Konstruksi Kurva Larson Miller Parameter

Creep merupakan proses deformasi di mana suatu logam berada dalam lingkungan temperatur tinggi dan terkena tegangan yang statis dalam periode waktu tertentu dan secara perlahan-lahan akan terdeformasi secara permanen sehingga akan mengalami kegagalan. Pada material logam, biasanya creep terjadi pada suhu di atas 0,4T_m (T_m = melting temperature). 

Deformasi yang terjadi karena creep merupakan deformasi yang tergantung pada waktu (time dependent). Oleh katena itu, pada komponen-komponen yang telah beroperasi cukup lama pada temperatur tinggi harus dilakukan pemeriksaan untuk mengetahui cacat yang dihasilkan oleh proses creep tersebut dengan cara inspeksi menggunakan metode in-situ metallography. Metode tersebut masih memiliki kelemahan, yaitu sulitnya memprediksi kapan komponen tersebut harus dilakukan pergantian agar tidak terjadi kegagalan yang tidak diinginkan (catastrophic failure). Oleh karena itu, metode tersebut biasanya disandingkan dengan pengujian creep agar mendapatkan hasil yang lebih representatf. Data yang dihasilkan dari pengujian tersebut biasanya akan diekstrapolasi dengan menggunakan persamaan Larson Miller Parameter (LMP). Dari persamaan LMP, dapat dikalkulasi umur sisa dari suatu komponen yang telah beroperasi dalam waktu tertentu dan terkena temperatur tinggi. 

Pengujian creep dilakukan dengan cara mengukur perubahan dimensi yang terjadi akibat pemberian suhu tinggi dan beban yang konstan. Pengujian creep ini biasanya berguna untuk aplikasi yang parameter kegagalannya ialah regangan (strain) tertentu dan tidak harus terjadi perpatahan. Pada pengujian tersebut, variabel bebasnya berupa waktu, kemudian variabel kontrolnya yaitu besar suhu dan tegangan, serta variabel terikatnya berupa regangan. Biasa dilakukan dalam tegangan yang relatif tidak terlalu tinggi dan regangan yang tidak terlalu besar pula (biasanya kurang dari 0,5%), selain itu pengujian ini dilakukan di dalam chamber yang dapat mengontrol besar variabel suhu dan tegangannya. Grafik hasil pengujian creep ini yaitu:

Gambar 1. Grafik strain vs waktu dari hasil pengujian creep^[1]

Pada pengujian creep biasa, hasilnya tidak terlalu praktikal untuk diaplikasikan pada komponen yang sedang terekspos temperatur tinggi. Sehingga solusi yang bisa dilakukan yaitu dengan menggunakan pengujian creep rupture test pada temperatur yang didesain sedemikian rupa agar sesuai dengan lingkungan aplikasinya, dengan waktu yang singkat, dan dengan beban yang sesuai dengan aplikasinya. Dan prosedur ekstrapolasi yang umum digunakan untuk bisa memprediksi umur sisa material yang sedang digunakan pada temperatur tinggi yaitu persamaan Larson Miller Parameter. Larson Miller Parameter dicetuskan oleh James Miller dan F.R Larson pada tahun 1951 yang dihasilkan dari penurunan persamaan Arhenius, yang didefinisikan sebagai berikut:

di mana   r    = laju proses creep

               ΔH = Energi aktivasi untuk proses creep

               T    = Temperatur absolut

               R    = Konstanta gas

               A    = Konstanta

Dengan menaturalkan persamaan tersebut didapatkan:

  

Sehingga didapatkanlah rumus Larson Miller Parameter sebagai berikut:

dimana T adalah temperatur absolut (K), t_r adalah rupture time atau umur pakai suatu komponen sebelum dia mengalami kegagalan akibat creep dalam satuan jam (h), sedangkan C adalah konstanta bergantung jenis material.

Tabel 1 Konstanta (C) berdasarkan jenis material^[2] 

Pada pengujian stress-rupture, dihasilkan nilai rupture time (t_r) yang didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan suatu material untuk mengalami kegagalan dibawah pengaruh pembebanan. Biasanya digunakan dalam aplikasi di mana perubahan dimensi masih ditolerir namun perpatahan tidak dapat ditolerir (tidak seperti uji creep biasa yang batas toleransinya ialah nilai perubahan dimensi tertentu). Perbedaan skematis antara uji creep biasa dengan uji stress to rupture yang menghasilkan Parameter Larson Miller adalah sebagai berikut:

 

Gambar 2. Perbandingan antara pengujian creep dengan pengujian stress rupture^[4]

Dari data hasil pengujian stress rupture dapat di plot kurva tegangan vs LMP, yang diperlihatkan sebagai berikut:

 

Gambar 3 Kurva stress rupture (tegangan vs rupture time) material iron-based alloy S-590^[2]

 

Gambar 4 Plot dari kurva tegangan vs LMP dari data pada Gambar 3^[2]

Dengan menggunakan grafik LMP tersebut dapat diketahui umur sisa dari suatu komponen yang terkena creep (jenis material dan kondisi operasi harus sama dengan kurva LMP), yaitu dengan mencari besar hoop stress dari pipa atau tube tersebut dengan memakai rumus  

di mana P = tekanan, D = diameter luar dari tube, dan t = ketebalan. Kemudian rupture time-nya dapat dicari dengan rumus LMP yaitu:.

Silahkan Download Artikel di atas Dalam Bentuk:

DOC | PDF

Daftar Pustaka

[1] Callister, W.D. 1997. Materials Science and Engineering: An Introduction 6^th Edition. New York: John Wiley & Sons, Inc.

[2] Hertzberg, Richard. W. 1996. Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials. New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.

[3] ASM Handbook Volume 8: Mechanical Testing and Evaluation. ASM International.

[4] https://iit.edu/arc/workshops/pdfs/MaterialsCreep.pdf