PENGARUH PENAMBAHAN MANGAN TERHADAP SIFAT MAMPU TEMPA PADUAN Co-35Cr-5Mo UNTUK APLIKASI IMPLAN

dokumen-dokumen yang mirip
PENGARUH TEMPERATUR DAN NITROGEN HASIL HOT ROLLING TERHADAP STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIK PADUAN Co-Cr- Mo UNTUK APLIKASI BIOMEDIS

PERUBAHAN STRUKTUR MIKRO DAN KEKERASAN PADUAN Co-Cr-Mo-C-N PADA PERLAKUAN AGING

PENGARUH NITROGEN TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO PADUAN IMPLAN Co-28Cr-6Mo-0,4Fe-0,2Ni YANG MENGANDUNG KARBON HASIL PROSES HOT ROLLING

HASIL DAN PEMBAHASAN. dengan menggunakan kamera yang dihubungkan dengan komputer.

FENOMENA DYNAMIC STRAIN AGING PADA PROSES TEMPA PANAS PADUAN Co-33Ni-20Cr-10Mo

PENGARUH PROSES AGING PADA PADUAN Co-Cr-Mo TERHADAP KEKERASAN DAN KETAHANAN KOROSI UNTUK APLIKASI BIOMEDIS

PENAMBAHAN AlTiB SEBAGAI PENGHALUS BUTIR PADA PROSES RAPID SOLIDIFICATION ALUMINIUM

PEMBUATAN STRUKTUR DUAL PHASE BAJA AISI 3120H DARI BESI LATERIT

Dosen Pembimbing : Sutarsis, S.T, M.Sc.Eng

PEMBUATAN MATERIAL DUAL PHASE DARI KOMPOSISI KIMIA HASIL PELEBURAN ANTARA SCALING BAJA DAN BESI LATERIT KADAR NI RENDAH YANG DIPADU DENGAN UNSUR SIC

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Gambar 2.1. Proses pengelasan Plug weld (Martin, 2007)

STUDI PENGARUH VARIASI KUAT ARUS PENGELASAN PELAT AISI 444 MENGGUNAKAN ELEKTRODA AWS E316L

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

BAB IV PEMBAHASAN Data Pengujian Pengujian Kekerasan.

III. METODE PENELITIAN. Dalam penelitian ini dilakukan pengujian oksidasi baja AISI 4130 pada

III. METODOLOGI PENELITIAN. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Mei-Agustus 2012 di Instalasi Elemen

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Prosiding Seminar Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri ke-20 BAHAN TEKNIK MEKANIKA BAHAN

TIN107 - Material Teknik #9 - Metal Alloys 1 METAL ALLOYS (1) TIN107 Material Teknik

PENGARUH TEMPERATUR DAN WAKTU TAHAN TEMPERING TERHADAP KEKERASAN, STRUKTUR MIKRO DAN LAJU KOROSI PADA BAJA TAHAN KARAT MARTENSITIK 13Cr3Mo3Ni

KAJIAN TRANSFORMASI FASA SINTESIS PADUAN KOBALT SEBAGAI IMPLAN TULANG PROSTHESIS MELALUI METODE METALURGI SERBUK

Karakterisasi Material Bucket Teeth Excavator 2016

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN. Pembuatan spesimen dilakukan dengan proses pengecoran metode die

PENGARUH UNSUR Mn PADA PADUAN Al-12wt%Si TERHADAP SIFAT FISIK DAN MEKANIK LAPISAN INTERMETALIK PADA FENOMENA DIE SOLDERING SKRIPSI

BAB III PERCOBAAN DAN HASIL PERCOBAAN

PENGARUH MEDIA PENDINGIN PADA PROSES HARDENING TERHADAP STRUKTURMIKRO BAJA MANGAN HADFIELD AISI 3401 PT SEMEN GRESIK

BAB 3 METODE PENELITIAN

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB I PENDAHULUAN. Universitas Indonesia. Pengaruh pengelasan..., RR. Reni Indraswari, FT UI, 2010.

Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian

PENGARUH PENAMBAHAN KOMPOSISI Al PADA PADUAN Fe-Ni-Al

TUGAS AKHIR. Tugas Akhir ini Disusun Guna Memperoleh Gelar Sarjana Strata Satu Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta

BAB IV PEMBAHASAN. BAB IV Pembahasan 69

PROSES DEFORMASI SANGAT TINGGI (SEVERE PLASTIC DEFORMATION) TERHADAP PADUAN Al-5052 HASIL ANILING

SKRIPSI / TUGAS AKHIR

PENGARUH PROSES PERLAKUAN PANAS TERHADAP KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO BAJA AISI 310S

BAB 1. PERLAKUAN PANAS

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

BAB I PENDAHULUAN. mekanik, listrik, kimia dan konstruksi, dan bahkan kehidupan sehari-hari dapat

Optimalisasi Sifat Mekkanik Paduan Kobalt Sebagai Implan Tulang Prosthesis Melalui Proses Sintering.

