Kulit Lunak Rolled Temper: Proses Kunci untuk Meningkatkan Sifat Permukaan Baja

Definisi dan Konsep Dasar

Soft Skin Rolled Temper mengacu pada kondisi metalurgi tertentu dalam produk lembaran baja yang ditandai dengan pengurangan ketebalan yang terkontrol melalui proses penggulungan dingin, menghasilkan permukaan yang cukup keras sementara mempertahankan inti yang relatif lunak. Kondisi temper ini mewakili keadaan perantara antara material yang sepenuhnya diregangkan dan temper setengah keras, biasanya dicapai melalui pengurangan dingin ringan (sekitar 0,5-1,5%) setelah proses annealing.

Pentingnya Soft Skin Rolled Temper terletak pada kemampuannya untuk memberikan hasil permukaan yang lebih baik dan datar sambil mempertahankan karakteristik formabilitas yang sangat baik. Keseimbangan ini menjadikannya sangat berharga dalam aplikasi yang memerlukan kualitas estetika dan perilaku pembentukan yang baik.

Dalam bidang metalurgi yang lebih luas, Soft Skin Rolled Temper menempati posisi khusus dalam spektrum perlakuan pengkondisian baja. Ini mewakili kompromi yang disengaja antara maksimum duktilitas material yang sepenuhnya diregangkan dan kekuatan yang meningkat tetapi formabilitas yang berkurang dari temper yang lebih berat diproses dingin.

Sifat Fisik dan Dasar Teoretis

Mekanisme Fisik

Di tingkat mikrostruktur, Soft Skin Rolled Temper menciptakan gradien kepadatan dislokasi dari permukaan ke inti lembaran baja. Proses penggulungan dingin yang ringan memperkenalkan dislokasi terutama di dekat lapisan permukaan, menciptakan kepadatan dislokasi yang lebih tinggi di daerah ini dibandingkan dengan bagian dalam.

Pengerasan kerja selektif ini terjadi karena permukaan mengalami regangan tertinggi selama proses penggulungan. Peningkatan kepadatan dislokasi di permukaan menghambat pergerakan dislokasi lebih lanjut, menghasilkan lapisan permukaan yang sedikit lebih keras sementara inti mempertahankan karakteristik yang lebih dekat dengan keadaan annealed.

Pengenalan dislokasi yang terkontrol juga membantu menghilangkan perpanjangan titik luluh (YPE) dengan menyediakan dislokasi yang bergerak yang mencegah perilaku luluh yang tidak terputus selama operasi pembentukan berikutnya.

Model Teoretis

Model teoretis utama yang menggambarkan Soft Skin Rolled Temper adalah teori plastisitas gradien regangan, yang memperhitungkan distribusi deformasi plastis yang heterogen melalui ketebalan material. Model ini mengakui bahwa dislokasi yang diperlukan secara geometris berkembang sebanding dengan gradien regangan.

Secara historis, pemahaman tentang efek skin-rolling berkembang dari pengamatan empiris pada pertengahan abad ke-20 hingga model yang lebih canggih pada tahun 1970-an. Produsen baja awal mengenali manfaat pengurangan dingin ringan pada kualitas permukaan dan formabilitas sebelum mekanisme yang mendasarinya sepenuhnya dipahami.

Pendekatan modern menggabungkan pemodelan elemen hingga plastisitas kristal (CPFEM) untuk memprediksi efek skin rolling pada pengembangan tekstur dan gradien sifat mekanik. Model-model ini dilengkapi dengan teori pengerasan berbasis dislokasi yang menghubungkan evolusi mikrostruktur dengan perilaku mekanik makroskopik.

Dasar Ilmu Material

Efektivitas Soft Skin Rolled Temper terkait langsung dengan struktur kristal kubik berpusat muka (FCC) dari baja austenitik atau struktur kubik berpusat badan (BCC) dari baja ferritik. Proses penggulungan menginduksi tekstur kristal dan pengaturan dislokasi yang lebih disukai sepanjang sistem slip tertentu.

Batas butir memainkan peran penting dalam respons terhadap skin rolling, karena mereka bertindak sebagai penghalang terhadap pergerakan dislokasi. Interaksi antara dislokasi dan batas butir berkontribusi pada perilaku pengerasan secara keseluruhan, dengan material yang lebih halus umumnya menunjukkan efek skin-rolling yang lebih nyata.

Kondisi temper ini mencerminkan prinsip dasar ilmu material tentang hubungan struktur-sifat, di mana pemrosesan yang terkontrol menciptakan fitur mikrostruktur tertentu yang secara langsung diterjemahkan menjadi sifat mekanik dan karakteristik kinerja yang diinginkan.

