ilmu bahan- heat treatment

PERLAKUAN PANAS

5.1 Difusi pada logam

Difusi memainkan peran penting dalam banyak proses metalurgi. Hampir semua perubahan fasa dalam sistem paduan melibatkan redistribusi atom konstituen, dan sebagainya bergantung pada fenomena difusi. Misalnya, usia pengerasan, pembentukan senyawa, penghapusan coring dalam paduan dilemparkan oleh anneling, pengerasan permukaan, ikatan logam, pertumbuhan film oksida, teknik metalurgi bubuk, pemulihan dan rekristalisasi semua fenomena dimana pengetahuan dari gerakan elemen terlarut diperlukan sebelum proses dapat sepenuhnya dijelaskan.

Difusi adalah efek statistik yang tergantung sepenuhnya pada gerakan relatif dan konsentrasi atom yang merupakan sistem. Dari pertimbangan sederhana paduan mengandung gradien konsentrasi, yang selama difusi akan cenderung ke arah distribusi seragam, hukum dasar yang mengatur proses difusi mungkin diturunkan.
Atom atau molekul dalam sistem fisik atau kimia terus berusaha untuk mengambil posisi di mana energi dari sistem ini adalah minimum.

Difusi dapat digambarkan dalam hal perubahan energi daripada konsentrasi, karena telah menunjukkan bahwa sementit dalam kontak intim dengan pameran austenit tanpa kecenderungan untuk kehilangan karbon untuk austenit. Bahkan, austenit jenuh sehubungan dengan sementit cenderung kehilangan karbon untuk menghasilkan karbon tahap lebih tinggi, yaitu karbon berdifusi dari daerah (austenit) dimana dalam konsentrasi, karena potensial kimia yang lebih tinggi (energi) dari karbon dalam austenit.

Perubahan energi bebas adalah kekuatan pendorong di belakang transformasi kimia dan fisik dan itu harus diharapkan bahwa perubahan energi bebas terlibat dalam laju reaksi.

5.1.1. Hukum difusi Fick

 Mempertimbangkan kasus yang akan behubungan dengan konduktivitas termal atau listrik, oleh karena itu, tingkat difusi dapat dirumuskan oleh:

J ∞ F / R

Dimana J = laju difusi (atau laju aliran massa) - analog dengan lancar,

F = gaya penggerak (perbedaan dalam energi antara keadaan awal dan akhir) - analog dengan ggl, dan

 R = untuk gerakan perlawanan - analog dengan tahanan.

Dari persamaan di atas dapat dilihat, bahwa tingkat difusi tergantung tidak hanya pada kekuatan pendorong tetapi juga pada perlawanan terhadap pergerakan atom melalui kisi. Resistensi diturunkan dengan menaikkan suhu dari sistem yang menyebar, karena amplitudo yang lebih tinggi dari getaran atom pelarut memberikan jalan yang lebih jelas ke atom terlarut bermigrasi.

5.1.2. Pengaruh Kirkendall

Dua jenis terpisah dari mekanisme dipertimbangkan dalam difusi pada logam.
Proses atom dasar menentukan tingkat difusi melibatkan gerakan bersih satu atom saja. Ini akan menjadi kasus difusi 'lubang' gas dalam logam, difusi interstisial dan, mungkin, difusi batas butir. Ini tidak berarti bahwa hanya satu spesies atom terlibat dalam difusi, tapi itu difusi, tetapi bahwa proses difusi, seperti yang diamati, hanya efek bersih dari serangkaian proses atom, masing-masing melibatkan gerakan hanya satu atom pada suatu waktu.

Difusi terjadi dengan saling pertukaran posisi atom tetangga. Untuk proses untuk mengarah pada perubahan yang ditunjukkan atom yang berpartisipasi harus menjadi spesies yang berbeda.

5.1.3. Mekanisme Difusi dalam logam padat

Situs kisi mewakili posisi keseimbangan atau minima energik, dan meninggalkan seperti situs atom harus mendapatkan energi di atas nilai rata-rata sebagai akibat fluktuasi termal. Energi ini dikeluarkan dalam pekerjaan atom harus lakukan untuk memeras antara lokasi aslinya, dan atom harus memiliki beberapa situs baru yang tersedia ke dalam yang dapat pergi.

Banyak mekanisme telah diusulkan untuk proses difusi dalam logam padat:
Padat interstisial solusi, yang terjadi dalam difusi karbon dalam besi. Unsur lebih mobile memiliki lokasi keseimbangan dan celah antara atom pelarut besar, dan semua celah setara tetangga lokasi potensial untuk atom terlarut. Energi dari daerah kecil yang berisi atom menyebarkan adalah minimum dengan atom di situs kesetimbangan interstisial. Meningkatkan sebagai atom bergerak ke posisi menengah, yang dalam beberapa kasus terletak simetris terhadap dua situs interstisial bersebelahan.

5.1.4 variabel afectif koefisien difusi

(A). Suhu.

 Pengaruh suhu pada sistem menyebarkan tertentu telah ditunjukkan oleh persamaan di atas. Apakah, faktor frekuensi, dan Q, energi aktivasi, keduanya konstanta karakteristik dari sistem. Apakah relatif independen dari suhu dan terbesar untuk diri-difusi atau untuk difusi antara kimia dan fisik logam serupa, yang mungkin sering memberikan serangkaian berkelanjutan larutan padat.

