Penanggung Jawab:
Kapuslit Metalurgi – LIPI
Dewan Redaksi :
Prof. Dr. Ir. Johny Wahyuadi, DEA (UI) Dr. Ir. Sunara, M.Sc (ITB)
Pusat Penelitian Metalurgi – LIPI
Kawasan PUSPIPTEK, Serpong, Gedung 470
Telp: (021) 7560911, Fax: (021) 7560553
Alamat Sekretariat:
Pusat Penelitian Metalurgi – LIPI
Kawasan PUSPIPTEK, Serpong, Gedung 470
Telp: (021) 7560911, Fax: (021) 7560553 E-mail : [email protected]
Majalah ilmu dan teknologi terbit berkala setiap tahun, satu volume terdiri atas 3 nomor.
Abstrak ………..…..….. v
Pengaruh Waktu Pelindian pada Proses Pemurnian Silikon Tingkat Metalurgi Menggunakan Larutan HCl
Bintang Adjiantoro dan Efendi Mabruri...1
Aplikasi Severe Plastic Deformation (SPD) dan Heavy Cold Rolling pada Baja Tahan Karat Austenitik 316L
Efendi Mabruri ...……….……..… 7
Percobaan Pendahuluan
Perbandingan Daya Serap Unsur
Minor dalam Larutan Natrium
Silikat
F. Firdiyono, dkk ……….………15
Fenomena Dynamic Strain Aging
pada Proses Tempa Panas Paduan Co-33Ni-20Cr-10Mo
Ika Kartika ………..………... 27
Sifat Listrik Superkonduktor
YBa2Cu3O7-x Hasil Proses Pelelehan
dengan Dopant Ti
Didin S.Winatapura, dkk …..………..…… 35
Percobaan Pengisian-Pengeluaran
Hidrogen Sebuah Tangki Simpan Hidrogen Padat
Hadi Suwarno ………... 43
Pembentukan Nanopartikel Paduan CoCrMo dengan Metoda Pemaduan Mekanik
Sulistioso Giat S dan Wisnu Ari Adi ……. 51
Pengantar Redaksi | iii
Mabruri berjudul “Penga ruh Wa ktu Pelindian pada Proses Pemurnian Silikon Tingkat
Metalurgi Menggunakan Larutan HCl”. Selanjutnya Efendi Mabruri tentang ”Aplikasi Severe
Plastic Deformation (SPD) dan Heavy Cold Rolling pada Baja Tahan Karat Austenitik 316L”. F. Firdiyono dan Kawan-Kawan juga menulis tentang ”Percobaan Pendahuluan
Perbandingan Daya Serap Unsur Minor dala m Larutan Natrium Silikat”. Ika Kartika
menulis tentang ”Fenomena Dynamic Strain Aging pada Proses Tempa Panas Paduan
Co-33Ni-20Cr-10Mo”. Didin S.Winatapura dan Kawan-Kawan menulis tentang “Sifat Listrik
Superkonduktor YBa2Cu3O7-x Hasil Proses Pelelehan dengan Dopant Ti“ dan Hadi Suwarno
juga menulis tentang “Percobaan Pengisian-Pengeluaran Hidrogen Sebuah Tangki Simpan Hidrogen Padat”. Berikutnya Sulistioso Giat Sukaryo dan Wisnu Ari Adi menulis tentang
”Pembentukan Nanopartikel Paduan CoCrMo dengan Metoda Pemaduan Mekanik”.
Semoga penerbitan Majalah Metalurgi volume ini dapat bermanfaat bagi perkembangan dunia penelitian di Indonesia.
Abstrak | v
Bintang Adjiantoro dan Efendi Mabruri (Pusat Penelitian Metalurgi – LIPI)
Pengaruh Waktu Pelindian pada Proses Pemurnian Silikon Tingkat Metalurgi Menggunakan Larutan HCl
Metalurgi, Vol 27 No. 1 April 2012
Proses pemurnian silikon tingkat metalurgi (MG-Si) dengan menggunakan metoda pelindian asam pada konsentrasi 2,45mol/L HCl telah dilakukan dengan memvariasikan waktu pelindian pada temperatur didih (±100 °C) dan gerakan pengadukan mekanik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses pelindian MG-Si dengan HCl dapat digunakan untuk menghilangkan unsur pengotor logam.Persentase hasil efisiensi ekstraksi dari unsur pengotor yang terkandung di dalam MG-Si dengan pelarutan HCl masing-masing mencapai 99,996 % untuk Al, 98,247 % untuk Ti dan 98,491 % untuk Fe pada waktu pelindian 120 jam. Sedangkan efisiensi larutan HCl terhadap unsur pengotor dengan gerakan pengadukan mekanik mencapai 99,04 %.
Kata kunci : Silikon tingkat metalurgi, Pemurnian dengan proses kimia, Pelindian asam, Pengotor
Effect of Leaching Time on Purification Process of Metallurgical Grade Silicon by Using Acid Solution
The purification process of metallurgical grade silicon (MG-Si) using acid leaching method at a concentration of 2.45 mol/L HCl was performed by varying the leaching time at boiling temperature (±100 °C) and with mechanical stirring. The results showed that the leaching process of MG-Si with HCl can be used to eliminate the element of metal impurities. The extraction efficiency of impurity elements contained in the MG-Si by HCl dissolution is 99.996 % for Al, 98.247 % for Ti and 98.491 % for Fe at leaching time of 120 hours. Whereas the leaching efficiency HCl solution on the impurities with mechanical stirring is 99.04 %.
vi |Majalah Metalurgi, V 27.1.2012, ISSN 0216-3188 METALURGI
(Metallurgy)
ISSN 0216 – 3188 Vol 27 No. 1 April 2012 Kata Kunci bersumber dari artikel. Lembar abstrak ini boleh diperbanyak tanpa izin dan biaya.
