1. Tes dan Analisis Teoritis
Dari 3katup banSampel yang disediakan oleh perusahaan, 2 adalah katup, dan 1 adalah katup yang belum digunakan. Untuk A dan B, katup yang belum digunakan ditandai dengan warna abu-abu. Gambar 1. Permukaan luar katup A dangkal, permukaan luar katup B rata, permukaan luar katup C rata, dan permukaan luar katup C rata. Katup A dan B tertutup produk korosi. Katup A dan B retak di bagian tekukan, bagian luar tekukan berada di sepanjang katup, mulut cincin katup B retak ke arah ujung, dan panah putih di antara permukaan yang retak pada permukaan katup A ditandai. Dari uraian di atas, retakan ada di mana-mana, retakannya paling besar, dan retakannya tersebar di mana-mana.
Sebagian darikatup banSampel A, B, dan C dipotong dari bagian yang bengkok, dan morfologi permukaannya diamati dengan mikroskop elektron pemindai ZEISS-SUPRA55, dan komposisi area mikro dianalisis dengan EDS. Gambar 2(a) menunjukkan mikrostruktur permukaan katup B. Terlihat bahwa terdapat banyak partikel putih dan terang di permukaan (ditunjukkan oleh panah putih pada gambar), dan analisis EDS dari partikel putih tersebut memiliki kandungan S yang tinggi. Hasil analisis spektrum energi dari partikel putih tersebut ditunjukkan pada Gambar 2(b).
Gambar 2(c) dan (e) adalah mikrostruktur permukaan katup B. Dapat dilihat dari Gambar 2(c) bahwa permukaan hampir seluruhnya tertutup oleh produk korosi, dan unsur-unsur korosif dari produk korosi berdasarkan analisis spektrum energi terutama meliputi S, Cl, dan O, kandungan S pada posisi individual lebih tinggi, dan hasil analisis spektrum energi ditunjukkan pada Gambar 2(d). Dapat dilihat dari Gambar 2(e) bahwa terdapat retakan mikro di sepanjang cincin katup pada permukaan katup A. Gambar 2(f) dan (g) adalah mikromorfologi permukaan katup C, permukaannya juga sepenuhnya tertutup oleh produk korosi, dan unsur-unsur korosif juga meliputi S, Cl, dan O, mirip dengan Gambar 2(e). Penyebab keretakan mungkin adalah keretakan korosi tegangan (SCC) berdasarkan analisis produk korosi pada permukaan katup. Gambar 2(h) juga merupakan mikrostruktur permukaan katup C. Terlihat bahwa permukaannya relatif bersih, dan komposisi kimia permukaan yang dianalisis dengan EDS mirip dengan paduan tembaga, menunjukkan bahwa katup tersebut tidak mengalami korosi. Dengan membandingkan morfologi mikroskopis dan komposisi kimia dari ketiga permukaan katup, terlihat bahwa terdapat media korosif seperti S, O, dan Cl di lingkungan sekitarnya.
Retakan pada katup B dibuka melalui uji tekuk, dan ditemukan bahwa retakan tersebut tidak menembus seluruh penampang katup, retak di sisi tekukan belakang, dan tidak retak di sisi yang berlawanan dengan tekukan belakang katup. Pemeriksaan visual pada patahan menunjukkan bahwa warna patahan gelap, menunjukkan bahwa patahan telah mengalami korosi, dan beberapa bagian patahan berwarna gelap, yang menunjukkan bahwa korosi lebih serius di bagian-bagian tersebut. Patahan katup B diamati di bawah mikroskop elektron pemindai, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Gambar 3(a) menunjukkan tampilan makroskopis patahan katup B. Dapat dilihat bahwa patahan luar di dekat katup telah tertutup oleh produk korosi, sekali lagi menunjukkan adanya media korosif di lingkungan sekitarnya. Menurut analisis spektrum energi, komponen kimia produk korosi terutama adalah S, Cl, dan O, dan kandungan S dan O relatif tinggi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3(b). Mengamati permukaan patahan, ditemukan bahwa pola pertumbuhan retakan berada di sepanjang tipe kristal. Sejumlah besar retakan sekunder juga dapat dilihat dengan mengamati patahan pada perbesaran yang lebih tinggi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3(c). Retakan sekunder ditandai dengan panah putih pada gambar. Produk korosi dan pola pertumbuhan retakan pada permukaan patahan sekali lagi menunjukkan karakteristik retak korosi tegangan.
