ETS Perlakuan Panas Heat Treatment
-
Upload
eko-prasetyo -
Category
Documents
-
view
113 -
download
7
description
Transcript of ETS Perlakuan Panas Heat Treatment
i
TUGAS EVALUASI TENGAH SEMESTER (ETS)
MATA KULIAH PERLAKUAN PANAS DAN REKAYASA PERMUKAAN
“APLIKASI PERLAKUAN PANAS PADA NIKEL, BESI COR KROMIUM
TINGGI, ALUMINIUM, TITANIUM, ZIRCONIUM DAN PADUANNYA”
Oleh:
Eko Prasetyo
2713201007
Dosen Pengajar:
Prof. Dr. Ir. Sulistiyono, DEA.
PROGRAM MAGISTER
JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
2014
i
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya
sehingga saya dapat menyelesaikan tugas Evaluasi Tengah Semester (ETS) untuk mata kuliah Perlakuan
Panas dan Rekayasa Permukaan dengan topik bahasan APLIKASI PERLAKUAN PANAS PADA
NIKEL, BESI COR KROMIUM TINGGI, ALUMINIUM, TITANIUM, ZIRCONIUM DAN
PADUANNYA dengan lancar dan baik.
Tugas ETS ini dibuat untuk memenuhi salah satu tugas pada mata kuliah Perlakuan Panas dan
Rekayasa Permukaan. Topik bahasan tugas ini mengenai pengaplikasian perlakuan panas pada beberapa
material dan paduannya yaitu Nikel, Besi cor kadar kromium tinggi, Aluminium, Titanium, dan
Zirconium.
Penulis menyadari dengan segala keterbatasan yang dimiliki, tentunya tugas ETS ini masih jauh
dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dalam penulisan
tugas selanjutnya. Harapan penulis atas tugas ini adalah semoga dapat memberikan manfaat bagi semua
pihak dan dapat diterima sebagai tugas yang dapat dimanfaatkan dengan sebaik-baiknya.
Surabaya, 17 April 2014
Eko Prasetyo
2713201007
ii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR .................................................................................................................................... i
DAFTAR ISI .................................................................................................................................................. ii
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................................................... iv
DAFTAR TABEL .......................................................................................................................................... v
BAB 1 NIKEL DAN PADUANNYA ..................................................................................................... 1
1.1 Pengenalan .................................................................................................................................... 1
1.2 Jenis Perlakuan Panas ................................................................................................................... 1
1.2.1 Annealing ............................................................................................................................ 3
1.2.2 Faktor pengendali proses dalam annealing ......................................................................... 6
1.2.3 Stress relieving .................................................................................................................... 8
1.2.4 Stress equalizing .................................................................................................................. 8
1.2.5 Age hardening ..................................................................................................................... 9
BAB 2 BESI COR KROMIUM TINGGI ................................................................................................. 11
2.1 Pengenalan .................................................................................................................................... 11
2.2 Jenis Perlakuan Panas ................................................................................................................... 11
2.2.1 Austenitisasi ........................................................................................................................ 12
2.2.2 Quenching ........................................................................................................................... 13
2.2.3 Tempering ........................................................................................................................... 13
2.2.4 Perlakuan panas subkritis .................................................................................................... 14
2.2.5 Annealing ............................................................................................................................ 14
2.2.6 Stress relieving .................................................................................................................... 14
BAB 3 ALUMUNIUM DAN PADUANNYA ......................................................................................... 16
3.1 Pengenalan .................................................................................................................................... 16
3.2 Jenis Perlakuan Panas ................................................................................................................... 16
3.2.1 Penguatan oleh perlakuan panas .......................................................................................... 16
3.2.2 Stress relieve ........................................................................................................................ 34
3.2.3 Pengerasan paduan cor ......................................................................................................... 35
3.2.4 Efek pemanasan ulang ......................................................................................................... 36
3.2.5 Annealing ............................................................................................................................. 38
BAB 4 TITANIUM DAN PADUANNYA ............................................................................................... 42
4.1 Pengenalan .................................................................................................................................... 42
4.2 Jenis Perlakuan Panas ................................................................................................................... 43
4.2.1 Stress relieving .................................................................................................................... 43
iii
4.2.2 Annealing ............................................................................................................................ 46
4.2.3 Perlakuan larutan dan aging ................................................................................................ 49
BAB 5 ZIRCONIUM DAN PADUANNYA ............................................................................................ 53
5.1 Pengenalan .................................................................................................................................... 53
5.2 Perlakuan Panas ............................................................................................................................ 53
BAB 6 KESIMPULAN ............................................................................................................................. 57
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................................................................... 58
iv
DAFTAR GAMBAR
GAMBAR Halaman
1.1 Pengaruh pada sifat temperatur ruang cold-drawn batang Monel 400 ditahan untuk 3 jam .................. 2
2.1 Jadwal perlakuan panas untuk pengerasan besi kromium tinggi ........................................................... 12
2.2 Pengaruh temperatur austenitizing pada kekerasan (H) dan austenit sisa (ɣ) dalam besi kromium
tinggi ...................................................................................................................................................... 12
2.3 Struktur mikro besi martensitik kromium tinggi yag telah diberi perlakuan panas menunjukkan
karbida M7C3 sekunder perbesaran 680x ............................................................................................... 13
3.1 Sensitivitas jenis-jenis aluminium paduan sebagai fungsi laju quench rata-rata ................................... 34
3.2 Efek deformasi permanen 3% dalam kompresi (perlakuan T652) pada distribusi tegangan dalam
penempaan besar .................................................................................................................................... 35
3.3 Perbandingan karakteristik presipitasi hardening 356.0T4 dan cetakan permanen ............................... 36
3.4 Pengaruh pemanasan pada sifat tarik lembar alclad 2024-T81 .............................................................. 37
4.1 Hubungan diantara waktu dan relief tegangan sisa pada Ti-6Al-4V ..................................................... 46
4.2 Pengaruh quench delay pada sifat tarik batang Ti-6Al-4V .................................................................... 51
5.1 Struktur mikro paduan Zircalloy II ........................................................................................................ 54
5.2 Struktur mikro Zirconium paduan hasil peleburan tanpa diberi perlakuan panas .................................. 55
5.3 Diagram fase Zr-Sn ................................................................................................................................ 56
v
DAFTAR TABEL
TABEL Halaman
1.1 Nominal komposisi nikel dan nikel paduan ........................................................................................... 3
1.2 Jadwal annealing, stress relieving, dan stress-equalizing untuk nikel dan nikel paduan ....................... 4
1.3 Atmosfer untuk annealing nikel dan nikel paduan ................................................................................. 7
1.4 Jadwal perlakuan larutan dan age hardening untuk nikel paduan .......................................................... 9
2.1 Rasio PB untuk material yang biasanya ada .......................................................................................... 12
3.1 (a) Jenis solusi dan perlakuan panas presipitasi untuk aluminium paduan heat-treatable dengan
produk tembaga paduan ......................................................................................................................... 17
(b) Jenis larutan dan perlakuan panas presipitasi untuk alumunium paduan Mg-Si (paduan seri
6xxx) .............................................................................................................................................. 20
(c) Jenis larutan dan perlakuan panas presipitasi untuk alumunium paduan Zn-Mg (paduan seri
7xxx) ............................................................................................................................................... 22
3.2 Waktu tahan dan penundaan quench maksimal untuk perlakuan larutan alumunium paduan tempa
................................................................................................................................................................ 25
3.3 Jenis perlakuan panas untuk aluminium paduan cetakan pengecoran pasir dan permanen ................... 26
3.4 Pengaruh laju quench pada sifat tarik aluminium-lithium paduan 2090 ................................................ 32
3.5 Pengaruh laju quench pada sifat mekanik aluminium-lithium paduan age-hardened 8090 ................... 33
3.6 Jadwal pemanasan ulang untuk aluminium paduan tempaan ................................................................. 37
3.7 Pengaruh perlakuan annealing pada keuletan material lembaran 7075-O ............................................. 38
3.8 Jenis perlakuan annealing penuh untuk beberapa alumunium paduan tempaan .................................... 38
4.1 Ringkasan perlakuan panas untuk titanium paduan α-β ......................................................................... 42
4.2 Perlakuan stress-relief yang direkomendasikan untuk titanium dan titanium paduan ........................... 43
4.3 Rekomendasi perlakuan annealing untuk titanium dan titanium paduan ............................................... 47
4.4 Rekomendasi perlakuan larutan dan aging (stabilisasi) untuk titanium paduan .................................... 49
5.1 Spesifikasi persentase berat unsur paduan Zircalloy II .......................................................................... 53
5.2 Kondisi pola perlakuan panas ................................................................................................................ 54
5.3 Persentase berat unsur zirconium hasil peleburan .................................................................................. 55
1
BAB 1
NIKEL DAN PADUANNYA
1.1 Pengenalan
Nikel dan nikel paduan dalam beberapa cara lebih mudah untuk dilaku panas daripada banyak
besi paduan yang bergantung pada karbon terkait struktur mikro yang mengubah sifat yang
diperoleh. Nikel adalah pembentuk austenit dan dalam nikel dan paduan nikel tinggi tidak terdapat
perubahan fase alotropi yang menyebabkan paduan austenit dari temperatur cair turun ke nol.