UDC (OXDCF) 660
Efendi Mabruri(Pusat Penelitian Metalurgi – LIPI)
Aplikasi Severe Plastic Deformation (SPD) dan Heavy Cold Rolling pada Baja Tahan Karat Austenitik 316L
Metalurgi, Vol 27 No. 1 April 2012
Untuk meningkatkan kekuatan baja tahan karat austenitik, penghalusan butir sampai ukuran submikron (ultra fine grain) merupakan metoda yang efektif. Tulisan ini melaporkan aplikasi severe plastic deformation (SPD) menggunakan equal channel angular pressing (ECAP) dan aplikasi heavy cold rolling terhadap baja tahan karat austenitik SS 316L. Hasil percobaaan menunjukkan bahwa sifat mekanik baja tahan karat austenitik 316L dapat ditingkatkan secara signifikan masing-masing dengan kedua teknik tersebut. ECAP pass 1 (single pass) dengan regangan 0,65 dapat meningkatkan kekuatan tarik baja tahan karat austenitik 316L menjadi 1,6 kali lipat, sedangkan heavy cold rolling 80 % dengan regangan 1,65 dapat meningkatkan kekuatan tarik menjadi 2,1 kali lipat. Pemanasan anil pada suhu 750°C menurunkan kekuatan tarik menjadi 1055,14 MPa tetapi nilai tersebut masih jauh lebih tinggi dari kekuatan tarik pada kondisi awal (solution treatment) sebesar 655,53 Mpa.
Kata kunci : Baja tahan karat austenitik, Penghalusan butir, Severe plastic deformation, Equal channel angular pressing, Heavy cold rolling
The Application of Severe Plastic Deformation (SPD) and Heavy Cold Rolling of Austenitic Stainless Steel 316L
The grain refinement down to ultrafine sizes is the efective method for strengthening of austenitic stainless steel. This paper reports the application of severe plastic deformation (SPD) using equal channel angular pressing (ECAP) and the application of heavy cold rolling on the austenitic stainless steel (SS) 316L. The experimental results showed that the mechanical properties of SS 316L can be increased significantly by these two techniques. The single pass-ECAP with 0.65 strain increased tensile strength of SS 316L by 1.6 times, whereas heavy cold rolling with 80 % reduction and 1.65 strain increased tensile strength by 2.1 times. The annealing treatment at 750 °C decreased tensile strength of 80 % cold rolled-SS 316L down to 1055.14 Mpa, however this value is still much larger compared to that of solution treated ones of 655.53 Mpa.
Abstrak | vii
F. Firdiyono, Murni Handayani, Eko Sulistiyono, Iwan Dwi Antoro (Pusat Penelitian Metalurgi – LIPI) Percobaan Pendahuluan Perbandingan Daya Serap Unsur Minor dalam Larutan Natrium Silikat
Metalurgi, Vol 27 No. 1 April 2012
Penelitian tentang kemampuan penyerapan zeolit alam Karangnunggal dan karbon aktif sebagai adsorben dalam larutan natrium silikat telah dilakukan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui efisiensi penyerapan zeolit dan karbon aktif terhadap unsur pengotor Ca, Mg, Fe, dan Al dalam larutan natrium silikat serta mengetahui hubungan penyerapan tersebut dengan beberapa parameter adsorpsi. Penentuan kondisi optimum meliputi masa adsorben, pH, waktu kontak dan temperatur larutan. Hasil analisa menggunakan spektroskopi serapan atom (SSA) menunjukkan bahwa zeolit alam Karangnunggal tidak efektif untuk menyerap ion Mg dan Ca dalam larutan natrium silikat, tetapi zeolit tersebut dapat digunakan untuk menyerap ion Fe. Kondisi optimum penyerapan ion Fe dicapai dengan parameter waktu kontak selama 60 menit, massa zeolit sebanyak 3 gram, pH 3, dan pada temperatur ruang. Efisiensi adsorpsi tertinggi oleh karbon aktif pada larutan sodium silikat mencapai 88,43% untuk ion Al dan 41,6% untuk ion Fe.
Kata kunci : Pasir kuarsa, Natrium karbonat, Natrium silikat, Adsorpsi, Adsorben, Adsorbat, Zeolit, Karbon aktif
Preliminary Comparative Study on the Adsorption of Minor Elements in Sodium Silicate Solution
Research studies on the adsorption capacity of Karangnunggal natural zeolite and activated carbon as a sorbent in solution of sodium silicate has been done. This study aims to determine the efficiency of adsorption of the zeolite and activated carbon to a solution of sodium silicate impurity elements such as Ca, Mg, Fe and Al and to know the relationship between the adsorption of the zeolite and activated carbon with the adsorption parameters. Determination of optimum conditions include the mass of adsorbent, pH, contact time and temperature of solution. Results of analysis using atomic absorption spectroscopy (AAS) showed that Karangnunggal natural zeolite is not effective to adsorb Mg and Ca ions in sodium silicate solution, but zeolite can adsorb Fe ion. The optimum condition of Fe ion absorption is achieved with contact time parameters for 60 minutes, the mass of zeolite is used as much as 3 gram, pH 3, and at room temperature. The highest adsorption efficiency by activated carbon on sodium silicate solution reached 88.43% for the Al ion and 41.6% for Fe ion.
viii |Majalah Metalurgi, V 27.1.2012, ISSN 0216-3188 METALURGI (Metallurgy)
ISSN 0216 – 3188 Vol 27 No. 1 April 2012 Kata Kunci bersumber dari artikel. Lembar abstrak ini boleh diperbanyak tanpa izin dan biaya.
UDC (OXDCF) 530.0285
Ika Kartika (Pusat Penelitian Metalurgi - LIPI)
Fenomena Dynamic Strain Aging pada Proses Tempa Panas Paduan Co-33Ni-20Cr-10Mo
Metalurgi, Vol 27 No. 1 April 2012
Pada penelitian ini, telah dilakukan proses tempa panas terhadap bahan paduan Co-33Ni-20Cr-10Mo pada selang temperatur 700-900 ºC, laju regangan (έ) berkisar antara 0,01-30 per detik dan regangan (ε) konstan sebesar 0,5 untuk mempelajari karakteristik deformasinya. Kurva tegangan regangan menunjukkan kecepatan pengerasan regangan pada temperatur tersebut. Pada temperatur 700-750 ºC, tegangan pada 0,2 % terlihat menurun dengan meningkatnya laju regangan, sementara pada temperatur 800-850 ºC, tegangan pada 0,2% tersebut tidak bergantung terhadap laju regangan. Sensitivitas laju regangan yang dihasilkan pada temperatur 700-900 ºC mempunyai nilai negatif yang menandakan bahwa interaksi dislokasi dengan atom terlarut telah terjadi pada selang temperatur tersebut. Interaksi antara atom terlarut dan kesalahan susun yang diikat oleh parsial Shockley merupakan fenomena dynamic strain aging (DSA) yang berasal dari segregasi Suzuki. DSA kemudian dikategorikan sebagai salah satu fenomena yang merugikan dalam proses pengerjaan panas dari paduan Co-33Ni-20Cr-10Mo.
