BAB I

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Penemuan ini berhubungan dengan peningkatan ketahanan transformasi logam

hardenable komponen paduan terhadap kelelahan dan stres. Khususnya penemuan ini

berhubungan dengan suatu proses untuk meningkatkan ketahanan lelah pisau turbin cf dan

komponen lainnya dengan perlakuan gelombang energi panas yang sangat tinggi. Pisau turbin

biasanya dibuat dari kualitas tinggi ditempa dan cor paduan menggunakan cutting

konvensional. Kinerja pisau turbin secara integral terkait dengan desain pisau dan bahan yang

digunakan untuk memproduksi pisau. Pisau turbin harus menahan gaya sentrifugal akibat

massa pisau dan rotasi rotor, bending stress yang disebabkan oleh gaya aksial dan tangensial

yang diberikan oleh gas panas atau uap, tekanan getaran, dan tegangan termal yang diberikan

oleh perubahan suhu dari ambien untuk suhu operasi. Banyak dari tekanan ini berkonsentrasi

pada akar pisau. Untuk alasan ini, persyaratan mekanis dan material sudu turbin cukup tinggi.

Kegagalan pisau turbin dapat mengakibatkan bencana rusaknya peralatan, cedera dan potensi

kehilangan nyawa. Meningkatkan kinerja kelelahan bending di bagian yang stress secara

cyclic sering membutuhkan alternatif mahal seperti mengubah desain, menentukan bahan

berkualitas tinggi, atau melakukan proses khusus yang dapat berdampak pada sisa tegangan

permukaan tekan di lokasi tersebut yang sering terjadi kegagalan kelelahan. Shootpeening

atau teknik khusus peledakan adalah contoh dari proses yang dikenal dapat menginduksi

tegangan sisa tekan oleh deformasi atau permukaan bagian cold-working. Proses pengerasan

pada tungku pada seluruh bagian yang tidak memerlukan suhu tinggi dapat mengakibatkan

ketidakstabilan dimensi atau perubahan sifat yang diinginkan dari suatu material.

Sebuah proses meningkatkan kualitas material yang disebut karburasi dikenal di

mana karbon dikenakan ke dalam lapisan permukaan baja karbon rendah dengan

memanaskan bagian dalam tungku ketika sedang kontak dengan material karbon. Karbon

berdifusi ke dalam baja dari permukaan dan mengubah lapisan luar menjadi baja karbon

tinggi. Bagian tersebut kemudian diangkat dari tungku, dibiarkan dingin dan panas

diperlakukan pada suhu di atas titik transformasi dan didinginkan secara cepat (quenched).

Lapisan permukaan karbon tinggi kemudian berubah menjadi bagian keras yang mengandung

martensit, sedangkan inti karbon rendah yang tetap tangguh dan tahan guncangan. Kerugian

dari proses karburasi adalah bahwa bagian diperlakukan membutuhkan pemilihan masking.

Selanjutnya, langkah pendinginan dilakukan distorsi ke bagian tersebut, membutuhkan proses

final grinding untuk memperbaiki distorsi. Jika karburasi yang digunakan untuk mengeraskan

pisau turbin seluruh pisau, maka akan menyebabkan variasi yang tidak diinginkan di dimensi

pisau dan perubahan sifat mekanik dalam pisau.

Sebuah proses meningkatkan kualitas part dengan pengerasan induksi adalah proses

dimana bagian yang akan mengeras ditempatkan di dalam sebuah kumparan induksi. Arus

bolak-balik (DC) mengalir melalui kumparan dengan cepat menghasilkan panas yang tinggi

dari bagian dalam yang bersentuhan dengan kumparan. Kedalaman pemanasan dikendalikan

oleh frekuensi arus. Pengerasan induksi konvensional juga memerlukan langkah pendinginan

yang menghasilkan distorsi pada benda kerja diperlakukan. Distorsi ini menyebabkan

perlunya langkah-langkah regrinding akhir di bagian yang memerlukan kualitas tinggi dan

memiliki toleransi kritis.