Selama beberapa presipitat mungkin membentuk seperti karbida dan pengerasan fase ɣ’, ini tidak
mengubah matriks struktur austenit dasar.
Karena nikel ditemukan dalam alam sebagai bijih nikel sulfida dan nikel oksida, nikel
memiliki kecenderungan untuk dikombinasi dengan sulfur dan atau oksigen. Salah satu faktor
penting untuk pertimbangan ketika perlakuan panas nikel atau nikel paduan adalah untuk
meminimalisasi paparan ke sulfur, dalam bentuk padat (seperti pelumas, gemuk, atau tongkat
indikasi temperatur) atau dalam bentuk gas (seperti SO2 atau H2S). Ketika penggetasan oleh sulfur
terjadi, tidak terdapat teknik yang dapat digunakan untuk memperoleh kembali material awalnya,
Area yang terkontaminasi harus dihilangkan, seperti dengan penggerindaan atau di-scrap.
Karena nikel memiliki kelarutan yang sangat rendah untuk karbob dalam keadaan padat, hal
itu tidak siap untuk karburisasi. Untuk alasan ini paduan nikel kromium, atau banyak disebut
Inconel 600 digunakan sebagai pelengkap dalam dapur karburisasi. Hampir semua metode
perlakuan panas untuk nikel dan nikel paduan adalah untuk melunakkannya, seperti annealing, atau
untuk meningkatkan kekuatannya seperti age hardening.
1.2 Jenis Perlakuan Panas
Nikel dan nikel paduan dapat digolongkan untuk satu atau lebih dari enam jenis perlakuan
panas, bergantung pada komposisi kimia, persyaratan fabrikasi, dan keadaan yang diharapkan.
Metode perlakuan panas ini adalah.
Annealing = Perlakuan panas ini didesain untuk memproduksi rekristalisasi struktur butir dan
pelunakkan paduan yang dikeraskan. Annealing biasanya membutuhkan temperatur diantara
705 sampai 1205oC (1300 sampai 2200
oC) bergantung pada komposisi paduan dan derajat
kerja pengerasan.
Solution Annealing = Anneal temperatur tinggi (1150 sampai 1315oC, atau 2100 sampai
2400oF) nikel paduan tertentu untuk mengambil karbida dalam larutan padat dan
menghasilkan ukuran butir kasar untuk meningkatkan sifat stress-rupture.
2
Stress relieving = Perlakuan panas digunakan untuk menghilangkan atau mengurangi
tegangan dalam paduan tidak dapat dikeraskan yang mengalami pengerjaan dingin tanpa
menghasilkan rekristalisasi struktur butir. Temperatur stress relieving untuk nikel dan nikel
paduan yaitu kisaran dari 425 sampai 870oC (800 sampai1600
oF), bergantung pada komposisi
paduan dan derajat pengerjaan dingin.
Stress equalizing = Perlakuan panas dengan temperatur rendah digunakan untuk
menyeimbangkan tegangan dalam material yang mengalami pengerjaan dingin tanpa
penurunan dalam kekuatan mekanik yang dihasilkan dari pengerjaan dingin.
Solution treating = Perlakuan panas dengan temperatur tinggi didesain untuk mengambil
unsur pokok age hardening ke dalam larutan padat. Normalnya diaplikasikan untuk material
yang dapat dikeraskan sebelum perlakuan aging.
Age hardening (precipitation hardening) = Perlakuan dilakukan pada temperatur sedang (425
sampai 870oC, atau 800 sampai 1600
oF) pada paduan tertentu untuk meningkatkan kekuatan
maksimal oleh presipitasi fase terdispersi seluruh matriks.
Pada Gambar 1.1 dibawah ini menunjukkan pengaruh pada temperatur ruang sifat mekanik cold-
drawn batang Monel 400 ketika ditahan untuk tiga jam pada variasi temperatur. Pemanasan 700oC
(1300oF) atau diatas menghasilkan kondisi annealed lunak; pemanasan dalam kisaran 400 sampai
595oC (750
sampai 1100
oF) dihasilkan alam stress relieving, dan pemanasan dalam kisaran 260
sampai 480oC (500
sampai 900
oF) dihasilkan dalam stress equalization, yang menghasilkan
peningkatan batas proporsional, sedikit peningkatan dalam kekuatan tarik dan tidak perubahan
signifikan dalam elongasi.
Gambar 1.1 Pengaruh pada sifat temperatur ruang cold-drawn batang Monel 400 ditahan untuk 3
jam
3
1.2.1 Annealing
Annealing nikel dan nikel paduan yaitu memanaskan logam pada temperatur yang
belum ditentukan untuk waktu tertentu dan kemudian didinginkan secara lambat atau cepat
untuk menghasilkan perubahan sifat mekanik, biasanya untuk pelunakkan keseluruhan
sebagai hasil dari rekristalisasi. Nikel dan nikel paduan yang telah dikeraskan oleh operasi
pengerjaan dingin, seperti rolling, deep drawing, spinning, atau penekukan, membutuhkan
pelunakan sebelum pengerjaan dingin dilanjutkan. Perlakuan termal yang dilakukan ini
diketahui sebagai annealing atau soft annealing. Perbedaan dalam komposisi kimia diantara
nikel dan nikel paduan ditunjukkan pada Tabel 1.1 dibawah ini.
Tabel 1.1 Nominal komposisi nikel dan nikel paduan
4
Sedangkan untuk itu mengharuskan modifikasi dalam temperatur annealing dan atmosfer
furnace yang ditunjukkan pada Tabel 1.2 dibawah ini.
Tabel 1.2 Jadwal annealing, stress relieving, dan stress-equalizing untuk nikel dan
nikel paduan
5
Paduan presipitasi-pengerasan harus didinginkan cepat setelah annealing jika kelunakan
maksimum dibutuhkan. Metode annealing mungkin dipisahkan menjadi tiga kategori, yaitu
batch, continous, dan specialty.
Batch annealing, sering digunakan untuk metode annealing karena
kesederhanaannya. Metode ini dipilih jika material membutuhkan periode temperatur
6
tahan. Furnace dapat terbuka (material terpapar ke produk pembakaran atau panas
pancaran langsung dari elemen listrik) atau tertutup material tidak langsung dipanasi,
melainkan menggunakan saringan.
Continous annealing, fasilitas continous-annealing digunakan ketika volume besar
produk dilibatkan dan sangat dibutuhkan. Continous furnace sangat rumit,
membutuhkan lebih banyak inspeksi dan perbaikan daripada furnace jenis batch dan
pengeluaran modal awal yang lebih besar daripada bacth unit. Sebagian besar
continous furnaces adalah jenis terbuka yang bagian nikel terpapar langsung ke
prduk pembakaran. Pengaturan temperatur adalah kritis karena periode annealing
pendek (Tabel 1.2).
Speciaty Annealing, proses ini sangat spesial dan atau sulit bahwa memisahkan
kategori yang telah muncul untuk pengakuan penuh keunikannya. Metode specialty
termasuk penggunaan vacuum furnaces, salt baths dan fluidized-bed furnaces.
Persentase nikel paduan yang dilaku panas di fasilitas ini kecil tapi bertumbuh,
deskripsinya yaitu vacuum furnace (salt bath furnace dan fluidized-bed furnace),
dead-soft annealing, dan torch annealing.
1.2.2 Faktor pengendali proses dalam annealing
Diantara faktor pengendali proses yang lebih penting dalam annealing nikel dan nikel
paduan adalah pemilihan bahan bakar sulfur bebas untuk memanaskan, mengendalikan
temperatur furnace, pengaruh sebelum pengerjaan dingin dan laju pendinginan,
mengendalikan ukuran butir, mengendalikan atmosfer pelindung, dan perlindungan dari
kontaminasi oleh material asing.
