Selama proses pencairan tungku induksi, inklusi merupakan faktor penting yang mempengaruhi kualitas akhir coran. Mereka mengganggu kontinuitas matriks logam, berfungsi sebagai titik konsentrasi tegangan dan tempat inisiasi retak, yang secara signifikan mengurangi sifat mekanik material, seperti kekuatan, keuletan, dan kehidupan kelelahan. Membedakan secara akurat sumber inklusi ini—apakah memang inklusi tersebut “endogen” produk dari proses peleburan atau “eksogen” kontaminan yang berasal dari sumber eksternal—merupakan prasyarat mendasar untuk menerapkan langkah-langkah pengendalian yang efektif dan menyelesaikan masalah kualitas.
Panduan ini akan fokus pada dua teknik inti mikro-analitis: Analisis Metalografi Dan Memindai Mikroskop Elektron/Spektroskopi Dispersif Energi (YANG/EDS) Analisa.
Bagian 1: Klasifikasi dan Ciri Dasar Inklusi
Inklusi Endogen
- Definisi: Produk terbentuk dari reaksi kimia yang terjadi di dalam baja atau besi cair selama peleburan, pengilangan, dan solidifikasi.
- Mekanisme Pembentukan:
- Produk Deoksidasi: Oksida terbentuk setelah deoksidasi (MISALNYA., Dan, M N, Al) ditambahkan untuk menghilangkan oksigen dari logam cair, seperti SiO2, MnO, dan Al2O3.
- Curah hujan: Elemen tertentu (MISALNYA., S, N) yang kelarutannya dalam logam cair atau padat menurun seiring dengan suhu akan mengendap dan bergabung dengan unsur lain membentuk sulfida dan nitrida, seperti MnS dan TiN.
- Karakteristik Umum:
- Ukuran: Biasanya kecil, seringkali dalam kisaran mikron.
- Distribusi: Relatif tersebar dan seragam.
- Membentuk: Tunjukkan keteraturan tertentu, seringkali berbentuk bola, tepat sasaran, berbentuk gelendong, atau seperti rantai.
Inklusi Eksogen
- Definisi: Zat nonlogam yang dimasukkan secara mekanis ke dalam logam cair dari sumber luar.
- Sumber:
- Bahan Tahan Api: terkelupas, erosi, atau korosi lapisan tahan api dari tungku, sendok, atau tundish, seperti Al2O3−SiO2, Magnesia, atau partikel spinel.
- Fluks Terak/Penutup: Terak yang tidak disaring dengan benar atau tertahan selama penyadapan.
- Bahan Pengisian: Karat yang tidak dibersihkan, pasir (SiO2), atau kotoran pada permukaan besi tua atau besi kasar.
- Bahan Cetakan: Butiran pasir keluar dari rongga cetakan selama pengecoran pasir.
- Karakteristik Umum:
- Ukuran: Biasanya berukuran besar, bahkan terkadang terlihat dengan mata telanjang.
- Distribusi: Tidak rata, sering kali tampak besar, kotak-kotak, dan cluster yang terletak secara acak.
- Membentuk: Sangat tidak teratur, dengan sudut tajam.
Bagian 2: Metode Identifikasi dan Analisis
Melangkah 1: Analisis Metalografi (Pengamatan Awal Kualitatif dan Morfologi)
Mikroskop metalografi adalah alat skrining utama dan tercepat. Dengan mengamati gambaran metalografi yang dipoles (tidak tergores) mencicipi, penilaian awal dapat dibuat berdasarkan inklusi morfologi, ukuran, warna, distribusi, Dan kekerasan (tanda pemolesan).
Fitur Metalografi Inklusi Endogen:
Sulfida (Nona): Tampak abu-abu dan ulet. Ini berubah bentuk selama pengerjaan panas dan memanjang menjadi bentuk stringer atau spindel dalam arah penggulungan. Dalam kondisi as-cast, sering kali muncul sebagai titik atau jaringan pada batas butir.
Oksida (Al2o3): Keras dan rapuh tanpa keuletan. Itu ada dalam baja dalam jumlah kecil, partikel dengan titik leleh tinggi yang tampak hitam atau abu-abu tua. Dalam baja yang terbunuh, mereka cenderung mengelompok, membentuk rantai atau kelompok pada batas butir. Karena kekerasannya yang tinggi, mereka mudah ditarik keluar saat dipoles, meninggalkan “ekor komet” atau lubang di sekitar inklusi.
Silikat (SiO2−MnO): Memiliki plastisitas antara sulfida dan alumina. Biasanya berbentuk bola atau ellipsoidal dan akan memanjang selama pengerjaan panas, tetapi pada tingkat yang lebih rendah dibandingkan MnS. Tampaknya hitam atau abu-abu gelap, sering menyerupai fase kaca.
Ciri-ciri Metalografi Inklusi Eksogen:
Spalling Tahan Api: Ukurannya sangat besar, dengan bentuk yang sangat tidak beraturan dan ciri sudut yang berbeda. Biasanya merupakan struktur multi-fase, dengan butiran terlihat dari fase mineral yang berbeda. Ini muncul secara acak dan biasanya berukuran besar, blok terisolasi.
Terak yang Terkurung: Biasanya juga berukuran besar dan bentuknya tidak beraturan, tetapi dengan tepi yang lebih membulat dibandingkan bahan tahan api. Warnanya beragam, mungkin muncul sebagai fase kaca transparan atau tembus cahaya.
Ringkasan: Dalam gambar metalografi, “ukuran besar, bentuknya tidak beraturan dan bersudut, distribusi acak dan terisolasi” adalah tanda-tanda khas dari inklusi eksogen. Sebaliknya, “ukuran kecil, bentuk teratur (bulat/stringer), dan distribusi tersebar” lebih menunjukkan inklusi endogen.
