Makro-etching pada Baja: Teknik Kunci untuk Mendeteksi Cacat Internal

Definisi dan Konsep Dasar

Makro-etching adalah teknik 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 atau disiapkan untuk secara selektif melarutkan atau mengungkap konstituen mikrostruktural, inklusi, atau cacat pada skala makroskopis.

Proses ini memberikan kontras visual antara fase yang berbeda, batas butir, dan anomali permukaan, memungkinkan insinyur dan metalurg untuk menilai kualitas, homogenitas, dan integritas produk baja. Makro-etching adalah dasar dalam pengendalian kualitas, analisis kegagalan, dan optimasi proses, berfungsi sebagai metode cepat dan hemat biaya untuk inspeksi awal sebelum pemeriksaan mikroskopis yang lebih rinci.

Dalam kerangka jaminan kualitas baja yang lebih luas, makro-etching bertindak sebagai alat diagnostik awal yang memandu analisis mikroskopis lebih lanjut, membantu mengidentifikasi masalah pemrosesan, dan memverifikasi efektivitas perlakuan panas atau kontrol manufaktur. Ini adalah langkah penting dalam rantai evaluasi metalurgi, menjembatani inspeksi bahan baku dan karakterisasi mikrostruktural yang rinci.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Di tingkat makro, makro-etching menghasilkan pola visual yang berbeda, sering kali kontras, pada permukaan baja, menyoroti fitur seperti batas butir, zona segregasi, inklusi, dan cacat permukaan. Permukaan yang teretsa muncul dengan berbagai nuansa warna atau reflektivitas, tergantung pada reagen yang digunakan dan mikrostruktur yang mendasarinya.

Dalam istilah mikroskopis, makro-etching mengungkap distribusi, ukuran, dan morfologi konstituen mikrostruktural seperti ferit, perlit, bainit, martensit, atau karbida. Ini juga dapat mengekspos cacat makro seperti retakan, porositas, atau ketidakberaturan permukaan. Fitur karakteristik biasanya terlihat dengan mata telanjang atau di bawah pembesaran rendah (hingga 10x), memberikan gambaran umum tentang kondisi internal dan permukaan baja.

Fitur karakteristik mencakup batas butir yang jelas, kontras fase, kluster inklusi, dan ketidakberaturan permukaan. Misalnya, baja yang teretsa dengan baik mungkin menunjukkan batas butir yang jelas, sementara spesimen yang teretsa buruk mungkin tampak seragam atau tanpa fitur, menyembunyikan detail penting.

Mekanisme Metalurgi

Dasar metalurgi dari makro-etching terletak pada reaktivitas kimia diferensial dari berbagai fase mikrostruktural dan inklusi dalam baja. Etsan secara selektif melarutkan atau bereaksi dengan konstituen tertentu, menciptakan kontras yang membedakan fitur struktural.

Mikrostruktur baja terdiri dari fase-fase seperti ferit, semenit, martensit, bainit, atau austenit yang tertahan, masing-masing dengan komposisi kimia dan sifat fisik yang berbeda. Etsan berinteraksi secara berbeda dengan fase-fase ini, sering kali lebih memilih melarutkan karbida atau daerah batas butir, sehingga mengungkap morfologinya.

Mekanisme yang mendasari melibatkan reaksi kimia antara ets dan permukaan baja, yang dipengaruhi oleh komposisi baja, sejarah perlakuan panas, dan pemrosesan sebelumnya. Misalnya, etsan berbasis asam mungkin melarutkan semenit atau karbida lebih cepat daripada ferit, menciptakan kontras yang terlihat. Heterogenitas mikrostruktural, seperti segregasi elemen paduan atau distribusi inklusi, juga mempengaruhi perilaku etsa.

Proses ini diatur oleh parameter seperti konsentrasi etsan, suhu, dan waktu paparan, yang harus dikontrol dengan hati-hati untuk mencapai kontras optimal tanpa over-etching atau kerusakan permukaan.

