Mikrostruktur Titanium Dan Paduannya

(1)

Mikrostruktur Titanium dan Paduannya

Tugas Mata Kuliah Analisa Struktur Material

Dewi Lestari Natalia (1006704530)

DEPARTEMEN METALURGI DAN MATERIAL DEPARTEMEN METALURGI DAN MATERIAL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK DEPOK

2013 2013

(2)

Mikrostruktur Titanium dan

Mikrostruktur Titanium dan Paduann

Paduannya

ya

Titanium adalah logam yang relatif ringan namun memiliki kekuatan yang tinggi Titanium adalah logam yang relatif ringan namun memiliki kekuatan yang tinggi (662 MPa untuk 99%

(662 MPa untuk 99% Ti). Titanium merupakan material teknik yang sedang Ti). Titanium merupakan material teknik yang sedang berkembngberkembng dan relatif mahal, massa jenisnya sebesar 4,5 gr/cm

dan relatif mahal, massa jenisnya sebesar 4,5 gr/cm33_{dengan temperatur lebur ±1670}_{dengan temperatur lebur ±1670}oo_C._C. Titanium memiliki modulus elsatisitas 107 Gpa dan ketahanan fatik yang sangat baik. Titanium memiliki modulus elsatisitas 107 Gpa dan ketahanan fatik yang sangat baik. Selain itu, titanium juga tahan terhadap asam dan air laut serta sangat reaktif jika Selain itu, titanium juga tahan terhadap asam dan air laut serta sangat reaktif jika berikatan dengan O

berikatan dengan O22 membentuk TiOmembentuk TiO22 pada suhu tinggi. Sedangkan paduan titaniumpada suhu tinggi. Sedangkan paduan titanium memiliki karakteristik sangat kuat, mencapai 1400 Mpa, sangat ulet dan mudah di memiliki karakteristik sangat kuat, mencapai 1400 Mpa, sangat ulet dan mudah di forging

forgingsertasertamachiningmachining..

Titanium memiliki struktur HCP (

Titanium memiliki struktur HCP (Hexagonal Closed Packed Hexagonal Closed Packed ). Dengan kekuatan). Dengan kekuatan yang tinggi dan ringan, titanium mampu berkompetisi dengan aluminium meskipun yang tinggi dan ringan, titanium mampu berkompetisi dengan aluminium meskipun harganya lebih mahal daripada aluminium. Titanium berharga mahal karena sangat harganya lebih mahal daripada aluminium. Titanium berharga mahal karena sangat sulit mengekstraknya menjadi titanium murni dari campurannya. Selain itu bila berada sulit mengekstraknya menjadi titanium murni dari campurannya. Selain itu bila berada pada suhu tinggi, titanium mengkombinasi dengan oksigen, nitrogen, hydrogen, karbon pada suhu tinggi, titanium mengkombinasi dengan oksigen, nitrogen, hydrogen, karbon dan besi sehingga perlu teknik khusus untuk mengecor dan mengerjakan logam. dan besi sehingga perlu teknik khusus untuk mengecor dan mengerjakan logam. Titanium banyak digunakan untuk komponen yang tahan korosi pada lingkungan kimia Titanium banyak digunakan untuk komponen yang tahan korosi pada lingkungan kimia seperti larutan klorida danlarutan inorganik klorida, peralatan bedah, alat bantu atau seperti larutan klorida danlarutan inorganik klorida, peralatan bedah, alat bantu atau implant di dalam tubuh.

implant di dalam tubuh.

Dalam mikrostruktur titanium dan paduannya terdapat beberapa fasa yang Dalam mikrostruktur titanium dan paduannya terdapat beberapa fasa yang muncul saat dilakukan uji metalografi, yaitu:

muncul saat dilakukan uji metalografi, yaitu: Alpha Structures Alpha Structures (α)(α) Martensite Martensite Betha Structure (β) Betha Structure (β) Aged Structure Aged Structure

Berikut adalah beberapa contoh mikrostruktur dari titanium dan paduannya Berikut adalah beberapa contoh mikrostruktur dari titanium dan paduannya beserta fasa-fasa yang terdapat di dalamnya dan si

(3)

1.

