Kesan rawatan haba terhadap sifat mekanikal inconel 718 pada suhu tinggi.

KESAN RAWATAN HABA TERHADAP SIFAT MEKANIKAL INCONEL 718 PADA SUHU TINGGI

OMAR BIN BAPOKUTTY

TESIS YANG DIKEMUKAKAN UNTUK MEMPEROLEHI IJAZAH DOKTOR FALSAFAH

FAKULTI KEJURUTERAAN DAN ALAM BINA UNIVERSITI KEBANGSAAN MALAYSIA

BANGI

ii

PENGAKUAN

Saya akui karya ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali nukilan dan ringkasan yang setiap satunya telah saya jelaskan sumbernya.

25 Ogos 2015 OMAR BIN BAPOKUTTY P45954

iii PENGHARGAAN

Syukur Alhamdulillah kepada Allah S.W.T kerana memberikan kesihatan yang baik, kekuatan, masa dan kematangan fikiran untuk menyiapkan kajian tesis ini dalam bentuk sebegini rupa dan pada masa yang ditetapkan. Dan tidak lupa kepada Nabi Muhammad S. A. W yang menjadi contoh terbaik bagi umat manusia.

Setinggi-tinggi penghargaan dan jutaan terima kasih kepada Prof Madya Dr Zainuddin bin Sajuri sebagai penyelia utama diatas segala bimbingan, tunjuk ajar, teguran dan nasihat sepanjang kajian ini. Tenaga dan masa yang diperuntukkan oleh beliau begitu bermakna terhadap kesempurnaan projek ini dan akan dikenang sepanjang hayat. Tidak lupa juga ucapan terima kasih kepada Dr Syarif bin Junaidi sebagai penyelia kedua atas teguran dan tunjuk ajar yang diberikan.

Ucapan penghargaan dan terima kasih juga diberikan kepada Universiti Teknikal Malaysia, Melaka (UTeM) kerana telah memberikan biasiswa untuk pengajian saya ke peringkat Ijazah Kedoktoran di Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM). Tidak lupa juga penghargaan buat rakan-rakan seperjuangan, Mohd Ahadlin Mohd Daud, Norie, Zulaini, Azrie dan juruteknik di Jabatan Kejuruteraan Mekanik dan Bahan, UKM serta pihak-pihak lain yang turut membantu dalam memberi idea, pendapat dan sokongan. Semoga jasa baik yang diberikan mendapat keberkatan dari Allah.

Akhir sekali ucapan terima kasih yang tak terhingga ditujukan kepada keluarga yang dikasihi terutamanya buat almarhum ibu dan ayahanda, isteri tercinta Roshidah Mohamad Yusof, anak-anak tersayang Asyraf Farhan, Arif Syafie, Muhammad Alif Irfan, Muhammad Ammar Danish, Sayang Iris & Bunga Qaseh serta ahli keluarga yang sering memberi semangat dan dorongan sepanjang tempoh pengajian di UKM.

Segala kekurangan yang terdapat di dalam kajian ini adalah disebabkan oleh kelemahan diri penulis sendiri. Sesungguhnya yang terbaik itu hanyalah dari Allah S.W.T.

iv ABSTRAK

Inconel adalah superaloi berasaskan nikel digunakan dalam keadaan suhu tinggi melampau. Inconel 718 digunakan sebagai cakera turbin di dalam penjana kuasa turbin. Ia berfungsi memegang bilah turbin yang diperbuat daripada Inconel 738 dan beroperasi pada suhu yang sangat tinggi. Suhu tinggi boleh menurunkan sifat-sifat mekanik dengan melemahkan sempadan ira dan meningkatkan pembentukan liang yang memacu keretakan. Penyelidikan ini bertujuan mengenal pasti sifat-sifat rayapan dan kelakuan patah Inconel 718 berserta perubahan mikrostruktur Inconel 718 pada keadaan suhu yang tinggi. Bahan awal melalui proses rawatan haba untuk meningkatkan kekuatan bahan pada suhu tinggi. Bagi membandingkan bahan awal Inconel 718 dan terawat haba, ujian tegangan dan rayapan telah dijalankan pada suhu 550 dan 650oC yang memberikan sifat-sifat bahan sebelum dan selepas rawatan haba. Ujian tegasan santaian dan lesu kitar rendah (LKR) bagi Inconel 718 terawat haba telah disiasat pada suhu 550, 650 dan 750o_{C. Ujian tegasan santaian telah dijalankan}

pada terikan 1% dan 2% selama 3 hari (72 jam). Bagi terikan 1%, ujian telah dihentikan pada 3 dan 48 jam untuk melihat perubahan mikrostruktur dan sifat-sifat bahan dengan menggunakan mikroskopi imbasan elektron (SEM) dan pembelauan sinar-x (XRD). Keputusan menunjukkan rawatan haba telah meningkatkan kekuatan tegangan dan rintangan kegagalan rayapan tetapi kemuluran atau pemanjangan sampel terawat haba menurun secara drastik kepada 4 hingga 5% dibandingkan dengan bahan awal yang menunjukkan pemanjangan melebihi 30%. Pemendakan gama perdana (γʹ), gama perdana berganda (γʺ) dan fasa delta (δ) berupa jejarum panjang diperhatikan berlaku di sempadan ira dan merentas ira yang mana ianya menghadkan pertumbuhan ira dan menghalang gelongsoran ira. Mekanisma ini dipercayai bertanggungjawab meningkatkan sifat-sifat mekanikal Inconel 718 tetapi kehadiran mendakan ini telah menyebabkan bahan menjadi keras dan rapuh. Apabila beban bertambah dari 70% kepada 90% kekuatan tegangan muktamad dan kenaikan suhu telah mempercepatkan kadar rayapan. Tegasan tergantung-haba meningkat dengan pengurangan suhu semasa ujian tegasan santaian tetapi kadar tegasan santaian meningkat dengan penambahan suhu. Pemerhatian mikrostruktur SEM menunjukkan proses pemulihan berlaku dan disokong dengan bukti penurunan dalam ketumpatan kehelan dengan penambahan masa dan suhu yang mana sejajar dengan keputusan kekuatan-mikro Vickers. Pada 550o_{C ketumpatan kehelan yang diukur selepas 72 jam adalah lebih tinggi bagi terikan}

2% berbanding 1% dan perbezaan ketumpatan kehelan semakin mengecil apabila suhu dinaikkan ke 750o_{C. Keputusan LKR menunjukkan peningkatan suhu akan}

mengurangkan hayat Inconel 718 dan penambahan frekuensi akan meningkatkan hayat Inconel 718 tetapi masa kegagalan sebenarnya menurun dengan penambahan frekuensi. Kesimpulannya, sifat rayapan dan kelakuan patah Inconel 718 boleh ditoleransi melebihi separuh suhu takat lebur sehingga optimumnya. Penemuan kajian ini boleh digunakan sebagai rujukan asas dalam merekabentuk cakera turbin bagi mengurangkan kegagalan komponen semasa beroperasi dalam suhu tinggi.