Bahan bakar untuk pemanasan, nikel dan nikel paduan adalah subyek untuk
serangan intergranular ketika dipanaskan dalam sulfur. Bahan bakar untuk
pemanasan harus mengandung sulfur yang rendah. Gas adalah bahan bakar terbaik
untuk memanaskan nikel paduan dan harus digunakan bila tersedia. Pemanasan yang
baik akan diperoleh dari gas karena gas dapat tercampur dengan udara dan sulainya
dapat dikendalikan. Bahan bakar gas membutuhkan sedikit ruang pembakaran, dan
pengendalian otomatis temperatur dan atmosfer furnace sangat mudah. Gas alam
mengandung metana (CH4) dan sedikit kandungan etana (C2H6), propana (C3H8), dan
butana (C4H10) dan sebenarnya bebas dari kandungan sulfur.
Bright annealing, temperatur dibutuhkan untuk soft annealing nikel dan nikel
paduan yang cukup tinggi untuk menyebabkan oksidasi permukaan tanpa material
dipanaskan dalam vacuum atau dalam furnace disediakan oleh pengurangan
atmosfer. Atmosfer pelindung sebagian besar digunakan dalam memanaskan nikel
dan nikel paduan yang tersedia oleh pengendalian rasio diantara bahan bakar dan
7
suplai udara untuk membakar firing langsung ke furnace. Persiapan atmosfer yang
dapat digunakan untuk nikel dan nikel paduan termasuk hidrogen kering, amonia
terurai, dan setengah reaksi gas alam. Sifat vmacam-macam atmosfer pelindung
tersebut ditunjukkan oleh Tabel 1.3 dibawah ini. Atmosfer 2 sampai 7 untuk bright
annealing nikel, nikel modifikasi, nikel tembaga paduan, atmosfer 4 atau atmosfer 7
digunakan untuk bright annealing nikel paduan yang mengandung kromium,
molibdenum, atau keduanya.
Tabel 1.3 Atmosfer untuk annealing nikel dan nikel paduan
Pengaruh sebelum pengerjaan dingin, jumlah terbesar pengerjaan dingin untuk
material yang telah dilakukan sebelum annealing, temperatur terendah membutuhkan
derajat kelunakkan sama tanpa peningkatan ukuran butir dan memperpendek waktu
yang dibutuhkan untuk satu jenis temperatur apapun.
Pengaruh laju pendinginan, pendinginan lambat, ketika masuk dan keluar furnace
maupun pendinginan cepat oleh quenching memiliki pengaruh spesifik pada
kelunakkan annealed, larutan padat material nikel. Oleh karena itu, pendinginan
8
cepat cenderung dilakukan (kecuali bagian berat, dapat memunculkan tegangan
termal berlebih) keduanya sebagai penghemat waktu dan untuk meminimalisasi
jumlah oksidasi.
Mengendalikan ukuran butir, material butir kasar tidak dapat dipakai untuk
operasi sebagian besar pengerjaan dingin. Butir kasar dalam material nikel tinggi
tidak dapat diolah dengan perlakuan termal. Hal itu dapat dihilangkan hanya oleh
kebutuhan pengerjaan dingin untuk pengaruh rekristalisasi ke ukuran butir terkecil
selama perlakuan annealing bertahap.
Pengaruh atmosfer fluktuatif, jika nikel dan nikel paduan diannealing dalam
atmosfer yang fluktuatif diantara oxidizing (kelebihan udara) dan pengurangan
(kelebihan karbon monoksida dan hidrogen,serangan interkristalinakan terjadi,
dengan menghasilkan kegetasan, meskipun atmosfernya bebas sulfur. Jenis
penggetasan ini dapat dicegah dengan menjaga konstanta dan kecukupan melebihi
kelebihan penurangan atmosfer selama pemanasan dan pendinginan. Paduan
mengandung kromium atau molibdenum. Memberikan pengaruh kurang dari
campuran nikel dan nikel tembaga paduan.
Perlindungan dari kontaminasi oleh material asing, banyak pelumas baru
digunakan untuk deep drawing dan spinning mengandung sulfur atau timbal dan
pembersih dengan larutan pembersih alkali pada 82oC (180
oF). Setidaknya elemen
ini dihilangkan sebelum annealing karena menyebabkan penggetasan.
Klorohidrokarbon digunakan pada waktu lampau tidak akan diijinkan karena alasan
keamanan dan ekologi. Metode alternatif seperti pelumas pelarut air akan dibutuhkan
karena ldiijinkan hukum. Pelumas jenis apapun akan dibersihkan keseluruhan
sebelum diannealing. Cat dan substansi aderen lain yang mengandung sulfur, seperti
timbal atau bahan berbahaya lain, harus dihilangkan oleh metode yang cocok
sebelum annealing.
1.2.3 Stress Relieving
Dalam stress relievingn regulasi ketat waktu dan temperatur dibutuhkan. Variabel ini
biasanya ditentukan secara eksperimen untuk setiap aplikasi, beberapa kisaran jenis diberikan
dalam Tabel 1.2. Gambar 1.1 menunjukkan efek stress relief pada temperatur dari 400 sampai
600oC (750 sampai 1100
OF) pada temperatur ruang sifat Monel 400.
1.2.4 Stress Equalizing
Stress equalizing adalah perlakuan panas temperatur rendah (Tabel 1.2) yang
menghasilkan dalam apa yang diketahui sebagai pemulihan sebagian. Pemulihan ini
mendahului perubahan struktur mikroskopik terlihat, terdiri atas peningkatan dalam batas
proporsional, sedikit peningkatan dalam kekerasan dan kekuatan tarik tidak ada perubahan
9
signifikan dalam elongasi atau pengurangan area, penyeimbangan tegangan, dan
mengembalikan konduktivitas listrik ke arah nilai karakteristik untuk paduan dalam kondisi
annealed. Temperatur yang dibutuhkan untuk stress equalizing bergantung pada komposisi
paduan. Gambar 1 menunjukkan temperatur optimal 230 sampai 315oC (450 sampai 600
oF)
untuk batang Monel 400 cold-drawn. Kisaran temperatur 275oC (525
oF) direkomendasikan
untuk penggunaan komersial. Waktu perlakuan panjang dalam temperatur ini tidak
berpengaruh merusak.
1.2.5 Age Hardening
Penambahan niobium, alumunium, silikon, titanium, dan elemen paduan penting untuk
nikel dan nikel paduan, dipisahkan atau dalam kombinasi, menghasilkan respon untuk age
hardening. Pengaruh bergantung pada komposisi kimia dan temperatur aging, ini
menyebabkan presipitasi partikel sub-mikroskopik keseluruh butir, yang menghasilkan dalam
peningkatan kekerasan dan kekuatan.
Sebelum perlakuan larutan, tidak seperti presipirasi-pengerasan stainless steel dan
aluminium paduan, nikel paduan normalnya tidak membutuhkan perlakuan larutan
dalam temperatur annealing teratas sebelum age hardening. Bagaimanapun juga,
perlakuan larutan digunakan untuk meningkatkan sifat spesial sperti pada Tabel 1.4
dibawah ini.
Tabel 1.4 Jadwal perlakuan larutan dan age hardening untuk nikel paduan
Untuk contoh, Inconel X-750 mungkin dilaku larutan untuk 2 sampai 4 jam pada
1150oC (2100
oF) dan pendinginan udara sebelum ke siklus aging (temperatur rendah
10
dan tinggi) ganda untuk mengembangkan creep maksimal, relaksasim dan kekuatan
rupture pada temperatur diatas 600oC (1100
oF). Kombinasi ini perlakuan panasnya
cenderung untuk pegas temperatur tinggi dan bilah turbin dibuat dari Inconel X-750.
Praktek age-hardening, untuk beberapa nikel paduan dirangkum dalam Tabel 1.4.
Secara umum, nikel paduan adalah lunak ketika diquench dari temperatur kisaran
dari 790oC sampai 1220
oC (1450
oF sampai 2225
oF) bagaimanapun juga, nikel
paduan itu dikeraskan 480oC sampai 870
oC (900
oF sampai 1600
oF) atau diatas dan
kemudian difurnace atau pendinginan udara. Quenching bukan persyaratan untuk
aging, paduan dapat dikeraskan dari kondisi pengerjaan panas dan pengerjaan dingin,
demikian dari kondisi lunak.