Laser industri telah digunakan untuk mengeraskan bagian tertentu dari sebuah part

dengan menginduksi fase transisi martensit. Pada proses sinar laser, transformasi proses

pengerasan di mana sinar laser diarahkan ke permukaan transformasi material hardenable

pada suhu yang cukup tinggi untuk menghasilkan reaksi pijar dengan benda kerja. Pada saat

yang sama, waktu ketika sinar laser meninggalkan permukaan kerja dijaga cukup singkat

sehingga material tidak meleleh secara signifikan ketika proses berlangsung. Namun, proses

ini memiliki kelemahan bahwa jet gas pendingin diperlukan untuk menjaga benda kerja tidak

meleleh.

2. Tujuan

Tujuan dari penemuan ini untuk menyediakan metode untuk secara signifikan

meningkatkan kualitas pisau turbin cf dan kinerja kelelahan tanpa mentreatment seluruh

benda kerja. Selain itu meningkatkan ketahanan lelah turbin pisau dengan menghasilkan

distorsi lokal yang sangat kecil, sehingga menghindarkan kebutuhan untuk regrinding

berikutnya.

Ini adalah Tujuan selanjutnya dari penemuan ini untuk menyediakan suatu proses

untuk meningkatkan ketahanan lelah dari pisau turbin dan bagian lain pada kondisi mendekati

finishing.

BAB II

PEMBAHASAN

1. Dasar Teori

Proses dalam meningkatkan ketahanan transformasi sudu turbin logam yang

dikeraskan (hardenable) terhadap kecacatan dan tegangan. Logam yang dipilih adalah dari

kelompk alloy Fe-C, Fe-30%Ni, Fe-12%Cr, dan titanium-based alloy. Prosesnya meliputi

langkah pemilihaan area permukaan yang akan dilakukan pemberian gelombang panas.

Selanjutnya pemberian gelombang panas dilakukan tanpa adanya bahan karbon, sehingga

tidak ada penyerapan karbon yang berlebihan. Pengendalian pemberian gelombang panas

mencegah melelehnya logam. Prosesnya meliputi menginduksi reaksi martensit pada area

yang telah dipilih untuk memberikan area yang di keraskan memiliki tegangan kompresi.

Berdasarkan wujudnya, pemberian gelombang panas dilakukan denngan sebuah elemen

induktif. Dalam penemuan terbaru, pemberian perlakuan panas dilakukan dengan

menambahkan material penghubung kepada area yang dipilih untuk meningkatkan

penyerapan cahaya dan pemberian gelombang langsung dari cahaya laser karbon dioksida ke

area yang dituju.

Menurut penemuan ini, kekuatan mekanik. ketahanan lelah dan stabilitas dimensi

yang meningkat secara lokal meningkatkan karakteristik metalurgi paduan sekaligus

menmindahkan tegangan sisa tekan di daerah terpilih yang paling mungkin untuk gagal.

Gambar. 1 menunjukkan lokal tinggi menekankan daerah 10 dari pisau turbin uap yang dapat

ditreatment dengan proses penemuan ini untuk meningkatkan kelelahan kinerja. Sebuah

tonjolan duri pada pisau juga dapat diobati dengan proses ini.

2. Proses

Proses penemuan ini tidak memerlukan desain maupun bahan mahal perubahan. Dua

perwujudan dari proses penemuan ini dijelaskan di sini secara signifikan memperbaiki

kondisi stres metalurgi dan kualitas pisau turbin stainless steel Jenis 403. Ia melakukannya

dengan menyediakan signifikan struktur martensit yang lebih baik di daerah seperti dari yang

diperoleh melalui pendinginan konvensional. Perwujudan pertama, Menggunakan frekuensi

yang sangat tinggi, treatment dengan gelombang panas induksi dan perwujudan kedua

menggunakan perlakuan panas laser gelombang. Sifat material umum bagian tidak

terpengaruh oleh proses ini dan distorsi dalam batas yang dapat diterima. Proses menurut

penemuan ini memungkinkan menyatukan sifat material unggul ke daerah stres yang tinggi

terpilih dan tetap menjaga toleransi bagian keseluruhan. Perbaikan signifikan dihasilkan

setelah treatment sesuai dengan proses ini.