(B). Tekanan.

 Karena ikatan yang kuat antara atom-atom dalam logam kebanyakan, itu memerlukan tekanan eksternal yang tinggi untuk efek perubahan berarti dalam kondisi internal, meskipun telah dicapai dengan logam relatif lunak, natrium dan seng.

(C). Struktur kristal.

Difusi adalah properti vectorial. Dalam kristal kubik, D memiliki nilai yang sama sepanjang semua sumbu setara, ke segala arah. Untuk kristal simetris dikurangi dengan nilai lebih dari D yang diperlukan. Self - koefisien difusi telah diperoleh selama dua modifikasi allotropic dari besi dan talium, dan pada setiap difusi kasus ini jauh lebih lambat dalam menutup - dikemas struktur (fcc zat besi, dan cph dalam talium) daripada di bcc struktur. Dengan atom memiliki cukup baik - radius ditetapkan kemudahan meningkat difusi dengan penurunan kepadatan pengepakan.

(D). Saring dan tingkat strain.

 Untuk logam terus menerus cacat selama anil difusi, peningkatan besar di difusivitas telah diamati.Ini adalah proporsional tingkat tegang.

(E). Grain batas, dislokasi dan permukaan.

Sebuah whitin atom sebagian besar volume kristal ini lebih kuat terikat dengan atom tetangga dari satu di batas butir, dan itu memerlukan energi aktivasi yang lebih tinggi untuk gerakan dan juga memiliki mobilitas yang lebih rendah. disorganisasi adalah lebih besar dalam tinggi - batas sudut daripada di rendah - batas sudut, dan telah ditemukan bahwa batas butir diffusiities menurun dengan berkurangnya sudut kemiringan antara butir bergabung di perbatasan. Ini juga telah menunjukkan bahwa rendah - sudut batas menunjukkan anisotropi difusi, mobilitas yang tinggi dalam arah paralel dengan tepi discolation daripada di arah tegak lurus pada permukaan batas.

(F). Ukuran relatif atom terlarut dan pelarut.

 Pengaruh ukuran relatif atom terlarut dan pelarut digambarkan dengan jelas oleh perbandingan koefisien difusi yang sangat encer solusi dari berbagai unsur zat besi. Elemen dengan ukuran dan elektronegativitas yang mirip dengan besi memiliki koefisien difusi dalam faktor dari 5 diri - koefisien difusi. Kobalt, nikel, mangan, dan molibdenum menduduki situs substitusi. Oksigen memiliki koefisien difusi sekitar dua urutan besarnya lebih besar dari grup ini, dan unsur-unsur C, N, dan B menunjukkan tingkat difusi yang sama, yang kira-kira lima lipat lebih cepat daripada diri - tingkat difusi. Kecuali untuk energi tinggi-aktivasi tampaknya untuk difusi boron dalam besi α, ini adalah elemen-elemen khas yang menempati situs kisi interstisial dan menyebar melalui ruang interstisial.

(G). Konsentrasi.

 Ketika konsentrasi dalam fase solusi tunggal padat bervariasi, koefisien difusi juga bervariasi. Untuk kuningan, baik di f.c.c. dan b.c.c. fase, meningkatkan difusi koefisien tajam dengan konten seng meningkat. Ini telah didirikan bahkan yang sangat encer dalam larutan unsur-unsur terlarut berdifusi pada tingkat substantally berbeda untuk diri-difusi dari atom pelarut dan bahkan dapat menyebabkan variasi dalam proses terakhir. Larutan unsur yang mengarah ke penurunan titik beku, kurva likuidus miring ke bawah, memiliki koefisien difusi lebih besar dari orang-orang untuk difusi pelarut diri. Larutan unsur yang meningkatkan titik beku memiliki koefisien difusi yang lebih kecil daripada mereka untuk difusi pelarut diri. Penyimpangan dari nilai-difusi diri berkorelasi secara kasar dengan lereng kurva likuidus pada akhir pelarut diagram fase. Difusi koefisien dalam paduan interstisial independen dari total rentang konsentrasi dan hanya tergantung pada konsentrasi lokal, ini juga tampaknya benar untuk paduan substitusi.

5.2 Solid - transformasi lokal

5.2.1 Difusi dikendalikan

Kebanyakan perubahan dalam padat didahului oleh perubahan komposisi dan gerakan, dan pengaturan ulang dari atom diperlukan untuk menghasilkan perubahan komposisi. Pertimbangkan persamaan:

J ∞ F / R (lihat Bagian 5.1.1)

Jika R adalah urutan yang sama seperti F, tingkat terbatas difusi diperoleh. Ini adalah kasus dalam reaksi presipitasi, transformasi eutektoid dalam keseimbangan atau kondisi kesetimbangan dekat, penuaan dan proses tempering, dan rekristalisasi. Bila F adalah besar dibandingkan dengan R, maka laju reaksi cepat, yang merupakan kasus difusi di kristalisasi, cair.

Kisi-kisi dari sebuah fase yang baru dibentuk berkaitan geometris dengan yang fase temperatur tinggi, dan dalam banyak kasus pesawat atom saling berhadapan di matriks - antarmuka endapan memiliki pola atom sangat mirip dan jarak atom. Ini mungkin merupakan konsekuensi dari prinsip fundamental bahwa energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan antarmuka haruslah minimum. Persyaratan ini dipenuhi bila bentuk kristal baru sedemikian rupa untuk sedekat mungkin kelanjutan dari yang lama, yaitu pesawat antarmuka harus sesuai bersama dengan minimal mismatching.
Sering, bentuk fase mempercepat di-pesawat terdekat dikemas fase orangtua, dengan pesawat dekat-dikemas dari orang tua, dan arah close-dikemas dari fase precipitating sejajar terhadap arah dekat dikemas dalam fase induk.

