BAB III PERCOBAAN DAN HASIL PERCOBAAN

Transkripsi

1 BAB III PERCOBAAN DAN HASIL PERCOBAAN Untuk mengetahui pengaruh perlakuan panas pada kondisi struktur mikro dan sifat kekerasan pada paduan Fe-Ni-Al dengan beberapa variasi komposisi, dilakukan serangkaian percobaan yang meliputi pembuatan dan preparasi sampel, perlakuan panas, pengamatan struktur mikro, dan uji kekerasan mikro. 3.1 PERCOBAAN Peralatan dan Bahan Peralatan-peralatan yang digunakan untuk penelitian pada paduan Fe-Ni-10%Al, Fe-Ni-20%Al, Fe-Ni-30%Al adalah sebagai berikut : 1. Electric Arc Furnace (EAF), digunakan untuk melelehkan paduan 2. Timbangan elektrik untuk menukur dan mengatur komposisi awal Fe-Ni dan Al 3. Tanur untuk melakukan perlakuan panas 4. Mikroskop optik untuk mengetahui bentuk struktur mikro 5. Microhardness sebagai alat mengukur kekerasan 6. Mesin poles untuk preparasi, memperhalus permukaan sampel agar bisa dilihat di mikroskop optik 7. Diamond cutting untuk memotong hasil sampel setelah peleburan Bahan yang digunakan untuk percobaan ini adalah 1. Ferronikel yang diperoleh dari PT. Antam Tbk, Unit Penambangan Nikel Pomala, Sulawesi Tenggara. Dengan komposisi 73% Fe dan 27%Ni 2. Alumunium dengan kemurnian hampir 100% Bab III Percobaan dan Hasil Percobaan 26

2 Paduan yang akan dianalisa kestabilan fasanya terhadap perlakuan panas memiliki komposisi seperti yang ditunjukan pada Tabel III.1 (%berat) dan Tabel III.2 (%atom) Tabel III. 1 Komposisi paduan yang digunakan untuk penelitian (% berat) % berat Paduan Fe Ni Al paduan paduan paduan Tabel III. 2 Komposisi paduan yang digunakan untuk penelitian (% atom) % atom Paduan Fe Ni Al Paduan , Paduan , Paduan Pembuatan Sampel Pembuatan paduan Fe-Ni-Al diawali dengan penimbangan butiran Fe-Ni dan penimbangan lembaran Al murni sesuai dengan komposisi yang diiinginkan. Bentuk fisik sampel awal tersebut ditunjukan pada Gambar III.1. Untuk mendapatkan berat atau komposisi yang diinginkan, dilakukan penimbangan. Penimbangan sampel dilakukan menggunakan alat timbang elektrik seperti yang ditunjukan pada Gambar III.2. Proses selanjutnya dari dari pembuatan sampel setelah penimbangan adalah dengan melebur butiran Fe-Ni dengan lembaran Al murni tersebut dengan menggunakan arc furnace yang terdapat di Laboratorium Metalurgi BATAN. Arc furnace ditunjukan pada Gambar III.3. Hasil dari peleburan akan menghasilkan paduan Fe-Ni-Al dengan bentuk fisik seperti berupa button dengan diameter sekitar 1 cm. Bentuk paduan hasil peleburan ditunjukan pada Gambar III.4. Bab III Percobaan dan Hasil Percobaan 27

3 (a) (b) Gambar III.1 Bentuk sampel awal sebelum dilebur. (a) Butiran Fe-Ni (b)lembaran Alumunium Gambar III.2 Alat timbang elektrik Bab III Percobaan dan Hasil Percobaan 28