Kata kunci : Paduan Co-33Ni-20Cr-10Mo, Sensitivitas laju regangan negatif, Dynamic strain aging (DSA), Tempa panas
Dynamic Strain Aging Phenomena of Co-33Ni-20Cr-10Mo Alloy During Hot Forging
In the present study, hot deformation characteristic in Co-33Ni-20Cr-10Mo superalloy was carried out by using hot compression test in the temperature range from 700-900 ºC and strain rates ranging from 0.01-30 s–1 with a constant strain 0.5. The flow curves showed high work hardening rate at those temperatures. At temperatures 700-750 ºC, the 0.2% flow stress decreased with increasing strain rate, while at temperatures 800-850 ºC, the 0.2% flow stress is independent of a strain rate. Negative strain rate sensitivity was obtained at temperatures 700-900 ºC, suggesting the dislocation solute interaction occurred in those temperature ranges. DSA come from Suzuki segregation; chemical interaction between solute atoms and stacking faults bonded by the shockley partials. DSA is categorized as one of catastrophic phenomena in a hot working process of Co-33Ni-20Cr-10Mo superalloy.
Abstrak | ix
Didin S.Winatapura, Yustinus M.P, Wisnu A.A, Deswita dan E. Sukirman (Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir (PTBIN) - BATAN)
Sifat Listrik Superkonduktor YBa2Cu3O7-x Hasil Proses Pelelehan dengan Dopant Ti
Metalurgi, Vol 27 No. 1 April 2012
Telah dilakukan pembuatan superkonduktor YBa2Cu3O7-x (YBCO) yang didoping Ti melalui proses modified melt textured growth (MMTG). Pembuatan cuplikan dilakukan melalui reaksi padatan dengan cara menambahkan serbuk Ti ke dalam prekursor YBCO dengan variasi komposisi 0,4 %berat, 0,7 %berat, 1,0 %berat dan 1,3 %berat. Proses pelelehan YBCO dilakukan pada 1100 C selama 12 menit, kemudian didinginkan dengan cepat ke 1000 C dan diikuti dengan pendinginan lambat ke 960 C. Identifikasi fasa di dalam cuplikan dilakukan dengan menganalisis pola difraksi sinar-X dengan metode Rietveld. Rapat arus, Jc dan suhu kritis, Tc diukur menggunakan four point probe (FPP). Struktur mikro dan komposisi fasa cuplikan diamati dengan scanning electron microscope (SEM) dan energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS). Hasil pengamatan menunjukkan bahwa cuplikan merupakan bahan superkonduktor Tc tinggi (STT). YBa2Cu3O 7-x/Ti - fasa 123 berstruktur kristal ortorombik dari grup ruang Pmmm no. 47. Rapat arus kritis, Jc cuplikan Y-0Ti diperoleh sekitar 67 A.cm-2 dan kemudian turun terus dengan kenaikan persentase doping Ti hingga Jc 4 A.cm-2. Menyusutnya harga Jc disebabkan Ti tidak dapat mencegah pertumbuhan fasa 211. Bila kandungan Ti bertambah, fasa 211 juga bertambah dengan distribusi tidak homogen dan tumbuh terus serta terbentuk retakan mikro yang sejajar dan memotong butiran YBCO. Akibatnya, fasa YBCO berukuran lebih pendek dan kecil dibandingkan fasa YBCO tanpa doping Ti. Demikian juga, dengan bertambahnya kandungan Ti menyebabkan suhu kritis (Tc) berkurang dari 365 C menjadi 350 C.
Kata kunci : Doping, MMTG, Rapat arus kritis, Suhu kritis, Pertumbuhan butir
Electrical Characterictic of YBa2Cu3O7-x Superconductor Doped by Ti Using Melting Process
Synthesis of YBa2Cu3O7-x (YBCO) superconductor which is doped by Ti using modified melt-textured growth (MMTG) method has been done. The specimen was made by solid state reaction by adding Ti powder to precursor of YBCO result with composition variation (in weight %) of 0.4, 0.7, 1 and 1.3. The melt process of YBCO was done at 1100 C for 12 minutes then cooled rapidly to 1000 C followed by slow cooling to 960 C. Identification of the specimen phase was verified using x-rays diffraction (XRD) and followed by Rietveld method analysis. The critical temperature, Tc and current density, Jc were measured by means of four point probe (FPP). The microstructure and chemical composition of the specimen were observed using scanning electronmicroscope (SEM) and energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS). The result shows that the specimen was YBa2Cu3O7-x high Tc superconductor of 123-phase having orthorhombic crystal structure of Pmmm no. 47 space group. The critical current density, Jc of the specimen was obtained about 67 A.cm-2 and then decreased continuously with increasing of Ti dopant till Jc 4 A.cm-2. Decreasing of Jc caused by Ti can not prevent the growth of 211 phases. In increasing Ti content, 211 phases also increase with unhomogeneous distribution and continue to grow. There is also formation of microcracks parallel to and crossing the YBCO grains. As a result, YBCO have smaller and shorter grain size compared to YBCO grain without Ti doping. Increasing of Ti content also cause decrease from 365 C to 350 C.
x |Majalah Metalurgi, V 27.1.2012, ISSN 0216-3188 METALURGI
(Metallurgy)
ISSN 0216 – 3188 Vol 27 No. 1 April 2012 Kata Kunci bersumber dari artikel. Lembar abstrak ini boleh diperbanyak tanpa izin dan biaya.
