Kerapuhan Temper: Jebakan 375–575 °C pada Baja Cr-Mo

Fenomenanya

Kerapuhan temper adalah hilangnya ketangguhan impak yang berkembang ketika baja paduan tertentu ditahan dalam, atau didinginkan perlahan melalui, kira-kira rentang 375–575 °C. Sifat tarik dan kekerasan baja hampir tidak berubah — suatu komponen dapat lulus setiap uji rutin dan tetap getas pada suhu ruang, dengan suhu transisi ulet-ke-getas bergeser tajam ke atas. Hal ini paling dikenal pada baja kromium dan Cr-Mo, termasuk keluarga 2.25Cr-1Mo dan Cr-Mo-V yang digunakan untuk bejana tekan, rotor, dan baut berat.

Mekanismenya: pengotor pada batas butir

Kerapuhan ini tidak disebabkan oleh unsur paduan utama itu sendiri. Pengotor renik — terutama fosfor, timah, antimon, dan arsen — tersegregasi ke batas butir austenit sebelumnya saat baja berada dalam rentang kritis, melemahkan batas tersebut sehingga patahan berjalan di antara butir. Mangan dan kromium mendorong segregasi; molibdenum dalam jumlah sedang memperlambatnya, yang merupakan salah satu alasan Mo muncul dalam begitu banyak grade bejana tekan.

Dua ciri mengikuti dari mekanisme tersebut:

• Bersifat reversibel. Pemanasan ulang di atas rentang (dan pendinginan cukup cepat) melarutkan kembali segregasi dan memulihkan ketangguhan — karena itu disebut "kerapuhan temper reversibel", berbeda dari kerapuhan satu arah martensit temper pada suhu yang lebih rendah.
• Bergantung pada waktu. Lintasan singkat melalui rentang tersebut tidak banyak berbahaya; penahanan lama, pendinginan tungku perlahan pada penampang berat, dan bertahun-tahun pemakaian di dalam rentang tersebut mengakumulasi kerusakan.

Bagaimana spesifikasi melawannya

Karena penyebabnya adalah kimia, pertahanannya tertulis dalam persyaratan pembelian:

• Batas pengotor — pemurni mengontrol P, Sn, Sb, dan As ke tingkat rendah, dan pembeli tempa kritis menentukan parameter kerapuhan gabungan (rumus J-factor dan X-bar yang banyak digunakan membobot unsur-unsur ini bersama-sama) dalam pesanan pembelian.
• Praktik tempering — temper di atas rentang jika memungkinkan dan hindari pendinginan lambat melaluinya pada penampang berat; siklus uji step-cooling digunakan untuk mengkualifikasi material untuk bejana yang akan hidup dalam rentang tersebut.
• Penerimaan dengan uji impak — persyaratan suhu transisi Charpy, kadang setelah siklus kerapuhan simulasi, memverifikasi ketangguhan aktual, bukan mengasumsikannya.

Pembacaan praktis

Jika komponen Cr-Mo telah lama dipakai pada 400–550 °C dan harus dinilai, kekerasan saja tidak mengatakan apa pun tentang ketangguhannya. Sebaliknya, tempa baru yang memenuhi batas pengotor ketat dan ditemper dengan benar tidak "berisiko" hanya karena suhu temperingnya dipilih mendekati rentang tersebut — fenomena ini memerlukan pengotor, suhu, dan waktu secara bersama-sama.

Bagaimana hal ini dideteksi

Karena kekerasan dan kekuatan tarik tetap normal, kerapuhan temper ditemukan dengan uji impak Charpy — khususnya dengan pergeseran suhu transisi ulet-ke-getas dibandingkan dengan kondisi yang tidak rapuh. Ketangguhan yang diukur pada satu suhu dapat menyesatkan; kurva transisi adalah buktinya. Di mana riwayat komponen mencurigakan, sampel yang diambil dari komponen atau perpanjangan tempa asli diuji, kadang setelah pemanasan ulang penghilang kerapuhan untuk mengonfirmasi diagnosis: jika ketangguhan kembali setelah pemanasan ulang dan pendinginan cepat, kerapuhan temper — bukan kerusakan permanen seperti mulur atau serangan hidrogen — adalah penyebabnya.