SUPERALLOY DAN PEMANFAATAN SUPERALLOY

BERBASIS NIKEL DALAM TURBINE DISC

Paper ini disusun untuk memenuhi tugas Mata Kuliah Kimia Anorganik I

Dosen Pengampu: Setia Budi, M.Si

Disusun oleh :

MUHAMMAD ALAMSYAH

3315122103

Program Studi Pendidikan Kimia Reguler

Jurusan Kimia

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA

2014

i

Kata Pengantar

Puji Syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas anugrahNya penulisan paper yang berjudul Superalloy dan Pemanfaatan Superalloy Berbasis Nikel Dalam Turbin Disc dapat terselesaikan dengan baik. Tidak lupa kami ucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu terlaksananya penulisan paper ini hingga bisa tersusun dengan baik.

Paper ini ditujukan untuk memenuhi tugas mata kuliah Kimia Anorganik I. Penulis mengucapkan terimakasih kepada Bapak Setia Budi, M.Si selaku dosen pembimbing mata kuliah Kimia Anorganik I. Paper ini susun berdasarkan pengetahuan yang kami peroleh dari beberapa buku dan media elektronik dengan harapan orang yang membaca dapat memahami tentang pengertian, dasar, sintesis dan manfaat dari superalloy.

Penulis menyadari bahwa penulisan paper ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, kami mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi perbaikan penerbitan paper ini di masa mendatang.

Akhirnya, penulis mengharapkan semoga paper ini dapat memberikan manfaat, khususnya bagi penulis dan umumnya bagi pembaca.

Jakarta, 5 Mei 2014

Penyusun

ii

Daftar Isi

Kata Pengantar ..................................................................................................................... i

Daftar Isi .............................................................................................................................. ii

SUPERALLOY ........................................................................................................................ 1

DASAR METALURGI SUPERALLOY ....................................................................................... 2

JENIS-JENIS SUPERALLOY .................................................................................................... 3

1. Superalloy bebasis kobalt ....................................................................................... 3

2. Superalloy berbasis besi .......................................................................................... 4

3. Superalloy berbasis nikel ........................................................................................ 5

SINTESIS SUPERALLOY ........................................................................................................ 9

APLIKASI SUPERALLOY CAKRAM TURBIN (TURBINE DISC) ............................................. 10

Daftar Pustaka ................................................................................................................... 15

1

SUPERALLOY

Istilah "superalloy" pertama kali digunakan setelah Perang Dunia II untuk menggambarkan perkembangan sekelompok paduan (alloy) yang digunakan dalam turbosuperchargers dan mesin turbin pesawat yang diperlukan kinerja yang tinggi pada temperatur tinggi.

Superalloy adalah paduan tahan panas didasarkan pada nikel, nikel-besi, atau kobalt yang menunjukkan kombinasi dari kekuatan mekanik dan ketahanan terhadap degradasi permukaan. Superalloy terutama digunakan dalam turbin gas, tanaman konversi batubara, dan industri proses kimia, dan untuk aplikasi khusus lain yang membutuhkan panas dan / atau ketahanan korosi. Superalloy didasarkan pada unsur-unsur kelompok VIIIB dan biasanya terdiri dari berbagai kombinasi Fe, Ni, Co, dan Cr, serta jumlah yang lebih kecil dari W, Mo, Ta, Nb, Ti, dan Al. Tiga besar kelas superalloy nikel-besi-, dan paduan berbasis kobalt.

Superalloy berbasis nikel, nikel-besi, dan kobalt umumnya digunakan pada suhu sekitar 1000oF (540oC). Superalloy berbasis besi-nikel merupakan perpanjangan dari teknologi tempa stainless baja. Sejumlah paduan telah ditemukan, dipelajari, dan banyak yang telah dipatenkan. Namun, banyak paduan telah berkurang selama bertahun-tahun dan hanya beberapa yang digunakan. Penggunaan paduan dalam industri misalnya turbin gas, turbin uap, dll. Tidak semua paduan dapat disebutkan; contoh dari yang lebih tua dan yang lebih baru paduan digunakan untuk menunjukkan respon metalurgi fisik sistem superalloy Gambar 1.1 membandingkan perilaku stres pecah dari tiga kelas alloy (besi-nikel-, nikel-, dan kobalt).

