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

dokumen-dokumen yang mirip
KARAKTERISASI INGOT PADUAN Zr-Mo-Fe-Cr PASCA PERLAKUAN PANAS

PENGARUH DEFORMASI DINGIN TERHADAP KARAKTER PADUAN Zr-0,3%Mo-0,5%Fe-0,5%Cr PASCA PERLAKUAN PANAS

PENGARUH KANDUNGAN Si TERHADAP MIKROSTRUKTUR DAN KEKERASAN INGOT Zr-Nb-Si

Pengaruh reduksi tebal terhadap mikrostruktur dan kekerasan paduan Zr-0,4%Nb-0,5%Fe-0,5%Cr pasca pengerolan panas. Sungkono dan Siti Aidah

STUDI LAJU KOROSI PADUAN Zr-Mo-Fe-Cr DALAM MEDIA UAP AIR JENUH PADA TEMPERATUR C

KARAKTERISASI PADUAN AlFeNiMg HASIL PELEBURAN DENGAN ARC FURNACE TERHADAP KEKERASAN

KARAKTERISASI INGOT PADUAN U-7Mo-Zr HASIL PROSES PELEBURAN MENGGUNAKAN TUNGKU BUSUR LISTRIK

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

I. PENDAHULUAN. kelongsong bahan bakar, seperti sedikit mengabsorpsi neutron, kekerasan

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

PENGARUH KANDUNGAN Fe DAN Mo TERHADAP KETAHANAN KOROSI INGOT PADUAN ZIRLO-Mo DALAM MEDIA UAP AIR JENUH

KARAKTERISTIK MIKROSTRUKTUR DAN FASA PADUAN Zr- 0,3%Nb-0,5%Fe-0,5%Cr PASCA PERLAKUAN PANAS DAN PENGEROLAN DINGIN

PENGARUH PERU BAHAN KANDUNGAN Si TERHADAP MIKROSTRUKTUR DAN KEKERASAN INGOT PADUAN Zr-Nb-Si

SINTESIS PADUAN Zr-Sn-Mo UNTUK MENDAPATKAN BAHAN BARU KELONGSONG ELEMEN BAKAR NUKLIR

PENGARUH PROSES QUENCHING TERHADAP LAJU KOROSI BAHAN BAKAR PADUAN UZr

PENGARUH UNSUR PEMADU Fe DAN PERLAKUAN PANAS PADA MIKROSTRUKTUR DAN SIFAT MEKANIK ZIRCALOY-4 Sn RENDAH (ELS)

UJI KETAHANAN KOROSI TEMPERATUR TINGGI (550OC) DARI LOGAM ZIRKONIUM DAN INGOT PADUAN

BAB III PERCOBAAN DAN HASIL PERCOBAAN

PENGARUH UNSUR GERMANIUM TERHADAP KETAHANAN KOROSI PADUAN Zr-Nb-Mo-Ge UNTUK MATERIAL KELONGSONG PERUSAHAAN LISTRIK TENAGA NUKLIR

Perilaku Mekanik Tembaga Fosfor C1220T-OL Pada Proses Annealing dan Normalizing

KARAKTERISTIK SIFAT MEKANIK DAN MIKROSTRUKTUR PADUAN UZrNb PASCA PERLAKUAN PANAS

PENGARUH UNSUR Nb PADA BAHAN BAKAR PADUAN UZrNb TERHADAP DENSITAS, KEKERASAN DAN MIKROSTRUKTUR

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

PENGARUH TEMPERATUR ANIL TERHADAP JENIS DAN UKURAN PRESIPITAT FASE KEDUA PADA PADUAN Zr-1%Nb-1%Sn-1%Fe

BAB III TINJAUAN PUSTAKA

UJI KEKERASAN DAN PEMERIKSAAN MIKROSTRUKTUR Zr-2 DAN Zr-4 PRA IRADIASI

BAB III METODE PENELITIAN

KARAKTER PADUAN Zr-0,4%Mo-0,5%Fe-0,5%Cr PASCA PERLAKUAN PANAS DAN PENGEROLAN DINGIN

ANALISIS POLA DIFRAKSI PADA INGOT PADUAN Zr-1%Sn1%Nb-0,1%Fe DAN Zr- 1%Sn-1%Nb-0,1%Fe-0,5%Mo

PENINGKATAN KETAHANAN KOROSI ZIRCALOY-4 MELALUI PEMADU TIMAH, TEMBAGA DAN NIOBIUM

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

ANALISIS KOMPOSISI BAHAN DAN SIFAT TERMAL PADUAN AlMgSi-1 TANPA BORON HASIL SINTESIS UNTUK KELONGSONG ELEMEN BAKAR REAKTOR RISET