v EFFECT OF HEAT TREATMENT ON HIGH TEMPERATURE

MECHANICAL PROPERTIES OF INCONEL 718 ABSTRACT

Inconel, a nickel based superalloy is one of the best advanced engineering materials for the purpose of working in the extreme temperature environments. Inconel 718 which commonly used as a turbine disc in turbine power generation, holds turbine blades made of Inconel 738 and operate at very high temperature. High temperature may degrades mechanical properties of Inconel 718 due to weakening of the grain boundaries and enhancing the cavity formation which lead to cracking. This research is aimed to determine the mechanical properties and fracture behaviour as well as the microstructural evolutions of Inconel 718 at high temperature conditions. The as-received Inconel 718 were heat treated to develop its high temperature strength. To compare as-received and heat treated Inconel 718, tensile and creep tests, have been conducted at 550 and 650o_{C which give the material properties of as received and}

after heat treatment. Then stress relaxation and low cycle fatigue (LCF) for heat treated Inconel 718 at 550, 650 and 750oC has been investigated. The stress relaxation test was conducted at 1% and 2% strain and carried out for 3 days (72 hours). For 1% strain, the tests were stop at 3 and 48 hours to investigate the evolution of microstructure and changes in material properties by using scanning electron microscope (SEM) and x-ray diffraction (XRD), respectively. The results showed that heat treatment significantly improved the tensile strength and creep rupture properties. However, the ductility or elongation of heat treated samples drastically reduced to 4 to 5% compared to that of the as-received materials which exhibited more than 30% elongation. It was found that precipitations of gamma prime (γʹ), gamma double prime (γʺ) and long needle-like delta (δ) phase observed at the grain boundary which restricted the grain growth and block grain boundary sliding. These mechanisms are believed to be the reasons for increase in mechanical properties of Inconel 718. However, the presence of these precipitates caused the material to become harder and more brittle. Moreover, the increase in loads from 70% to 90% of the ultimate tensile strength and in temperature significantly accelerated the creep rate. From stress relaxation tests, it was found that thermal dependent stress increased with decreasing temperature. In contrast, stress relaxation rate increased with increasing temperature. Microstructure observation by SEM shows that recovery process has occurred. This was further supported by the evidence of decreased in dislocation density with increase in time and temperature which in-line with the Vickers micro-hardness results obtained. The dislocation density level for 2% strain measured at 72 hours was higher compared to that of 1% for 550o_{C temperature condition. However, the}

difference of the dislocation density decreased as the temperature increased to 750o_C.

The result from LCF showed that increasing temperature reduced the life of Inconel 718. The LCF conducted in temperature 650oC showed that increasing frequency will increased the life cycle for Inconel 718 but time to failure decreased with increasing frequency. As a conclusion, heat treatment improved mechanical properties at high temperature of Inconel 718 until beyond half melting temperature up to optimum. The finding of this study can be used as a basic reference for designing of turbine disc to reduce the failure of component during service at high temperature.

vi

KANDUNGAN

Halaman

PENGAKUAN ii

PENGHARGAAN iii

ABSTRAK iv

ABSTRACT v

KANDUNGAN vi

SENARAI JADUAL x

SENARAI ILUSTRASI xii

SENARAI SIMBOL xvi

BAB 1 PENGENALAN

1.1 Pendahuluan 1

1.2 Permasaalahan Kajian 4

1.3 Objektif Kajian 6

1.4 Skop Kajian 7

1.5 Struktur Tesis 9

BAB II KAJIAN PERPUSTAKAAN

2.1 Pengenalan 10

2.2 Superaloi Berasaskan Nikel 15

2.3 Inconel 718 18

2.4 Aplikasi Inconel Dalam Industri Penjanaan Tenaga 22 2.5 Rawatan Haba dan sifat Mekanik Inconel 718 25

2.6 Mikrostruktur Inconel 718 32

2.7 Sifat Mekanik 33

2.7.1 Sifat Kekerasan 33

2.7.1.1 Pengukuran Kekerasan 33 2.7.1.2 Kaedah Pengukuran Kekerasan 34

2.7.2 Sifat Kekuatan Tegangan 36

2.7.3 Rayapan Suhu Tinggi 38

2.7.3.1 Mekanisma Kegagalan Rayapan 41 2.7.4 Kegagalan Santaian 51 2.7.4.1 Mekanisma Kegagalan Santaian 53

vii

2.7.5 Mekanisma Ketumpatan Kehelan 56

2.7.5.1 Kecacatan Bahan 56

2.7.5.2 Kehelan 59

2.8 Tegasan Kitaran 63

2.9 Lesu 65

2.9.1 Lesu Kitar Rendah 67

2.9.2 Pengenalan Kepada Kegagalan Lesu 69

2.9.3 Mekanisma Kegagalan Lesu 69

2.10 Rumusan 72

BAB III METODOLOGI 3.1 Pendahaluan 74

3.2 Prosedur Kajian 76

3.3 Bahan Kajian 77

3.4 Proses Rawatan Haba 79

3.5 Ujian Kekerasan 81

3.5.1 Ujian Kekerasan Rockwell B 81

3.5.2 Ujian Kekerasan Mikro Vickers 82

3.6 Ujian Tegangan 83

3.6.1 Jig 84

3.6.2 Spesimen 86

3.6.3 Prosedur Ujikaji 87

3.6.4 Analisa Data 87

3.7 Ujian Rayapan 89

3.7.1 Prosedur Ujikaji 89

3.7.2 Analisa Data 90

3.8 Ujian Santaian 91

3.9 Ujian Lesu Kitaran Rendah 92

3.9.1 Pendahuluan 92

3.9.2 Spesimen 93

3.9.3 Prosedur Ujikaji 93

3.9.4 Analisa Data 95

viii

3.10.1 Mikroskop Optik 95

3.10.1.1 Penyediaan Bahan 95 3.10.2 Pemikroskopian Elektron Pengimbas 96 3.10.2.1 Pengukuran Saiz Ira 96

3.10.3 Pembelauan Sinar X 97

3.10.3.1 Prosedur Ujikaji

3.10.4 Analisa 98

3.11 Kesimpulan 98

BAB IV KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN

4.1 Pendahuluan 99

4.2 Kesan Rawatan Haba Terhadap Kekuatan Tegangan Bagi

Inconel 718 99

4.2.1 Pendahuluan 99

4.2.2 Mikrostruktur (optic dan SEM) 100 4.2.3 Ujian Kekerasan Rockwell B 105

4.3 Kekuatan Tegangan Inconel 718 106

. 4.3.1 Pendahuluan 106

4.3.2 Ujian Tegangan 107

4.3.3 Pemerhatian Permukaan Sampel (SEM) 109 4.3.4 Pemerhatian Permukaan Patah 111

4.4 Sifat Rayapan Inconel 718 114

4.4.1 Kesan Suhu dan Beban Terhadap Rayapan 114

4.4.2 Mikrostruktur Rayapan 116

4.4.3 Pemerhatian Permukaan Patah Rayapan 118

4.5 Sifat Tegasan Santaian 118

4.5.1 Ujian Santaian Pada Suhu Tinggi dan Terikan Berlainan 118

4.5.2 Mikrostruktur Santaian 121

4.5.3 Ujian Kekerasan Mikro Vickers 123 4.5.4 Ujian Ketumpatan Kehelaan 124 4.6 Kesan Suhu Tinggi Terhadap Lesu Kitar Rendah 126

