi atau yang memiliki mikrostruktur kasar lebih rentan terhadap retakan. Kondisi pemrosesan seperti kecepatan penggilingan tinggi, laju umpan berlebihan, atau pendinginan yang tidak memadai memperburuk konsentrasi stres dan mendorong pembentukan retakan.

Faktor mikrostruktur seperti ukuran butir, distribusi fase, dan kandungan inklusi secara signifikan mempengaruhi inisiasi dan propagasi retakan. Mikrostruktur yang halus dan homogen cenderung menahan pembentukan retakan, sedangkan mikrostruktur yang kasar atau rapuh memfasilitasi perkembangan retakan.

Sistem Klasifikasi

Klasifikasi standar retakan penggilingan sering melibatkan penilaian tingkat keparahan berdasarkan panjang retakan, kepadatan, dan kedalaman. Kategori umum meliputi:

• Retakan kecil: Celah halus yang terbatas pada permukaan, dengan dampak minimal pada sifat mekanis.
• Retakan sedang: Retakan yang membentang sedikit di bawah permukaan, berpotensi mempengaruhi umur kelelahan.
• Retakan parah: Celah dalam dan luas yang mengkompromikan seluruh penampang dan dapat menyebabkan kegagalan segera.

Beberapa standar, seperti ASTM E1417 atau ISO 10567, menetapkan kriteria untuk panjang dan kepadatan retakan untuk mengkategorikan tingkat keparahan. Misalnya, retakan yang kurang dari 0,1 mm dalam panjang mungkin dapat diterima dalam aplikasi tertentu, sedangkan retakan yang melebihi 0,5 mm dianggap kritis.

Dalam aplikasi praktis, klasifikasi ini memandu keputusan penerimaan atau penolakan, strategi perbaikan, dan penyesuaian proses. Memahami tingkat keparahan membantu dalam menilai risiko kegagalan dan menentukan tindakan perbaikan yang diperlukan.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Metode deteksi yang paling umum untuk retakan penggilingan adalah pengujian penetran pewarna (PT). Teknik nondestruktif ini melibatkan penerapan pewarna cair ke permukaan, yang menembus ke dalam retakan yang memecahkan permukaan. Setelah penghapusan pewarna yang berlebihan, pengembang diterapkan untuk menarik pewarna dari retakan, membuatnya terlihat di bawah cahaya UV atau cahaya putih.

Inspeksi partikel magnetik (MPI) juga banyak digunakan, terutama untuk baja ferromagnetik. Ini melibatkan memagnetisasi permukaan baja dan menerapkan partikel ferromagnetik yang mengumpul di lokasi retakan, mengungkapkan retakan permukaan dan dekat permukaan.

Pengujian ultrasonik (UT) dapat mendeteksi retakan subsurface dengan mengirimkan gelombang suara frekuensi tinggi ke dalam material dan menganalisis pantulan dari batas retakan. Namun, UT kurang sensitif terhadap retakan permukaan yang sangat halus dibandingkan dengan PT dan MPI.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar yang relevan termasuk ASTM E1417 (Praktik Standar untuk Pengujian Penetran Cair), ISO 3452 (Pengujian nondestruktif—pengujian penetran cair), dan EN 571-1. Prosedur tipikal melibatkan:

• Pembersihan permukaan untuk menghilangkan minyak, lemak, atau kerak.
• Penerapan pewarna penetran dan waktu diam (biasanya 10-30 menit).
• Penghapusan pewarna penetran yang berlebihan.
• Penerapan pengembang untuk menarik pewarna dari retakan.
• Inspeksi visual di bawah kondisi pencahayaan yang sesuai, sering kali cahaya UV untuk pewarna fluoresen.

Parameter kritis termasuk jenis penetran, waktu diam, suhu, dan kebersihan permukaan, semuanya mempengaruhi sensitivitas deteksi. Pengendalian yang tepat terhadap parameter ini memastikan deteksi retakan yang dapat diandalkan.

Persyaratan Sampel

Sampel harus representatif dari batch produksi, dengan permukaan yang disiapkan untuk hasil akhir yang bersih dan halus. Kekasaran permukaan harus diminimalkan untuk mencegah penutupan retakan atau menjebak penetran. Untuk komponen besar, area permukaan standar ditetapkan untuk pengujian.

Kondisi permukaan melibatkan penggilingan atau pemolesan untuk menghilangkan kontaminan permukaan dan ketidakteraturan mikrostruktur yang dapat mengganggu deteksi. Orientasi dan lokasi sampel harus dipilih untuk memaksimalkan visibilitas retakan, terutama di daerah dengan stres tinggi.

Akurasi Pengukuran

Pengujian penetran pewarna menawarkan sensitivitas tinggi untuk retakan yang memecahkan permukaan, dengan batas deteksi hingga beberapa mikrometer dalam lebar retakan. Repetabilitas tergantung pada keterampilan operator, persiapan permukaan, dan kalibrasi peralatan.

Sumber kesalahan termasuk pembersihan permukaan yang tidak tepat, waktu diam penetran yang tidak memadai, atau penghapusan pewarna yang berlebihan yang tidak memadai. Reproduksibilitas dapat ditingkatkan melalui prosedur standar, pelatihan operator, dan langkah-langkah pengendalian kualitas seperti kalibrasi dengan standar referensi.

Kuantifikasi dan Analisis Data

Satuan dan Skala Pengukuran

Panjang retakan biasanya diukur dalam milimeter (mm), dengan total panjang retakan per unit area dinyatakan sebagai milimeter per sent