Struktur butir yang dihasilkan oleh proses ini sebagian besar dari jenis Widmanstatten, yaitu jarum atau pelat paralel tertanam dalam matriks.
5.2.2 difusi pendinginan

Dipercepat mungkin baik sekali menekan perubahan untuk memberikan fase jenuh tunggal atau menyebabkan fase metastabil akan dibentuk, yang berbeda baik dari fase temperatur tinggi dan tahap kesetimbangan. Juga, jika R sangat besar dibandingkan dengan F, di mana mobilitas atom secara praktis nol, difusi sedikit atau tidak mungkin. Perubahan ini melibatkan perubahan kisi saja, transformasi tergantung hanya pada kekuatan pendorong reaksi. Saat ini melebihi gaya yang dibutuhkan untuk mengubah susunan atom dari satu struktur ke yang lain, transformasi terjadi tiba-tiba.
Transformasi difusi, atau martensit, memiliki karakteristik yang berbeda

peretakan peka lingkungan

BAB I

Peretakan Peka Lingkungan

            Dipenghujung abad kesembilan belas, penjajahan inggris atas India mencapai puncaknya. Pasukan infanteri, artileri dan kavalerinya sangat  kuat, lengkap dengan dukungan persenjataan yang baik. Namun demikian, selama bulan-bulan paling basah musim penghujan, kegiataan militerdikurangi dan amunisi di simpang di gudang-gudang dekat kandang kuda sampai cuaca membaik kembali.

Pada masa itulah persoalan mulai timbul; banyak peluru yang ternyata tidak dapat dipakai lagi karena selongsong kuningannya retak-retak. Tahun 1921 barulah persoalan itu menjadi jelas ketika dalam penelitian yang dilakukan dangan cara konvensional, Moore,beckinsale,dan Mallinson¹ manemukan bahwa tegangan sisa telah menyebabakan retak-retak pada selongsong kuningan 70/30 yang berada dalam lingkuungan bahhan kimia tertentu. Mereka menyimpulkan bahwa tegangan sisa dari proses manufakturing, digabungkan dengan amonia dari urine kuda telah menjadi biang keladi peretakan selongsong         peluru di india. Dengan demikian orang menemukan satu bentuk korosi baru yang, karena lingkungan tempat dijumpainya, mula-mula disebut  peretakan musim (season craking), namun selanjutnya disebut peretakan  korosi -tegangan (stress-corrosion cracking).

Kasus 1. Gambar 1(a)memperlihatkan sebuah tabung kuningan 70 Cu , 30 Zn yang dibuat dengan tarikan  –dingin (bahan sejenis dengan bahan pembuat selongsong ) yang telah dibiarkan cukup lama dalam rak logam di sebuah laboratorium  kimia. Kegiatan yang menggunakan larutan amonia secara berkala sekitar 15m jauhnya dari rak dalam waktu enam bulan telah menyebabkan retak sepanjang 300m.

Gambar 1(a).

Gambar 1(b).

Gambar 1. Peretakan korosi tegangan pada kuningan 70/30:

( a ) sebuah pipa tarik-dingin sesudah disimpan di sebuah rak laboratorium kimia selamaenam bulan. Amonia di lingkungan kerja itu, digabungkan dengan tegangan sisa dalam pipa telah menyebabkan peretakan.

( b )  bagian sambungan pada botol udara teakan tinggi ini telah retak sesudah cukup lama disimpan di gudang dalam lingkungan yang mengandung unsure-unsur agresif yang tidak dikenal. Perlakuan panas untuk melepaskan ketegangan yang diberikan kepada specimen-spesimen lain yang belum retak telah mencegah terjadinya kegagalan lebih lanjut.

Kasus 2.  Gambar 1(b) memperlihatkan sebuah sambungan ke tabung udara tekanan tinggi , terbuat dari kuningan70/30. Ketika diambil dari gudang sesudah disimpan di rak cukup lama, sambungan itu ternyata retak dari ujungnya. Pemeriksaan terhadap seluruh stok yang tersisa menunjukkan bahwa 80 % diantaraya menderita maslah yang sama. Sumber bahan agresif yang bertanggung jawab atas korosi itu tidak pernah tersingkap , namun bukan tidak mungkin itu adalah uap amoniak yang melayang-layang di uadara. Dua puluh persen stok yang tersisa selanjutnya diberi perlakuan panas untuk melepaskan tegangan dan terbukti menghindarkan terjadinya retak di kemudian hari.

