retrogresidanreagingpaduanaluminium7075da ......terhadap korosi eksfoliasi. dalam industri pesawat...

Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi Nuklir Tema: Pemanfaatan Sains dan Teknologi Nuklir sertaPTNBR - BATAN Bandung, 04 Juli 2013 peranan MIPA di Bidang Kesehatan, Lingkungan danIndustri untuk Pembangunan Berkelanjutan

RETROGRESI DAN REAGING PADUAN ALUMINIUM 7075 DANEVALUASI PROSEDUR YANG DIGUNAKAN

/— \

I

Enung Nurlia, Sunara Purwadaria dan Eddy Agus Basuki

Rekayasa Pertambangan, Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan,Institut Teknologi Bandung, Jl. Ganesa No. 10, Bandung, Kode Pos 40132

[email protected]

ABSTRAKPERCOBAAN RETROGRESI DAN REAGING PADUAN ALUMINIUM 7075 DAN EVALUASIPROSEDUR YANG DIGUNAKAN. Perlakuan panas retrogresi dan reaging (RRA) merupakanperlakuan panas dua tahap yang dilakukan secara berturutan dan didasarkan pada prinsif pengerasanpresipitat. Pada perlakuan ini proses pengintian dan pertumbuhan presipitat diatur sedemikian rupasehingga dihasilkan material dengan kombinasi sifat-sifat yang menguntungkan seperti kekuatan tinggidan ketahanan SCC yang baik, hal mana sulit dicapai dari perlakuan panas konvensional. Tujuanpenelitian, pertama memperoleh prosedur RRA yang baik menggunakan peralatan sederhana sehinggadapat dimanfaatkan oleh kalangan yang lebih luas, kedua mendapat pemahaman yang lebih baikmengenai proses pengintian dan pertumbuhan presipitat serta hubungannya dengan sifat material yangdihasilkan sehingga diperoleh material dengan sifat-sifat yang diinginkan. Pada percobaan ini,perlakuan RRA diterapkan terhadap sampel paduan aluminium 7075 berbagai ukuran. Kekerasanpaduan diukur menggunakan Universal Microhardness Tester dengan prosedur mengacu pada ASTME:10-04. Ketahanan SCC ditentukan dari waktu patah spesimen uji yang diukur menggunakan metodecantilever beam pada pembebanan tetap sebesar 0,8 YS. Kriteria penilaian prosedur RRA dilakukandengan membandingkan profit kurva kekerasan paduan retrogresi (RR) dan paduan RRA terhadap t^dengan profit kurva serupa yang diperoleh peneliti sebelumnya. Hasil percobaan menunjukkan bahwaprofit kurva kekerasan terhadap TRR yang diperoleh serupa dengan profil kurva yang sama yangdiperoleh peneliti sebelumnya, ketahanan SCC paduan RRA lebih baik dari paduan T6 (paduanpengerasan presipitat konvensional), baik permukaam patahan sampel T6 maupun sampel RRAmenunjukkan modus perambatan SCC intergranular. Dari hasil tersebut disimpulkan bahwa prosedurRRA yang digunakan sudah cukup baik.

Kata kunci: RRA, pengerasan presipitat, kekuatan, ketahanan SCC.

ABSTRACTRETROGRESSION AND RE-AGING TREATMENT OF ALUMINUM ALLOY 7075 AND THEPROCEDURE EVALUATION. Retrogression and re-aging is a two stages heat treatment that based onprecipitation hardening principal. In these treatment, the process of nucleation and precipitate growth isproperly conditioned so that material that has the combination of advantages properties such as highstrength and good SCC resistance is obtained. The first objective of the research is to gain a good RRAprocedure using simple equipments that can be use by boarder user. The second is to get a betterunderstanding on the process of nucleation and precipitation growth and its relationship with thematerial properties so that the expected properties material is obtained. In these experiments RRAtreatment is applied on various size of aluminum alloy 7075 samples. The alloy hardness is measuredusing Universal Micro hardness Tester and the procedure refers to ASTM E: 10-04. The SCC resistanceis determine by failure time of test specimen using cantilever beam method at fix load at 0.8 YS. Thecriteria of RRA procedure evaluation is conducted by comparing the curve hardness versus retrogressiontime of RR and RRA alloys with the similar curve obtained by previous researcher. The result ofexperiment shows that both curve profile are similar. The RRA alloy has better SCC resistance than T6alloy (conventional precipitate hardening alloy). From the result it is concluded that the RRA procedureis good enough.