2

DASAR METALURGI SUPERALLOY

Besi, nikel, dan kobalt umumnya ketika sebagai dasar superalloy bentuk struktur kristalnya adalah face centered kubik (fcc-austenitic). Namun, sebenarnya struktur unsur logam besi dan kobalt dalam temperature ruangan tidak berbentuk fcc. Besi dan kobalt, keduanya menjalani transformasi menjadi fcc pada suhu tinggi atau di hadapan unsur-unsur paduan lain. Disisi lain, Nikel adalah fcc pada semua suhu. Dalam superalloy berbasis besi dan kobalt, bentuk fcc elemen ini umumnya distabilkan oleh penambahan elemen paduan, terutama nikel, untuk memberikan sifat terbaik.

Batas penggunaan untuk superalloy tidak dibatasi oleh terjadinya setiap fase allotropic reaksi transformasi tetapi merupakan fungsi dari suhu leleh baru jadi paduan dan pembubaran penguatan fase. Insipien cair adalah pencairan yang terjadi pada beberapa bagian dari paduan yang ketika dipadatkan, tidak pada komposisi kesetimbangan dan dengan demikian meleleh pada suhu yang lebih rendah di mana ia dinyatakan mungkin meleleh. Semua paduan memiliki berbagai pencairan, sehingga mencair tidak pada suhu tertentu bahkan jika tidak ada pemisahan elemen paduan yang tidak setimbang. Superalloy diperkuat tidak hanya oleh sifat dasar matriks fcc dan kimia tetapi juga oleh kehadiran fase penguatan khusus, biasanya endapan. Bekerjanya (deformasi mekanik) dari superalloy juga dapat meningkatkan kekuatan, namun kekuatan yang mungkin tidak bertahan pada suhu tinggi.

Beberapa kecenderungan transformasi fase fcc ke-suhu yang lebih rendah yang stabil sering terjadi dalam superalloy berbasis kobalt. fcc matriks austenitik superalloy telah menambah kelarutan untuk beberapa tambahan paduan, daktilitas yang sangat baik, dan (besi-nikel dan superalloy berbasis nikel) karakteristik yang menguntungkan bagi pengendapan fase penguatan unik yang efektif.

Besi murni memiliki kerapatan 0.284 lb/in3 (7,87 g/cm3), dan nikel dan kobalt murni memiliki kepadatan dari sekitar 0,322 lb/in3 (8,9 g/cm3). Superalloy berbasis besi-nikel memiliki kerapatan sekitar 0,285-0,300 lb/in.3 (7,9-8,3 g / cm3); superalloy berbasis kobalt, sekitar 0,300-0,340 lb/in3 (8,3-9,4 g/cm3); dan superalloy berbasis nikel, sekitar 0,282-0,322 lb/in3 (7,8-8,9 g/cm3). kerapatan superalloy dipengaruhi oleh paduan tambahan: aluminium, titanium, dan kromium mengurangi kepadatan, sedangkan tungsten, renium, dan tantalum meningkatkan kerapatan. Ketahanan korosi superalloy terutama tergantung pada unsur-unsur paduan ditambahkan, terutama kromium dan aluminium, dan lingkungan alami.

Titik leleh dari unsur-unsur murni adalah sebagai berikut: Nikel, 2647 oF (1453 oC); kobalt, 2723 oF (1.495 oC); dan besi, 2798 oF (1.537 oC). Terbaru (terendah) titik leleh dan rentang leleh superalloy adalah fungsi komposisi dan pengolahan sebelumnya. Umumnya, titik leleh baru jadi lebih besar untuk kobalt-dasar daripada superalloy nikel atau berbasis besi-nikel. Superalloy berbasis nikel mungkin menunjukkan titik leleh baru jadi pada temperatur serendah 2200 oF

3

(1.204 oC). Lanjutan superalloy berbasis nikel mempunyai kristal tunggal dengan jumlah terbatas tekanan titik lebur cenderung memiliki titik leleh baru jadi sama dengan atau lebih dari superalloy berbasis kobalt.