Selama waktu cukup lama antara ditemukannya peretakan musim dan penjelasannya, suatu masalah baru yang agaknya tidak terkait telah berulang kali dialami pada ketel-ketel uap yang penyambungannya menggunakan teknik paku keling. Pemanfaatan daya uap sudah lama sekali , tetapi teknologi bahan pada pada beberapa bidang penerapan penting ternyata masih kurang. Peristiwa ledakan ketel sering terjadi , kebanyakan merupakan akibat langsung proses korosi ; memang , dlam 20 tahun terakhir abad kesembilan belas , di I nggris saja sudah 600 jiwa melayang dalam peristiwa-peristiwa tersebut. Meskipun metode-metode baru telah diperkenalkan untuk mengendalikan korosi pada tabung-tabung ketel, orang menjumpai bahwa kehadiran bahan kaustik, yang biasanya terkumpul di sela-sels sekelling paku keling, ditambah tegangan cukup besar di sekitar lubang paku keling yang tersisa dari pekerjaan pelubangan, terbukti menjadi biang keladi ledakan yang membawa becana.

Kasus 3. Gambar 2 merupakan contoh pelat ketel dari baja lunak bersambungan paku keling yang menderita perapuhan kaustik. Endapan kaustik yang terkumpul di bawah kepala paku keling menciptakan suatu lingkungan dengan pH antra 11 dan 12, yang ditambah dengan tegangan sisa di sekeliling lubang bor, mendatangkan kondisi yang cocok untuk peretakan kaustik.

Perapuhan kaustik pada ketel dan peratakan musim pada kuningan , keduanya terbentuk akibat suatu kombinasi jahat , yakni: pasangan logam / lingkungan khusus dan adanya tegangan tarik. Kombinasi tersebut selalu menjadi biang keladi masalha yang menghantui masyarakat teknologiselama puluhan tahun , karena, setiap kali paduan ditemukan , resiko kegagalan katastrofik selalu muncul tanpa diduga. Dalam tahun 1900-an, baja lunak diketahui retak hanya karna berada di udara yang lembab. Dalam tahun 1930-an, paduan-paduan magnesium juga diketahui rentan terhadap peretakan di udara lembab, dan nirkarat mengalami kerusakan berat di lingkungan mengandung klorida yang teraerasi.

Gambar 2. Sebuah contoh pelat ketel baja lunnak berkeling yang memperlihatkan perapuhan kaustik. Kombinasi tegangan sisa di sekeliling lubang bor dengan endapan kaustik yang terkumpul di bawah kepala paku keeling, menciptakan kondisi idealuntuk peretakan.

Kasus 4: gambar 3 memprlihatkan sebagian komponen baja nirkarat austenik untuk menyaring minuman sirup. Kombinasi antara tegangan yang terbentuk akibat pengeboran , dan ion-ion klorida dalam sirup, telah menyebabkan korosi tegangan. Retak-retak yang berawal dari lubang-lubang tampak jelas dalam gambar.

Gambar 3. Kepingan komponen baja nirkarat austenik (18Cr, 8 Ni) untuk menyaring minuman sirup. Kombinasi tegangan sisa di sekiter lubang bor dengan ion-ion klorida dalam sirup telah menyebabkan peretakan korosi-tegangan dan mengakibatkan ledakan fatal.

Pembahasan kali ini menggunakan istilah peratakan peka-lingkungan uantuk menjalaskan semua kegagalan akibat peratakan yang ditimbulkan oleh perpaduan antara tegangan dan pasnagan logam / elektrolit khusus. Kita mengenal sebuah sub pembagian penting yang membedakan tegangan bersiklus atau periodic dari tegangan statik; yang terdahulu diklasifikasikan sebagai lelah korosi (corrosion fatigue). Dalam buku-buku lama masih ada lagi sub pembagian untuk kasus-kasus perapuhan hydrogen ( hydrogen embrittlement ),tetapi sekarang banyak yang berpendapat bahwa ini erat sekali kaitannya dengan korosi-tegangan sehingga dibahas menyatu dalam sub-sub tentang mekanisme.

1.      Peretakan korosi tegangan

            Peretakan ( sterss-corrosion cracing/SCC ) adalah istilah yang diberikan untuk peretakan interglanuler atau transglanuler pada logam akibat kegiatan gabungan antara tegangan   tarik statik dan lingkungan khusus. Bentuk korosi ini lajim dijumpai di lingkungan. Dalam teknologi reaktor air mendidih, SCC interglanuler pada sistem pipa baja nirkarat (tipe 304) merupakan masalah korosi utama,sedangkan dalam reaktor air bertekanan bahan yang sama ternyata retak  bila dipakai sebagai pipa pengisi asam borat dan pipa pengisi bahan     bakar. Kegagalan korosi-tegangan pada sudu-sudu turbin yang terbuat dari baja nitrat (tipe 403) konon mencapai laju 4 persen per tahun.

Satu ciri  pretakan korosi –tegangan yang sering terjadi adalah bahwa kasus demikian tidak dapat diduga datngnya. Sering kali , bahan yang dipilih karena ketahanannya terhadap korosi , ternyata gagal pada tingkat tegangan jauh di bawah tegangan pepathan normalnya. Jarang orang dapat menemukanbukti yang jelas bahwa kegagalan ini dapat diramalkan , dank arena ini dapat dialami oleh komponen-komponen yang tampaknya tidak menderita tegangan , maka lebih mengejutkan lagi ketika ditemukan bahwa komponen-komponen itu sekonyong-konyong sudah rusak.