1. Ti-0.2Pd sheet Ti-0.2Pd sheet

Gambar di atas merupakan paduan lembaran Ti-0.2Pd yang di hot rolled Gambar di atas merupakan paduan lembaran Ti-0.2Pd yang di hot rolled dengan temperatur awal 760

dengan temperatur awal 760oo_{C, kemudian di annealing selama 2 jam pada}_{C, kemudian di annealing selama 2 jam pada} suhu 705

suhu 705oo_{C lalu}_{C lalu} _{slow cooled}_{slow cooled}_(perbesaran_{(perbesaran 250x).}_{250x). Fasa-fasa:}_Fasa-fasa: α

α-phase-phase

Fasa ini adalah butir

Fasa ini adalah butir equaxed equaxed pada mikrostruktur.pada mikrostruktur. Fasa α munculFasa α muncul ketika terjadi

ketika terjadi anneal anneal dengan pengerjaan dingin di atas suhudengan pengerjaan dingin di atas suhu rekristalisasi. Fungsinya adalah sebagai matriks dalam paduan rekristalisasi. Fungsinya adalah sebagai matriks dalam paduan titanium.

titanium.

iron-iron-stabilized βstabilized β

Fasa β dalam mikrostruktur Ti

Fasa β dalam mikrostruktur Ti-0.2Pd ditandai oleh titik-titik hitam-0.2Pd ditandai oleh titik-titik hitam yang kecil pada gambar. Fasa ini berfungsi sebagai penstabil besi yang kecil pada gambar. Fasa ini berfungsi sebagai penstabil besi dalam paduan Ti-0.2Pd.

dalam paduan Ti-0.2Pd.

2. 2. Ti-5Al-2.5SnTi-5Al-2.5Sn α α-phase-phase iron-stabilized β stabilized β Platelike Platelike _α_α β – β –phasephase

(4)

Ti-5Al-2.5Sn

Ti-5Al-2.5Snhot worked hot worked dibawahdibawah αα transus,transus,annealed annealed 30 menit pada 117530 menit pada 1175oo_C._C.

Di atas β transus didinginkan dalam furnace sampai 790

Di atas β transus didinginkan dalam furnace sampai 790oo_{C selama 6 jam dan}_{C selama 6 jam dan}

pendinginan furnace sampai temperatur ruang selama 2 jam (perbesaran pendinginan furnace sampai temperatur ruang selama 2 jam (perbesaran 100x). Fasa yang terbentuk:

100x). Fasa yang terbentuk: Platelike

Platelikeαα Terbentuk fasa

Terbentuk fasa αα yang seperti piringan. Paduan Ti yang mengandungyang seperti piringan. Paduan Ti yang mengandung penstabil

penstabilααadalah Al dan Sn. Fungsi fasaadalah Al dan Sn. Fungsi fasa ααdengan kandungan Al < 7%dengan kandungan Al < 7% dapat meningkatkan kekuatan akibat solid solution strengthening dapat meningkatkan kekuatan akibat solid solution strengthening serta kandungan Sn 2.5% dapat meningkatkan kekuatan dan serta kandungan Sn 2.5% dapat meningkatkan kekuatan dan formability.

formability.

3.