JENIS-JENIS SUPERALLOY

1. Superalloy bebasis kobalt

Paduan tempa berbasis kobalt, seperti superalloy lain, tidak diperkuat dengan tidak logis, memerintahkan endapan. Sebaliknya, karakteritik dengan dengan larutan padat diperkuat austenitic (fcc) mengacu pada di mana sejumlah kecil karbida didistribusikan.

Kobalt mengkristal dalam struktur hcp di bawah 417 C. Pada suhu yang lebih tinggi, berubah menjadi fcc. Untuk menghindari transformasi ini, hampir semua paduan berbasis kobalt dipadukan dengan nikel dalam rangka untuk menstabilkan struktur fcc antara suhu kamar dan titik leleh.

Paduan berbasis kobalt menampilkan keunggulan dalam ketahanan korosi pada suhu tinggi, mungkin konsekuensi dari isi kromium jauh lebih tinggi yang merupakan ciri khas dari paduan ini.

Paduan berbasis kobalt umumnya menunjukkan kemampuan las yang lebih baik dan tahan panas daripada paduan berbasis nikel. Keuntungan lain dari paduan berbasis kobalt adalah kemampuan untuk dilebur di udara atau argon, berbeda dengan pencairan vakum diperlukan untuk paduan berbasis nikel dan berbasis besi-nikel yang mengandung logam reaktif aluminium dan titanium.

Namun, tidak seperti paduan berbasis nikel, yang memiliki toleransi yang tinggi untuk elemen paduan dalam larutan padat, paduan berbasis kobalt lebih cenderung untuk mengendapkan tidak diinginkan seperti pelat , dan fase TCP.

Mikrostruktur Hampir semua superalloy berbasis kobalt didasarkan pada matriks

fcc diperoleh dengan paduan Ni 10 % atau lebih. Besi, mangan, dan penambahan karbon juga menstabilkan fase fcc, sedangkan nikel dan besi tambahan meningkatkan kemampuan kerja. Sebaliknya, kecenderungan hcp menstabilkan unsur-unsur lain, seperti tungsten, ditambah untuk penguatan larutan padat, dan kromium, ditambah terutama untuk oksidasi dan ketahanan korosi panas. Peningkatan oksidasi dan ketahanan korosi dengan 5 % berat Al telah dicatat dalam beberapa superalloy berbasis kobalt.

Penambahan Titanium juga telah dibuat dalam rangka untuk mengendapkan koheren, membuat Co3Ti sebagai fase penguatan. Sayangnya, fase ini stabil hanya pada suhu 700 C ( 1290 F ) , yang jauh lebih rendah daripada ' Ni3Al , Ti pada superalloy berbasis

4

nikel. Seperti dalam kasus superalloy berbasis nikel, berbagai karbida telah ditemukan dalam paduan kobalt. Ini termasuk M23C6, M6C , dan karbida MC. Dalam kedua L - 605 dan 188 Haynes, M6C berubah menjadi M23C6 saat terpapar suhu di kisaran 816-927 C selama 3000 jam. Selain karbida, jumlah kecil dari fase intermetalik seperti Co3W , Co2W , dan Co7W6 telah ditemukan di L - 605 . Paduan lain menampilkan senyawa batubara, Co3Ti, dan Co2 ( Ta, Nb, Ti ). Namun, tidak mungkin fase ini berkontribusi pada penguatan matriks . Sebaliknya , Co7W6 dan Co2 ( Ta , Nb , Ti ) adalah fase TCP yang mungkin menyebabkan kerusakan sifat mekanik .

2. Superalloy berbasis besi

Mikrostruktur Superalloy berbasis besi berevolusi dari baja tahan karat austenitic

dan didasarkan pada prinsip menggabungkan fcc matriks tertutup dikemas dengan (dalam banyak kasus) baik solid-solusi pengerasan dan elemen pembentuk endapan.

Matriks austenitic didasarkan pada nikel dan besi, dengan setidaknya 25% Ni diperlukan untuk menstabilkan fase fcc. Elemen paduan lain, seperti kromium, partisi terutama untuk austenit untuk solid-solusi pengerasan.

