Superalloy

Logam Inconel adalah contoh superalloy yang berbasis nikel (nickel-base alloys) dengan tambahan kandungan unsur Chrom (Cr) dan Besi (Fe), sehingga kadang disebut juga superalloy yang berbasis nikel-kromium-besi (Ni-Cr-Fealloys). Unsur terbesarnya adalah pada kandungan Nickel (Ni).

Paduan Inconel adalah material yang tahan oksidasi dan korosi pada suhu tinggi.

Inconel cocok untuk layanan di lingkungan yang ekstrim yang mengalami tekanan dan panas. Ketika dipanaskan, Inconel akan stabil karena adanya lapisan oksida pasivator yang melindungi permukaan dari serangan lebih lanjut.

superalloy, inconel 625 dan inconel 800

Inconel akan mempertahankan kekuatannya pada rentang temperatur yang luas, atraktif untuk aplikasi suhu tinggi di mana aluminium dan baja akan menyerah dan mengalami creep (mulur) akibat kekosongan kristal pada kondisi induksi termal. Kekuatan suhu tinggi Inconel ini karea adanya penguatan larutan padat (solid solution strengthening) atau pengerasan presipitasi (precipitation hardening), tergantung pada paduan.

Paduan Inconel kadang-kadang disebut dalam bahasa Inggris sebagai “Inco” (atau kadang-kadang salah mengeja : “Iconel”). Contoh nama dagang umum untuk Inconel Alloy 625 meliputi: Inconel 625, Chronin 625, Altemp 625, Haynes 625, Nickelvac 625 dan Nicrofer 6020.

Inconel	Element (% by mass)															HB
Inconel	Ni	Cr	Fe	Mo	Nb	Co	Mn	Cu	Al	Ti	Si	C	S	P	B
600	72.0	14.0-17.0	6.0 -10.0				1.0	0.5			0.5	0.15	0.015
617	44.2-56.0	20.0-24.0	3.0	8.0-10.0		10.0-15.0	0.5	0.5	0.8-1.5	0.6	0.5	0.15	0.015	0.015	0.006
625	58.0	20.0-23.0	5.0	8.0-10.0	3.15-4.15	1.0	0.5		0.4	0.4	0.5	0.1	0.015	0.015		<21 HRC
718	50.0-55.0	17.0-21.0	Bal	2.8-3.3	4.75-5.5	1.0	0.35	0.2-0.8	0.65-1.15	0.3	0.35	0.08	0.015	0.015	0.006	34-39 HRC
X-750	70.0	14.0-17.0	5.0 -9.0		0.7-1.2	1.0	1.0	0.5	0.4-1.0	2.25-2.75	0.5	0.08	0.01
800	30-34	19-23	min 35.5	Max. 2.0		Max. 2.0	Max. 1.5	Max. 0.75	0.15-0.60	0.15-0.60	Max. 1.0	0.06- 0.10	Max. 0.015	Max. 0.03		Max. 192
925	44	20.14	27.49	3.18	0.3		0.17	2.02	0.23	2.19	0.06	0.008	<0.0003	0.008		30-38 HRC

Contoh type superalloy Inconel dan Komposisi Kimianya

Telah disebutkan di atas bahwa inconel merupakan super alloy, apakah superalloy itu?

SuperAlloy adalah paduan yang di kembangkan untuk penggunaan material pada temperatur tinggi tahan terhadap hot corrosion (korosi yang disebabkan oleh suhu tinggi) dan hot erosion (erosi yang disebabkan oleh suhu tinggi).

Super Alloy semula dikembangkan untuk aircraft turbin engine. Pada umumnya mengandung unsur Fe, Ni, Co, Cr dan sejumlah W,Mo,Ta,Nb,Ti dan Al. contoh : hastelloy dan Inconel.

Apa Saja Jenis Superalloy?

Ada lima jenis utama superalloy, yakni berbasis: nikel, besi, kobalt, titanium, dan niobium.

Superalloy berbasis Cobalt, pada umumnya mengandung 35-65% Co, dari 19 menjadi 30% Cr, dan naik 35% Ni. Superalloy ini tidak sekuat superalloy berbasis nikel, tetapi mereka mampu mempertahankan kekuatan mereka pada suhu yang lebih tinggi.

