4.1 ANALISA STRUKTUR MIKRO

Transkripsi

1 BAB IV PEMBAHASAN Percobaan perlakuan panas dan uji kekerasan paduan Fe-Ni-10%Al, Fe-Ni- 20%Al, Fe-Ni-30%Al dilakukan pada temperatur 900 o C dan 1000 o C dengan lama waktu pemanasan 24 jam dan 48 jam. Pemanasan dilakukan di dalam tanur horizontal dengan dialiri gas argon untuk menghindari kontak dengan udara luar. Proses pendinginan dilakukan dengan cepat menggunakan oli (oil quenching). Pengamatan struktur mikro menggunakan mikroskop optik dengan pembesaran 200X. Sedangkan untuk uji kekerasan menggunakan microhardness test vickers. 4.1 ANALISA STRUKTUR MIKRO Analisa Fasa Berdasarkan diagram terner likuidus pada Gambar IV.1, paduan Fe-Ni-Al yang digunakan untuk penelitian ini memiliki temperatur leleh pada sekitar 1400 o C Gambar IV.1 Diagram terner likuidus Fe-Ni-Al [5] Bab IV Pembahasan 43

2 Berdasarkan hasil XRD penelitian terhadap Fe-Ni-15Al dan Fe-Ni-20Al yang dilakukan oleh Jajang Budi Jamahsari [4], diketahui bahwa senyawa-senyawa yang terdapat dalam paduan ini hasil pemanasan pada temperatur 700 o C, 800 o C, dan 900 o C adalah FeAl, FeAl 3, dan NiAl. Begitu pula hasil penelitian melalui XRD pada paduan Fe-Ni-30Al dan Fe-Ni-35Al yang dilakukan oleh Elpin Irfian [7] pada pemanasan dengan temperatur yang sama menghasilkan senyawa-senyawa seperti yang terdapat dalam Tabel IV. 1 Tabel IV.1 Komposisi senyawa pada paduan Fe-Ni-30%Al dan 35%Al [7] Paduan Fe-Ni-Al Temperatur 30%Al 35%Al AlNi AlNi AlFe AlFe AlFe 3 AlFe o C FeAl 2 O 4 FeAl 2 O 4 AlNi AlNi AlFe AlFe AlFe 3 AlFe o C FeAl 2 O 4 FeAl 2 O 4 AlNi AlNi AlFe AlFe AlFe 3 AlFe o C FeAl 2 O 4 FeAl 2 O 4 Berdasarkan diagram fasa biner Fe-Al dalam Gambar IV. 2, untuk paduan Fe-Ni- 20%Al dan Fe-Ni-30%Al yang digunakan pada penelitian ini dengan perbandingan komposisi persentase Fe dan Al pada temperatur 900 o C dan 1000 o C menunjukan terbentuknya senyawa intermetalik FeAl dan Fe 3 Al. Sedangkan untuk paduan Fe-Ni-10%Al tidak terbentuk senyawa intermetalik tetapi terbentuk fasa ferrite (αfe). Bab IV Pembahasan 44

3 Gambar IV.2 Diagram biner Fe-Al [3] Sedangkan untuk senyawa yang mungkin terbentuk dari paduan Fe-Ni-20%Al dan Fe-Ni-30%Al pada diagram biner Ni-Al adalah senyawa intermetalik NiAl. Berbeda dengan paduan Fe-Ni-10%Al yang tidak membentuk senyawa intermetalik NiAl. Hal ini terlihat dari gambar IV.3 Gambar IV.3 Diagram biner Ni-Al [3] Pembentukan senyawa-senyawa intermetalik ini pun dibuktikan oleh penelitian yang dilakukan Munoz. Dalam penelitian tersebut untuk paduan Fe-Ni-20%Al Bab IV Pembahasan 45

4 menghasilkan senyawa FeAl, Fe 3 Al, dan NiAl. Lebih lanjut, Munoz [5] mengkategorikan FeAl dan NiAl sebagai fasa atas dasar kesamaan struktur kristalnya yang fcc (face centered cubic) dan Fe 3 Al sebagai fasa β yang mempunyai struktur kristal bcc (body centered cubic). Hasil kombinasi fasa yang ductile dan fasa β yang keras akan menghasilkan sifat mekanis yang baik untuk penggunaan dalam temperatur tinggi selain dari sifat ketahanan terhadap oksidasi dan hot corrosion. Atas dasar inilah, pada penelitian ini, paduan Fe-Ni- 20%Al dan Fe-Ni-30%Al dikategorikan sebagai paduan intermetalik sedangkan paduan Fe-Ni-10%Al bukanlah paduan intermetalik tetapi paduan yang terdiri dari fasa ferrite α yang keras dan fasa yang ductile Analisa Struktur Mikro Paduan 65,8Fe-23,7Ni-10,5Al Untuk paduan ini, dibandingkan antara paduan as cast dan paduan yang sudah mengalami perlakuan panas dengan kombinasi temperatur dan waktu. secara kuantitatif, data yang didapat dari struktur mikro adalah persentase fasa α. perbandingan persentase fasa α untuk komposisi ini disajikan dalam Gambar IV. 4 dari tabel terlihat bahwa, untuk laku panas dengan lama waktu 24 jam menghasilkan persentase fasa α yang lebih sedikit daripada paduan as cast. Sedangkan untuk pemanasan selama 48 jam, menghasilkan persen fasa α yang lebih banyak daripada paduan as cast. Fenomena ini berlaku untuk temperatur pemanasan 900 o C dan 1000 o C. Bab IV Pembahasan 46

