Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalam Penelitian SainsdAn Teknologi Menuju Era Tinggal Landas

Bandung, 8 - 10 Oktober 1991PPTN - BATAN

KECENDERUNGAN ORIENTASI KRISTALIT BAJA SILIKON INTITRANSFORMATOR

* .•.• *.Mohtar , Rahmat Satoto , Hans K. Sujono

• Pusat Penelitian Sains Materi - Badan Tenaga Atom Nasional••Pusat Penelitian dan Pengembangan Fisika Terapan - LIPI

ABSTRAKKECENDERUNGAN ORIENTASI KRISTALIT BAJA SILIKON INTI TRANSFOR­

MATOR.Telah dilakukan analisis kecenderungan orientasi kristalit baja silikon inti trans­formator lampu tabung, untuk mengetahui sejauh mana dukungan orientasi kristalit terha­dap fungsinya sebagai inti transformator. Penelitian dilakukan pada dua macam lamputabung dari pasaran merek "Sinar" dan "Ballast":. Analisis bahan dilakukan dengan teknikdifraksi sinar x, menggunakan metoda "inveres pole figure". Hasil yang diperoleh me­nunjukkan bahwa pada kedua merek dagang tersebut arah bidang <100> dominan meng­hada p ke arah longitudinal, dan "Ballast" lebih kua t dari "Sinar", sedangkan arah transversalvertikal keduanya acak.Pada arah transversal horisontal untuk merek "Sinar" ada sedikitkecenderungan arah bidang <310>. Dari hasil di atas menunjukkan bahwa kecenderunganorientasi kristalit kedua cuplikan di atas mendukung fungsinya sebagai inti transformator.

ABSTRAKPREFERRED ORIENTATION IN SILICON STEAL OF TRANSFORMER CORE.The

preferred orientation in silicon steal of transformator core has been investigated for gettingthe understanding how the preferred orientation supports the function as a transformercore.Investigation has been done for two transformer cores from "Sinar" and "Ballast" trademark. The analysis was done by diffraction technique and inverse pole figure method. Theresult of the preferred orientation analysis was as follows; longitudinal direction of thetransformer core is in accordance with the plane direction <100>., and "Ballast" is strongerthan "SINAR",while the transversal vertical is random for both samples. Transversal horizon­tal direction of"Sinar" is tending toward plane <310>.Therefore the experimental results couldbe concluded that the preferred orientation of both transformer cores are equal, and inaccordance with their function as transformer cores.

I SOO f--

o 100 400 600 800 1000 11 lOcI

Gambar 1. Kurva anisotropi magnetik yangdilakukan oleh Honda dan Kaya [1].

sebanyak-banyaknya menghadap arah longi­tudinal.

Dari penelitian ini diharapkan bisa di­ketahui arah kecenderungan orientasi kristalitinti transformator lampu tabung yang ada di

PENDAHULUAN

Inti transformer pada umumnya terbuatdari baja silikon dengan kadar silikon sekitar:3,2%. Baja tersebut pada fasa-a (ferit) dan ber- _f3ifat ferromagnetik karena sifat itulah maka 1;bahan tersebut banyak digunakan sebagai inti ~transformator [1,2,3]. Hasil penelitian Honda .~dan Kaya [1] pada kristal tunggal besi me­nunjukkan adanya anisotropi magnetik. Arahmudah untuk magnetisasi dan de-magnetisasipada besi tersebut adalah arah bidang <100>,menengah <110> dan arah sui it adalah <111>iseperti terlihat pada Gambar 1.

Hasil penelitian di atas telah mapan danmenjadi bahan rujukan sampai saat ini.

Berdasarkan fungsinya, inti transformatorakan dimagnetisasi dan demagnetisasi. Darikurva anisotropi di atas, maka inti transfor­mator yang terbuat dari baja silikon denganmatrik besi-a (ferit) akan semakin efIsien jikaarah bidang kristal <100> pada bahan tersebut

1600 r-H~rd

\~ Moed1um

X <L'1400

120010008006004001000

382

Proreedings Seminar Reaktor Nuklir dalam Penelitian Sainsdun TekTUJlogiMenuju Era Tinggal Landas

Bandung, 8 -10 Oktober 1991PPTN - BATAN

Gambar 3. Pola difraksi sinar x dari cuplikanserbuk : (a) "Sinar" dan (b) "Ballast"

HASILDAN PEMBAHASAN

Berikut ini pola difraksi arah acak (serbuk)dari kedua cuplikan.