4 Gas argon Generator Arc furnace elektroda Gambar III.3 Electric arc furnace Gambar III.4 Sampel hasil peleburan (button) Berikut prosedur pembuatan sampel paduan Fe-Ni-Al : 1. Penimbangan butiran Fe-Ni dan Al murni 2. Butiran Fe-Ni dan Al yang sudah ditimbang dicampur dan diletakan dalam cetakan 3. Sampel dilebur dengan menggunakan Electric Arc Furnace (EAF) 4. Peleburan dilakukan dalam tanur dengan atmosfer high purity argon dengan arus kuat 90 ampere 5. Peleburan dilakukan sebanyak 4 kali (bolak-balik) untuk menjamin kehomogenan paduan 6. Diperoleh sampel berbentuk tombol (button) Bab III Percobaan dan Hasil Percobaan 29

5 3.1.3 Preparasi Sampel Sampel hasil peleburan dipreparasi terlebih dahulu untuk mendapatkan bentuk dan dimensi sampel yang dapat digunakan untuk proses selanjutnya, yaitu heat treatment dan uji kekerasan. Tahapan preparasi meliputi pemotongan paduan hasil peleburan untuk memperoleh beberapa sampel dari satu paduan, dengan menggunakan alat pemotong diamond cutting. Alat pemotong diamond cutting ditunjukan pada Gambar III.5 Gambar III.5 Diamond Cutting Perlakuan Panas Percobaan perlakuan panas dilakukan dalam tanur horizontal (tube furnace) dengan kondisi operasi dialiri gas argon untuk mencegah kontak antara sampel dengan udara terbuka. Temperatur yang digunakan adalah 900 o C dan 1000 o C. Tanur yang digunakan untuk laku panas pada penelitian ini ditunjukan pada Gambar III.6 Bab III Percobaan dan Hasil Percobaan 30

6 Gambar III.6 Tanur horisontal (tube furnace) Proses pemanasan dilakukan dalam dua variasi waktu yaitu 24 jam dan 48 jam. Secara skematik, proses dan variasi untuk perlakuan panas, disajikan pada Gambar III.7 T(C) oil quench oil quench 0 t(jam) Gambar III.7 Profil waktu dan temperatur laku panas untuk tiga variasi paduan Fe-Ni-Al Bab III Percobaan dan Hasil Percobaan 31

7 Setelah waktu pemanasan selesai, sampel dikeluarkan dari tanur dan didinginkan dengan oli (oil quenching). Kelebihan penggunaan oli sebagai media pendingin adalah : - Tidak bersifat korosif - Menghasilkan distribusi tegangan lebih merata - Pada industri mudah didapat Kekurangan penggunaan oli: - Mudah terbakar (Menimbulkan asap) - Tidak bisa didaur ulang - Menghasilkan sifat mekanik yang kurang baik jika dibanding media yang lain Sampel hasil perlakuan sampel ini nantinya akan dibandingkan dengan sampel yang tidak dilakukan perlakuan panas (as cast). Komposisi paduan dan variasi temperatur serta waktu yang digunakan pada penelitian ini ditunjukan pada Tabel III.3 Tabel III. 3 Dimensi dan variasi Temperatur dan Waktu perlakuan panas paduan sampel Fe Ni Al temperatur waktu F As cast As cast F As cast As cast F As cast As cast F F F F F F F F F F F F Bab III Percobaan dan Hasil Percobaan 32

8 3.1.5 Uji Metalografi dan Mikrostruktur Sampel button dipotong menjadi beberapa sampel yang berukuran lebih kecil. Pemotongan sampel dilakukan dengan menggunakan mesin potong low speed yang menggunakan pendingin (Gambar III.5). Kemudian di-mounting menggunakan resin. Mounting bertujuan sebagai alat bantu pemegang sampel untuk memudahkan preparasi dan pemeriksaan metalography. Pengamatan mikroskop optik memerlukan permukaan sampel yang sangat halus. Oleh karena itu setelah mounting, dilakukan perataan permukaan sampel dengan ampelas dari grid 100 hingga Selanjutnya sampel kemudian dipoles dalam mesin poles. Pemolesan dilakukan untuk menghasilkan permukaan yang sangat halus dan bebas goresan. Mesin poles yang digunakan pada penelitian ini ditunjukan pada Gambar III.8 Gambar III.8 Mesin poles Sampel yang telah selesai dihaluskan harus benar-benar bersih dan kering kemudian di etsa.. Pengetsaan (etching) dilakukan untuk memunculkan struktur batas butiran. Yaitu dengan mencelupkan sampel ke dalam larutan 40 ml HCl, 5 gr CuCl 2, 30 ml aquades, 25 ml alkohol selama sekitar 3 hingga 10 detik. Setelah sampel dipreparasi dan dietsa, sampel kemudian diamati menggunakan mikroskop optik (Gambar III.9). Sampel diamati menggunakan perbesaran 200x kemudian mikrostruktur difoto dengan menggunakan kamera digital yang terpasang secara langsung pada mikroskop optik. Bab III Percobaan dan Hasil Percobaan 33