Melangkah 2: Analisis SEM/EDS (Konfirmasi dan Penelusuran Komposisi Yang Tepat)
Ketika analisis metalografi memberikan penilaian awal, SEM/EDS adalah “standar emas” untuk konfirmasi akhir dan penelusuran.
- YANG (Memindai Mikroskop Elektron): Memberikan pembesaran lebih tinggi dan kedalaman bidang lebih besar daripada mikroskop metalografi, memungkinkan pandangan yang lebih jelas tentang mikro-morfologi dan struktur multi-fase inklusi.
- EDS (Spektroskopi Dispersif Energi): Melakukan analisis unsur kualitatif dan semi-kuantitatif pada area mikro yang dipilih, yang menjadi kunci untuk menelusuri sumber inklusi tersebut.
Perbedaan Spektrum EDS Endogen vs. Inklusi Eksogen
| Jenis Inklusi | Spektrum Elemen EDS yang Khas | Penentuan Sumber |
| Inklusi Endogen | ||
| Alumina (Al2O3) | Al yang kuat,Wahai puncak | Produk deoksidasi aluminium |
| Mangan Sulfida (Nona) | Mn yang kuat,S puncak | Pengendapan Mn dan S pada baja |
| Silikat | Dan,M N,Wahai puncak, terkadang dengan sejumlah kecil Al | Produk deoksidasi silikon-mangan |
| Titanium Nitrida (Timah) | kuat dari,N puncak | Precipitation of trace Ti and N in steel |
| Inklusi Eksogen | ||
| Alumino-silicate Refractory | Al yang kuat,Dan,Wahai puncak, with proportions close to refractory brick composition | Clay bricks or high-alumina bricks from furnace lining, sendok, dll.. |
| Magnesia Refractory | Strong Mg,Wahai puncak, often with Ca,Dan,Al | Basic refractory materials like magnesia or magnesia-lime bricks |
| Spinel | Strong Mg,Al,Wahai puncak | Magnesia-alumina spinel refractory materials |
| Terak yang Terkurung | Complex elemental combination, like Ca,Dan,Al,Mg,HAI, with proportions similar to refining slag | Improper slag skimming or slag entrainment |
| Sand Grains | Almost pure Si,Wahai puncak | Sand or dirt carried in by charge materials |
Example of Targeted Tracing:
- EDS result for inclusion is Mg,Al,HAI → Target: Check if the magnesia-alumina spinel ladle or furnace lining is spalling or severely corroded.
- EDS result for inclusion is Ca,Dan,Al,HAI → Target: Review the slag skimming process, optimize the slag dam or tapping procedure to prevent slag entrainment.
- Inklusi Al2O3 yang berlebihan ditemukan dalam kelompok → Target: Ini bukan persoalan eksternal. Proses deoksidasi aluminium harus dioptimalkan, Misalnya, dengan mengatur waktu atau jumlah penambahan aluminium, atau dengan mempertimbangkan pemberian kawat atau perlakuan kalsium untuk memodifikasi inklusi dan meningkatkan daya apungnya.
Bagian 3: Ringkasan dan Panduan Tindakan
| Ciri | Inklusi Endogen | Inklusi Eksogen |
| Mekanisme Pembentukan | Reaksi kimia dalam logam cair | Pencampuran mekanis zat eksternal |
| Bentuk Metalografi | Biasa: bulat, tepat sasaran, berbentuk gelendong, stringer | Tidak teratur: besar, kotak-kotak, bersudut |
| Ukuran | Kecil, biasanya <50mikron | Besar, biasanya >100mikron, skala genap mm |
| Distribusi | Relatif tersebar, seragam, atau pada batas butir | acak, terpencil, tidak seragam |
| Elemen EDS | Sederhana, MISALNYA., Al−O, Mn−S, Si-mn-o | Kombinasi yang kompleks, MISALNYA., Al-si-ca-mg-o |
| Sumber Masalah | Proses peleburan: deoksidasi, paduan, kontrol suhu | Kontaminasi eksternal: refraktori, terak, mengisi bahan |
| Sasaran Solusi | Optimalkan deoxidizer, proses pemurnian, suhu penuangan | Meningkatkan kualitas tahan api, bahan muatan bersih, meningkatkan prosedur skimming dan pemblokiran terak |
Kesimpulan: Dengan menggunakan pendekatan gabungan “metalografi untuk morfologi, SEM/EDS untuk komposisi,” Anda dapat dengan tepat mengidentifikasi inklusi di dalamnya peleburan tungku induksi.
- Pemutaran Awal: Gunakan mikroskop metalografi untuk memindai sampel dengan cepat dan melakukan klasifikasi awal 90% inklusi berdasarkan ukuran dan morfologinya.
- Diagnosa yang Tepat: Melakukan analisis SEM/EDS secara tipikal, mencurigakan, atau inklusi besar yang ditemukan dalam metalografi untuk mendapatkan komposisi kimia yang tepat.
- Penelusuran Akurat: Bandingkan komposisi EDS dengan bahan yang digunakan dalam proses peleburan—seperti bahan tahan api, terak, dan mengisi daya bahan—untuk menentukan sumbernya.
Metode ini mengubah masalah yang tidak jelas “ada inklusi dalam casting” menjadi diagnosis yang tepat seperti “pengecoran mengandung partikel spinel magnesia-alumina yang berasal dari lapisan tungku XX.” Hal ini memberikan target yang jelas dan akurat untuk perbaikan proses, menghindari waktu dan biaya yang terbuang untuk penyesuaian buta.