KARAKTERISASI PADUAN AlFeNiMg HASIL PELEBURAN DENGAN ARC FURNACE TERHADAP KEKERASAN

BAB II KERANGKA TEORI

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

Analisis Struktur Mikro Baja Tulangan Karbon Sedang

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Analisa Sifat Mekanik Hasil Pengelasan GMAW Baja SS400 Studi Kasus di PT INKA Madiun

BAB IV DATA DAN ANALISA

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN. A. Deskripsi Data

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. LATAR BELAKANG

Available online at Website

Karakterisasi Material Sprocket

PENGARUH Cu PADA PADUAN Al-Si-Cu TERHADAP PEMBENTUKAN STRUKTUR KOLUMNAR PADA PEMBEKUAN SEARAH

UNIVERSITAS INDONESIA PENGARUH DERAJAT DEFORMASI TERHADAP STRUKTUR MIKRO, SIFAT MEKANIK DAN KETAHANAN KOROSI BAJA KARBON AISI 1010 TESIS

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

PERLAKUAN PANAS MATERIAL AISI 4340 UNTUK MENGHASILKAN DUAL PHASE STEEL FERRIT- BAINIT

BAB IV HASIL DAN ANALISA

PENGARUH MANUAL FLAME HARDENING TERHADAP KEKERASAN HASIL TEMPA BAJA PEGAS

PERLAKUAN TERMOMEKANIKAL INGOT PADUAN Ti-Al-Mo

BAB I PENDAHULUAN. Kekuatan tarik adalah sifat mekanik sebagai beban maksimum yang terusmenerus

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

BAB I PENDAHULUAN. Dalam bidang material baja karbon sedang AISI 4140 merupakan low alloy steel

BAB III METODE PENELITIAN

STUDI PENGARUH TEMPERATUR DAN GETARAN MEKANIK VERTIKAL TERHADAP PEMBENTUKAN SEGREGASI MAKRO PADA PADUAN EUTEKTIK Sn Bi

PENGARUH VARIASI WAKTU TAHAN PADA PROSES NORMALIZING TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO BAJA AISI 310S PADA PRESSURE VESSEL

PENGARUH ANNEALING TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS PAHAT HSS DENGAN UNSUR PADUAN UTAMA CROM

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

PENGARUH PERLAKUAN ANIL TERHADAP SIFAT MEKANIS DAN STRUKTUR MIKRO PADA SAMBUNGAN LAS PIPA BAJA Z 2201

PENGARUH KANDUNGAN NIOBIUM TERHADAP MIKROSTRUKTUR, KOMPOSISI KIMIA DAN KEKERASAN PADUAN Zr Nb Fe Cr

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Analisis Kegagalan pada Shaft Gearbox Mesin Palletizer di PT Holcim Tbk Tuban

BAB I PENDAHULUAN. Biomaterial adalah substansi atau kombinasi beberapa subtansi, sintetis atau

Pengaruh Waktu Penahanan Artificial Aging Terhadap Sifat Mekanis dan Struktur Mikro Coran Paduan Al-7%Si

Korosi telah lama dikenal sebagai salah satu proses degradasi yang sering terjadi pada logam, khusunya di dunia body automobiles.

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Dimas Hardjo Subowo NRP

TIN107 - Material Teknik #10 - Metal Alloys (2) METAL ALLOYS (2) TIN107 Material Teknik

Pembahasan Materi #11

PROSES QUENCHING DAN TEMPERING PADA SCMnCr2 UNTUK MEMENUHI STANDAR JIS G 5111

PEMBENTUKAN STRUKTUR MIKRO PADUAN TITANIUM TI6AL6MO AS CAST SEBAGAI BAHAN DASAR IMPLAN.

PENGARUH VARIASI TEMPERATUR SOLUTION TREATMENT TERHADAP STRUKTUR MIKRO DAN KEKUATAN PADUAN TI-6AL- 6NB UNTUK APLIKASI BIOMEDIS

ANALISA PENGARUH TEMPERATUR TEMPERING TERHADAP STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIK PADA BAJA AAR-M201 GRADE E

PENGARUH PENAMBAHAN TEMBAGA (Cu) TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO PADA PADUAN ALUMINIUM-SILIKON (Al-Si) MELALUI PROSES PENGECORAN

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

KARAKTERISASI INGOT PADUAN Zr-Mo-Fe-Cr PASCA PERLAKUAN PANAS

PENGARUH FILLER DAN ARUS LISTRIK TERHADAP SIFAT FISIK- MEKANIK SAMBUNGAN LAS GMAW LOGAM TAK SEJENIS ANTARA BAJA KARBON DAN J4

PENGARUH MEDIA PENDINGIN PADA PROSES HARDENING MATERIAL BAJA S45C

PENGARUH ARUS PENGELASAN LAS TIG TERHADAP KARAKTERISTIK SIFAT MEKANIS STAINLESS STEEL TYPE 304 ABSTRAK

PENGARUH VARIASI REDUKSI TERHADAP KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO BAJA LATERIT MELALUI PENGEROLAN PANAS