1. Superalloy Berbasis Nikel (Nickel-based superalloys)

Superalloy berbasis Nikel adalah yang paling umum dari superalloy, dan mereka tersedia dalam berbagai macam komposisi (tabel 6.9). komposisi nikel adalah 38-76%. Superalloy berbasis nikel paling sering terdiri dari nikel dan aluminium dan/atau titanium. Paduan ini banyak digunakan sebagai bilah turbin pada mesin jet dan turbocharger karena sifat materialnya yang diinginkan pada suhu tinggi. Contoh superalloy berbasis nikel adalah Inconel®. Inconel® terbuat dari nikel dan kromium yang menghasilkan tingkat ketahanan korosi yang tinggi pada suhu tinggi.

Seperti dijelaskan sebelumnya bahwa inconel adalah material berbasis nikel (nickel base alloys), maka perlulah kita mengenali unsur logam nikel sebagai unsur utama logam inconel ini.

Unsur Logam Nikel dan Paduannya

Nickel (Ni) adalah logam perak-putih yang ditemukan pada tahun 1751 dan unsur paduan utama yang memberikan kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan korosi.

Nikel adalah suatu logam yang penting dikarenakan sifatnya yang tahan karat dan tahan oksidasi pada temperatur tinggi.

Karakteristik unsur logam Nikel :

Memiliki struktur FCC (Face Center Cubic)
Densitas/massa jenis=8.9 gram /cm3.
Titik cair: 1453°C
Tahan korosi dalam air maupun air laut.
Memiliki harga yang relatif mahal ($7/lb)

Aplikasi Nikel dan Paduan
Nikel dan paduan nikel digunakan untuk berbagai macam aplikasi, sebagian besar yang melibatkan ketahanan terhadap korosi dan/atau tahan panas. Beberapa di antaranya adalah:

Turbin gas Pesawat
Aplikasi medis
Sistem tenaga nuklir
Kimia dan petrokimia industri
Pelindung baja (stainless steel), pelindung tembaga, industri baterai,
Elektronik, aplikasi industri pesawat terbang, industri tekstil, turbin
Pembangkit listrik bertenaga gas, pembuat magnet kuat,pembuatan alat-alat laboratorium (nikrom), kawat lampu
Listrik, katalisator lemak, pupuk pertanian, dan berbagai fungsi lain (Gerberding J.L., 2005).

Nickel digunakan secara luas pada baja tahan karat (stainless steel) dan paduan berbasis nikel. Nikel murni komersial banyak digunakan untuk peralatan listrik dan elektronika karena kekuatannya dan konduktifitas listriknya yang baik serta tahan korosi untuk peralatan pemrosesan makanan.

Paduan nikel digunakan pada aplikasi temperatur tinggi (seperti komponen mesin jet, roket, dan pembangkit listrik tenaga nuklir), dalam penanganan makanan dan peralatan pengolahan kimia, koin, dan dalam perangkat kapal laut.

Karena nikel mempunyai sifat magnetik, paduan nikel juga digunakan dalam aplikasi elektromagnetik, seperti solenoida.

Penggunaan utama nikel yaitu sebagai logam untuk electroplating dari part untuk permukaannya dan untuk peningkatan ketahanannya terhadap korosi dan keausan.

Paduan nikel memiliki kekuatan tinggi dan tahan korosi pada temperature tinggi. Pemaduan unsur nikel kromium, kobalt, dan molibdenum. Sifat paduan nikel dalam mesin, pembentuk, casting, dan pengelasan dapat dimodifikasi dengan berbagai unsur paduan lainnya.

Berbagai paduan nikel, memiliki berbagai kekuatan pada temperatur yang berbeda, telah dikembangkan .

Meskipun nama dagang masih digunakan secara umum, paduan nikel sekarang diidentifikasi dalam sistem UNS dengan huruf N. Jadi, hastelloy G yang sekarang adalah N06007.

Monel adalah paduan nikel-tembaga. Inconel adalah paduan nikel-kromium dengan tegangan tarik hingga 1400 MPa.

Hastelloy (paduan nikel-kromium) memiliki ketahanan korosi yang baik dan kekuatan tinggi pada suhu yang tinggi.

Nichrome (paduan nikel, kromium, dan besi) memiliki ketahanan listrik tinggi dan ketahanan yang tinggi terhadap oksidasi dan digunakan untuk elemen pemanas listrik.