Teknik pengerasan, nikel paduan sesekali waktu dikeraskan dalam boks segel
ditempatkan dalam furnace, meskipun furnace kecil horizontal atau vertikal tanpa
boks juga digunakan. Boks atau furnace harus menahan bagian tersebut yang minim
kelebihan spasi. Furnace listrik dengan kipas angin panas menyediakan temperatur
optimal seragam ±6oC (±10
oF) dan bebas dari kontaminasi dibutuhkan dalam proses
ini. Furnace gas-heated utamanya jenis radiant-tube, dapat dibuat seperti itu sehingga
memberikan hasil memuaskan. Sulit untuk memperoleh hasil baik dari pemanasan
minyak, bahkan furnace redam. Semua pelumas harus dihilangkan dari pengerjaan
sebelum pengerasan.
11
BAB 2
BESI COR KROMIUM TINGGI
2.1 Pengenalan
Besi cor paduan tinggi merupakan grup penting material, yang produksinya harus cenderung
membentuk pemisahan dari jenis besi cor pada umumnya. Dalam besi cor paduan, kandungan
paduan diatas 4% dan konsekuensinya besi cor paduan dengan penambahan laddle untuk besi dalam
komposisi standar. Biasanya perlengkapan diproduksi dalam foundry spesial untuk memproduksi
besi paduan tinggi. Besi paduan yang telah cair akibat furnaces listrik, dimana pengaturan
komposisi dan temperatur yang tepat dapat diperoleh. Foundry produksi biasanya memiliki
peralatan yang dibutuhkan untuk mengendalikan perlakuan panas dan proses termal lain yang unik
untuk produksi paduan ini.
Besi cor paduan didiskusikan dalam artikel ini diijinkan untuk meningkatkan ketahanan
abrasi, untuk kekuatan dan untuk ketahanan oksidasi pada temperatur puncak dan untuk
meningkatkan ketahanan korosi. Termasuk besi grafit paduan tinggi dan besi putih paduan tinggi
dikenain perlakuan panas. Dalam bab ini, besi cor kadar kromium tinggi yang akan dibahas adalah
besi cor putih kromium tinggi.
2.2 Jenis Perlakuan Panas
Performa optimal biasanya diperoleh dengan perlakuan panas struktur martensit. Seperti yang
telah dideskripsikan sebelumnya, paduan harus cukup untuk memastikan bahwa struktur mikro
perlit bebas diperoleh dalam perlakuan panas. Berdasarkan kebutuhan, perlakuan panas
membutuhkan quench udara dari temperatur austenitizing. Laju pendinginan tercepat harus tidak
boleh digunakan karena produk cor akan mengeluarkan retakan karena panas tinggi dan atau
tegangan transformasi. Kemudian paduan harus memiliki kekerasan yang cukup untuk mengijinkan
pengerasan udara. Paduan berlebihan dengan mangan, nikel, tembaga akan memunculkan austenit
sisa yang mengurangi ketahanan untuk abrasi dan spalling.
Ketangguhan dan ketahanan abrasi ditingkatkan oleh perlakuan panas untuk struktur mikro
martensit. Pada Gambar 2.1 dibawah ini mengillustrasikan proses, menekankan pentingnya
pendinginan lambat dalam furnace dingin hingga 650oC (1200
oF) untuk mencegah keretakan.
Untuk bentuk yang rumit, laju maksimal 30oC/jam (50
oF/jam) direkomendasikan. Bentuk sederhana
dan pengecoran perlit penuh dapat dipanaskan pada laju yang tercepat. Laju pemanasan dapat
dipercepat diatas red heat.
12
Gambar 2.1 Jadwal perlakuan panas untuk pengerasan besi kromium tinggi
2.2.1 Austenitisasi
Terdapat temperatur austenitizing optimal untuk memperoleh kekerasan maksimal
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2 dibawah ini dengan variasi untuk setiap
komposisinya. Temperatur austenitizing menentukan jumlah karbon yang tersisa dalam
larutan matriks austenit. Terlalu tinggi temperatur meningkatkan stabilitas austenit, dan
kandungan asutenit sisa lebih tinggi menurunkan kekerasan. Temperatur rendah menghasilkan
martensit karbon rendah mengurangi kekerasan dan ketahanan abrasi. Karena sensitifitas ke
temperatur ini, furnaces dapat memproduksi temperatur akurat dan seragam sangat
dibutuhkan. Kesuksesan perlakuan panas memproduksi destabilisasi austenit oleh presipitasi
karbida sekunder M7C3 dalam matriks austenit, seperti yang diilustrasikan pada Gamabr 2.3
dibawah ini.
Gambar 2.2 Pengaruh temperatur austenitizing pada kekerasan (H) dan austenit sisa (ɣ) dalam
besi kromium tinggi
13
Gambar 2.3 Struktur mikro besi martensitik kromium tinggi yag telah diberi perlakuan panas
menunjukkan karbida M7C3 sekunder perbesaran 680x
Besi kelas II yang mengandung 12 sampai 20% Cr, terbentuk austenit dalam temperatur
kisaran 950 sampai 1010oC (1750 sampai 1850
oF). Besi kelas III mengandung 23 sampai 28%
Cr, terbentuk austenit dalam temperatur kisaran 1010 sampai 1090oC (1850 sampai 2000
oF).
Bagian besar biasanya membutuhkan kisaran temperatur lebih tinggi. Pengecoran harus
ditahan pada temperatur cukup panjang untuk menyelesaikan disolusi ekuilibrium karbida
krom untuk memastikan respon pengerasan yang tepat. Minimal 4 jam pada temperatur
adalah penting. Untuk bagian besar aturan 1 jam per 25 mm (1 inci) bagian ketebalan adalah
biasanya cukup. Untuk produk pengecoran yang perlit penuh sebelum diberi perlakuan panas,
waktu penahanan pada temperatur dapat dikurangi.
2.2.2 Quenching
Quenching udara (pendinginan dengan kipas) produk pengecoran dari temperatur
austenitizing untuk dibawah kisaran temperatur perlit (ini diantara 550 sampai 600oC atau
1020 sampai 1110oF) adalah sangat direkomendasikan. Laju pendinginan subsekuensi
harusnya hakekatnya mengurangi hingga tegangan minimal, pendinginan udara atau bahkan
pendinginan furnace hingga temperatur ruang adalah hal umum. Produk besar dan rumit
sering diletakkan dibelakang furnace pada temperatur 550 sampai 600oC (1020 sampai
1110oF), dan mengijinkan waktu yang cukup untuk mencapai temperatur seragam dalam
pengecoran. Setelah temperatur disamakan, produk pengecoran didinginkan udara atau
furnace hingga temperatur ruang.
2.2.3 Tempering
Produk pengecoran dapat diletakkan ke dalam kondisi perlakuan pengerasan
(didinginkan) tanpa tempering lebih lanjut atau perlakuan panas subkritis. Bagaimanapun
juga,, tempering dalam kisaran 200 sampai 230oC (400 sampai 450
oF) untuk 2 sampai 4 jam
14
direkomendasikan untuk mengembalikan ketangguhan dalam matriks martensit dan untuk
pelepasan tegangan sisa lebih lanjut. Struktur mikro setelah pengerasan biasanya mengandung
asutenit sisa dalam kisaran 10 sampai 30%. Beberapa austenit sisa akan berubah mengikuti
tempering pada temperatur rendah, tapi spalling adalah masalah, tempering temperatur
subkritis lebih tinggi dapat digunakan untuk mengurangi kandungan austenit lebih lanjut.
2.2.4 Perlakuan panas subkritis
Perlakuan panas subkritis (tempering) sesekali waktu dilakukan, utamanya dalam
produk pengecoran martensit yang diberi perlakuan panas ukuran besar, untuk mengurangi
kandungan austenit sisa dan meningkatkan ketahanan terhadap spalling. Parameter penting
tempering untuk menghilangkan austenit sisa adalah sangat sensitif untuk waktu dan
temperatur dan bergantung pada komposisi coran dan sejarah termal sebelumnya. Jenis
temperatur tempering kisaran dari 480 sampai 540oC (900 sampai 1000
oF) dan kisaran waktu
dari 8 sampai 12 jam. Kelebihan waktu dan temperatur menghasilkan pelunakan dan
penurunan drastis dalam ketahanan abrasi. Hasil tempering yang tidak cukup dalam
menghilangkan austenit. Jumlah austenit siss yang muncul tidak dapat ditentukan secara
metalografi. Karena pengalaman tersebut dalam praktek perlakuan panas telah dikembangkan
teknik menggunakan instrumen magnet spesial untuk menentukan tingkat asutenit sisa setelah
tempering.
2.2.5 Annealing
Produk pengecoran dapat dianneal untuk membuatnya lebih mudah diproses mesin, baik
dengan annealing subkritis atau annealing penuh. Annealing subkritis selesai dengan
pearlitizing, via penahanan dalam kisaran pendek antara 690 sampai 705oC (1280 sampai
1300oF) untuk 4 sampai 12 jam, yang akan menghasilkan kekerasan dalam kisaran 400
sampai 450 HB. Kekerasan terendah dapat diperoleh dengan annealing penuh, dimana produk
cor dipanaskan dalam kisaran 955 sampai 1010oC (1750 sampai 1850
oF) diikuti oleh
pendinginan lambat untuk 760oC (1400
oF) dan penahanan pada temperatur 10 sampai 15 jam
bergantung pada komposisi. Annealing tidak berpengaruh pada karbida primer atau potensial
untuk pengerasan subsequent. Panduan untuk pengerasan as-cast castings juga aplikasinya
untuk produk cor annealed.
2.2.6 Stress-relieving
Sangat sedikit informasi yang tersedia untuk jumlah tegangan permukaan yang terjadi
dengan tempering. Tegangan utama muncul dalam produk cor yang diberi perlakuan panas
sebagai hasilnya perubahan volume austenit ke transformasi martensit. Tempering temperatur
rendah, dalam kisaran 200 sampai 230oC (400 sampai 450
oF), utamanya dibutuhkan karena
peningkatan (20%) dalam ketangguhan patah terjadi ketika tempering fase martensit.
Tempering pada temperatur yang cukup untuk pelepasan tegangan secara signifikan. (ini
15
diatas 540oC atau 1000
oF), hakekatnya akan mengurangi ketahanan abrasi. Oleh karena itu,
lebih banyak dibutuhkan untuk meminimalisasi pengembangan tegangan tansformasi via
pengendalian pendinginan hingga kisaran temperatur transformasi martensit (≤ 260oC atau
500oF). Hal ini diselesaikan dengan lambat. Pengendalian pendinginan untuk meminimalisasi
temperatur tinggi dan perbedaan transformasi dalam pengecoran.
16
BAB 3
ALUMINIUM DAN PADUANNYA
3.1 Pengenalan
Ketika perlakuan panas diaplikasikan untuk aluminium dan paduannya, bagaimanapun juga
hal hal yang sering dilakukan tersebut dibatasi untuk pengoperasian tertentu untuk meningkatkan
kekuatan dan kekuatan presipitasi-hardenable wrought dan cor paduan. Biasanya ha ini mengacu
sebagai paduan “heat-treatable” untuk membedakannya dari paduan dalam penguatan signfikan
yang dapat diperoleh oleh pemanasan dan pendinginan. Terakhir, umumnya mengacu pada paduan
“”non heat-treatable”, bergantung utamanya pada pengerjaan dingin untuk menngkatkan kekuatan.
Pemanasan untuk menurunkan kekuatan dan meningkatkan keuletan (annealing) digunakan dengan
paduan. Reaksi metalurgi mungkin bermacam-macam jenis paduan dan dengan kebutuhan
pelunakan. Pengecualian untuk temperatur rendah perlakuan stabilisasi sesekali waktu diberikan
untuk seri paduan 5XXX, perlakuan annealing penuh atau sebagian adalah hanya scara yang
digunakan untuk paduan non-heat-treatable.
3.2 Jenis Perlakuan Panas
3.2.1 Penguatan oleh perlakuan panas
Perlakuan panas untuk meningkatkan kekuatan aluminium paduan adalah tiga proses
yaitu:
Perlakuan panas larutan: disolusi fase dapat terlarut
Quenching: Pengembangan super saturasi
Age hardening: presipitasi atom larut pada temperatur ruang (natural aging) atau
temperatur elevasi (perlakuan panas presipitatasi atau artificial aging.
Setiap langkah ini dan penggunaan analisa faktor quench dideskripsikan dalam 4 bagian. Jenis
larutan dan perlakuan panas presipitasi diberikan dalam Tabel 3.1 (a),(b),(c) dan Tabel 3.2,
dan perlakuan untuk pengecoran diberikan dalam Tabel 3.3. Desain temper didefinisikan pada
akhir artikel ini.
17
Tabel 3.1 (a) Jenis solusi dan perlakuan panas presipitasi untuk aluminium paduan heat-
treatable dengan produk tembaga paduan
18
19
20
Tabel 3.1 (b) Jenis larutan dan perlakuan panas presipitasi untuk alumunium paduan Mg-Si
(paduan seri 6xxx)
21
22
23
Tabel 3.1 (c) Jenis larutan dan perlakuan panas presipitasi untuk alumunium paduan Zn-Mg
(paduan seri 7xxx)
24
25
Untuk temperatur perlakuan larutan lihat Tabel 3.1 (a),(b),(c)
Tabel 3.2 Waktu tahan dan penundaan quench maksimal untuk perlakuan larutan alumunium
paduan tempa
26
Tabel 3.3 Jenis perlakuan panas untuk aluminium paduan cetakan pengecoran pasir dan
permanen
27
28
29
30
31
Perlakuan panas larutan, untuk mengambil keuntungan reaksi presipitasi pengerasan,
penting pertama kali untuk menghasilkan larutan padat. Proses ini diselesaikan dengan
sebutan perlakuan panas larutan, dan tujuannya adalah untuk mengambil ke dalam larutan
padat praktek maksimal jumlah unsur pengerasan pelarut dalam paduan. Proses ini terdiri
atas menahan paduan pada temperatur cukup tinggi untuk waktu yang cukup lama untuk
mendapatkan larutan padat mendekati homogen. Nominal temperatur perlakuan panas
komersial adalah ditentukan oleh batas komposisi paduan dan persyaratan untuk variasi
temperatur yang tak diatur. Meskipun kisaran normalnya dicatat variasi yang diijinkan
±6oC (±10
oF) dari nominal, beberapa paduan tinggi, pengendalian ketangguhan, paduan
kekuatan tinggi membutuhkan temperatur untuk dikendalikan pada batasan tinggi. kisaran
lebih luas diijinkan untuk paduan dengan interval temperatur besar diantara pelarut dan
temperatur leleh eutektik.
32
Quenching, pengaruh laju quench pada sifat mekaniknya yaitu kekuatan diperoleh dan
yang kombinasi terbaik kekuatan dan ketangguhan adalah bersamaan dengan laju
quenching cepat. Efek laju quenching pada sifat mekanik bergantung pada temper yang
dibutuhkan. Dalam kondisi underaged contoh laju quench lambat lebih mempengaruhi
keuletan dan ketangguhan patah. Kekuatan akan lebih dipengaruhi setelah dekat puncak
aging. Karena efek ini, banyak pekerjaan telah selesai hingga lebih dari setahun untuk
mengerti dan memperkirakan bagaimana kondisi quenching dan bentuk produk
mempengaruhi sifat. Efek relatif metode quench dapat dibandingkan dalam istilah laju
quench rata-rata. Dalam Gambar 3.1 berikut ini, untuk contoh pengaruh metode quenching
pada kekuatan yield empat paduan dibandingkan dalam istilah laju quenching rata-rata
hingga kisaran 400 sampai 290oC (750 sampai 550
oF). Untuk paduan yang relatif sangat
sensitif pada laju quenching seperti 7075, lajunya 300oC/s (540
oF/s) atau lebih tinggi
dibutuhkan dalam permintaan untuk memperoleh kekuatan maksimal setelah laju
pemanasan presipitasi. Paduan lain dalam Gambar 3.1 menjaga kekuatannya pada laju
pendinginan serendah mungkin 290oC/s (550
oF/s). Perbandingan yang sama dalam istilah
laju quench rata-rata ditunjukkan dalam Tabel 3.4 dan 3.5.
Tabel 3.4 Pengaruh laju quench pada sifat tarik aluminium-lithium paduan 2090
33
Tabel 3.5 Pengaruh laju quench pada sifat mekanik aluminium-lithium paduan age-
hardened 8090
34
Gambar 3.1 Sensitivitas jenis-jenis aluminium paduan sebagai fungsi laju quench rata-rata
Age hardening, setelah perlakuan larutan dan quenching, pengerasan didapatkan pada
temperatur ruang (aging alami) atau dengan perlakuan panas presipitasi (artificial aging).
