PERSENTASI METALLOGRAPHY “SUDU TURBIN”

INDERALAYA, MEI 2012

Oleh : Cris Sutanto SitinjakProgram Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya

PENDAHULUANBaja sangat berperan penting bagi kehidupan manusia. Kebutuhan akan baja dimulai dari peralatan dapur, transportasi, generator, Turbine dan Blade Turbine. Pada kesempatan ini kita akan membahas mengenai “Turbine Blade” atau kita sebut sebagai sudu turbin. Blade turbine sangat bervariasi bentuk dan jenisnya tergantung Turbine yang di gunakan serta tingkatan pada Turbine itu.

TurbinePengertian Turbine adalah penggerak mula/perangkat mekanik yang memanfaatkan Fluida sebagai fluida kerjanya. Turbin sederhana memiliki satu bagian yang bergerak, perakitan rotor, yang merupakan poros atau drum dengan Blade yang terpasang.

Perangkat yang mirip dengan turbin tapi operasi secara terbalik yaitu didorong  adalah kompresor atau pompa.

Kata “Turbine" diciptakan pada 1822 oleh insinyur pertambangan Perancis Claude Burdin dari turbo Latin yang dikirimkan ke Académic royale des sciences di Paris Benoit Fourneyron mantan mahasiswa Claude Burdin, Membangun turbin air pertama praktis.

BladeTurbine Blade merupakan Pisau/sudu yang membentuk bagian-bagian yang bekerja pada sebuah Turbine. Sudu bertanggung jawab untuk mengekstraksi energi dari gas, suhu tekanan tinggi tinggi yang dihasilkan oleh ruang bakar tersebut.

Untuk bertahan hidup di lingkungan yang sulit, sudu turbin sering menggunakan bahan eksotis seperti superalloy dan metode yang berbeda dari pendinginan, seperti saluran udara internal, pendinginan lapisan batas.

Bagaimana tahap-tahap metallography sebuah sudu?

Tahap – tahap yang harus dilakukan agar proses metallography berjalan dengan baik dan mendapatkan hasil dan memuaskan.Tahap-tahap itu adalah :1. Preparasi Sampel

a. Cutting (Pemotongan Sampel)b. Mountingc. Grinding (Pengamplasan)d. Polishing (Pemolesan)e. Etching (Etsa)

2. Pengamatan Struktur Makro dan Mikro3. Percobaan Jominy

Cutting (Pemotongan Sampel)Pemilihan sampel yang tepat dari suatu benda uji studi mikroskopik merupakan hal yang sangat penting. Secara garis besar, pengambilan sampel dilakukan pada daerah yang akan diamati mikrostruktur maupun makrostrukturnya. Sebagai contoh, untuk pengamatan mikrostruktur material yang mengalami kegagalan, maka sampel diambil sedekat mungkin pada daerah kegagalan (pada daerah kritis dengan kondisi terparah), untuk kemudian dibandingkan dengan sampel yang diambil dari daerah yang jauh dari daerah gagal. Perlu diperhatikan juga bahwa dalam proses memotong, harus dicegah kemungkinan deformasi dan panas yang berlebihan. Oleh karena itu, setiap proses pemotongan harus diberi pendinginan yang memadai. Ada beberapa sistem pemotongan sampel berdasarkan media pemotong yang digunakan, yaitu meliputi proses pematahan, pengguntingan, penggergajian, pemotongan abrasi (abrasive cutter), gergaji kawat, dan EDM (Electric Discharge Machining).Berdasarkan tingkat deformasi yang dihasilkan, teknik pemotongan terbagi menjadi dua, yaitu :

• Teknik pemotongan dengan deformasi yang besar, menggunakan gerinda• Teknik pemotongan dengan deformasi kecil, menggunakan low speed diamond saw

MountingMedia mounting yang dipilih haruslah sesuai dengan material dan jenis reagen etsa yang akan digunakan. Pada umumnya mounting menggunakan material plastik sintetik. Materialnya dapat berupa resin (castable resin) yang dicampur dengan hardener, atau bakelit. Teknik mounting yang paling baik adalah menggunakan thermosetting resin dengan menggunakan material bakelit.Material ini berupa bubuk yang tersedia dengan warna yang beragam. Thermosetting mounting membutuhkan alat khusus, karena dibutuhkan aplikasi tekanan (4200 lb/in2) dan panas (1490C) pada mold saat mounting. Kemudian diamkan beberapa saat kemudian lakukan pengamplasan.

