PEMBUATAN PADUAN AIMgSi1 DENCiANtARA CHILLED

Transkripsi

1 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005 ISSN PEMBUATAN PADUAN AIMgSi1 DENCiANtARA CHILLED CASTING Masrukan, Yatno OAf Guswardani dan Martoyo ABSTRAK PEMBUATAN PADUAN AIMgSi1 DENGAN CARA CHILLED CASTING. Telah dilakukan percobaan pembuatan paduan AIMgSi1 dengan cara Chilled Casting Mulamula bahan dilebur dengan variasi waktu peleburan 30, 45, 60 dan 75 menit. Hasil peleburan selanjutnya dicetak dan dicuplik sebagian untuk diuji komposisi dan titik leburnya. Sisa bahan lainnya yang telah dicetak dipotong-potong untuk dikenai pemanasan dengan variasi waktu dan temperatur/parameter yang didapat dari pemanasan selanjutnya untuk melakukan perolan panas. Hasil pengujian komposisi menunjukkan bahwa unsur Si, Mn, Cr, Cu,, B dan Ti telah memenuhi persyaratan untuk kelongsong elemen bakar sedangkan unusr Mg, Fe dan Zn tidak memenuhi. Dari ke empat sampel yang diuji, hasil yang paling mendekati persyaratan adalah pad a peleburan dengan waktu lebur 30 menit. Dilihat dari temperatur leburnya, ke empat sampel telah memenuihi persyaratan untuk kelongsong elemen bakar. Dari pengujian kekerasan setelah dipanaskan pada temperatur 350, 400, 450 dan 500 C dan waktu pemanasan bervariasi dari 2 sampai 4 jam terlihat naiknya temperatur dan waktu pemanasan mengakibatkan turunnya kekerasan. Demikian pula dari pengamatan mikrostrukturnya, terjadi perubahan bentuk dari bentuk lamellar ke bentuk equiaxial bila temperatur dan waktu pemanasan naik.kekrrasan pelat pad a pemanasan 350 C dan waktu 2 jam sebesar 83 HB turun menjadi 57 HB pad a pemanasan 500 C dengan waktu 4 jam. Kekerasan terrendah dicapai pada pemanasan temperatur 450 C selama 4 jam. Pada kondisi tersebut kekerasan pelat sebesar 47 HB dan ukuran butir sebesar 12,09 11m. Sementara itu, dari hasil perolan panas terhadap pelat yang dirol pad a temperatur 450 C dengan waktu pemanasan 2 jam, 3 jam dan 4 jam terlihat bila waktu pemanasan semakin lama, maka semakin berkurang keretakannya. Dari percobaan ini dapat diambil parameter yakni waktu peleburan 30 men it, temperatur pemanasan perolan panas 450 C dan waktu pemanasan selama 4 jam. PENDAHULUAN Pembuatan paduan AIMgSi1 untuk kelongsong elemen bakar reaktor riset melalui peleburan bahan baku dan selanjutnya dilakukan pencetakan (casting). Setelah dicetak selanjutnya dikenai perolan panas. untuk memperbaiki mikrostruktur dan mengurangi dimensinya. Akan tetapi hasil dari pencetakan tersebut apabila langsung dikenai perolan panas selalu mengalami retak di bagian tengah. Hal ini disebabkan pada pendinginan setelah proses pencetakan menghasilkan butir yang berbentuk lamellar (memanjang) [1]. Bentuk butir lamellar tersebut mengakibatkan hasil pencetakan mudah mengalami retak di bagian tengah saat dirol panas. Hal ini disebabkan bentuk butir columnar bilaterkena tekanan akan mudah mengalami patah atau retak. Untuk itu maka diusahakan agar butir yang terbentuk dapat diubah menjadi berbentuk equiaxial, dimana bentuk butir equiaxial bila terkena tekanan sulit mengaalami retak ataupun patah. Pengubahan bentuk butir dapat dilakukan melalui teknik 104