UDC (OXDCF) 546.3
Hadi Suwarno (Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir – BATAN)
Percobaan Pengisian-Pengeluaran Hidrogen Sebuah Tangki Simpan Hidrogen Padat
Metalurgi, Vol 27 No. 1 April 2012
Menyimpan hidrogen dalam bentuk padat sebagai paduan metal hidrid merupakan metoda baru untuk keperluan bahan bakar kendaraan transportasi karena memiliki densitas yang lebih besar. Sebuah tangki simpan hidrogen dengan volume sekitar 1 liter berisi serbuk nano partikel Mg2Ti5Fe6 sekitar 700 gram telah dirakit menjadi satu kesatuan dan diuji unjuk kerjanya serta dibandingkan dengan tangki kosong bervolume yang sama. Pengisian dan pengeluaran hidrogen ke dalam/luar tangki dilakukan pada suhu kamar dengan tekanan bervariasi 2, 6,5 dan 8 bar. Dari hasil percobaan diperoleh bahwa rasio kapasitas serapan hidrogen tangki berisi serbuk nano partikel Mg2Ti5Fe6 terhadap tangki kosong berturut-turut 1,3, 2,3 dan 2,8. Percobaan serapan hidrogen pada tekanan lebih tinggi tidak dapat dilakukan karena keterbatasan sarana, namun apabila tekanan dalam tangki diperbesar, maka kapasitas serapan hidrogen masih akan bertambah. Dari penelitian ini ditunjukkan bahwa percobaan awal penyimpanan-pengeluaran hidrogen padat dari tangki telah berhasil baik. Penelitian lanjutan dalam bentuk pemanfaatannya di fuel cell sedang direncanakan.
Kata kunci : Nano partikel, Metal hidrid, Hydrogen storage, Pengisian-pengeluaran
Research of Charging-Discharging Hydrogen of Solid Hyrogen Storage Tank
Storing hydrogen in the form of metal-hydride is one of the most promising fuels for transport vehicles because of its high gravimetric density. A solid hydrogen storage tank with the volume of tank about one liter containing about 700 g of nano powders Mg2Ti5Fe6 alloy has been fabricated for performing the hydrogen charging-discharging cycles. Charging-discharging of hydrogen into/out from the tank is conducted at room temperature at the varied pressure of 2, 6.5 and 8 bars. It is exhibited that the ratio of hydrogen capacity of the tank containing Mg2Ti5Fe6 nano particle to the empty tank is 1.3, 2.3 and 2.8, respectively. Charging experiment at higher pressure could not be conducted due to the limit of facility. It is predicted that at higher pressure the hydrogen capacity of the tank will be increased. From the experimental results it is concluded that the preliminary study on charging-discharging solid state hydrogen has been done successfully. Further examination in the form of its application in the fuel cell is being scheduled.
Abstrak | xi
Sulistioso Giat Sukaryo dan Wisnu Ari Adi (Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir – BATAN) Pembentukan Nanopartikel Paduan CoCrMo dengan Metoda Pemaduan Mekanik
Metalurgi, Vol 27 No. 1 April 2012
Metoda pemaduan mekanik adalah reaksi padatan dari beberapa logam dengan memanfaatkan proses deformasi untuk membentuk suatu paduan. Pada penelitian ini dibuat paduan Co-Cr-Mo dengan proses wet milling dengan variasi waktu milling selama 3, 5, 10, 20, dan 30 jam. Proses wet milling sangat efektif untuk mencegah terjadinya oksidasi dan juga memicu pembentukan paduan Co-Cr-Mo dengan baik. Hasil XRD
menunjukkan bahwa telah terjadi pertumbuhan fasa γ pada durasi milling 3, 5, 10, 20, dan 30 jam, berturut-turut sebesar 42,80 %; 67,61 %; 82,94 %, 84,63 % dan 88,92 %. Ukuran kristalit fasa γ sebesar 25,9 nm ; 12,5 nm ; 5,1 nm dan 4,9 nm seiring dengan meningkatnya waktu milling. Disimpulkan bahwa telah berhasil dilakukan pembuatan paduan nanokristalin Co-Cr-Mo dengan metode pemaduan mekanik lebih dari 85 % dengan waktu milling minimum selama 30 jam.
Kata kunci : Paduan Co-Cr-Mo, Pemaduan mekanik, Nano-kristalin
Manufacturing of Co-Cr-Mo Alloy Nano-Particle by Using Mechanical Alloying
Synthesis of Co-Cr-Mo nano-crystalline by mechanical alloying has been carried out. Mechanical alloying is a solid state reaction of some metals by utilizing the deformation process to form an alloy. In this research, parameter milling time used for making Co-Cr-Mo alloy by wet milling process is 3, 5, 10, 20 and 30 h. Wet milling process is very effective to prevent oxidation and triggers the formation of fine Co-Cr-Mo alloys. Results of XRD pattern refinement shows that Co-Cr-Mo alloys was growth by percentage approximately around 42.80 %, 67.61 %, 82.94 %, 84.63 % and 88.92 % for milling time 3, 5, 10, 20, and 30 h, respectively. Otherwise, crystalline size measurement after milling time 5, 10, 20, and 30 h obtained around 25.9 nm, 12.5 nm, 5.1 nm and 4.9 nm, respectively. This research concluded that the optimum milling time could obtained synthesizes nano-crystalline of Co-Cr-Mo alloy more than 85 % is 30 h.
E-mail : [email protected]
Masuk tanggal : 23-02-2012, revisi tanggal : 12-03-2012, diterima untuk diterbitkan tanggal : 21-03-2012
Intisari
APLIKASI SEVERE PLASTIC DEFORMATION (SPD) DAN HEAVY COLD ROLLING PADA BAJA
TAHAN KARAT AUSTENITIK 316L. Untuk meningkatkan kekuatan baja tahan karat austenitik,
penghalusan butir sampai ukuran submikron (ultra fine grain) merupakan metoda yang efektif. Tulisan ini melaporkan aplikasi severe plastic deformation (SPD) menggunakan equal channel angular pressing (ECAP) dan aplikasi heavy cold rolling terhadap baja tahan karat austenitik SS 316L. Hasil percobaaan menunjukkan bahwa sifat mekanik baja tahan karat austenitik 316L dapat ditingkatkan secara signifikan masing-masing dengan kedua teknik tersebut. ECAP pass 1 (single pass) dengan regangan 0,65 dapat meningkatkan kekuatan tarik baja tahan karat austenitik 316L menjadi 1,6 kali lipat, sedangkan heavy cold rolling 80 % dengan regangan 1,65 dapat meningkatkan kekuatan tarik menjadi 2,1 kali lipat. Pemanasan anil pada suhu 750°C menurunkan kekuatan tarik menjadi 1055,14 MPa tetapi nilai tersebut masih jauh lebih tinggi dari kekuatan tarik pada kondisi awal (solution treatment) sebesar 655,53 Mpa.