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

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

PENGARUH TEKANAN PENGOMPAKAN, KOMPOSISI Er 2 O 3 DAN PENYINTERAN PADA TEMPERATUR RENDAH TERHADAP KUALITAS PELET UO 2 + Er 2 O 3

Pengaruh Temperatur Heat-Treatment terhadap Kekerasan dan Struktur Mikro Paduan Al-Fe-Ni

PENGARUH DEFORMASI TERANIL PADUAN Zr-Nb-Sn-Fe PADA KEKERASAN DAN MIKROSTRUKTUR

KORELASI ANTARA PERSEN KANDUNGAN Si DENGAN LAJU KOROSI DALAM UAP AIR PADA INGOT PADUAN Zr-1,5w%Nb-Si

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PADUAN UMo SEBAGAI KANDIDAT BAHAN BAKAR NUKLIR TIPE DISPERSI

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

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

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

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

PENGARUH PERLAKUAN PANAS PADA REGANGAN DAN TEGANGAN SISA. PADUAN Zr-1%Sn-1%Nb-1%Fe

PENGARUH PENGEROLAN PANAS TERHADAP KARAKTER PADUAN Zr-0,6Nb-0,5Fe-0,5Cr

KARAKTERISASI PELET CAMPURAN URANIUM OKSIDA DAN ZIRKONIUM OKSIDA HASIL PROSES SINTER

FORMASI FASA DAN MIKROSTRUKTUR BAHAN STRUK- TUR PADUAN ALUMINIUM FERO-NIKEL HASIL PROSES SINTESIS

PENGARUH UNSUR ALUMINIUM DALAM KUNINGAN TERHADAP KEKERASAN, KEKUATAN TARIK, DAN STRUKTUR MIKRO

DISTRIBUSI PERTUMBUHAN PRESIPITAT ZIRCALOY-4 PADA TEMPERATUR C

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

PENGARUH PEMADU Mo PADA KEKUATAN MEKANIK DAN KETAHANAN KOROSI PADUAN Zr-1% Sn-1% Nb-1% Fe

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

REAKSI TERMOKIMIA PADUAN AlFeNi DENGAN BAHAN BAKAR U 3 Si 2

KARAKTERISASI METALOGRAFI DAN VJI MEKANIK INGOT HASIL DAVR VLANG SKRAP ZIRKALOY-2

STUDI TENTANG PENGARUH NITROCARBURIZING DC-PLASMA TERHADAP PERUBAHAN KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO PADA MATERIAL Zr-4

PEMBUATAN STRUKTUR DUAL PHASE BAJA AISI 3120H DARI BESI LATERIT

PENGARUH VARIASI ARUS TERHADAP STRUKTUR MIKRO, KEKERASAN DAN KEKUATAN SAMBUNGAN PADA PROSES PENGELASAN ALUMINIUM DENGAN METODE MIG

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

BAB IV PELAKSANAAN DAN PEMBAHASAN

PERUBAHAN KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO AKIBAT PROSES ROL DAN LAS PADA PADUAN ZR-NB-MO-GE UNTUK MATERIAL KELONGSONG PLTN

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

14. Magnesium dan Paduannya (Mg and its alloys)

KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK DAN MIKROSTRUKTUR PADUAN INTERMETALIK AlFeNi SEBAGAI BAHAN KELONGSONG BAHAN BAKAR

PENGARUH PENAMBAHAN KOMPOSISI Al PADA PADUAN Fe-Ni-Al

EVALUASI KEKUATAN DAN STRUKTUR MIKRO SAMBUNGAN LAS TIG PADA PIPA ZIRCONIUM

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. LATAR BELAKANG

PEMERIKSAAN MIKROSTRUKTUR, KOMPOSISI KIMIA DAN KEKERASAN HASIL PENGELASAN PADUAN Al-6061

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

Analisis Kualitas Produk Alumunium yang Dicetak Dalam Fase Semi Solid Liquid ditinjau dari Sifat Fisis dan Mekanis