Invar dan kovar (paduan besi dan nikel) memiliki sensitivitas yang relatif pada suhu rendah.

Logam Monel

Nikel dan tembaga dapat memadu dengan sempurna satu sama lain dengan berbagai komposisi.

Nikel yang dipadu dengan 32% Cu menghasilkan Monel 400 yang memiliki kekuatan yang tinggi, kemampuan las dan ketahanan korosi yang sangat baik di berbagai lingkungan.

Monel R-405 adalah Monel 400 jenis bebas pemesinan dengan komposisi seperti Monel 400 ditambah 0.043% berat S. Penambahan S untuk memperbaiki sifat dimesin (machinability).

Monel K-500 dibuat dengan menambahkan aluminium dan titanium dalam komposisi dasar nikel-tembaga. Komposisi: 66.5Ni-29.5Cu-0.13C-0.75Mn-1.0Fe-0.60Ti-2.73Al (dalam % berat).

2. Superalloy Berbasis Besi (Iron-Based Superalloys)

Superalloy berbasis Besi, pada umumnya mengandung 32-67% Fe, dari 15 sampai dengan 22% Cr, dan 9-38% Ni. Paduan umum dalam kelompok ini adalah seri incoloy. Superalloy berbasis besi terbentuk dari besi dan nikel atau kromium. Paduan berbasis besi lebih murah daripada superalloy lainnya dan terkenal dengan ketahanan ausnya. Paduan berbasis besi digunakan pada bantalan pesawat dan aplikasi lain yang dapat mengalami kontak bergerak.

3. Superalloy Berbasis Kobalt (Cobalt-Based Superalloys)

Superalloy kobalt mengandung 50-60% kobalt yang dicampur dengan 20-30% kromium dan 5-10% tungsten. Paduan kobalt memiliki umur kelelahan yang tinggi dan kekuatan yang lebih tinggi daripada superalloy berbasis besi dan nikel dalam aplikasi suhu tinggi. Karena ketahanan korosinya yang tinggi, paduan ini membentuk beberapa bagian turbin gas yang terpapar ke atmosfer.

4. Superalloy Berbasis Titanium (Titanium-Based Superalloys)

Superalloy berbasis titanium menggunakan titanium yang dicampur dengan sekitar 11% molibdenum yang mengurangi modulus elastisitas superalloy. Sifat unik dari superalloy berbasis titanium adalah kekerasannya yang tinggi. Superalloy berbasis titanium memiliki banyak aplikasi di industri kedirgantaraan dan biomedis. Salah satu contoh superalloy berbasis titanium adalah Ti6AL4V yang merupakan paduan titanium-aluminium.

5. Superalloy Berbasis Niobium (Niobium-Based Superalloys)

Superalloy berbasis niobium sering kali terbuat dari niobium dan nikel. Superalloy berbasis niobium memiliki kekuatan yang relatif rendah jika dibandingkan dengan paduan dasar berbasis nikel lainnya. Namun, mereka mempertahankan kekuatannya jauh lebih baik daripada paduan berbasis nikel pada suhu tinggi. Paduan berbasis niobium memiliki penggunaan yang tinggi pada mesin jet dan roket berkat ketahanannya terhadap suhu tinggi.

Apa Saja Aplikasi Superalloy?

Superalloy digunakan dalam aplikasi berkinerja tinggi di mana sifat-sifatnya yang disempurnakan dapat dieksploitasi, selama penggunaannya hemat biaya. Contoh penggunaan superalloy dalam berbagai aplikasi tercantum di bawah ini:

1. Perangkat Medis
Peralatan medis dianggap sebagai peralatan yang digunakan dalam industri medis untuk mendukung prosedur. Superalloy nikel digunakan dalam industri medis untuk instrumen bedah, implan, dan peralatan rumah sakit. Superalloy ini digunakan karena higienis, tahan korosi, dan memiliki dan dapat menghasilkan permukaan akhir yang sangat baik. Dengan menggunakan superalloy yang higienis dan tahan korosi, keamanan dapat ditingkatkan.

2. Industri Otomotif
Industri otomotif mencakup semua organisasi yang terlibat dalam memproduksi barang-barang yang digunakan dalam mobil, sepeda motor, truk, dll. Superalloy digunakan untuk turbocharger, di mana kinerja suhu tingginya terbukti menguntungkan. Manfaat penggunaan superalloy dalam aplikasi ini adalah bahwa materialnya dapat bertahan dalam kondisi keras yang dialami dalam turbocharger.

