Blowhole: Cacat Utama dalam Pengendalian Kualitas dan Pengujian Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Sebuah lubang tiup adalah jenis cacat permukaan atau bawah permukaan yang ditandai dengan adanya rongga atau kekosongan di dalam baja, biasanya terbentuk selama proses pembekuan atau pendinginan. Ini muncul sebagai pori, rongga, atau lubang yang dapat terlihat di permukaan atau di bawah permukaan produk baja, seperti ingot, coran, atau pelat yang digulung.

Lubang tiup signifikan dalam pengendalian kualitas baja karena mereka mengkompromikan integritas, sifat mekanik, dan penampilan estetika produk akhir. Mereka dianggap cacat kritis karena dapat berfungsi sebagai titik awal untuk retakan atau kegagalan di bawah beban layanan.

Dalam kerangka yang lebih luas dari jaminan kualitas baja, lubang tiup diklasifikasikan sebagai cacat terkait porositas, sering kali terkait dengan kondisi peleburan, pencetakan, atau pembekuan yang tidak tepat. Mendeteksi dan mengendalikan lubang tiup sangat penting untuk memastikan keandalan, keselamatan, dan kinerja komponen baja, terutama dalam aplikasi struktural, bejana tekan, dan stres tinggi.

Sifat Fisik dan Dasar Metalurgi

Manifestasi Fisik

Di tingkat makro, lubang tiup muncul sebagai depresi atau lubang permukaan yang terlihat, sering kali tidak teratur dalam bentuk, yang dapat terdeteksi melalui inspeksi visual atau pemeriksaan permukaan. Mereka dapat bervariasi dalam ukuran dari pori mikroskopis hingga rongga besar beberapa milimeter, kadang-kadang muncul sebagai kelompok atau rantai.

Secara mikroskopis, lubang tiup ditandai oleh kekosongan di dalam mikrostruktur, sering kali dikelilingi oleh logam yang membeku. Mereka mungkin terisi dengan gas atau inklusi terjebak, dan bentuknya dapat bulat, memanjang, atau tidak teratur, tergantung pada mekanisme pembentukannya.

Fitur karakteristik termasuk lokasi mereka (permukaan atau bawah permukaan), bentuk, ukuran, dan pola distribusi. Lubang tiup permukaan sering kali bulat atau oval, dengan tepi yang halus atau kasar, sementara lubang tiup bawah permukaan dapat terdeteksi melalui pengujian ultrasonik atau radiografi.

Mekanisme Metalurgi

Lubang tiup berasal terutama dari terjebaknya gas selama proses pembekuan. Saat baja cair mendingin, gas seperti hidrogen, nitrogen, atau oksigen dapat terjebak di dalam logam cair, membentuk gelembung yang tidak dapat melarikan diri sebelum pembekuan selesai.

Dasar mikrostruktural melibatkan pembentukan gelembung gas di dalam daerah interdendritik atau batas butir. Gelembung ini bergabung dan tumbuh selama pendinginan, yang mengarah pada pembentukan rongga. Kehadiran kotoran, seperti sulfur atau fosfor, dapat mendorong terjebaknya gas dengan mengurangi tegangan permukaan atau mengubah perilaku pembekuan.

Komposisi baja mempengaruhi pembentukan lubang tiup; kandungan hidrogen yang tinggi, efisiensi penghilangan gas yang rendah, dan elemen paduan tertentu dapat meningkatkan kerentanan. Kondisi pemrosesan, seperti suhu tuang, desain cetakan, dan laju pendinginan, juga sangat mempengaruhi kejadian lubang tiup.

Sistem Klasifikasi

Lubang tiup diklasifikasikan berdasarkan ukuran, lokasi, dan tingkat keparahan:

• Klasifikasi berdasarkan ukuran:
• Lubang tiup mikro: kurang dari 0,1 mm dalam diameter, sering kali mikroskopis.
• Lubang tiup kecil: 0,1–1 mm.

• Lubang tiup besar: lebih dari 1 mm, terlihat oleh mata telanjang.

• Klasifikasi berdasarkan lokasi:

• Lubang tiup permukaan: terlihat di permukaan baja.

• Lubang tiup bawah permukaan: terletak di bawah permukaan, dapat terdeteksi melalui pengujian non-destruktif.