 

Dominasi korosi.  ( larutan harus sangat spesifik)

Perpatahan intragranuler sepanjang

KOROSI INTRAGRANULER

Baja karbon dalam larutan NO₃^-

PADUAN Al-Zn-Mg dalam larutan Cl^-

Patahan transgranuler di spenjang alur-alur yang dihasilkan oleh regangan

Paduan Cu-Zn dalam larutan NH₃

Baja-baja FeCr-Ni dalam larutan-larutan Cl^-

Paduan-paduan Mg-Al dalam CrO₄^2- +Cl^-

Paduan- paduan Cu- Zn dalam larutan- larutan NH₃

Dominasi korosi .   ( larutan harus sangat spesifik)

Alur-alur retak campuran karena adsorpsi , dekohesi atau patahan dari fase getas

Pduan-paduan Ti dalam methanol

Baja-baja berkekuatantinggi dalam larutan-larutan Cl

PATAH GETAS

Tabel 1. Spectrum korosi-tegangan

           

Ciri-ciri utama peretakan korosi-tegangan telah dijabarkan oleh Brown adalah:

a.       Bahwa tegangan tarik harus ada. Peretakan peka lingkungan merupakan hasil kerjasama antara tegangan dan korosi: Tegangan terjadi ketika komponen sedang operasional.

b.      Pada umumnya, paduan-paduan ternyata lebih rentan dibanding logam- logam murni, meskipun ada beberapa pengecualian, misalnya tembaga.

c.       Peretakan pada logam tertentu yang teramati hanya yang disebabkan oleh sedikit saja unsure kimia di lingkungannya , dan unsure-unsur itu tidak perlu dalam konsentrasi besar.

d.      Bila tegangan tidak ada, paduan biasanya lebam terhadap unsure yang sama dalam lingkungan, yang semestinya menyebabkan peretakan.

e.       Bahkan bila bahan bersifat mulur , retak korosi-tegangan mempunyai penampakan seperti perpatahan rapuh.

f.       Biasanya kita dapat menentukan tegangan ambang batas; dibawah           tegangan itu SCC tidak akan terjadi.

Disamping ciri-ciri yang diberikan oleh Brown , sekarang jelas bahwa ada rentang potensial tertentu dimana , SCC bisa terjadi atau tidak mungkin terjadi , dan bahwa potensial korosi merupakan sesuatu yang penting.

2.      Mekanisme peretakan peka lingkungan: Tahap pemicuan

            Mekanisme kegagalan komponen logam, untuk mudahnya dibagi menjadi dua fase: fase pemicuan, yaitu fase ketika pembangkit tegangan terbentuk, dan fase kedua, yaitu penjalaran retak yang akhirnya           mengakibatkan kegagalan. Dalam tahap. pertama, terjadi serangan terhadap bagian-bagian sangat lokal pada permukaan logam yang bersifat anoda, yang akibatnya timbul ceruk atau lubang. Kegiatan tegangan tarik terhadap bahan dapat menimbulkan berbagai efek, kemungkinan yang paling mendasar yang terjadi adalah bahwa tegangan tarik akan menyerang kisi kristal, yang semestinya dalam kesetimbangan, dan berakibat bangkitnya energi termodinamik ikatan-ikatan atom.

Gambar 4. Peran undakan sesar ( slip steps ) dalam peretekan peka-lingkungan.

a). Pembentukan undakan sesar pada pemukaan logam oleh pergerakan dislokasi di sepanjang bidang sesar aktif akibat tegangan tarik.

b). Undakan sesar pada permukaan logam yang sedang pasif menyingkirkan daerah-daerah aktif yang dapat memicu korosi sumuran

3.      Mekanisme peretakan peka lingkungan: Tahap penjalaran

            Terbagi atas tiga:

a.       Mekanisme melalui lintasan aktif sudah ada sejak semula;

b.      Mekanisme melalui lintasan aktif akibat regangan;

c.       Mekanisme menyangkut adsorpsi.

a.      Mekanisme melalui lintasan Aktif yang sudah ada sejak semula

            Mekanisme ini pada dasarnya sama seperti pada korosi interglanuler, yang telah diterangkan sebelumnya. Batas-batas butir mungkin terpolarisasi anodik akibat berbagai alasan metalurgik, seperti segregasi atau denudasi unsur-unsur pembentuk paduan.

b.      Mekanisme melalui lintasan Aktif Akibat regangan

            Dengan regangan sebagai unsur pengendali. Peristiwa-peristiwa itu telah mengantar ke berkembangnya teori tentang mekanisme melalui lintasan aktif akibat regangan.

Gagasan tentang mekanisme melalaui lintasan aktif akibat regangan ini didasarkan pada pecahnya selaput karena mengalami regangan, yang kemudian diikuti penguraian logam dibagian yang pecah. Laju penjalaran retak di sini ditentukan oleh tiga kriteria :

1)      Laju pecahnya selaput, ini ditentukan oleh lajuu regangan yang dialami , atau, dalam kasus pembebanan statik, oleh laju creep.

2)      Laju penggantian dan pembuangan larutan di ujung retakan ,proses yang dikendalikan oleh difusi iini juga ditemukan oleh kemudahan masuknya unsur-unsur agresif ke bagian ujjung retakan.

3)      Laju pemasifan. Ini merupakan prasyaratan yamg vital, karena jika penafsiran sangat lambat, pengurraian logam secara berlebihan dapat terjadi baik di ujung maupun di sisi-sisi retakan.bila demikian halnya , retak akan menjadi cukup lebar dan ujungnya tumpul, dan akibtnya pertumbuhan retak tertahan.