9 Gambar III.9 Mikroskop optik Nikon dengan kamera digital Uji kekerasan Kekerasan mikro dari sampel Alumunium diuji menggunakan alat uji kekerasan mikro. Skala kekerasan mikro yang dipakai adalah penetrator intan Vickers. Microhardness vickers merupakan metode pengujian kekerasan dengan mengukur bekas luas identor piramida pada permukaan sampel yang diamati dengan mikroskop optik. Identor yang digunakan berbentuk piramid dengan sudut antara kedua permukaan yang berlawanan (Gambar III.10 (b)). Sampel hasil perlakuan panas pengerasan yang telah dipreparasi kemudian diuji nilai kekerasan vickers nya, pada bidang transverse nya. Beban yang digunakan sebesar 100 gf. Gambar alat uji kekerasan mikro yang digunakan serta skema indentasi vickers ditunjukan pada Gambar III.10 Bab III Percobaan dan Hasil Percobaan 34

10 (a) (b) D = D1 + D2 2 Gambar III.10 Uji kekerasan. (a) Mesin uji Micro Hardness, Leco (b) Penetrator intan Vickers Pengujian kekerasan dilakukan sebanyak 3 kali untuk setiap sampel uji dengan pertimbangan pengujian 3 titik sudah cukup mewakili kekerasan setiap sampel uji. Dengan menghitung panjang diagonal identor, Hardness Vickers (HV) kemudian dihitung dari persamaan berikut: HV = 1854,4 dimana: HV= hardness Vickers P = Beban Uji ( gf ) d = Diagonal rata-rata bekas penekanan (µm) Bab III Percobaan dan Hasil Percobaan 35

11 3.1.7 Diagram Alir Percobaan Secara sederhana, tahapan percobaan yang dilakukan dapat dilihat diagram alir percobaan pada Gambar III.11 penimbangan berat untuk komposisi paduan Fe-Ni-Al (10%,20%,30% atom Al) Peleburan (feronikel + Al murni) dalam cawan Cu murni(dengan HP argon) pemotongan sampel (dengan diamond cutting) metalografi laku panas variabel temperatur (900 & 1000) dan waktu (24&48 jam), oil quenching pengamatan struktur mikro (as cast) metalografi uji kekerasan pengamatan struktur mikro uji kekerasan analisis dan kesimpulan Gambar III.11 Diagram alir percobaan Bab III Percobaan dan Hasil Percobaan 36

12 3.2 HASIL PERCOBAAN Hasil Foto Struktur Mikro Struktur mikro sampel diambil menggunakan mikroskop optik yang disatukan dengan kamera digital. Perbesaran dilakukan 200X. Struktur mikro sampel as cast paduan ditunjukan pada Gambar III.12 (10%Al), III.13 (20%Al), dan III.4 (30%) Gambar III.12 Paduan 65,8Fe-23,7Ni-10,5Al ; as cast Gambar III.13 Paduan 59Fe-20,5Ni-20,5Al ; as cast Gambar III.14 Paduan 50Fe-19Ni-31Al ; as cast Bab III Percobaan dan Hasil Percobaan 37

