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 : metalurgi_magz@yahoo.com
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 YBa
2Cu
3O
7-xHasil 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 0216-3188METALURGI (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
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 0216-3188METALURGI (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
x |
Majalah Metalurgi, V 27.1.2012, ISSN 0216-3188METALURGI (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 : pepeng2000@yahoo.com
Masuk tanggal : 25-01-2012, revisi tanggal : 12-03-2012, diterima untuk diterbitkan tanggal : 21-03-2012
Intisari
FENOMENA DYNAMIC STRAIN AGING PADA PROSES TEMPA PANAS PADUAN
Co-33Ni-20Cr-10Mo. 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 detikdan 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
Abstract
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.
Keywords : Co-33Ni-20Cr-10Mo alloy, Negative strain rate sensitivity, Dynamic strain aging (DSA), Hot forging
PENDAHULUAN
Paduan Co-Ni-Cr-Mo sangat banyak
diaplikasikan pada temperatur tinggi yaitu
berkisar antara 700-800 °C, seperti
piringan dalam turbin gas dan
logam-logam untuk katup diapraghma. Paduan
Co-Ni-Cr-Mo memiliki kekuatan yang
sangat tinggi pada temperatur elevasi yang
diakibatkan oleh fenomena
dynamic strain
aging
(DSA). DSA dalam paduan tersebut
disebabkan oleh efek Suzuki ; yaitu atom
terlarut yang bersegregasi dalam
atom-atom yang mengalami kesalahan tumpuk
(
stacking fault
) dan diikat oleh dislokasi
yang berdisosiasi (
Shockley partials
)
[1].
28 |
Majalah Metalurgi, V 27.1.2012, ISSN 0216-3188/ hal 27-34menghasilkan
harga
sensitivitas
laju
regangan yang kecil atau negatif
[2]. Remy
dan tim mempelajari bahwa kurva aliran
yang bergerigi, kekuatan yang sangat
bergantung terhadap temperatur operasi,
tidak normalnya ketergantungan antara laju
regangan dengan tegangan alir (DSA)
dalam paduan berbasis Co-Ni adalah
disebabkan oleh segregasi Suzuki
[3-4]. Han
dan tim mempelajari dalam paduan MP19
pada temperatur 450-670 °C bahwa
peningkatan lebar dari dislokasi yang
berdisosiasi dan besar serta banyaknya
kesalahan susunan atom (
stacking faults
)
setelah deformasi pada temperatur tinggi,
bila dibandingkan dengan deformasi dalam
temperatur kamar adalah diakibatkan oleh
penurunan energi salah susun (
stacking
fault energy-SFE
) yang diakibatkan oleh
segregasi
Suzuki
atau
fenomena
penguncian Cotrell (
Cotrell pinning
)
[5].
Tujuan dari penelitian ini adalah
menjelaskan
perubahan
strukturmikro
akibat pengaruh temperatur, laju regangan
dan
regangan
dihubungkan
dengan
karakteristik dislokasi untuk terjadinya
DSA.
PROSEDUR PERCOBAAN
Komposisi kimia dari bahan paduan
yang digunakan dalam percobaan ini
ditunjukkan dalam Tabel 1. Pelat paduan
Co-33Ni-20Cr-10Mo yang diperoleh dari
SII Co. dengan ketebalan 13 mm yang
akan digunakan untuk proses tempa panas,
dipotong dengan
wire cutting
menjadi
bentuk silinder dengan ukuran diameter 8
mm dan panjang 12 mm. Spesimen
tersebut kemudian dianil pada T = 1050 °C
selama 12 jam untuk menghomogenkan
struktur dalam paduan tersebut. Tungku
vakum yang digunakan untuk proses
aniling adalah DAIA jenis IT-10P dengan
gas argon sebagai pendingin.
Tabel 1. Komposisi kimia paduan berbasis kobalt
yang digunakan dalam penelitian
UNSUR Co Ni Cr Mo Mn Nb Fe Ti
(%berat) Bal. 32,9 20,1 10,1 0,28 1,04 1,79 0,44
Proses tempa panas dilakukan dengan
alat Thermecmaster-Z dan dalam kondisi
vakum pada T = 700 °C
–
900
°C dengan
interval temperatur sebesar 50 °C. Alat ini
menggunakan komputer yang dibantu oleh
simulator tempa panas. Ilustrasi proses
tempa panas ditunjukkan pada Gambar 1.
nitrida (BN) digunakan sebagai pelumas
untuk
meminimalisir
gesekan
antara
spesimen dan anvil. Kecepatan pemanasan
adalah
sebesar
5
oC/detik
yang
dibangkitkan oleh koil dari temperatur
kamar menuju temperatur yang diinginkan.
Spesimen kemudian tetap dijaga pada
temperatur yang diinginkan selama 300
detik sebelum di tempa pada temperatur
tersebut. Spesimen kemudian ditempa pada
regangan yang diinginkan dan didinginkan
sampai dengan temperatur kamar dengan
menggunakan campuran gas N
2dan He
dengan tekanan masing-masing sebesar 6
dan 4 MPa.
