ANALISIS TEKSTUR STAINLESS STEEL (SS) 316-L MENGGUNAKAN METODE DIFRAKSI NEUTRON SKRIPSI NUR RAHMAH HARAHAP 130801008 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2017
ANALISIS TEKSTUR STAINLESS STEEL (SS) 316-L MENGGUNAKAN METODE DIFRAKSI NEUTRON SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains NUR RAHMAH HARAHAP 130801008 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2017 ii
LEMBAR PENGESAHAN ANALISIS TEKSTUR STAINLESS STEEL (SS) 316-L MENGGUNAKAN METODE DIFRAKSI NEUTRON OLEH: NUR RAHMAH HARAHAP 130801008 Disetujui Oleh: Komisi Pembimbing Pembimbing 1, Pembimbing 2, (Drs. Tri Hardi Priyanto, MT) (Dr. Syahrul Humaidi, M.Sc) NIP. 195726081988011001 NIP. 196505171993031009 Diketahui Oleh: Departemen Fisika FMIPA USU Ketua, Kepala Pusat Sains dan Teknologi Bahan Maju - BATAN Dr. Perdinan Sinuhaji, Ms Drs. Gunawan, M.Sc NIP. 195903101987031002 NIP. 195708281983031004 i
PERSETUJUAN Judul : Analisis Tekstur Stainless Steel (SS) 316-L Menggunakan Metode Difraksi Neutron Kategori : Skripsi Nama : Nur Rahmah Harahap Nomor Induk Siswa : 130801008 Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika Fakultas : MIPA - Disetujui di Medan, Juli 2017 Disetujui Oleh Departemen Fisika FMIPA USU Ketua, Pembimbing, (Dr. Perdinan Sinuhaji, MS) (Dr. Syahrul Humaidi, M.Sc) NIP.195903101987031002 NIP. 196505171993031009 i
PERSETUJUAN Judul : Analisis Tekstur Stainless Steel (SS) SS 316-L Menggunakan Metode Difraksi Neutron Kategori : Skripsi Nama : Nur Rahmah Harahap Nomor Induk Siswa : 130801008 Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika Fakultas : MIPA - Disetujui di Medan, Juli 2017 Komisi Pembimbing Pembimbing 2 Pembimbing 1 (Drs. Tri Hardi Priyanto, MT) (Dr. Syahrul Humaidi, M.Sc) NIP. 195726081988011001 NIP. 196505171993031009 Disetujui Oleh Departemen Fisika FMIPA USU Ketua, (Dr. Perdinan Sinuhaji, MS) NIP. 195903101987031002 ii
PERNYATAAN ANALISIS TEKSTUR STAINLESS STEEL (SS) 316-L MENGGUNAKAN METODE DIFRAKSI NEUTRON SKRIPSI Saya mengaku bahwa skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing masing disebutkan sumbernya. Medan, Juli 2017 Nur Rahmah Harahap NIM: 130801008 iii
PENGHARGAAN Alhamdulillaah, puji syukur kepada Allah SWT, Tuhan semesta alam yang telah memberikan rahmat, hidayah dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir. Shalawat berangkaikan salam teruntuk Nabi besar Muhammad SAW yang telah menjadi suri tauladan yang baik dalam menjalani kehidupan. Tugas akhir merupakan salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar sarjana pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Medan. Untuk memenuhi persyaratan diatas penulis mengerjakan tugas akhir dengan judul : ANALISIS TEKSTUR STAINLESS STEEL (SS) 316-L MENGGUNAKAN METODE DIFRAKSI NEUTRON. Yang dilaksanakan di Laboratorium XHR (Experimental Hall Reactor) Gedung 30 PRSG, Bidang Teknologi Berkas Neutron(BTBN), PSTBM-BATAN, Serpong. Penulis menyadari bahwa selama proses hingga akhir terselesaikannya penyusunan skripsi ini banyak sekali bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan kepada kedua orangtua saya Ayahanda A.I Harahap dan Ibunda M.Simanjuntak, abang Hamdan H. Harahap, kakak Rina Armaya Harahap, tulang A. Simanjuntak, nantulang S. Nasution, yang tulus menyayangi dan memberikan motivasi kepada penulis dan tak henti-hentinya memberikan nasehat, doa, serta materi maupun moril. