Karakteristik superalloy berbahan dasar nikel Inconel 718
Inconel 718 - Apa saja sifat-sifat superalloy berbasis nikel - Definisi
Inconel 718 adalah superalloy berbahan dasar nikel dengan sifat kekuatan tinggi dan tahan suhu tinggi. Ini juga menunjukkan perlindungan yang signifikan terhadap korosi dan oksidasi.
Superalloys - Inconel - Bilah Turbin Superalloy atau paduan kinerja tinggi adalah paduan non-besi yang menunjukkan kekuatan dan stabilitas permukaan yang sangat baik pada suhu tinggi. Kemampuannya untuk beroperasi dengan aman pada titik leleh yang lebih tinggi (hingga 85% titik leleh (T m ) dalam derajat Kelvin, 00,85) adalah properti utamanya. Superalloy biasanya digunakan pada suhu di atas 540 derajat (1000 derajat F) karena baja biasa dan paduan titanium kehilangan kekuatannya pada suhu ini, dan korosi juga umum terjadi pada baja pada suhu ini. Pada suhu tinggi, superalloy mempertahankan kekuatan mekanik, ketahanan terhadap deformasi mulur termal, stabilitas permukaan, dan ketahanan terhadap korosi atau oksidasi. Beberapa superalloy berbahan dasar nikel dapat menahan suhu melebihi 1200 derajat, bergantung pada komposisi paduannya. Superalloy biasanya dicetak sebagai kristal tunggal, dan meskipun batas butir memberikan kekuatan, namun mengurangi ketahanan mulur.
Superalloy berbahan dasar nikel
Superalloy berbahan dasar nikel saat ini menyumbang lebih dari 50% berat mesin pesawat canggih. Superalloy berbahan dasar nikel mencakup paduan yang diperkuat larutan padat dan paduan pengerasan umur. Paduan pengerasan umur terdiri dari matriks austenitik (fcc) yang di dalamnya senyawa intermetalik Ni yang diendapkan secara koheren (Al,Ti) terdispersi dan memiliki struktur fcc. Superalloy berbahan dasar nikel adalah paduan dengan nikel sebagai unsur paduan utamanya. Dalam penerapan yang dibahas sebelumnya, superalloy berbahan dasar nikel lebih disukai sebagai bahan bilah dibandingkan superalloy berbahan dasar kobalt atau besi. Penting untuk superalloy berbahan dasar nikel adalah kekuatannya yang tinggi, ketahanan mulur dan ketahanan korosi pada suhu tinggi. Bilah turbin biasanya dicetak dalam bentuk padat terarah atau dalam bentuk kristal tunggal. Bilah kristal tunggal terutama digunakan pada baris pertama tahap turbin.
Mereka awalnya dikembangkan untuk digunakan pada turbocharger mesin piston pesawat. Saat ini, aplikasi yang paling umum adalah pada komponen turbin pesawat terbang, yang harus tahan terhadap lingkungan oksidasi yang parah dan suhu tinggi untuk jangka waktu yang wajar. Aplikasi saat ini meliputi:
turbin gas pesawat
pembangkit listrik turbin uap
aplikasi medis
Pesawat luar angkasa dan mesin roket
Peralatan perlakuan panas
Pembangkit listrik tenaga nuklir
Nikel adalah elemen dasar superalloy, sekelompok paduan nikel, besi-nikel, dan kobalt yang digunakan dalam mesin jet. Logam-logam ini memiliki ketahanan yang sangat baik terhadap deformasi mulur termal dan menjaga kekakuan, kekuatan, ketangguhan, dan stabilitas dimensinya pada suhu yang jauh lebih tinggi dibandingkan material struktur ruang angkasa lainnya.
Inkonel 718
Secara umum, Inconel adalah merek dagang terdaftar dari Logam Khusus untuk keluarga superalloy berbasis nikel-kromium austenitik. Inconel 718 adalah superalloy berbahan dasar nikel dengan sifat kekuatan tinggi dan tahan suhu tinggi. Ini juga menunjukkan perlindungan yang signifikan terhadap korosi dan oksidasi. Kekuatan suhu tinggi Inconel ditingkatkan dengan penguatan larutan padat atau pengerasan presipitasi, tergantung pada paduannya. Inconel 718 terdiri dari 55% nikel, 21% kromium, 6% besi dan sejumlah kecil mangan, karbon dan tembaga.