PENGARUH KADAR Ni TERHADAP SIFAT KEKERASAN, LAJU KOROSI DAN STABILITAS PANAS BAHAN STRUKTUR BERBASIS ALUMINIUM

BAB III METODE PENELITIAN

EFEK HYDROGEN EMBRITTLEMENT PADA KELONGSONG ZRY-4 AKIBAT PERLAKUAN PANAS

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

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

ANALISIS PENINGKATKAN KUALITAS SPROKET SEPEDA MOTOR BUATAN LOKAL DENGAN METODE KARBURASI

PENENTUAN SIFAT THERMAL PADUAN U-Zr MENGGUNAKAN DIFFERENTIAL THERMAL ANALYZER

Karakterisasi Material Sprocket

PENGARUH VARIASI TEMPERATUR PADA PROSES PERLAKUAN PANAS BAJA AISI 304 TERHADAP LAJU KOROSI

PERILAKU OKSIDASI PADUAN Ti-6Al-4V PADA TEMPERATUR TINGGI

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

VARIASI PENAMBAHAN FLUK UNTUK MENGURANGI CACAT LUBANG JARUM DAN PENINGKATAN KEKUATAN MEKANIK

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

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

ANALISA PENGARUH TEMPERATUR PADA PROSES TEMPERING TERHADAP SIFAT MEKANIS DAN STRUKTUR MIKRO BAJA AISI 4340

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

KARAKTERISASI LAPISAN PENYERAP DAPAT BAKAR PADA PERMUKAAN PELET UO 2 + DOPAN TiO 2

BAB III. dan RX-KING ditujukan pada diagram dibawah ini yaitu diagram alir penelitian. Rumah Kopling F1-ZR. Rumah Kopling RX-KING.

Karakterisasi Material Sprocket

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

PENGARUH KANDUNGAN Nb DAN WAKTU PEMANASAN TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN MIKROSTRUKTUR DALAM PEMBUATAN BAHAN BAKAR PADUAN U-Zr-Nb

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

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

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

Karakterisasi Material Bucket Teeth Excavator 2016

Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian

KARAKTERISASI PADUAN U-7%Mo DAN U-7%Mo-x%Si (x = 1, 2, dan 3%) HASIL PROSES PELEBURAN DALAM TUNGKU BUSUR LISTRIK

ANALISA PENGARUH AGING 400 ºC PADA ALUMINIUM PADUAN DENGAN WAKTU TAHAN 30 DAN 90 MENIT TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN. Foto Mikro dan Morfologi Hasil Pengelasan Difusi

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN. sifat kimia pada baja karbon rendah yang dilapisi dengan metode Hot Dip

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

Transkripsi:

