Para Peneliti Mengungkap Rahasia Logam yang Lebih Kuat

mm

Membentuk logam menjadi bentuk yang dibutuhkan untuk berbagai keperluan dapat dilakukan dengan berbagai cara, antara lain pengecoran, permesinan, penggulungan, dan penempaan. Proses ini memengaruhi ukuran dan bentuk butiran kristal kecil yang membentuk logam curah, apakah itu baja, aluminium atau logam dan paduan lain yang banyak digunakan.

Sekarang para peneliti di MIT telah dapat mempelajari dengan tepat apa yang terjadi ketika butiran kristal ini terbentuk selama proses deformasi ekstrem, pada skala terkecil, hingga beberapa nanometer. Temuan baru dapat mengarah pada cara pemrosesan yang lebih baik untuk menghasilkan sifat yang lebih baik dan lebih konsisten seperti kekerasan dan ketangguhan.

Temuan baru, dimungkinkan oleh analisis rinci gambar dari rangkaian sistem pencitraan yang kuat, dilaporkan hari ini di jurnal Nature Materials, dalam sebuah makalah oleh mantan postdoc MIT Ahmed Tiamiyu (sekarang asisten profesor di University of Calgary); profesor MIT Christopher Schuh, Keith Nelson, dan James LeBeau; mantan mahasiswa Edward Pang; dan mahasiswa saat ini Xi Chen.

“Dalam proses pembuatan logam, Anda memberinya struktur tertentu, dan struktur itu akan menentukan sifat-sifatnya dalam penggunaan,” kata Schuh. Secara umum, semakin kecil ukuran butir, semakin kuat logam yang dihasilkan. “Berjuang untuk meningkatkan kekuatan dan ketangguhan dengan membuat ukuran butir lebih kecil telah menjadi tema menyeluruh di semua metalurgi, di semua logam, selama 80 tahun terakhir,” katanya.

Ahli metalurgi telah lama menerapkan berbagai metode yang dikembangkan secara empiris untuk mengurangi ukuran butir dalam sepotong logam padat, umumnya dengan memberikan berbagai jenis regangan melalui deformasi dalam satu atau lain cara. Tetapi itu tidak mudah untuk membuat biji-bijian ini lebih kecil.

“Metode utama disebut rekristalisasi, di mana logam berubah bentuk dan dipanaskan. Ini menciptakan banyak cacat kecil di seluruh bagian, yang sangat tidak teratur dan di semua tempat,” kata Schuh, yang adalah Profesor Metalurgi Danae dan Vasilis Salapatas.

Baca juga :  Kapan Kamu Boleh Berkencan?

Ketika logam berubah bentuk dan dipanaskan, maka semua cacat itu dapat secara spontan membentuk inti kristal baru. “Anda beralih dari sup cacat yang berantakan ini ke kristal berinti yang baru. Dan karena mereka baru berinti, mereka mulai sangat kecil, yang mengarah ke struktur dengan butiran yang jauh lebih kecil,” Schuh menjelaskan.

Yang unik dari karya baru ini, katanya, adalah menentukan bagaimana proses ini berlangsung pada kecepatan sangat tinggi dan skala terkecil. Sedangkan proses pembentukan logam yang khas seperti penempaan atau lembaran rolling, mungkin cukup cepat.”Analisis baru ini melihat proses yang beberapa kali lipat lebih cepat,” kata Schuh.

“Kami menggunakan laser untuk meluncurkan partikel logam dengan kecepatan supersonik. Mengatakan itu terjadi dalam sekejap mata akan menjadi pernyataan yang meremehkan, karena Anda bisa melakukan ribuan ini dalam sekejap mata,” kata Schuh.

Proses berkecepatan tinggi seperti itu bukan hanya keingintahuan laboratorium, katanya. “Ada proses industri di mana hal-hal terjadi pada kecepatan itu.” Ini termasuk pemesinan berkecepatan tinggi; penggilingan bubuk logam berenergi tinggi; dan metode yang disebut semprotan dingin, untuk membentuk lapisan. Dalam eksperimen mereka, “Kami telah mencoba memahami proses rekristalisasi di bawah tingkat yang sangat ekstrem itu, dan karena tingkatnya sangat tinggi, tidak ada yang benar-benar dapat menggali di sana dan melihat secara sistematis proses itu sebelumnya,” katanya.

Menggunakan sistem berbasis laser untuk menembak partikel 10 mikrometer di permukaan, Tiamiyu, yang melakukan eksperimen, “Bisa menembak partikel ini satu per satu, dan benar-benar mengukur seberapa cepat mereka bergerak dan seberapa keras mereka mengenai,” Schuh mengatakan. Menembak partikel dengan kecepatan yang lebih cepat, dia kemudian akan memotongnya untuk melihat bagaimana struktur butir berkembang, hingga skala nanometer, menggunakan berbagai teknik mikroskop canggih di fasilitas MIT nano, bekerja sama dengan spesialis mikroskop.

Hasilnya adalah penemuan apa yang dikatakan Schuh sebagai “jalur baru” di mana butir-butir terbentuk hingga skala nanometer. Jalur baru, yang mereka sebut rekristalisasi berbantuan nano-twinning, adalah variasi dari fenomena yang diketahui dalam logam yang disebut twinning, jenis cacat tertentu di mana bagian dari struktur kristal membalik orientasinya. Ini adalah “mirror simetri flip, dan Anda akhirnya mendapatkan pola garis-garis ini di mana logam membalik orientasinya dan kembali lagi, seperti pola herringbone,” katanya. Tim menemukan bahwa semakin tinggi tingkat dampak ini, semakin banyak proses ini terjadi, yang mengarah ke butiran yang semakin kecil ketika “kembar” nano itu pecah menjadi butiran kristal baru.

Baca juga :  SBY Gagal Memimpin Pemberantasan Korupsi

Dalam eksperimen, mereka mampu menerapkan berbagai pencitraan dan pengukuran ke partikel dan lokasi tumbukan yang sama persis, Schuh mengatakan: “Jadi, kami akhirnya mendapatkan tampilan multimodal. Kami mendapatkan lensa berbeda pada wilayah dan material yang sama persis, dan ketika Anda menggabungkan semua itu, Anda hanya memiliki kekayaan detail kuantitatif tentang apa yang terjadi yang tidak dapat diberikan oleh satu teknik saja.”

“Karena temuan baru memberikan panduan tentang tingkat deformasi yang diperlukan, seberapa cepat deformasi itu terjadi, dan suhu yang digunakan untuk efek maksimum untuk logam tertentu atau metode pemrosesan, mereka dapat langsung diterapkan langsung ke produksi logam dunia nyata”, kata Tiamiyu. Grafik yang mereka hasilkan dari pekerjaan eksperimental harus dapat diterapkan secara umum. “Itu bukan hanya garis hipotetis,” kata Tiamiyu. Untuk logam atau paduan apa pun, jika Anda mencoba menentukan apakah butiran nano akan terbentuk, jika Anda memiliki parameternya, masukkan saja ke sana ke dalam rumus yang mereka kembangkan, dan hasilnya akan menunjukkan struktur butiran seperti apa yang dapat dibuat. diharapkan dari tingkat dampak tertentu dan suhu tertentu.

(Materials provided by Massachusetts Institute of Technology)

***
Solo, Senin, 23 Mei 2022. 10:50 am
‘salam hangat penuh cinta’
Suko Waspodo
suka idea
antologi puisi suko
image: phys.org

Rate this post

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *