Tahapan deformasi pengujian creep: regangan vs waktu

Kerusakan material yang dioperasikan pada temperature yang 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 dalan jangka waktu yang lama apabila diberi pembebanan secara tetap. Laju regangan creep tergantung pada waktu, temperatur operasi dan besarnya pembebanan yang konstan. Artikel ini akan membahas kurva creep yang menggambarkan tahapan deformasi pengujian creep dilihat dari laju regangan terhadap waktu.

Proses kerusakan creep ini biasanya terjadi pada temperatur yang tinggi yaitu berada di atas 0.4 Tm. Kerusakan creep diakibatkan adanya peregangan butir atau struktur pada temperatur tinggi dalam waktu yang lama pada kondisi pembebanan konstan. Tm yang dimaksud adalah titik cair material dalam dalam satuan derajat Kelvin. (Dieter, 1996). Kekuatan material pada temperatur tinggi akan menurun. Hal ini karena mobilitas atom bertambah dengan cepat apabila temperatur naik. Oleh karena itu dapat dipahami bahwa proses yang dikontrol oleh difusi mempunyai pengaruh yang sangat berarti pada sifat mekanik temperatur tinggi. 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 dengan naiknya temperatur akan memungkinkan terjadinya deformasi pada batas butir.

Berdasarkan hal-hal tersebutlah maka tahapan deformasi pengujian creep dapat dijelaskan dari perubahan regangan terhadap waktu. salah satu contoh konstruksi dimana suatu material logam dioperasikan pada tekanan dan temperatur tinggi adalah pada superheater boiler PLTU.

Baca juga: 

Tahapan deformasi pengujian creep

Tiga tahapan deformasi pengujian creep

Gambar kurva creep tersebut menunjukkan bahwa tahapan deformasi pengujian creep dapat dibagi menjadi tiga tahap (Callister, 2001) yaitu:

  1. Kondisi pertama disebut sebagai primary creep. Tahapan ini terjadi dimana benda uji mengalami peningkatan regangan plastis dengan menurunnya laju regangan terhadap waktu. Hal ini terjadi karena adanya pembebanan awal yang bekerja pada benda tersebut. 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. Tahapan deformasi pengujian creep yang kedua adalah steady state creep atau secondary 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. Tahap ini sangat bergantung pada besarnya temperatur dan tingkat pembebanan yang diberikan pada benda uji. Besarnya regangan creep dapat ditentukan dengan persamaan berikut ini (Dieter, 1996). K dan n adalah merupakan konstanta, Q adalah energi aktivasi creep. Sedangkan R merupakan tetapan gas mulia dan T adalah suhu mutlak dalam satuan derajat Kelvin. Tahap ini merupakan merupakan tahapan yang paling penting untuk diamati. Hal ini karena pada kondisi ini bahan mengalami mulur terendah dan konstan dalam jangka waktu lama. Sebagaimana diketahui bahwa pada pipa, regangan mulur yang dipersyaratkan adalah 1 % setiap 100.000 jam operasi.
  3. Kondisi ketiga dari tahapan deformasi pengujian creep adalah tertiary creep. Tahap ini adalah kondisi dimana terjadi pertambahan panjang benda uji secara cepat menuju perpatahan. Tahap ini merupakan hasil dari perubahan metalurgis dalam logam. Perubahan metalurgis yang dimaksud adalah pengkasaran partikel endapan, rekristalisasi atau perubahan difusi yang memungkinkan peningkatan deformasi secara cepat. Dalam tertiary creep terjadi pengurangan luas penampang akibat adanya necking yang mengakibatkan bertambahnya tegangan dalam beban yang konstan, sehingga menambah deformasi.

Bersambung: Jenis kerusakan akibat creep pada sambungan las

Kata kunci pencarian:

  • fungsi pengujian melar pada bahan