Proses ini membutuhkan bahan dasar dari bagian yang akan ditreatment harus dibuat

dari transformasi paduan hardenable. Bahan-bahan ini mampu menjalani transformasi fase

martensit, sebaiknya transformasi untuk kondisi berbutir halus. Kelompok paduan meliputi

logam besi dan non-ferrous. Beberapa kelompok paduan lebih penting termasuk Fe-C, Fe

30% Ni, Fe-l2% Cr, dan paduan berbasis titanium. Masing-masing 'kelompok paduan generik

harus memiliki komposisi mampu menjalani reaksi martensit.

Reaksi martensit adalah fase transformasi difusi dimana kristal atau kisi mengalami

restrukturisasi dengan disertai strain geser. Artinya, tidak ada perubahan komposisi terjadi

dengan jenis fase transformasi, meskipun unsur-unsur seperti karbon dapat bergeser ke lokasi

baru dalam kisi yang dapat mengakibatkan pengerasan dan penguatan paduan. Menurut

penemuan ini, perbaikan penting dalam kekuatan dan ketahanan lelah dapat diperoleh pada

karbon rendah paduan besi dan non-ferrous sebagai akibat dari pemindahan tegangan sisa

tekan dan perbaikan metalurgi.

Proses ini tidak terjadi sebagai akibat dari pengerasan permukaan terutama

disebabkan peningkatan kandungan karbon dari logam dasar. Ia bekerja dengan menginduksi

fase transisi martensit di daerah terpilih dari bagian benda kerja yang harus ditreatment. Dua

faktor yang paling penting dalam memproduksi fase martensit transisi adalah temperatur dan

gradien termal. Proses mentreatment panas dari penemuan ini harus, Pertama

mengembangkan kebutuhan panas flux untuk secara cepat meningkatkan suhu permukaan

menjadi solusi mentreatment, dan kedua, bagian itu sendiri harus memberikan sifat efisien

heat sink yang secara cepat memindahkan panas permukaan setelah sumber panas

dihilangakan. Pencairan permukaan harus dihindarkan pada proses ini.

Gelombang siklus treatment panas melayani dua tugas penting dalam proses

penemuan ini.

Pertama, pulsa durasi pendek menyebabkan tambahan siklus pemanasan dan

pendinginan. Hal ini sangat mengurangi penumpukan panas di bagian seperti yang biasa

terjadi dengan proses treatment panas permukaan konvensional atau non-gelombang. Kedua,

jumlah penumpukan panas yang disediakan oleh gelombang lebih rendah mengurangi

kemungkinan bagian distorsi atau bahan dasar perubahan properti. Jangka waktu yang pulsa

sangat pendek menghasilkan penggunaan panas jauh lebih tinggi tanpa menyebabkan

overheating permukaan atau mencair. Flux Panas tinggi Siklus menjamin suhu permukaan

sementara tinggi diikuti dengan pendinginan cepat, sehingga memenuhi prasyarat untuk fase

transisi martensit.

Dua perwujudan dari proses penemuan ini, induksi gelombang dan gelombang panas

laser yang mentreatment memenuhi persyaratan kepadatan energi yang dibutuhkan untuk

transformasi pengerasan bahan dengan transformasi fasa martensit. Perwujudan induksi pulsa

lebih cocok untuk mentreatment pada permukaan kecil atau melengkung. Laser panas

gelombang mentreatment perwujudan, dengan profil sinar yang luas, lebih cocok untuk

mentreatment permukaan lebih besar karena kecenderungan untuk sinar laser akan kembali

pada permukaan melengkung.

Peralatan induksi untuk memanaskan permukaan memperlakukan transformasi

paduan hardenable menurut saat ini penemuan harus memiliki karakteristik sebagai berikut:

(1) reproduceability;

(2) pemulihan yang cepat;

(3) kemampuan untuk memproduksi kepadatan energi yang tinggi;

(4) kemampuan untuk gelombang cepat;

(5) pita frekuensi mega-hertz; dan

(6) resistensi induktor sangat rendah.

