Bayangkan sebuah material yang ringan seperti bulu namun kuat seperti baja—terobosan seperti itu akan mengubah industri. Paduan magnesium menawarkan potensi luar biasa ini, tetapi mereka menghadapi tantangan kritis: ketika kekuatannya meningkat, ketangguhannya menurun, membatasi kemampuan mereka untuk menggantikan logam tradisional. Apakah ada cara untuk membuat paduan magnesium menjadi kuat dan tangguh? Jawabannya terletak pada teknologi shot peening.

Di era yang memprioritaskan efisiensi energi dan keberlanjutan lingkungan, desain ringan telah menjadi sangat penting. Paduan magnesium menonjol di antara logam karena rasio kekuatan-terhadap-beratnya yang luar biasa, menjadikannya ideal untuk mengurangi berat tanpa mengorbankan kinerja. Dalam aplikasi otomotif, komponen magnesium dapat mengurangi berat kendaraan, meningkatkan efisiensi bahan bakar dan mengurangi emisi. Dalam dirgantara, struktur pesawat yang lebih ringan meningkatkan kinerja penerbangan dan menurunkan biaya operasional.

Terlepas dari keunggulannya, paduan magnesium menghadapi keterbatasan. Masalah utama adalah menyeimbangkan kekuatan dan ketangguhan—"efek jungkat-jungkit" di mana meningkatkan yang satu sering melemahkan yang lain. Struktur kristal magnesium dan sistem slip terbatas pada suhu kamar menghasilkan resistensi deformasi plastik yang buruk, meningkatkan risiko patah getas. Hal ini menimbulkan masalah keselamatan dalam aplikasi bertekanan tinggi.

Ketika sifat material secara keseluruhan terbukti sulit untuk dioptimalkan, modifikasi permukaan menawarkan alternatif. Penelitian menunjukkan bahwa sebagian besar kegagalan material berasal dari permukaan. Dengan memperkuat permukaan—meningkatkan ketahanan aus, kekuatan lelah, dan sifat lainnya—insinyur dapat secara signifikan memperpanjang umur dan keandalan material. Anggap saja sebagai "pelindung" pelindung yang melindungi material dari kerusakan eksternal.

Kemajuan terbaru dalam desain mikrostruktur gradien memberikan solusi yang menjanjikan. Pendekatan ini menciptakan transisi bertahap dalam ukuran dan struktur butiran dari permukaan ke inti, menggabungkan kekerasan permukaan dengan ketangguhan interior. Bayangkan kue dengan lapisan karamel renyah di luar dan krim lembut di dalam—mikrostruktur gradien juga menyeimbangkan kekuatan dan fleksibilitas.

Untuk menciptakan struktur gradien ini dalam paduan magnesium, teknologi shot peening terbukti sangat berharga. Perawatan permukaan yang hemat biaya ini membombardir material dengan proyektil mikro berkecepatan tinggi (biasanya manik-manik baja atau keramik), menginduksi deformasi plastik yang mengubah mikrostruktur permukaan dan sifat mekanik. Bayangkan palu-palu kecil yang tak terhitung jumlahnya memadatkan permukaan, membuatnya lebih padat dan keras.

Shot peening meningkatkan kinerja material melalui tiga efek utama:

1. Deformasi Plastik: Dampak proyektil menyebabkan pengerasan permukaan, secara signifikan meningkatkan kekuatan dan kekerasan—seperti menambahkan cangkang pelindung.

2. Cacat Kisi: Proses ini menghasilkan dislokasi dan kekosongan yang menghambat deformasi lebih lanjut, meningkatkan kekuatan—mirip dengan menciptakan rintangan internal.

3. Pemurnian Butiran: Deformasi intens memecah butiran permukaan, bahkan membentuk nanokristal. Butiran yang lebih kecil berarti lebih banyak batas, lebih lanjut menahan deformasi—mirip dengan mengubah batu menjadi kerikil.

Sementara shot peening konvensional terutama meningkatkan ketahanan lelah, "Severe Shot Peening" (SSP) menggunakan parameter intensitas yang lebih tinggi untuk menciptakan struktur gradien yang lebih dalam dan lebih jelas—seperti pijat jaringan dalam untuk logam.

AZ31, paduan magnesium yang banyak digunakan dengan kemampuan bentuk dan kemampuan las yang sangat baik, menunjukkan janji khusus untuk menggantikan aluminium dan baja di kendaraan. Namun, keseimbangan kekuatan-ketangguhannya membutuhkan peningkatan. Twin-Roll Casting (TRC), metode produksi inovatif, menawarkan struktur butiran yang lebih halus dengan biaya lebih rendah dibandingkan dengan penggulungan tradisional.

Para peneliti menguji lembaran AZ31 yang diproduksi TRC dengan berbagai ukuran tembakan (0,40–3,18mm) dan tekanan udara (0,06–0,22MPa), menganalisis mikrostruktur dan sifat mekanik. Temuan utama:

• Tembakan yang lebih besar menciptakan lapisan deformasi yang lebih dalam tetapi dapat meningkatkan kekasaran permukaan.

• Tekanan yang lebih tinggi memperkuat dampak tetapi berisiko retak permukaan.

• Peening yang lebih lama meningkatkan kekerasan tetapi dapat menyebabkan kerusakan kelelahan.

Annealing pasca-peening pada suhu 150°C selanjutnya meningkatkan keuletan tanpa mengorbankan kekuatan.

Shot peening membuka kemungkinan baru untuk paduan magnesium. Dengan mengontrol parameter secara tepat, para insinyur dapat menyesuaikan struktur gradien untuk mengoptimalkan beberapa sifat secara bersamaan. Seiring dengan berkembangnya teknologi ini, paduan magnesium akan menemukan penggunaan yang lebih luas di bidang otomotif, dirgantara, dan elektronik—memajukan solusi rekayasa ringan dan berkelanjutan.