PENGARUH SUHU DAN MEDIA PENDING IN TERHADAP PERUBAHAN KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO PADA PERLAKUAN PANAS ALMG2.

Prosiding Per/emf/an doli Persentasi Ifm/an

PPNY~BATAN. Yogyakar/a 23-25 Apri//996 Bf/klll 57

PENGARUH SUHU DAN MEDIA PENDING IN TERHADAP

PERUBAHAN

KEKERASAN

DAN

STRUKTUR

MIKRO

PADA PERLAKUAN PANAS ALMG2.

Eli" Nuraini, Martoyo, Sigit

PEB1"-BATAJ\'.Komp/ekPlispitekSerpong,Tangerang/53/0

ABSTRAK

P£.NGARUH SUHU DAN MEDIA PENDINGIN TERHADAP PERUBAHAN KEKERASAN DAN

STRUKTUR MIKRO PADA PERLAKUAN PANAS AIMg2. Telah dilakukon penelitian tentang pengaruh palakuan panas yang kemudian didinginkon dengan berbagai media pendingin terhadap perubahan kekerasan don struktur mil,ro dari bahan struk/ur reak/or riset AIMg2. Bahan tersebut dipanaskon

dalam tlmgkllpada sllhu don waktu tertentulalu didinginkonsegera dengan udara,pasir don air.

Setelah illl sampel dillji kekerasan dan metalografi untuk pengamatan struktur mikro. Hasil percobaan memmjllkkon bahwa pemanasan selama 12 jam pada suhu 85-300 DClalu didinginkon dalam udara pasir dan air mengakibatkon penurunan kekerasan dari kondisi awal sebelum perlakuan panas yaitu dari 73 kglmml menjadi rata-rata 42,7 kglmm2. Pengamatan struktur milcro memmjukkon bahwa pemanasan selama 12jam dengan pendingin udara pada suhu 85-500 DCterjadi pembesaran butir dari keadaan semliia berukuran 16,8 f.J11Imenjadi 25,2 pm. Perlakuan panas pada suhu 200 DCselama 6 jam deligan media pendingin air, udara don pasir memberikon nilai kekerasan dan ukuran butir yanf berbeda. L'nruk kekerasan diperoleh masing-masing 59 kg/mm1, 58,7 kg/mm1 dan 57,5 kglmm, sedangkan IIkuran butir 26.8 pm. 27,0 pm don 27,3 f.J11I.

ABSTRACT

THE IXFLUENCE OF TEMPERATURE AND COOLING MEDIA ON HARDNESS AND

MICROSTRUCTURal CHANGE BY HEAT TREATMENT OF AIMg2. The influence of heat

treatment than fol/owed by cooling process on hardness and microstructural change of research

reactor structurematerial,AIMg2 has been investigated.The materialswas heated in a furnace at

certain temperature and time were cooled in air, sands and water as cooling media. The hardness and metal/ographic examination than were carried out. The experiments showed that heating of samplesfor 12 hours at 85-300 DC and cooled in air, sands and water caused a hardness decreasee from the initial condition of 73 kglmm2 to 42.7 kglmml. Microstructure observation showed that heating at 85-500 DC for 12 hours with air cooling media caused grain coarseningfrom initial size of16.8 pm tofinal si;;eof

25 f.J11I.Hea/treatment at 200DCfor 6 hourswith water,air and sandscoolingmediagave different

hardness value and grain si=e. In this condition, hardness value obtained were 59 kglmml, 58,7 kg/mm1,

and57.5k~'mm]andgrainsize were26.8 pm. 27.0pm and27.3pm respectively.

PENDAHULUAN

A

'Mg2 adalah salah satu jenis paduan logam aluminium yang digunakan sebagai kelongsong elemen bakar Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy. Unsur pemadu utama yaitu Mg (1,7-2,4 %) dan pemadu lain dalam jumlah kecil

yaitu Si « 0,3 %), Cr « 0,3 %) danTi « 0,1 %).

Unsur pengotor lain di antaranyaB « 0,0003 %),

Cd « 0,0010 %), Co « 0,0010 %), Cu « 0,0050 %). Adanya unsur pemadu ini dapat menambah kekuatan dan ketangguhan serta daya

tahan korosi[J]. Keunggulan sifat paduan aluminium yang lain adalah tampang serapan

netron rendah. Sifat ini sangat baik untuk penggunaansebagaikelongsong elemen bakar yang di dalam reaktor selalu mendapat radiasi netron dalam waktu yang cukup lama. Berbagai perubahan yang terjadi didalam reaktor seperti fluk.'tuasikeasaman, panas dU., dapat menimbulkan efek berupa penurunan kekuatan mekanik serta kekerasan.

