Makro-Etch: Teknik Kunci untuk Mendeteksi Cacat Baja dan Menjamin Kualitas

Definisi dan Konsep Dasar

Macro-Etch adalah teknik pemeriksaan metalografi yang digunakan dalam industri baja untuk mengungkap fitur makrostruktural, cacat, dan karakteristik permukaan dari spesimen baja melalui etsa kimia. Ini melibatkan penerapan reagen kimia pada permukaan baja yang dipoles untuk secara selektif melarutkan atau bereaksi dengan konstituen mikrostruktural tertentu, sehingga menonjolkan fitur yang terlihat pada skala makroskopik atau mendekati makroskopik.

Proses ini sangat penting dalam pengendalian kualitas, analisis kegagalan, dan karakterisasi mikrostruktural, memberikan wawasan kritis tentang struktur internal, segregasi, inklusi, dan potensi cacat produk baja. Etsa makro adalah metode non-destruktif atau minimal destruktif yang melengkapi analisis mikroskopis, memungkinkan penilaian cepat terhadap area permukaan yang besar dan integritas struktural secara keseluruhan.

Dalam kerangka yang lebih luas dari jaminan kualitas baja, etsa makro berfungsi sebagai langkah awal yang penting untuk mengidentifikasi cacat makro seperti zona segregasi, retakan, atau inklusi, yang dapat mengompromikan sifat mekanis atau kinerja layanan. Ini membantu metalurgis dan inspektur kualitas dalam menghubungkan fitur mikrostruktural dengan riwayat pemrosesan, memastikan bahwa baja sesuai dengan standar dan kriteria kinerja yang ditentukan.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Di tingkat makro, etsa makro menghasilkan pola visual yang kontras pada permukaan baja, menyoroti fitur seperti batas butir, zona segregasi, inklusi, retakan, dan cacat makro lainnya. Permukaan yang teretsa mengungkapkan perbedaan dalam reaktivitas kimia dan laju pelarutan di antara berbagai konstituen mikrostruktural, menghasilkan kontras warna yang terlihat, perubahan warna, atau relief permukaan.

Secara mikroskopis, etsa makro mengungkapkan susunan mikrostruktural yang kasar, termasuk ukuran butir, bentuk, dan distribusi fase seperti ferit, perlit, bainit, atau martensit. Ini juga dapat mengekspos inklusi besar, porositas, atau pola makro-segregasi yang tidak dapat terlihat melalui inspeksi visual sederhana.

Fitur karakteristik termasuk pewarnaan yang tidak merata, garis batas yang jelas, atau pola etsa yang terlokalisasi yang membedakan berbagai daerah mikrostruktural. Fitur-fitur ini sangat penting untuk mengevaluasi homogenitas baja, mendeteksi makro-segregasi, dan menilai efek kondisi pemrosesan.

Mekanisme Metalurgi

Dasar metalurgi dari etsa makro terletak pada reaktivitas kimia diferensial dari berbagai konstituen dan fase mikrostruktural dalam baja. Ketika etan kimia diterapkan, ia bereaksi secara preferensial dengan fase tertentu, seperti ferit, semenit, atau inklusi, melarutkan atau mengubah permukaannya lebih cepat daripada material di sekitarnya.

Interaksi mikrostruktural yang mendasari melibatkan perbedaan dalam distribusi elemen paduan, komposisi fase, dan kimia batas butir. Misalnya, daerah yang kaya akan elemen paduan seperti kromium atau molibdenum mungkin tahan terhadap etsa, tampak lebih gelap, sementara daerah feritik lebih mudah teretsa, tampak lebih terang.

Kondisi pemrosesan seperti laju pendinginan, perlakuan panas, dan komposisi paduan mempengaruhi kerentanan mikrostruktur terhadap etsa. Segregasi elemen paduan selama pembekuan atau pengecoran dapat menyebabkan zona makro-segregasi yang teretsa dengan jelas, mengungkapkan inhomogenitas yang penting untuk menilai kualitas baja.

