Fotomikrograf dalam Pengujian Baja: Kunci untuk Analisis Mikrostruktur dan Kontrol Kualitas

Definisi dan Konsep Dasar

Sebuah fotomikrograf adalah gambar fotografis yang diambil melalui mikroskop yang menggambarkan mikrostruktur dari spesimen baja. Ini berfungsi sebagai alat penting dalam metalografi, memungkinkan visualisasi rinci dari fitur internal baja pada pembesaran yang biasanya berkisar dari beberapa puluh hingga beberapa ribu kali. Dalam konteks pengendalian kualitas baja dan pengujian material, fotomikrograf sangat penting untuk menganalisis struktur butir, distribusi fase, inklusi, presipitat, dan konstituen mikrostruktur lainnya yang mempengaruhi sifat mekanik dan kinerja.

Pada dasarnya, fotomikrograf memberikan catatan visual dari keadaan mikrostruktur baja, memungkinkan metalurgis dan insinyur kualitas untuk menilai efek dari pemrosesan, perlakuan panas, dan elemen paduan. Ini memainkan peran penting dalam mengidentifikasi cacat, mengevaluasi keseragaman mikrostruktur, dan memverifikasi kesesuaian dengan spesifikasi. Sebagai bagian dari kerangka kerja yang lebih luas dari jaminan kualitas baja, fotomikrograf mendukung proses pengambilan keputusan yang terkait dengan pemilihan material, optimasi proses, dan analisis kegagalan.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Pada tingkat makro, fotomikrograf muncul sebagai gambar dua dimensi yang menampilkan mikrostruktur internal dari sampel baja, sering kali mengungkapkan fitur-fitur seperti batas butir, antarmuka fase, dan inklusi. Gambar-gambar ini biasanya diambil dari spesimen yang dipoles dan diukir, di mana pengukir secara selektif mengungkapkan fitur mikrostruktur dengan menciptakan kontras berdasarkan perbedaan dalam reaktivitas kimia.

Pada tingkat mikroskopis, fotomikrograf menunjukkan berbagai fitur tergantung pada komposisi baja dan sejarah perlakuan panas. Misalnya, dalam mikrograf baja karbon, Anda mungkin mengamati koloni ferit dan perlit, sementara dalam baja paduan, martensit atau bainit mungkin terlihat. Fitur karakteristik termasuk ukuran butir, bentuk, dan distribusi, serta keberadaan inklusi non-logam atau presipitat, yang dapat diidentifikasi berdasarkan morfologi dan kontrasnya.

Fitur karakteristik yang mengidentifikasi fenomena ini termasuk batas fase yang jelas, variasi nuansa abu-abu atau kontras warna (jika pencitraan warna digunakan), dan pola mikrostruktur tertentu seperti struktur Widmanstätten atau fase berjalur. Kejelasan dan resolusi fitur-fitur ini tergantung pada kualitas persiapan spesimen dan kondisi pencitraan.

Mekanisme Metalurgi

Pembentukan mikrostruktur yang divisualisasikan dalam fotomikrograf diatur oleh mekanisme metalurgi yang melibatkan transformasi fase, pembekuan, dan proses difusi. Selama pendinginan dan perlakuan panas, austenit berubah menjadi berbagai konstituen mikrostruktur seperti ferit, perlit, bainit, atau martensit, tergantung pada laju pendinginan dan elemen paduan.

Fitur mikrostruktur yang diamati dalam fotomikrograf mencerminkan interaksi metalurgi yang mendasarinya. Misalnya, struktur lamelar perlit dihasilkan dari transformasi eutektik austenit menjadi lapisan bergantian ferit dan semen. Ukuran dan distribusi fase-fase ini dipengaruhi oleh komposisi paduan, laju pendinginan, dan sejarah mikrostruktur sebelumnya.

Komposisi baja memainkan peran penting; kandungan karbon yang lebih tinggi mendorong pembentukan semen, sementara elemen paduan seperti kromium, molibdenum, dan nikel mempengaruhi stabilitas fase dan suhu transformasi. Kondisi pemrosesan seperti penggulungan, penempaan, dan parameter perlakuan panas menentukan morfologi mikrostruktur, ukuran butir, dan distribusi inklusi, semuanya yang secara visual diwakili dalam fotomikrograf.