4.6.1 Pendahuluan 126

4.6.2 Ujian Lesu Kitar Rendah Pada Suhu Tinggi 127 4.6.3 Ujian Lesu Kitar Rendah pada Suhu 650o_C

ix 4.6.4 Ujian Lesu Kitar Rendah pada Suhu 650oC

Pada Terikan Berbeza 132

4.6.5 Pemerhatian Permukaan Patah 134 4.6.6 Mikrostruktur Selepas Ujian LKR 138

4.7 Rumusan 141

BAB V KESIMPULAN DAN CADANGAN

5.1 Pendahuluan 143

5.2 Kesimpulan Kajian

5.2.1 Kesan Rawatan Haba Terhadap Kekuatan Tegangan

Bagi Inconel 718 143 5.2.2 Sifat Rayapan Inconel 718 144

5.2.3 Sifat Tegasan Santaian 144

5.2.4 Kesan Suhu Tinggi Terhadap Lesu Kitar Rendah 145

5.3 Sumbangan Kajian 145

5.4 Cadangan Kajian 146

5.4.1 Cadangan Untuk Memperbaiki Keputusan Kajian 146 5.4.2 Cadangan Kajian Akan Datang 146

x SENARAI JADUAL

No. Jadual Halaman

2.1 Komposisi (% berat) Inconel melalui teknik tuangan 17 2.2 Komposisi (% berat) Inconel melalui teknik tempawan 17

2.3 Kegunaan Inconel dalam industri 18

2.4 Komposisi elemen dalam peratusan berat (%) bagi aloi Inconel 718 21

2.5 Sifat-sifat fizikal Inconel 718 22

2.6 Modulus elastik Inconel 718 22

2.7 Sifat mekanikal Inconel 718 terawat haba

(1037 hingga 1065 o_{C) pada suhu bilik 32}

2.8 Sifat-sifat mekanikal Inconel 718 terawat haba

(926 hingga 1010 o_{C) pada suhu bilik 32}

2.9 Sifat kekerasan Rockwell 35

2.10 Sifat mekanikal Inconel 718 38

2.11 Sifat rayapan Inconel 718 dengan tegasan tegangan tetap

625 MPa dan 650 o_{C 48}

2.12 Contoh FWHM dari profil XRD 63

3.1 Komposisi Kimia bagi Inconel 718 (% berat) 77

3.2 Kajian Santaian 92

3.3 Kajian LKR 94

4.1 Keputusan EDX 104

4.2 Bacaan Ujian Kekerasan Rockwell B (HRB) 106 4.3 Sifat mekanikal Inconel 718 pada suhu yang berlainan 109

xi

4.4 Kadar rayapan sekunder bagi spesimen terawat haba Inconel 718 116 4.5 Tegasan dalam aras terikan dan suhu berbeza 121

4.6 Kekuatan-mikro Vickers 124

4.7 Ketumpatan kehelaan 125

xii SENARAI ILUSTRASI

No. Rajah Halaman

1.1 Carta alir stesen penjana turbin gas 2 2.1 Pandangan keseluruhan turbin gas 12 2.2 Pandangan bahagian dalaman enjin turbin 12 2.3 Komponen turbin gas terdiri daripada (a) Cakera (b) Bilah

(c) Pemasangan bilah kepada cakera 13 2.4 Mikrostruktur Hastelloy X yang tipikal 15 2.5 Imej mikrostruktur Inconel 718 menggunakan mikroskop optik 16 2.6 Bahagian-bahagian dalam enjin gas 24

2.7 Suhu dalam enjin gas 24

2.8 Rajah fasa pertigaan untuk Ni-Al-Ti (a) Larutan dan tiga penuaan

(b) Larutan dan dua penuaan (c) Larutan dan tiga penuaan 28

2.9 Skema rawatan haba yang berbeza 31

2.10 Tegasan melawan terikan 37

2.11 Rayapan klasik bagi logam 39

2.12 Garis lengkung (keadaan beban tetap) bagi nikel tulin

pada suhu 371oC 42

2.13 Garis lengkung rayapan 43

2.14 Perbezaan mekanisma kegagalan pada suhu rendah dan rayapan 46 2.15 Pembentukan lompang di mana (a) Contoh retak baji dan

(b) Lompang pada sempadan ira 47 2.16 Kadar rayapan (έs) dengan saiz partikel γʺ 51

2.17 Pemasangan bilah dan turbin 52

2.18 Garis lengkung bagi keadaan (a) mampatan dan

(b) tegangan untuk tegasan santaian bagi rencam 53 2.19 Garis lengkung tegasan santaian yang tipikal 56 2.20 Kecacatan titik yang biasa berlaku iaitu kekosongan 57 2.21 Kecacatan titik yang digelar kecelahan 57

xiii 2.22 Kecacatan garis yang berlaku pada logam (a) Kehelaan pinggir

Positif (b) Kehelaan pinggir yang menunjukkan orientasi Burgers

atau vektor gelincir b 58

2.23 Profil puncak pembelauan sinar-X 61

2.24 Contoh Profil XRD 62

2.25 Terikan tempatan melawan vector Burgers 63

2.26 Tegasan melawan kitaran (a) Tegasan kitaran berbalik sepenuhnya (b) Tegasan kitaran berulang dengan δmax dan δmin yang sama (c) Tegasan kitaran rawak 65