3. Ti-8Al-1Mo-1VTi-8Al-1Mo-1V

Paduan Ti-8Al-1Mo-1V di

Paduan Ti-8Al-1Mo-1V di forging forging pada temperatur awal 900°C, dimanapada temperatur awal 900°C, dimana merupakan di bawah

merupakan di bawah rangerange temperatur normal untuk paduantemperatur normal untuk paduan forging forging (perbesaran 250x). Fasa-fasa yang terdapat di dalam mikrostruktur adalah: (perbesaran 250x). Fasa-fasa yang terdapat di dalam mikrostruktur adalah:



 Equiaxed α grainsEquiaxed α grains(light) dan(light) dan ββ ––phase (dark)phase (dark) Fasa ini adalah butir

Fasa ini adalah butir equaxed equaxed pada mikrostruktur. Fasa α munculpada mikrostruktur. Fasa α muncul ketika terjadi

ketika terjadi anneal anneal dengan pengerjaan dingin di atas suhudengan pengerjaan dingin di atas suhu rekristalisasi. Fungsinya adalah sebagai matriks dalam paduan rekristalisasi. Fungsinya adalah sebagai matriks dalam paduan titanium.

titanium. Struktur butir equiaxed α terdapat pada matriks dariStruktur butir equiaxed α terdapat pada matriks dari transformasi fasa

transformasi fasa ββyang berwarna gelap.yang berwarna gelap. equiaxed equiaxed α grains α grains β β- phasephase

(5)

4.

4. Ti-6Al-5Zr-4Mo-lCu-0.2SiTi-6Al-5Zr-4Mo-lCu-0.2Si

Mikrostruktur paduan Ti-6Al-5Zr-4Mo-lCu-0.2Si ini merupakan produk hasil Mikrostruktur paduan Ti-6Al-5Zr-4Mo-lCu-0.2Si ini merupakan produk hasil casting (

casting (as-cast as-cast ) ) (perbesaran (perbesaran 500x). 500x). Fasa-fasa Fasa-fasa yang yang terdapat terdapat dalamdalam mikrostruktur paduan ini adalah:

mikrostruktur paduan ini adalah: Acicular

Acicularαα

Terbentuk transformasi atau perubahan fasa

Terbentuk transformasi atau perubahan fasa ββ yang mengandungyang mengandung

acicular

acicular αα dalam bentuk dalam bentuk light plateletslight platelets. Acicular. Acicular αα adalah produk adalah produk transformasi yang paling umum terbentuk oleh

transformasi yang paling umum terbentuk oleh pendinginan fasapendinginan fasa ββ. Ini. Ini adalah hasil dari nukleasi dan pertumbuhan butir pada bidang adalah hasil dari nukleasi dan pertumbuhan butir pada bidang kristalografi dari matriks

kristalografi dari matriks ββsebelumnya.sebelumnya.

α phase α phase

Fasa

Fasa αα dalam mikrostruktur ini berbentuk lembaran (dalam mikrostruktur ini berbentuk lembaran ( film film) tipis) tipis berwarna terang (

berwarna terang (light light ). Fasa). Fasa αα jelas terlihat pada batas butirjelas terlihat pada batas butir prior- prior- ββ.. Fungsi fasa

Fungsi fasa αα dengan kandungan Al < 7% dapat meningkatkandengan kandungan Al < 7% dapat meningkatkan kekuatan akibat

kekuatan akibat solid solution solid solution strengtheningstrengthening..

5. 5. Ti-6Al-4VTi-6Al-4V Acicular Acicularαα α α- phasephase Acicular Acicularαα β β ––phasephase ((dark dark ))

(6)

Batangan Ti-6Al-4V, ditahan pada suhu 1065°C selama 1 jam, di atas Batangan Ti-6Al-4V, ditahan pada suhu 1065°C selama 1 jam, di atas ββ transus, dan pendinginan

transus, dan pendinginan furnace furnace(perbesaran 250x). Terbentuk beberapa(perbesaran 250x). Terbentuk beberapa fasa seperti di bawah ini:

fasa seperti di bawah ini: 

 Platelike αPlatelike α(light)(light) Terbentuk fasa

Terbentuk fasa ααyang seperti piringan berwarna terang. Paduan Tiyang seperti piringan berwarna terang. Paduan Ti yang mengandung penstabil

yang mengandung penstabil ααadalah Al dan Sn. Fungsi fasaadalah Al dan Sn. Fungsi fasa ααdengandengan kandungan Al < 7% dapat meningkatkan kekuatan akibat solid

kandungan Al < 7% dapat meningkatkan kekuatan akibat solid solution strengthening

solution strengthening 

 Intergranular βIntergranular β (dark)(dark)

Dalam paduan ini ditemukan fasa i

Dalam paduan ini ditemukan fasa intergranular βntergranular β yang ditunjukanyang ditunjukan oleh garis berwarna hitam pada gambar mikrostruktur. Fasa ini oleh garis berwarna hitam pada gambar mikrostruktur. Fasa ini berfungsi untuk

berfungsi untuk hardenability hardenability dandan forgeability forgeability ..

