Cara Memeriksa Mikrostruktur, Porositas, dan Grafit pada Hardmetal

Jenis dan Struktur Logam Keras

Paduan hasil metalurgi serbuk seperti WC-Co dan WC-TiC-Co umumnya disebut karbida terikat atau logam keras. Kelompok utama meliputi tungsten-kobalt (YG), tungsten-titanium-kobalt (YT), tungsten-titanium-molibdenum-niobium (YW), yang diikat baja (YE), titanium-nikel-molibdenum (YN), dan karbida tungsten cor (YZ). WC-Co umumnya menawarkan kekuatan dan ketangguhan benturan yang lebih tinggi, sedangkan WC-TiC-Co memberikan ketahanan aus, kekerasan panas, dan kecepatan pemotongan yang diizinkan yang lebih baik.

Logam keras YG biasanya mengandung fase alfa WC berwarna terang dan fase beta pengikat berwarna gelap. Tipe berbutir halus meliputi YG3X (K01), YG (K20), dan YG6X (K10); YG6X memiliki butiran yang sangat halus. YG8 dan YG8N (K30) berada di antara kelas berbutir halus dan sedang. Kelas dengan butiran WC kasar dan pengikat tinggi, seperti YG11C dan di atasnya, memiliki kekerasan yang lebih rendah tetapi ketangguhan yang lebih baik untuk cetakan yang terkena beban benturan dan alat pertambangan. Klasifikasi ini mengikuti ISO 4499-1:2008.

Hardmetal YT biasanya mengandung fase alfa WC berbentuk balok, fase beta pengikat, dan fase gamma TiC-WC yang berbentuk bulat dengan warna oranye-kuning hingga cokelat. Warnanya bervariasi tergantung pada kondisi oksidasi. Butiran WC-nya umumnya berukuran sedang dan dapat menjadi kasar seiring meningkatnya kandungan fase gamma.

Penambahan TaC dan NbC memperhalus butiran WC dan TiC-WC serta membentuk karbida yang keras, halus, tidak beraturan, dan kompleks. Logam keras yang terikat baja dapat menggunakan TiC atau WC dalam matriks baja yang dapat diolah secara termal; partikel karbidanya tetap stabil sementara pengikat baja dapat dianil, dinormalisasi, dikuas, dan ditemper.

Persiapan Spesimen

Karena porositas permukaan dan inti dapat berbeda, seringkali dipilih penampang patahan. Potong menggunakan EDM kawat atau patahkan secara mekanis. Untuk persiapan manual, gerinda dengan pendingin air menggunakan roda silikon karbida berukuran 150–250 μm, kemudian lap dengan bubuk boron karbida atau silikon karbida berukuran 10 atau 12 μm pada piringan besi cor dengan kecepatan sekitar 450 putaran per menit. Pemolesan dapat dilakukan dengan menggunakan larutan yang terdiri dari 1.000 mL air, 10 g kalium ferrisianida, 10 g kalium hidroksida, dan sekitar 40 g kromium oksida atau alumina, atau pasta berlian sintetis.

Pemolesan mekanis dilakukan dalam dua tahap, yaitu tahap kasar dan tahap halus. Spesimen yang dipasang pada tahap kasar dapat difiksasi dengan belerang dalam cincin berdiameter sekitar 80 mm. Pemolesan halus dapat dilakukan dengan menggunakan cakram alumina 85% dan cakram karet 15%, serta larutan kalium permanganat jenuh selama sekitar 20 menit.

Etsa dan Identifikasi Fase

Campuran segar dengan volume yang sama dari larutan kalium ferrosianida dan kalium hidroksida pada suhu 20%, 10%, atau 5% menunjukkan fase WC dan TiC-WC; konsentrasi yang lebih rendah dapat menunjukkan fase eta dengan warna berkisar dari kuning-oranye hingga merah-oranye. Sebagai alternatif, panaskan spesimen yang telah dipoles dan kering di udara pada suhu 450–500°C selama sekitar 10–15 menit hingga berwarna kuning pucat. Permukaan berwarna biru gelap yang mengalami oksidasi berlebih harus dipoles ulang.

Penilaian Porositas dan Grafit

Porositas tampak sebagai lubang-lubang melingkar berwarna hitam dengan batas yang tajam, berukuran di bawah 40 μm. Periksa spesimen yang telah dipoles namun belum dietch pada perbesaran 100× atau 200× di beberapa bidang pandang, mulai dari tepi hingga pusat, dan laporkan baik porositas umum maupun porositas parah, dengan menekankan nilai porositas parah. ISO 4499-4:2016 dapat dijadikan acuan sebagai metode referensi internasional; hal ini tidak menyiratkan klaim kesetaraan atau penerimaan.

Kelebihan karbon menghasilkan grafit halus berbentuk sarang atau titik. Pada fraksi volume sekitar 2% dalam WC-Co, grafit tersebut menjadi berbentuk serpihan; sedangkan dalam WC-TiC-Co, fraksi volume sekitar 1,5% dapat menghasilkan bentuk yang lebih halus menyerupai sarang. Evaluasi spesimen yang telah dipoles tanpa etsa berdasarkan jumlah, ukuran, morfologi, dan distribusi grafit. Grafit, porositas, dan fase eta mengurangi kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan aus, sehingga identifikasi komponen-komponen tersebut mendukung pengendalian proses pembuatan bubuk, pencampuran, pengepresan, dan sintering.