Dalam beberpa paduan, presipitasi cukup terjadi dalam beberapa hari pada temperatur
ruang ke yeild produk stabil dengan sifat yang cukup untuk banyak aplikasi. Paduan ini
sesekali waktu presipitasi heat treated untuk menaikkan kekuatan dan kekerasan dalam
produk tempa dan cor. Paduan lain dengan reaksi presipitasi pada temperatur ruang selalu
presipitasi heat-treated digunakan.
3.2.2 Stress relief
Stress relief secara mekanik yaitu deformasi terdiri atas peregangan (balok, ekstrusi, dan
plat) atau penekanan (penempaan) produk yang cukup untuk memperoleh jumlah kecil yang
dapat dikendalikan (1 sampai 3%) deformasi plastik. Jika keuntungan stress relief mekanik
dibutuhkan, pengguna harus menahan dari perlakuan pemanasan ulang. Gambar 3.2
mengilustrasikan keuntungan pengaruh deformasi permanen 3% dalam kompresi pada
penempaan besar.
35
Gambar 3.2 Efek deformasi permanen 3% dalam kompresi (perlakuan T652) pada distribusi
tegangan dalam penempaan besar
3.2.3 Pengerasan paduan cor
Salah satu cara yaitu quenchants, quenching alumunium cor seringkali dilakukan
dengan air mendidih atau hangat untuk mengurangi tegangan wuenching dalam bentuk rumit.
Jenis penting komersial adalah pencampuran polialkaline glikol dan air yang tidak merusak
pengaruh sifat untuk ketebalan dibawah mendekati 3.2 mm (0.125 inci). Penambahan
quenchant dapat dibuat untuk tujuan:
Untuk memunculkan film uap mendidih oleh deposisi kompon pada permukaan bagian
yang tercelup dalam larutan quench.
Untuk menekan variasi dalam fluks panas oleh peningkatan kestabilan film uap
mendidih hingga kimiawi mengurangi larutan quench tegangan permukaan.
Laju quench cukup untuk diberikan temperatur air
Untuk pengembangan sifat yang dipengaruhi metode pengecoran ditunjukkan pada Gambar
3.3 berikut ini. karena struktur cor halus dan supersaturasi tinggi lebih cepat membeku
permanen cetakan pengecoran, sifat tarik nya sangat bagus untuk pengecoran pasir komposisi
sama dilaku panas.
36
Gambar 3.3 Perbandingan karakteristik presipitasi hardening 356.0T4 dan cetakan permanen
3.2.4 Efek pemanasan ulang
Bila pemanasan ulang dilakukan pada material dalam kondis T4 atau W, pengaruhnya
dapat distimasi dari kelompok presipitasi kurva perlakuan panas. Seperti kurva dapat juga
dipakai untuk memanaskan presipitasi material heat-treated pada temperatur presipitasi heat-
treated. Untuk pemanasan di lain temperatur, data lain akan ditambahkan seperti pada gambar
3.4 dibawah ini. Kurva pemanasan ulang dan perlakuan panas digunakan sebagai dasar untuk
batasan pemanasan ulang seperti pada Tabel 3.6 dibawah ini.
37
Tabel 3.6 Jadwal pemanasan ulang untuk aluminium paduan tempaan
Gambar 3.4 Pengaruh pemanasan pada sifat tarik lembar alclad 2024-T81
38
3.2.5 Annealing
Temperatur annealing digunakan untuk alumunium paduan beberapa jenis yang berbeda
dalam tujuannya. Waktu annealing dan temperatur bergantung pada jenis paduan selama pada
struktur inisiasi dan temper. Sebagai contoh untuk pengaruh perlakuan annealing pada
material lembaran 7075-O dapat dilihat pada Tabel 3.7 dibawah ini. Untuk perlakuan
annealing penuh pada beberapa alumunium paduan tempaan dapat dilihat pada Tabel 3.8
dibawah ini.
Tabel 3.7 Pengaruh perlakuan annealing pada keuletan material lembaran 7075-O
Tabel 3.8 Jenis perlakuan annealing penuh untuk beberapa alumunium paduan tempaan
39
40
41
42
BAB 4
TITANIUM DAN PADUANNYA
4.1 Pengenalan
Titanium dan titanium paduan dilberi perlakuan panas untuk mengurangi tegangan sisa
selama fabrikasi (stress relieving), memproduksi kombinasi optimal keluletan, kemampuan di-
mesin, dan stabilitas struktur (annealing), meningkatkan kekuatan (perlakuan larutan dan aging),
dan mengoptimalkan sifat spesial seperti ketangguhan patah, kekuatan lelah dan kekuatan creep
temperatur tinggi. Macam perlakuan annealing (tunggal, duples, ß, dan annealing rekristalisasi) dan
perlakuan larutan dan aging untuk mendapatkan sifat mekanik yang dipilih. Stress relieving dan
annealing untuk mencegah serangan kimiawi dalam beberapa lingkungan korosif, untuk mencegah
distorsi (perlakuan stabilisasi) dan untuk kondisi logam untuk operasi pembentukan dan fabrikasi.
Jenis paduan berdasarkan jumlah unsur paduan yang diakndung, titanium paduan
diklasifikasikan sebagai paduan alfa, dekat-alfa, alfa-beta, atau beta. Titanium paduan alfa dan
dekat-alfa dapat di stress relieved dan annealed, namun kekuatan tinggi tidak dapat berkembang
dalam paduan ini oleh berbagai jenis perlakuan panas. (seperti aging setelah perlakuan larutan beta
dan quenching). Paduan near-alfa adalah dominan utama stabilizer, ditambah batasan stabilizer beta
(normalnya 2% atau kurang. Paduan alfa-beta adalah paduan dua fase, ringkasan jenis perlakuan
panas untuk titanium paduan alfa-beta diberikan pada Tabel 4.1 dibawah ini.
Tabel 4.1 Ringkasan perlakuan panas untuk titanium paduan α-β
43
Tingkat oksigen dan besi memiliki pengaruh pada sifat mekanik setelah perlakuan panas. Hal ini
harus direalisasikan bahwa:
Oksigen dan besi harus mendekati spesifikasi maksimum untuk mendapatkan tingkat kekuatan
dalam kelas kemurnian komersial tertentu
Oksigen harus mendekati spesifikasi tingkat kekuatan dalam larutan dan aged Ti-6Al-4V
Tingkat oksigen harus dijaga serendah mungkin untuk mengoptimasi ketangguhan retak.
Bagaimanapun juga, tingkat oksigen harus cukup tinggi untuk persyaratan kekuatan tarik.
Kandungan besi harus dijaga serendah mungkin untuk mengoptimalkan creep dan sifat tegangan-
putus. Sebagian paduan tahan creep membutuhkan tingkat besi pada dibawah 0.05 wt%
4.2 Jenis Perlakuan Panas
4.2.1 Stress relieving
Titanium dan titanium paduan dapat di stress relieved tanpa berefek kurang baik
kekuatan atau keuletan. Perlakuan stress relieving mengurangi tegangan sisa yang tidak
dibutuhkan yang dihasilkan dari, pertama, ketidakseragaman penempaan panas atau deformasi
dari pembentukan dingin dan straightening, kedua permesinan plat yang tidak simetris (hog-
outs) atau penempaan dan ketiga pengelasan dan pendinginan pengecoran. Pada Tabel 4.2
menunjukkan kombinasi waktu dan temperatur yang digunakan untuk relieving titanium dan
titanium paduan. Kisaran dalam waktu dan temperatur mengindikasikan bahwa lebih dari
satu kombinasi luluh hasil yang memuaskan. Temperatur lebih tinggi biasanya digunakan
dalam waktu yang singkat, dan temperatur lebih rendah digunakan dalam waktu yang lama,
untuk efektifnya stress relief. Selama tegangan relief solution treated dan paduan aged
titanium, harus digunakan untuk mencegah overaging ke kekuatan lebih rendah. Biasanya ini
tergantung pemilihan kombinasi waktu-temperatur yang menyediakan stress relief sebagian.
Bagian dari suatu perlengkapan, dibebankan langsung kedalam pengoperasian furnace pada
temperatur stress-relief. Jika bagian ini dipasang dalam perlengkapan sangat besar,
termocouple harus dipasang untuk bagian terbesar suatu perlengkapan.
Tabel 4.2 Perlakuan stress-relief yang direkomendasikan untuk titanium dan titanium paduan
44
45
46
Gambar 4.1 mengilustrasikan pengaruh stress-relieving Ti-6Al-4V pada lima temperatur
kisaran dari 260 sampai 620 °C (500 sampai 1150°F) untuk periode waktu kisaran 5 menit
sampai 50 jam.