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji,M.S selaku ketua Departemen Fisika FMIPA USU, Bapak Awan Maghfirah, S.Si, M.Si selaku sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU, beserta seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Fisika FMIPA USU. Bapak Dr. Syahrul Humaidi, M.Sc., Bapak Tri Hardi Priyanto, MT dan Bapak Sulistioso Giat Sukaryo, MT, selaku dosen pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi ini, Bapak Iwan Sumirat, M.Eng selaku kepala BTBN-BATAN juga para peneliti yang berada di PSTBM BATAN, beserta para sahabat tercinta yang terus memberikan semangat dan motivasi dalam membantu menyelesaikan skripsi ini. Medan, Juni 2017 Nur Rahmah Harahap iv
ANALISIS TEKSTUR STAINLESS STEEL (SS) 316-L MENGGUNAKAN METODE DIFRAKSI NEUTRON ABSTRAK Telah dilakukan analisis tekstur pada bulk Stainless Steel 316-L (SS 316-L) menggunakan metode difraksi neutron. Keberadaan fasa yang terbentuk didalam cuplikan SS 316-L dianalisis secara kualitatif dengan difraktometer tekstur empat sumbu/difraktometer tekstur (FCD/TD). Data difraksi dianalisis dengan metode penghalusan Rietveld memanfaatkan software MAUD (Material Analysis Using Diffraction). Dalam penelitian ini dipilih sampel standar Silikon 640-d sebagai kalibrasi alat. Dari analisis data kalibrasi alat, diperoleh panjang gelombang neutron sebesar λ= 1,281±10-4 Å dan faktor caglioti U= 0,05±2x10-2 %, V= 0,22±5x10-2 %, W= -0,28±2x10-4 %. Dari analisis pola difraksi diperoleh Reliabilitas faktor profil dengan pembobotan (Rwp) dan Reliabilitas faktor profil yang diharapkan (Rexp) masing-masing adalah 37,91% dan 33,66%. Hasil analisis menunjukkan fitting chi square (χ 2 ) sebesar 1,14. Data difraksi bulk SS 316-L dianalisis dengan memasukkan hasil penghalusan data kalibrasi alat, yakni panjang gelombang dan faktor caglioti. Dari data difraksi neutron diperoleh bahwa SS 316-L terdiri dari fasa gamma Fe (γ-fe) dengan parameter kisi sebesar a=b=c=3.61±2x10-4 Å. Parameter kisi digunakan sebagai salah satu parameter masukan untuk eksperimen tekstur. Dengan memasukkan tiga puncak Bragg sehingga diperoleh tiga gambar kutub (111), (200), dan (220) bahwa telah terjadi orientasi kristalit (tekstur) pada bulk SS 316-L. Dari gambar kutub (111), (200) dan (220) ditunjukkan bahwa kerapatan distribusi orientasi maksimum sebesar 1,80 m.r.d (multiple of a random distribution). Untuk menganalisis gambar kutub, dilakukan dengan menggunakan proyeksi stereografi untuk menunjukkan letak pole yang mengindikasikan tekstur pada bulk SS 316-L. Dari hasil analisis tersebut bidang (111), (200) dan (220) diperoleh letak pole masing-masing adalah (112), (211), dan (121). Dari analisis tersebut menyimpulkan bahwa proyeksi stereografi dapat digunakan untuk menentukan arah orientasi tekstur pada gambar kutub (111), (200) dan (220) masing-masing memiliki orientasi{211}<011>, {211}<111>, dan {211}<111>. Kata Kunci : Difraksi Neutron, Gambar Kutub, SS 316-L, Tekstur v