Grinding (Pengamplasan)Sampel yang baru saja dipotong, atau sampel yang telah terkorosi memiliki permukaan yang kasar. Permukaan yang kasar ini harus diratakan agar pengamatan struktur mudah untuk dilakukan. Pengamplasan dilakukan dengan menggunakan kertas amplas yang ukuran butir abrasifnya dinyatakan dengan mesh. Urutan pengamplasan harus dilakukan dari nomor mesh yang rendah (hingga 150 mesh) ke nomor mesh yang tinggi (180 hingga 600 mesh). Ukuran grit pertama yang dipakai tergantung pada kekasaran permukaan dan kedalaman kerusakan yang ditimbulkan oleh pemotongan.

Tabel ukuran Kertas Amplas

Hal yang harus diperhatikan pada saat pengamplasan adalah pemberian air. Air berfungsi sebagai pemidah geram, memperkecil kerusakan akibat panas yang timbul yang dapat merubah struktur mikro sampel dan memperpanjang masa pemakaian kertas amplas. Hal lain yang harus diperhatikan adalah ketika melakukan perubahan arah pengamplasan, maka arah yang baru adalah 450 atau 900 terhadap arah sebelumnya.

Jenis Alat Potong Grit Amplas untuk pengamplasan

Gergaji Pita 60 – 120

Gergaji abrasif 120 – 240

Gergaji kawat / intan kecepatan rendah 320 – 400

REAKSI OKSIDASI PADA BLADE TURBINE

Hot corrosion disebabkan terjadinya sebuah reaksi dari reaksi permukaan dengan garam yang diendapkan dari fase uap.

POLISHING (PEMOLESAN)

Setelah diamplas sampai halus (600), sampel harus dilakukan pemolesan. Pemolesan bertujuan untuk memperoleh permukaan sampel yang halus bebas goresan dan mengkilap seperti cermin dan menghilangkan ketidakteraturan sampel hingga orde 0.01 μm. Permukaan sampel yang akan diamati di bawah mikroskop harus benar-benar rata. Apabila permukaan sampel kasar atau bergelombang, maka pengamatan struktur mikro akan sulit untuk dilakukan karena cahaya yang datang dari mikroskop dipantulkan secara acak oleh permukaan sampel.

Tahap pemolesan dimulai dengan pemolesan kasar terlebih dahulu kemudian dilanjutkan dengan pemolesan halus. Ada 3 metode pemolesan antara lain yaitu sebagai berikut :a. Pemolesan Elektrolit KimiaHubungan rapat arus & tegangan bervariasi untuk larutan elektrolit dan material yang berbeda dimana untuk tegangan, terbentuk lapisan tipis pada permukaan, dan hampir tidak ada arus yang lewat, maka terjadi proses etsa. Sedangkan pada tegangan tinggi terjadi proses pemolesan.b. Pemolesan Kimia MekanisMerupakan kombinasi antara etsa kimia dan pemolesan mekanis yang dilakukan serentak di atas piringan halus. Partikel pemoles abrasif dicampur dengan larutan pengetsa yang umum digunakan.c. Pemolesan Elektro Mekanis (Metode Reinacher)Merupakan kombinasi antara pemolesan elektrolit dan mekanis pada piring pemoles. Metode ini sangat baik untuk logam mulia, tembaga, kuningan, dan perunggu.

