Date post: | 26-Jul-2015 |
Category: |
Documents |
Upload: | alfonsius-billy-joe-haslim |
View: | 119 times |
Download: | 4 times |
REPRODUCIBILITY OF MARTENSITIC TRANSFORMATION
AND PHASE CONSTITUTION IN Ni-Co-Al
[N. Scheerbaum, et. al. (2012)]
Kinetika & Transformasi Fasa
S2 – Peminatan Korosi
Departemen Teknik Metalurgi & Material – FTUI
2011/2012 - 3
A B Joe H
0806331355
Presentation Content
• Introduction
• Basic Theory
• Experimental
• Result and Discussion
New Materials Paradigm’s
Tipe Smart Materials
Intelligent
Biomtls&mimetic
Human&Animal
Bone
Bioceramic
Materials
Bioactive
Materials
Biomimetic
Materials
Sensing
Materials
Fiber Optic
Materials
Shape Memory
Materials (Nitinol)
Piezoelectric
Ceramic
Strain Gauge
Acoustical
Devices
Capacitive
Devices
Biosensor
Materials
Structural
Materials
Metals
Polymers
Ceramic
Composite
Organic
Materials
Anorganic
Materials
Concrete Based
Materials
Actuation
Materials
Electro-
Rheological
Fluids
Shape Memory
Alloys
Piezoelectric
Materials
Magnetostrictive
Materials
Electromagnetic
Materials
Thermal
Materials
Liquid Crystal
History of SMA
Year Name Discover
1932 Orlander “rubber like effect” in samples of gold-
cadmium
1938 Greninger & Mooradian Study of brass-alloys (copper zinc)
1951 Chang & Read First reported to term “shape recovery”
1962 William J. Buehler Discovered NiTiNOL (Nickel-Titanium
Naval Ordnance Laboratory)
Source: Cimpric Darjan. (2007)
Application of SMA
Basic Theory
• Shape-memory alloys (SMA) tergolong ke dalam smart material
karena memiliki sifat yang unik.
• Shape memory alloy (SMA) adalah paduan berbasis logam yang
mengalami solid-to-solid phase transformation dan memiliki
kemampuan untuk kembali ke bentuk awal ketika diaplikasikan
perubahan temperatur.
• Terdapat dua fasa kristal pada SMA yaitu: stronger austenite phase
yang stabil pada temperatur tinggi, dan weaker martensite phase
yang stabil pada temperatur rendah.
Karakteristik SMA
• Shape memory material mampu mendeteksi stimulus thermal,
mechanical, magnetic field atau electric field yang akan
menghasilkan respons tertentu, misal perubahan bentuk, posisi,
meregang atau bahkan transformasi fasa.
• Pada SMA stimulus tersebut menyebabkan transformasi fasa, yang
akan mengubah secara drastis sifat fisik dan mekanis, serta
menghasilkan efek tertentu.
Mekanisme SMA
Material SMA pada temperatur
ruang (martensite phase) ketika
diaplikasikan tegangan maka
material akan terdeformasi dan
berubah bentuk. Lalu ketika
tegangan release material akan
tetap berada pada bentuk
tersebut dan ketika diaplikasikan
panas kemudian panas release
maka material akan kembali ke
bentuk awal.
Fenomena Unik SMA
Shape memory effect adalah
fenomena dari suatu material
untuk kembali ke bentuk
asalnya saat dipanaskan
(thermal induced effect).
Sifat unik ini merupakan hasil
dari transformasi fasa yang
reversible pada SMA.
Superelasticity merupakan
fenomena dimana SMA yang
telah dideformasi, mampu
kembali ke bentuk awalnya
ketika beban dilepaskan
(recoverable strain yang tinggi).
Sifat unik ini merupakan hasil
dari transformasi fasa yang
reversible pada SMA.
Shape Memory Effect Superelasticity
Shape Memory Effect
Tipe Shape Memory Effect
One-way shape memory effect Two-way shape memory effect
Perbedaan dari kedua tipe tersebut adalah pada two way SME tidak
dibutuhkan mechanical loading sehingga dalam pengaplikasiannya hanya
dipengaruhi variabel temperatur.
SME & Superelasticiy
Ni-Co-Al Alloy
• Tersusun atas material aktif dan tahan
oksidasi, memiliki fasa matriks getas
serta fasa presipitat ulet 𝛾.
• Tegangan internal yang disebabkan
perubahan mekanis 𝛽 𝛽’ & kehadiran
presipitat 𝛾 saat termomekanik, mampu
meningkatkan mobilitas twin boundary
dengan fasa martensite.
• Perkembangan Paduan Ni-Co-Al:
1. Penyesuaian temperatur transformasi
martensitik.
2. Pengembangan keuletan & mobilitas
twin boundary dengan presipitat 𝛾.
Ternary Diagram Ni-Co-Al Alloy
Experimental
• Material: Paduan disorder Ni32,5+xCo39,5+xAl28,0 dan Ni33,5+xCo39,5-
xAl27,0 dengan x= 0;0.5;1;1.5;2 .