ISSN 1907 2635 Pengaruh Kandungan Niobium terhadap Mikrostruktur, Komposisi Kimia dan Kekerasan Paduan Zr-Nb-Fe-Cr (Sungkono) PENGARUH KANDUNGAN NIOBIUM TERHADAP MIKROSTRUKTUR, KOMPOSISI KIMIA DAN KEKERASAN PADUAN Zr Nb Fe Cr Sungkono Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir - BATAN, Serpong ABSTRAK PENGARUH KANDUNGAN NIOBIUM TERHADAP MIKROSTRUKTUR, KOMPOSISI KIMIA DAN KEKERASAN PADUAN Zr Nb Fe Cr. Logam paduan Zr Nb Fe Cr dibuat dengan cara mencampur serbuk Zr, Nb, Fe dan Cr dengan persentase berat tertentu sampai homogen, dan dilebur dalam tungku peleburan vakum. Tujuan penelitian adalah mempelajari pengaruh konsentrasi Nb terhadap mikrostruktur, komposisi kimia dan kekerasan paduan Zr Nb Fe Cr. Mikrostruktur ingot paduan Zr- 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr secara kualitatif mempunyai struktur butir dengan ukuran relatif besar dibandingkan ingot paduan Zr 0,5%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr dan Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr. Setelah perlakuan β-quenching dan homogenisasi, komposisi Nb dalam paduan Zr 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr adalah (0,16±0,02)%; dalam paduan Zr 0,5%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr adalah (0,41±0,07)%; dan dalam paduan Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr adalah (0,64±0,12)%. Sedangkan kekerasan paduan Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr adalah 316 VHN, lebih tinggi dibandingkan Zr 0,5% Nb 0,5%Fe 0,5%Cr (= 299 VHN) dan Zr 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr (= 297 VHN). Semakin besar kadar Nb yang terdapat dalam paduan Zr Nb Fe Cr, maka ukuran butirnya relatif lebih kecil, kekerasannya lebih tinggi dan homogenisasi lebih sulit dicapai. KATA KUNCI: Niobium, Mikrostruktur, Kekerasan, Paduan Zr Nb Fe Cr, Homogenisasi ABSTRACT INFLUENCE OF NIOBIUM CONCENTRATION ON THE MICROSTRUCTURE, CHEMICAL COMPOSITION AND HARDNESS OF Zr-Nb-Fe-Cr ALLOYS. The Zr Nb Fe Cr alloys are made by mixing homogeneously Zr, Nb, Fe and Cr powders in percentage weight, followed by melting in vacuum melting furnace. The objective of this research is to investigate the influence of Nb concentration on the microstructure, chemical composition and hardness of Zr Nb Fe Cr alloys. The grain size of Zr- 0.2%Nb 0.5%Fe 0.5%Cr ingot was qualitatively larger than those of Zr 0.5%Nb 0.5%Fe 0.5%Cr and Zr 0.8%Nb 0.5%Fe 0.5%Cr. After treatment by β-quenching and homogenizing, the composition of Nb in Zr 0.5%Nb 0.5%Fe 0.5%Cr was found to be (0.16±0.02)%; in Zr 0,5%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr it was (0.41±0.07)%; and in Zr 0.8%Nb 0.5%Fe 0.5%Cr it was (0.64±0.12)%. Meanwhile the value of hardness for Zr 0.8%Nb 0.5%Fe 0.5%Cr was 316 VHN, higher than those for Zr 0.5%Nb 0.5%Fe 0.5%Cr (= 299 VHN) and Zr-0.2%Nb 0.5%Fe 0.5%Cr (= 297 VHN). As Nb content in Zr Nb Fe Cr alloys increases, the grain size becomes relatively smaller, the hardness gets higher and the homogeneity becomes more difficult to achieve. FREE TERMS: Niobium, Microstructure, Hardness, Zr Nb Fe Cr alloys, Homogenization Naskah diterima : dan direvisi : 29

J. Tek. Bhn. Nukl. Vol. 2 No. 1 Januari 2006: 1 55 ISSN 1907 2635 I. PENDAHULUAN Logam paduan Zr Nb Fe Cr dibuat dengan cara mencampur serbuk zirkonium (Zr), serbuk niobium (Nb), serbuk besi (Fe) dan serbuk kromium (Cr) dengan persentase berat tertentu sampai homogen, dan dilebur dalam tungku peleburan vakum sehingga diperoleh ingot [1]. Unsur Nb yang ditambahkan ke dalam paduan berbasis zirkonium dimaksudkan untuk meningkatkan kekuatan paduan dan ketahanan korosi paduan dalam air dan uap lewat jenuh. Hal ini disebabkan unsur niobium dapat berfungsi memperhalus ukuran butir, sehingga memberikan peningkatan kekuatan mekanik paduan berbasis zirkonium. Niobium juga memfasilitasi pembentukan lapisan oksida yang tebal dan padat di permukaan paduan. Lapisan oksida tersebut berfungsi sebagai penghalang penetrasi ion oksigen ke permukaan logam, sehingga meningkatkan ketahanan korosi paduan berbasis zirkonium. Disamping itu, niobium mempunyai tampang lintang serapan neutron termal yang rendah (σ a = 1,15 barn) sehingga penambahan unsur Nb akan meningkatkan ekonomi neutron termal paduan berbasis zirkonium [1,2]. Unsur besi (Fe) ditambahkan ke dalam paduan berbasis zirkonium dengan maksud untuk menstabilkan ketahanan korosi paduan dalam air pada temperatur tinggi. Sedangkan unsur kromium (Cr) untuk menstabilkan ketahanan korosi paduan berbasis zirkonium selama oksidasi dalam air. Disamping itu, penambahan unsur Fe dan Cr ke dalam paduan Zr Nb Fe Cr dimaksudkan juga untuk meningkatkan kekuatan mekanik paduan. Hal ini dimungkinkan dengan pembentukan presipitat Zr(Fe, Cr) 2 yang keras di dalam paduan Zr Nb Fe Cr [3,4]. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh komposisi Nb terhadap mikrostruktur dan kekerasan paduan Zr Nb Fe Cr. Sedangkan hipotesis penelitian adalah niobium (Nb) yang ditambahkan ke dalam paduan zirkonium merupakan unsur penginti sehingga akan memperhalus ukuran butir paduan zirkonium [4,5]. Ukuran butir dalam mikrostruktur menentukan kekuatan dan kekerasan suatu logam paduan. Dengan demikian, adanya Nb diharapkan akan meningkatkan kekuatan dan kekerasan paduan zirkonium. II. TATA KERJA 2.1 Bahan Bahan penelitian yang digunakan adalah serbuk Zr, serbuk Nb, serbuk Fe, serbuk Cr, kertas amplas, resin acryfic dan pengeras, pasta intan, bahan etsa dan film ASA 200. 2.2 Alat Peralatan penelitian yang digunakan adalah mesin press, tungku busur listrik, gergaji Accutom, tungku anil, peralatan metalografi, mikroskop optik dan spektrometer pendar sinar-x (XRF). 2.3 Metode Penelitian Metode penelitian yang digunakan adalah: 1. Pembuatan ingot logam paduan Zr Nb Fe Cr menggunakan teknik peleburan. 2. Pengamatan mikrostruktur logam paduan Zr Nb Fe Cr menggunakan teknik metalografi. 3. Pengujian kekerasan logam paduan Zr Nb Fe Cr menggunakan kekerasan mikro Vickers. 4. Pengujian komposisi kimia logam paduan Zr Nb Fe Cr menggunakan spektrometer pendar sinar-x (XRF). 30

