Bark in Steel: Defek Utama, Deteksi, dan Pencegahan dalam Pengendalian Kualitas

Definisi dan Konsep Dasar

Kulit dalam konteks industri baja mengacu pada cacat permukaan yang ditandai dengan pembentukan lapisan kasar, tidak rata, atau mengelupas pada permukaan baja, sering kali menyerupai penampilan seperti kulit pohon. Ini terutama diamati sebagai ketidakteraturan permukaan yang dapat mengompromikan kualitas estetika, ketahanan korosi, dan kadang-kadang integritas mekanis produk baja.

Cacat ini muncul sebagai pengasahan atau pengelupasan lapisan permukaan yang terlokalisasi atau menyebar, sering kali terkait dengan dekarburisasi, oksidasi permukaan, atau inklusi. Ini signifikan dalam pengendalian kualitas karena dapat menyebabkan kegagalan prematur, mengurangi daya tahan, dan penolakan produk baja dalam aplikasi presisi tinggi seperti otomotif, dirgantara, dan wadah tekan.

Dalam kerangka jaminan kualitas baja yang lebih luas, "kulit" dianggap sebagai cacat permukaan yang menunjukkan masalah metalurgi atau terkait proses yang mendasarinya. Mendeteksi dan mengendalikan kulit sangat penting untuk memastikan kinerja, umur panjang, dan kepatuhan baja terhadap standar industri.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Di tingkat makro, kulit muncul sebagai lapisan permukaan yang kasar, mengelupas, atau tidak rata yang mungkin terlihat berbeda dari baja di sekitarnya. Ini sering menunjukkan penampilan yang gelap atau teroksidasi, dengan tekstur yang menyerupai kulit pohon—oleh karena itu namanya. Permukaan mungkin menunjukkan pengelupasan, gelembung, atau retakan, terutama setelah pemesinan atau penyelesaian permukaan.

Secara mikroskopis, kulit muncul sebagai lapisan material yang terdekarburisasi atau teroksidasi, sering kali mengandung inklusi atau penjeratan terak. Di bawah pemeriksaan mikroskopis, ia muncul sebagai lapisan rapuh, berpori, atau mengelupas yang terikat longgar pada matriks baja yang mendasarinya. Mikrostruktur dapat mengungkapkan oksida, sulfida, atau inklusi non-logam lainnya yang terkonsentrasi di atau dekat permukaan.

Mekanisme Metalurgi

Pembentukan kulit terutama dipicu oleh oksidasi permukaan dan dekarburisasi selama pemrosesan baja, terutama pada suhu tinggi. Ketika baja terpapar atmosfer pengoksidasi selama pemanasan ulang, penempaan, atau perlakuan panas, oksigen bereaksi dengan karbon dalam baja, membentuk oksida besi dan mengurangi kandungan karbon di dekat permukaan.

Lapisan terdekarburisasi ini sering kali rapuh dan berpori, membuatnya rentan terhadap pengelupasan atau pengelupasan. Selain itu, penjeratan inklusi terak atau inklusi non-logam di permukaan dapat memperburuk pembentukan kulit. Kehadiran sulfur, fosfor, atau kotoran lainnya juga dapat mempengaruhi kecenderungan untuk perkembangan kulit.

Komposisi baja memainkan peran penting; kandungan karbon yang lebih tinggi dapat mengurangi kerentanan terhadap dekarburisasi, sementara elemen paduan seperti kromium, nikel, atau molibdenum dapat meningkatkan ketahanan terhadap oksidasi. Kondisi pemrosesan seperti suhu, pengendalian atmosfer, dan laju pendinginan sangat mempengaruhi pembentukan kulit.

Sistem Klasifikasi

Kulit diklasifikasikan berdasarkan tingkat keparahan, penampilan, dan luasnya. Kriteria klasifikasi umum meliputi:

• Tipe I (Kulit Minor): Kasar sedikit atau oksidasi superfisial, mudah dihilangkan dengan penyelesaian permukaan.
• Tipe II (Kulit Sedang): Permukaan yang mengelupas atau mengelupas yang terlihat, mungkin memerlukan pemesinan atau penggilingan.
• Tipe III (Kulit Parah): Pengelupasan yang luas, retakan dalam, atau serpihan besar, sering kali memerlukan penolakan atau perawatan remedial.

Beberapa standar menggunakan skala penilaian dari 1 hingga 3, dengan 1 menunjukkan ketidakteraturan permukaan minimal dan 3 menunjukkan cacat kritis. Klasifikasi ini membantu dalam pengambilan keputusan mengenai penerimaan, perbaikan, atau penolakan produk baja.