6.

6. Ti-8Al (with 1800 PPM OTi-8Al (with 1800 PPM O22) Sheet ) Sheet

Lembaran paduan Ti-8Al di

Lembaran paduan Ti-8Al di agingagingsampai terbentuk endapansampai terbentuk endapan ααdua fasa.dua fasa. Bagian gelap hasil TEM

Bagian gelap hasil TEM mengilustrasikan pengendapan fasamengilustrasikan pengendapan fasa ααyang berwarnayang berwarna terang pada ,atriks

terang pada ,atriks ααdengan dengan perbesaraperbesaran n 105600x.105600x. α α ––phasephase α α precipitate precipitate hase hase

(7)

7.

7. Ti-6Al-2Sn-AZr-6MoTi-6Al-2Sn-AZr-6Mo

Gambar di atas merupakan gambar mikrostruktu paduan Gambar di atas merupakan gambar mikrostruktu paduan Ti-6Al-2Sn-Azr-6Mo yang telah mengalami

6Mo yang telah mengalami forging forging, lalu, lalu solution treatment solution treatment pada suhu 955°Cpada suhu 955°C selama 2 jam, di atas tarsus

selama 2 jam, di atas tarsus ββ dan kemudian didan kemudian di quenchingquenching dalam airdalam air (perbesaran 500x). Struktur yang dihasilkan sepenuhnya atau keseluruhan (perbesaran 500x). Struktur yang dihasilkan sepenuhnya atau keseluruhan

adalah α

adalah α' atau' atau martensitemartensite yang ditunjukan dengan adanya struktur yangyang ditunjukan dengan adanya struktur yang hampir keseluruhan berbentuk seperti jarum yang panjang, pipih dan tajam. hampir keseluruhan berbentuk seperti jarum yang panjang, pipih dan tajam. Martensit merupakan struktur

Martensit merupakan struktur nonequilibrium supersaturated α nonequilibrium supersaturated α -type-type yangyang dihasilkan dari

dihasilkan dari diffusionless (martensitic) transformationdiffusionless (martensitic) transformation dari fasadari fasa ββ..

Martensit tipe α' mempunyai struktur kristal heksagonal yang dihasilkan Martensit tipe α' mempunyai struktur kristal heksagonal yang dihasilkan

dari proses

dari proses quenchingquenching..

*** *** α α ‘‘ (Martensite) (Martensite) Inklusi / Inklusi / pengotor pengotor dark oint dark oint

(8)

PHASE DIAGRAMS OF TITANIUM ALLOYS

Gambar 1.

Gambar 1.Diagram fasa Ti-PdDiagram fasa Ti-Pd

Gambar 2.

(9)

Gambar 3.

Gambar 3.Digram fasa Al-Mo-TiDigram fasa Al-Mo-Ti

Gambar 4.

Gambar 4.Diagram fasa Al-Ti-VDiagram fasa Al-Ti-V

*** ***

(10)

Referensi Referensi

ASM Metals Handbook Volume 3

ASM Metals Handbook Volume 3 ––Alloy Phase DiagramAlloy Phase Diagram ASM Metals Handbook Volume 9

ASM Metals Handbook Volume 9 ––Metallography and MicrostructuresMetallography and Microstructures http://www.scribd.com/doc/57158634/Titanium

http://www.scribd.com/doc/57158634/Titanium

http://blog.ub.ac.id/okta