ISSN 1907 2635 Pengaruh Kandungan Niobium terhadap Mikrostruktur, Komposisi Kimia dan Kekerasan Paduan Zr-Nb-Fe-Cr (Sungkono) 2.4 Cara Kerja 1. Serbuk Zr dicampur dengan serbuk Fe sebanyak 0,5%, Cr sebanyak 0,5% dan Nb dengan variasi 0,2; 0,5 dan 0,8%. Berat total sampel dibuat 15 g. 2. Setiap sampel ditempatkan dalam wadah dan dilakukan pencampuran dengan alat pencampur selama 5 30 menit. 3. Setelah pencampuran serbuk homogen, dibuat pelet dengan pengompakan menggunakan mesin pres pada tekanan 2 MP (= 1,2 ton/cm 2 ). 4. Sampel (3) dilebur dalam tungku peleburan yang divakumkan dengan cara mengaliri gas argon. Ingot yang dihasilkan mengalami remelting 3 kali agar lebih masak. 5. Ingot langkah (4) dipotong sebagai sampel ingot leburan, kemudian sisa ingot mendapatkan perlakuan β-quenching pada T = 1050 C, ditahan 15 menit, kemudian didinginkan cepat. 6. Hasil perlakuan (5) dipotong sebagai sampel β-quenching, kemudian sisa sampel mengalami perlakuan homogenisasi pada T = 650 C, ditahan 2 jam, kemudian didinginkan dalam tungku. 7. Sampel ingot leburan, β-quenching dan homogenisasi diamati secara metalografi [6], uji komposisi kimia [7] dan uji kekerasan [8]. III. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Mikrostruktur Gambar 1 memperlihatkan mikrograf optik ingot logam paduan Zr Nb Fe Cr as melt. Karakteristik mikrostruktur paduan Zr Nb Fe Cr menunjukkan butir-butir pipih memanjang dan cenderung berbentuk dendrit. Pada gambar 1 terlihat bahwa semakin tinggi kadar Nb yang terdapat dalam paduan Zr Nb Fe Cr, maka ukuran butirnya relatif lebih kecil seperti terlihat pada Gambar 1. Hal ini menunjukkan bahwa Nb merupakan unsur penginti dalam proses solidifikasi ingot. Adanya Nb akan menimbulkan pusat-pusat pengintian pada proses solidifikasi ingot sehingga dapat memperhalus ukuran butir paduan Zr Nb Fe Cr. (a) Zr 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr Naskah diterima : dan direvisi : 31