BAB III METODE PENELITIAN. Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah eksperimen,

BAB I PENDAHULUAN. Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS

07: DIAGRAM BESI BESI KARBIDA

ANALISIS STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIK BAJA MANGAN AUSTENITIK HASIL PROSES PERLAKUAN PANAS

STUDI PENGARUH TEMPERATUR DAN WAKTU AGING TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN MIKROSTRUKTUR KOMPOSIT

PENGARUH PROSES PERLAKUAN PANAS TERHADAP KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO BAJA AISI 310 S. Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesia

BAB IV HASIL PENGUJIAN

Gambar 4.1 Penampang luar pipa elbow

Transkripsi:

PENGARUH PENAMBAHAN MANGAN TERHADAP SIFAT MAMPU TEMPA PADUAN Co-35Cr-5Mo UNTUK APLIKASI IMPLAN Ika Kartika Pusat Penelitian Metalurgi LIPI Kawasan Puspiptek Serpong, Gedung 470, Tangerang 15314 E- mail : pepeng2000@yahoo.com Masuk tanggal : 06-10-2011, revisi tanggal : 09-07-2012, diterima untuk diterbitkan tanggal : 20-07-2012 Intisari PENGARUH PENAMBAHAN MANGAN TERHADAP SIFAT MAMPU TEMPA PADUAN Co-35Cr- 5Mo UNTUK APLIKASI IMPLAN. Paduan Co-Cr-Mo dalam aplikasinya lebih banyak digunakan sebagai material implan seperti pengganti tempurung atau sambungan tulang pinggul. Penambahan Ni dalam paduan tersebut akan meningkatkan sifat mampu bentuknya, akan tetapi unsur nikel bersifat alergi terhadap tubuh manusia. Oleh karenanya mangan akan dicoba untuk dapat menggantikan fungsi unsur nikel dalam paduan Co- Cr-Mo sebagai paduan implan. Pada penelitian ini akan dipelajari sifat mampu tempa dari paduan Co-35Cr-5Mo tanpa dan dengan penambahan Mn secara bervariasi sebesar 0,2-0,4-0,6-0,8-1(% berat). Diagram fasa dari paduan Co-35Cr-5Mo-xMn (x=0-20 % berat) dikalkulasi dengan menggunakan data base dalam Thermo-Calc. Ingot paduan Co-35Cr-5Mo-xMn (x=0-1 % berat) diperoleh melalui proses peleburan dan pemaduan menggunakan tungku busur listrik dalam kondisi vakum pada temperatur di atas 1400 ºC. Proses homogenisasi kemudian dilakukan menggunakan tungku vakum yang dialiri gas argon dengan kemurnian tinggi pada temperatur 1200 ºC selama 24 jam. Hasil proses tempa pada T =1250 ºC menunjukkan bahwa ingot paduan Co- 35Cr-5Mo-0,4Mn tidak menghasilkan retak yang sangat signifikan bila dibandingkan dengan paduan tanpa dan dengan variasi penambahan mangan lainnya. Hasil XRD menunjukkan bahwa fasa γ (fcc), fasa ε (hcp) dan fasa σ terkandung pada semua paduan Co-35Cr-5Mo-xMn (x=0-1 % berat). Hasil metalografi memperlihatkan adanya presipitasi fasa σ dalam batas butir austenit, dan beberapa striasi dalam butir austenit. Striasi dimungkinkan adalah fasa ε dan kembaran deformasi. Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa paduan Co-35Cr-5Mo-0,4Mn memiliki sifat mampu tempa yang baik. Striasi dan adanya fasa σ mengarah terhadap rendahnya sifat mampu tempa dari paduan tersebut. Kata kunci : Paduan Co-35Cr-5Mo-xMn (x=0-1 % berat), Material implan, Variasi penambahan Mn, Sifat mampu tempa, Striasi, fasa γ (fcc), Fasa σ, Fasa ε (hcp) Abstract THE EFFECT OF Mn ADDITION ON FORGING ABILITY OF Co-35Cr-5Mo ALLOY FOR IMPLANT APPLICATIONS. The applications of Co-Cr-Mo alloys are widely used as an implant material such as knee and hip joint. Subject of this research relates to the forge ability of Co-35Cr-5Mo without and with various addition of Mn approximately 0.2-0.4-0.6-0.8-1 (weight %). Co-35Cr-5Mo-xMn (0-20 weight %) phase diagram is calculated using data base in the Thermo-Calc software. Co-35Cr-5Mo-xMn (0-1 weight %) alloy ingots are obtained through melting and solidifying process by using tri arc melting in vacuum condition at temperature above 1400 ºC. Homogenizing is carried out using vacuum furnace with high purity argon gas at temperature 1200 ºC for 24 h. After forging process at T = 1250 ºC, Co-35Cr-5Mo-0.4Mn alloy ingot did not obtain any significant cracking when compared to others. XRD results reveal that ε phase and σ phase consist in all Co- 35Cr-5Mo-xMn (x=0-1 weight %) alloys. Metallography examinations show precipitations of σ phase along austenite grain boundaries and striations in the interior of austenite grains. Striations are to be expected as ε phase or deformation twinning. From this research study concludes that Co-35Cr-5Mo-0.4Mn is suitable for forging process. The existence of striation and σ phase lead to the low grade of forging ability in these alloys. Keywords : Co-35Cr-5Mo-xMn (x=0-1weight %) alloy, Implant material, Various addition of Mn, Forging ability, Striation, γ phase (fcc), σ phase, ε phase (hcp)