Sistem Klasifikasi

Klasifikasi standar hasil etsa makro sering melibatkan penilaian kualitatif dan semi-kuantitatif berdasarkan sejauh mana dan sifat fitur yang terungkap:

• Grade 1 (Luar Biasa): Etsa yang seragam dengan cacat makro yang terlihat minimal; mikrostruktur tampak homogen, tanpa segregasi atau inklusi yang signifikan.
• Grade 2 (Baik): Sedikit makro-segregasi atau inklusi; ketidakteraturan permukaan kecil; cocok untuk sebagian besar aplikasi.
• Grade 3 (Cukup): Zona segregasi yang terlihat, inklusi besar, atau ketidakteraturan permukaan; mungkin memerlukan pemrosesan atau inspeksi lebih lanjut.
• Grade 4 (Buruk): Makro-segregasi yang parah, retakan, atau inklusi besar; menunjukkan masalah pemrosesan yang signifikan atau risiko kegagalan potensial.

Interpretasi tergantung pada standar industri, persyaratan aplikasi, dan grade baja tertentu. Untuk komponen kritis, bahkan cacat makro kecil mungkin tidak dapat diterima, memerlukan klasifikasi dan kontrol yang ketat.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Metode utama untuk deteksi etsa makro melibatkan etsa kimia pada permukaan baja dengan reagen yang sesuai, seperti nital (campuran asam nitrat dan alkohol), pikral, atau etan khusus lainnya yang disesuaikan dengan jenis baja dan mikrostruktur.

Proses dimulai dengan persiapan permukaan—penggilingan dan pemolesan—untuk menghasilkan permukaan yang halus dan bersih tanpa goresan atau kontaminan. Spesimen kemudian dicelupkan ke dalam etan untuk durasi yang terkontrol, biasanya dari detik hingga menit, tergantung pada material dan kontras yang diinginkan.

Setelah etsa, inspeksi visual dilakukan di bawah kondisi pencahayaan yang memadai, sering kali dengan pembesaran atau sistem pencitraan digital, untuk mengidentifikasi fitur mikrostruktural. Teknik modern mungkin menggabungkan analisis citra digital untuk mengukur sejauh mana segregasi atau ukuran cacat.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar internasional yang relevan termasuk ASTM E407 ("Praktik Standar untuk Mikroetsa Logam dan Paduan") dan ISO 26203 ("Baja—Persiapan Spesimen Uji dan Pemeriksaan Mikrostruktural"). Standar ini menetapkan prosedur untuk persiapan spesimen, pemilihan etan, durasi etsa, dan kriteria inspeksi.

Prosedur tipikal melibatkan:

• Memotong spesimen representatif dari produk baja.
• Memasang dan memoles permukaan spesimen hingga selesai cermin.
• Membersihkan spesimen untuk menghilangkan kotoran dan minyak.
• Menerapkan etan secara merata menggunakan kuas, semprotan, atau celup.
• Mencuci dan mengeringkan spesimen setelah etsa.
• Melakukan inspeksi di bawah pencahayaan yang sesuai, mungkin dengan pencitraan digital.

Parameter kritis termasuk konsentrasi etan, waktu celup, suhu, dan kualitas penyelesaian permukaan, semuanya mempengaruhi kejernihan dan reproduktifitas hasil.

Persyaratan Sampel

Sampel harus representatif dari batch atau komponen baja, dengan area permukaan yang cukup besar untuk mengungkap fitur mikrostruktural—biasanya setidaknya 50 mm x 50 mm. Persiapan permukaan melibatkan penggilingan dengan abrasif yang semakin halus, diikuti dengan pemolesan menggunakan suspensi berlian atau pasta alumina untuk mencapai penyelesaian seperti cermin.

Kebersihan permukaan sangat penting; kontaminan atau goresan dapat mengaburkan fitur atau menghasilkan artefak. Untuk pengecoran atau pengelasan, pengambilan sampel harus mencakup daerah yang rentan terhadap segregasi atau cacat.

Akurasi Pengukuran

Akurasi pengukuran tergantung pada persiapan spesimen, konsistensi etan, dan kondisi inspeksi. Reproduktivitas ditingkatkan melalui prosedur standar, komposisi etan yang terkontrol, dan waktu yang konsisten.

Sumber kesalahan termasuk over-etching (yang mengarah pada pelarutan berlebihan), under-etching (kontras yang tidak cukup), atau kontaminasi permukaan. Kalibrasi dengan spesimen referensi dan beberapa pengukuran meningkatkan keandalan.

Untuk memastikan kualitas, laboratorium sering melakukan pengujian ulang, menggunakan sampel kontrol, dan mempertahankan dokumentasi proses yang rinci.

Kuantifikasi dan Analisis Data

Satuan dan Skala Pengukuran

Penilaian kuantitatif melibatkan peng