Kata kunci : Baja tahan karat austenitik, Penghalusan butir, Severe plastic deformation, Equal channel angular pressing, Heavy cold rolling
Abstract
THE APPLICATION OF SEVERE PLASTIC DEFORMATION (SPD) AND HEAVY COLD ROLLING OF AUSTENITIC STAINLESS STEEL 316L. The grain refinement down to ultrafine sizes is the efective method for strengthening of austenitic stainless steel. This paper reports the application of severe plastic deformation (SPD)using equal channel angular pressing (ECAP) and the application of heavy cold rolling on the austenitic stainless steel (SS) 316L. The experimental results showed that the mechanical properties of SS 316L can be increased significantly by these two techniques. The single pass-ECAP with 0.65 strain increased tensile strength of SS 316L by 1.6 times, whereas heavy cold rolling with 80% reduction and 1.65 strain increased tensile strength by 2.1 times. The annealing treatment at 750 °C decreased tensile strength of 80 % cold rolled-SS 316L down to 1055.14 Mpa, however this value is still much larger compared to that of solution treated ones of 655.53 Mpa.
Keywords : Austenitic stainless steel, Grain refinement, Severe plastic deformation, Equal channel angular pressing, Heavy cold rolling
PENDAHULUAN
Baja tahan karat austenitik (SS 3xx) banyak digunakan di berbagai aplikasi karena memiliki ketahanan korosi, ketangguhan dan mampu las yang bagus. Akan tetapi baja tahan karat austenitik memiliki kekuatan luluh (yield strength) yang rendah sehingga membatasi aplikasi
8 | Majalah Metalurgi, V 27.1.2012, ISSN 0216-3188/ hal 7-14
grained/UFG (100-500 nm) atau nano
meter (<100 nm) untuk memaksimalkan efek penguatan pada material[6-7]. Material dengan struktur submikron/nano memiliki sifat yang jauh lebih tinggi dari pada material konvensional yang memiliki struktur /butiran yang besar (coarse grain). Saat ini terdapat empat teknik untuk mendapatkan material struktur nano[8-9], yaitu: konsolidasi serbuk nanopartikel; deposisi kimia, fisika dan elektrokimia; kristalisasi material amorf; dan deformasi sangat plastis. Di antara teknik-teknik tersebut, deformasi sangat plastis merupakan teknik yang paling banyak mendapat perhatian karena menghasilkan material yang bebas porositas, 100% padat dengan ukuran benda kerja yang relatif cukup besar untuk aplikasi struktur komersial[8,10,11]. Deformasi sangat plastis
(severe pla stic deformation / SPD)
merupakan proses pengerjaan logam yang memberikan regangan yang sangat besar tanpa merubah penampang melintang benda kerja[12]. Hal ini sangat berbeda dengan proses pengerjaan logam konvensional dimana logam mengalami perubahan penampang melintang setelah dideformasi. SPD menghasilkan logam/paduan berstruktur submikron/nano dan memiliki densitas dislokasi yang tinggi sehingga mempunyai kekuatan mekanik yang jauh lebih tinggi (sampai 200%) dibandingkan logam/paduan yang berbutir besar yang dihasilkan oleh metoda deformasi konvensional seperti pengerolan, ekstrusi dan lain-lain[12-13].
Equal channel angular pressing (ECAP)
merupakan metoda SPD yang paling efisien dan banyak mendapat perhatian untuk pengembangan material struktur nano [14]. ECAP memiliki lubang cetakan yang membentuk sudut sehingga material mengalami regangan geser tetapi penampang melintang material dipertahankan tidak berubah setelah keluar dari cetakan[15-16].
Teknik lain untuk struktur butiran yang halus terutama untuk aplikasi pada baja tahan karat austenitik adalah advanced
thermomechanical process, yang meliputi pengerolan dingin konvensional dan anil[17]. Tetapi karena melibatkan % reduksi yang sangat besar, teknik ini disebut juga heavy cold rolling dan
annealing. Teknik ini lebih cocok
dibandingkan ECAP untuk diaplikasikan terutama pada pengembangan produk pelat berkekuatan tinggi. Baja tahan karat austenitik dapat dirol dalam keadaan dingin sampai reduksi yang sangat besar bahkan sampai lebih dari 90 % karena baja ini memiliki struktur kristal FCC yang memiliki jumlah sistem slip yang lebih banyak dari pada struktur kristal BCC yang dimiliki oleh baja feritik. Pada suhu kamar baja tahan karat austenitik memiliki fasa austenit yang metastabil secara termodinamik, yang dapat ditransformasikan menjadi fasa martensit
(strain-induced martensite) dengan
deformasi pada suhu di bawah Md30.
Melalui pemanasan anil martensit ini kemudian dapat dikembalikan menjadi austenit dengan butiran yang lebih halus dari austenit awal.
Beberapa percobaan ECAP terhadap CP-Ti (commercial purity titanium) yang memiliki struktur kristal yang sama dengan baja tahan karat austenitik (FCC) telah dilakukan dan dipublikasikan oleh penulis[18-19]. Pada tulisan ini dilaporkan hasil percobaan masing-masing teknik ECAP dan heavy cold rolling-annealing
terhadap baja tahan karat austenitik 316L. Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui perubahan kekuatan tarik dan struktur mikro baja tahan karat austenitik 316L setelah diaplikasikan masing-masing kedua teknik tersebut.
PROSEDUR PERCOBAAN
Material
Aplikasi Severe Plastic…../ Efendi Mabruri| 9
(12,7 mm). Sedangkan untuk percobaaan
rolling, dibuat sampel berukuran 5 x 12 x 70 mm (tebal x lebar x panjang). Sebelum dilakukan percobaan ECAP atau heavy
cold rolling, semua sampel dilakukan
pemanasan solution treatment pada suhu 1200 °C selama 30 menit untuk menjamin struktur austenitik yang seragam.