ANALYSIS OF STAINLESS STEEL (SS) 316-L TEXTURE USING NEUTRON DIFFRACTION METHOD ABSTRACT Texture analysis of bulk Stainless Steel 316-L (SS 316-L) have been performed using neutron diffraction method. The presence of phase formed in SS 316-L were analyzed qualitatively using the Four Circle Diffractometer/Texture Diffractometer(FCD/TD). The diffraction data were analyzed by means of the Rietveld refinement method utilizing MAUD (Material Analysis Using Diffraction) software. In this research, the standard sample Silicon 640-d has been selected as the instrument calibration. From analysis the instrument calibration data, were obtained the neutron wavelength λ equals to λ= 1,281±10-4 Å and caglioti factor U= 0,05±2x10-2 %, V= 0,22±5x10-2 %, W= -0,28±2x10-4 %. From analysis diffraction pattern, were collected Reliability profile factor respectively(rwp) and Reliability profile factor expectation(rexp) are 37,91% and 33,66%. The analysis result shows that the fitting chi square χ 2 equals to 1,14. The diffraction data of bulk SS 316-L were analyzed by enter the refinement instrument calibration data, the neutron wavelength and caglioti factor. From diffraction data, were obtained that SS 316-L consist gamma Iron(γ-Fe) phase and the lattice parameters a=b=c=3.61±2x10-4 Å. The lattice parameters are used as one of the input parameter for the texture experiment. By entering the data of three peaks of Bragg were obtained three pole figures (111), (200), and (220) that crystallite orientation (texture) occur for bulk SS 316-L. From the pole figures of (111), (200) and (220), it is shown that maximum orientation distribution density is 1,80 m.r.d (multiple of a random distribution). Pole figure analysis performed by using stereographic projection to show the location of the pole that indicates the texture of bulk SS 316-L. From the result of the analysis plane (111), (200) and (220) were obtained the location of the poles are (112), (211), and (121). From analysis showed that the stereographic projection method can be used to determine the direction of the texture orientation of the pole figure (111), (200) and (220) are {211}<011>, {211}<111>, and {211}<111>. Keywords: Neutron Diffraction, Pole figure, SS 316-L, Texture vi
DAFTAR ISI PERSETUJUAN PERNYATAAN PENGHARGAAN ABSTRAK ABSTRACT DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN DAFTAR SINGKATAN Halaman i iii iv v vi vii ix x xi xii BAB I PENDAHULUAN 1 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Rumusan Masalah 3 1.3 Batasan Masalah 3 1.4 Tujuan Penelitian 3 1.5 Manfaat Penelitian 4 1.6 Sistematika Penulisan 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5 2.1 Pengertian Stainless Steel 5 2.2 Austenitic Stainless Steel 6 2.3 Struktur SS 316-L 8 2.4 Sistem Kristal 10 2.5 Arah dan Bidang Kristal 12 2.5.1 Arah Kristal 12 2.5.2 Bidang Kristal 13 2.6 Tekstur 14 2.7 Metode Gambar Kutub (Pole Figure) 15 2.7.1 Proyeksi Stereografi 16 2.7.2 Proyeksi Standar Kristal 19 2.8 Metode Rietveld 22 2.9 Pengukuran Tekstur 23 2.9.1 Metode Difraksi Neutron 23 2.9.2 FCD/TD (Four Circle Diffractometer/Texture Diffractometer) 25 vii