2.27 Kegagalan lesu pada aci 67

2.28 Penggunaan turbin gas mengikut jangkamasa tertentu 68

3.1 Carta alir prosedur penyelidikan 76

3.2 Lakaran pemotongan jig dan spesimen daripada bahan Inconel 718 78

3.3 Spesimen-spesimen (dalam mm) (a) Ujian mekanikal (b) Ujian Lesu Kitar Rendah 79

3.4 Skema Rawatan Haba 80

3.5 Alat ujian tegangan (Zwick/Roell Z030) 84

3.6 Pandangan dalaman relau pada alat ujian tegangan 85

3.7 Dimensi pemegang spesimen (dalam mm) 85

3.8 Jig dari Inconel 718 sebagai pemegang spesimen 86

3.9 Jig dan spesimen dalam kedudukan (dimensi dalam mm) 86

3.10 Data daripada mesin yang dianalisa 88

4.1 Mikrostruktur Inconel 718 dengan mikroskop optik 103

4.2 Mikrostruktur Inconel 718 dengan SEM dan EDX 104

4.3 Geraf Kekerasan Rockwell B 106

4.4 Kesan suhu kepada kelakuan tegasan-terikan terhadap spesimen tegangan (a) bahan awal dan (b) bahan terawat haba 108

4.5 Mikrostruktur SEM diperhatikan pada permukaan spesimen tegangan untuk bahan awal pada (a) 550oC dan (b) 650oC 111

4.6 Mikrostruktur SEM diperhatikan pada permukaan spesimen tegangan untuk bahan terawat haba pada (a) 550oC dan (b) 650oC 111

xiv 4.8 Permukaan patah spesimen bahan terawat haba (a) 550oC dan

(b) 650oC 113

4.9 Ujian rayapan pada beban dan suhu berbeza bagi bahan

terawat haba 116

4.10 Mikrostruktur SEM permukaan spesimen bahan terawat haba bagi sampel selepas ujian rayapan pada suhu berlainan.

(a) 550oC-70%UTS, (b) 650oC-70%UTS and (c) 650oC-90%UTS 117 4.11 Keretakan permukaan bahan terawat haba sampel selepas ujian

rayapan pada keadaan suhu 650o_{C (a) 70%UTS dan (b) 90%UTS 118}

4.12 Kesan suhu terhadap tegasan santaian pada terikan 1% 120 4.13 Kesan suhu terhadap tegasan santaian pada terikan 2% 120

4.14 Kesan terikan 1% dan 2% 121

4.15 Mikrograf SEM selepas ujian santaian pada terikan 1% bagi

suhu 550, 650 dan 750o_{C untuk 3, 48 dan 72 jam 122}

4.16 Kekuatan-mikro dengan masa 124

4.17 Ketumpatan kehelaan dengan masa 125 4.18 LKR pada suhu yang berbeza dengan julat tegasan dan bilangan

kitaran 129

4.19 LKR pada suhu yang berbeza dengan tegasan maksimum dan

bilangan kitaran 129

4.20 LKR pada suhu 650o_{C dengan julat tegasan dan bilangan kitaran 130}

4.21 LKR pada suhu 650o_{C dengan tegasan maksimum dan}

bilangan kitaran 131

4.22 LKR pada suhu 650o_{C dengan julat tegasan dan masa 131}

4.23 LKR pada suhu 650o_{C dengan tegasan maksimum dan masa 132}

4.24 LKR pada suhu 650o_{C dengan julat tegasan dan bilangan kitaran 133}

4.25 LKR pada suhu 650oC dengan tegasan maksimum dan bilangan

kitaran 133

4.26 LKR pada suhu berbeza, R=0.1 dan F=0.1 Hz 135 4.27 LKR pada frekuensi berbeza, R=0.1 dan 650oC 136 4.28 LKR pada nisbah terikan berbeza, F=0.1 Hz dan 650o_{C 137}

4.29 LKR pada R=0.1, F=0.1 Hz di mana (a) 550oC, (b) 650oC dan

(c) 750oC 139

xv 4.31 LKR pada F=0.1 Hz, 650oC di mana (a) terikan1% dan

xvi SENARAI SIMBOL

Simbol Unit

2N bilangan kitaran -

ASTM American Standard Testing Material -

b Vektor Burgers nm

bcc Kiub Berpusat Jasad -

D Saiz Kristal nm

EDM Mesin Nyahcas Elektrik -

fcc Kiub Muka Tengah -

G Angkatap Bahan -

hcp Terpadat Rapat Hexagon -

HRB Hardness Rockwell B -

HRC Rockwell C -

Hv Kekerasan Mikro Vickers -

Hz Hertz -

Kα Puncak Pembelauan Sinar-X -

LKR Lesu Kitar Rendah -

Pos Position -

Q Tenaga Pengaktifan Tegasan Terubahsuai -

R Angkatap Udara Jmol-1_K-1

RT Suhu Bilik o_C

SEM Mikroskop Imbasan Elektron -

T Darjah Celsius o_C

TEM Mikroskop Elektron Transmisi -

Th. Theta -

Tm Suhu Takat Lebur oC

xvii

UTS Kekuatan Tegangan Muktamad MPa

wt% Peratus Berat %

XRD Pembelauan Sinar X -

λ Panjang Gelombang nm

βo Ketebalan Penuh Yang Sebenar (sampel tulin) cts βm Ketebalan Penuh Yang Sebenar (sampel Fe-8% Ni-Cu) cts

βt Ketebalan Penuh Yang Sebenar cts

δ Delta -

ε Terikan MPa

ε’f Pekali Kemuluran Lesu MPa

Δεp Julat Terikan Plastik MPa

γʹ Gama Perdana -

γʺ Gama Perdana Berganda -

ρ Ketumpatan Kehelan -

σa Tegasan Amplitud MPa

σm Tegasan Purata MPa

σmax Tegasan Maksimum MPa

σmin Tegasan Minimum MPa

σuts Kekuatan Tegangan Muktamad MPa

BAB I

PENGENALAN 1.1 PENDAHULUAN

Kuasa elektrik adalah satu sumber tenaga yang amat penting dalam kehidupan manusia seharian pada zaman moden ini. Elektrik ialah istilah am bagi fenomena yang terhasil akibat kewujudan dan aliran cas elektrik. Kegunaan elektrik di dalam kehidupan menjadikan kehidupan lebih selesa dan memudahkan kerja. Contoh kegunaannya adalah pada peralatan yang besar seperti mesin dikilang-kilang hingga peralatan yang kecil seperti lampu suluh.

Kuasa elektrik memerlukan peralatan atau proses untuk menghasilkannya daripada tenaga bentuk lain. Prinsip asas penghasilan elektrik ditemui pada tahun 1820-an dan awal 1830-an oleh ahli sains British yang bernama Michael Faraday. Kaedah asasnya masih digunakan sehingga kini iaitu elektrik dijana oleh pergerakan gegelung dawai atau kepingan cakera tembaga antara kutub-kutub magnet (Arkam, 2008).

Penjanaan elektrik boleh dilakukan dengan menggunakan punca-punca seperti arang batu, gas, minyak, nuklear, air, stim dan lain-lain unsur. Punca-punca tenaga ini adalah sebagai satu media yang akan menggerakkan atau memutarkan turbin yang seterusnya akan menghasilkan tenaga elektrik seperti yang diterangkan diperengan atas. Carta alir stesen penjana turbin gas adalah seperti ditunjukkan dalam Rajah 1.1.