Penggunaan umum superalloy adalah di bidang kedirgantaraan dan beberapa industri teknologi tinggi lainnya. Paduan suhu tinggi ini memadukan ketahanan terhadap korosi dengan kekuatan material dalam menghadapi panas ekstrem dan berkinerja baik di industri nuklir. Beberapa pembangkit listrik tenaga nuklir menggunakan superalloy berbahan dasar nikel untuk inti reaktor, batang kendali, dan komponen serupa. Dalam industri nuklir, superalloy kobalt rendah digunakan (karena kemungkinan aktivasi kobalt 59). Beberapa komponen struktural rakitan bahan bakar nuklir, seperti nozel atas dan bawah, dapat dibuat dari superalloy seperti Inconel. Grid pengatur jarak biasanya terbuat dari bahan tahan korosi dengan penampang serapan neutron termal rendah, biasanya paduan zirkonium (~0.18 × 10 –24 cm2). Grid pengatur jarak pertama dan terakhir juga dapat dibuat dari Inconel kobalt rendah, paduan super yang ideal untuk digunakan di lingkungan ekstrem yang tahan terhadap tekanan dan panas.
mulur termal
Creep, juga dikenal sebagai aliran dingin, adalah deformasi permanen yang meningkat seiring waktu di bawah beban atau tekanan konstan. Hal ini disebabkan oleh paparan yang terlalu lama terhadap tekanan mekanis eksternal yang besar yang menyebabkan batas luluh, dan lebih parah pada material yang telah dipanaskan dalam jangka waktu yang lama. Laju deformasi merupakan fungsi dari sifat material, waktu pemaparan, suhu pemaparan, dan beban struktural yang diterapkan. Creep merupakan fenomena yang sangat penting jika kita menggunakan material pada suhu tinggi. Creep sangat penting dalam industri tenaga listrik dan sangat penting dalam desain mesin jet. Untuk banyak situasi mulur dengan umur yang relatif pendek (seperti bilah turbin pada pesawat militer), waktu pecah merupakan pertimbangan utama dalam desain. Tentu saja, untuk menentukannya, uji mulur harus dilakukan sampai titik kegagalan; ini disebut tes pecahnya mulur.
Ketahanan mulur suatu material dipengaruhi oleh banyak faktor seperti difusivitas, curah hujan, dan ukuran butir. Secara umum, ada tiga metode umum untuk mencegah mulur logam. Salah satu caranya adalah dengan menggunakan logam dengan titik leleh lebih tinggi, cara kedua adalah dengan menggunakan bahan dengan ukuran butir lebih besar, dan cara ketiga adalah dengan menggunakan paduan. Logam kubik berpusat badan (BCC) memiliki ketahanan mulur yang buruk pada suhu tinggi. Hasilnya, paduan super berbahan dasar Co, Ni, dan Fe, biasanya paduan austenitik kubik berpusat muka, dapat direkayasa dengan ketahanan mulur yang tinggi sehingga menjadi material ideal di lingkungan bersuhu tinggi.
retak korosi tegangan
Salah satu masalah metalurgi yang paling serius dan salah satu perhatian utama dalam industri nuklir adalah stress Corrosion Cracking (SCC). Retak korosi tegangan merupakan hasil kombinasi tegangan tarik yang diterapkan dan lingkungan korosif, yang keduanya diperlukan. SCC adalah sejenis korosi korosi intergranular yang terjadi pada batas butir akibat pengaruh tegangan tarik. Baja paduan rendah kurang rentan dibandingkan baja paduan tinggi, namun rentan terhadap SCC dalam air yang mengandung ion klorida. Namun, paduan berbahan dasar nikel tidak terpengaruh oleh ion klorida atau hidroksida. Contoh paduan berbahan dasar nikel yang tahan terhadap retak korosi tegangan adalah Inconel.
Sifat Paduan Suhu Tinggi – Inconel 718
Sifat material adalah sifat intensif, yang berarti sifat tersebut tidak bergantung pada massa dan dapat berubah dari satu tempat ke tempat lain dalam sistem kapan saja. Dasar-dasar ilmu material melibatkan mempelajari struktur material dan menghubungkannya dengan sifat-sifatnya (mekanik, listrik, dll.). Setelah ilmuwan material memahami korelasi struktur-properti ini, mereka dapat melanjutkan mempelajari kinerja relatif material dalam aplikasi tertentu. Penentu utama struktur suatu bahan dan sifat-sifatnya adalah unsur-unsur kimia penyusunnya dan cara pengolahannya menjadi bentuk akhirnya.