Ekspresi Matematis dan Metode Perhitungan

Rumus Definisi Dasar

Derajat skin rolling biasanya diukur dengan rasio pengurangan skin pass:

$R_{sp} = \frac{t_i - t_f}{t_i} \times 100\%$

Di mana:
- $R_{sp}$ = Rasio pengurangan skin pass (%)
- $t_i$ = Ketebalan awal sebelum skin rolling (mm)
- $t_f$ = Ketebalan akhir setelah skin rolling (mm)

Rumus Perhitungan Terkait

Peningkatan kekuatan luluh yang dihasilkan akibat skin rolling dapat diperkirakan menggunakan hubungan empiris:

$\Delta\sigma_y = K \times (R_{sp})^n$

Di mana:
- $\Delta\sigma_y$ = Peningkatan kekuatan luluh (MPa)
- $K$ = Konstanta spesifik material (biasanya 50-150 MPa)
- $n$ = Eksponen pengerasan regangan (biasanya 0.3-0.5 untuk baja karbon rendah)

Kekasaran permukaan setelah skin rolling dapat diprediksi dengan:

$R_a = R_{a0} \times e^{-\alpha R_{sp}}$

Di mana:
- $R_a$ = Kekasaran rata-rata aritmetika akhir (μm)
- $R_{a0}$ = Kekasaran permukaan awal sebelum skin rolling (μm)
- $\alpha$ = Koefisien pemulusan permukaan (biasanya 0.8-1.2)

Kondisi dan Batasan yang Berlaku

Rumus-rumus ini umumnya berlaku untuk pengurangan skin pass antara 0.3% dan 2.0%. Di luar rentang ini, efek non-linear menjadi signifikan dan model yang lebih kompleks diperlukan.

Model matematis mengasumsikan deformasi yang seragam di seluruh lebar lembaran. Efek tepi dan variasi ketebalan dapat menyebabkan penyimpangan dari nilai yang diprediksi, terutama pada lembaran yang lebar.

Hubungan ini dikembangkan untuk baja karbon rendah dan menengah pada suhu kamar. Baja paduan tinggi, kelas khusus, atau aplikasi suhu tinggi mungkin memerlukan koefisien yang dimodifikasi atau model alternatif.

Metode Pengukuran dan Karakterisasi

Spesifikasi Pengujian Standar

ASTM A1030: Praktik Standar untuk Mengukur Karakteristik Datar Produk Lembaran Baja - Mencakup prosedur untuk mengukur datar pada produk yang digulung kulit.

ISO 6892-1: Material Logam - Pengujian Tarik - Menyediakan metode standar untuk menentukan sifat mekanik yang dipengaruhi oleh skin rolling.

ASTM E517: Metode Uji Standar untuk Rasio Regangan Plastik r untuk Logam Lembaran - Penting untuk mengevaluasi karakteristik formabilitas lembaran yang digulung kulit.

ASTM E8/E8M: Metode Uji Standar untuk Pengujian Tarik Material Logam - Mendefinisikan prosedur untuk mengukur sifat tarik yang dipengaruhi oleh skin rolling.

Peralatan dan Prinsip Pengujian

Mesin pengujian tarik dengan ekstensi adalah peralatan utama untuk mengevaluasi perubahan sifat mekanik yang diinduksi oleh skin rolling. Sistem ini mengukur hubungan stres-regangan di bawah kondisi pemuatan yang terkontrol.

Profilometer permukaan mengukur parameter kekasaran sebelum dan setelah skin rolling. Instrumen ini menggunakan metode stylus kontak atau teknik optik non-kontak untuk memetakan topografi permukaan.

Sistem difraksi sinar-X mengukur distribusi stres residu dan perubahan tekstur kristal yang dihasilkan dari skin rolling. Teknik ini menganalisis pola difraksi untuk menentukan regangan kisi dan orientasi yang diutamakan.

Karakterisasi lanjutan dapat menggunakan difraksi elektron backscatter (EBSD) untuk memetakan orientasi butir dan gradien kepadatan dislokasi melalui ketebalan lembaran.

Persyaratan Sampel

Sampel tarik standar mengikuti dimensi ASTM E8, biasanya dengan panjang gauge 50mm untuk material lembaran. Sampel harus dipotong dengan sumbu mereka sejajar atau tegak lurus terhadap arah penggulungan.

Pengukuran kekasaran permukaan memerlukan dimensi sampel minimum