Gambar 4.1 Hubungan diantara waktu dan relief tegangan sisa pada Ti-6Al-4V
Laju pendinginan dari temperatur stress-relieving adalah tidak kritis. Keseragaman
pendinginan adalah kritis, bagaimanapun juga utamanya dalam temperatur kisaran dari 480
sampai 315 °C (900 sampai 600°F). quenching minyak atau air seharusnya tidak digunakan
untuk mempercepat pendinginan karena ini tegangan sisa oleh pendinginan tidak sama.
Pendinginan furnace atau udara diijinkan. Pada produk las temperatur digunakan untuk stress
relieving pengelasan yang rumit paduan α or α-β harus dekat dengan kisaran Tabel 4.2. lasan
rumit didefinisikan mempunyai konfigurasi lasan kompleks, kemungkinan termasuk
kombinasi mesin dan pengelasan manual. Dalam pengelasan kompleks dengan titanium
murni. Paduan Ti-5Al-2.5 Sn atau Ti-6Al-4V, lebih dari 70% tegangan sisa dibebaskan
selama saru jam pertama pada temperatur. Lasan simpel titanium murni sering digunakan
tanpa stress relief.
4.2.2 Annealing
Anealing titanium dan titanium paduan memberikan utamanya untuk meningkatkan
ketangguhan retak, keuletan pada temperatur ruang,dimensi, dan stabilitas termal dan
ketahanan creep. Banyak titanium paduan ditempatkan dalam servis dalam keadaan annealed.
Karena peningkatan dalam satu atau lebih sifat adalah umumnya diperoleh pada harga
beberapa sifat lain, siklus annealing harus dipilih mengacu ke tujuan perlakuan. Perlakuan
annealing umumnya adalah mill annealing, duplex annealing, rekristalisasi annealing, dan
beta annealing. Rekomendasi perlakuan annealing untuk beberapa paduan diberikan pada
Tabel 4.3 dibawah ini. Pendinginan udara atau furnace digunakan, tapi kedua metode ini
menghasilkan tingkat perbedaan sifat tarik. Jika distorsi adalah permasalahan, laju
47
pendinginan harus seragam turun ke 315oC (600
oF). Hal itu sulit untuk pencegahan distorsi
bagian toleransi selama annealing.
Tabel 4.3 Rekomendasi perlakuan annealing untuk titanium dan titanium paduan
48
49
Mill annealing, tujuan utama perlakuan untuk memberikan semua produk mill. Ini
bukanlah anneal penuh dan mungkin meninggalkan jejak pengerjaan panas atau dingin
dalam struktur mikro produk kerja besar, utamanya lembaran.
Duplex annealing, mengubah bentuk, ukuran, dan distribusi fase untuk yang
dibutuhkan peningkatan ketahanan atau ketangguhan retak. Dalam duplex anneal
paduan Corona 5. Contoh annealing pertama adalah dekat transus ß untuk globularisasi
pembentukan α dan untuk meminimalkan fraksi volumenya. Hal ini diikuti oleh langkah
kedua, anneal temperatur rendah untuk presipitasi lentikular baru (acicular) α diantara
partikel α globular. Pembentukan acicular α adalah digabung dengan peningkatan dalam
kekuatan creep dan ketangguhan retak.
Rekristalisasi annealing, dan annealing ß digunakan untuk meningkatkan ketangguhan
retak. Dalam rekristalisasi annealing, paduannya dipanaskan kedalam upper end kisaran
α –ß, ditahan untuk waktu dan kemudian didinginkan sangat lambat. Di tahun-tahun
sekarang, rekristalisasi annealing digantikan annealing ß untuk komponen frame kritis
retak.
Beta annealing, seperti rekristalisasi annealing, annealing ß meningkatkan ketangguhan
retak. Annealing beta selesai pada temperatur diatas paduan transus ß yang diannealed.
Untuk mencegah pertumbuhan butir yang berlebih, temperatur untuk annealing ß hanya
harus lebih tinggi daripada transus ß. Waktu annealing bergantung pada ketebalan
section dan harus cukup untuk menyelesaikan transformasi. Waktu pada temperatur
setelah transformasi harus ditahan untuk minimal pengaturan pertumbuhan butir ß.
Section terbesar harus didinginkan atau quench air untuk mencegah formasi fasa pada
batas butir ß.
4.2.3 Perlakuan larutan dan aging
Kombinasi waktu/temperatur untuk perlakuan larutan diberikan pada Tabel 4.4. Beban
mungkin dibebankan ke dalam pengoperasian furnace pada temperatur. Meskipun preheat
adalah bukan essential, itu digunakan untuk meminimalisasi distorsi bagian kompleks.
Tabel 4.4 Rekomendasi perlakuan larutan dan aging (stabilisasi) untuk titanium paduan
50
51
Quenching, laju pendinginan dari temperatur perlakuan larutan memiliki pengaruh
penting pada kekuatan. Jika laju terlalu rendah, difusi akan terjadi selama pendinginan,
dan dekomposisi perubahan fase ß selama aging tidak memberikan strengthening
efektif. Efek quench delays pada batang Ti-6Al-4V ditunjukkan dalam Gambar 4.2
dibawah ini.
Gambar 4.2 Pengaruh quench delay pada sifat tarik batang Ti-6Al-4V
Ketika section ketebalan Ti-6Al-4V melebihi 75 mm (3 inci), ini sulit untuk
mendinginkan center cukup cepat untuk menjaga ketidakstabilan fase ß. Untuk alasan
ini, sifat larutan perlakuan dan aged section besar Ti-6Al-4Vsama dengan sifat
annealed. Kurang sensitif untuk paduan quenching delayed seperti Ti-6Al-2Sn-4Zr-
6Mo, Ti-4Al-4Mo-2Sn-0.5Si, dan Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr, dalam hal ini pendinginan
udara memunculkan kekuatan baik hingga section 100 mm (4 inci)
52
Aging, langkah akhir dalam perlakuan panas titanium paduan untuk kekuatan tinggi
teridiri atas pemanasan kembali untuk temperatur aging diantara 425 sampai 650oC (800
sampai 1200oF). Aging menyebabkan dekomposisi supersaturated fase ß sisa selama
quenching. Ringkasan waktu aging dan temperatur ditunjukkan dalam Tabel 4.4.
Kombinasi temperatur/waktu terpilih bergantung pada kekuatan yang dibutuhkan.
Aging pada temperatur annealing atau dekat menghasilkan overaging. Kondisi ini,
dinamakan perlakuan larutan dan overaged atau STOA, sesekali waktu diperoleh untuk
mendapatkan cara meningkatkan dalam kekuatan selama menjaga ketangguhan terbaik
dan stabilitas dimensi.
Kunci pertimbangan dalam perlakuan panas titanium dan paduannya adalah:
Menyediakan persediaan cukup untuk persyaratan perlakuan pasca penghilangan logam
(penghilangan logam kontaminan)
Membersihkan komponen, peralatan, dan furnace sebelum perlakuan panas.
Tidak diijinkan temperatur untuk melebihi transus ß. Menggunakan pengendalian temperatur
dengan sekurangnya 15oC (25
oF) dibawah transus ß
Charge komponen dingin ke dalam pengoperasian furnace pada temperatur yang dibutuhkan
Komponen stack dan support untuk mengijinkan akses bebas media pemanasan dan
quenching
Amati persyaratan quench-delay untuk memastikan respon pengerasan selama aging
Review persyaratan sifat dan pilih prosedur perlakuan panas yang optimal
Review persyaratan kekuatan dan pilih siklus aging yang cocok
Periksa kehadiran hidrogen setelah semua proses selesai
Jangan bergantung pada atmosfer inert atau vakum untuk pencegahan kontaminasi oksigen
Memastikan temperatur transus ß diketahui dan direview untuk setiap panas produk sebelum
perlakuan pada temperatur tinggi dalam kisaran α-ß
Mewujudkan pengaruh signifikan oksigen dan besi pada sifat mekanik setelah perlakuan
panas
Jangan bergantung pada pengujian kekerasan untuk mengukur pengaruh perlakuan panas
53
BAB 5
ZIRCONIUM DAN PADUANNYA
5.1 Pengenalan
Zirconium (Zr) yang keperakan dalam penampilan memiliki kekuatan dan keuletan yang baik
pada temperatur tinggi dan memiliki ketahanan korosi yang baik pada sebuah film oksida. Unsur ini
digunakan dalam komponen elektronik dan aplikasi reaktor tenaga nuklir karena penyerapan
neutron yang rendah. Salah satu paduan tersebut adalah Zircalloy II, dimana paduan ini
digunakan pada reaktor daya jenis BWR (Boiling Water Reactor). Berdasarkan hal tersebut
diatas maka sebagai penelitian tahap awal dibuat paduan zirkonium yang mengarah ketipe
Zircalloy II. Logam paduan Zircalloy II sebagai struktur EBN, mempunyai unsur dasar
Zirconium dengan beberapa unsur pemadu, yaitu SN, Fe, Cr dan Ni, dengan spesifikasi
persentase berat unsur paduan seperti pada Tabel 5.1 dibawah ini.