Pengujian terhadap paduanAI-Mg pada berbagai suhu umumnya mengalami penurunan

58 Buku/

Prosiding Perll!muan don Presentasi IImlah PPNY-BATAN Yogyakarta. 23-25 April /996

klint tarik pacta suhu yang fiRkin tinggi, sebaliknya % perpanjangan makin besar[2]. Adapun efek pemanasan terhadap bahan struktur AIMg2 .yang dilanjutkan dengan pendinginan cepat juga memberikan intormasi yang sarna. Hanya pada suhu tinggi (> 300 °C) terjadi kebalikan yaitu penurunan perpanjangan[3]. Hipotesa yang diajukan dalam penelitian ini bahwa perubahan kondisi operasi (suhu, perlakuan dsb.) dapat menyebabkan terjadinya perubahan karakteristik mekanik dan struktur mikro paduan aluminium.

Dalam penelitian ini dipelajari pengaruh perlakuan panas (suhu) dan berbagai jenis media pendingin terhadap kekerasan dan struktur mikro bahan struktur AIMg2. Diharapkan dari penelitian ini diperoleh informasi untuk menerangkan fenomena yang terjadi pacta paduan aluminium yang mengalami perlakuan pactasuhu tinggi.

TEOR!

Proses perlakuan panas suatu jenis logam teridiri dari beberapa lahar yaitu pemanasan pada suhu dan waktu tertentu dilanjutkan dengan pendinginan dalam berbagai jenis media. Perlakuan panas bertujuan untuk mendapatkan karakteristik logam seperti yang diinginkan seperti sifat mekanik, elektrik, ketangguhan, struktur mikro[4].

Struktur mikro logam paduan aluminium basil proses penuangan pacta umumnya terdiri dari kristal-kristal primer dendritik dari tarutao pacta aluminium ditambah dengan senyawa-senyawa basil reaksi misalnya reaksi eutektik yang tidak mempunyai paIn yang jelas. Paduan Al-Mg sebagian besar alas butir-butir tarutao padat. Kekuatan paduan basil tuangan bertambah karena ukuran butir lebih halus. Untuk menentukan ukuran butir dapat dilakukan dengan membuat fete struktur mikro dari bahan tersebut pada pembesaran tertentu. Prinsip penghitungan ukuran butir menurut standar ISO 643-19S3 (E) adalah sebagai berikut[5] :

Dibuat lingkaran pada foto struktur mikro pacta pembesaran M dengan diameter 79,S nim (luas = 5000 mm2) berisi minimal 50 butir. Dengan dasar pembesaran linier = 100, lung sebenarnya dari sampel adalah 0,5 mm2. Jika nl adalah butir penuh, n2 butir yang terpotong garis lingkaran, makajumlah butir ekivalen, na:

na = f(nl + 1/2 n2) f= M2/5000

Menurut standar ASTM, penghitungan ukuran butir dilakukan menggunakan indeks G dengan kode ASTM (E 112-S0). Hubungannya denganjumlah butir adalah :

G(ASTM)= 3,3219 logna - 2,9542

Jika harga G sudah diketahui, ukuran butir dapat ditentukan dari tabel.

TAT A KERJA

Bahan

I. Paduan aluminium AIMg2, merupakan sign dari pembuatan kelongsong elemen bakar reaktor fiset, diperoleh dari IPEBRR PEBN. Bahan ini telah mengalami pengerolan 55 %.

2. Tetrakhloroeten (ClCI4) 3. Epoxy dan Resin

4. Larutan pengetsa Pullen (campuran HCI

=

20 ml, HNO) =15 ml, HF=2,5 ml dan H2O=2,5 ml) 5. CrO) 0,3 glml

Alat

I. Pisau potong logam 2. Alat uji kekerasan

3. Tungku pemanas Naberthenn 4. Alat poles

5. Mikroskop optik Cara Kerja

I. Pelat sign pembuatan kelongsong elemen bakar dipotong lalu dibersihkan dari kotoran debu, oli, minyak dll., seterusnya dikenai proses

"degreasing" dengan C2C14.

2. Terhadap potongan AIMg2 dilakukan proses perlakuan panas pacta suhu yang bervariasi dari

85-500 °C selama 6-12 jam, kemudian

didinginkan segera dalam udara, pasir dan air. 3. Setelah itu sampel diuji kekerasannya dengan

metoda Brine!.

4. Untuk uji metalografi, sampel mula-mula dipotong lagi sehingga dapat dilekatkan pacta resin ("mounting"), kemudian diamplas hingga

diperoleh permukaan yang haIus.