2 ISSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005 SARAN Untuk hasil gambar mikrostruktur yang lebih baik dan kelihatan batas butirnya dalam preparasi metalografi dan etsa harus lebih baik dan teliti,juga dalam perbesaran mikrostruktur masih kurang jadi tidak terlihat batas butirnya. - Pada waktu melakukan uji kekerasan baru dilakukan 3 kali perlakuan untuk 1 sampel,jadi hasilnya kurang maksimal. Untuk mendapatkan hasil yang lebih baik dan teliti perlu dilakukan lagi uji kekerasan paling tidak 5 kali perlakuan DAFTAR untuk satu sampel. PUSTAKA 1. SIGIT, WIDJAKSANA, MUCH LIS. B,R.A.SURY ANA,"Analisis Fenomena Proses Pengompakan Serbuk Zircaloy 4",Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah,PPNY-BATAN,Buku II,ISSN ,Yogyakarta,ApriI1995,haI PARVENOV B.G., GERASIMOV V.V., IVENEDIKTOVA G., "Corrosion Zirconium and Zirconium Alloys", Israel Program for Scientific Translation Jerusalem,1969, page 10, SIGIT, "Bahan Dukung dan Struktur",Diklat Teknologi Industri Bahan Bakar nuklir,serpong, juli 1995,ha SUGONDO,MUCHLlS.B,"Otimasi Karakteristik Ketahanan Korosi Zirkaloi melalui variabel pemadu",seminar FTUI,PEBN-BATAN,4-7 Agustus 1998, hal THADEUS B.MASSAKI,HIROAKI OKAMATO,P.RSUBRAMANIAN, LINDA KACPZAK,"Binary Alloy Phase Diagrams", ASM International Second Edition,Vol DALGAARD,S.B,"lbid",ha ELLS,C.E.et al,"prosedings of the Third UN International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy", Geneva,

3 ISSN Hasil-hasil Peneltian EBN Tahun 2005 yang dikenal dengan istilah chilled casting. Pada eara tersebut, bahan baku dilebur di dalam tungku lebur dan selanjutnya leburan dituangkan ke dalam eetakan yang berada didalam chilled casting,21 Chilled casting merupakan eara peneetakan dengan mele- -takkan didalam tungku pemanas dan diatur pendinginannya. Di dalam chilled casting leburan yang dieetak didinginkan seeara perlahan-iahan. Oleh karena pendinginan yang berlangsung seeara perlahan-iahan maka butir yang terbentuk mengarah ke equiaxial. Dengan butir equiaxial tersebut hasil butir yang diperoleh peneetakan tidak mudah retak atau bersifat ulet dan pada saat dirol panas tidak mengalami retak di bagian tengah. Cara lain untuk memperbaiki mikrostruktur yaitu melalui pemanasan leburan hasil pengeeoran saat akan dikenai perolan panas (pre heating) dalam tempo yang eukup lama terhadap paduan hasil eoran. Melalui eara tersebut butir yang semula berbentuk columnar akan berubah menjadi bentuk equiaxial. Hasil peneetakan dengan chilled casting selanjutnya diuji komposisi, kekerasan, dan mikrostrukturnya yang terjadi dengan mikroskop optik. TATA KERJA Bahan yang akan dilebur dipotongpotong dan ditimbang sesuai kebutuhan. Bahan yang telah dipotong- potong tersebut selanjutnya dilebur di dalam tungku lebur yang dipanaskan dengan pemanas minyak hingga meneapai temperatur 700 C. Waktu peleburan divariasikan dengan selang waktu 15 menit. Peleburan pertama ditahan selama 30 men it, kemudian dikeluarkan untuk dieetak sedangkan sisanya ditahan hingga lima bel as men it lagi. Setelah lima belas men it, leburan kedua dikeluarkan untuk dieetak lagi. Demikian hingga empat kali peneetakan. Peneetakan dilakukan menggunakan pelat bajaberbentuk lingkaran berdiametr 6 em dengan ketebalan 1 em Hasil leburan dianalisis komposisinya menggunakan XRF dan analisis termal. Bahan hasil pencetakan dieuplik untuk dilakukan analisis komposisi menggunakan XRF dan analisis termal menggunakn DTA. Sisa bahan lainnya dipotong-potong berukuran 2 em x 3 em untuk dilakukan pemanasan dengan memvariasikan waktu dan temperatur pemanasan. Dari parameter pemanasan kemudian diambil parameter yang optimum untuk digunakan dalam proses perolan panas. Diagram alir pereobaan ditampilkan pad a Gambar 1 AI -ingot Pengujian kekerasan Kesimpulan Gambar 1. Diagram Alir Percobaan 105

