Abstrak
Makalah ini menyelidiki retakan dan cacat porositas yang terjadi pada pelapisan laser berkecepatan tinggi pada lapisan paduan berbasis besi pada permukaan kolom penyangga hidraulik. Dengan menggabungkan prinsip-prinsip pemadatan metalurgi dan menggunakan Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) untuk analisis pemindaian titik dan garis dari elemen-elemen pelapis, penelitian ini secara sistematis mengeksplorasi penyebab cacat ini dalam hal komposisi material kelongsong dan parameter proses. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pemisahan elemen B dan Si, pengendapan karbida Cr-Mo-C, dan perilaku transisi fase matriks merupakan faktor utama yang menyebabkan retakan dan porositas. Parameter proses seperti daya laser, kecepatan pemindaian, laju pengumpanan serbuk, dan jumlah lapisan kelongsong dapat memperburuk pembentukan cacat jika tidak disesuaikan dengan benar. Studi ini memberikan dasar teoretis untuk aplikasi industri teknologi kelongsong laser berkecepatan tinggi pada permukaan penyangga hidraulik.

Pendahuluan
Selama operasi, kolom penyangga hidraulik mengalami beban bolak-balik, yang menyebabkan keausan dan korosi pada permukaan. Teknologi pelapisan laser berkecepatan tinggi telah menjadi metode yang efektif untuk penguatan dan perbaikan permukaan karena efisiensinya yang tinggi, tingkat pengenceran yang rendah, dan zona yang terpengaruh panas yang terlokalisasi. Namun, retakan dan cacat porositas di dalam lapisan kelongsong sangat memengaruhi kinerja layanan pelapis ini, dan ada kebutuhan untuk analisis sistematis tentang mekanisme pembentukannya.

1. Analisis Pembentukan Retak
1.1 Faktor Material

Pemisahan B dan Si: Ketika kandungan B melebihi 0,5%, maka akan membentuk eutektik titik leleh rendah dengan Ni dan Si pada batas butir, menciptakan lapisan cair yang melemahkan ikatan pada batas butir, sehingga mendorong inisiasi dan perambatan retak.

Pengaruh Elemen Si dan Mn: Si meningkatkan viskositas kolam lelehan, menghambat pengeluaran gas, sementara Mn mendorong pembentukan inklusi MnS, yang menjadi sumber retakan.

Efek Sinergis Cr-Mo-C: Cr dan C membentuk karbida seperti Cr₂₃C₆ dan Cr₇C₃, sedangkan Mo membentuk Mo₂C. Pengendapan karbida ini menyebabkan penyusutan volume, yang dikombinasikan dengan tegangan termal, meningkatkan tegangan sisa dan menyebabkan keretakan.

Transisi Fase dalam Matriks 27SiMn: Transformasi austenit menjadi martensit menyebabkan ekspansi volumetrik dan tegangan geser, sehingga meningkatkan risiko delaminasi antarmuka.

1.2 Faktor Proses

Daya Laser yang Berlebihan: Daya laser yang tinggi meningkatkan gradien suhu, memusatkan tekanan termal.

Kecepatan Pemindaian Cepat: Kecepatan pemindaian yang tinggi mengurangi waktu pemadatan dan meningkatkan laju pendinginan, yang menyebabkan konsentrasi tegangan yang lebih intensif.

Jumlah Lapisan Kelongsong yang Berlebihan: Terlalu banyak lapisan kelongsong mengakibatkan tegangan interlayer kumulatif, yang jika melebihi kekuatan luluh material, akan memicu keretakan.

2. Analisis Pembentukan Porositas
2.1 Faktor Material

Reaksi B dengan O: B bereaksi dengan oksigen untuk membentuk B₂O₃ yang mudah menguap, yang menciptakan gelembung gas dalam kolam lelehan.

Oksidasi Mo: Mo teroksidasi membentuk MoO₃, yang bertindak sebagai inti pembentukan gelembung gas.

Pembentukan Inklusi Komposit: Si bereaksi dengan C untuk membentuk SiC, sedangkan SiO₂ menciptakan inklusi komposit yang menghalangi keluarnya gelembung gas.

Penguapan Mn: Penguapan Mn menginduksi turbulensi dalam kolam lelehan, menjebak gas dan menyebabkan porositas.

Eutektika dengan Titik Leleh Rendah: Pembentukan eutektik dengan titik leleh rendah, seperti SiO₂ dan B₂O₃ memerangkap gas di dalam bahan.

2.2 Faktor Proses

Aliran Gas Tidak Stabil: Penyaluran gas yang tidak stabil menyebabkan perlindungan yang buruk atau turbulensi di kolam lelehan.

Laju Pengumpanan Serbuk yang Berlebihan: Terlalu banyak pakan bubuk dapat menyebabkan penggumpalan dan terperangkapnya gelembung gas.

Ketidaksesuaian Daya Laser dan Kecepatan Pemindaian: Jika daya laser dan kecepatan pemindaian tidak disesuaikan dengan benar, hal ini akan memengaruhi aliran kolam lelehan dan pengeluaran gas.

3. Efek Sinergis dari Retak dan Porositas
Porositas bertindak sebagai sumber konsentrasi tegangan, meningkatkan faktor intensitas tegangan pada ujung retak dan mempercepat perambatan retak. Selama perambatan retak, permukaan yang baru menyerap gas, yang selanjutnya mendorong agregasi dan oksidasi porositas, yang mengarah ke jaringan kerusakan kompleks yang secara signifikan mengurangi umur kelelahan material.

4. Kesimpulan

Formasi Retak: Retak terutama disebabkan oleh pemisahan B dan Si, presipitasi karbida, dan transisi fasa dalam matriks. Parameter proses memengaruhi tekanan termal dan perilaku pemadatan.

Pembentukan Porositas: Porositas berkaitan erat dengan volatilitas, oksidasi, dan perilaku inklusi unsur-unsur seperti B, Mo, Si, dan Mn. Parameter proses mengontrol pengeluaran gas.

Langkah-langkah Pengendalian yang Efektif: Mengontrol kandungan B dan Si hingga di bawah 0,5%, mengoptimalkan rasio Cr/Mo, dan meningkatkan kandungan Ni dapat secara efektif menekan cacat.

Mekanisme Kerusakan Sinergis: Retak dan porositas menunjukkan mekanisme kerusakan yang sinergis, sehingga membutuhkan pendekatan komprehensif melalui desain komposisi material dan optimalisasi proses.