J. Tek. Bhn. Nukl. Vol. 2 No. 1 Januari 2006: 1 55 ISSN 1907 2635 (b) Zr 0,5%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr (c) Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr Gambar 1. Mikrograf optik ingot logam paduan Zr Nb Fe Cr as melt (perbesaran 200 ) Gambar 2 memperlihatkan mikrograf optik dari logam paduan Zr Nb Fe Cr yang mengalami perlakuan β-quenching. Pada perlakuan β-quenching, logam paduan Zr Nb Fe Cr dipanaskan pada fasa-β (1050 C) selama 15 menit, kemudian didinginkan cepat dalam air. Gambar 2(a) menampilkan mikrostruktur Zr 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr setelah perlakuan β- quenching. Pada gambar tersebut terlihat bahwa butir-butir α berbentuk pipih dan berjajar beraturan terperangkap dalam butir β. Sedangkan mikrostruktur Zr 0,5%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr (Gambar 2(b)) dan Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr (Gambar 2(c)) memperlihatkan ukuran butir yang relatif lebih besar dibandingkan butir-butir yang terbentuk pada 0,2% Nb 0,5%Fe 0,5%Cr (Gambar 2(a) dan 2(b)) dengan morfologi yang relatif sama. Dengan demikian diketahui bahwa semakin besar kandungan Nb dalam paduan membutuhkan waktu quenching lebih cepat. 32

ISSN 1907 2635 Pengaruh Kandungan Niobium terhadap Mikrostruktur, Komposisi Kimia dan Kekerasan Paduan Zr-Nb-Fe-Cr (Sungkono) β - Zr α - Zr (a) Zr 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr β - Zr α - Zr (b) Zr 0,5%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr β - Zr α - Zr (c) Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr Gambar 2. Mikrograf optik logam paduan Zr Nb Fe Cr yang mengalami β-quenching (perbesaran 200 ) Naskah diterima : dan direvisi : 33

J. Tek. Bhn. Nukl. Vol. 2 No. 1 Januari 2006: 1 55 ISSN 1907 2635 Gambar 3(a) memperlihatkan mikrograf optik logam paduan Zr 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr setelah β-quenching dan homogenisasi yaitu pada T = 650 C selama 2 jam. Pada Gambar 3(a) tersebut terlihat bahwa fasa yang terbentuk dalam paduan Zr Nb Fe Cr belum homogen. Kondisi serupa juga terjadi pada sampel Zr 0,5%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr (Gambar 3(b)) dan sampel Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr (Gambar 3(c)). (a) Zr 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr (b) Zr 0,5%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr 34

ISSN 1907 2635 Pengaruh Kandungan Niobium terhadap Mikrostruktur, Komposisi Kimia dan Kekerasan Paduan Zr-Nb-Fe-Cr (Sungkono) (c) Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr Gambar 3. Mikrograf optik ingot logam paduan Zr Nb Fe Cr setelah homogenisasi pada T = 650 C dan t = 2 jam (perbesaran 200 ) Dari ketiga sampel yang telah mengalami β-quenching dan homogenisasi, sampel Zr 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr memperlihatkan ukuran butirnya relatif paling seragam dibandingkan sampel Zr 0,5%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr dan sampel Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr. Dengan demikian, dapat diketahui bahwa semakin besar Nb yang ditambahkan ke dalam paduan Zr Nb Fe Cr, maka akan semakin sulit proses homogenisasinya. Hal ini disebabkan semakin besar kandungan Nb dalam paduan Zr Nb Fe Cr untuk temperatur homogenisasi yang sama akan membutuhkan waktu homogenisasi lebih lama, atau temperatur homogenisasinya lebih tinggi dengan syarat tidak melebihi temperatur rekristalisasi, yaitu 0,5 titik lebur paduan (= 788,5 C). Dengan memperlama waktu atau memperbesar temperatur homogenisasi dalam batas-batas tertentu diharapkan akan diperoleh mikrostruktur logam paduan Zr Nb Fe Cr yang homogen bentuk dan ukuran butirnya. 3.2. Komposisi Paduan Zr Nb Fe Cr Tabel 1 menunjukkan komposisi paduan Zr Nb Fe Cr setelah proses β-quenching dan homogenisasi. Pada tabel terlihat bahwa komposisi unsur pemadu Fe dan Cr belum sesuai yang diinginkan. Hal ini disebabkan proses homogenisasi terhadap paduan Zr Nb Fe Cr belum sempurna, sehingga pada setiap titik dari paduan komposisi unsur pemadunya tidak sama. Berdasarkan Tabel 1 dapat diketahui bahwa komposisi Nb dalam paduan Zr 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr adalah (0,16±0,02)% dengan simpangan 12,5%; dalam paduan Zr 0,5%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr adalah (0,41±0,07)% dengan simpangan 17,07%; dan dalam paduan Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr adalah (0,64±0,12)% dengan simpangan 18,75%. Oleh karena simpangan pengukuran komposisi Nb dalam paduan Zr 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr paling rendah dibandingkan dalam paduan Zr 0,5%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr dan Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr, maka paduan Zr 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr lebih homogen dibandingkan paduan Zr 0,5%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr dan Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr. Naskah diterima : dan direvisi : 35