4 ISSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005 HASIL DAN PEMBAHASAN Data percobaan disajikan dalam bentuk Tabel dan Gambar. Pada Tabel 1 ditampilkan data hasil pengujian komposisi bahan dengan menggunakan XRF, Tabel 2 data hash pengujiaan titik lebur dengan menggunakan alat DTA dan Tabel 3 hash pengujian menggunakan alat DSC. Sementara itu hasil pemeriksaan mikrostruktur dengan menggunakan mikroskop optik sampel sebelum dan sesudah dipanaskan ditampilkan pada Gambar 2 sampai dengan Gambar 18, hasil pungujian kekerasan pad a Gambar 19 sedangkan makrostruktur pelat setelah dirol ditampilkan pada Gambar 20 sampai Komposisi Bahan Analisis komposisi bahan dilakukan dengan menggunakan alat XRF. Bahan yang diuji berbentuk pad at yang permukaannya telah dihaluskaan menggunakan mesin gerinda dan diampelas. Pengujian komposisi dilakukan terhadap empat buah sam pel. HasH pengujian selengkapnya ditampilkan dalam Tabel1. Dari Tabel 1 terlihat beberapa unsur telah memenuhi persyatan paduan aluminium untuk kelongsong elemen bakar reaktor riset sedangkan sebagian lainnya tidak memenuhi. Pad a sampel pertama hingga ke empaat unsur- unsur yang memenuhi antara lain Si, Cr, Mn, Cu, B, dan Ti sedangkan yang tidak memenuhi adalah unsur Mg" Fe, dan Zn. Unsur Mg lebih rendah dari persyaratan untuk kelongspng sedangkan unsur Fe dan Zn melebihi persyaratan. Keberadaan unsur Mg yang kurang dari persyaratan disebabkan unsur Mg mempunyai temperatur lebur rendah sehingga pada saat dilebur unsur tersebut b2nyak menguap dan akhirnya berkurang. Unsur Fe dan Zn melebihi persyaratan diduga krusibel yang digunakan telah berulang kali digunakan untuk melebur logam-iogam paduan lain sehingga mengotori hash peleburan. Tabel 1. Hasil Analisis Komposisi Bahan Menggunakan XRF - No Unsur Mg Mn Si Cu Zn Cr Fe TB AI82,39 0,851,33 0,04 1,47~ 0,17 0,35 1,85 0,22 0,6- - 0,27 Sampel 1,85 1,50 0,03 0,12 1,87 82,42 0,34 0,19 0,23 0,21 1,26 1,49 1,44 0,02 0,05 0,18 0,13 1,86 1,83-82,25 82,58 ~ ~O,3% sisanya ~ 0,20 0,50 0,10 - ~ ,6 1,4% 0,20 % 4 ppm 23 % Spsesifikasi[3] Kadar Analisis Titik lebur Thermal Data pengukuran titik lebur menggunakan alat Differential Thermal Analysis (DTA) ditamphkan dalam Tabel 2. Dari data dalam Tabel 1 terlihat bahwa dari ke empat sam pel yang diuji ternyata sam pel ke empat memepunyai titik lebur yang paling tinggi yakni 640,03 cc, sedangkan entalpi peleburan yang paling tinggi adalah dari sampel pertama yakni sebesar 51,7542 kallg. Keadaan ini disebabkan pada '.sampel ke empat mengandung unsur Fe dalam jumlah yang paling besar (1,50 % berat) dimana 106