Tabel 5.1 Spesifikasi persentase berat unsur paduan Zircalloy II
Zircalloy II mempunyai struktur Heksagonal dengan besar butir ASTM no.8 dan no.9.
Bentuk struktur mikro logam Zircalloy II diperlihatkan pada Gambar 5.1 dibawah ini. Ingot hasil
proses peleburan biasanya mempunyai bentuk struktur yang kasar, dan proses pendinginan yang
terjadi dari logam cair menjadi logam beku pada cetakan akan mempengaruhi bentuk struktur
mikro bahan. Proses perlakuan panas pada bahan hasil peleburan dengan pola-pola perlakuan
panas tertentu, dapat mengubah bentuk struktur mikro sesuai dengan yang diharapkan.
5.2 Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan bentuk struktur mikro bahan hasil peleburan sesuai dengan spesifikasi
Zircalloy II dan untuk mengetahui perubahan yang terjadi pada bentuk struktur mikro bahan,
maka pada penelitian ini bahan hasil peleburan dicoba dilaku panas dengan beberapa pola
perlakuan panas. Dengan mencoba pola-pola perlakuan panas tersebut, diharapkan dapat diketahui
bentuk-bentuk pola perlakuan panas yang cocok untuk mengubah struktur mikro bahan hasil
54
peleburan menjadi bentuk struktur yang sesuai dengan yang diinginkan. Gambar 5.1 dibawah ini
menunjukan struktur mikro Zircalloy II.
Gambar 5.1 Struktur mikro paduan Zircalloy II
Pembuatan logam paduan zirconium dilakukan melalui proses peleburan menggunakan tungku
induksi dengan atmosfer tungku menggunakan gas argon. Jumlah berat masing-masing logam yang
akan dipadu, ditimbang berdasarkan persentase berat maksimum dari spesiftkasi Zircalloy II.
Pemeriksaan struktur mikro dan pemeriksaan persentase berat unsur logam-logam basil peleburan
dilakukan sebelum proses perlakuan panas. Setelah data struktur mikro dan data persen berat unsur
diketahui, dilanjutkan dengan proses perlakuan panas. Pola perlakuan panas pada percobaan pertama
didasarkan pada literatur perlakuan panas untuk paduan Zirconium dengan solution treatment dimulai
pada temperatur tertentu. Pola-pola perlakuan panas selanjutnya didasarkan dari analisa bentuk struktur
mikro yang dihasilkan dari pola perlakuan panas pertama, kedua, dan selanjutnya sampai didapat bentuk
struktur yang diinginkan. Kondisi dari pola-pola perlakuan panas yang dilakukan, diperlihatkan dalam
bentuk Tabel 5.2 berikut ini:
Tabel 5.2 Kondisi pola perlakuan panas
55
Perlakuan panas dilakukan pada tungku tabung (tube furnace) yang dilengkapi dengan
regulator tegangan untuk mengatur kenaikkan dan penurunan temperatur pemanasan. Spesimen logam
yang akan dilaku panas dimasukkan daIam tabung kuarsa yang diisi gas argon, untuk mencegah
terjadinya proses oksidasi pada logam selama proses perlakuan panas. Jumlah spesimen pada setiap
kali percobaan berjumlah dua spesimen, sehingga jumlah spesimen keseluruhan berjumlah sepuluh
spesimen. Pemeriksaan struktur mikro bahan basil peleburan maupun basil perlakuan panas,
dilakukan pada proses metalografi dengan menggunakan larutan etsa Kroll.
Paduan logam zirconium basil peleburan. berdasarkan basil pemeriksaan meogunakan XRF
mempunyai persentase berat unsur paduan seperti dalam Tabel 5.3. Berdasarkan spesifikasi Zircalloy II ,
persentase berat unsur paduan tersebut diatas, masuk dalam rentang persentase berat unsur paduan
untuk zircalloy II. Bentuk struktur mikro logam paduan Zirconium basil peleburan diperlihatkan
pada Gambar 5.2 dibawah ini.
Tabel 5.3 Persentase berat unsur zirconium hasil peleburan
Gambar 5.2 Struktur mikro Zirconium paduan hasil peleburan tanpa diberi perlakuan panas
Struktur dendrit yang ada pada bahan hasil peleburan, berbentuk menyerupai cabang pohon.
Terbentuknya struktur tersebut, terjadi pada saat proses pembekuan yang disebabkan adanya daerah
beku yang lebar, yaitu perbedaan temperatur antara mulai dan berakhirnya pembekuan yang lebar.
Mekanisme pertumbuhan struktur ini terjadi pada Ti kristal-kristal dendrit yang tumbuh dari inti-inti dan
56
pada saat pembekuan berakhir, dendrit-dendrit tersebut saling bertemu. Sedangkan struktur
Basketweave berbentuk menyerupai anyaman dari butir-butir a. yang berbentuk jarum .Struktur ini
terbentuk karena pengaruh dari kecepatan pendinginan yang relatif tinggi pada saat terjadinya
transformasi berstruktur BCC ke berstruktur HCP.
Berdasarkan percobaan-percobaan yang telah dilakukan , menunjukkan bahwa proses solution
treatment pada temperatur 950 sampai 1050oC pada daerah rasa β yang diperlihatkan daIam diagaram
rasa Zr-Sn pada Gambar 5.3 dibawah ini yang biasa diIakukan untuk proses perlakuan panas daIam
melarutkan dan menghomogenkan unsur pemadu di daIam matrik β, menjadi larutan padat β, belum
dapat melarutkan kristal -kristal pembentuk dendrit. Sedangkan laju pendinginan untuk proses
transformasi rasa β ke rasa α sangat berpengaruh pada bentuk butir α. Makin tinggi laju pendinginan,
butir α. akan berbentuk batang-batang jarum yang makin halus, dan apabila laju pendinginan
diturunkan, butir α. Membentuk batang-batang plat yang makin membesar dan akhimya membentuk
butir yang equiaxial.
Gambar 5.3 Diagram fase Zr-Sn
Bentuk struktur mikro logam paduan Zirconium basil peleburan, mengalami perubahan bentuk, pada
percobaan perlakuan panas untuk setiap kondisi pola perlakuan panas yang dicoba. Kondisi pola
perlakuan panas pada percobaan kelima, yaitu pada laju kenaikan temperatur sebesar 400°C/jam,
dengan temperatur pemanasan sebesar 1200oC, waktu pemanasan 9 jam dan laju pendinginan 50°C/jam,
mengubah bentuk struktur awal bahan yang terdiri dari struktur dendrit dan Basketweave menjadi
struktur dengan bentuk butir Alpha yang equiaxial, dan mempunyai besar butir ASTM no. 9, sesuai
dengan spesiftkasi struktur mikro logam Zircalloy II
57
BAB 6
KESIMPULAN
Dengan adanya tugas ini maka dapat disimpulkan bahwa perlakuan panas untuk setiap jenis
material memiliki perbedaan, apalagi bila material tersebut merupakan logam paduan sehingga
memerlukan perlakuan panas tertentu. Setiap material memiliki sifat mekanik tertentu yang dapat dilihat
setelah proses perlakuan panas dilakukan. Proses annealing digunakan sebagai proses perlakuan panas
demi tujuan melunakkan material tersebut agar nilai ketangguhannya meningkat dengan konsekuensi nilai
kekuatan tarik dan kekerasan akan turun. Dan juga ada proses stress relieving atau pembebasan tegangan
akibat pekerjaan dingin atau proses panas akibat pengelasan. Oleh karena itu, proses perlakuan panas
pada jenis material berbeda-beda ini dapat memberikan informasi yang diperlukan terkait tulisan ilmiah
ini.
58
BAB 5
DAFTAR PUSTAKA
[1] ASM Handbook 9th
Edition, Volume 4. (1993). Heat Treating. ASM International. USA.