Dari pola difraksi tiap cuplikan, intensitasrelatif tiap bidang kristal dan tiap cuplikan di­tentukan. Kemudian koefisien texture dihitungmenurut persamaan 1 [5,6].

T. C'<h,k,/> = koefisien "texture" tiap arah bi­dang kristal <h,k,l> dan tiap arah spesimenI<h,k,l> = intensitas bidang <h,k,l> arahspesimen tertentu.IR<h k 1>= intensitas bidang <h,k,l> dari cu-, ,plikan serbuk.n = jumlah puncak difraksi.

(1)

"U.DO

,n...I..

'"

"..b.....

".n.

n.'"

I II<h,k,l> R<h,k,l>

(01

T. C'<h,k,l> 1 n I IIR h k l>- r <h,k,l> <"n 1

""si""l-II.

,.....J~_J..

Dari puncak-puncak yang muncul pada po­la difraksi di atas, maka struktur kristal keduacuplikan adalah kubus-pusat-ruang (BCC).Struktur tersebut menunjukkan bahwa keduacuplikan tersebutmerupakan besi fasa-a (ferit).

Koefisien texture untuk seluruh arah bi­dang kristal yang dihitung dari pola difraksitiap-tiap spesimen adalah sebagai berikut (lihatTabel1 sid 6).

Dari harga-harga T,C<200:>kedua cuplik­an, pada arah longitudinal 'tampak harganyasangat besar yakni 2,13 untuk cuplikan "Sinar"dan 2,63 untuk cuplikan "Ballast". Sedangkanuntuk arah transversal tidak ada harga T.Cyang menyolok besarnya. Arah bidang <200>adalah sarna dengan arah bidang <100>,sehing­ga kenyataan di atas menunjukkan banyaknyaarah bidang <100>yang menghadap ke arahlongitudinal. Sedangkan untuk transversal re­latif acak. Kecenderungan orientasi kristalitnyatampak lebih jelas pada proyeksi ste- reografistandarnya (Gambar 4). Pada pola ste- reografistandar kedua cuplikan, "Ballast" dan "Sinar"

~:~=_~LONGITUDINAL

TATA KERJA DAN PERCOBAAN

Gambar 2. Ketiga macam arah pengambilandata intensitas.

TRANSYERSAL-HORJSONTAL

TRANSVERSAL-VERTIKAL

Untuk cuplikan arah transversal-horison­tal, pelat-pelat inti transformator ditumpuk ber­lapis-lapis sampai cukup untuk ukuran cuplik­an difraksi sinar-x. Sedangkan untuk menyiap­kan cuplikan serbuk, pelat inti transformator di­kikir.

Peralatan

Sebagai alat utama digunakan difrakto­meter sinar x, merek RIGAKUmilik P3FT-LIPIdi Bandung,dengan sumber radiasi CuKa, ren­tang sudut 40,00° sampai dengan 140,00°, danlangkah tiap 0,02°.Untuk mempersiapkan cu­plikan digunakan alat-alat bantu berupa : kikiruntuk membuat serbuk, gergaji besi,dan pere­kat besi.

Bahan

Bahan cuplikan berupa dua macam trans­formator lampu tabung dari pasaran denganmerek dagang "Sinar" dan "Ballast".

Prosedur kerjaKedua cuplikan dipersiapkan untuk di­

fraksi sinar x p~da tiga macam arah, dan satuserbuk. Ketiga macam arah adalah longitudi­nal, transversal-vertikal dan transversal- hori­sontal (Gambar 2).

pasaran, untuk melihat kesesuaiannya denganarah terbaik berdasarkan fungsinya sebagai intitransformator.

Analisis kecenderungan orientasi kristalitdilakukan dengan teknik difraksi sinar x. Se­dangkan metoda yang digunakan adalah inver­se pole figure [4,7], di mana orientasi kristalitditentukan dari intensitas relatifnya terhadapintensitas serbuk untuk tiap-tiap arah spesimendan masing-masing bidang kristal. Pola-polaarah bidang kristalit terbaca dari proyeksi ste­reografi standar.

383

Proceedings Seminar Reakt<JrNuklir dalam Penelitian Sainsdan. Teknologi Menuju Era Tinggal Landas

Tabell. Analisis difraksi sinar-x "SINAR"longitudinal

No.hhZcae.IITlIIIRT.C.

1

11015161001001,000,872

20058539162,442,133

21129820270,740,654

220114890,890,785

31016311111,000,876

22255450,800,70

Jurnlah

6,87

1~abel3. Analisis difraksi sinar-x "SINAR"transversal horizontal.

No.hhZcae.IITlI/ITlT.C.