5 ISSN Hasil-hasil Peneltian EBN Tahun 2005 unsur Fe mempunyai titik lebur yang paling tinggi sehingga mempengaruhi titik lebur paduan yang terbentuk. Namun secara umum titik lebur dari keempat sampel tersebut telah memenuhi persyaratan titik lebur paduan aluminium untuk kelongsong elemen bakar reaktor riset. Tabel 2. Hasil Pengukuran Temperatur Lebur No Sampel 107,3608,55 101,2615,69 89,3610,21 92,1611,35 Berat (kal/g) 49, , , ,7542 Enthalpy 640,03 637,86 637,43 636,26 (DC) Top (DC) Onset Sampel Temp. Temp Mikrostruktur Pemeriksaan mikrostruktur dilakukan menggunakan mikroskop optik terhadap sampel sebelum dan setelah dikenai pemanasan. Hasil pemeriksaan mikrostruktur ditampilkan pad a Gambar 2 sampai 18 sedangkan ukuran butir ditampilkan dalam Tabel 3. Dari Gambar mikrostruktur tersebut dapat dilihat bahwa sampel sebelum dikenai pemanasan mempunyai butir berbentuk memanjang (lamellar) dan setelah dikenai pemanasan secara bertahap berubah menjadi equaixial sesuai dengan perubahan temperatur dan waktu pemanasan. Artinya semakin tinggi atau lama pemanasan, butir yang terbentuk semakin besar dan cenderung ke bentuk equiaxial. Perubahan ini disebabkan butir yang tadinya berukuran kecil kemudian menjadi besar karena terjadi penggabungan dengan membesar. Sebagai contoh pad a temperatur 350DC dengan waktu pemanasan selama jam ukuran butir sebesar 7,81 /lm bertambah menjadi 8,92 ~lm bila waktu pemanasan diperpanjang menjadi 2 jam. Demikian pula untuk kenaikan temperatur pemanasan dari 350 DC menjadi 450 DC ukuran butir yang semula 7,81 /lm berubah menjadi 8,72 /lm. Dengan demikian terdapat korelasi antara bentuk butir dan ukuran butir dimana pad a temperatur yang semakin tinggi atau waktu semakin lama bentuk butir berubah dari pipih ke bentuk equiaxial dengan ukuran yang lebih besar. Dari pengmatcm mikrostruktur ini dapat ditentukan parameter pemanasan untuk perolan yang mendekati yakni pada temperatur 450 oc dan waktu pemanasan 4 jam. Pada kondisi tersebut ukuran butir sebesar 12,09 ~lm. butir terdekatnya sehingga menjadi lebih besar. Apabila dilihat dari perubahan ukuran butir yang terjadi seperti tertera pada Tabel 3 terlihat bahwa semakin tinggi atau lama waktu pemanasan butir yang terjadi semakin 107

6 ISSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun ,5 ).lid Gambar 2. Mikrostruktur AIMgSi hasil cor 12,5 ).lid Gambar 3. Mikrostruktur AIMgSi hasil pemanasan pada temperatur 350 DC, waktu 1 jam. 108

7 ISSN Hasil-hasil Peneltian EBN Tahun ,5 J.lID Gambar 4. Mikrostruktur AIMgSi1 hasil pemanasan pad a temperatur 350 DC, waktu 2 jam. 12,5 J.lID Gambar 5. Mikrostruktur AIMgSi1 hasil pemanasan pad a temperatur 350 DC, waktu 3 jam. 109

8 ISSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005 Gambar 6. Mikrostruktur AIMgSi1 hasil pemanasan pad a temperatur 350 e, waktu 4 jam. 12,5!-tIn --tz;-5- Gambar 7. Mikrostruktur AIMgSi hasil pemanasan pad a temperatur 400 e. waktu 1 jam. ~lln 110