Proses yang berlaku didalam stesen penjana turbin gas adalah dimana udara pada suhu biasa (+ 30o_{C) akan disedut dengan menggunakan kipas ke tempat}

2 menggunakan bahan api seperti gas atau arangbatu sehingga mencecah suhu 1080o_C

dan tekanan 30 bar akan dipaksa melalui turbin dengan kelajuan yang tinggi dimana tenaga mekanikal akan ditukarkan kepada tenaga elektrikal (Elgerd 1982).

Rajah 1.1 Carta alir stesen penjana turbin gas

Turbin merupakan bahagian yang paling penting dalam menghasilkan tenaga elektrik dimana penukaran tenaga kepada bentuk tenaga elektrikal berlaku didalam turbin. Turbin adalah satu alat yang komplek dengan beberapa bahagian yang menggunakan aliran gas untuk menghasilkan tenaga elektrik. Gas dipaksa melalui bilah yang dipasangkan kepada rotor yang menyebabkan rotor tersebut berputar. Tenaga yang dihasilkan daripada pusingan rotor akan dikumpulkan oleh penjana yang akan menukarkan daya pusingan kepada tenaga elektrik menggunakan medan magnet. Tenaga haba terhasil daripada pembakaran digunakan untuk memanaskan air di dalam

Pemampat Udara

Biasa

Bahan Bakar

Kipas

Turbin

Penjana

Elektrik terhasil

3 dandang. Air bertukar menjadi wap stim dan dipaksa melalui paip yang menghantarnya ke bahagian yang terletak turbin. Wap stim yang bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi menyalurkan tenaga kepada bilah dan rotor turbin akan memutarkan penjana kuasa. Tenaga putaran mekanikal akan ditukar kepada tenaga elektrik melalui penjana kuasa.

Wap stim yang dihasilkan daripada dandang memasuki ruangan turbin dengan suhu mencecah 1086o_{C dan keluar daripada ruangan turbin dengan penurunan suhu}

sehingga 571o_{C (Mazur et al. 2005). Bahan yang digunakan untuk ruangan turbin}

mestilah tahan kepanasan melampau ini. Salah satu bahan yang digunakan adalah superaloi.

Superaloi berasaskan-nikel adalah salah satu bahan yang paling sesuai digunakan dalam keadaan yang melampau seperti pada suhu dan tegasan yang tinggi. Beberapa contoh superaloi berasaskan-nikel adalah Nimonic, Udimet, Waspaloy, Astroloy, Hastelloy dan Inconel (Sims et al. 1987). Bahan-bahan ini telah digunakan dalam pelbagai industri seperti aeroangkasa, pemprosesan kimia, kejuruteraan marin, reaktor nuklear dan sebagainya. Daripada senarai di atas, Inconel adalah bahan yang paling popular dan mempunyai gred yang banyak bergantung kepada aplikasi seperti Inconel 738 dan Inconel 718. Selain mengekalkan kekuatan mekanikal di bawah keadaan yang bersuhu tinggi, kelebihan aloi ini adalah tahan kelesuan haba, pengoksidaan, kakisan, penempaan dan keupayaan pematerian keras (Ghosh et al. 2008, Kuo et al. 2009 dan Kim et al. 2008). Sifat mekanikal dikekalkan melalui pembentukan pemendakan elemen-elemen tertentu yang akan dijelaskan dalam bab 2. Turbin adalah terdiri daripada dua bahagian yang utama iaitu bilah dan cakera. Bilah merupakan bahagian yang berinteraksi secara langsung dengan wap stim yang dipaksa masuk dan boleh beroperasi pada suhu kira-kira 1000o_{C. Bilah boleh}

diperbuat daripada beberapa jenis bahan superaloi berasaskan nikel tetapi daripada kajian didapati bilah diperbuat terutamanya daripada Inconel 738. Bilah akan dipegang kepada saf melalui cakera turbin yang diperbuat terutamanya daripada Inconel 718 yang beroperasi pada suhu yang lebih rendah jika dibandingkan dengan Inconel 738. Kekuatan superaloi berasaskan-nikel adalah dipromosikan oleh

4 pemendakan fasa sekunder (contohnya gama perdana dan gama perdana berganda) ke dalam matriks logam melalui proses rawatan haba. Rawatan haba yang paling biasa digunakan untuk Inconel adalah proses rawatan haba piawai (Liu et al. 2005, Ghosh et al. 2008 dan Zhao et al. 2008). Proses rawatan haba piawai adalah satu proses untuk mengembalikan keadaan Inconel yang dirawat kepada keadaan atau kekuatan asal setelah Inconel tersebut melalui proses yang melemahkan strukturnya seperti pemotongan kepada bentuk dan saiz yang dikehendaki.

1.2 PERMASAALAHAN KAJIAN

Enjin turbin gas atau turbin stim menggunakan bahan-bahan yang berbeza mengikut keperluan atau suhu pada setiap komponennya. Turbin gas atau turbin stim mempunyai tiga bahagian utama iaitu bilah, cakera dan rotor. Bilah yang berinteraksi secara langsung dengan stim pada suhu tinggi adalah diperbuat daripada Inconel 738, Inconel 718, Nimonic, keluli dan lain-lain. Cakera yang mengalami suhu sederhana pula diperbuat daripada Inconel 718 dan keluli. Sementara rotor yang berada di bahagian dalam mengalami suhu yang rendah diperbuat daripada keluli. Pemasangan komponen dalam enjin turbin membabitkan bahan yang berbeza dimana kadar pengembangan haba juga berbeza. Ini boleh menyebabkan tegasan yang tinggi dikenakan pada penyambungan komponen. Contohnya adalah pemasangan bilah Inconel 738 kepada cakera turbin Inconel 718.

