Jominy Test: Pengujian Kekerasan Esensial untuk Kualitas & Performa Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Uji Jominy, juga dikenal sebagai Uji Pendinginan Akhir Jominy, adalah prosedur metalurgi yang distandarisasi yang digunakan untuk mengevaluasi kemampuan pengerasan baja. Kemampuan pengerasan mengacu pada kemampuan baja untuk mengembangkan mikrostruktur yang mengeras, seperti martensit, ketika didinginkan dari austenitisasi, di bawah kondisi tertentu. Uji ini memberikan ukuran kuantitatif seberapa dalam tingkat kekerasan tertentu dapat dicapai setelah pendinginan.

Secara fundamental, Uji Jominy melibatkan pemanasan spesimen baja ke keadaan austenitik yang seragam, kemudian mendinginkan salah satu ujungnya dengan jet air secara cepat sambil mempertahankan sisa spesimen pada suhu tinggi. Distribusi kekerasan yang dihasilkan sepanjang panjang spesimen mencerminkan kapasitas baja untuk mengeras selama pendinginan. Informasi ini sangat penting dalam memilih kelas baja yang sesuai untuk komponen yang terkena kondisi pendinginan yang berbeda, seperti poros, roda gigi, dan bagian struktural.

Dalam kerangka jaminan kualitas baja yang lebih luas, Uji Jominy berfungsi sebagai alat penting untuk mengkarakterisasi kemampuan pengerasan baja, memungkinkan produsen dan insinyur untuk memprediksi evolusi mikrostruktur dan sifat mekanik dari komponen yang diperlakukan panas. Ini melengkapi uji lain seperti uji tarik, uji impak, dan pemeriksaan mikrostruktur, memberikan pemahaman yang komprehensif tentang potensi kinerja baja.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Manifestasi fisik dari hasil Uji Jominy adalah profil kekerasan sepanjang panjang spesimen yang telah didinginkan. Biasanya, spesimen adalah batang silindris, dengan diameter sekitar 25 mm dan panjang 100 mm. Setelah pendinginan, kekerasan diukur pada interval tertentu dari ujung yang didinginkan, biasanya menggunakan penguji kekerasan Rockwell atau Vickers.

Di tingkat makro, spesimen menunjukkan gradien dalam kekerasan, dengan kekerasan tertinggi dekat ujung yang didinginkan, secara bertahap menurun menuju ujung bebas. Gradien ini secara visual menunjukkan sejauh mana pengerasan dicapai pada kedalaman yang berbeda. Secara mikroskopis, daerah dekat ujung yang didinginkan sering mengandung martensit, mikrostruktur yang keras dan rapuh, sementara daerah yang lebih jauh mungkin terdiri dari bainit, perlit, atau ferit, tergantung pada komposisi baja dan laju pendinginan.

Fitur karakteristik termasuk zona transisi kekerasan yang jelas, yang dapat tajam atau bertahap, tergantung pada kandungan paduan baja dan parameter perlakuan panas. Profil kekerasan memberikan ukuran visual dan kuantitatif langsung dari kemampuan baja untuk mengeras, yang berkorelasi dengan konstituen mikrostrukturnya dan sifat mekaniknya.

Mekanisme Metalurgi

Dasar metalurgi dari Uji Jominy bergantung pada kemampuan pengerasan baja, yang diatur oleh perilaku transformasi mikrostrukturnya selama pendinginan cepat. Ketika baja dipanaskan ke bidang fase austenitik, mikrostrukturnya menjadi austenit kubik pusat muka (FCC) yang homogen. Setelah pendinginan, transformasi menjadi martensit, bainit, atau mikrostruktur lainnya tergantung pada laju pendinginan dan elemen paduan yang ada.

Dari segi mikrostruktur, pembentukan martensit melibatkan transformasi geser tanpa difusi, di mana austenit dengan cepat berubah menjadi martensit tetragonal pusat tubuh (BCT) yang jenuh. Kedalaman pembentukan martensit terkait langsung dengan kemampuan pengerasan baja. Baja dengan kandungan paduan tinggi, seperti kromium, molibdenum, atau nikel, cenderung memiliki kemampuan pengerasan yang lebih tinggi, memungkinkan martensit terbentuk lebih dalam ke dalam spesimen selama pendinginan.

Komposisi kimia mempengaruhi kinetika transformasi dengan menstabilkan austenit atau menunda pembentukan bainit atau perlit. Kondisi pemrosesan, termasuk suhu austenitisasi dan media pendinginan, juga berdampak signifikan pada evolusi mikrostruktur. Interaksi faktor-faktor ini menentukan distribusi kekerasan yang diamati dalam Uji Jominy.