Etching (Etsa)

Etsa merupakan proses penyerangan atau pengikisan batas butir secara selektif dan terkendali dengan pencelupan ke dalam larutan pengetsa baik menggunakan listrik maupun tidak ke permukaan sampel sehingga detil struktur yang akan diamati akan terlihat dengan jelas dan tajam. Untuk beberapa material, mikrostruktur baru muncul jika diberikan zat etsa. Sehingga perlu pengetahuan yang tepat untuk memilih zat etsa yang tepat.

a. Etsa KimiaMerupakan proses pengetsaan dengan menggunakan larutan kimia dimana zat etsa yang digunakan ini memiliki karakteristik tersendiri sehingga pemilihannya disesuaikan dengan sampel yang akan diamati. Contohnya antara lain : nitrid acid / nital (asam nitrit + alkohol 95%), picral (asam picric + alkohol), ferric chloride, hydroflouric acid, dll. Perlu diingat bahwa waktu etsa jangan terlalu lama(umumnya sekitar 4 – 30 detik), dan setelah dietsa, segera dicuci dengan air mengalir lalu dengan alkohol kemudian dikeringkan dengan alat pengering.

b. Elektro Etsa (Etsa Elektrolitik)Merupakan proses etsa dengan menggunakan reaksi elektroetsa. Cara ini dilakukan dengan pengaturan tegangan dan kuat arus listrik serta waktu pengetsaan. Etsa jenis ini biasanya khusus untuk stainless steel karena dengan etsa kimia susah untuk medapatkan detil strukturnya.

Pengamatan Struktur Makro dan Mikro

Pengamatan metalografi dengan mikroskop dapat dibagi dua, yaitu :• Metalografi makro, yaitu pengamatan struktur pembesaran 10 – 100 kali• Metalografi mikro, yaitu pengamatan struktur pembesaran di atas 100 kali

Mode perpatahan material secara umum dapat dibagi dua, yaitu perpatahan ulet yang berkarakter berserabut (fibrous) dan gelap (dull), dan perpatahan getas dimana permukaan patahan berbutir (granular) dan terang. Selanjutnya pengamatan dapat dilakukan dengan stereoscope macroscope dan SEM. Sedangkan untuk daerah hasil lasan, secara metalografi dapat ditunjukkan adanya empat bagian, yaitu : composite zone,unmixed zone, partially melted zone, dan true heat affected zone.

Percobaan Jominy

Proses kombinasi pemanasan dan pendinginan yang bertujuan mengubah struktur mikro dan sifat mekanis logam disebut perlakuan panas (heat treatment). Logam yang didinginkan dengan kecepatan dan media pendingin berbeda memberikan perubahan struktur mikro yang berbeda pula. Setiap struktur mikro yang terbentuk (martensit, bainit, ferit dan perlit) merupakan hasil transformasi fasa austenit. Tiap fasa tersebut terbentuk pada kondisi pendinginan yang berbeda-beda sebagaimana yang dapat dilihat pada diagram CCT dan TTT. Tiap fasa memiliki nilai kekerasan yang berbeda-beda. Dengan pengujian Jominy (jominy test) dapat dibuktikan bahwa laju pendinginan yang berbeda-beda akan menghasilkan kekerasan bahan yang berbeda. Pada percobaan ini, sampel dipanaskan hingga suhu austenit, selanjutnya didinginkan secara merata, lalu dihitung nilai kekerasannya. Nilai kekerasan berbanding lurus dengan jarak dari tempat berakhirnya quenced. Makin lambat laju pendinginan logam, makin banyak matriks perlit yang ditampilkan dan kekerasan makin turun.

Analisa Mikro

Gambar di samping adalah Sampel mikro baja struktur. Warna putih adalah fasa austenit dan warna hitam adalah ferrit. Bintik-bintik hitam yang ada pada fasa austenit adalah banyaknya endapan yang terbentuk sebagai persipitat pada fasa austenit bila temperatur tinggi persipitat akan bergeser kebatas butir dan akan terbentuk kembaran (twin-twin) di fasa austenit. Mikro struktur baja tanpa perlakuan, Perbesar 100 kali.

Terima Kasih