Tabel 1. Komposisi baja tahan karat austenitik 316L
yang digunakan di dalam penelitian berdasarkan analisa OES dengan diameter tertentu yang membentuk sudut yaitu sudut dalam dan sudut busur lengkung terluar (sudut luar) . Regangan yang diterima sampel setelah melalui lubang ECAP sejumlah N kali pass
diberikan oleh formula berikut[16] :
Pada percobaan ini dies untuk ECAP didisain memiliki rongga internal berukuran diameter 14 mm dan bersudut dalam =120° dan susut luar =7°. Susunan alat ECAP yang digunakan ditampilkan pada Gambar 1. Percobaan ECAP dilakukan dengan memasukkan sampel ke dalam lubang dies ECAP kemudian ditekan oleh penekan (punch) sampai seluruh bagian sampel melewati belokan (sudut) lubang dies. Penekanan
punch dilakukan oleh mesin pres hidrolik
Gambar 1. Susunan alat ECAP yang memiliki lubang dalam membentuk sudut 120°
Heavy Cold Rolling dan Annealing
Percobaan pengerolan dilakukan dengan bertahap (multi pass rolling) pada suhu kamar dengan prosentasi reduksi tebal maksimal 84 %. Ketebalan pelat berkurang dari 5 mm menjadi sekitar 0,7 mm. Setelah dilakukan pengerolan, kemudian sampel dilakukan pemanasan anil pada suhu 600, 683 dan 750 °C di dalam tungku
fluidized bed yang dialiri gas Argon UHP
(ultra high purity). Sampel kemudian
dilakukan pengujian kekerasan, pengujian tarik dan struktur mikro. Skema proses
rolling dan annealing ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Skema proses rolling dan annealing
10 | Majalah Metalurgi, V 27.1.2012, ISSN 0216-3188/ hal 7-14 HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 3. Gambar mikroskop optik struktur mikro baja tahan karat 316L sebelum ECAP (awal) dan setelah
ECAP pass 1 (ε =0,65)
Gambar 4. Gambar SEM struktur mikro baja tahan karat 316L setelah ECAP pass 1
Gambar 3 menunjukkan struktur mikro baja tahan karat austenitik 316 L awal sebelum dideformasi (kondisi solution
treatment) dan struktur mikro setelah
ECAP pass 1 (single pa ss). Secara kualitatif, dari gambar tersebut terlihat perbedaan struktur butiran yang cukup signifikan dimana struktur mikro sampel ECAP memiliki butiran relatif lebih kecil dan memanjang akibat deformasi ECAP. Penurunan ukuran butiran ini berkaitan dengan regangan plastis yang besar yang diterima sampel. Pada percobaan ini die ECAP yang didisain memberikan regangan 0,65 untuk satu kali pass. Butiran-butiran kasar dipecah dengan terbentuknya pita-pita geser (shear band) yang terbentuk akibat regangan plastis. Secara umum defromasi plastis terjadi karena terjadi pergeseran bidang atom melalui bidang slip atau terbentuknya kembaran deformasi
(deformation twin). Gambar 4 merupakan gambar SEM yang menunjukkan adanya kembaran deformasi pada sampel baja tahan karat 316L setelah ECAP pa ss 1. Karena baja tahan karat 316L memiliki SFE (stacking faults energy) yang rendah, mekanisme kembaran deformasi akibat pengerjaan dingin pada baja tahan karat 316L mendominasi daripada mekanisme slip seperti ditunjukkan oleh Gambar 4.
Heavy cold rolling dengan reduksi 80 %
pada sampel 316L menghasilkan pelat tanpa cacat rol dengan penurunan ketebalan yang signifikan dari 5 mm menjadi sekitar 0,8 mm dengan panjang sekitar empat kali panjang awal seperti ditunjukkan pada Gambar 5. Kemampuan menerima regangan yang besar pada baja 316 L ini dikaitkan dengan struktur kristal yang dimiliki yaitu FCC yang memiliki 12 sistem slip dibandingkan dengan struktur
Aplikasi Severe Plastic…../ Efendi Mabruri| 11
80 % dan setelah pemanasan anil pada suhu 600, 683 dan 750 °C ditampilkan pada Gambar 6. Struktur mikro setelah pengerolan dingin 80 % menunjukkan struktur elongasi yang berlipat-lipat akibat deformasi yang besar. Dari gambar mikroskop optik tersebut belum dapat diamati terjadinya transformasi martensit akibat regangan pengerolan. Setelah dilakukan anil, struktur mikro terlihat mengalami perubahan yaitu struktur elongasi yang semakin membesar.
Gambar 5. Sampel baja tahan karat 316 L
sebelum dan sesudah pengerolan dingin 80 %
regangan 0,65) meningkat lebih dari 2 kali dari kekerasan sebelumnya. Peningkatan kekerasan ini merupakan efek kombinasi dari penurunan ukuran butir berdasarkan relasi Hall-Petch dan peningkatan densitas dislokasi akibat regangan geser selama proses ECAP. Untuk nilai kekerasan (HB) sampel yang dilakukan pengerolan dingin ditampilkan pada Gambar 8. Dari gambar tersebut terlihat bahwa secara umum kekerasan baja 316L meningkat dengan meningkatnya prosentasi reduksi pengerolan dingin. Kekerasan baja 316L meningkat tajam sampai reduksi sekitar 50 % dan peningkatan kekerasan melandai pada reduksi dari 50 % ke atas. Analisis awal dari kecenderungan seperti ini adalah bahwa pada reduksi awal sampai sekitar 50 % terjadi dua kemungkinan yang dominan dibandingkan pada reduksi 50 % ke atas, yaitu peningkatan yang tajam pada densitas dislokasi dan peningkatan yang tajam pada pembentukan fasa martensit. Sehingga selanjutnya diperkirakan bahwa pada reduksi di atas 50 % peningkatan jumlah dislokasi dan fasa martensit sudah bergerak lambat menuju titik maksimum.