Presipitat yang memperkuat terutama intermetallics, seperti 'Ni3Al, Ni3Ti, dan '' Ni3Nb, meskipun karbida dan karbonitrida juga hadir. Elemen-elemen yang partisi untuk batas butir, seperti boron dan zirkonium, melakukan fungsi yang sama dengan yang terjadi pada paduan nikel-dasar; yaitu, fraktur batas-butir ditekan dalam kondisi pecah creep, mengakibatkan peningkatan yang signifikan dalam kehidupan pecah.

Paduan yang diperkuat dengan fcc ', seperti V-57 dan A-286, dan mengandung 25 sampai 35% berat Ni, merupakan salah satu subkelompok. Fase ' dalam paduan ini kaya titanium, dan perawatan harus dilakukan untuk menghindari titanium-aluminium rasio terlalu tinggi, sehingga penggantian fcc ' oleh heksagonal-padat (hcp) (Ni3Ti), sebuah penguat kurang efektif.

Sebuah subkelompok kaya zat besi yang kedua, Inconel X750 dan Incoloy 901 adalah sebagai contohnya, mengandung setidaknya 40% Ni, serta tingkat yang lebih tinggi solid-solusi penguatan dan endapan-elemen pembentuk.

Boron dalam jumlah 0,003-0,03% berat dan, lebih jarang, penambahan kecil zirkonium ditambahkan untuk meningkatkan sifat stres pecah dan workability panas. Zirkonium juga membentuk karbida MC ZRC. Karbida MC lain, NbC, ditemukan dalam paduan yang mengandung niobium, seperti Inconel 706 dan Inconel 718.

5

Vanadium juga ditambahkan dalam jumlah kecil untuk paduan besi-nikel untuk meningkatkan baik kedudukan daktilitas pada suhu layanan dan kemampuan bekerja pada suhu panas panas. Inconel 718 adalah salah satu yang terkuat (pada temperatur rendah) dan paling banyak digunakan dari semua superalloy, tapi dengan cepat kehilangan kekuatan di kisaran 650-815 C. Hal ini mungkin disebabkan oleh ketidakcocokan kisi tinggi yang terkait dengan pengendapan '' dalam matriks austenit.

3. Superalloy berbasis nikel

Nikel merupakan unsur kelima yang paling berlimpah di bumi. Nomor atomnya adalah 28, dan termasuk blok d logam transisi, yaitu terletak di samping besi dan kobalt. Berat atomnya adalah 58,71, ini tertimbang dari lima isotop stabil 58, 60, 61, 62 dan 64, yang ditemukan dengan

probabilitas masing-masing 67,7%, 26,2%, 1,25%, 3,66% dan 1,16%. Nikel memiliki struktur kristal kubik berpusat muka (FCC, lihat Gambar 2.1). Untuk titik lelehnya, 1455oC, yang merupakan batas mutlak untuk kemampuan suhu dari superalloy berbasis nikel. Nikel memiliki kepadatan sebesar 8907 kg/m3. Dengan demikian, dibandingkan dengan logam lain yang digunakan untuk aplikasi ruang angkasa, misalnya, Ti (4508 kg/m3) dan Al (2698 kg/m3), Ni lebeih padat. Hal ini terjadi karena jarak interatomik kecil, yang timbul dari kohesi yang kuat yang diberikan oleh d elektron terluar karakteristik dari logam transisi.

Sel satuan kubik (FCC) struktur kristal face-centered, yang ditampilkan oleh nikel

Superalloy berbasis Nikel adalah superalloy yang paling umum, dan tersedia dalam berbagai macam komposisi. Komposisi nikel adalah 38-76%. Mereka juga mengandung 27% Cr dan 20% paduan Co. Biasanya

6

paduan dalam kelompok ini adalah Hastelloys, Inconel, Nimonic, Rene, udimet, astroloy, dan seri waspaloy.