PENDAHULUAN Untuk menggantikan jaringan atau organ tubuh manusia yang rusak seperti bagian tulang atau gigi, material implan seringkali digunakan. Material implan atau dikenal dengan istilah biomaterial harus bersifat nyaman dan aman bagi tubuh manusia. Material logam implan yang lazim digunakan biasanya adalah paduan dasar titanium, baja tahan karat 316L dan paduan dasar kobalt. Sampai saat ini, pada beberapa material logam implan yang sangat menjanjikan dan telah digunakan secara luas adalah paduan dasar Co-Cr-Mo yang mengacu pada standar ASTM F 75 [1]. Paduan ini mempunyai sifat mekanik yang unggul, ketahanan korosi dan ketahanan aus yang sangat baik. Seperti paduan Co-Cr-Mo hasil coran telah digunakan untuk pengganti femoral head pada daerah tulang pangkal paha karena memiliki sifat biokompatibel yang sangat baik dan ketahanan aus yang tinggi [2]. Chiba dan timnya [3] sudah mengembangkan paduan Co-Cr-Mo hasil tempa dengan ukuran butir sekitar 3 µm tanpa penambahan kandungan Ni dan C. Paduan Co-Cr-Mo dengan penambahan kandungan Ni ditiadakan karena akan mengakibatkan alergi pada tubuh manusia. Di lain pihak, Ni sangat bersifat meningkatkan kemampuan untuk dibentuk pada paduan berbasis Co-Cr. Selain itu, penambahan C akan mengakibatkan peningkatan stacking fault energy (SFE) sehingga menahan kestabilan struktur fcc dari kobalt. Pada paduan Co- Cr-Mo hasil cor, karakteristik dari paduan secara signifikan tergantung dari perbandingan fasa γ (fcc) dan fasa ε (hcp) yang terbentuk ketika martensit bertransformasi menjadi fasa γ dan ε selama pendinginan. Sebagai contoh, keuletan meningkat pada paduan Co-29Cr- 6Mo dengan meningkatnya fraksi fasa γ, sedangkan pada kasus lain, jumlah pelepasan ion logam cenderung menurun pada paduan Co-29Cr-6Mo dengan meningkatnya fasa ε [4]. Dalam paduan Co- 29Cr-6Mo, fasa γ akan memberikan efek meningkatnya sifat mampu bentuk paduan, sedangkan fasa ε sangat menjanjikan apabila paduan diaplikasikan dalam atmosfir yang korosif atau memerlukan ketahanan aus yang relatif tinggi [5]. Penelitian terdahulu oleh Yuswono dan timnya [6] pada paduan Co-35Cr-10Mo- 0,5Mn hasil tempa menunjukkan sifat mampu tempa yang baik dibandingkan dengan paduan Co-30Cr-10Mo-0,5Mn dan Co-30Cr-10Mo tanpa Mn. Kedua paduan tersebut yaitu paduan Co-30Cr-10Mo- 0,5Mn dan Co-30Cr-10Mo mengalami retak saat ingot ditempa setelah dipanaskan pada variasi temperatur 1100 ºC-1300 ºC dengan temperatur penahanan selama 30 menit. Retak saat tempa terjadi akibat pembentukan fasa σ dalam matrik γ saat pemanasan awal. Pada studi penelitian ini akan dilakukan penambahan Mn terhadap paduan Co- 35Cr-5Mo sebagai pengganti dari unsur nikel yang bersifat alergi terhadap tubuh manusia. Pembuatan paduan ini juga mengacu pada standar ASTM F 75 dengan memodifikasi kandungan unsur Cr sebesar 35 % berat. Dari studi penelitian ini diharapkan unsur Mn dalam paduan berbasis Co-35Cr-5Mo mampu menggantikan unsur Ni yang dapat memberikan sifat mampu bentuk yang baik. Oleh karenanya, sifat mampu tempa dari paduan Co-35Cr-5Mo-xMn (x = 0-1 % berat) dipelajari dalam penelitian ini. Karakterisasi yang dilakukan untuk menunjang studi penelitian ini adalah observasi visual, uji metalografi dengan mikroskop optik dan SEM (scanning electron microscope), serta analisa kandungan fasa dengan XRD (X-ray diffraction) terhadap ingot hasil tempa dari paduan Co-35Cr-5Mo-xMn (x = 0-1 % berat). PROSEDUR PERCOBAAN Sebelum proses peleburan dan pemaduan dilakukan, material awal (Gambar 1) ditimbang untuk mendapatkan 96 Majalah Metalurgi, V 27.2.2012, ISSN 0216-3188/ hal 95-104