Gambar 5. Hubungan antara kerentanan terhadap peretakan dan kurva polarisasi potensiodinamik untuk :

( a ) logam dengan laju pemasifan rendah;

( b ) logam dengan laju pemasifan tinggi.

c.        Mekanisme yang Menyangkut Adsoropsi

 Apa bila logam yang pemasifanya lambat berada pada potensial lebih positif dari E­­kor, maka potensial pasivasinya, yang teramati adalah daerah dengan laju pemasifany sedang yang mungkin  menyebabkan peretakan. Bagaimanapun,logam yang pemasifanya kuat memper lihat kan perilaku agak berbeda. Pemasifan tejadi pada potensial tepat lebih positif dari Ekor  dan tanpa menunggu sampai potensial  cukup anodik, selput akan kehilangan kemantapannya (daerah transpatif biasanya mempunyai hubungan dengan korosi umuran) sehingga rejim peretakan terjadi. Dalam hal ini ada kesesuaian yang baik antara hasil eksprimen dengan teori  seperti diatas yang ternyata mampu menyediakan perkiraan yang baik.

Di masa lampau orang mengira bahwa perapuhan hidrogen dapat di bedakan dari SCC karena efek hidrogen hanya dapat terjadi jika spesimen terpolarisasi katodik.belum lama ini,  bukti telah di temukan bahwa komposisi larutan yang di hadapi sebagian besar logam.

Mekanisme yang menyangkut adsoropsi  mengandung arti bahwa unsur-unsur aktif dalam elektrolit menurunkan integritas mekanik bagian ujung retakan; jadi memudahkan putusnya ikatan-ikatan pada tingkat energi jauh lebih rendah dari semestinya. Dalam salah satu mekanisme jenis ini,ion-ion agresif yang spesifik untuk setiap kasus di perkirakan mengurangi kekeuatan ikatan antara atom-atom logam di ujung retakan akibat proses adsoropsi dan ini menyebabkan terbentuknya ikatan-ikatan antara logam dan unsur-unsur agresif tadi.energi yang digunakan untuk mengikat agresor-agresor dengan atom-atom mengurangi energi ikatan logam dengan logam sehingga pemisahaan secara mekanik lebih mudah terjadi.

Gambar 6.   Mekanisme penjalaran retak;

( a ) unsure-unsur agresif diabsorsi pada ujung retakan dan menyebabkan berkurangnya kekuatan ikatan antarlogam.

( b ) (1) pemisahan oleh adsopsi hydrogen di daerah yang melebar secara local tepat di depan ujung  retakan

( 2 ) Gas hydrogen terbentuk di daerah yang melebar secara local atau di sepanjang bidang sesar. Tekanan gas itu membantu putusnya ikatan-ikatan antarlogam.

(3) Pembentukan hibrida logam menyebabkan berkurabgnya kekuatan ikatan antarlogam dan perapuhan di daerah tepat di depan ujung retakan.

4.       Aspek-aspek praktis peretakan peka-lingkungan

Peretakan korosi-tegangan adalah sebuah gejala yang kompleks. Pengujian bahan yang rehtan  terhadapnya memerlukan pemahaman         memadai tentang semua faktor yang terlibat. Metode yang sekarang  tersedia banyak sekali,dan pembahasanya yang lengkap dan dapat di jumpai di mana-mana.

            Uji-uji peretakan korosi tegangan telah dilaksanakan baik terhadap spesimen yang sempurna maupun yang telah retak. Spesimen - spesimen yang mulus dengan laju konstan dan telah di tentukan terlebih dahulu.spesimen-spesimen untuk uji tarik mengalami peregangan peregangan dengan laju konstan yang berbeda-beda sambil dalam suatu elektroloit uji dan,sesudah kegagalan terjadi,perentase pengagguran luas penampang masing-masingdihitung.spesimen-spesimen yang di uji itu umunya menhasilkan gerafik seperti yang di peragakan secara skematik dalam gambar 7.

    

Gambar 7. Pengukuran kerentanan terhadap peretakan korosi-tegangan pada laju peregangan berbeda. Pengukuran nisbah berkurangnya luas penampang melintang specimen-spesimen uji tarik yang menerima beban static di udara dan di lingkungan agresif menunjukan perubahan yang mencolok di daerah B. ini berkaitan dengan berkurangnya kemuluran akibat SCC pada laju peregangan yang sesuai.

Pada laju peregangan rendah, pemasifan kembali berlangsung cukup cepat sehingga pengaruh peregangan terhadap spesimen sedikit. Pada          laju peregangan tinggi, efek mekanik lebih dominan di banding proses korosi: lingkungan tidak mempunyai waktu kontak yang cukup dengan spesimen sehingga yang terjadi hanya kegagalan mekanik. Pada laju peregangan rendah.              

Metode pengujian dengan laju peregangan lambat ini berguna karena selalu menghasilkan permukaan patahaan yang dapat di periksa melalui tehnik fraktografi tradisional: pengujian-pengujian lain terhadap spesimen-spesimen mulus yang tidak menghasilkan perpatahaan sering kurang efektif. Walaupun waktu di butuhkan untuk pengujian itu biasanya sangat pendek, kekurangan besar dalam hal ini adalah sifatnya yang kurang kualitif.