Paduan berbasis nikel dapat berupa larutan padat atau pengendapan diperkuat. Paduan larutan padat diperkuat , seperti Hastelloy X , yang digunakan dalam aplikasi yang memerlukan kekuatan hanya sederhana . Dalam aplikasi yang paling menuntut , seperti bagian panas dari mesin turbin gas , curah hujan diperkuat paduan diperlukan . Sebagian besar paduan berbasis nikel mengandung 10-20 % Cr , hingga 8 % Al dan Ti , 5-10 % Co , dan sejumlah kecil B , Zr , dan penambahan umum C. Tambahan lainnya adalah Mo , W , Ta , Hf , dan Nb (sering masih disebut sebagai " columbium " meskipun nama " niobium " diadopsi oleh International Union of Murni dan Terapan Kimia pada tahun 1950 setelah lebih dari 100 tahun kontroversi ) . Dalam arti luas, penambahan unsur dalam superalloy berbasis Ni dapat dikategorikan sebagai: i ) pembentuk ( elemen yang cenderung partisi ke matriks , ii ) pembentuk ( elemen yang partisi ke' endapan , iii ) pembentuk karbida , dan iv ) unsur-unsur yang memisahkan ke batas butir . Elemen yang arconsidered pembentuk adalah Grup V , VI , dan VII elemen seperti Co , Cr , Mo , W , Fe . Diameter atom paduan ini hanya 3-13 % yang berbeda dari Ni ( elemen matriks primer) . ' Pembentuk berasal dari kelompok III , IV , dan elemen V dan termasuk Al , Ti , Nb , Ta , Hf . Diameter atom dari unsur-unsur berbeda dari Ni oleh 6-18 % . Pembentuk karbida utama adalah Cr , Mo , W , Nb , Ta , Ti . Unsur-unsur batas butir utama adalah B , C , dan Zr . Diameter atom mereka adalah 21-27 % berbeda dari Ni .

Mikrosruktur

Evolusi mikro telah jauh lebih diucapkan dalam superalloy berbasis besi-nikel dan berbasis nikel dibandingkan paduan berbasis kobalt. Beberapa elemen disebutkan sebelumnya menghasilkan mudah perubahan dilihat dalam mikro; lain elemen menghasilkan mikrostruktur lebih halus efek. Efek mikrostruktur yang tepat diproduksi adalah fungsi pengolahan dan perlakuan panas. Elemen minor menguntungkan ditandai dengan cross-hatch, sementara elemen gelandangan merugikan ditandai dengan garis horisontal menetas. efek struktural melibatkan pengendapan GCP fase seperti??, pembentukan karbida, dan pembentukan fase tcp seperti?.

matriks, dimana matriks terus menerus adalah nikel-dasar fase bukan magnetik fcc yang biasanya mengandung persentase yang tinggi dari elemen solid- solusi seperti kobalt, besi, kromium, molibdenum, dan tungsten. Semua paduan nikel-dasar mengandung ini fase sebagai matriks.

7

Terbentuk dari aluminium dan titanium, yang bereaksi dengan nikel untuk mengendapkan fase koheren dengan gamma austenitic matrix. Unsur-unsur lain, terutama niobium, tantalum, dan kromium, juga masuk . Ini adalah suhu tinggi utama memperkuat fase. Tampaknya sebagai bulatan atau kubus bila terbentuk dengan baik. film sepanjang batas butir dalam beberapa tempa dan cor paduan ; diproduksi oleh panas perawatan dan eksposur layanan. ini film mungkin bermanfaat untuk merayap - pecah properti.

di rakit (memanjang dalam gandum) dapat dihasilkan oleh perlakuan panas awal atau dengan diperpanjang operasi pelayanan. rakit ini mungkin berguna untuk meningkatkan merayap pecah properti.

, Di mana nikel dan niobium menggabungkan di hadapan besi untuk membentuk bct Ni3Nb, yang koheren dengan matriks gamma, sementara menginduksi strain ketidakcocokan besar (dari urutan 2,9 %). Fase ini menyediakan kekuatan yang sangat tinggi pada low-to intermediate suhu , tetapi tidak stabil pada suhu atas sekitar 1200 F (649 C). Ini Endapan ditemukan hanya dalam beberapa nikel -(nikel-besi-paduan dasar.

Karbida , di mana karbon dalam jumlah sekitar 0,02-0,2 % berat menggabungkan dengan reaktif elemen, seperti titanium, tantalum, hafnium, dan niobium, untuk membentuk karbida logam. Ada beberapa fase karbida. Selama perlakuan panas dan layanan, MC karbida cenderung membusuk dan menghasilkan lainnya karbida, seperti M23C6 dan/atau M6C, yang cenderung terbentuk pada batas butir. Karbida dalam nominal paduan solid- solusi dapat membentuk setelah diperpanjang eksposur layanan.