J. Tek. Bhn. Nukl. Vol. 2 No. 1 Januari 2006: 1 55 ISSN 1907 2635 Kondisi ini membuktikan bahwa semakin tinggi kadar Nb yang dipadukan maka akan semakin sulit proses homogenisasinya. Tabel 1. Komposisi unsur pemadu dalam paduan Zr Nb Fe Cr secara teoritis dan aktual setelah proses β-quenching dan homogenisasi No Paduan Komposisi paduan teoritis (%) Komposisi paduan aktual (%) Zr Nb Fe Cr Zr Nb Fe Cr 1. Zr 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr 98,80 0,20 0,50 0,50 99,54± 0,16± 0,42± 0,44± 0,03 0,02 0,04 0,04 2. Zr 0,5%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr 98,50 0,50 0,50 0,50 99,60± 0,41± 0,37± 0,39± 0,06 0,07 0,11 0,09 3. Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr 98,20 0,80 0,50 0,50 99,66± 0.64± 0,35± 0,37± 0,10 0,12 0,13 0,12 3.3. Kekerasan Tabel 2 memperlihatkan angka kekerasan Vickers logam paduan Zr Nb Fe Cr yang telah mengalami perlakuan β-quenching dan homogenisasi. Pada tabel terlihat bahwa kekerasan ingot paduan Zr 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr hasil leburan adalah 261 VHN, setelah β-quenching adalah 309 VHN, dan turun menjadi 297 VHN setelah homogenisasi. Hal ini disebabkan pada proses β-quenching, atom-atom dari unsur-unsur paduan tidak sempat menata diri dan butir-butirnya tidak sempat tumbuh, akibatnya butirnya berbentuk pipih dengan ukuran butir kecil. Tabel 2. Angka kekerasan Vickers (VHN) ingot logam paduan Zr Nb Fe Cr yang telah mengalami proses β-quenching dan homogenisasi. Beban uji kekerasan, F=49,02 N Angka kekerasan Vickers (VHN) No Proses perlakuan panas Zr 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr Zr 0,5%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr 1. As melt 261 269 274 2. β-quenching 309 338 340 3. β-quenching, homogenisasi 297 299 316 Kondisi butir-butir ini menyebabkan energi yang dibutuhkan relatif besar untuk mendeformasi sampel β-quenching. Sedangkan pada proses homogenisasi (T = 650 C, t = 2 jam), atom-atom unsur paduan mulai menata diri dan sebagian butir-butir pipih berubah geometrinya mengarah ke bentuk ekuiaksial. Energi yang dibutuhkan untuk mendeformasi sampel dengan butir-butir seperti tersebut lebih rendah dibandingkan sampel dengan butir-butir pipih, sehingga sampel homogenisasi mempunyai kekerasan lebih rendah dibandingkan sampel β-quenching. Dengan demikian dapat diketahui bahwa semakin kecil ukuran butir dalam mikrostruktur paduan maka kekuatan atau kekerasan paduan semakin tinggi. Hal ini sesuai dengan persamaan Hall-Petch [9] : 36