12 | Majalah Metalurgi, V 27.1.2012, ISSN 0216-3188/ hal 7-14
Kekuatan tarik maksimum (UTS) untuk sampel baja tahan karat austenitik 316L pada kondisi awal (solution treatment), setelah ECAP pass 1, setelah pengerolan dingin 80 % dan setelah anil disajikan pada Gambar 9. Dari gambar tersebut terlihat 655,53 Mpa menjadi 1401,99 Mpa setelah dilakukan pengerolan dingin 80 % (regangan 1,65). Peningkatan kekuatan tarik yang tajam pada sampel ECAP dan rol-80% ini biasanya dibarengi dengan penurunan keuletan (% elongasi). Pemanasan anil tentunya akan memperbaiki keuletan (meningkatkan % elongasi). Dari Gambar 9 perlakuan anil terhadap sampel rol-80% menurunkan kekuatan tarik dan semakin tinggi suhu anil kekuatan tariknya semakin menurun. Pemanasan anil pada suhu 750 oC menurunkan kekuatan tarik menjadi 1055,14 MPa tetapi nilai tersebut masih relatif jauh lebih tinggi dari kekuatan tarik pada kondisi awal (solution treatment) sebesar 655,53 Mpa dan tentunya dengan harga % elongasi yang lebih tinggi dari pada sampel rol-80% tanpa anil. Suhu pemanasan anil harus dipilih agar mendapatkan kombinasi yang bagus antara kekuatan tarik yang masih tinggi dan
keuletan yang dapat diterima untuk aplikasi struktur.
Awal Roll 23% Roll 51% Roll 67% Roll 84%
Sampel
karat austenitik 316L sebelum dan sesudah pengerolan dingin
sampel baja tahan karat austenitik 316L
KESIMPULAN
Dari percobaan yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa sifat mekanik baja tahan karat austenitik 316L dapat ditingkatkan secara signifikan masing-masing dengan teknik ECAP (equal
channel angular pressing) dan teknik
heavy cold rolling. Teknik ECAP pass 1 dengan regangan 0,65 dapat meningkatkan kekuatan tarik baja tahan karat austenitik 316L menjadi 1,6 kali lipat, sedangkan
Aplikasi Severe Plastic…../ Efendi Mabruri| 13 UCAPAN TERIMAKASIH
Penelitian ini dibiayai oleh kegiatan
In-House Research Pusat Penelitian Metalurgi
(P2M) LIPI. Penulis mengucapkan terima kasih kepada teknisi Laboratorium Rekayasa dan Karakterisasi Material Bidang Metalurgi Fisik dan Manufaktur, P2M-LIPI yang telah membantu pelaksanaan penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1] J.R. Davis. 1994. Stainless Steel: ASM Specialty Handbook : Metals Park, O. [2] A.F. Padilha, R.L. Plaut, P.R. Rios. N.A.Krasilnikov. 2004. Mater. Sci. Eng. : A387–A389, 244. Engineering. : 28 (11), 683-686. [17]R. Song, D. Ponge, D. Raabe, J.G.
Speer, D.K. Matlock. 2006. Mater. Sci. Eng. :A441, 1–17.
[18]E.Mabruri, B.Sriyono, S.Mulyaningsih, Solihin. 2010. ,,Penghalusan Butir Titanium Murni untuk Aplikasi Biomedis dengan teknik Equal Channel Angular Pressing”. Majalah Metalurgi. : 25 (1).
[19]E.Mabruri, B.Sriyono, S.Mulyaningsih, Solihin. 2009. ,,Pemrosesan CP-Ti Struktur Ultra Halus dengan Deformasi Sangat Plastis Menggunakan Teknik Equal Channel Angular Pressing (ECAP)”.
Prosiding Seminar Material
Metalurgi. Indonesia.
RIWAYAT PENULIS
Efendi Mabruri, Lulus Sarjana Teknik
Indeks |
B
Bintang Adjiantoro 1
D
Deswita 35
Didin S.Winatapura 35
E
E. Sukirman 35 Efendi Mabruri 1, 7 Eko Sulistiyono 15
F
F. Firdiyono 15
H
Hadi Suwarno 43
I
Ika Kartika 27
Iwan Dwi Antoro 15
M
Murni Handayani 15
S
Sulistioso Giat Sukaryo 51
W
Wisnu A.A 35, 51
Y
Indeks |
Charging-discharging 43 Chemical purification 1
Co-33Ni-20Cr-10Mo alloy 27
Dynamic strain aging (DSA) 27, 28, 30, 32
E
Equal channel angular pressing 7, 8, 12,13
G
Negative strain rate sensitivity 27| | Majalah Metalurgi, V 27.1.2012, ISSN 0216-3188
Q
Quartz sand 15
R
Rapat arus kritis 35, 36, 37, 38, 39, 40
S
Sensitivitas laju regangan negatif 27 Severe plastic deformation 7, 8 Silikon tingkat metalurgi 1
Suhu kritis 35, 36, 38, 40
T
Tempa panas 27, 28, 29, 32
Z
1. Penulis yang berminat menyumbangkan hasil karyanya untuk dimuat di dalam majalah Metalurgi, diharuskan mengirim naskah asli dalam bentuk final baik hardcopy atau softcopy (dalam file doc), disertai pernyataan bahwa naskah tersebut belum pernah diterbitkan atau tidak sedang menunggu penerbitannya dalam media tertulis manapun. 2. Penulis diminta mencantumkan nama tanpa gelar, afiliasi kedudukan dan alamat emailnya
setelah judul karya tulisnya, dan ditulis dengan Times New Roman (TNR), jarak 1 spasi, font 12.
3. Naskah harus diketik dalam TNR font 12 dengan satu (1) spasi. Ditulis dalam bentuk hardcopy dengan kertas putih dengan ukuran A4 pada satu muka saja. Setiap halaman harus diberi nomor dan diusahakan tidak lebih dari 30 halaman
4. Naskah dapat ditulis dalam bahasa Indonesia atau bahasa Inggris, harus disertai dengan judul yang cukup ringkas dan dapat melukiskan isi makalah secara jelas. Judul ditulis dalam bahasa Indonesia dan bahasa Inggris dengan huruf kapital menggunakan TNR font 14 dan ditebalkan. Untuk yang berbahasa Indonesia, usahakanlah untuk menghindari penggunaan bahasa asing.
5. Isi naskah terdiri dari Judul naskah, Nama Pengarang dan Institusi beserta email, Intisari/Abstract, Pendahuluan, Tata Kerja/Prosedur Percobaan, Hasil Percobaan, Pembahasan, Kesimpulan dan Saran, Daftar Pustaka, Ucapan Terimakasih dan Riwayat Hidup. Pakailah bahasa yang baik dan benar, singkat tapi cukup jelas, rapi, tepat dan informatif serta mudah dicerna/dimengerti. Sub judul ditulis dengan huruf kapital TNR font 12, ditebalkan tanpa penomoran urutan sub judul, misalnya :
PENDAHULUAN
PROSEDUR PERCOBAAN, dan seterusnya.