komposisi paduan Co-35Cr-5Mo-xMn (x= 0-1 % berat dengan interval 0,2) dengan berat sampel yang diinginkan sebesar 20 gram (Tabel 1). Material awal dipesan dari NILACO Jepang. Komposisi material awal sesuai Tabel 1 kemudian dilebur dengan menggunakan tungku busur listrik (tri arc melting) di atas temperatur 1400 ºC dalam kondisi vakum. Diagram fasa dari sistem paduan yang diinginkan yaitu Co-35Cr- 5Mo-(0-20 % berat) Mn dikalkulasi menggunakan data base pada Thermo-Calc seperti ditunjukkan pada Gambar 2 [7]. kobalt krom molibden mangan Gambar 1. Material awal berupa kobalt, krom, molibden dan mangan sebelum dilebur dalam tri arc melting Ingot hasil peleburan dengan panjang 24 mm, lebar 18 mm dan tebal kira-kira berkisar 7 mm kemudian dihomogenisasi dalam tungku vakum yang dialiri gas argon dengan kemurnian tinggi (UHP) pada temperatur 1250 ºC selama 24 jam untuk mendapatkan komposisi kimia yang homogen. Ingot kemudian ditempa setelah dipanaskan pada temperatur 1250 ºC dengan waktu penahanan 15 menit dalam tungku vakum yang dialiri gas argon dengan kemurnian tinggi. Proses tempa dilakukan dengan reduksi 50% dengan ketebalan ingot hasil tempa berkisar menjadi 3,5 mm. Ingot hasil tempa kemudian dipotong pada area tengah menggunakan mesin pemotong (wire cut) dengan ukuran 8 x 8 mm 2 untuk dikarakterisasi dengan XRD dan metalografi. 18 mm Gambar 2. Ingot paduan Co-35Cr-5Mo-xMn (x=0-1 % berat) hasil peleburan dengan tungku busur listrik Sampel untuk uji XRD kemudian diampelas menggunakan kertas ampelas dengan kekasaran 400-1200 mesh, dilanjutkan dengan pemolesan menggunakan alumina dengan kekasaran partikel 5-0,3 mikron. Uji XRD dilakukan pada permukaan ingot Co-35Cr-5Mo-xMn (x = 0-1 % berat) hasil tempa untuk menganalisa fasa yang terbentuk menggunakan alat difraksi sinar X merk Shimadzu tipe 610-XD. Uji XRD juga dilakukan dengan menggunakan monokromatik CuKα dengan radiasi sebesar 40º 2θ 100º. Metalografi dengan mikroskop optik dan SEM pada ingot paduan Co-35Cr- 5Mo-xMn (0-1 % berat) dilakukan di area tengah pada posisi melintang dari permukaan tempa. Mikroskop optik yang digunakan adalah merk Olympus tipe PME, sedangkan SEM menggunakan merk JEOL JSM 6390 A. Preparasi sampel metalografi sama dengan untuk uji XRD, kemudian dilanjutkan dengan proses electroetching menggunakan katoda baja tahan karat (stainless steel) dengan arus sebesar 3A. Larutan etsa yang digunakan adalah 10% H 2 SO 4 dalam 90% CH 3 OH.. Pengaruh Penambahan Mangan../ Ika Kartika 97