• Processing: arc melted annealing cutting, crushing,
pulverisation.
• Characterization: Temperatur MT (DSC & SQUID Magnetometer),
Mikrostruktur (SEM with Thermal FEM), Bentuk Kristalografi (XRD),
Komposisi Kimia (ICP-OES).
Result & Discussion
1. Adjusment of 𝛾 phase volume fraction by annealing.
2. Change of phase constitution by pulverisation.
3. Suppression of Martensitic Transformation by pulverisation.
4. Reproducible determination of Martenistic Transformation
temperature.
5. High Martensitic Transformation Temperatures.
6. Influence of Size and Microstructure of Martensitic Transformation.
[1] • Terbentuknya presipitat 𝛾 pada butir dan sepanjang batas butir pada
material bulk di semua komposisi setelah proses homogenisasi
annealing di 1300oC.
• Proses annealing di 1350oC mampu mereduksi presipitat 𝛾 pada
semua komposisi.
• Perbedaan atomic number menyebabkan kontaminasi Ta mudah
terdeteksi menggunakan analisa SEM.
• Difusi atom dapat dilihat pada gambar 1d.
[2]
• Serbuk as-crushed sebagian
besar terdiri dari martensite &
presipitat 𝛾. Sedangkan pada as-
filed, semua fasa pada bulk juga
ada pada serbuk (peak
martensite-nya lemah).
• Material filing memiliki phase
constitution yang lebih baik pada
material bulk-nya.
[2] Untuk menghilangkan cacat dan tegangan internal setelah
pulverisasi, dilakukan perlakuan annealing. Setelah annealing, serbuk
yang diproduksi dengan pulverisasi memiliki konstitusi fasa yang sama
dan parameter kisi, hasilnya dapat dilihat pada tabel 2. Terjadinya
peningkatan temperatur transformasi martensitik pada partikel
annealed (Mp = 80oC) adalah alasan untuk fraksi volume yang jauh
lebih rendah dari austenit (bulk: Mp = 14oC). Presipitat 𝛾 ’ tidak
terbentuk lagi, karena telah di annealed pada temperatur rendah.
[3] • MT setidaknya dapat dikembalikan
setengahnya dengan anil, namun temperatur
MT biasanya berbeda dibandingkan dengan
bulk awal.
• Berdasarkan gambar DSC disamping, setelah
proses arc-melting, ingot tidak memiliki MT.
• Deformasi plastis sebagai impak dari pada
sampel cukup untuk menekan MT pada
semua paduan Ni-Co-Al dalam penelitian ini.
Terdapat dua penjelasan, deformasi mekanis
menyebabkan tegangan internal, serta
peningkatan densitas dari cacat lattice
(dislokasi, stacking fault) setelah deformasi
plastis menekan atau sangat mengubah MT
dengan menghalangi gerakan interface
martensit-austenit atau dengan mengubah
termodinamika temperatur MT.
[4]
• Disamping pre-treatment mekanik dan termal, juga kondisi pengukuran
ketika karakterisasi sampel mempengaruhi MT.
• Untuk semua paduan Ni-Co-Al yang diselidiki, MT adalah reversibel dan
temperatur MT konstan dan dapat direproduksi selama sedikitnya dua
siklus.
• Peningkatan temperatur material mencapai 300oC untuk beberapa menit
mampu mengurangi temperatur MT sebenarnya hingga 40 K.
• Penurunan temperatur MT dapat disebabkan oleh perubahan atomic order
atau pada komposisi kimia. Pembentukan presipitat juga mampu mengubah
komposisi kimia material ketika annealing.
[5]
• Ketika sebuah MT hadir dalam material bulk awal (paduan dengan
27 at.% Al), temperatur maju dan mundur MT masing-masing
mengalami peningkatan dan penurunan, dalam partikel anil.
Ketergantungan temperatur MT pada komposisi, sampel pre-
treatment dan kondisi pengukuran di plot pada gambar dibawah ini.
Temperatur MT meningkat dengan penurunan konten Co dan Al
serta peningkatan konten Ni. Oleh karena itu, temperatur MT sekitar
100oC memungkinkan pada paduan Ni-Co-Al.
[6]
• Material bulk dan partikel yang sesuai memiliki komposisi yang sama dan
mengalami perlakuan panas yang sama, namun menunjukkan perilaku MT
yang sama sekali berbeda.
• Ketika MT menjadi martensit, tegangan internal akibat transformasi
regangan dan tidak kompatibel sepanjang batas butir biasanya dikurangi
dengan pembentukan beberapa varian kembar yang berbeda. Semakin
kecil ukuran butir, semakin tinggi energi penghalang untuk transformasi
menjadi martensite, sehingga menimbulkan penurunan temperatur MT atau
penekanan total terhadap MT.
• Kehadiran presipitat ulet 𝛾 , terutama di sepanjang batas butir, dapat
bertindak sebagai penyangga mampu deformasi, dimana memfasilitasi
kompensasi ketidak kompabilitas antara matriks butir berdekatan selama
MT.
THANK YOU