Borida , di mana kepadatan relatif rendah partikel boride dapat terbentuk ketika boron mensegregasikan ke batas butir. di sana beberapa fase boride. Umumnya, boride fase dalam jumlah menit yang menguntungkan untuk sifat creep - pecah.

Fase tcp, yang biasanya platelike atau fase jarum seperti dan Laves yangdapat membentuk beberapa komposisi dan di bawah kondisi tertentu. Fase ini dapat menyebabkan menurunkan kekuatan pecah dan daktilitas. Kemungkinan kehadiran mereka meningkat sebagai pemisahan zat terlarut dari ingot meningkat.

8

Mikrostuktur khas superalloy. (a) cetakan paduan berbasis cobalt. (b) cetakan paduan berbasis nikel. (c) Tempa dan cetakan paduan berbasis nikel. (d) Dua tempa cetakan paduan berbasis nikel-besi. Saat ini lebih sering disebut nikel-besi atau alloy berbasis nikel

9

SINTESIS SUPERALLOY

Peleburan dan Konsolidasi Penempaan Alloy

Superalloy harus meleleh dan cor dengan memperhatikan volatilitas dan reaktivitas dari elemen yang ada. Proses peleburan vakum adalah kebutuhan bagi banyak alloy berbasis nikel dan berbasis besi-nikel karena kehadiran aluminium dan titanium sebagai zat terlarut. Alloy berbasis kobalt di sisi lain, biasanya tidak mengandung unsur-unsur ini dan oleh karena itu dapat meleleh di udara.

Proses Peleburan

Proses tradisional digunakan untuk memproduksi komponen superalloy.

diagram proses secara luas digunakan untuk memproduksi komponen superalloy

10

Proses VIM menghasilkan logam cair di bawah vakum dalam wadah induksi - dipanaskan. Hal ini digunakan sebagai langkah leleh utama dalam rute memproduksi tempa dan cor produk, serta bentuk-dekat net. Sebelum meleleh, bahan baku dapat disempurnakan dan dimurnikan dan komposisi dapat dikontrol. Vacuum mencair induksi telah banyak digunakan dalam pembuatan superalloy, yang harus mencair di bawah hampa udara atau dalam suasana gas inert karena reaktivitas mereka dengan oksigen atmosfer dan nitrogen.

Proses VAR , teknik leleh sekunder, mengubah elektroda VIM diolah menjadi ingot yang kimia dan homogenitas fisik telah meningkat secara signifikan. Dalam proses ini, rintisan dilas ke salah satu ujung elektroda, yang kemudian menggantung di atas wadah tembaga berpendingin air. Selanjutnya, busur dipukul antara akhir elektroda dan bagian bawah wadah. Mempertahankan busur menghasilkan panas yang dibutuhkan untuk melelehkan elektroda, yang menetes ke dalam wadah dan kemudian dapat dituangkan ke dalam cetakan. Banyak inklusi dapat dihapus oleh flotasi atau proses kimia dan fisika sebelum membeku bahan cair.

Proses ESR, teknik peleburan sekunder lain, mungkin tampak mirip dengan proses VAR, tetapi ada sejumlah perbedaan. Hasil peleburan tidak terjadi dengan mencolok busur di bawah vakum. Sebaliknya, sebuah ingot dibangun dalam air didinginkan cetakan dengan melelehkan elektroda habis pakai yang direndam dalam slag, yang super panas dengan cara pemanasan resistensi . Daripada beroperasi dalam ruang hampa , proses ini dilakukan di udara di bawah terak cair. Selama mencair, tetesan logam jatuh melalui terak cair , dan reaksi kimia mengurangi sulfur dan inklusi bukan logam. Kedua ESR dan VAR proses memungkinkan pembekuan terarah dari ingot dari bawah ke atas, menghasilkan kepadatan tinggi dan homogenitas dalam macrostructure -nya, serta tidak adanya segregasi dan penyusutan rongga.

APLIKASI SUPERALLOY CAKRAM TURBIN (TURBINE DISC)

Cakram turbin adalah diantara yang paling penting dari komponen dalam Aeroengine tersebut . Untuk menempatkan ini dalam perspektif , mempertimbangkan sipil modern khas turbofan seperti Trent 800 - cakram turbin mewakili sekitar 20 % dari berat total dan rekening biaya mereka untuk sekitar 10 % dari nilai mesin pada saat masuk ke layanan . Untuk mesin militer , seperti EJ200 , angka-angka lebih dekat 5 % dan 25 % . Fungsi utama dari cakram turbin adalah untuk memberikan fixturing untuk pisau turbin yang terletak di aliran gas , dari mana energi mekanik diekstraksi ; perakitan lengkap cakram dan pisau kemudian mampu mengirimkan daya ke bagian kipas dan kompresor , melalui poros yang berjalan di sepanjang hampir panjang lengkap mesin . Selama tahap desain , geometri mereka harus dioptimalkan dengan menyeimbangkan tuntutan bersaing minimalisasi berat , stabilitas dimensi dan integritas mekanik . Jadi mitigasi risiko dengan strategi disc lifing yang tepat sangat penting , karena

11

discfailure mewakili bahaya yang berpotensi fatal pada pesawat dan penghuninya . Kerusakan metalurgi akibat kelelahan selama pelayanan dan percepatannya karena oksidasi dan / atau korosi karena itu harus diukur dan diprediksi , sehingga setiap disk ditarik dari layanan setelah jumlah yang ditentukan dari siklus take-off/landing , yang dikenal sebagai kehidupan kerja yang aman . Untuk meyakinkan diri dari sifat-sifat yang dibutuhkan dari paduan disk turbin , itu adalah instruktif untuk mempertimbangkan kondisi operasi yang dialami oleh tekanan tinggi khas ( HP ) disc turbin . Pisau turbin HP proyek langsung ke dalam aliran gas lebih dari 1550 C , menyebabkan suhu di tepi dari disk turbin untuk mendekati 650 C atau lebih selama layanan . Kecepatan rotasi yang sangat signifikan , nilai yang tepat cenderung meningkat karena diameter disc menurun ; untuk mesin Trent 800 10 500 putaran per menit khas , sementara untuk mesin helikopter angkanya mungkin lebih dari empat kali ini . Akibatnya, tekanan mekanis yang dihasilkan di wilayah bore dapat mencapai 1000MPa selama take- off , yaitu mereka dapat melebihi kekuatan luluh tarik uniaksial material. Tegangan yang lebih tinggi akan hadir dalam kondisi overspeed yang muncul jika poros gagal - kemungkinan teoritis yang harus diakui dalam proses desain . Energi yang tersimpan dalam disk turbin HP dalam kondisi seperti itu sangat signifikan : setara

Proses pembuatan cakram turbin

Urutan proses yang digunakan untuk produksi paduan disc turbine dengan ingot metalurgi

12

Urutan proses yang digunakan untuk produksi paduan disc turbine dengan bubuk metalurgi.

Tren superalloy dan proses untuk aplikasi disc turbine

Secara tradisional, cakram turbin superalloy dirancang untuk menahan yang umumnya mudah melengkung sehingga penekanan besar telah ditempatkan pada penguatan oleh ukuran butir dan pengerasan presipitasi untuk fase. Tapi situasi ini telah berubah terutama untuk cakram tekanan tinggi

13

karena suhu operasi untuk bagian pelek dekat blading turbin sehingga jalur aliran gas meningkat.

Pada tahun 2000 angka 750 0 C atau bahkan 815 0C untuk aplikasi militer berkualitas tinggi adalah mungkin bagi beberapa desain Aeroengine canggih. Akibatnya, kebutuhan untuk memberikan ketahanan terhadap suhu tinggi perambatan retak dan creep dianggap lebih penting. Konsekuensinya adalah bahwa persyaratan ditempatkan pada berbagai langkah proses yang diperlukan untuk fabrikasi komponen menjadi lebih ketat. Tiga puluh tahun yang lalu, tanggung jawab penyedia disk turbin adalah untuk membentuk sebuah superalloy billet menggunakan mesin operasi menjadi bentuk yang cocok untuk perlakuan panas dan pemeriksaan ultrasonik.