Tabel 1. Komposisi berat paduan Co-35Cr-5Mo-xMn (x = 0-1 % berat) Disain Paduan Co (gr) Cr (gr) Mo (gr) Mn (gr) Muatan total setiap sampel (gr) Co-35%Cr-5%Mo-0Mn 12 7 1 0 20 Co-35%Cr-5%Mo-0,2%Mn 11,96 7 1 0,04 20 Co-35%Cr-5%Mo-0,4%Mn 11,92 7 1 0,08 20 Co-35%Cr-5%Mo-0,6%Mn 11,88 7 1 0,12 20 Co-35%Cr-5%Mo-0,8%Mn 11,84 7 1 0,16 20 Co-35%Cr-5%Mo-1%Mn 11,8 7 1 0,2 20 HASIL DAN PEMBAHASAN Diagram Fasa Diagram fasa sangat diperlukan saat merencanakan pembuatan suatu paduan logam sebagai dasar acuan untuk mengetahui fasa-fasa yang terbentuk pada suatu rentang temperatur dengan komposisi unsur tertentu. Karena diagram fasa yang sesuai dengan komposisi paduan yang diinginkan (Tabel 1) tidak ditemukan dalam literatur, maka diagram fasa sebagai fungsi dari konsentrasi mangan dalam paduan Co-35Cr-5Mo dikalkulasi dengan menggunakan data base dalam software Thermo-Calc seperti ditunjukkan pada Gambar 3 [7]. Dalam diagram fasa paduan Co-35Cr- 5Mo-xMn (x = 0-20 % berat) terlihat bahwa fasa γ (fcc) stabil bersama fasa σ pada temperatur di atas 950 ºC dengan kandungan Mn sebesar 0-13 % berat. Sedangkan pada temperatur dibawah 900 ºC, dengan penambahan Mn sebesar 0-20 % berat, fasa ε (hcp) dan fasa σ stabil dalam paduan Co-35Cr-5Mo. Fasa γ (fcc), σ dan ε (hcp) akan ada secara bersama pada temperatur 940 ºC - 1000 ºC dengan kandungan Mn sebesar 0-15 % berat. Pemeriksaan Visual pada Ingot Hasil Tempa Hasil observasi visual pada ingot paduan Co-35Cr-5Mo-xMn (x= 0-1 % berat) hasil tempa T = 1250 ºC, ditunjukkan pada Gambar 4a-4f. Hasil observasi visual pada ingot paduan hasil tempa memperlihatkan bahwa paduan Co- 35Cr-5Mo tanpa penambahan Mn banyak mengalami retak di area tepi (Gambar 4a). Retak juga terlihat pada ingot paduan hasil tempa dengan kandungan Mn sebesar 0,2 (% berat) di beberapa sisi. Pada kandungan Mn sebesar 0,4 (% berat), retakan hanya terjadi pada salah satu area sisi (Gambar 4b-4c). Gambar 3. Diagram fasa dari paduan Co-35Cr- 5Mo-xMn (x =0-20 % berat) dihasilkan dari kalkulasi dengan menggunakan Thermo-Calc [7] 98 Majalah Metalurgi, V 27.2.2012, ISSN 0216-3188/ hal 95-104

(a) (b) (c) (d) (e) (f) Gambar 4. Ingot paduan hasil tempa pada T= 1250 ºC: (a) Co-35Cr-5Mo; (b) Co-35Cr-5Mo-0,2Mn; (c) Co- 35Cr-5Mo-0,4Mn; (d) Co-35Cr-5Mo-0,6Mn; (e) Co-35Cr-5Mo-0,8Mn dan (f) Co-35Cr-5Mo-1Mn Secara visual retakan ini lebih disebabkan oleh bentuk ingot yang memiliki sudut yang tajam pada area permukaan, meskipun area ini sudah diminimalisir dengan penggerindaan. Akibatnya ketika proses tempa dilakukan area tersebut menginisiasi terjadinya retak (Gambar 4b-4c). Observasi visual pada ingot paduan hasil tempa dengan penambahan Mn sebesar 0,6-1 (% berat) terlihat menghasilkan retakan di beberapa sisi (Gambar 4d-4f). Hasil observasi visual menunjukkan bahwa retakan lebih banyak terjadi pada ingot paduan Co-35Cr-5Mo tanpa penambahan Mn (Gambar 4a). XRD Analisis Gambar 5 menunjukkan grafik hasil pengujian XRD pada ingot paduan Co- 35Cr-5Mo-xMn (x= 0-1 % berat) hasil tempa. Hasil karakterisasi dengan XRD memperlihatkan bahwa ingot paduan Co- 35Cr-5Mo tanpa dan dengan penambahan Mn sebesar 0,2-1 (% berat) memiliki puncak puncak dari fasa γ (fcc), ε (hcp) dan σ (Gambar 4). Fasa σ dan fasa ε berturut-turut memiliki puncak yang hampir sama pada rentang sudut 2θ berkisar = 46,25º - 47º (Gambar 5). Hasil Metalografi Gambar 6a-6f menunjukkan struktur mikro di area tengah pada posisi melintang dari permukaan ingot hasil tempa paduan Co-35Cr-5Mo-xMn (x=0-1 % berat) dengan menggunakan mikroskop optik metalografi. Gambar 6a adalah struktur mikro paduan Co-35Cr-5Mo tanpa penambahan Mn. Struktur mikro menunjukkan butir austenit yang equiaxed dengan ukuran butir bervariasi dan berkisar antara 30-90 µm, adanya striasi dalam butir austenit yang menunjukkan fasa ε, kembaran aniling (annealing twin) dan porositas (Gambar 6a). Gambar 6b-6e memperlihatkan struktur mikro paduan Co- 35Cr-5Mo-xMn (x=0,2-1 % berat). Struktur teramati adalah butir austenit yang Pengaruh Penambahan Mangan../ Ika Kartika 99

