Kajian Karakteritik Mekanik Paduan Nikel dan Aluminium (Nial) Menggunakan Simulasi Dinamika Molekul

Abstract

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik logam paduan NiAl. Karakteristik yang ditinjau yaitu tingkat kekakuan bahan (stiffness) dilihat dari analisa nilai modulus elastisitas dan kekuatan bahan (strength) dilihat dari nilai ultimate tensile strength (UTS). Kekakuan bahan (stiffness) merupakan indikator kecenderungan suatu bahan untuk kembali ke bentuk aslinya setelah diberikan gaya. Kekuatan bahan (strength) didefinisikan sebagai kemampuan suatu bahan untuk menahan beban yang diberikan tanpa kegagalan (misalnya patah, bengkok, dan retak). Uji karakteristik logam paduan pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan simulasi dinamika molekul aplikasi LAMMPS. Program LAMMPS dapat dijalankan dengan input simulasi berupa parameter potensial dan kontrol simulasi. Proses simulasi yang digunakan pada penelitian ini memiliki tiga urutan prosedur yaitu proses inisiasi, equilibrasi, dan produksi yang semuanya dapat diatur dalam script input simulasi.

Analisis karakteristik sifat mekanik logam paduan NiAl dilakukan dengan 3 variasi yang berbeda. Pertama, analisa karakteristik sifat mekanik dengan variasi jumlah atom untuk menentukan kecukupan jumlah atom dalam simulasi dinamika molekul yang akurat. Jumlah atom yang digunakan sebanyak 10 × 10 × 10 sampai dengan 35 × 35 × 35 dengan interval 5 × 5 × 5 sehingga diperoleh 6 macam variasi. Analisa kedua dilakukan dengan perlakuan variasi komposisi penyusun partikel Al pada logam paduan NiAl untuk menentukan berapa komposisi partikel yang tepat dalam NIAl yang ingin diketahui. Persentase komposisi penyusun partikel Al pada logam paduan NiAl yang digunakan pada penelitian ini yaitu antara 5% sampai dengan 50%. Sehingga didapatkan 10 macam variasi persentase komposisi penyusun partikel logam paduan NiAl. Sebelum analisa ketiga dilakukan, perlu adanya perhitungan presentase perubahan antar variasi komposisi penyusun partikel logam paduan untuk menentukan variasi komposisi partikel terbaik dari logam paduan NiAl. Analisa ketiga dilakukan setelah mendapat logam paduan NiAl terbaik yang kemudian akan dianalisa proses deformasinya pada temperatur 300K sampai dengan 600K dengan interval 50K sehingga didapat 7 macam variasi. Hal ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik mekanik NiAl terhadap pengaruh perubahan suhu.

Penelitian ini menunjukkan hasil bahwa karakteristik sifat mekanik logam paduan NiAl pada saat bahan diberi perlakuan variasi jumlah atom adalah optimum ketika jumlah atom 25 × 25 × 25 dengan nilai UTS dan modulus elastisitas sebesar 4,484 GPa dan 100,197 GPa. Karakteristik sifat mekanik logam paduan NiAl pada saat bahan diberi perlakuan variasi komposisi penyusun partikel Al adalah semakin tinggi kandungan Al, maka nilai UTS dan modulus elastisitas akan semakin rendah. Hal ini menunjukkan bahwa kekuatan (strength) dan kekakuan (stiffness) bahan akan semakin rendah. Nilai UTS dan modulus elastisitas tertinggi yaitu pada bahan paduan Ni-5%Al sebesar 17,304 GPa untuk nilai UTS dan 149,211 GPa untuk nilai modulus elastisitas. Pemilihan komposisi penyusun terbaik dari logam paduan NiAl dilakukan dengan perhitungan perubahan presentase antar komposisi penyusun logam paduan. Komposisi logam paduan Ni- 20%Al merupakan komposisi terbaik ketika ditinjau dari perubahan persentase antar komposisi penyusun logam paduan dan nilai ekonomis dari logam paduan NiAl. Sedangkan untuk karakteristik sifat mekanik logam paduan NiAl pada saat bahan diberi perlakuan variasi temperatur adalah semakin tinggi temperatur simulasi, maka nilai UTS dan modulus elastisitas akan semakin rendah. Hal ini menunjukkan bahwa kekuatan (strength) dan kekakuan (stiffness) bahan akan semakin rendah. Nilai UTS dan modulus elastisitas tertinggi logam paduan NiAl diperoleh pada temperatur 300K sebesar 10,290 GPa dan 127,806 GPa.