Saat ini, produsen peralatan asli (OEM) bersikeras pada besar mikro dan diferensiasi properti dalam setiap komponen tertentu. Metode ini sekarang dapat digunakan. Misalnya, dual mikro teknologi perlakuan panas (DMHT), teknologi yang dirancang dan dipatenkan oleh NASA. Hal ini dicapai dengan meningkatkan gradien termal selama perlakuan panas menggunakan heat sink (logam biasanya padat silinder). Cakram ganda mikro belum digunakan dalam mesin turbin gas, tetapi situasi ini kemungkinan akan berubah dalam waktu dekat. Pertimbangan bubuk metalurgi (P / M) superalloy pertama kali diperkenalkan untuk cakram turbin bertekanan tinggi di mesin militer. Kebutuhan ketahanan mulur di daerah rim memiliki konsekuensi untuk desain komposisi bubuk disk baru. Karbon dan boron meningkat untuk meningkatkan perilaku creep dan untuk mempromosikan pengendapan karbida dan borida yang menyediakan situs menyematkan untuk memastikan bahwa pertumbuhan butir tidak terjadi di luar temperatur solvus dalam mode normal. Seperti penggunaan P / M superalloy menjadi lebih biasa, industri turbin akan menjadi semakin tergantung pada probabilistik metode lifing. Akibatnya, metode skrining yang lebih baik akan diperlukan untuk mengkaji kualitas bubuk superalloy sebelum konsolidasi, sehingga distribusi inklusi non logam dapat diukur. Untuk mengurangi biaya material serbuk, akan dibuat penekanan panas isostatic/konversi konvensional (cogging) praktek daripada rute pemadatan / ekstrusi panas yang memerlukan perkakas khusus dan peralatan tonase tinggi yang telah digunakan secara tradisional untuk P / M billet. Proses operasi pemodelan yang digunakan untuk produksi disc terutama perlakuan panas dan mesin akan berkembang pesat di tahun-tahun mendatang.

Baru-baru ini , thermal - elastis analisis plastik dari proses heat-treatment telah digunakan untuk prediksi bidang tegangan sisa yang diwarisi dari proses pendinginan. Dataset koefisien perpindahan panas dan elastis / perilaku konstitutif plastik diperlukan. Ini memungkinkan hubungan antara koefisien perpindahan panas , bagian geometri , suhu lapangan, perilaku deformasi material dan lapangan tegangan sisa untuk dikuantifikasi. Pemodelan tersebut memungkinkan operasi mesin harus dioptimalkan untuk mencegah perpindahan logam yang berlebihan dan deformasi selama operasi lathing, jika melebihi

14

tingkat toleransi yang telah ditentukan, mengharuskan scrapping komponen. Ada bukti bahwa penggunaan alat-alat pemodelan proses ini menjadi semakin diperlukan untuk tujuan jaminan kualitas. Namun, keuntungan lebih lanjut adalah bahwa wawasan fisik yang diperoleh dari itu akan merangsang penataan ulang proses ini sehingga kualitas komponen dapat ditingkatkan. Secara tradisional, cakram turbin telah padam dalam minyak sehingga koefisien perpindahan panas di sekitar pinggiran bagian ini kemudian menjadi seragam, gradien termal yang ditetapkan menyebabkan pembentukan medan tegangan sisa. Sementara ini tidak dapat sepenuhnya dieliminasi dengan proses rekayasa ulang, besarnya dapat dikurangi dengan pendinginan berkecepatan tinggi yang dikendalikan komputer jet gas diarahkan pada disk, sehingga koefisien perpindahan panas bervariasi sekitar pinggirannya secara optimal. Biasanya, ini melibatkan proses meningkatkan panas koefisien transfer pada daerah menanggung bagian karena massa termal yang lebih besar. Panas koefisien transfer yang dibutuhkan untuk ini disimpulkan dari modeling. Sebuah pengaturan khas untuk perlakuan panas dioptimalkan seperti memiliki sebanyak 12 aliran gas berbeda zona yang dapat dikontrol sebagai fungsi waktu pendinginan dan temperatur bagian.

15

Daftar Pustaka

Donachie, Matthew J. dan Stephen J. Donachie. 2002. SUPERALLOYS A Technical Guide Second Edition. USA: ASM International Reed, Roger. C. 2006. The Superalloys Fundamentals and Applications. New York: Cambridge University Press