Robekan Lamelar: Cacat Utama dalam Kualitas Baja & Integritas Struktural

Definisi dan Konsep Dasar

Robekan Lamelar adalah cacat metalurgi yang ditandai dengan pembentukan pemisahan planar, mirip lamela di dalam komponen baja, yang biasanya terjadi sepanjang bidang mikrostruktur tertentu. Ini muncul sebagai patahan rapuh atau delaminasi yang menyebar sejajar dengan permukaan baja atau fitur mikrostruktur internal, sering kali selama proses manufaktur, pengolahan, atau kondisi layanan.

Cacat ini signifikan karena mengkompromikan integritas mekanik, duktilitas, dan kapasitas beban produk baja, terutama pada pelat tebal, baja berkekuatan tinggi, atau struktur yang dilas. Diakui sebagai masalah kualitas yang kritis, robekan lamelar dapat menyebabkan kegagalan katastropik jika tidak terdeteksi, menjadikannya sebagai titik fokus dalam pengendalian kualitas baja dan pengujian material.

Dalam kerangka yang lebih luas dari jaminan kualitas baja, robekan lamelar dianggap sebagai manifestasi dari kelemahan mikrostruktur yang dapat diminimalkan melalui pemilihan material yang tepat, pengendalian proses, dan pengujian. Ini terkait erat dengan bentuk patahan rapuh lainnya dan fenomena delaminasi, berfungsi sebagai indikator masalah metalurgi dan pengolahan yang mendasarinya.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Di tingkat makro, robekan lamelar muncul sebagai permukaan patahan planar, sering kali sejajar dengan permukaan baja atau sepanjang bidang internal, dengan penampilan khas yang menyerupai pemisahan berlapis atau lembaran. Pemisahan ini dapat terlihat dengan mata telanjang sebagai retakan atau delaminasi, terutama pada pelat tebal atau sambungan las.

Secara mikroskopis, robekan lamelar diidentifikasi oleh adanya mikroretakan planar atau pemisahan yang sejajar dengan fitur mikrostruktur tertentu seperti batas butir, antarmuka ferit-perlit, atau antarmuka inklusi-matriks. Di bawah mikroskop optik atau elektron, ini muncul sebagai bidang datar yang jelas atau sedikit kasar yang memotong mikrostruktur, sering kali terkait dengan mikrovoid atau inklusi.

Fitur karakteristik termasuk morfologi lamelar atau berlapis, sering kali dengan permukaan patahan yang bersih dan rapuh, serta kecenderungan untuk menyebar sepanjang bidang kristalografi atau mikrostruktur tertentu. Cacat ini mungkin lebih menonjol di daerah dengan tegangan sisa yang tinggi atau anisotropi mikrostruktur.

Mekanisme Metalurgi

Pembentukan robekan lamelar terutama dipengaruhi oleh pengaturan mikrostruktur dan adanya kelemahan mikrostruktur. Mekanisme kunci melibatkan pemisahan atau patahan rapuh sepanjang bidang dengan ketahanan patah yang rendah, seperti batas butir, antarmuka ferit-perlit, atau antarmuka inklusi-matriks.

Selama deformasi atau penerapan tegangan, mikroretakan dimulai pada diskontinuitas mikrostruktur seperti inklusi non-logam, porositas, atau mikrovoid. Retakan ini menyebar sepanjang bidang di mana mikrostruktur menawarkan sedikit resistensi, sering kali sejajar dengan arah penggulungan atau penempaan. Anisotropi mikrostruktur, dikombinasikan dengan tegangan sisa dari pengolahan, memfasilitasi pembentukan pemisahan planar.

Komposisi baja mempengaruhi kerentanan; misalnya, baja dengan kandungan sulfur atau fosfor tinggi cenderung memiliki peningkatan pembentukan inklusi, yang dapat berfungsi sebagai lokasi inisiasi retakan. Sebaliknya, elemen paduan seperti niobium atau vanadium dapat memperhalus ukuran butir dan meningkatkan ketangguhan, mengurangi kemungkinan robekan lamelar.

Kondisi pengolahan, seperti penggulungan panas, laju pendinginan, dan perlakuan panas, mempengaruhi fitur mikrostruktur seperti ukuran butir, distribusi fase, dan tingkat tegangan sisa, yang semuanya mempengaruhi kecenderungan pembentukan robekan lamelar.