Pemasangan bilah yang diperbuat daripada Inconel 738 kepada cakera turbin yang diperbuat daripada Inconel 718 akan menghasilkan tegasan yang bertujuan memegang bilah pada kedudukannya. Tegasan ini terhasil akibat persentuhan permukaan antara bilah dan cakera turbin yang terjadi apabila pemasangannya mestilah ketat. Semasa beroperasi, pergerakan putaran menyebabkan titik persentuhan antara bilah dan cakera akan menghasilkan tegasan. Putaran juga menghasilkan daya emparan yang cuba menarik bilah keluar dari cakera. Ini seterusnya akan menyebabkan tegasan yang bertambah kepada tegasan yang sedia ada. Cakera turbin yang digunakan sentiasa menerima tegasan yang tinggi semasa ianya diaplikasikan, tambahan pula wap stim yang mengerakkan rotor mempunyai suhu yang tinggi. Ini

5 mengakibatkan cakera turbin menerima tegasan dalam keadaan suhu tinggi. Berdasarkan ini, permulaan retak akan terjana pada Inconel 718 yang digunakan akibat daripada tegasan setempat pada titik persentuhan yang bertindak sebagai peningkat tegasan dimana masa keretakan tidak dapat dijangkakan, seterusnya retak tersebut akan merambat dan akhir sekali menyebabkan komponen struktur tersebut mengalami kegagalan patah. Sebenarnya kegagalan ini boleh dihindar dengan membuat ramalan hayat berpandu kepada hasil kajian tentang sifat-sifat mekanikalnya seperti sifat rayapan, sifat santaian dan sifat lesu kitaran rendah yang bertujuan untuk menentukan sebab-sebab komponen struktur tersebut akan mengalami kegagalan. Mekanisma kegagalan boleh dikenalpasti dan seterusnya dapat meramalkan jangka hayat cakera turbin yang digunakan.

Cakera turbin yang digunakan untuk penjanaan tenaga menggunakan wap stim perlu tahan kepada kepanasan yang disebabkan oleh keadaannya. Suhu masuk mencecah sehingga 1086oC seperti diterangkan oleh Mazur et al. (2004) adalah sangat tinggi, walau pun bahagian cakera turbin akan lebih sejuk disebabkan berada di bahagian tengah tetapi kesan suhu tetap ada. Witek (2006) menerangkan fenomena kepatahan boleh berlaku kepada cakera turbin yang mana berlaku akibat kelesuan dan hakisan tegasan atau tegasan santaian. Mazur et al. (2004) telah menerangkan mekanisma kerosakan yang boleh berlaku kepada bilah adalah rayapan, lesu kitar rendah (kelesuan termal), lesu kitar tinggi (kelesuan termomekanikal), hakisan, kakisan dan pengoksidaan.

Suhu yang tinggi boleh menyebabkan sifat mekanik menurun yang akan mengurangkan hayat komponen tersebut. Rawatan haba yang sesuai dilihat dapat mengekalkan sifat mekanik pada suhu yang tinggi. Sifat rayapan dan santaian selepas rawatan haba masih tidak mencukupi. Ianya perlu bagi menjalankan kajian lanjut mengenainya dan ianya boleh dilaksanakan melalui kajian mikrostrukturnya.

Pada suhu yang tinggi atau sama, kelakuan atau sifat rayapan pada bahan yang mempunyai sifat mekanik yang lebih tinggi adalah berbeza dengan kelakuan rayapan bahan yang mempunyai sifat mekaniknya yang lebih rendah. Contohnya adalah bilah

6 daripada Inconel 738 dan cakera daripada Inconel 718. Oleh itu, sifat rayapan Inconel 718 pada suhu yang lebih tinggi perlu dikenalpasti.

Suhu yang tinggi menyebabkan berlakunya santaian pada tegasan. Pemasangan bilah dan cakera adalah dipasang dengan ketat supaya tidak berlaku penurunan tegasan pada pasangan komponen. Ini boleh menyebabkan kegagalan disebabkan santaian boleh berlaku kepada komponen yang bahannya mempunyai sifat mekanik yang lebih rendah (Inconel 718 berbanding Inconel 738). Sifat santaian bagi Inconel 718 adalah sedikit atau kurang dikaji. Jadi kajian lanjut perlu dijalankan untuk mengetahui sifat santaian ini. Kajian evolusi mikrostruktur, kekerasan dan ketumpatan kehelan perlu diberi perhatian.

Kegagalan lesu berlaku bukan sahaja pada bilah atau pangkal bilah turbin tetapi ianya boleh berlaku kepada cakera yang memegang bilah. Kesan suhu yang tinggi terhadap lesu akan mengurangkan hayat komponen turbin. Kesan pengoperasian turbin perlu diambilkira dimana suhu tinggi ketika operasi turbin berjalan dan suhu rendah ketika rehat (tidak beroperasi). Ini mengakibatkan cakera dan bilah mengalami tegasan turun naik disebabkan perubahan suhu dan boleh menyebabkan kegagalan lesu haba. Oleh itu, amat perlu bagi mengetahui dengan lanjut kesan suhu dan frekuensi terhadap sifat lesu haba bahan.

1.3 OBJEKTIF KAJIAN

Terdapat beberapa objektif kajian ini dijalankan. Objektif-objektif ini adalah seperti berikut:

a) Mengenalpasti kesan rawatan haba terhadap mikrostruktur dan sifat mekanik Inconel 718 dan kesan suhu serta beban terhadap sifat rayapan bahan terawat haba Inconel 718.

b) Mengenalpasti kesan tegasan santaian dengan menggunakan suhu yang tinggi dan terikan yang berbeza melalui evolusi mikrostruktur, kekerasan mikro Vickers dan ketumpatan kehelan.

7 c) Mengenalpasti kesan suhu, frekuensi dan terikan terhadap lesu kitaran rendah

bagi Inconel 718. 1.4 SKOP KAJIAN

Kajian ini dijalankan adalah untuk mengkaji kesan rawatan haba terhadap mikrostruktur, sifat kekerasan, sifat tegangan, sifat rayapan, sifat santaian dan sifat lesu kitar rendah. Bahan yang digunakan di dalam kajian ini adalah superaloi berasaskan nikel iaitu Inconel 718. Kajian ini memfokus kepada Inconel 718 kerana bahan ini digunakan dalam turbin untuk penjanaan tenaga elektrik dan hasil kajian boleh memanjangkan hayat turbin dan seterusnya boleh menjimatkan kos penyelengaraannya.

Proses rawatan haba dijalankan keatas spesimen dan kajian terhadap mikrostruktur, sifat kekerasan dan kekuatan tegangan telah diperolehi. Perbandingan telah dibuat dengan bahan yang belum menjalani rawatan haba.

Perubahan mikrostruktur sebelum dan selepas proses rawatan haba dibuat perbandingan dari segi pemendakan gama perdana (γʹ), gama perdana berganda (γʺ), fasa delta (δ) dan sempadan ira serta saiz ira. Terdapat tiga keadaan yang diperhatikan iaitu bahan awal, setelah rawatan haba larutan dan setelah rawatan penuaan berganda. Peralatan yang digunakan adalah mikroskop optik yang dilengkapi dengan program yang boleh mengambil imej yang terhasil.