Dalam aplikasi praktis, klasifikasi keparahan membimbing produsen dan inspektur dalam menilai apakah cacat permukaan mempengaruhi umur layanan atau kinerja komponen baja yang dimaksudkan.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Pemeriksaan visual tetap menjadi metode paling sederhana untuk mendeteksi kulit, terutama setelah proses penyelesaian permukaan. Inspektur mencari kekasaran, pengelupasan, atau perubahan warna di bawah kondisi pencahayaan yang memadai.

Untuk penilaian yang lebih tepat, metode pengujian tidak merusak (NDT) seperti pemeriksaan partikel magnetik (MPI) atau pengujian penetran pewarna (DPT) digunakan untuk mengungkap ketidakberlanjutan permukaan atau retakan yang terkait dengan kulit. Metode ini bergantung pada sifat magnetik atau kapiler permukaan untuk mendeteksi cacat permukaan.

Profilometri permukaan atau perangkat pengukuran kekasaran, seperti profilometer stylus kontak atau interferometer optik, mengukur ketidakteraturan permukaan. Instrumen ini mengukur parameter seperti Ra (kekasaran rata-rata) atau Rz (tinggi maksimum profil), memberikan data objektif tentang kualitas permukaan.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar internasional yang relevan termasuk ASTM E376 (Panduan Standar untuk Inspeksi Permukaan), ISO 6507 (Pengukuran Kekasaran Permukaan), dan EN 10228-3 (Baja untuk Peralatan Tekanan—Kualitas Permukaan).

Prosedur tipikal meliputi:

• Menyiapkan permukaan spesimen dengan membersihkan untuk menghilangkan minyak, kotoran, atau lapisan oksida.
• Melakukan pemeriksaan visual di bawah pencahayaan standar.
• Menggunakan profilometer untuk mengukur kekasaran permukaan di beberapa titik.
• Menerapkan pengujian penetran pewarna atau pengujian partikel magnetik jika retakan permukaan atau cacat bawah permukaan dicurigai.
• Mendokumentasikan luas dan keparahan kulit sesuai dengan kriteria klasifikasi.

Parameter kritis termasuk pengukuran nilai kekasaran permukaan, area yang diperiksa, dan kondisi lingkungan selama pengujian, karena ini mempengaruhi sensitivitas deteksi.

Persyaratan Sampel

Sampel harus representatif dari batch produksi, dengan permukaan disiapkan secara merata—dibersihkan, dipoles, atau digiling sesuai kebutuhan. Kondisi permukaan memastikan bahwa pengukuran tidak dipengaruhi oleh kontaminan permukaan atau ketidakteraturan yang tidak terkait dengan kulit.

Untuk penilaian yang akurat, spesimen harus bebas dari pelapis permukaan atau lapisan pelindung yang dapat menyembunyikan cacat. Lokasi pengambilan sampel harus distandarisasi untuk menghindari bias, dengan fokus pada area yang rentan terhadap oksidasi atau ketidakteraturan yang disebabkan oleh proses.

Akurasi Pengukuran

Presisi pengukuran tergantung pada peralatan yang digunakan dan keterampilan operator. Profilometer biasanya memiliki repeatabilitas ±0,1 μm untuk pengukuran kekasaran, sementara pemeriksaan visual lebih subjektif.

Sumber kesalahan termasuk kontaminasi permukaan, kalibrasi instrumen yang tidak tepat, atau area pengambilan sampel yang tidak konsisten. Untuk memastikan kualitas pengukuran, kalibrasi rutin, prosedur standar, dan pelatihan operator sangat penting.

Reproduksibilitas ditingkatkan dengan melakukan beberapa pengukuran di berbagai area dan merata-rata hasil. Menggunakan sistem pengukuran permukaan otomatis dapat lebih meningkatkan konsistensi.

Kuantifikasi dan Analisis Data

Satuan dan Skala Pengukuran

Kekasaran permukaan diukur menggunakan parameter seperti Ra (rata-rata kekasaran aritmetika), Rz (tinggi maksimum rata-rata), dan Rt (tinggi total profil). Ini dinyatakan dalam mikrometer (μm).

Contohnya:

• Ra: Deviasi rata-rata profil permukaan dari garis rata-rata sepanjang panjang tertentu.
• Rz: Rata-rata tinggi puncak-ke-lembah maksimum dalam beberapa panjang pengambilan sampel.

Faktor konversi um