   Metode-metode pengujian kuantitatif  modren memanfaatkan hasil pengembangan terbaru dalam mekanika perpatahan untuk mengukur laju pertumbuhan retak pada spesimen-spesimen bertakik.jika serangakaian pengukuran pertumbuhan retak di lakukan baik di lingkungan penunjang SCC maupun tida, maka data yang di peroleh mirip dengan yang di sajikan dalam gambar 8

 Data yang diperoleh dari percobaan  di lingkungan korosif biasanya di bagi menjadi tiga daerah:

 Daerah A . pertumbuhan retak terkait erat sekali dengan insensitas tegangan tetapi ljunya turun sangat cepat, hingga menjadi nol. Ekstrapolis di situ menunjukan adanya insensitas tegangan batas; di bawah harga pertumbuhan tidak terjadi.

Daerah B . di daerah ini, kalau pun ada ketergantungan pada insensitas tegangan kecil sekali: pertumbuhan retak berlangsung dangan laju hampir konstan yang lebih cepat dari di lingkungan kontrol (lingkungan pembanding).

 Daerah C. di sini paksaan mekanika begitu besar sehingga pengaruh lingkungan kurang berperan. Perpatahan sangat tergantung pad insensitas tegangan dan mirip sekali dengan perilaku spesimen-spesimen yang di uji di lingkungan kontrol

Gambar 8. Pengujian kerentanan terhadap SCC melalui pengukuran laju pertumbuhan retak. Laju petumbuhan retak diplotkan terhadap factor intensitas tegangan di udara dan di lingkungan korosif.

Daerah A : Pada harga-harga K₁ rendah , laju sangat bergantung pada K₁. Ekstrapolasi menunjukkan tingkat ambang batas, K_1SCC.

Daerah B : Pertumbuhan retak hampir tidak bergantung pada faktor intensitas tegangan dan dikendalikan oleh proses korosi.

Daerah C : Pertumbuhan retak terjadi oleh mekanisme mekanik yang mendekati harga ketegaran perpatahan K_IC

 Perbedaan perilaku akibat adanya lingkungan tertentu tampak jelas gambar 10.8 untuk bahan yang rentan, laju pertumbuhan retak menunjukkan pergeseran yang umumnya naik dan berada di sebelah kiri  data yang di peroleh dari lingkungan lembab. Bagaimanapun, begitu harga faktor insensitas tegangan meningkat penyimpangan atau perbedaan kedu kurva itu berkurang dan perilaku secara konsisten mendekati perilaku perpatahan yang murni mekanik.

 Penemuan tentang adanya harga tegangan ambang batas merupakan suatu kemajuan penting karena ini menunjukkan pendapat bahwa tegangan harus di hilangkan sama sekali agar pengendalian SCC berhasil tidak sepenuhnya betul: kita cukup mengurangi tegangan  itu sampai tingkat di bawah ambang.

 Keuntungan besar dari penentuan tegangan ambang batas adalah bahwa ini memungkinkan  dihitungnya ukuran ketidak sempurnaan (flaw size) maksimum yang diperbolehkan dalam pasangan bahan/lingkungan. 

Gambar 9. Efek ukuran retak kritistehadap kekuatan tarik

5.                   Lelah korosi

Antara lelah korosi (corrosion fatigue) dan retak korosi tegangan (SCC)        memang banyak miripnya,tetapi antara keduanya juga terdapat             perbedaan sangat nyata,yakni bahwa lelah korosi sangat tidak spesifik.Lelah mekanik dapat dialami semua logam,yaitu menyebabkan logam gagal pada tingkat tegangn jauh di bawah tingkat tegangan static yang dapat membuatnya gagal.Di lingkungan basah,kita sering menjumpai bahwa ketahanan logam terhadap lelah menurun.Ini membuat lelah korosi menjadi bentuk korosi yang lazim dijumpai dan berbahaya.

     Tahapan-tahapan perkembangan retak lelah kurang lebih sebagai berikut:

Ø  Pembentukan pipa-pipa sesar yang menimbulkan intrusi atau ekstrusi pada bahan;

Ø  Nukleasi bakal retakan kurang lebih sepanjang 10 ;

Ø  Pemanjangan bakal retakan ke aeah paling disuka ;

Ø  Perambatan retak makroskopik (0,1 hingga 1 mm)dalam arah tegak lurus       terhadap tegangan utama maksimum,yang kemudian menyebabkan kegagalan

   Selanjutnya,contoh-contoh lelah korosi dapat dianggap terjadi menurut       salah satu dari 3 kategori yang berbeda:

1)      Aktif : terkorosi dengan bebas,misalnya baja karbon dalam air laut;

2)      Imun : logam dalam keadaan tertlindung baik secara katodik (Bab 16) maupun dengan pengecatan

3)      Pasif : logam dalam keadaan terlindung oleh selaput permukaan yang dibangkitkan oleh korosi sendiri,biasanya selaput oksida.

    Pembahasan mendatang akan mengacu ke kondisi-kondisi korosi dan pertumbuhan retak yang didefenisikan di atas.

 Gambar 8 memperlihatkan bahwa dalam kondisi SCC,laju pertumbuhan retak pada tingkat tegangan rendah meningkat disbanding ketika harga mendekati KIC.Dalam kondisi lelah korosi tingat-tingkat tegangan yang memungkinkan diperolehnya laju pertumbuhan

Retak yang sama malahan lebih rendah.Gambar 10.10 memperlihatkan karakterisrtik lelah dan leah korosi pada baja paduan rendah baik dalam kondisi lembam maupun di lingkungan natrium klorida berair.