BAB III METODE PENELITIAN 27 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian 27 3.2 Alat dan Bahan Penelitian 28 3.3 Prosedur Penelitian 28 3.4 Diagram Alir 30 3.4.1 Diagram Alir Eksperimen 30 3.4.2 Diagram Alir Pengambilan Data 31 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 33 4.1 Pola Difraksi Neutron 33 4.1.1 Sampel Standard Silikon 640-d 33 4.1.2 Stainless Steel 316-L (SS 316-L) 34 4.2 Analisis Pole Figure SS 316-L 36 4.2.1 Pole Bidang (111) 37 4.2.2 Pole Bidang (100) 38 4.2.3 Pole Bidang (110) 39 4.3 Analisis Orientasi Pole Figure SS 316-L 40 4.3.1 Orientasi Bidang (111) 40 4.3.2 Orientasi Bidang (100) 40 4.3.3 Orientasi Bidang (111) 40 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 41 5.1 Kesimpulan 41 5.2 Saran 41 DAFTAR PUSTAKA 42 LAMPIRAN 44 viii
DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman Tabel 1 Komposisi Kimia Stainless Steel 316-L 7 2 Geometri sel satuan pada tujuh sistem kristal 12 3 Sudut antara bidang kristalografi dalam sistem kubik (dalam derajat) 20 4 Data Difraksi antara sudut θ - 2θ terhadap Intensitas dari Eksperimen Sampel Standar Si 640-d 46 5 Data Difraksi antara sudut θ - 2θ terhadap Intensitas dari Eksperimen Stainless Steel 316-L (SS 316-L) 64 ix
DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman Gambar 1 Aplikasi SS 316-L 7 2 Diagram Fasa Paduan Besi/Karbon 8 3 Struktur Kristal FCC 9 4 Struktur Kristal FCC 9 5 Kisi kristal dan Sel Satuan 10 6 Indeks untuk beberapa bidang pada kristal kubus. 13 7 Indeks Miller (111),(200) dan (220) 14 8 Contoh Tekstur 15 9 Pole Figure tembaga dalam bentuk batang 16 10 Prinsip proyeksi stereografik 17 11 Jaringan Wullf 18 12 Proyeksi bidang dalam kristal kubik, proyeksi sferek dan proyeksi stereografik 19 13 Pusat hamburan inti atom 24 14 Difraksi neutron pada bidang kristal 24 15 Skema alat uji Diraktometer Empat Lingkaran 26 16 Diagram Alir Eksperimen 30 17 Diagram Alir Pengambilan Data 31 18 Lanjutan Diagram Alir Pengambilan Data 32 19 Grafik Hasil Refinement Pola Difraksi Sampel Standar Si-640d 33 20 Grafik Hasil Refinement Pola Difraksi Sampel SS 316-L 35 21 Pola Difraksi Sinar-X logam SS 316-L 36 22 Pole figure austenitic SS 316-L menggunakan MAUD 36 23 Pole bidang (111) 37 24 Pole bidang (100) 38 25 Pole bidang (110) 39 26 Difraktometer Tekstur (FCD/TD) 44 27 Silinder Stainless Steel (SS 316-L) 44 28 Pola Difraksi Sampel Standard Si 640-d 45 29 Parameter Hasil Refinement Sampel Standard Si 640-d 45 30 Pola Difraksi Sampel Stainless Steel 316-L 63 31 Parameter Hasil Refinement Sampel Stainless Steel 316-L 63 32 Pole Figure Stainless Steel 316-L (SS 316-L) 80 x
DAFTAR LAMPIRAN Nomor Judul Halaman Lampiran 1 Peralatan dan Bahan Penelitian 44 2 Data Difraksi Menggunakan FCD/TD 45 3 Data Tekstur Menggunakan FCD/TD 75 4 AK Steel Data Sheet Stainless Steel 316/316L 81 5 Certificate Standard Reference Material Silicon Powder 640-d 83 xi
DAFTAR SINGKATAN FCD/TD = Four Circle Diffractometer/ Texture Diffractometer SS 316-L = Stainless Steel 316-L FCC = Face Centered Cubic APF = Atomic Packing Factor MAUD = Material Analysis Using Diffraction RD = Rolling Direction TD = Transverse Direction ND = Normal Direction M.R.D = Multiple of a Random Distribution WIMV = William Imhof-Matthies-Vinel NIST = National Institute of Standard and Technology JCPDS = Joint Committee on Powder Diffraction Data xii