Sistem Klasifikasi

Klasifikasi standar mikrostruktur yang diamati dalam fotomikrograf didasarkan pada kategori metalografi yang telah ditetapkan. Ini termasuk:

• Ferit: Fase lunak dan ulet dengan struktur kubik berpusat badan (BCC), muncul sebagai daerah terang.
• Perlit: Lamela bergantian dari ferit dan semen, dengan penampilan berjalur yang khas.
• Martensit: Fase supersaturasi, berbentuk jarum atau lath yang terbentuk oleh pendinginan cepat, muncul sebagai struktur gelap yang mirip jarum.
• Bainit: Mikrostruktur akicular atau mirip pelat yang terbentuk pada laju pendinginan menengah, dengan penampilan granular yang khas.
• Inklusi: Partikel non-logam seperti oksida, sulfida, atau silikat, muncul sebagai titik atau bentuk gelap yang tidak teratur.

Penilaian keparahan atau kualitas sering mengkategorikan mikrostruktur berdasarkan ukuran butir (nomor ukuran butir), keseragaman distribusi fase, dan kandungan inklusi. Misalnya, ASTM E112 menyediakan sistem klasifikasi ukuran butir, sementara standar lainnya menetapkan tingkat inklusi yang dapat diterima dan homogenitas mikrostruktur untuk berbagai kelas baja.

Interpretasi klasifikasi membimbing kriteria penerimaan dalam manufaktur, memastikan bahwa fitur mikrostruktur memenuhi persyaratan kinerja untuk kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan korosi.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Metode utama untuk mendeteksi dan menganalisis mikrostruktur dalam baja adalah mikroskopi optik, sering kali dikombinasikan dengan persiapan metalografi. Proses ini melibatkan pemolesan spesimen hingga permukaan cermin, diikuti dengan pengukiran menggunakan reagen yang sesuai untuk mengungkapkan fitur mikrostruktur.

Mikroskop optik beroperasi berdasarkan prinsip refleksi dan transmisi cahaya, di mana kontras muncul dari perbedaan dalam sifat optik fase dan inklusi. Pengaturan peralatan mencakup lensa objektif berkualitas tinggi, sumber cahaya (biasanya cahaya yang ditransmisikan atau dipantulkan), dan sistem kamera untuk menangkap gambar.

Untuk resolusi yang lebih tinggi dan analisis rinci, mikroskop elektron pemindaian (SEM) dapat digunakan. SEM memberikan pembesaran yang lebih besar, kedalaman bidang, dan kemampuan analisis elemen melalui spektroskopi sinar-X dispersi energi (EDS). Ini sangat berguna untuk mengidentifikasi inklusi atau presipitat pada skala nano.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar internasional yang relevan yang mengatur pemeriksaan mikrostruktur termasuk ASTM E407 (Praktik Standar untuk Mikroekstraksi Logam dan Paduan), ASTM E112 (Metode Uji Standar untuk Menentukan Ukuran Butir Rata-rata), dan ISO 643 (Baja - Pemeriksaan Mikrografis).

Prosedur tipikal melibatkan:

• Memotong spesimen representatif dari produk baja.
• Memasang spesimen dalam resin yang sesuai untuk memudahkan penanganan.
• Penggilingan dengan kertas abrasif yang semakin halus untuk mencapai permukaan yang halus.
• Memoles dengan suspensi berlian atau alumina untuk mendapatkan hasil akhir yang mirip cermin.
• Pengukiran dengan reagen kimia yang spesifik untuk jenis baja (misalnya, Nital untuk baja) untuk mengungkapkan mikrostruktur.
• Mengamati di bawah mikroskop pada berbagai pembesaran, menangkap gambar untuk analisis.

Parameter kritis termasuk konsentrasi pengukir, waktu pengukiran, dan pembesaran, semuanya mempengaruhi kejelasan dan interpretabilitas mikrostruktur.

Persyaratan Sampel

Persiapan spesimen standar melibatkan pemotongan bagian representatif, biasanya 10 mm × 10 mm × 5 mm, dari komponen baja. Permukaan harus bebas dari goresan, oksidasi, dan deformasi.

Kondisi permukaan termasuk penggilingan dengan kertas abrasif (misalnya, 240, 400, 600 grit), diikuti dengan pemolesan menggunakan abrasif yang lebih halus (misalnya, pasta berlian 1 μm). Pembersihan yang tepat antara langkah-langkah mencegah kontaminasi.

Pemilihan sampel mempengaruhi validitas pengujian; spesimen harus representatif dari seluruh batch atau komponen, menghindari area dengan cacat permukaan atau anomali mikrostruktur yang terlokalisasi.

Akurasi Pengukuran

Akurasi pengukuran tergantung pada kualitas persi