1

1104491001001,000,872

20011826162,631,123

21115033271,220,804

220631491,551,085

31011025112,271,576

22224551,000,69

Jurnlah

9,67

Tabel 5. Analisis difrkasi sinar-x "BALLAST"transversal vertikal.

No. hhZcae.IIT?II IT?T.C.

1

1105121001001,000,592

20015831132,381,413

21119338271,410,834

220591271,711,015

31013727112,451,456

22233651,200,71

Jurnlah

10,15

tarnpak adanya kutub-kutub yang rnernuneakke arah bidang kristal <100> pada arah longi­tudinal. Sedangkan arah cuplikan transversalkesernuanya relatif aeak, kecuali arah bidangkristal <310> ada sedikit kecenderungan rneng­hadap ke arah transversal horisontal untuk ba­han dari "Sinar".

KESIMPUIAN

Dari hasil yang didapat rnenunjukkan bah­wa orientasi kristalit kedua inti transforrnator

Bandung, 8 -10 Okt<Jber1991PPTN - BATAN

Tabel 2. Analisis difraksi sinar-x "SINAR"transversal vertikal.

No.hhZcae.IIT?II1RT.C.

1

11015551001001,001,472

20018612160,751,103

21126417270,630,934

22077590,560,825

3101208110,731,086

22255250,400,59

Jurnlah

4,07

Tabel 4. Analisis difraksi sinar-x "BALLAST"longitudinal

No. hhZcae.IIRII IT?T.C.

1

11018651001001,000,832

20075641133,152,633

21129716270,590,494

220143871,140,965

31018610110,910,766

22238250,400,33

Jurnlah

7,19

Tabel 6. Analisis difrkasi sinar-x "BALLAST"transversal horizontal.

No.hIlZcae.IInI/ITlT.C.

1

11016501001001,001,202

20031119131,461,783

21116310270,370,454

220100670,861,055

3101469110,821,006

22237250,400,39

Jurnlah

4,91

tersebut adalahh harnpirr sarna, yakni padaarah longitudinal dorninan diisi oleh bidang<100>, dan "Ballast" lebih kuat dari "Sinar".Keduanyajuga relatifaeak untuk arah euplikantransversal.Keeenderungan orientasi kristalitkedua inti transformator tersebut sangat sesuaidengan fungsinya sebagai inti transformatorrnaupun sebagai bahan rnagnetik lunak lainnya.

384

Proceedings Seminar Reaktor Nuklir dalam Penelitian Sainsclan Tekrwlagi MenuJu Era Tinggal Landas

'SINAR'

-J<Z-Q:Jt--l!)za-J

-J<~-t-~W>I-J<V1

ffi>V1Z<~t-

-J<t­ZaV1•...•0::aII

. ..J<:(J)a::w>InZ<0::t-

100

Bandung, 8 - 10 Oktober j'991PPTN - BATAN

'BALLAST'

110

101

Gambar 4. Kecenderungan orientasi kristalit pada proyeksi stereografi standar

385

Proceedings Seminar Reakwr Nuklir dalam Penelitian Sainsden Teknologi MenuJu Era Tinggal Landas

DAFfAR PUSTAKA

Banchtng, 8 -10 Okwber 1991PPTN - BATAN

l.BRAILSFORD, F., Physical Principles of Magnetism, D. Van Nostran Company LTD., London(1966).

2.VAN VLACK, SRIATI DJAPRIE, Ilmu dan teknologi bahan, Erlangga, Jakarta (1981).

3.CULLITY, B. D., Introduction to magnetic materials, Addison-Wesley Publishing Company,Inc., California (1972).

4.CULLITY, B. D., X-Ray Diffraction, Addison-Wesley Publishing Company, Inc., London (1959).

5.WINEGAR, J. E., Measurement of Crystallographic Texture at Chalk River NuclearLaboratories, Ontario (1977).

6.ROBERTI, R., Preferred Orientation in Drawn Austenitic Stainless Steel, MetallurgicalScience and Technology, Vol. 5 [1] (1987).

7.MIRKIN, L. I., Handbook of Polycrystalline Materials, Consultan Bureau, New York (1964).

IHSKUSI

I~ngkirS.:Sebaiknya penelitian ini tidak hanya membuktikan baik tidaknya bahan yang dibuat pabrik,tetapi sebaiknya dapat memberikan saran untuk peningkatan kualitas produk bahan tersebut.Mohtar:Betul, tetapi itu sudah porsinya litbang industri, tetapi akan saya coba lakukan ke arah itu.l'erimakasih

386