Penggunaan mikroskop elektron imbasan (SEM) adalah untuk mengkaji mikrostruktur secara lebih terperinci. Ianya digunakan bagi memeriksa permukaan patah dan permukaan spesimen selepas ujian-ujian dijalankan. Ini bagi mengesan sebarang ketidaknormalan atau keganjilan terhadap mikrostruktur yang dapat menerangkan kelakuan bahan semasa ujian dijalankan. Sebarang fenomena yang berlaku adalah berdasarkan pemerhatian pada permukaan patah dan permukaan spesimen.

menggunakan bahan api seperti gas atau arangbatu sehingga mencecah suhu 1080o_C dan tekanan 30 bar akan dipaksa melalui turbin dengan kelajuan yang tinggi dimana tenaga mekanikal akan ditukarkan kepada tenaga elektrikal (Elgerd 1982).

Rajah 1.1 Carta alir stesen penjana turbin gas

Turbin merupakan bahagian yang paling penting dalam menghasilkan tenaga elektrik dimana penukaran tenaga kepada bentuk tenaga elektrikal berlaku didalam turbin. Turbin adalah satu alat yang komplek dengan beberapa bahagian yang menggunakan aliran gas untuk menghasilkan tenaga elektrik. Gas dipaksa melalui bilah yang dipasangkan kepada rotor yang menyebabkan rotor tersebut berputar. Tenaga yang dihasilkan daripada pusingan rotor akan dikumpulkan oleh penjana yang akan menukarkan daya pusingan kepada tenaga elektrik menggunakan medan magnet. Tenaga haba terhasil daripada pembakaran digunakan untuk memanaskan air di dalam

Pemampat Udara

Biasa

Bahan Bakar

Kipas

Turbin

Penjana

Elektrik terhasil

dandang. Air bertukar menjadi wap stim dan dipaksa melalui paip yang menghantarnya ke bahagian yang terletak turbin. Wap stim yang bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi menyalurkan tenaga kepada bilah dan rotor turbin akan memutarkan penjana kuasa. Tenaga putaran mekanikal akan ditukar kepada tenaga elektrik melalui penjana kuasa.

Wap stim yang dihasilkan daripada dandang memasuki ruangan turbin dengan suhu mencecah 1086o_{C dan keluar daripada ruangan turbin dengan penurunan suhu} sehingga 571o_{C (Mazur et al. 2005). Bahan yang digunakan untuk ruangan turbin} mestilah tahan kepanasan melampau ini. Salah satu bahan yang digunakan adalah superaloi.

Superaloi berasaskan-nikel adalah salah satu bahan yang paling sesuai digunakan dalam keadaan yang melampau seperti pada suhu dan tegasan yang tinggi. Beberapa contoh superaloi berasaskan-nikel adalah Nimonic, Udimet, Waspaloy, Astroloy, Hastelloy dan Inconel (Sims et al. 1987). Bahan-bahan ini telah digunakan dalam pelbagai industri seperti aeroangkasa, pemprosesan kimia, kejuruteraan marin, reaktor nuklear dan sebagainya. Daripada senarai di atas, Inconel adalah bahan yang paling popular dan mempunyai gred yang banyak bergantung kepada aplikasi seperti Inconel 738 dan Inconel 718. Selain mengekalkan kekuatan mekanikal di bawah keadaan yang bersuhu tinggi, kelebihan aloi ini adalah tahan kelesuan haba, pengoksidaan, kakisan, penempaan dan keupayaan pematerian keras (Ghosh et al. 2008, Kuo et al. 2009 dan Kim et al. 2008). Sifat mekanikal dikekalkan melalui pembentukan pemendakan elemen-elemen tertentu yang akan dijelaskan dalam bab 2. Turbin adalah terdiri daripada dua bahagian yang utama iaitu bilah dan cakera. Bilah merupakan bahagian yang berinteraksi secara langsung dengan wap stim yang dipaksa masuk dan boleh beroperasi pada suhu kira-kira 1000o_{C. Bilah boleh} diperbuat daripada beberapa jenis bahan superaloi berasaskan nikel tetapi daripada kajian didapati bilah diperbuat terutamanya daripada Inconel 738. Bilah akan dipegang kepada saf melalui cakera turbin yang diperbuat terutamanya daripada Inconel 718 yang beroperasi pada suhu yang lebih rendah jika dibandingkan dengan Inconel 738. Kekuatan superaloi berasaskan-nikel adalah dipromosikan oleh

pemendakan fasa sekunder (contohnya gama perdana dan gama perdana berganda) ke dalam matriks logam melalui proses rawatan haba. Rawatan haba yang paling biasa digunakan untuk Inconel adalah proses rawatan haba piawai (Liu et al. 2005, Ghosh et al. 2008 dan Zhao et al. 2008). Proses rawatan haba piawai adalah satu proses untuk mengembalikan keadaan Inconel yang dirawat kepada keadaan atau kekuatan asal setelah Inconel tersebut melalui proses yang melemahkan strukturnya seperti pemotongan kepada bentuk dan saiz yang dikehendaki.

1.2 PERMASAALAHAN KAJIAN

Enjin turbin gas atau turbin stim menggunakan bahan-bahan yang berbeza mengikut keperluan atau suhu pada setiap komponennya. Turbin gas atau turbin stim mempunyai tiga bahagian utama iaitu bilah, cakera dan rotor. Bilah yang berinteraksi secara langsung dengan stim pada suhu tinggi adalah diperbuat daripada Inconel 738, Inconel 718, Nimonic, keluli dan lain-lain. Cakera yang mengalami suhu sederhana pula diperbuat daripada Inconel 718 dan keluli. Sementara rotor yang berada di bahagian dalam mengalami suhu yang rendah diperbuat daripada keluli. Pemasangan komponen dalam enjin turbin membabitkan bahan yang berbeza dimana kadar pengembangan haba juga berbeza. Ini boleh menyebabkan tegasan yang tinggi dikenakan pada penyambungan komponen. Contohnya adalah pemasangan bilah Inconel 738 kepada cakera turbin Inconel 718.

Pemasangan bilah yang diperbuat daripada Inconel 738 kepada cakera turbin yang diperbuat daripada Inconel 718 akan menghasilkan tegasan yang bertujuan memegang bilah pada kedudukannya. Tegasan ini terhasil akibat persentuhan permukaan antara bilah dan cakera turbin yang terjadi apabila pemasangannya mestilah ketat. Semasa beroperasi, pergerakan putaran menyebabkan titik persentuhan antara bilah dan cakera akan menghasilkan tegasan. Putaran juga menghasilkan daya emparan yang cuba menarik bilah keluar dari cakera. Ini seterusnya akan menyebabkan tegasan yang bertambah kepada tegasan yang sedia ada. Cakera turbin yang digunakan sentiasa menerima tegasan yang tinggi semasa ianya diaplikasikan, tambahan pula wap stim yang mengerakkan rotor mempunyai suhu yang tinggi. Ini

mengakibatkan cakera turbin menerima tegasan dalam keadaan suhu tinggi. Berdasarkan ini, permulaan retak akan terjana pada Inconel 718 yang digunakan akibat daripada tegasan setempat pada titik persentuhan yang bertindak sebagai peningkat tegasan dimana masa keretakan tidak dapat dijangkakan, seterusnya retak tersebut akan merambat dan akhir sekali menyebabkan komponen struktur tersebut mengalami kegagalan patah. Sebenarnya kegagalan ini boleh dihindar dengan membuat ramalan hayat berpandu kepada hasil kajian tentang sifat-sifat mekanikalnya seperti sifat rayapan, sifat santaian dan sifat lesu kitaran rendah yang bertujuan untuk menentukan sebab-sebab komponen struktur tersebut akan mengalami kegagalan. Mekanisma kegagalan boleh dikenalpasti dan seterusnya dapat meramalkan jangka hayat cakera turbin yang digunakan.