9 ISSN Hasil-hasil Peneltian EBN Tahun 2005 Gambar 8. Mikrostruktur AIMgSi1 hasil pemanasan pad a temperatur 400 C, waktu 2 jam 12,5!-till Gambar 9. Mikrostruktur hasil pemanasan pada temperatur 400 C, waktu 3 jam 12,5!-till 111

10 ISSN Hasi!-hasil Penelitian EBN Tahur Gambar 10. Mikrostruktur AIMgSi1 hasil pemanasan pada temperatur 400 e, waktu 4 jam 12,5 J.l111 Gambar 11. Mikrostruktur AIMgSi1 hasil pemanasan pada temperatur 450 e, waktu 1 jam 12,5 ~ll11 112

11 ISSN Hasil-hasil Peneltian EBN Tahun ,5 /-lill Gambar 12. Mikrostruktur AIMgSi1 hasil pemanasan pada temperatur 450 ce, waktu 2 jam 12,5 /-lill Gambar 13. Mikrostruktur AIMgSi1 hasil pemanasan pada temperatur 450 ce, waktu 3 jam 113

12 ISSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun ,~ Gambar 14. Mikrostruktur hasil pemanasan pada temperatur 450 DC, waktu 3 jam 12;5 jl111 Gambar 15. Mikrostruktur AIMgSi1 hasil pemanasan pada temperatur 500 DC, waktu 1 jam 114

13 ISSN Hasil-hasil Peneltian EBN Tahun ,5 /lid Gambar 16. Mikrostruktur AIMgSi1 hasil pemanasan pada temperatur 500 cc, waktu 2jam 12,5 /lid Gambar 17. Mikrostruktur AIMgSi1 hasil pemanasan pad a temperatur 500 cc, waktu 3jam 115

14 ISSN '1 Hasil,hasil Penelitian EBN Tahun ,5 flill Gambar 18. Mikrostruktur AIMgSi1 hasil pemanasan pad a temperatur 500 cc, waktu 4jam Tabel 3 Hasil Pengukuran Ukuran Butir C) Temperatur Waktu 11,53 10,56 10,71 12,09 10,27 9,74 7,81 8,24 8,72 9,49 9,03 9,37 8,92 9,86 ( (/-lm) jam) 1 Tinggal Ukuran Butir

15 ISSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005 Kekerasan Oilihat dari nilai kel<.erasannya seperti tertera dalam Gambar 19 terlihat pada pemanasan yang semakin tinggi atau waktu semakin lama akan terjadi penurunan kekerasan. Bahkan kekerasan pelat sebelum dipanaskan akan mengalami penurunan setelah dipanaskan. Sebagai contoh untuk temperatur pemanasan 350 C dan waktu pemanasan 1 jam kekerasan pelat sebesar 83 HB akan turun menjadi 74 HB bila dipanaskan pada temperatur 400 C dengan waktu pemanasan tetap, atau turun menjadi 72 HB bila waktu pemanasan diperpanjang menjadi 2 jam dengan temperatur pemanasan tetap. Oemikian pula untuk waktu pemanasan dan temperatur pemanasan yang lainn mempunyai kecenderungan yang sama. Hal ini disebabkan semakin tinggi temperatur pemanasan atau semakin lama waktu pemanasannya maka ukuran butir semakin membesar, dan berakibat gerakan dislokasi yang semula sulit bergerak menjadi semakin mudah. Oengan semakin mudahnya gerakan dislokasi maka kekerasan pelat semakin menurun. Oengan demikian terdapat korelasi antara ukuran butir, bentuk butir dan kekerasannya. Pelat yang semakin lunak akan semakin menurun kekuatannya tetapi keuuletannya semakin tinggi. Oari hasil uiji kekerasan ini maka dapat diambil parameter pemanasan yakni 450 C dan waktu pemanasan 4 jam. Oari pengamatan mikrostruktur dan kekerasan hasil pemanasan tersebut dapat diambil suatu parameter untuk menentukan parameter perolan panas. Oari percobaan pengujian kekerasan ini dapat diambil parameter untuk perolan panas yakni temperatur 450 C dengan waktu pemanasan 4 jam, dimana pada kondisi tersebut pelat mempunyai kekerasan yang cukup rendah sehingga mudah dilakukan perolan. ktu ( jam) m ~ T=400 oc I I :::s:: Q) Q) -;; _ T = 500 oc oc ~ ~~ -*- T= 450 oc I Gambar 19. Kurva kekerasan AIMgSi1 terhadap waktu pemanasan 117

