ets perlakuan panas heat treatment

64
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 PADUANNYAOleh: 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

Upload: eko-prasetyo

Post on 26-Dec-2015

116 views

Category:

Documents


7 download

DESCRIPTION

Heat Treatment Heat Treatment Heat Treatment Heat Treatment

TRANSCRIPT

Page 1: 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

Page 2: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 3: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 4: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 5: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 6: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 7: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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.

Page 8: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 9: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 10: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 11: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 12: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 13: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 14: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 15: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 16: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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.

Page 17: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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.

Page 18: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 19: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 20: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 21: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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.

Page 22: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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.

Page 23: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

17

Tabel 3.1 (a) Jenis solusi dan perlakuan panas presipitasi untuk aluminium paduan heat-

treatable dengan produk tembaga paduan

Page 24: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

18

Page 25: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

19

Page 26: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

20

Tabel 3.1 (b) Jenis larutan dan perlakuan panas presipitasi untuk alumunium paduan Mg-Si

(paduan seri 6xxx)

Page 27: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

21

Page 28: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

22

Page 29: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

23

Tabel 3.1 (c) Jenis larutan dan perlakuan panas presipitasi untuk alumunium paduan Zn-Mg

(paduan seri 7xxx)

Page 30: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

24

Page 31: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 32: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

26

Tabel 3.3 Jenis perlakuan panas untuk aluminium paduan cetakan pengecoran pasir dan

permanen

Page 33: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

27

Page 34: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

28

Page 35: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

29

Page 36: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

30

Page 37: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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.

Page 38: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 39: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

33

Tabel 3.5 Pengaruh laju quench pada sifat mekanik aluminium-lithium paduan age-

hardened 8090

Page 40: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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.

Page 41: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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.

Page 42: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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.

Page 43: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

37

Tabel 3.6 Jadwal pemanasan ulang untuk aluminium paduan tempaan

Gambar 3.4 Pengaruh pemanasan pada sifat tarik lembar alclad 2024-T81

Page 44: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 45: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

39

Page 46: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

40

Page 47: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

41

Page 48: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 49: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 50: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

44

Page 51: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

45

Page 52: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 53: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 54: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

48

Page 55: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 56: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

50

Page 57: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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)

Page 58: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 59: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 60: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 61: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 62: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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

Page 63: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

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.

Page 64: ETS Perlakuan Panas Heat Treatment

58

BAB 5

DAFTAR PUSTAKA

[1] ASM Handbook 9th

Edition, Volume 4. (1993). Heat Treating. ASM International. USA.