5. Tahap selanjutnya adalah pemolesan sampel dengan pasta diamond lalu dietsa dengan larutan pulton ditambah dengan CrO).

6. Terakhir dilakukan pengamatan struktur mi-kro menggunakan mikroskop optik pacta pembesaran tertentu. Setelah diperoleh obyek yang baik, dilakukan pemotretan lalu interpretasi fotc.

Prosiding Pertelnllan don Persentasi IImiall PPNY-BATAN. Yogyakflrla 23-25 April/996

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengaruh suhu

Lama pemanasan sampel dari 3 sal11pai12 jam tidak banyak l11el11berikan perubahan kekerasan AIMg2, terutama pada suhu 85-300 DC, sedangkan pada suhu > 300 DCbaru nampak sedikit kenaikan kekerasan[3]. Pactapercobaan ini dipilih waktu untuk perlakuan panas 6 clan 12jam.

Penentuan kekerasan AlMg2 yang dikenai perlakuan panas pacta suhu 85-500 DC dengan berbagai media pendingin mernberikan basil seperti ditunjukkan pada label 1 clan gambar I. Dibandingkan dengan kekerasan awal, yaitu sebelum bahan mengalami perlakuan, maka naiknya suhu sampai 300DC mengakibatkan penurunan kekerasan dari 73 kg/mm2 menjadi sekitar 42,7 kg/mm2, baik untuk pendinginan dengan udara, pasir, maupun air. Jika dilihat kecenderungan kurva yang menurun clan menuju ke suatu harga kekerasan yang berdekatan, maka pengaruh media pendingin tidak begitu nampak. Tabel l. Kekerasan AIMg2 setelah perlakuan panas

selama l2jal11 (dalam kg/mm2)

soKoker <9""M2 ;0 '-.:..,'-_"'.

-

Udara-,Pas<

-

At 60

-

"'::":"'."""'

~

I ""::,, . _-"" .~ ~ 50 40 ' 0 20~

,

300 s..ru, oC 1JO 400 500

Gambar 1. Pengaruh suhu terhadap kekerasan

AIMg2 dengan parameter media

pendingin

Pacta suhu diatas 300DC, tidak terjadi penurunan kekerasan melainkan relatif tetap atau

BIlIcuJ 59

bahkan terjadi kenaikan sedikit terutama untuk media pendingin air. Antara suhu 300-500 DC baru terlihat sedikit pengaruh media pendingin terhadap kekerasan, terutama untuk pendinginan dengan air pada pemanasan 500 DC di mana kekerasannya tertinggi yaitu 46,3 kg/mm2.

Struktur mikro AIMg2 awal clan yang dikenai perlakuan panas pacta suhu 85-500 DC selama 12jam kemudian didinginkan dalam udara diperlihatkan masing-masing pacta gambar 2a-e. Pacta gambar 2a di mana bahan belum mengalami perlakuan panas tampak adanya butir-butir yang l11emanjang scarab dengan pengerolan yang dilakukan sebelumnya. Apabila suhu dinaikkan, terjadilah pertumbuhan butir seperti tampak pacta gambar 2a-e. Dari foro struktur mikro tersebut, selanjutnya dapat dihitung besar butir seperti pacta label 2, sedangkan pengaruh suhu pacta ukuran butir dapat dilihat pacta gambar 3. Di sini nampak hubungan antara suhu dengan kekerasan clan struktur mikro di mana makin tinggi suhu kekerasannya menurun sebaliknya ukuran butir bertambah walaupun hanya sedikit. Hal ini tentunya merupakan sifat yang baik dari paduan aluminium pada pemakaian di dalam reaktor di mana perubahan struktur mikro sangat keci!.

Foto struktur mikro tidak memberikan barns butir yang kontras, hal ini mungkin disebabkan oleh proses pengetsaan yang kurang tepat atau karena rapuhnya bahan setelah mengalami pemanasan yang cukup lama.

f8it.

~~:~'~-~~1li~,~

;~, ~~~'~~~:~..-:::...~...;.;.;..;.~ ~j.;;~;::f&~;~='~::,:,~~~=:--.,-(a) ~,~:. :;::~~~"i~i'3t::.;' ~/:~~; '.,~'::~":'',:.... . ":it".'0" . '('<~.~~, . ,'~:>~.:~"',,;~'-~~.~:.~;~1~~0 4. ~"~~~.~~..!.,r'-:":';';" '::>.~~

~'~~~~::[.~.::~;.:K~

-~'2:

:- "'~~$~'

_-'~~~~~.:~

~#~~-~-:'-<7>".