Sebuah induksi gelombang listrik dengan fitur di atas telah digunakan untuk

melakukan percobaan pada 403 Jenis baja stainless martensit. Memiliki frekuensi kuat dan

tinggi, tersedia secara komersial

Ini adalah IMPULSA-II tersedia dari Impulsphysik, Hamburg, Jerman W.. Literatur

produk yang dikeluarkan oleh Impulsphysik GmbH mengklaim daya yang dikirim adalah

sekitar l0kW.

Fitur gelombang sangat penting dalam proses ini karena memicu transformasi

pengerasan selama bagian OFF pulsa dari siklus panas. Seberapa kali pulsa yang ditentukan

akan meningkatkan kedalaman pola panas mentreatment. Pengerasan induksi pulsa berbeda

dari induksi konvensional pengerasan terutama pada rentang frekuensi induktif (2-3 lipat

lebih tinggi), sarana penyimpanan energi (kapasitor), panas memperlakukan bentuk

gelombang siklus (persegi), dan disampaikan energi per pulsa. Proses ini terbatas untuk

mentreatment area lokal yang dapat diakses oleh induktor presisi yang terkonsentrasi medan

magnet sehingga fokus treatment energi panas ke area yang spesifik.

Induktor terbuat dari bahan resistansi rendah seperti perak kemurnian tinggi atau

tembaga adalah fitur yang disukai dari proses ini untuk meminimalkan kerugian ohmic

selama siklus pemanasan induksi. Induktor tidak diperbolehkan terlalu panas. Oleh karena itu

lebih baik untuk memanfaatkan teknik pendinginan seperti melewati pendingin ke atau

melalui induktor. Geometri induktor sebaiknya disesuaikan dengan mengizinkan kopling

magnet dekat dengan mentreatment panas permukaan yang diinginkan. Dalam hubungan ini,

Gambar. 2 menunjukkan geometri induktor dirancang untuk memberikan gelombang lokal di

root areasof pisau turbin. Ini termasuk inti triangguler 11 setelah tubuh ferit 12 erat

digabungkan ke yang sama untuk memfokuskan medan elektromagnetik yang diinginkan.

Sepasang akhir tembaga piring 13 disediakan untuk menghubungkan ke kumparan (tidak

ditampilkan) dibungkus pada inti induktor 11. piring tersebut bertindak sebagai lead dan

masing-masing termasuk saluran 14 untuk mengarahkan air pendingin ke dalam saluran 16 di

inti 11. Sebagai ilustrasi, isolasi lembar 17 memisahkan berfokus tubuh 12 dari 13 piring.

Sementara induktor geometri penting untuk sistem sukses, penemuan ini tidak

terbatas pada Etry GEOM dari induktor diperlihatkan dalam gambar. 2. Karena konduktivitas

yang tinggi adalah kualitas penting dari induktor, semakin dekat satu datang ke

superkonduktivitas, lebih ef? Efisien yang bisa membuat induktor dan daya mengarah ke hal

yang sama. Pendingin mungkin harus dijalankan melalui induktor untuk setiap desain

tertentu. Tepi tajam harus dihindari pada induktor non-melingkar.

Dua teknik pulsa sangat pendek dan panjang pulsa tunggal beberapa kali digunakan.

Teknik pulsa pendek beberapa adalah 0,090 detik-ON diikuti oleh 0.040 detik-OFF atau

ledakan 18 pulsa. Sebuah pulsa panjang tunggal dipelajari di mana waktu pulsa bervariasi

antara 0.560, 0.580, dan 0.600 detik. Teknik pulsa pendek beberapa disukai karena ada

sedikit kesempatan penumpukan panas. Namun, bahan dasar memiliki kesempatan untuk

mengusir beberapa panas selama modus OFF.