5 Grafik fasa ferrite (α) untuk 10% Al % fasa α Waktu (jam) 900 C 1000 C Gambar IV.4 Grafik fasa α untuk 10%Al Morfologi struktur mikro as cast untuk paduan ini berbentuk massive fasa gamma, dengan persen volume fasa α sebanyak 33,2% disajikan pada Gambar IV.5. α 10 μm Gambar IV.5 Struktur mikro paduan Fe-Ni-10%Al, as cast Pada pemanasan dengan temperatur 900 o C selama 24 jam terjadi pertumbuhan butiran yang mengakibatkan penurunan komposisi persen volume α sehingga persen volume α lebih sedikit daripada as cast nya yaitu 29,9 % sedangkan pada pemanasan selama 48 jam, menghasilkan persen volume fasa α lebih besar Bab IV Pembahasan 47

6 daripada as cast yaitu 37,1 % Morfologi struktur mikro untuk paduan ini dengan pemanasan pada temperatur 900 o C berupa bilah disajikan pada Gambar IV. 6 α α (a) 10 μm (b) 10 μm Gambar IV.6 Struktur mikro paduan Fe-Ni-10%Al, (a)900 o C, 24 (b) 900 o C, 48 Pada pemanasan dengan temperatur 1000 o C perubahan yang terjadi sama seperti pada temperatur 900 o C, hanya saja perubahan persen volume fasa yang berbeda. Untuk pemanasan selama 24 jam menghasilkan persen volume α sebesar 30,1 % dan pemanasan selama 48 jam menghasilkan persen volume α sebesar 42,8 %. Morfologi struktur mikro untuk paduan ini dengan pemanasan pada temperatur 1000 o C berupa massive disajikan pada Gambar IV. 7 α α (a) 10 μm (b) 10 μm Gambar IV.7 Struktur mikro paduan Fe-Ni-10%Al, (a)1000 o C, 24 (b) 1000 o C, Analisa Struktur Mikro Paduan 59Fe-20,5Ni-20,5Al Untuk paduan dengan kandungan 20%Al, persentase kandungan hasil laku panas untuk tiap variasi waktu dan temperatur ditunjukan pada Gambar IV.8. Dari grafik terlihat bahwa untuk paduan ini, hasil laku panas menunjukan persentase kandungan fasa β yang lebih banyak dibandingkan as cast laku panas dengan Bab IV Pembahasan 48

7 lama waktu pemanasan selama 48 jam. Sedangkan menghasilkan persentase fasa bcc yang lebih sedikit untuk pemanasan selama 24 jam. Tren ini berlaku untuk variasi temperatur 900 o C dan 1000 o C. Secara kualitatif, bentuk struktur mikro untuk paduan ini terbagi menjadi dua. untuk paduan as cast dan paduan dengan laku panas pada 900 o C (24 dan 48 jam) mempunyai bentuk struktur mikro yang menjarum. Grafik fasa β untuk 20% Al % Fasa β Waktu (jam) 900 C 1000 C Gambar IV.8 Grafik fasa β untuk 20%Al Morfologi struktur mikro as cast untuk paduan ini berupa menjarum disajikan pada Gambar IV.9. β 10 μm Gambar IV.9 Struktur mikro paduan Fe-Ni-20%Al, as cast Pada pemanasan dengan temperatur 900 o C, terjadi perubahan komposisi volume fasa β. Walaupun begitu, pada morfologinya, tidak banyak terlihat perubahan yaitu menjarum. Struktur dendritik masih terlihat pada pemanasan di temperatur 900 o C baik pada lama waktu pemanasan 24 jam maupun 48 jam. Morfologi Bab IV Pembahasan 49