Sistem Klasifikasi

Klasifikasi hasil Uji Jominy terutama berputar di sekitar profil kekerasan dan kedalaman pengerasan. Umumnya, hasil uji dinyatakan sebagai jarak dari ujung yang didinginkan di mana tingkat kekerasan tertentu dicapai, biasanya 50 HRC atau 500 HV.

Klasifikasi standar melibatkan pengelompokan baja ke dalam kelompok berdasarkan kurva kemampuan pengerasan mereka:

• Kemampuan Pengerasan Tinggi: Baja yang menunjukkan pengerasan dalam yang dalam, dengan kekerasan yang ditentukan dicapai pada jarak lebih dari 100 mm dari ujung yang didinginkan.
• Kemampuan Pengerasan Sedang: Baja yang mencapai kekerasan target dalam 50–100 mm.
• Kemampuan Pengerasan Rendah: Baja yang mencapai kekerasan hanya dalam 20–50 mm pertama dari ujung yang didinginkan.

Klasifikasi ini membantu dalam memilih kelas baja yang sesuai untuk aplikasi tertentu, di mana kedalaman pengerasan yang diperlukan berkorelasi dengan ukuran komponen dan kondisi layanan. Standar American Society for Testing and Materials (ASTM) E1181 memberikan pedoman untuk menginterpretasikan dan membandingkan hasil uji Jominy.

Dalam istilah praktis, klasifikasi membantu insinyur dalam memprediksi sifat mikrostruktural dan mekanik dari bagian yang diperlakukan panas, memastikan bahwa kemampuan pengerasan baja sesuai dengan persyaratan desain komponen.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Metode deteksi inti untuk Uji Jominy melibatkan pengukuran kekerasan di berbagai titik sepanjang panjang spesimen. Ini biasanya dilakukan menggunakan penguji kekerasan portabel atau laboratorium, seperti mesin kekerasan Rockwell atau Vickers.

Proses dimulai dengan menandai spesimen pada jarak yang telah ditentukan dari ujung yang didinginkan, sering kali pada interval 10 mm. Kekerasan kemudian diukur di setiap titik, dengan penguji menerapkan beban tertentu untuk durasi yang ditetapkan. Nilai kekerasan yang dihasilkan dicatat dan dipetakan terhadap jarak dari ujung yang didinginkan untuk menghasilkan profil kekerasan.

Teknik canggih termasuk sistem pemetaan kekerasan otomatis, yang dapat dengan cepat memindai permukaan spesimen dan menghasilkan peta distribusi kekerasan yang terperinci. Sistem ini meningkatkan konsistensi pengukuran dan mengurangi kesalahan manusia.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar utama yang mengatur Uji Jominy termasuk ASTM E1181, ISO 642, dan EN 10083-3. Standar ini menetapkan dimensi spesimen, prosedur pemanasan, metode pendinginan, dan protokol pengukuran kekerasan.

Prosedur standar melibatkan:

• Menyiapkan spesimen silindris dengan permukaan yang bersih dan halus.
• Memanaskan spesimen secara seragam hingga suhu austenitisasi (biasanya 850–950°C) dan menahan selama waktu tertentu untuk memastikan mikrostruktur yang seragam.
• Pendinginan salah satu ujung dengan jet air atau media pendinginan cepat lainnya, memastikan laju pendinginan yang konsisten dan terkontrol.
• Memberi waktu pada spesimen untuk mendingin hingga suhu kamar.
• Menandai spesimen pada interval tertentu dari ujung yang didinginkan.
• Mengukur kekerasan di setiap tanda menggunakan penguji kekerasan yang terkalibrasi, mengikuti beban dan waktu tinggal standar.

Parameter kritis termasuk suhu austenitisasi, laju aliran media pendinginan, dan interval pengukuran. Variasi dalam parameter ini dapat mempengaruhi profil kekerasan secara signifikan dan, akibatnya, interpretasi kemampuan pengerasan.

Persyaratan Sampel

Spesimen standar adalah batang silindris, biasanya 25 mm dalam diameter dan 100 mm dalam panjang, disiapkan dengan permukaan yang halus dan bersih bebas dari lapisan skala atau oksida. Kondisi permukaan, seperti penggilingan atau pemolesan, memastikan pengukuran kekerasan yang akurat.

Pemilihan sampel sangat penting; spesimen harus representatif dari batch baja, dengan mikrostruktur dan komposisi yang seragam. Beberapa spesimen mungkin diuji untuk memperhitungkan variabilitas, dan hasilnya dirata-ratakan untuk keandalan.

Persiapan spesimen yang tepat meminimalkan kesalahan pengukuran yang disebabkan oleh kekasaran perm