Stand-off jarak dari induktor untuk bagian penting. Untungnya, pisau turbin

'diproduksi dengan dimensi yang sangat tepat, maka variasi geometri bersama adalah hampir

tidak ada. Jarak stand-off dari 0,23 milimeter telah digunakan. Meningkatkan stand-off jarak

akan membuat set up bagian lebih mudah tetapi akan meningkatkan total waktu ke

permukaan bagian memperlakukan. Diterima stand-off jarak jatuh dalam kisaran 0009-0020

inci.

Proses pengerasan induksi pulsa mengembangkan fluks panas yang sangat tinggi

dengan pemakaian kapasitor ke switching dan sirkuit elektronik berosilasi. Selama setiap

siklus pemanasan, penyimpanan kapasitor utama habis energi melalui sepasang diprogram

thryatrons beralih untuk menghasilkan siklus pemanasan gelombang persegi durasi yang telah

ditetapkan untuk kedua mode ON dan OFF. Selanjutnya. Pulsa gelombang persegi disahkan

menjadi sirkuit triode osilasi mana pita frekuensi 27,12 MHz yang ditumpangkan ke pulsa

sebelum memasuki rendah keluaran perlawanan induktor. Seperti halnya sistem pemanas

induksi, permukaan pemanasan terjadi oleh eddy pembentukan dan hysteresis kerugian saat

ini (bahan ferromagnetic) dalam cepat berubah ke medan magnet. Fluks energi tinggi yang

diciptakan oleh proses pengerasan pulsa menciptakan pemanasan permukaan yang sangat

cepat dengan kopling dekat induktor untuk benda kerja. Permukaan kedalaman pengerasan

penetrasi dangkal karena frekuensi berbanding terbalik dengan penetrasi seperti yang

ditunjukkan dalam hubungan mendasar berikut:

Pengaturan peralatan dapat digunakan untuk beragam pola mentreatment panas dan

kedalaman kasus. Kontrol meliputi jumlah pulsa, pulseduration (misalnya waktu (m-sec):.

PULSE ON dan OFF PULSE), energi per pulsa, dan jarak kopling antara benda kerja dan

induktor. lnductor geometri, kimia material dan metalurgi negara juga dapat mempengaruhi

pola mentreatment panas dan kedalaman kasus.

Selama siklus pemanasan khas, kepadatan panas tinggi flux secara lokal

terkonsentrasi di bawah induktor di permukaan dan bawah permukaan beberapa mils. Ini

memiliki keuntungan metalurgi penting. Permukaan mencapai suhu austenitizing (1400 "F.-

2000 ° F) baik sebelum bawah permukaan dan inti dari bagian awal untuk memanaskan, sifat

mekanik dan metalurgi akibatnya, interior material seperti kekuatan tarik, ketangguhan, dan

biji-bijian ukuran tetap tidak terpengaruh. Perubahan metalurgi di zona pulsa diperlakukan

yang secara signifikan berbeda namun setelah selesai siklus khas-panas (umumnya di bawah

1 detik) substrat dingin segera berada di bawah zona perlakuan panas disebabkan cepat

pendinginan permukaan dan pembentukan martensit gandum sangat baik. Reaksi ini

menyebabkan pengerasan permukaan lokal dan pembentukan tegangan sisa tekan pada

paduan pengerasan tinggi. Tegangan sisa tekan terbentuk di permukaan meningkatkan kinerja

kelelahan saat siklis stres. Gandum Martensit telah meningkat kekuatannya dibandingkan

ketangguhan martensit konvensional. Karena proses austenitizes permukaan lokal, minimal

sebagian panas sampai terjadi membuat teknologi ini ideal untuk memodifikasi permukaan,

sifat dari bagian dengan dimensi kritis, dimensi lintas tipis sectional atau sifat mekanik atau

metalurgi umum yang harus dilestarikan.

BAB III

PENUTUP

Kesimpulan

Jadi dengan perpaduan metode induksi panas dan laser beam dapat dihasilkan proses

heat treatment permukaan pada sudu turbin yang membutuhkan sudu turbin yang berkualitas

tinggi. Hasil dari heat treatment tersebut sangat baik sehingga tidak membutuhkan proses

regrinding yang sangat banyak pada bagian finishing.