Retakan Geser: Cacat Utama dalam Kontrol Kualitas & Pengujian Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Sebuah retakan geser adalah jenis patahan atau cacat yang ditandai dengan pemisahan datar dalam material baja yang terjadi terutama karena tegangan geser yang melebihi kekuatan geser material. Ini muncul sebagai retakan yang menyebar sepanjang bidang di mana gaya geser terkonsentrasi, sering kali mengakibatkan kegagalan mendadak atau kompromi integritas struktural baja.

Dalam konteks pengendalian kualitas baja dan pengujian material, retakan geser adalah indikator kritis dari kemampuan material untuk menahan beban geser tanpa kegagalan. Mereka signifikan dalam menilai duktilitas, ketangguhan, dan keandalan keseluruhan komponen baja, terutama dalam aplikasi struktural yang terkena keadaan stres yang kompleks.

Dalam kerangka yang lebih luas dari jaminan kualitas baja, deteksi dan analisis retakan geser membantu mencegah kegagalan yang katastrofik, mengoptimalkan parameter pemrosesan, dan memastikan kepatuhan terhadap standar keselamatan. Mereka integral untuk prosedur pengujian tidak merusak (NDT), evaluasi metalurgi, dan analisis kegagalan, berfungsi sebagai kriteria kunci untuk mengevaluasi kinerja baja dalam kondisi operasional.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Di tingkat makro, retakan geser muncul sebagai pemisahan datar atau celah pada permukaan baja atau dalam mikrostruktur internal. Retakan ini sering berjalan secara diagonal atau miring relatif terhadap arah stres utama, mencerminkan sifat geser dari propagasinya.

Secara mikroskopis, retakan geser ditandai oleh permukaan patahan geser yang menunjukkan fitur seperti bibir geser, striasi, atau pita slip. Permukaan patahan dapat menunjukkan penampilan kasar, berserat, atau cekung, menunjukkan kegagalan geser yang duktil, atau permukaan halus, butiran dalam kegagalan geser yang rapuh.

Fitur karakteristik termasuk bidang geser dengan orientasi sudut yang jelas, sering disertai dengan fitur deformasi seperti zona aliran plastik, koalesensi mikrovoid, atau pita slip. Fitur-fitur ini membantu membedakan retakan geser dari mode patahan lainnya seperti retakan tarik atau kelelahan.

Mekanisme Metalurgi

Retakan geser berasal dari melebihi kekuatan geser secara lokal dalam mikrostruktur baja. Di bawah tegangan geser yang diterapkan, konstituen mikrostruktur seperti ferit, perlit, bainit, atau martensit mengalami deformasi plastik, yang mengarah pada inisiasi mikrovoid atau mikroretakan.

Ketika tegangan geser berlanjut, mikrovoid ini bergabung di sepanjang bidang slip, membentuk retakan geser yang menyebar melalui mikrostruktur. Proses ini melibatkan pergerakan dislokasi, pembentukan pita geser, dan deformasi geser lokal, yang melemahkan material di sepanjang bidang tertentu.

Komposisi baja mempengaruhi kerentanan terhadap retakan geser. Misalnya, kandungan karbon tinggi atau elemen paduan seperti sulfur atau fosfor dapat mendorong perilaku rapuh, meningkatkan kemungkinan pembentukan retakan geser. Kondisi pemrosesan seperti laju pendinginan, perlakuan panas, dan riwayat deformasi juga mempengaruhi fitur mikrostruktur yang mengatur inisiasi dan propagasi retakan geser.

Sistem Klasifikasi

Klasifikasi standar retakan geser sering mempertimbangkan tingkat keparahan, asal, dan morfologi. Kategori umum meliputi:

• Retakan geser awal: Retakan mikro geser kecil dan terlokalisasi yang mungkin tidak mengkompromikan integritas keseluruhan tetapi menunjukkan kerusakan awal.
• Retakan geser permukaan: Terlihat pada permukaan baja, sering kali dihasilkan dari beban eksternal atau cacat permukaan.
• Retakan geser internal: Terletak dalam mikrostruktur, biasanya terdeteksi melalui pengujian ultrasonik atau metalografi.
• Retakan geser rapuh: Ditandai oleh permukaan patahan yang halus dan mirip cleave, menunjukkan duktilitas rendah.
• Retakan geser duktil: Menunjukkan permukaan patahan berserat atau cekung, terkait dengan ketangguhan yang lebih tinggi.