_{-~~f~-"';'.,,-.;o ,:,..~} --:-:":""-"'~~Y..;i~~":.'r; :' .?~. .' ":"':',"~; :-.o';. .,':- 0"

",..,'-(b)

Gambar 2a-b. Struktur mi/cro hasi/ perlakuan pa-nas A1Mg2 media pendingin uda-ra. t= /2 jam. pembesaran 200 x. a. Kondisi awal b. T = 85 DC Elin Nuraini. dkk. " ISSNO216-3128 " " ," "'" " "" :,::,\ ' " Media'pendingin':> ' T, °c _{Udara Pasir} " Air 28 73,0

-

-85 68,5 71.7 68.1 200 61.2 60,1 56.9 300 42.0 43.5 42.5 500 43.5 43.9 46.3

60

(c)

(d)

Gambar 2c-d. Strllktllr mikro hasi/ per/akllan

pa-nas AIMg2, media pendingin IIda-ra, t

=

12jam, pembesaran 200 x

c. T = 200 "C d. T = 300 "c

(e)

Gambar 2e. Strllk/lir mikro hasi/ perlakllan panas

AIMg2, media pendingin lIdara, t = 12 jam, T = 500 "C, pembesaran 200 x.

Tabel 2. Hasil perhitungan ukuran butir

Buku/

Prosiding Perlemuan don Presentasi IImiah PPNY.BATAN Yogyakarta. ]3.25 April /996

30 Uk"an "'", urn 25

,-

_h__-20 15 10 0 200 '-'--1--300 .00+-. &n.o.oC 500 100

Gambar 3. Hubungan an/ara kenaikan sllhll

dengan ukuran bu/ir I

=

12 jam, media

pendingin udara

(a)

Gambar 4a-b. S/ruklllr mikro hasi/ perlakuan pay

nas AIMg2 T

=

200 "C,/

=

6 jam,

pembesaran 200 x,

pendingin.. a. Udara, b. Pasir

(c)

Gambar 4c. Slruktur mikro hasi/ perlakuan panas

AIMg2 T

=

200 "C, t = 6 jam, media pendingin ..Air

ISSN 0216-3128 Elin Nuraini,dkk.

Suh ',o"nl n2 na ,G' _.dm T?C,. {".:,.:..., 0'.' .:..;,"'/ <',,:i , 0i?;:lff'i '. v 28 327 71 2900 8,550 16,8 85 145 54 1376 7,470 24,1 200 140 46 1304 7,390 24,6 300 134 45 1252 7,335 25,2 500 134 47 1260 7,345 25,1

Prosiding Perlemuondon Persenlosillmiah

PPNY-BATAN. Yogyakarla 23-25 April 1996 Buku1 61

Tabel 3. Hasil perhitungan kekerasan clan ukuran butir T

=

200 °c, t = 6 jam

2. Pengaruh media pel1dingin

Dengan media pendingin yang berbeda, maka akan didapat laju pendinginan yang ber!ainan yang menghasilkan perubahan struktur mikro clan kekerasan (gambar 4a-c, tabel 3).

Hasil perlakuan panas yang diteruskan dengan pendinginan dalam pasir memberikan nilai kekerasan paling rendah (57,5 kglmm2), sedangkan pendinginan dengan udara clan air nilainya lebih tinggi, masing-masing 58,7 kglmm2clan59 kg/mm2. Hal ini dapat dijelaskan bahwa semakin lambat

laju pendinginan (dalam pasir), maka

pertumbuhan butir lebih besar daripada pembentukan nukleus. Oleh karena itu ukuran butir menjadi lebih besar, sebaliknya kekerasan-nya rendah.

Ukuran butir yang diperoleh dengan pendinginan udara clan air makin halos. Dengan mediaair, di mana pendinginanberlangsungsangat

cepat, maka kesempatan pertumbuhan butir terhambat sehingga ukuran butir lebih halos dibandingkan dengan media udara clanpasir.

Pengamatan struktur mikro terhadap AIMg2 yang didinginkan dalam udara, pasir maupun air tidak memberikan perbedaan yang berarti, di mana hanya nampak adallya butir-butir yang memanjang searah pengeroJan. Tetapi jika dilihat ukuran butirnya. maka pengaruh media pendingin sudah nampak walaupun kecil. Berturut-turut ukuran butir yang diperoleh dengan media pendingin air, udara clanpasir adalah 26,8 Jlm,27,0 Jlm clan27,3 Jlm.