equiaxed, adanya striasi dalam butir austenit yang menunjukkan fasa ε, presipitasi fasa σ dalam batas butir austenit, kembaran aniling, dan adanya porositas (Gambar 6b-6e). Pada Gambar 6f, dengan penambahan Mn sebesar 1% berat dalam paduan Co-35Cr-5Mo menghasilkan peningkatan dan pertumbuhan presipitasi fasa σ pada batas butir austenit, selain itu presipitasi interdendritik dari fasa σ juga teramati dalam butir austenit. Gambar 7a dan 7b berturut-turut menunjukkan struktur mikro hasil SEM dari ingot paduan Co-35Cr-5Mo-0,2Mn dan Co-35Cr-5Mo-1Mn hasil tempa pada T = 1250 ºC. Struktur mikro hasil SEM menunjukkan adanya striasi dalam butir austenit dan presipitat dari fasa σ pada batas butis austenit serta adanya porositas (Gambar 7a dan 7b). Teramati besar butir austenit berkisar 60 µm (Gambar 7b). Dari hasil pengamatan dengan SEM terlihat bahwa striasi dalam butir austenit cenderung meningkat dengan meningkatnya penambahan Mn sampai dengan 1 % berat dalam paduan Co-35Cr- 5Mo (Gambar 7a dan 7b). Dari observasi visual terhadap paduan Co-35Cr-5Mo-xMn (x = 0-1 % berat) yang mengalami retak seperti ditunjukkan pada Gambar 4a-4f, dan dihubungkan dengan struktur mikro yang terbentuk (Gambar 6a- 6f), rendahnya sifat mampu tempa pada ingot paduan selain disebabkan oleh presipitasi fasa σ [6], juga dipicu oleh adanya fasa ε berupa striasi dalam butir austenit. Selain itu, penambahan Mn dalam paduan Co-35Cr-5Mo akan mengarah pada terbentuknya kembaran deformasi (deformation twinning) yang juga akan mencirikan striasi dalam butir austenit [8]. Kembaran deformasi biasanya terjadi pada logam dengan struktur sel satuan fcc [9-12], mekanisme pembentukannya hampir mirip dengan teori transformasi martensit, dan mempengaruhi sifat mekanik dari material itu sendiri [13-16]. Striasi-striasi tersebut apabila dikonfirmasi dengan TEM (transmission electron microscope) akan berupa kumpulan stacking fault dan partial dislocation yang saling berinteraksi dan meningkatkan kecepatan pengerasan regangan (strain hardening rate) dalam paduan [17]. Oleh karenanya, sifat mampu tempa ingot paduan akan menurun dengan adanya kembaran deformasi karena paduan akan memiliki keuletan yang rendah. Mengacu pada kalkulasi diagram fasa dengan Thermo-Calc, proses tempa pada ingot paduan Co-35Cr-5Mo tanpa dan dengan penambahan Mn sebesar 0,2-1 % berat pada temperatur 1250 ºC akan menghasilkan fasa γ (fcc) dan fasa σ (Gambar 3). Hasil karakterisasi dengan XRD terhadap ingot paduan hasil tempa tersebut memunculkan puncak-puncak dari fasa γ (fcc), fasa ε (hcp) dan fasa σ (Gambar 5). Hasil metalografi dengan mikroskop optik dan SEM memperlihatkan data yang sesuai dengan analisa fasa hasil XRD. Struktur mikro dari paduan Co- 35Cr-5Mo-xMn (x=0-1 % berat) memperlihatkan butir austenitit yang equiaxed dengan ukuran butir berkisar 30-90 µm, adanya presipitasi dari fasa σ pada batas butir austenit dan striasi dalam butir austenit yang menandakan adanya fasa ε ataupun kembaran deformasi (Gambar 6a- 6f). Bentuk butir austenit yang bersudut tajam (Gambar 6a-6f) memungkinkan adanya fenomena strain induce transformation, dimana fasa martensit bertransformasi menjadi fasa γ (fcc) dan fasa ε (hcp) pada saat pendinginan. Struktur mikro ingot paduan Co-35Cr-5Mo hasil tempa dengan penambahan Mn sebesar 1 % berat memperlihatkan masih adanya presipitasi interdendritik dari fasa σ. Selain itu, presipitasi fasa σ pada batas butir austenit semakin meningkat (Gambar 6f). Dari hasil penelitian yang dilakukan oleh Sang Hak Lee dkk [18] pada paduan Co-29Cr-6Mo, fasa σ dihasilkan saat paduan tersebut ditempa pada T = 950 ºC dalam area interdendritik dimana Cr dan Mo bersegregasi. 100 Majalah Metalurgi, V 27.2.2012, ISSN 0216-3188/ hal 95-104

1011- hcp 200- fcc 1012- hcp 220- fcc 1013- hcp 311- fcc 222- fcc 111- fcc 1% Mn 0,8% Mn 0,6% Mn 0,4% Mn 0,2% Mn 0% Mn Gambar 5. Profil hasil XRD dari paduan Co-35Cr-5Mo-xMn (x=0-1% Mn) hasil tempa pada temperatur 1250ºC = γ, = ε, = σ (a) (b) (c) (d) Pengaruh Penambahan Mangan../ Ika Kartika 101