Sistem Klasifikasi

Hasil makro-etching sering diklasifikasikan berdasarkan kejelasan, kontras, dan detail fitur yang diungkap. Kriteria klasifikasi umum meliputi:

• Jenis pola etsa: Pola seragam, batas butir, kaya inklusi, atau pola spesifik cacat.
• Severitas fitur: Delineasi batas butir minor versus segregasi luas atau cacat makro.
• Kualitas kontras: Kontras tinggi dengan delineasi tajam versus pola lemah atau difus.

Dalam praktiknya, kualitas makro-etching dinilai sebagai:

• Excellent: Fitur yang jelas dan tajam dengan kontras tinggi, memungkinkan penilaian rinci.
• Good: Kontras yang memadai dengan fitur yang dapat dikenali, cocok untuk inspeksi rutin.
• Fair: Kontras terbatas, beberapa fitur terlihat tetapi kurang jelas.
• Poor: Kontras tidak memadai, fitur tidak jelas, memerlukan re-etching atau metode alternatif.

Interpretasi klasifikasi ini memandu keputusan tentang kesesuaian material, kontrol proses, dan pengujian lebih lanjut.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Metode utama untuk makro-etching melibatkan etsa kimia spesimen baja dengan reagen yang sesuai, seperti Nital (campuran asam nitrat dan alkohol), Picral, atau etsan khusus lainnya. Proses ini mencakup:

• Persiapan permukaan: memoles atau menggerinda hingga hasil akhir seperti cermin untuk menghilangkan ketidakberaturan permukaan.
• Penerapan etsan: baik dengan perendaman, menyikat, atau menyemprot.
• Pengendalian etsa: paparan selama durasi tertentu di bawah suhu yang terkontrol.
• Pencucian dan pengeringan: untuk menghentikan reaksi dan mempertahankan pola yang teretsa.

Penilaian visual dilakukan dengan memeriksa spesimen di bawah kondisi pencahayaan yang memadai, sering kali dengan kaca pembesar sederhana atau mikroskop daya rendah.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar internasional yang relevan meliputi:

• ASTM E407: Praktik Standar untuk Mikro-etching Logam dan Paduan.
• ISO 26203: Material logam — Pemeriksaan mikrograpik.
• EN 10204: Sertifikasi produk baja, termasuk persyaratan makro-etching.

Prosedur tipikal melibatkan:

1. Persiapan permukaan: menggerinda dengan abrasif yang semakin halus untuk mencapai permukaan yang halus dan bebas gores.
2. Pembersihan: menghilangkan minyak, lemak, atau residu yang dapat mengganggu etsa.
3. Penerapan etsan: menggunakan reagen standar, seperti Nital (2-5% asam nitrat dalam alkohol), diterapkan secara merata.
4. Durasi etsa: biasanya antara 5 detik hingga 2 menit, tergantung pada jenis baja dan kontras yang diinginkan.
5. Pencucian: dengan air atau alkohol untuk menghentikan reaksi.
6. Pengeringan: dengan udara terkompresi atau kain bebas serat.
7. Pemeriksaan: di bawah pencahayaan yang memadai, dengan atau tanpa pembesaran.

Parameter kritis meliputi konsentrasi etsan, suhu (sering kali suhu ruangan), dan waktu paparan, yang mempengaruhi kejelasan dan reproduktifitas hasil.

Persyaratan Sampel

Sampel harus representatif dari batch produksi, dengan permukaan datar dan halus yang disiapkan dengan menggerinda dan memoles untuk menghilangkan ketidakberaturan permukaan. Kondisi permukaan memastikan etsa yang seragam dan interpretasi yang akurat.

Spesimen biasanya dipotong dari produk baja, seperti billet, batang, atau lembaran, dengan dimensi yang sesuai dengan spesifikasi standar (misalnya, 50 mm x 50 mm x 10 mm). Persiapan permukaan yang tepat sangat penting, karena goresan permukaan atau kontaminasi dapat menyembunyikan fitur atau menghasilkan hasil yang menyesatkan.

Akurasi Pengukuran

Sementara makro-etching terutama bersifat kualitatif, beberapa penilaian semi-kuant