Retakan pada katup A belum dibuka, sebagian katup (termasuk posisi retak) dilepas, penampang aksial katup digerinda dan dipoles, dan larutan FeCl3 (5 g) + HCl (50 mL) + C2H5OH (100 mL) digunakan untuk etsa. Struktur metalografi dan morfologi pertumbuhan retakan diamati dengan mikroskop optik Zeiss Axio Observer A1m. Gambar 4(a) menunjukkan struktur metalografi katup, yaitu struktur dua fasa α+β, di mana β relatif halus dan granular serta terdistribusi pada matriks fasa α. Pola perambatan retakan pada retakan melingkar ditunjukkan pada Gambar 4(a), (b). Karena permukaan retakan terisi produk korosi, celah antara kedua permukaan retakan lebar, sehingga sulit untuk membedakan pola perambatan retakan. Fenomena bifurkasi. Banyak retakan sekunder (ditandai dengan panah putih pada gambar) juga diamati pada retakan utama ini, lihat Gambar 4(c), dan retakan sekunder ini merambat sepanjang butir. Sampel katup yang telah dietsa diamati dengan SEM, dan ditemukan bahwa terdapat banyak retakan mikro pada posisi lain yang sejajar dengan retakan utama. Retakan mikro ini berasal dari permukaan dan meluas ke bagian dalam katup. Retakan tersebut bercabang dan memanjang sepanjang butir, lihat Gambar 4 (c), (d). Lingkungan dan kondisi tegangan retakan mikro ini hampir sama dengan retakan utama, sehingga dapat disimpulkan bahwa bentuk perambatan retakan utama juga intergranular, yang juga dikonfirmasi oleh pengamatan patahan katup B. Fenomena percabangan retakan sekali lagi menunjukkan karakteristik retak korosi tegangan pada katup.
2. Analisis dan Diskusi
Kesimpulannya, dapat disimpulkan bahwa kerusakan katup disebabkan oleh retak korosi tegangan yang disebabkan oleh SO2. Retak korosi tegangan umumnya harus memenuhi tiga kondisi: (1) material sensitif terhadap korosi tegangan; (2) media korosif sensitif terhadap paduan tembaga; (3) kondisi tegangan tertentu.
Secara umum diyakini bahwa logam murni tidak mengalami korosi tegangan, dan semua paduan rentan terhadap korosi tegangan dengan tingkat yang berbeda-beda. Untuk material kuningan, secara umum diyakini bahwa struktur dua fasa memiliki kerentanan korosi tegangan yang lebih tinggi daripada struktur satu fasa. Telah dilaporkan dalam literatur bahwa ketika kandungan Zn dalam material kuningan melebihi 20%, ia memiliki kerentanan korosi tegangan yang lebih tinggi, dan semakin tinggi kandungan Zn, semakin tinggi pula kerentanan korosi tegangan. Struktur metalografi nosel gas dalam kasus ini adalah paduan dua fasa α+β, dan kandungan Zn sekitar 35%, jauh melebihi 20%, sehingga memiliki sensitivitas korosi tegangan yang tinggi dan memenuhi kondisi material yang diperlukan untuk terjadinya retak korosi tegangan.
Untuk material kuningan, jika perlakuan anil penghilang tegangan tidak dilakukan setelah deformasi pengerjaan dingin, korosi tegangan akan terjadi di bawah kondisi tegangan dan lingkungan korosif yang sesuai. Tegangan yang menyebabkan retak korosi tegangan umumnya adalah tegangan tarik lokal, yang dapat berupa tegangan terapan atau tegangan sisa. Setelah ban truk dipompa, tegangan tarik akan dihasilkan sepanjang arah aksial nosel udara karena tekanan tinggi di dalam ban, yang akan menyebabkan retakan melingkar pada nosel udara. Tegangan tarik yang disebabkan oleh tekanan internal ban dapat dihitung secara sederhana menurut σ=p R/2t (di mana p adalah tekanan internal ban, R adalah diameter dalam katup, dan t adalah ketebalan dinding katup). Namun, secara umum, tegangan tarik yang dihasilkan oleh tekanan internal ban tidak terlalu besar, dan efek tegangan sisa harus dipertimbangkan. Posisi retak pada nosel gas semuanya berada di bagian tekukan belakang, dan jelas bahwa deformasi sisa di bagian tekukan belakang besar, dan ada tegangan tarik sisa di sana. Faktanya, pada banyak komponen paduan tembaga praktis, retak korosi tegangan jarang disebabkan oleh tegangan desain, dan sebagian besar disebabkan oleh tegangan sisa yang tidak terlihat dan diabaikan. Dalam kasus ini, pada tekukan belakang katup, arah tegangan tarik yang dihasilkan oleh tekanan internal ban konsisten dengan arah tegangan sisa, dan superposisi kedua tegangan ini memberikan kondisi tegangan untuk terjadinya retak korosi tegangan (SCC).
3. Kesimpulan dan Saran
Kesimpulan:
Keretakan padakatup banterutama disebabkan oleh retak korosi tegangan yang disebabkan oleh SO2.
Saran
(1) Melacak sumber media korosif di lingkungan sekitarkatup ban, dan usahakan untuk menghindari kontak langsung dengan media korosif di sekitarnya. Misalnya, lapisan pelapis anti-korosi dapat diaplikasikan pada permukaan katup.
(2) Tegangan tarik sisa akibat pengerjaan dingin dapat dihilangkan dengan proses yang sesuai, seperti perlakuan anil penghilang tegangan setelah pembengkokan.
Waktu posting: 23 September 2022