(e) (f) Gambar 6. Struktur mikro ingot paduan hasil tempa T = 1250 ºC: (a) Co-35Cr-5Mo; (b) Co-35Cr-5Mo-0,2Mn; (c) Co-35Cr-5Mo-0,4Mn; (d) Co-35Cr-5Mo-0,6Mn; (e) Co-35Cr-5Mo-0,8Mn dan (f) Co-35Cr-5Mo-1Mn (a) (b) Striasi/ε Striasi/ε σ Gambar 7. Struktur mikro hasil SEM dari ingot paduan hasil tempa T = 1250 ºC: (a) Co-35Cr-5Mo-0,2Mn dan (b) Co-35Cr-5Mo-1Mn KESIMPULAN Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa; 1. Penambahan unsur Mn yang optimal tanpa menghasilkan retak pada ingot paduan Co-35Cr-5Mo hasil tempa adalah sebesar 0,4 % berat. 2. Tanpa penambahan Mn dan dengan semakin meningkatnya penambahan Mn di atas 0,4 (% berat) dalam paduan Co- 35Cr-5Mo akan menurunkan sifat mampu tempanya. 3. Struktur yang terbentuk dalam ingot paduan Co-35Cr-5Mo-0,4Mn adalah presipitasi fasa σ pada batas butir austenit dan striasi dalam butir austenit berupa fasa ε ataupun kembaran deformasi. 4. Fasa σ dan striasi dalam butir austenit akan mengarah pada rendahnya sifat mampu tempa dari paduan Co-35Cr- 5Mo-xMn (x = 0,2-1 % berat) karena akan menghasilkan paduan dengan kekuatan tinggi dan keuletan yang rendah. SARAN 1. Striasi dalam butir austenit sebaiknya dikonfirmasi dengan pengujian TEM untuk menentukan struktur atau fasa yang terbentuk dalam paduan Co-35Cr- 5Mo-xMn (x = 0-1% berat). 102 Majalah Metalurgi, V 27.2.2012, ISSN 0216-3188/ hal 95-104

2. Kalibrasi perlu dilakukan pada kontrol atau penunjuk temperatur dari tungku vakum yang digunakan. UCAPAN TERIMA KASIH Terimakasih kepada Kementrian Negara Riset dan Teknologi yang telah mendanai studi penelitian ini melalui kegiatan Insentif Peneliti dan Perekayasa LIPI Tahun 2011. Terima kasih juga diucapkan atas bantuan Bapak Fendy Rokhmanto, ST dan Bapak Yuswono, M.Eng. Terimakasih untuk bantuan kalkulasi diagram fasa dengan Thermo-Calc di Chiba Laboratory, Institute for Materials Research, Tohoku University, Japan. DAFTAR PUSTAKA [1] Standard Specification for Cobalt- Chromium-Molybdenum Casting Alloy and Cast Product for Surgical Implant. 1998. ASTM Designation: F75. [2] K. Kumagai, N. Nomura, T. Ono, M. Hotta and A. Chiba. 2005. Materials Transactions Japan. : 46, 7, 1578-1587. [3] A. Chiba, K. Kumagai, H. Takeda and N. Nomura. 2005. Materials Science Forum. : 475-479, 2317-2322. [4] S. Kurosu, N. Nomura, K. Yamaguchi, S. Fujinuma and A. Chiba. 2005. Japan Institute of Metals. : 69, 886-891. [5] A.J.S. Garcia and H. F. Lopez. 2005. Journal Biomed. Mater. Res.: 74a, 269-274. [6] Yuswono dan Andika Pramono. 2007. Material Komponen dan Konstruksi. : 7, 12, 54-64. [7] B. Jansson, M. Schalin, M. Selby and B. Sundman. 1993. Computer Software in Chemical and Extractive Metallurgy. Quebec :The Metal Society of CIM. [8] Y.N. Dastur and W.C. Leslie. 1981. Met. Trans. A. : 12A, 749-758. [9] A. Chiba, X.G. Li and M.S. Kim. 1999. Phil. Mag. A. : 79, 7, 1533-1554. [10] T.H. Blewitt, R.R. Coltman and J.K. Redman. 1957. J. Appl. Phys. : 28, 651. [11] H. Suzuki and C.S. Barret. 1958. Acta Metal. : 6, 156. [12] P. Haasen. 1958. Phil Mag. : 3, 384. [13] G. T. Gray III. 1988. Acta Metal. : 36, 1745. [14] S. Asgari, E. El-Danaf, S.R. Kalindi and R.D. Doherty. 1997. Metall. Trans A. : 2A, 1781-95. [15] J. W. Christian and S. Mahajan. 1995. Progress In Material Science. : 39, 1-157. [16] L. Remy. 1981. Metal Trans A. : 12A, 387-408. [17] N. Nomura, M. Abe, A. Kawamura, S. Fujinuma, A. Chiba, N. Masahashi and S. Hanada. 2006. Material Transactions. : 47, 2, 283-286. [18] S.H. Lee, E. Takahashi, N. Nomura and A. Chiba. 2005. Material Transactions. :46, 1790-1793. RIWAYAT PENULIS 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 Metalurgi-LIPI sejak Maret 1998. Pengaruh Penambahan Mangan../ Ika Kartika 103

104 Majalah Metalurgi, V 27.2.2012, ISSN 0216-3188/ hal 95-104