Gambar 1. Ilustrasi proses tempa panas pada
spesimen paduan Co-33Ni-20Cr-10Mo dengan alat Thermecmaster-Z
Spesimen bahan paduan
Co-33Ni-20Cr-10Mo hasil tempa pada temperatur 700
–
900 °C dengan laju reganga 10ˉ
2/detik dan
30/detik diuji dengan XRD merk Phillips
X`Pert. Penamaan sampel uji untuk XRD
adalah sebagai berikut; spesimen A adalah
bahan paduan yang mengalami proses
tempa pada T = 700 °C dengan έ =
10ˉ
2/detik, spesimen B adalah bahan
paduan yang mengalami proses tempa
Fenomena Dynamic Strain …../ Ika Kartika | 29
paduan yang mengalami proses tempa
pada T = 900 °C dengan έ = 10ˉ
2/detik
(Gambar 2). Pada pengujian dengan XRD
lampu yang digunakan sebagai sumber
radiasi adalah Cu Kα dengan panjang
gelombang 1,542 Å, dioperasikan pada 45
kV dan 40 mA.
Persiapan spesimen untuk metalografi
dilakukan dengan cara sebagai berikut;
spesimen hasil tempa panas dipotong
dengan EDM pada posisi melintang dan
searah
dengan
proses
penempaan.
Spesimen kemudian diamplas dengan
kertas amplas yang mempunyai kekasaran
400-3000 mesh. Kemudian spesimen
dipoles menggunakan alumina dengan
kekasaran 0,3 μm, dilanjutkan dengan
pemolesan menggunakan larutan koloid
silika dengan kekasaran partike
l 0,04 μm.
Spesimen
kemudian
dielektro
etsa
menggunakan 10 % H
2SO
4dan 90 %
CH
3OH dengan voltase yang digunakan
sebesar 20 V pada temperatur kamar.
Struktur mikro yang diamati adalah di
bagian tengah spesimen pada posisi
melintang dan searah dengan proses
penempaan menggunakan mikroskop optik
merk OLYMPUS BH2-UMA.
Untuk
pengamatan
dengan
TEM
(
transmission
electron
microscope
),
spesimen hasil tempa panas dipotong
dengan EDM di area tengah pada posisi
melintang dan searah dengan penempaan.
Diameter spesimen untuk TEM adalah
sebesar 3 mm, spesimen kemudian
diamplas sampai ketebalan kurang lebih
0,1 mm menggunakan kertas amplas
sampai dengan kekasaran 3000 mesh.
Spesimen kemudian dibuat cowakan pada
bagian tengah sampai mencapai ketebalan
40 μm dengan mesin
dimple
. Spesimen
kemudian diletakkan pada mesin
ion beam
milling
untuk dilubangi pada area tengah
bahan paduan Co-33Ni-20Cr-10Mo yang
telah mengalami proses tempa pada
rentang temperatur 700
–
900 °C dengan
laju regangan 10ˉ
2/detik dan 30/detik dan
regangan konstan sebesar 0,5. Hasil XRD
menunjukkan bahwa puncak-puncak yang
dihasilkan adalah fasa fcc dan tidak
Gambar 3a-3e menunjukkan kurva
tegangan regangan sebenarnya dari paduan
hasil tempa pada temperatur 700
–
900 °C
dan regangan konstan sebesar 0,5. Pada
umumnya kurva menampilkan kecepatan
pengerasan regangan yang meningkat
setelah titik luluh. Gerigi pada kurva
tegangan regangan sebenarnya terlihat
jelas antara temperatur 700 °C sampai 850
°C di seluruh laju regangan. Gerigi pada
kurva tegangan alir ini meningkat seiring
dengan
meningkatnya
regangan
dan
menurunnya temperatur dan laju regangan
30 |
Majalah Metalurgi, V 27.1.2012, ISSN 0216-3188/ hal 27-34temperatur 850 °C (Gambar 3d) yang
menunjukkan bahwa kurva tegangan tidak
terpengaruh oleh laju regangan.
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Fenomena Dynamic Strain …../ Ika Kartika | 31
menghasilkan
nilai
sensitivitas
laju
regangan yang positif. R.A. Mulford and
U.F. Kocks
[8]menganalisa bahwa gerigi
dalam kurva tegangan akan dimulai pada
titik dimana laju regangan bernilai negatif
dan fenomena ini tidak akan pernah
teramati pada kurva tegangan dengan laju
regangan positif. Terbentuknya kembaran
deformasi (
deformation twinning
) juga
akan mengakibatkan terbentuknya gerigi
dalam kurva tegangan. Hal ini dikarenakan
kembaran deformasi sangat dipengaruhi
oleh temperatur, harga laju regangan yang
negatif pada kurva tegangan, dan juga
dihasilkan pada kondisi DSA
[9].
Gambar 4 menunjukkan tegangan pada
0,2 % dan logaritma dari laju regangan
pada interval temperatur 700
–
900 °C.