16 ISSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005 Perolan Langkah perolan Inl untuk membuktikan p8rameter pemanasan pada perolan panas. Dari hasil pengamatan hasil perolan panas seperti tertera dalam Gambar 20, 21 dan 22 dapat dijelaskan bahwa untuk pelat yang dirol pada temperatur 450 C dengan waktu pemanasan 2 jam mengalami patah berlawanan arah perolan, sedamgkan pelat yang dirol pada temperatur 450 C dengan waktu perolan 3 jam mengalami patah searah perolan. Sementara itu, pad a pemanasan 450 C dengan waktu 4 jam hanya sedikit mengalami keretakan di bagian pinggir. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa semakin lama waktu pemanasan sebelum perolan maka semakin baik hasil perolan. Hal ini disebabkan waktu perolan yang semakin lama akan membuat pelat yang dirol semakin plastis sehingga pada saat terkena bebaan rol maka bahan tersebut mengalami akselerasi lebih besar. Oleh karena itu, pad a perolan ini diambil parameter perolan pada temperatur 450 C dengan waktu 4 jam. Gambar 20. Hasil Perolan Pelat AIMgSi1 yang dipanaskan pada temperatur 450 C dan waktu 2 jam. Gambar 21. Hasil Perolan Pelat AIMgSi1 yang dipanaskan pada temperatur 450 C 118

17 ISSN Hasil-hasil Peneltian EBN Tahun 2005 Gambar 22. Hasil perolan pelat AIMgSi1 yang dipanaskan pada temperatur 450 C dan waktu 4 jam. KESIMPULAN Hasil analisis dengan alat XRF dari sampel hasil peleburan diperoleh bahwa unsur -unsur Si, Cr, Mn, Cu, B, dan Ti di dalam sampel telah memenuhi persya-ratan untuk kelongsong elemen bakar reaktor riset, sedangkan unsur-unsur Mg,,Fe, dan Zn tidak memenuhi. Melalui teknik chilled casting ini dapat diperbaiki mikrostruktur dan sifat mekanik hasil pengecoran AIMgSi1 sebagai bahan baku kelongsong elemen bakar reaktor riset. Mikrostruktur hasil pengecoran sebelum dikenai perlakuan panas berbentuk memanjang (lamellar) dan setelah dipanaskan berubah menjadi bentuk equiaxial. Dari pengukuran butir diperoleh ukuran butir sebelum dipanaskan sebesar 5,58 11m dan setelah dipanaskan menjadi 7,81 11m sampai 12,09 I1hl (temperatur 350 C waktu 1 jam sampai 450 C waktu 4 jam). Dari pengujian kekerasan diperoleh nilai kekerasan sebelum dipaskan sebesar 92 RB dan setelah dipanaskan menjadi 83 RB sampai 74 RB (temperatur 350 C, waktu 1 jam sampai 450 C dengan waktu 4 jam). Dari hasil pengujian tersebut diambil parameter yakni waktu peleburan 30 men it, temperatur perelan 450 C dan waktu pemanasan sebelum direl 4 jam. DAFTAR PUSTAKA 1. SMALLMAN, " Metalurgi Fisik Modern", Alih Bahasa Sriajati Djapri, edisi ke empat, Butterwort, AL TEN POHL," Aluminum View From Within". Dusseldorf, VERANTWORTLICHE BEARBEITER," Aluminium Taschenbuch, Dusseldorf,