Sistem Klasifikasi

Klasifikasi standar robekan lamelar sering melibatkan tingkat keparahan berdasarkan luas dan lokasi cacat:

• Tipe I (Ringan): Pemisahan lamelar kecil dan terlokalisasi yang tidak mengkompromikan integritas struktural secara keseluruhan.
• Tipe II (Sedang): Beberapa lamela atau pemisahan yang lebih besar yang mempengaruhi sebagian besar komponen, berpotensi mengurangi duktilitas.
• Tipe III (Parah): Robekan lamelar yang luas dengan delaminasi berskala besar, sering kali menyebabkan kegagalan di bawah beban layanan.

Beberapa standar, seperti ASTM A770 atau EN 10163, menetapkan kriteria berdasarkan ukuran, kedalaman, dan lokasi robekan, dengan batas penerimaan yang ditentukan untuk setiap tingkat keparahan. Klasifikasi ini membantu dalam menentukan apakah komponen dapat diperbaiki, diproduksi ulang, atau ditolak.

Dalam aplikasi praktis, pemahaman tentang klasifikasi membantu insinyur menilai risiko kegagalan dan memutuskan langkah-langkah mitigasi yang tepat selama manufaktur dan inspeksi.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Deteksi robekan lamelar melibatkan metode pengujian non-destruktif dan destruktif:

• Pemeriksaan Visual: Pemeriksaan makroskopis permukaan untuk retakan atau delaminasi yang terlihat, terutama setelah pemesinan atau persiapan permukaan.
• Pengujian Ultrasonik (UT): Menggunakan gelombang suara frekuensi tinggi untuk mendeteksi diskontinuitas planar di dalam baja. Sifat planar dari robekan lamelar menyebabkan gema atau pantulan yang khas.
• Pengujian Radiografi (RT): Radiografi sinar-X atau sinar gamma dapat mengungkapkan lamela internal sebagai indikasi linier atau planar pada radiograf.
• Pemeriksaan Partikel Magnetik (MPI): Cocok untuk baja ferromagnetik; lamela permukaan atau dekat permukaan dapat terdeteksi melalui kebocoran fluks magnetik.
• Pengujian Arus Eddy: Sensitif terhadap cacat planar permukaan dan dekat permukaan, memberikan penyaringan yang cepat.

Di antara ini, pengujian ultrasonik paling banyak digunakan untuk deteksi robekan lamelar internal karena sensitivitasnya terhadap cacat planar dan kemampuannya untuk menilai bagian tebal.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar yang relevan meliputi:

• ASTM A578: Panduan Standar untuk Pengujian Ultrasonik Pelat Baja.
• ISO 16810: Pengujian non-destruktif—Pengujian ultrasonik—Prinsip umum.
• EN 10228-3: Pengujian non-destruktif pelat baja—Pengujian ultrasonik.

Prosedur pengujian standar:

1. Persiapan: Bersihkan permukaan untuk menghilangkan skala, karat, atau kontaminan yang dapat mengganggu pengikatan ultrasonik.
2. Pengikatan: Terapkan bahan pengikat yang sesuai (gel, air, atau minyak) untuk memastikan transmisi gelombang ultrasonik yang efisien.
3. Kalibrasi: Kalibrasi peralatan ultrasonik menggunakan blok referensi dengan cacat planar yang diketahui.
4. Pemindaian: Lakukan pemindaian sistematis di seluruh permukaan, fokus pada area yang rentan terhadap robekan lamelar, seperti pelat tebal atau zona las.
5. Pencatatan Data: Catat sinyal gema, mencatat lokasi, ukuran, dan orientasi indikasi planar apa pun.
6. Evaluasi: Bandingkan sinyal dengan kriteria penerimaan yang ditentukan dalam standar yang relevan.

Parameter kritis termasuk frekuensi ultrasonik, sudut kejadian, dan pengaturan sensitivitas, yang mempengaruhi deteksi cacat.

Persyaratan Sampel

Sampel harus representatif dari batch produksi, dengan dimensi yang cukup untuk mencakup daerah kritis yang rentan terhadap robekan lamelar. Persiapan permukaan melibatkan pembersihan dan, jika perlu, penggilingan untuk memastikan permukaan yang halus dan datar untuk pengikatan ultrasonik.

Untuk pelat tebal, beberapa pemindaian pada sudut yang berbeda mungkin diperlukan untuk mendeteksi lamela