8 struktur mikro struktur mikro untuk paduan ini dengan pemanasan pada temperatur 900 o C disajikan pada Gambar IV. 10 β β (a) 10 μm (b) 10 μm Gambar IV.10 Struktur mikro paduan Fe-Ni-20%Al, (a)900 o C, 24 (b) 900 o C, 48 Sedangkan pada pemanasan dengan temperatur 1000 o C, terjadi perubahan berupa pertumbuhan fasa (β ). Terlihat perubahan pada morfologi struktur mikro, struktur dendritik menjadi relatif berkurang dibandingkan dengan paduan as castnya. Morfologi struktur mikro untuk paduan ini dengan pemanasan pada temperatur 1000 o C disajikan pada Gambar IV. 11 β β (a) 10 μm (b) 10 μm Gambar IV.11Struktur mikro paduan Fe-Ni-20%Al, (a)1000 o C, 24 (b) 1000 o C, Analisa Struktur Mikro Paduan 50Fe-19Ni-31Al Untuk paduan dengan kandungan 30% Al, kandungan persentase nilai fasa β hasil laku panas mempunyai jumlah yang lebih sedikit dibandingkan dengan paduan as cast pada lama waktu pemanasan selama 24 jam, untuk variasi temperatur pemanasan 900 o C dan 1000 o C. Sedangkan untuk variasi temperatur yang sama namun waktu pemanasan selama 48 jam, menghasilkan persen fasa β yang lebih banyak daripada paduan as cast nya. Tabel yang memperlihatkan Bab IV Pembahasan 50

9 perbandingan komposisi fasa bcc untuk paduan ini disajikan dalam Gambar IV. 12. Sedangkan Morfologi struktur mikro as cast untuk paduan ini disajikan pada Gambar IV.13 Grafik Fasa β untuk 30% Al % Fasa β Waktu (jam) 900 C 1000 C Gambar IV.12 Grafik fasa β untuk 30%Al β 10 μm Gambar IV.13 Struktur mikro paduan Fe-Ni-30%Al, as cast Pada pemanasan dengan temperatur 900 o C, perubahan pada struktur mikro tidak begitu terlihat kecuali perubahan persen volume fasa. Struktur mikro untuk paduan ini dengan pemanasan pada 900 o C berupa dendritik. Morfologi struktur mikro untuk paduan ini dengan pemanasan pada temperatur 900 o C disajikan pada Gambar IV. 14 Bab IV Pembahasan 51

10 β β (a) 10 μm (b) 10 μm Gambar IV.14 Struktur mikro paduan Fe-Ni-30%Al, (a)900 o C, 24 (b) 900 o C, 48 Sedangkan pada pemanasan dengan temperatur 1000 o C, pemanasan selama 24 jam dan 48 jam menghasilkan morfologi yang relatif sama dengan pemanasan pada 900 o C. Morfologi struktur mikro struktur mikro untuk paduan ini dengan pemanasan pada temperatur 1000 o C disajikan pada Gambar IV. 15 β β (a) 10 μm (b) 10 μm Gambar IV.15 Struktur mikro paduan Fe-Ni-30%Al,(a) 1000 o C, 24(b) 1000 o C, Analisa Struktur Dendritik Struktur mikro yang mendominasi paduan ini adalah berbentuk dendritik. Dendrite adalah struktur kristal yang bercabang seperti pohon. Pertumbuhan fasa dendritik berpengaruh besar terhadap karakter atau sifat mekanis materialnya. Bab IV Pembahasan 52

11 Pengaruh terhadap sifat mekanis inilah yang membuat diperlukan pemahaman tentang dendrit serta pemahaman tentang cara mengontrolnya. Struktur dendritik biasanya terbentuk dalam paduan yang terdiri dari lebih dari satu fasa. Dendritik terbentuk dalam kondisi supercooling yang besar yang mengakibatkan di beberapa tempat antar muka akan tumbuh lebih cepat membentuk tonjolan menjorok ke dalam cairan. Hal ini dikarenakan : 1. Gaya dorong untuk pembekuan lebih besar di cairan yang mengalami supercooling 2. Tonjolan menolak atom terlarut kesisi tonjolan sehingga menahan pembekuan di daerah ini. Pada pendinginan lambat, pembekuan antar muka akan planar dan stabil. Tetapi pada kecepatan pendinginan yang meningkat, proses pembekuan akan cepat sehingga konsentrasi paduan pada antar muka akan berbeda dibandingkan dengan keseluruhan konsentrasi. Peningkatan konsentrasi akan menghambat pembekuan pada beberapa bagian di daerah permukaan. Perbedaan waktu pembekuan inilah yang menyebabkan terjadinya struktur dendritik. Pada kondisi dengan lama waktu pemanasan 48 jam, dendrit tumbuh lebih besar daripada paduan as cast dan daripada paduan dengan pemanasan selama 24 jam. Akibatnya, dendrit pada pemanasan selama 48 jam menghasilkan ukuran yang lebih besar dan berimbas pada sifat mekanis yaitu menjadikan paduan lebih keras. Sebaliknya, dendrit dengan ukuran yang lebih kecil akan menghasilkan paduan dengan ductility yang lebih baik. Proses pembentukan dendrite pada fasa ferit ditunjukan pada Gambar IV.16 Bab IV Pembahasan 53