13 3.2.2 Persen Fasa Paduan Penghitungan fasa dilakukan dengan bantuan software ImageJ. Sebelum dilakukan perhitungan oleh software ini, foto sampel terlebih dahulu di edit oleh FotoFiltre, software untuk mengedit foto, untuk mempermudah perhitungan oleh ImageJ. Kandungan fasa β untuk tiap sampel ditunjukan pada Tabel III.4 Tabel III.4 Kandungan fasa bcc (β ) dan fasa α (untuk 10%) untuk tiap sampel setelah laku panas dan perbandingannya dengan sampel as cast persen fasa no. sampel % perubahan (%) 1 F F F F (-)9.9 5 F (-) F (-) F (+) F (+)8 9 F (+)34 10 F (-) F (-) F (-) F (+) F (+) F (+) Grafik Persen Fasa Paduan Grafik kandungan fasa α untuk paduan 10%Al ditunjukan pada Gambar III.15 dan kandungan fasa bcc (β ) untuk beberapa variasi temperatur dan waktu dengan kandungan 20%, 30% Al dibandingkan dengan sampel as cast ditunjukan pada Gambar III.16 (20%Al) dan Gambar III.17 (30%Al) Bab III Percobaan dan Hasil Percobaan 38

14 Grafik Fasa ferrite (α) Untuk 10% Al % fasa ferrite (α) as cast 900, , , ,48 Variasi Temperatur & Waktu Gambar III.15 Grafik kandungan fasa ferrite (α) untuk 10% Al Grafik Fasa bcc (β ) Untuk 20% Al % fasa ordered bcc (β )t as cast 900, , , ,48 Variasi Temperatur & Waktu Gambar III.16 Grafik kandungan fasa bcc (β ) untuk 20% Al Bab III Percobaan dan Hasil Percobaan 39

15 Grafik Fasa bcc (β ) Untuk 30% Al 70 % fasa ordered bcc (β ) as cast 900, , , ,48 Variasi Temperatur & Waktu Gambar III.17 Grafik kandungan fasa bcc (β ) untuk 30% Al Hasil Uji Kekerasan Mikro Pengujian kekerasan vickers didapatkan dari perhitungan bekas jejak identor pada permukaan spesimen uji. Sedangkan letak posisi penjejakan identor seperti yang ditunjukkan pada Gambar III.10 (b). Dari 3 lokasi perhitungan kekerasan didapatkan harga rata-rata kekerasan setiap spesimen uji. Hasil perhitungan kekerasan vickers secara lengkap untuk setiap spesimen uji ditunjukkan pada Tabel III.5 Bab III Percobaan dan Hasil Percobaan 40

16 Tabel III.5 Nilai kekerasan untuk tiap sampel setelah laku panas dan perbandingannya dengan sampel as cast Kekerasan Sampel Rata-rata Perubahan F F F F (-)5.66% F (-)7.42% F (-)6.49% F (+)4.03% F (+)2.42% F (+)0.49% F (-)16.41% F (-)5.14% F (-)1.99% F (+)6.06% F (+)5.07% F (+)1.08% Grafik Kekerasan Paduan Grafik nilai kekerasan untuk beberapa variasi temperatur dan waktu dengan kandungan 10%, 20%, 30% Al dibandingkan dengan sampel as cast ditunjukan pada Gambar III.18 (10%Al), Gambar III.19 (20%Al), dan Gambar III.20 (30%Al) Grafik Kekerasan Untuk 10% Al Nilai Kekerasan As Cast 900, , , , 48 Variasi Temperatur & Waktu Gambar III.18 Grafik nilai kekerasan untuk 10% Al Bab III Percobaan dan Hasil Percobaan 41

17 Grafik Kekerasan Untuk 20% Al Nilai Kekerasan As Cast 900, , , , 48 Variasi Temperatur & Waktu Gambar III.19 Grafik nilai kekerasan untuk 20% Al Grafik Kekerasan Untuk 30% Al Nilai Kekerasan As Cast 900, , , , 48 Variasi Temperatur & Waktu Gambar III.20 Grafik nilai kekerasan untuk 30% Al Bab III Percobaan dan Hasil Percobaan 42