Sifat Mekanik Paduan Suhu Tinggi – Inconel 718
Bahan sering dipilih untuk berbagai aplikasi karena bahan tersebut memiliki kombinasi sifat mekanik yang ideal. Untuk aplikasi struktural, sifat material sangat penting dan para insinyur harus memperhitungkannya.
Kekuatan superalloy – Inconel 718
Dalam mekanika material, kekuatan suatu material adalah kemampuannya menahan beban yang diterapkan tanpa kegagalan atau deformasi plastis. Kekuatan suatu material pada dasarnya memperhitungkan hubungan antara beban luar yang diberikan pada material dan deformasi atau perubahan dimensi material. Kekuatan suatu material adalah kemampuannya menahan beban yang diterapkan tanpa kegagalan atau deformasi plastis.
kekuatan tekanan maksimum
Kekuatan tarik utama dari superalloy - Inconel 718 bergantung pada proses perlakuan panas tetapi kira-kira 1200 MPa.
Kekuatan tarik ultimat adalah nilai maksimum pada kurva tegangan-regangan rekayasa. Hal ini sesuai dengan tegangan maksimum yang dapat ditopang oleh struktur dalam keadaan tarik. Kekuatan tarik ultimat sering disebut hanya sebagai “kekuatan tarik” atau bahkan sekadar “ultimat”. Jika tekanan ini diterapkan dan dipertahankan, maka dapat menyebabkan patah tulang. Biasanya, nilai ini jauh lebih tinggi dibandingkan tegangan leleh (50 hingga 60 persen lebih tinggi dibandingkan kekuatan leleh beberapa jenis logam). Ketika material ulet mencapai kekuatan maksimumnya, material tersebut akan leher ke bawah dimana luas penampang berkurang secara lokal. Kurva tegangan-regangan tidak mencakup tegangan di atas kekuatan ultimit. Meskipun deformasi dapat terus meningkat, tegangan biasanya menurun setelah kekuatan ultimat tercapai. Ini adalah properti yang padat; oleh karena itu nilainya tidak bergantung pada ukuran spesimen. Namun, hal ini bergantung pada faktor lain seperti persiapan spesimen, lingkungan pengujian, dan suhu material. Kekuatan tarik tertinggi berkisar dari 50 MPa untuk aluminium hingga 3000 MPa untuk baja berkekuatan sangat tinggi.
Kekuatan Hasil
Kekuatan luluh superalloy - Inconel 718 bergantung pada proses perlakuan panas tetapi kira-kira 1030 MPa.
Titik luluh merupakan titik pada kurva tegangan-regangan yang menunjukkan batas perilaku elastis dan permulaan perilaku plastis. Kekuatan luluh atau tegangan leleh adalah suatu sifat material yang didefinisikan sebagai tegangan pada saat material mulai mengalami deformasi plastis, sedangkan titik leleh adalah titik dimulainya deformasi nonlinier (elastis + plastis). Sebelum titik leleh, material akan berubah bentuk secara elastis dan kembali ke bentuk aslinya ketika tegangan yang diberikan dihilangkan. Ketika titik luluh terlampaui, sebagian deformasi akan bersifat permanen dan tidak dapat diubah. Beberapa baja dan material lainnya menunjukkan perilaku yang disebut fenomena titik luluh. Kekuatan hasil bervariasi dari 35 MPa untuk aluminium berkekuatan rendah hingga lebih dari 1400 MPa untuk baja berkekuatan sangat tinggi.
Modulus elastisitas Young
Modulus elastisitas Young dari superalloy - Inconel 718 adalah 200 GPa.
Modulus elastisitas Young adalah modulus elastisitas di bawah tegangan tarik dan tekan dalam keadaan elastis linier deformasi uniaksial dan biasanya dievaluasi dengan uji tarik. Ketika tegangan ultimit tercapai, benda akan dapat memperoleh kembali dimensinya ketika beban dihilangkan. Tegangan yang diberikan menyebabkan atom-atom dalam kristal berpindah dari posisi setimbangnya. Semua atom dipindahkan dengan jumlah yang sama tetapi tetap mempertahankan geometri relatifnya. Ketika tegangan dihilangkan, semua atom kembali ke posisi semula dan tidak terjadi deformasi permanen. Menurut hukum Hooke, tegangan sebanding dengan regangan (di daerah elastis) dan kemiringannya adalah modulus Young. Modulus Young sama dengan tegangan longitudinal dibagi regangan.