12 Gambar IV.16 Proses pembentukan struktur dendrit pada fasa ferit 4.2 ANALISA UJI KEKERASAN Hasil uji kekerasan dengan membandingkan paduan as cast dengan paduan hasil perlakuan panas pada beberapa variasi temperatur dan waktu memperlihatkan perbedaan nilai kekerasan. Secara umum, hasil perlakuan panas selama 24 jam menghasilkan nilai kekerasan yang lebih rendah dari paduan as cast. Sedangkan hasil perlakuan panas selama 48 jam menghasilkan nilai kekerasan yang lebih tinggi daripada paduan as cast Analisa Laku Panas Terhadap Nilai Kekerasan Paduan Untuk paduan yang digunakan dalam penelitian ini, perubahan kekerasan setelah perlakuan panas menujukan tren yang berbeda untuk laku panas selama 24 jam dan 48 jam. Nilai kekerasan untuk laku panas selama 24 jam lebih kecil untuk temperatur 900 o C dan 1000 o C lebih kecil jika dibandingkan paduan as cast maupun dibandingkan dengan paduan hasil laku panas selama 48 jam. Hal ini berlaku sebaliknya untuk kekerasan hasil laku panas selama 48 jam yang menghasilkan kekerasan lebih besar daripada paduan as cast maupun paduan hasil laku panas selama 24 jam. Dari hasil ini, maka paduan dengan variasi pemanasan selama 24 jam cenderung lebih ductile daripada paduan as cast. Sedangkan paduan dengan variasi pemanasan selama 48 jam cenderung lebih brittle daripada paduan as cast. Bab IV Pembahasan 54

13 Secara keseluruhan, paduan 10%Al, 20%Al, dan 30%Al mempunyai karakter yang sama untuk tiap laku panas. Perbedaannya hanya pada pada persentase perubahan nilai kekerasan bila dibandingkan dengan paduan as cast. Perbedaan persentase perubahan nilai kekerasan dibandingkan paduan as cast disajikan pada Tabel III. 6. Sedangkan Grafik perbandingan untuk tiap variasi temperatur dan waktu dibandingkan dengan paduan as cast disajikan dalam gambar IV. 17 (10%Al), IV.18 (20%Al), dan IV.19 (30%Al) Grafik Kekerasan Untuk 10% Al Nilai Kekerasan Waktu (jam) 900 C 1000 C Gambar IV.17 Grafik kekerasan untuk 10%Al Bab IV Pembahasan 55

14 Grafik Kekerasan Untuk 20% Al Nilai Kekerasan Waktu (jam) 900 C 1000 C Gambar IV.18 Grafik kekerasan untuk 20%Al Grafik Kekerasan Untuk 30% Al Nilai Kekerasan Waktu (jam) 900 C 1000 C Gambar IV.19 Grafik kekerasan untuk 30%Al Bab IV Pembahasan 56

15 4.2.2 Analisa Komposisi Al Terhadap Nilai Kekerasan Paduan Komposisi alumunium yang digunakan pada percobaan ini teridiri dari paduan dengan 10%Al, 20%Al, dan 30%Al. Pada tiap paduan ini dilakukan perlakuan panas dengan variasi temperatur 900 C dan 1000 C. Waktu yang dipakai untuk laku panas ini terdiri dari 24 jam dan 48 jam untuk tiap temperatur. Selain itu juga, satu paduan tidak dilakukan laku panas atau disebut sebagai paduan as cast. Pada gambar IV. 20 menunjukan bahwa untuk paduan as cast, nilai kekerasan sebanding dengan penambahan alumunium atau kandungan komposisi alumunium. Grafik Nilai Kekerasan F1 F2 F3 Paduan Gambar IV.20 Grafik kekerasan untuk paduan as cast Untuk Paduan Fe-Ni-Al yang mengalami laku panas, sifat kekerasan yang muncul sama seperti paduan as cast. Nilai kekerasan paduan yang mengalami laku panas sebanding dengan kandungan alumunium. Hal ini berlaku untuk semua paduan yang mengalami laku panas pada temperature 900 o C dan 1000 o C dengan lama waktu pemanasan 24 jam dan 48 jam. Perbedaan untuk nilai kekerasan ini terlihat pada nilainya saja. Perbandingan nilai kekerasan berdasarkan kandungan alumunium setelah mengalami laku panas disajikan dalam gambar IV. 21 Bab IV Pembahasan 57

16 Grafik Kekerasan Kekerasan % Al 20% Al 30% Al komposisi Al 900, , , , 48 Gambar IV.21 Grafik kekerasan untuk paduan setelah laku panas Bab IV Pembahasan 58