ISSN 1907 2635 Pengaruh Kandungan Niobium terhadap Mikrostruktur, Komposisi Kimia dan Kekerasan Paduan Zr-Nb-Fe-Cr (Sungkono) k σ Y = σ oy + d dimana σ Y = kekuatan luluh (N/mm 2 ) σ oy = konstanta (N/mm 2 ) k = konstanta (N/mm 3/2 ) d = diameter ukuran butir (mm). (1) Apabila kecenderungan kekerasan tersebut dibandingkan dengan mikrostrukturnya terlihat bahwa ukuran butir dalam paduan Zr 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr belum seragam di setiap posisi logam paduan. Kekerasan ingot paduan Zr 0,5%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr hasil leburan adalah 269 VHN, setelah β-quenching naik menjadi 338 VHN, kemudian menurun menjadi 299 VHN setelah homogenisasi (Tabel 2). Kekerasan paduan Zr 0,5%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr lebih tinggi dibandingkan kekerasan paduan Zr 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr. Hal ini membuktikan bahwa semakin tinggi kandungan Nb dalam paduan maka semakin tinggi kekerasan paduan tersebut. Kekerasan ingot paduan Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr hasil leburan adalah 274 VHN, setelah β-quenching naik menjadi 340 VHN, kemudian menurun menjadi 316 VHN setelah homogenisasi. Kekerasan ingot hasil peleburan, β-quenching dan homogenisasi dari paduan Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr relatif sama dengan paduan Zr 0,5%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr tetapi lebih tinggi dibandingkan paduan Zr 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr. Hal ini menunjukkan bahwa proses homogenisasi terhadap paduan Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr belum sempurna. Fakta tersebut diperkuat dengan mikrostruktur paduan Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr yang ditunjukkan oleh Gambar 3. Pada gambar tersebut terlihat bahwa butir-butir dari mikrostruktur paduan Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr lebih tidak seragam bila dibandingkan butir-butir dari paduan Zr 0,5%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr dan Zr 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr. IV. KESIMPULAN Berdasarkan karakterisasi mikrostruktur, komposisi kimia dan kekerasan terhadap ingot paduan Zr Nb Fe Cr, dapat disimpulkan bahwa: 1. Mikrostruktur ingot paduan Zr 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr secara kualitatif mempunyai struktur butir dengan ukuran relatif besar dibandingkan ingot paduan Zr 0,5%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr dan Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr. Hal ini membuktikan Nb merupakan unsur penginti yang dapat memperhalus ukuran butir paduan Zr Nb Fe Cr. 2. Setelah perlakuan β-quenching dan homogenisasi, komposisi Nb dalam paduan Zr 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr adalah (0,16±0,02)%; paduan Zr 0,5%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr adalah (0,41±0,07)%; dan paduan Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr adalah (0,64±0,12)%. 3. Setelah perlakuan β-quenching dan homogenisasi, paduan Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr memiliki kekerasan (= 316 VHN) lebih tinggi dibanding Zr 0,5%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr (= 299 VHN) dan Zr 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr (= 297 VHN). 4. Paduan Zr 0,2%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr secara kualitatif lebih homogen dibandingkan paduan Zr 0,5%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr dan Zr 0,8%Nb 0,5%Fe 0,5%Cr. Naskah diterima : dan direvisi : 37

J. Tek. Bhn. Nukl. Vol. 2 No. 1 Januari 2006: 1 55 ISSN 1907 2635 5. Semakin besar kadar Nb yang terdapat dalam paduan Zr Nb Fe Cr, maka ukuran butirnya relatif lebih kecil, kekerasannya lebih tinggi dan homogenisasi lebih sulit dicapai. V. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Isfandi, A.Md., yang telah membantu preparasi metalografi dan uji kekerasan; dan Drs. Yusuf Nampira, M.T., yang telah membantu dalam pengujian komposisi kimia paduan Zr Nb Fe Cr. VI. PUSTAKA 1. PARFENOV, B.G., Corrosion of Zirconium and Zirconium Alloys, IPST Press, Jerusalem, 1969, pp.7-34. 2. LAMARSH, J.R., Introduction to Nuclear Engineering, Addison-Wesley, New York, 1983, pp.644-647. 3. GROS, J.P., and WADIER, J.F., Precipitate Growth Kinetics in Zircaloy-4, J. of Nuclear Materials, Vol. 172, North-Holland, 1990, pp.85-95. 4. HARINI S., dan SUNGKONO, Distribusi Pertumbuhan Presipitat Zircaloy-4 Pada Temperatur 700-900 C, Prosiding PIDBBN III, Jakarta, 1997, hal.217-228. 5. SMALLMAN, R.E., Modern Physical Metallurgy, Butterworth, London, 1981. 6. VANDER VOORT, G.F., Metallography: Principle and Practice, McGraw-Hill, New York, 1984, pp.60-124. 7. EWING, G. W., Instrumental Methods of Chemical Analysis, McGraw-Hill, New York, 1985, pp.204-212. 8. KALPAKJIAN, S., Manufacturing Engineering and Technology, Addison-Wesley, Massachusset, 1995, pp.78-82. 9. AGRAWAL, B. K., Introduction to Engineering Materials, Tata McGraw-Hill, New Delhi, 2000, pp.55-61. 38