Kekerasan superalloy – Inconel 718
Kekerasan Brinell dari superalloy – Inconel 718 bergantung pada proses perlakuan panas tetapi kira-kira 330 MPa.
Dalam ilmu material, kekerasan adalah kemampuan menahan lekukan permukaan (deformasi plastik lokal) dan goresan. Kekerasan mungkin merupakan sifat material yang paling tidak terdefinisi dengan baik, karena dapat menunjukkan ketahanan terhadap goresan, abrasi, lekukan, atau bahkan ketahanan terhadap pembentukan atau deformasi plastis lokal. Dari sudut pandang teknik, kekerasan penting karena ketahanan aus terhadap gesekan atau serangan uap, minyak, dan air umumnya meningkat seiring dengan meningkatnya kekerasan.
Uji kekerasan Brinell merupakan salah satu uji kekerasan lekukan yang telah dikembangkan untuk pengujian kekerasan. Dalam pengujian Brinell, indentor berbentuk bola keras ditekan ke permukaan logam untuk diuji pada beban tertentu. Pengujian umum menggunakan bola baja keras berdiameter 10 mm (0,39 in) sebagai indentor dengan gaya 3,000 kgf (29,42 kN; 6,614 lb). Beban tetap konstan untuk waktu tertentu (antara 10 dan 30 detik). Untuk bahan yang lebih lembut, gunakan lebih sedikit tenaga; untuk bahan yang lebih keras, gunakan bola tungsten karbida sebagai pengganti bola baja.
Pengujian ini memberikan hasil numerik untuk mengukur kekerasan suatu material, yang dinyatakan sebagai Angka Kekerasan Brinell - HB. Nilai kekerasan Brinell ditetapkan sebagai PBR menurut standar pengujian yang paling umum digunakan (ASTM E10-14[2] dan ISO 6506–1:2005) (H dari kekerasan, B dari kekerasan Brinell, dan W dari material indentor tungsten ( tungsten) benda karbida). Dalam standar sebelumnya, HB atau HBS digunakan untuk merujuk pada pengukuran yang dilakukan dengan indentor baja.
Angka kekerasan Brinell (HB) adalah beban dibagi luas permukaan lekukan. Diameter cetakan diukur menggunakan mikroskop dengan skala yang ditumpangkan. Nilai kekerasan Brinell dihitung dengan rumus berikut:
Ada beberapa metode pengujian yang umum digunakan (seperti Brinell, Knoop, Vickers, dan Rockwell). Tersedia tabel yang menghubungkan nilai kekerasan dari berbagai metode pengujian di mana korelasi dapat diterapkan. Di semua skala, nilai kekerasan yang tinggi mewakili logam keras.
Sifat Termal Paduan Suhu Tinggi – Inconel 718
Sifat termal suatu bahan mengacu pada responsnya terhadap perubahan suhu dan penerapan panas. Ketika benda padat menyerap energi dalam bentuk panas, suhunya meningkat dan ukurannya bertambah. Tetapi bahan yang berbeda bereaksi berbeda terhadap pemanasan.
Kapasitas panas, ekspansi termal, dan konduktivitas termal merupakan sifat-sifat yang sering kali penting dalam penggunaan praktis padatan.
Titik Leleh Paduan Suhu Tinggi – Inconel 718
Titik lebur superalloy – Baja Inconel 718 memiliki titik leleh sekitar 1400 derajat.
Secara umum, leleh adalah perubahan fasa suatu zat dari fasa padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu terjadinya perubahan fasa. Titik leleh juga menentukan kondisi di mana padatan dan cairan dapat berada dalam kesetimbangan.
Konduktivitas Termal Paduan Suhu Tinggi - Inconel 718
Paduan suhu tinggi - Inconel 718 memiliki konduktivitas termal 6,5 W/(mK).
Sifat perpindahan panas bahan padat diukur dengan sifat yang disebut konduktivitas termal k (atau λ), dalam satuan W/mK. Ini adalah ukuran kemampuan suatu zat untuk mentransfer panas melalui suatu material melalui konduksi. Perhatikan bahwa hukum Fourier berlaku untuk semua materi apa pun wujudnya (padat, cair, atau gas), sehingga hukum ini juga berlaku untuk cairan dan gas.