KESIMPULAN

I. Kenaikan sullo dari 85-300 °Cpada pemanasan selama 12jam dengan media pendingin air, pasir clan udara menyebabkal'. penurunan kekerasan dari kondisi awal yaitu 73 kglmm2 menjadi rata-rata 42,7 kg/mm2. Dj atas sullo 300 °c tidak

terjadi penurunan kekerasan bahkan dengan pendingin air terjadi sedikit kenaikan menjadi 46,3 kglmm2.

2. Pengamatan struktur mikro menunjukkan bahwa perlakuan panas pada sullo 85-500 °Cselama 12 jam dengan media pendingin udara terjadi pe.rtumbuhan butir dari keadaan awal dengan ukuran butir 16,8 11m menjadi 25,2 Jlm (maksimum).

3. Pengaruh media pendingin udara, pasir clan air memberikan perbedaan kekerasan clan ukuran butir AIMg2 yang mengalami perlakuan panas pada suhu 200 °c selama 6 jam. Dengan pendingin air diperoleh kekerasan tertinggi yaitu 59 kg/mm2 clan terendah adalah dengan pendingin pasir yaitu 57,5 kglmm2, sedangkan dengan pendingin udara diperoleh 58,7 kglmm2. Ukuran butir yang diperoleh masing-masing. adalah 26,8 Jlm,27,3 Jlm clan27,0 11m.

DAFTAR rUST AKA

1. MONDOLFO, loP., "Aluminium Alloy Structures and Properties", Butterworth, London ( 1976)

2. IRMA, R.D, JOHNNY, S., WIWIEK, I.,

DWIJO, M., DARLIS,MUDI, H., "Analisis Integritas Bahan Struktur Reaktor Serba Guna", PPTKR Batan, Serpens (1994)

3. SIGIT, MUCHLlS, 8., ELIN NURAINI, "Efek Perlakuan Panas Dan Pendinginan Terhadap Karakteristik Mekanik Bahan Kelongsong

Elemen Bahan RSG-GAS, PEBN, Batan,

Serpens (1995)

4. NARANG, 8.S., "Material Sciences", CBS Publishers and Distributors, Delhi (1982) 5. International Standard, ISO 643-1983 (E)

TANYAJAWAB

RiiI Isa rig

-

Mohon dijelaskan justifikasi pemilihan media udara, air clan pasir sebagai me~ia pendingin untuk eksperimen, mungkin pedu. menjelaskan sifat-sifat fisis utama bahan tersebut yang dapat menentukan kemampuannya sebagai media pendingin. Karena tidak adanya tinjauan ini, tampak pada basil eksperimen yang menunjukan untuk ketiga media pendingin yang dipakai, diperoleh nilai kekerasan (59; 58,7; 57) kg/mm2 clan ukuran butir (28,6; 27,0; 27,3) /lm yang

Elin Nliraini. dkk. ISSN 0216-3128

Mc(jia pendingin Keketasan . _{xUkuran bur IlII1}

_.

kglmm2

Udara 58,7 27,0

Pasir 57,5 27,3

62 Buku /

Prosiding Pertemuan don Presentasi //miah PPNY-BATAN Yogya/wrta. 13-25 April/996

-

secara statistik tidak mempunyai arti yang significant pada perlakuan panas yang sarna terhadap bahan AIMg2 yang diteliti, waJaupun pola penurunan kekerasan terhadap perubahan suhu menunjukkan trend yang sarna

Elin Nuraini

-

Tujuan dipi/ih media pendingin disini (udara.

POSiT. air) yaitlt un/uk mengetahui laju pendinginan daTi masing-masing media tersebut. Dari hasil penelitian yang komi peroleh memang /idak significant. Akan /e/api hila dibandingkan dengan kondisi awal hasilnya significant .

Supardjono M.

- Apa maksud dari penelitian tersebut, untuk

llI~ngcraskaIJ apa IIIJtllkmcnurllnkan kekerasan

-

Paduan AIMg2 termasuk seri 5xxx clan ter-masuk "non hardering alloy". Jadi tidak bisa

dikeraskan dcngan cara laku panas? Mohon penjelasandengan penelitian saudara.

Elin Nuraini

- Tidak un/uk keduanya. karena /ujuan daTi peneli/ian hanya un/uk memperoleh informasi un/uk menerangkan fenomena yang /erjadi pada paduan Aluminium yang mengalami perlakuan panas pada suhu /inggi.

- Tujuan daTi laku panas disini yai/u untuk mengetahui apa pengaruhnya terhadap sifat mekanik don struk/ur mikronya. Ternyata dari sifa/ mekanik /erliha/ /erjadi penurunan don daTi struk/ur mikronya diperoleh perbedaan ukuran bulir (disini ber/ambah)

ISSN 0216-3128 Elin Nuraini.dkk.