3. Pembangkit Listrik
Pembangkit listrik atau industri energi menghasilkan energi melalui pembangkit listrik tenaga nuklir, pembangkit listrik tenaga bahan bakar fosil, turbin angin, panel surya, dan bendungan pembangkit listrik tenaga air. Superalloy digunakan dalam penukar panas, boiler gas, turbin uap, turbin gas, dan tungku di dalam industri listrik. Berbagai tingkatan Inconel® dan Incoloy® digunakan dalam aplikasi ini. Keuntungan menggunakan superalloy adalah bahwa mereka dapat menahan lingkungan korosif yang panas di mana komponen-komponen ini beroperasi.

4. Industri minyak dan gas
Industri minyak dan gas mengekstraksi minyak dan gas alam dari cadangan bawah tanah baik di darat maupun di laut untuk menghasilkan minyak dan plastik untuk digunakan sebagai energi. Superalloy digunakan dalam pembuatan selubung dan mandrel untuk pengeboran. Superalloy diperlukan untuk aplikasi ini karena tekanan tinggi dan korosi parah yang terjadi jauh di bawah permukaan. Keuntungan menggunakan superalloy dalam aplikasi ini adalah dapat menahan korosi yang biasanya disebabkan oleh lingkungan setempat.

5. Pengolahan Kimia
Industri pengolahan bahan kimia mencakup organisasi dan perusahaan yang memproses bahan kimia pada skala industri untuk digunakan dalam plastik, kosmetik, insektisida, dll. Superalloy digunakan untuk komponen dalam peralatan pemrosesan kimia, termasuk katup dan instrumen. Superalloy seperti Hastelloy® dan Monel® digunakan dalam industri ini karena sifatnya yang tahan terhadap korosi. PPenggunaan bahan-bahan ini mengurangi korosi pada instrumen yang digunakan.

6. Industri elektronik
Industri elektronik memproduksi komponen elektronik yang dapat ditemukan di laptop, telepon, unit manajemen mesin mobil, pengeras suara, dll. Superalloy digunakan dalam sistem pendukung optik dan listrik untuk teleskop dan laser karena koefisien muai panasnya yang rendah. Hal ini memberikan stabilitas dimensi dan mengurangi kesalahan yang disebabkan oleh pemuaian dan pergerakan komponen dalam teleskop.

7. Industri militer dan pertahanan
Industri militer dan pertahanan mengoperasikan perangkat keras seperti tank, jet, dan kapal untuk memastikan keamanan nasional. Superalloy diinginkan karena ketahanan suhu dan kekuatannya yang tinggi, terutama pada mesin turbin gas yang digunakan di tank, jet, dan kapal. Selain itu, superalloy menawarkan bobot yang ringan dan ketahanan terhadap lingkungan – keduanya merupakan sifat yang dicari di bidang peralatan berkinerja tinggi ini.

8. Industri kedirgantaraan
Industri kedirgantaraan mencakup semua barang yang diproduksi untuk digunakan pada kendaraan udara, termasuk pesawat komersial, drone, dan satelit. Superalloy digunakan dalam industri kedirgantaraan untuk membuat mesin jet di mana kekuatan mekaniknya yang tinggi pada suhu tinggi dapat dieksploitasi. Penggunaan paduan dengan rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi meningkatkan kinerja daya dorong terhadap berat mesin jet modern. Superalloy digunakan sebagai pengganti material komposit dalam aplikasi turbin karena temperatur tinggi yang dihadapi komponen.

Superalloy bisa berbasis Nickel, besi, cobalt, titanium dan Niobium.

Inconel (superalloy berbasis nickel / nickel-based)

Monel (superalloy berbasis nickel)

Hastelloy (superalloy berbasis nickel)

incolloy (superalloy berbasis besi/ iron-based)

1 Comment

Natalino Fonseca on May 18, 2020 at 11:11 pm

Mohon maaf boleh tanya ide.!!!!!
Apakah paduan nikel-cromium (Inconel) yang berbentuk pelat ketika kita gunakan untuk surface coating pada permukaan suatu benda material besi cor, bisa menimbulkan kekerasan di permukaan suatu benda/spesimen.?????
terima kasih….