Peringkat keparahan sering didasarkan pada panjang retakan, kedalaman, dan sejauh mana kerusakan mikrostruktur, dengan klasifikasi seperti minor, moderat, atau kritis. Klasifikasi ini membimbing kriteria penerimaan dan tindakan perbaikan dalam proses manufaktur dan inspeksi.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Deteksi retakan geser menggunakan metode destruktif dan tidak merusak:

• Pemeriksaan Visual: Untuk retakan geser permukaan, pemeriksaan visual langsung di bawah pencahayaan dan pembesaran yang tepat dapat mengungkapkan diskontinuitas permukaan.
• Pengujian Ultrasonik (UT): Menggunakan gelombang suara frekuensi tinggi untuk mendeteksi retakan geser internal. Variasi dalam sinyal yang dipantulkan menunjukkan diskontinuitas dalam baja.
• Pengujian Partikel Magnetik (MT): Cocok untuk baja ferromagnetik, di mana kebocoran fluks magnetik di lokasi retakan mengungkapkan retakan geser permukaan atau dekat permukaan.
• Pengujian Penetran (PT): Aplikasi penetran cair ke retakan permukaan, diikuti dengan penghapusan dan aplikasi pengembang, menyoroti retakan geser permukaan.
• Fraktografi (Mikroskop Elektron Pemindaian - SEM): Untuk analisis mikrostruktur yang mendetail, SEM mengungkapkan fitur permukaan patahan yang khas dari kegagalan geser.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar internasional seperti ASTM E1444/E1444M (Pengujian Partikel Magnetik), ASTM E2373 (Pengujian Ultrasonik), ISO 12772 (Pengujian Penetran), dan EN 10228-3 menetapkan prosedur untuk deteksi retakan geser.

Prosedur pengujian ultrasonik yang khas melibatkan:

1. Persiapan permukaan: Membersihkan dan menghaluskan permukaan spesimen.
2. Aplikasi couplant: Menerapkan medium penghubung untuk memfasilitasi transmisi gelombang suara.
3. Penempatan transduser: Menempatkan probe pada sudut tertentu (sering 45° atau 60°) untuk mengoptimalkan propagasi gelombang geser.
4. Pemindaian: Menggerakkan transduser secara sistematis di atas permukaan spesimen.
5. Interpretasi sinyal: Menganalisis gema yang dipantulkan untuk indikasi retakan geser internal.

Parameter kritis termasuk frekuensi (biasanya 2-10 MHz), laju pengulangan pulsa, dan pengaturan sensitivitas, yang mempengaruhi kemampuan deteksi.

Persyaratan Sampel

Sampel harus disiapkan sesuai dengan spesifikasi standar:

• Pembersihan permukaan untuk menghilangkan kotoran, minyak, atau korosi.
• Pemulusan atau penghalusan permukaan jika diperlukan untuk pengujian penetran atau partikel magnetik.
• Orientasi dan ukuran yang tepat untuk memastikan hasil yang representatif.
• Untuk pengujian internal, spesimen harus memiliki ketebalan yang cukup dan bebas dari pelapis permukaan yang menghalangi metode inspeksi ultrasonik atau internal lainnya.

Pemilihan sampel mempengaruhi validitas pengujian; sampel yang representatif memastikan penilaian yang akurat dari seluruh batch atau komponen.

Akurasi Pengukuran

Presisi pengukuran tergantung pada kalibrasi peralatan, keterampilan operator, dan kondisi spesimen. Repetabilitas dan reproduktifitas ditingkatkan melalui prosedur standar dan standar kalibrasi.

Sumber kesalahan termasuk:

• Kekasaran permukaan yang mempengaruhi penghubungan ultrasonik.
• Ketidaksesuaian transduser.
• Interferensi noise dalam sinyal ultrasonik.
• Aplikasi penetran yang tidak memadai atau kekuatan medan magnet.

Untuk memastikan kualitas pengukuran, kalibrasi rutin, pelatihan operator, dan kepatuhan terhadap standar sangat penting.