6. Naskah harus disertai intisari pendek dalam bahasa Indonesia dan abstract dalam bahasa Inggris ditulis TNR 10 jarak 1 spasi diikuti dengan kata kunci/keywords ditulis miring. Isi dari intisari/abstract merangkum secara singkat dan jelas tentang :
Tujuan dan Ruang Lingkup Litbang
Metoda yang Digunakan
Ringkasan Hasil
Kesimpulan
7. Isi pendahuluan menguraikan secara jelas tentang :
Masalah dan Ruang Lingkup
Status Ilmiah dewasa ini
Hipotesis
Cara Pendekatan yang Diharapkan
Hasil yang Diharapkan
8. Tata kerja/prosedur percobaan ditulis secara jelas sehingga dapat dipahami langkah- langkah percobaan yang dilakukan.
9. Hasil dan pembahasan disusun secara rinci sebagai berikut :
PANDUAN BAGI PENULIS
diberi tanda titik .
Contoh : Tabel 1. Harga kekerasan baja SS 316L
Penulisan keterangan gambar ditulis di bawah gambar, rata kiri dengan TNR 10 jarak 1 spasi, format “in line with text”. Kata gambar ditulis tebal. Akhir ketrangan tidak diberi tanda titik.
Contoh : Gambar 1. Struktur mikro baja SS 316L
Pada bagian pembahasan terlihat adanya kaitan antara hasil yang diperoleh dengan konsep dasar dan atau hipotesis
Kesesuaian atau pertentangan dengan hasil litbang lainnya
Implikasi hasil litbang baik secara teoritis maupun penerapan 10.Kesimpulan berisi secara singkat dan jelas tentang :
Esensi hasil litbang
Penalaran penulis secara logis dan jujur, fakta yang diperoleh
11.Penggunaan singkatan atau tanda-tanda diusahakan untu memakai aturan nasional atau internasional. Apabila digunakan sistem satuan maka harus diterapkan Sistem Internasional (SI)
12.Kutipan atau Sitasi
Penulisan kutipan ditunjukkan dengan membubuhkan angka (dalam format superscript) sesuai urutan.
Angka kutipan ditulis sebelum tanda titik akhir kalimat tanpa spasi, dengan tanda kurung siku dan tidak ditebalkan (bold).
Jika menyebut nama, maka angka kutipan langsung dibubuhkan setelah nama tersebut.
Tidak perlu memakai catatan kaki.
Urutan dalam Daftar Pustaka ditulis sesuai dengan nomor urut kutipan dalam naskah.
Contoh: Struktur mikro baja SS 316L[2].
13.Penyitiran pustaka dilakukan dengan memberikan nomor di dalam tanda kurung. Daftar pustaka itu sendiri dicantumkan pada bagian akhir dari naskah. Susunan penulisan dari pustaka sebagai berikut :
1. Buku dengan satu pengarang atau dua pengarang (hanya nama pengarang yang dibalik) :
[1] Peristiwady, Teguh. 2006. Ikan-ikan Laut Ekonomis Penting di Indonesia : Petunjuk Identifikasi. Jakarta : LIPI Press.
[2] Bambang, Dwiloka dan Ratih Riana. 2005. Teknik Menulis Karya Ilmiah. Jakarta : Rineka Cipta.
2. Buku dengan tiga pengarang atau lebih
[1] Suwahyono, Nurasih dkk. 2004. PedomanPenampilan Majalah Ilmiah Indonesia. Jakarta : Pusat Dokumentasi dan Informasi Ilmiah, LIPI.
3. Buku tanpa nama pengarang, tapi nama editor dicantumkan.
[1] Brojonegoro, Arjuno dan Darwin (Ed.). 2005. Pemberdayaan UKM melalui Program Iptekda LIPI, Jakarta : LIPI Press.
4. Buku tanpa pengarang, tapi ditulis atas nama Lembaga.
[1] Pusat Bahasa Departemen Pendidikan dan Nasional. 2006. Kamus Besar bahasa
LEMBAGA ILMU PENGETAHUAN INDONESIA
P U S A T P E N E L I T I A N M E T A L U R G I
Indonesia Jakarta : Balai Pustaka.
5. Artikel dari Jurnal/majalah dan koran (bila tanpa pengarang)
[1] Haris, Syamsudin. 2006.,,Demokratisasi Partai dan Dilema Sistem Kepartaian di Indonesia”. Jurnal Penelitian Politik.: 67-76 Jakarta.
6. Artikel dari bunga rampai
[1] Oetama, Yacob. 2006.,, Tradisi Intelektualitas, Taufik Abdullah, Jurnalisme
Makna”. Dalam A.B. Lapian dkk. (Ed.), Sejarah dan Dialog Peradaban. Jakarta : LIPI Press.
7. Bahan yang belum dipublikasikan atau tidak diterbikan
[1] Wijana, I dewa Putu. 2007.,,Bias Gender pada Bahasa Majalah Remaja”. Tesis,
Fakultas Ilmu Budaya Yogyakarta : Universitas Gajah Mada.
8. Bahan yang belum dipublikasikan atau tidak diterbikan
[1] Wijana, I dewa Putu. 2007.,,Bias Gender pada Bahasa Majalah Remaja”. Tesis, Fakultas Ilmu Budaya Yogyakarta : Universitas Gajah Mada.
9. Tulisan Bersumber dari Internet
[1] Rustandy, Tandean. 2006 “Tekan Korupsi Bangun Bangsa”.
(http://www.kpk.go.id/modules/news/article.php?storyid=1291, diakses 14 Januari 2007)
14.Ucapan terimakasih ditulis dengan huruf kapital TNR font 12 dan ditebalkan. Isi dari ucapan terimakasih ditulis dengan TNR 12 dan spasi 1.
15.Naskah yang dinilai kurang tepat untuk dimuat di dalam majalah akan dikirim kembali kepada penulis. Saran-saran akan diberikan apabila ketidak tepatan tersebut hanya disebabkan oleh format atau cara penyajian.
16.Penulis bertanggung jawab penuh atas kebenaran naskahnya.
17.Setiap penerbitan tidak ada dua kali atau lebih penulis utama yang sama. Apabila ada, salah satu naskahnya penulis utama tersebut ditempatkan pada penulis kedua.
