Sifat Mekanis Logam Paduan Ti-Al Berdasarkan Kurva Deformasi Menggunakan Simulasi Dinamika Molekul

Abstract

Rekayasa material memiliki dampak besar pada kehidupan manusia, salah satunya untuk menghasilkan desain material yang berguna untuk menunjang kehidupan manusia. Salah satu hal yang dipelajari pada rekayasa material adalah fenomena fisik pada tingkat molekuler untuk meneliti sifat mekanis bahan dan kekuatan bahan serta desain meterial yang lebih modern. Metode yang sering digunakan adalah metode dinamika molekul yang merupakan teknik simulasi komputer yang digunakan untuk mempelajari perilaku fisik dari sistem molekular. Metode ini melibatkan pemodelan gerakan atom dan molekul berdasarkan hukum mekanika klasik. Penelitian tugas akhir ini dilakukan variasi komposisi penyusun logam paduan Titanium dan Aluminium (Ti-Al) untuk mendapatkan komposisi terbaik dari logam paduan Ti-Al. Tujuan dari penelitian ini yaitu untuk mengetahui karakteristik logam paduan Titanium dan Aluminium saat diberikan variasi komposisi serta mengetahui ketahanan logam paduan pada suhu tinggi mesin turbin pesawat. Penelitian ini bermanfaat untuk acuan dalam aplikasi teknologi seperti pada mesin turbin pesawat meskipun secara eksperimen sudah dilakukan uji paduan Ti-Al, namun secara komputasi dapat memberikan pemahaman yang lebih detail. Metode penelitian ini menggunakan grafik Stress-Strain untuk mengetahui sifat mekanis dari logam paduan Ti-Al. Penelitian ini menggunakan dua program yaitu Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator (LAMMPS) untuk menjalankan simulasi dan program Open Visualization Tool (OVITO) untuk memvisualisasikan struktur bahan selama simulasi berjalan dan menganalisa bentuk struktur lebih lanjut menggunakan metode common neighbor analysis (CNA). Simulasi dengan variasi komposisi dilakukan dengan variasi 10% sampai 50% Aluminium pada suhu 300K. Hasil simulasi berupa grafik stress-strain yang menyatakan bahwa kekuatan maksimum pada bahan uji akan semakin tinggi jika persentase kandungan komposisi penyusun bahan semakin kecil. Berdasarkan nilai persentase modulus elastisitas, maka bahan paduan TiAl dengan komposisi terbaik adalah Ti-20%Al. Simulasi dengan variasi suhu dilakukan dengan variasi 1000K sampai 1500K. Jumlah atom yang digunakan yaitu 16x16x16. Hasil simulasi yang berupa grafik stress-strain telah dianalisis secara kualitatif menggunakan metode CNA dan metode RDF pada program OVITO. Karakteristik logam paduan TiAl pada suhu tinggi memperlihatkan bahwa semakin tinggi suhu yang dimiliki bahan akibat menyerap panas, maka kekuatan bahan tersebut akan menurun. Hasil simulasi menunjukkan bahwa paduan Ti-20%Al mampu bertahan sampai suhu 1200K pada suhu mesin turbin pesawat terbang. Akan tetapi bahan paduan Ti- 20%Al tidak disarankan untuk suhu 1100K karena adanya anomali Thermal Softening.