03.04.2023 by Martin Rosenschon
Analisis Mekanik Dinamis untuk Material Bersuhu Tinggi
Karakterisasi Material di atas 500°C dengan menggunakan DMA
Dynamic Mechanical Analysis (disingkat DMA) adalah metode untuk menentukan sifat viskoelastik bahan sebagai fungsi suhu, waktu dan frekuensi. Aplikasi utama DMA adalah penentuan transisi gelas atau Transisi FaseIstilah transisi fase (atau perubahan fase) paling sering digunakan untuk menggambarkan transisi antara keadaan padat, cair dan gas.transisi fase polimer dan komposit polimer. Selain industri polimer, DMA juga digunakan dalam teknologi pangan dan biomedis atau dalam penelitian material secara umum. Biasanya, perilaku viskoelastik material pada suhu sedang hingga maksimum 500°C dikarakterisasi di area ini.
Namun, karakteristik viskoelastik seperti modulus penyimpanan E' dan Modulus kentalModulus kompleks (komponen kental), modulus kehilangan, atau G'', adalah bagian "imajiner" dari sampel dari keseluruhan modulus kompleks. Komponen kental ini menunjukkan respons seperti cairan, atau di luar fase, dari sampel yang sedang diukur. modulus kehilangan E" juga memainkan peran penting dalam rentang suhu tinggi. Sebagai contoh, bilah turbin gas yang sering dibuat dari sistem paduan seperti baja, titanium, atau paduan nikel harus dirancang khusus untuk bebannya - gaya dan frekuensi yang bekerja - dan suhu yang dihasilkan.
Suhu lebih dari 2.000 ° C dapat dicapai di ruang bakar turbin gas [1]. Tergantung pada teknologi pendinginan yang digunakan dan posisinya, temperatur maksimum antara 500°C dan 1000°C terjadi pada sudu-sudu turbin [1].
Gambar 1 menunjukkan pengukuran DMA dari paduan Inconel 625 hingga 1000 ° C dalam pembengkokan 3 titik menggunakan seri suhu tinggi DMA Eplexor®® dengan gaya dinamis hingga 500 N. Tergantung pada tungku yang dipasang, sistem ini memungkinkan pengukuran dari suhu kamar hingga 1000°C atau hingga 1500°C.
Inconel 625 adalah paduan super berbasis nikel dengan elemen paduan utama kromium, molibdenum, dan niobium. Ini adalah merek dagang terdaftar dari Special Metals Corp. Paduan ini memiliki ketahanan yang tinggi terhadap korosi dan OksidasiOksidasi dapat menggambarkan proses yang berbeda dalam konteks analisis termal.oksidasi. Paduan ini sering digunakan di lingkungan yang memiliki suhu tinggi dan kondisi korosif, seperti pada turbin dan bagian mesin pesawat terbang lainnya, aplikasi tungku, dan perpipaan.
Dimulai dari sekitar 210 GPa pada 100°C, modulus penyimpanan E' (kurva hitam) menurun dengan meningkatnya suhu dan material kehilangan kekakuan. Pada suhu 400°C, modulus ini hanya di bawah 200 GPa dan pada suhu 800°C sekitar 160 GPa. Nilai-nilai ini dapat digunakan, misalnya, untuk menghitung deformasi bilah turbin tergantung pada suhu operasi.
Dalam perjalanan tan δ (kurva biru), dua efek dapat diidentifikasi pada suhu 713°C dan 808°C (suhu puncak). Paduan berbasis nikel seperti Inconel 625 diperkuat melalui perlakuan panas yang ditentukan dan pembentukan endapan intermetalik yang terkait. Fase presipitasi yang umum terjadi pada paduan berbasis nikel, yang meningkatkan kekuatan, adalah fase γ' kubik berpusat muka metastabil Ni3( Al, Ti) dan fase γ" kubik berpusat tubuh Fasa Ni3(Nb) [2]. Pembentukan dan pelarutan kedua fase tersebut dapat menjelaskan efek pada suhu 713°C dalam tan δ. Kesimpulan yang lebih tepat tidak dapat dibuat karena kurangnya informasi tentang kondisi perlakuan panas bahan awal. Petrzak dkk. [3] juga melaporkan untuk Inconel 625 pembentukan fasa ekuilibrium tidak koheren δ Ni3(Nb, Ti) dari 750°C, yang berkorelasi dengan puncak kedua pada tan δ sekitar 800°C.
Selain mengidentifikasi nilai karakteristik untuk desain komponen statis dan dinamis, DMA juga dapat digunakan untuk mendapatkan wawasan tentang perkembangan morfologi - dalam hal ini pembentukan endapan.
NETZSCH Analyzing & Testing menyediakan DMA yang tepat untuk area aplikasi individual Anda, terlepas dari apakah Anda ingin mengkarakterisasi material dalam kisaran suhu rendah dari -170°C hingga 500°C atau menentukan sifat viskoelastik material suhu tinggi hingga 1500°C.
Literatur:
[1] Boyce, M. P. (2011). Buku panduan teknik turbin gas. Elsevier.
[2] Andersson, J. (2011). Kemampuan las superalloy pengerasan presipitasi: pengaruh struktur mikro. Chalmers Tekniska Hogskola (Swedia).
[3] Petrzak, P., Kowalski, K. & Blicharski, M. (2016). Analisis transformasi fasa pada paduan Inconel 625 selama proses anil. Acta Physica Polonica A, 130(4), 1041-1044.