Terlihat dalam gambar tersebut bahwa
tegangan luluh menurun seiring dengan
meningkatnya laju regangan dan tidak
bergantung terhadap fungsi temperatur.
Sangat jelas bahwa fenomena sensitivitas
laju regangan yang sangat kecil nilainya
ataupun bernilai negatif terjadi pada
paduan ini selama proses pengerjaan panas
pada temperatur di bawah 1050 °C
[7].
mikro paduan hasil tempa pada temperatur
terdeformasi.
Gambar 5. Struktur mikro paduan
Co-33Ni-20Cr-10Mo dihasilkan setelah tempa pada T = 700 °C dengan έ(/detik) : (a) 10–2 dan (b) 30
Pada Gambar 6a dan 6b dengan
meningkatnya temperatur menjadi 900 °C,
butir-butir baru bernukleasi pada batas
butir dan sepanjang batas butir dari
deformasi
kembaran.
Dengan
meningkatnya laju regangan pada 30/detik,
semakin banyak butir-butir baru yang
bernukleasi dan tumbuh (Gambar 6b).
Selain itu, mikrostruktur yang terdeformasi
yang terdiri dari butir-butir yang pipih
beserta deformasi kembaran dalam
butir-butir yang terdeformasi masih teramati
pada
kedua
laju
regangan
tersebut
(Gambar 6a-6b).
32 |
Majalah Metalurgi, V 27.1.2012, ISSN 0216-3188/ hal 27-34
Gambar 6. Struktur mikro paduan
Co-33Ni-20Cr-10Mo dihasilkan setelah tempa pada T = 900 °C dengan έ(/detik) : (a) 10–2 and (b) 30
Gambar 7. Strukturmikro hasil TEM dari paduan
Co-33Ni-20Cr-10Mo setelah proses tempa panas pada έ= 10–2/detik dan T (°C): (a) 700, dan (b) 900
Dalam Gambar 7a, teramati beberapa
lapisan halus dari deformasi kembaran
,
stacking fault
dan kerapatan dislokasi yang
tinggi.
Lebih
jauh
lagi
dengan
meningkatnya temperatur pada 900 °C dan
laju regangan 10
–2/detik (Gambar 7b),
butiran baru dengan batas butir yang tajam
dan bebas dari adanya cacat seperti
dislokasi teramati beserta beberapa lapis
deformasi
kembaran
dan
dislokasi-dislokasi yang terlihat kusut (
tangle
dislocations
).
KESIMPULAN
Karakteristik deformasi dan struktur
mikro dari paduan Co-33Ni-20Cr-10Mo
telah dipelajari pada temperatur 700
–
900
°C menggunakan laju regangan yang
bervariasi dengan menggunakan proses
tempa panas. Dari studi penelitian ini dapat
ditarik kesimpulan bahwa :
1.
DSA terjadi pada temperatur T = 700
–
900 °C pada semua variasi laju
regangan
(έ)
dan
menghasilkan
sensitivitas laju regangan (m) dengan
nilai yang sangat rendah atau negatif.
2.
Gerigi-gerigi dalam kurva tegangan alir
dihasilkan pada T = 700-850 °C.
Banyaknya
gerigi
tersebut
akan
semakin
meningkat
dengan
meningkatnya
regangan
(ε)
dan
menurunnya temperatur (T) dan laju
regangan
(έ)
. Munculnya gerigi dalam
kurva
tegangan
alir
sangat
dimungkinkan terjadi karena adanya
fenomena DSA.
UCAPAN TERIMAKASIH
Terima kasih diucapkan kepada Prof.
Akihiko Chiba di Institute for Materials
Research, Tohoku University, Sendai,
Jepang yang telah banyak membantu
kegiatan penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
A. Chiba, X.G. Li and M.S. Kim.
1999. ,,High work-hardening rate and
deformation twinning of Co-Ni based
superalloy at elevated temperatures”
.
Fenomena Dynamic Strain …../ Ika Kartika | 33
2429.
[5]
G. W. Han, I.P. Jones and R. E.
Smallman. 2003.
Acta Mater
. : 51,
2731-2742.
[6]
George
E.
Dieter.
Mechanical
Metallurgy
, (SI Metric Edition). 1988.
138, 201-202, McGraw-Hill, London.
[7]
Ika Kartika, H. Matsumoto and A.
Chiba.
2009.
,,Deformation
and
microstructure evolution in
Co-Ni-Cr-Mo Superalloy during hot working”
.
Metal Mater Trans A
. : 40, 1457-1468.
Ika
Kartika,
lahir
di
Bandung.
Menamatkan S1 di Jurusan Teknik
Metalurgi UNJANI Bandung tahun 1996.
Menamatkan S2 di Jurusan Teknik
Material ITB pada tahun 2006 dan S3 di
Jurusan Material Processing, Institute for
Materials Research, Tohoku University,
Sendai, Japan lulus pada tahun 2010.
Bekerja
sebagai
Peneliti
di
Puslit
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