Gambar 10. Karakteristik umum kurva lelah korosi

Bab II

Prinsip – prinsip Dasar Pengendalian Korosi

Sungguh mudah menjadi orang bijak dikala peristiwa telah terjadi. Para perekayasa umumnya siap menghabiskan waktu mereka untuk mengerjakan perhitungan – perhitungan tegangan dan  mengatur tata letak serta gaya sebuah struktur, namun biasanya tidak demikian perhatian mereka pada tahapan pemilihan bahan, atau pemeriksaan bentuk – bentuk rancangan yang cenderung merangsang korosi. Belakangan barulah mereka kaget, atau bahkan dinyatakan sebagi orang yang bertanggungjawab atas masalah korosi akibat bentuk rancangan tertentu serta pemilihan bahan yang tidak tepat.

Kisah nyata : Di AS orang menaksir bahwa dalam tahun 1975 sekitar 40% produksi baja digunakan untuk menggantikan komponen yang berkarat dan 92 juta ton galon cat anti karat telah digunakan untuk melindungi baja.

Korosi telah didefenisikan sebagai penurunan mutu logam oleh reaksi elektrokimia dengan lingkungannya. Dikebanyakan situasi praktis serangan ini tidak dapat dicegah, kita hanya dapat berupaya mengendalikannya sehingga struktur atau komponen masa pakai lebih panjang.

Setiap komponen mengalami tiga tahapan utama : perancangan , pembuatan dan pemakaian. Pengendalian korosi memainkan peranan penting dalam setiap tahapan tadi, sebagaiman diringkaskan dalam gambar 11.1. Ketidakberhasilan salahsatu dari aspek – aspek pengendalian korosi ini bisa menyebabkan komponen mengalami kegagalan prematur.

Pengendalian bisa dilakukan dengan berbagai cara tetapi yang paling penting adalah :

Ø    Modifikasi rancangan ;

Ø    Modifikasi lingkungan;

Ø    Pemberian lapisan pelindung;

Ø    Pemilihan bahan ;

Ø    Proteksi katodik dan anodik.

Metode pengendalian senantiasa harus menjadi bagian dari konsep perancangan secara keseluruhan, jadi sama kedudukannya dengan parameter-parameter perancangan lain seperti perhitungan tegangan, creep dan lelah, teknik – teknik fabrikasi. Kedayagunaan metode tersebut harus terus dipantau sepanjang umur struktur, termasuk saat komponen masih disimpan atau dalam perjalanan ketempat tugas.

Keandalan metode pengendalian korosi yang dipilih dapat berpengaruh terhadap parameter – parameter perancangan apabila :

a.       Menjamin bahwa struktur mempunyai batas – batas keamanan yang memadai agar dapat memeuhi fungsinya selama umur yang direncanakan ;

b.      Memungkinkan minimumnya rancangan yang sengaja dilebihkan, sehingga penampang bahan bisa lebih tipis, berat berkurang dan biaya lebih rendah

c.       Dalam pengangkutan misalnya, biaya juga menjadi lebih rendah karena struktur yang diangkut lebih ringan.

Contoh khas tentang meningkatnya modal dan berkurangnya keuntungan adalah sebagai berikut.

Kasus 1 pipa minyak sepanjang 360 km dengan diameter luar 200mm yang ditanam dibawah tanah mengalami korosi. Dinding pipa yang tebalnya 6,3 mm cukup untuk mengatasi tegangan yang dialami oleh pipa, tetapi untuk mengatasi korosi tebal ditambah menjadi 8,3 mm. Upaya mengatasi korosi seperti ini memerlukan baja tambahan sebanyak 3000 ton dan menyebabkan kerugian tanpa berkurangnya kapasitas angkut pipa sebesar  4%.

Kasus 2 : Sejumlah penukar panas ( heat exanger ) dari baja nirkarat, yang didinginkan dengan metode pengaliran air bersih, mampu bertugas selama lebih dari 10 tahun tanpa kerewelan sama sekali. Pada suatu ketika, dalam keadaan darurat, selama 48 jam pendinginan terpaksa dilakukan menggunakan air sungai yang belum diproses . Beberapa minggu kemudian, lima unit penukar panas rusak akibat peretakan korosi tegangan.

Pemeriksaan yang teliti terhadap struktur  keseluruhan pada tahapan perancangan akan memungkinkan kita memperkirakan bagian – bagian pada sistem yang cenderung mengalami korosi .Seorang perancang dengan demikian dapat mengatur sedemikian agar pemeriksaan, pemeliharaan atau penggantian bagian yang terkorosi kelak mudah dikerjakan. Sungguhnyalah, apabila telah mengetahui bahwa korosi tidak dapat dihindarkan, maka perancang dengan akan sengaja membuat bagian – bagian tertentu bersifat anoda terhadap sistem keseluruhan atau dengan kata lain bagian – bagian itu sengaj dijadikan tumbal untuk melindungi bagian – bagian lain yang sulit dicapai atau lebih penting. Sesudah menerapkan sebuah sistem pengendalian korosi , pemerriksaan yang seksama harus dilakukan terus selama pembuatan, penyimpanan dan masa pelayanan guna menjamin agar dikemudian hari tidak ada modifikasi  yang akan merusak falsafah dibalik perancangan dengan mengganti bagian – bagian yang berfungsi sebagai tumbal dengan bahan lebih mulia . Akibat modifikasi demikian, korosi akan pindah kebagian yang justru sulit dicapai.