Pemuluran akibat panas (creep)

Kerusakan material yang dioperasikan pada temperatur tinggi dalam jangka waktu yang cukup lama tanpa ada kesalahan pengoperasian, biasanya terjadi akibat adanya pengaruh creep atau mulur (Dieter, 1996). Creep atau mulur adalah proses terjadinya deformasi permanen. Dalam beberapa kasus bahkan dapat berakhir dengan kegagalan yang fatal pada logam saat dioperasikan pada temperatur yang tinggi. Selain karena temperatur tinggi juga secara simultan menahan beban konstan pada jangka waktu yang lama (Evans dan Wilshire, 1985). Material akan mengalami deformasi secara kontinyu dan perlahan-lahan dalam jangka waktu yang lama, apabila diberi pembebanan secara tetap.

Kerusakan creep diakibatkan adanya peregangan butir atau struktur pada temperatur tinggi dalam waktu yang lama pada kondisi pembebanan konstan. Laju regangan creep tergantung pada waktu, temperatur operasi, dan besarnya pembebanan yang konstan. Proses kerusakan creep biasanya terjadi pada temperatur tinggi, yaitu berada diatas 0,4 Tm. Tm yang dimaksud adalah titik cair material dalam satuan derajat Kelvin (Dieter, 1996). Kekuatan material pada temperatur yang tinggi akan menurun, hal ini dikarenakan mobilitas atom bertambah dengan cepat apabila temperatur naik. Temperatur tinggi juga mengakibatkan mobilitas dislokasi yang lebih besar, melalui mekanisme panjat (climb). Konsentrasi kekosongan atom dalam keadaan seimbang juga bertambah besar jika temperatur naik, selain itu dapat memungkinkan terjadinya deformasi pada batas butir.

Apabila melampaui batas regangan maksimum, komponen akan patah atau putus. Bahan atau logam yang digunakan untuk suatu komponen dalam bekerja dengan beban dan atau temperatur tinggi yang konstan harus mempunyai kekuatan mulur yang tinggi (high creep strength) atau memiliki sifat laju mulur yang rendah. Contoh komponen-komponen yang potensial mengalami creep adalah:

1. Turbin motor dalam mesin jet
2. Turbin generator uap yang mengalami gaya sentrifugal
3. Pipa-pipa yang dialiri gas panas dan bertekanan tinggi

Ada dua macam pengujian sifat mulur, yaitu pengujian mulur sampai putus (creep rupture test), dimaksudkan untuk mengetahui sifat mulur logam (komponen) tersebut sampai putus. Kemudian pengujian mulur (creep test) yang tidak sampai putus atau patah, dimaksudkan untuk mengetahui ketahanan logam terhadap beban dan atau suhu tinggi yang konstan, ditinjau dari laju mulurnya (Nitiswati, 1999). Ada tiga tahapan deformasi pengujian creep yang dijelaskan dari perubahan regangan terhadap waktu, yaitu:

1. Primary region/transient creep regions/primary creep

Tahapan ini terjadi sesaat setelah pembebanan, benda uji mengalami peningkatan regangan plastis dengan menurunnya laju regangan terhadap waktu. Besarnya laju creep akan berkurang pada akhir tahap ini, karena terjadi penyusunan ulang cacat kristal. Terjadinya penyusunan ulang cacat kristal ini merupakan awal dari tahap kedua.

2. Secondary creep regions/secondary creep/steady state creep

Tahap ini pada dasarnya adalah kondisi kesetimbangan antara mekanisme work hardening dan recovery. Benda uji tetap berada di bawah pembebanan dan tetap bertambah panjang, namun tidak secepat yang terjadi pada tahap pertama. Pada tahap ini sangat bergantung pada besarnya temperatur dan tingkat pembebanan yang diberikan pada benda uji. Kenaikan regangan (laju creep/creep rate) pada tahap ini pun akan konstan.

3. Tertiary creep regions

Pada tahap terakhir ini laju kenaikan regangan berjalan dengan cepat sehingga terjadi penambahan panjang pada benda uji secara cepat pula yang akan mengakibatkan perpatahan. Tahap ini merupakan hasil dari perubahan metalurgi dalam logam, yang di maksud adalah pengkasaran partikel endapan, rekristalisasi atau perubahan difusi yang memungkinkan peningkatan deformasi secara cepat.  Pada tahap ini terjadi pengurangan  luas penampang akibat adanya necking yang mengakibatkan bertambahnya tegangan dalam beban yang konstan, sehingga menambah deformasi.

Kontributor: Feri Wijanarko

By Caesar Wiratama

aeroengineering services merupakan jasa layanan dibawah CV. Markom dengan berbagai jenis solusi, mulai dari drafting CAD, pembuatan animasi, simulasi aliran dengan CFD dan simulasi struktur dengan FEA.