• Peringkat keparahan:

• Minor: lubang tiup kecil yang terisolasi dengan dampak minimal.
• Moderat: beberapa lubang tiup yang mempengaruhi kualitas permukaan.
• Parah: lubang tiup besar atau banyak yang mengkompromikan integritas struktural.

Interpretasi klasifikasi ini membimbing kriteria penerimaan dalam manufaktur dan menentukan kesesuaian untuk aplikasi tertentu.

Metode Deteksi dan Pengukuran

Teknik Deteksi Utama

Inspeksi visual adalah metode awal untuk mendeteksi lubang tiup permukaan, terutama yang besar atau jelas. Untuk lubang tiup bawah permukaan, metode pengujian non-destruktif (NDT) digunakan, termasuk pengujian ultrasonik (UT), radiografi (sinar-X atau sinar gamma), dan pengujian arus eddy.

Pengujian ultrasonik melibatkan pengiriman gelombang suara frekuensi tinggi ke dalam baja dan menganalisis sinyal yang dipantulkan. Diskontinuitas seperti lubang tiup menyebabkan pantulan yang dapat terdeteksi dan dikarakterisasi. Pengaturan peralatan mencakup transduser yang dipasangkan ke permukaan baja, dengan pemilihan frekuensi yang sesuai berdasarkan ketebalan material dan ukuran cacat.

Pengujian radiografi memberikan gambar dua dimensi dari fitur internal, mengungkapkan lubang tiup sebagai bintik gelap atau kekosongan di dalam radiograf. Ini memerlukan film atau detektor digital yang tepat, sumber radiasi, dan langkah-langkah keselamatan.

Pengujian arus eddy cocok untuk lubang tiup permukaan dan dekat permukaan, memanfaatkan induksi elektromagnetik untuk mendeteksi variasi dalam konduktivitas yang disebabkan oleh kekosongan.

Standar dan Prosedur Pengujian

Standar internasional yang relevan termasuk ASTM E142, ASTM E273, ISO 10675, dan EN 10204, yang menetapkan prosedur untuk mendeteksi porositas dan lubang tiup dalam baja.

Prosedur standar umumnya melibatkan:

• Menyiapkan permukaan spesimen (membersihkan, menghaluskan jika perlu).
• Memilih metode pengujian yang sesuai berdasarkan ukuran dan lokasi cacat.
• Kalibrasi peralatan dengan standar referensi.
• Melakukan pemindaian atau radiograf di sepanjang area yang ditentukan.
• Menganalisis sinyal atau gambar untuk indikasi lubang tiup.

Parameter kritis termasuk frekuensi transduser, pengaturan sensitivitas, waktu paparan, dan sudut inspeksi. Ini mempengaruhi sensitivitas dan akurasi deteksi.

Persyaratan Sampel

Sampel harus representatif dari batch produksi, dengan kondisi permukaan yang sesuai untuk pengujian. Pembersihan permukaan menghilangkan skala, karat, atau pelapis yang dapat mengaburkan cacat.

Untuk pengujian ultrasonik, permukaan yang halus dan bersih meningkatkan kejernihan sinyal. Untuk radiografi, ketebalan spesimen yang konsisten dan posisi yang tepat sangat penting.

Ukuran dan bentuk sampel harus sesuai dengan spesifikasi standar, memastikan bahwa hasil pengujian valid secara statistik dan dapat dibandingkan di berbagai batch.

Akurasi Pengukuran

Presisi pengukuran tergantung pada kalibrasi peralatan, keterampilan operator, dan kondisi spesimen. Repetabilitas dan reproduksibilitas dicapai melalui prosedur standar dan kalibrasi dengan blok referensi bersertifikat.

Sumber kesalahan termasuk pengikatan yang tidak tepat, penyelarasan yang salah, kebisingan, atau pengaturan sensitivitas yang tidak memadai. Ketidakpastian dapat diminimalkan dengan kalibrasi rutin, pelatihan operator, dan pengukuran berulang.

Jaminan kualitas melibatkan pemeriksaan silang hasil dengan metode yang berbeda atau pengujian berulang, menjaga catatan yang rinci, dan mematuhi prosedur operasi standar.

Kuantifikasi dan Analisis Data

Satuan dan Skala Pengukuran

Ukuran lubang tiup biasanya dinyatakan dalam milimeter (mm), mewakili diameter atau dimensi maksimum rongga. Kepadatan lubang tiup dapat dihitung sebagai jumlah cacat