Cakera turbin yang digunakan untuk penjanaan tenaga menggunakan wap stim perlu tahan kepada kepanasan yang disebabkan oleh keadaannya. Suhu masuk mencecah sehingga 1086oC seperti diterangkan oleh Mazur et al. (2004) adalah sangat tinggi, walau pun bahagian cakera turbin akan lebih sejuk disebabkan berada di bahagian tengah tetapi kesan suhu tetap ada. Witek (2006) menerangkan fenomena kepatahan boleh berlaku kepada cakera turbin yang mana berlaku akibat kelesuan dan hakisan tegasan atau tegasan santaian. Mazur et al. (2004) telah menerangkan mekanisma kerosakan yang boleh berlaku kepada bilah adalah rayapan, lesu kitar rendah (kelesuan termal), lesu kitar tinggi (kelesuan termomekanikal), hakisan, kakisan dan pengoksidaan.

Suhu yang tinggi boleh menyebabkan sifat mekanik menurun yang akan mengurangkan hayat komponen tersebut. Rawatan haba yang sesuai dilihat dapat mengekalkan sifat mekanik pada suhu yang tinggi. Sifat rayapan dan santaian selepas rawatan haba masih tidak mencukupi. Ianya perlu bagi menjalankan kajian lanjut mengenainya dan ianya boleh dilaksanakan melalui kajian mikrostrukturnya.

Pada suhu yang tinggi atau sama, kelakuan atau sifat rayapan pada bahan yang mempunyai sifat mekanik yang lebih tinggi adalah berbeza dengan kelakuan rayapan bahan yang mempunyai sifat mekaniknya yang lebih rendah. Contohnya adalah bilah

daripada Inconel 738 dan cakera daripada Inconel 718. Oleh itu, sifat rayapan Inconel 718 pada suhu yang lebih tinggi perlu dikenalpasti.

Suhu yang tinggi menyebabkan berlakunya santaian pada tegasan. Pemasangan bilah dan cakera adalah dipasang dengan ketat supaya tidak berlaku penurunan tegasan pada pasangan komponen. Ini boleh menyebabkan kegagalan disebabkan santaian boleh berlaku kepada komponen yang bahannya mempunyai sifat mekanik yang lebih rendah (Inconel 718 berbanding Inconel 738). Sifat santaian bagi Inconel 718 adalah sedikit atau kurang dikaji. Jadi kajian lanjut perlu dijalankan untuk mengetahui sifat santaian ini. Kajian evolusi mikrostruktur, kekerasan dan ketumpatan kehelan perlu diberi perhatian.

Kegagalan lesu berlaku bukan sahaja pada bilah atau pangkal bilah turbin tetapi ianya boleh berlaku kepada cakera yang memegang bilah. Kesan suhu yang tinggi terhadap lesu akan mengurangkan hayat komponen turbin. Kesan pengoperasian turbin perlu diambilkira dimana suhu tinggi ketika operasi turbin berjalan dan suhu rendah ketika rehat (tidak beroperasi). Ini mengakibatkan cakera dan bilah mengalami tegasan turun naik disebabkan perubahan suhu dan boleh menyebabkan kegagalan lesu haba. Oleh itu, amat perlu bagi mengetahui dengan lanjut kesan suhu dan frekuensi terhadap sifat lesu haba bahan.

1.3 OBJEKTIF KAJIAN

Terdapat beberapa objektif kajian ini dijalankan. Objektif-objektif ini adalah seperti berikut:

a) Mengenalpasti kesan rawatan haba terhadap mikrostruktur dan sifat mekanik Inconel 718 dan kesan suhu serta beban terhadap sifat rayapan bahan terawat haba Inconel 718.

b) Mengenalpasti kesan tegasan santaian dengan menggunakan suhu yang tinggi dan terikan yang berbeza melalui evolusi mikrostruktur, kekerasan mikro Vickers dan ketumpatan kehelan.

c) Mengenalpasti kesan suhu, frekuensi dan terikan terhadap lesu kitaran rendah bagi Inconel 718.

1.4 SKOP KAJIAN

Kajian ini dijalankan adalah untuk mengkaji kesan rawatan haba terhadap mikrostruktur, sifat kekerasan, sifat tegangan, sifat rayapan, sifat santaian dan sifat lesu kitar rendah. Bahan yang digunakan di dalam kajian ini adalah superaloi berasaskan nikel iaitu Inconel 718. Kajian ini memfokus kepada Inconel 718 kerana bahan ini digunakan dalam turbin untuk penjanaan tenaga elektrik dan hasil kajian boleh memanjangkan hayat turbin dan seterusnya boleh menjimatkan kos penyelengaraannya.

Proses rawatan haba dijalankan keatas spesimen dan kajian terhadap mikrostruktur, sifat kekerasan dan kekuatan tegangan telah diperolehi. Perbandingan telah dibuat dengan bahan yang belum menjalani rawatan haba.

Perubahan mikrostruktur sebelum dan selepas proses rawatan haba dibuat perbandingan dari segi pemendakan gama perdana (γʹ), gama perdana berganda (γʺ), fasa delta (δ) dan sempadan ira serta saiz ira. Terdapat tiga keadaan yang diperhatikan iaitu bahan awal, setelah rawatan haba larutan dan setelah rawatan penuaan berganda. Peralatan yang digunakan adalah mikroskop optik yang dilengkapi dengan program yang boleh mengambil imej yang terhasil.

Penggunaan mikroskop elektron imbasan (SEM) adalah untuk mengkaji mikrostruktur secara lebih terperinci. Ianya digunakan bagi memeriksa permukaan patah dan permukaan spesimen selepas ujian-ujian dijalankan. Ini bagi mengesan sebarang ketidaknormalan atau keganjilan terhadap mikrostruktur yang dapat menerangkan kelakuan bahan semasa ujian dijalankan. Sebarang fenomena yang berlaku adalah berdasarkan pemerhatian pada permukaan patah dan permukaan spesimen.