Key words: RRA, precipitation hardening, T6 temper, T7 temper

413

Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi Nuklir Tema: Pemanfaatan Sains dan Teknologi Nuklir sertaPTNBR - BATAN Bandung, 04 Juli 2013 peranan MIPA di Bidang Kesehatan, Lingkungan dan

Industri untuk Pembangunan Berkelanjutan

1. PENDAHULUAN

Perlakuan panas RRA pertama kalidikembangkan oleh Cina pada tahun 1974 untukmemperbaiki ketahanan SCC paduan aluminium7075 dalam kondisi temper T6 [1]. Dalamkondisi T6 ini paduan mempunyai kekuatanpaling tinggi tetapi sangat rentan terhadap SCC.Sekitar 90% kegagalan SCC paduan aluminiumterjadi pada komponen yang terbuat dari paduanaluminium 7075-T6, 7079-T6 dan 2024-T3.Perbaikan ketahanan SCC paduan aluminium7075-T6 menjadi hal yang sangat pentingmengingat bahwa paduan tersebut secara luasdigunakan sebagai material struktur pesawatterbang. Sejarah menunjukkan tiga pesawatterbang jet Comet yang jatuh pada tahun 1954terbuat dari paduan aluminium 7075 [2].Metode konvensional untuk meningkatkanketahanan SCC paduan aluminium 7075 adalahdengan memberi temper T7, akan tetapi materialyang dihasilkan mempunyai kekuatan 10-15%lebih rendah dari kekuatan mula-mula. PerlakuanRRA diklaim dapat meningkatkan ketahananSCC paduan aluminium 7075 dengan tetapmenjaga kekuatannya pada level T6.

Dengan perhitungan yang tepat danperalatan yang cocok perlakuan RRA dapatdiaplikasikan secara lokal/terbatas pada suatukomponen tanpa mengganggu daerah lainnya,sehingga RRA dapat digunakan untukmemperbaiki bagian komponen yang rusak tanpaperlu menggantinya. Selain itu penerapanperlakuan RRA pada temperatur yang relatifrendah menghindarkan terbentuknya heataffected zones seperti pada proses pengelasan.Keuntungan lainnya adalah bahwa perlakuanRRA dapat meningkatkan ketahanan paduanterhadap korosi eksfoliasi. Dalam industripesawat terbang, peningkatan ketahanan SCCdan korosi eksfoliasi memberi keuntunganfinansial yang berarti karena dapatmemperpanjang umur pakai suatu komponen[3].

Perlakuan panas RRA merupakan perlakuanpanas dua tahap yang dilakukan secaraberkesinambungan. Perlakuan ini diterapkanpada material dalam kondisi T6 dengan caramemberi perlakuan panas retrogresi selamawaktu yang singkat pada temperatur diataspengerasan aging tetapi dibawah temperaturpelarutan (200-260°C) diikuti perlakuan reagingdengan kondisi sama dengan aging T6.Menurut Cina waktu retrogresi yangmenghasilkan kombinasi kekuatan setara T6 danketahanan SCC setara T7 adalah sama denganwaktu retrogresi yang menghasilkan penurunankekuatan maksimum dalam kurva retrogresi.

Hasil tersebut sesuai dengan hasil penelitianyang dilakukan Oliveira (2004), sedang menurutRaizenne, dkk (2001-2003) optimasi prosesRRA dicapai untuk waktu retrogresi maksimumyang menghasilkan material dengan kekuatanlebih besar atau sama dengan kekuatan materialT6 [4].

Sampai saat ini penelitian mengenai RRAterus berlangsung meliputi faktor-faktor yangberpengaruh terhadap keberhasilan RRA sampaipenerapkan perlakuan RRA terhadap paduanaluminium seri 7000 lainnya. Penelitianterakhir menunjukkan perlakuan RRA sudahditerapkan terhadap seri paduan aluminium-litium. Rajan (1982), Baldantoni (1985),Papazian (1989), Park dan Ardell (1989), Mengdan Wang (1990), dan Viana, dkk (1999)meneliti perubahan struktur mikro paduan yangmengalami RRA dan hubungannya dengan sifatyang dihasilkan. Secara umum merekaberpendapat bahwa bagian dalam butir dicirikanoleh presipitat halus yang terdistribusi meratadan bersifat koheren mirip paduan temper T6,tetapi sedikit lebih besar, lebih rapat dan lebihstabil. Struktur mikro seperti ini dianggapsebagai penyebab peningkatan kekuatan paduanRRA, sedang peningkatan ketahanan SCCdiakibatkan terbentuknya presipitat batas butiryang lebih besar dengan jarak antar presipitatlebih lebar serupa struktur mikro paduan temperT7 [5]. Gadza (1997), Zielinski (2002), Oliveira(2004), Ning, dkk (2006) dan Dai,dkk (2008)meneliti pengaruh komposisi paduan terhadapsifat paduan RRA yang dihasilkan, merekaberpendapat bahwa keberhasilan RRA sangatdipengaruhi oleh komposisi paduan awal. Faktorlain yang dianggap mempengaruhi keberhasilanmetode RRA adalah keadaan struktur mikropaduan sebelum mendapat perlakuan RRAseperti yang ditunjukkan oleh Qinglin danSogun (2002), dan Li, dkk (2007).

Melihat prospek kedepan perlakuan RRAsebagai metode yang dapat digunakan untukmendapatkan material dengan kombinasi sifat-sifat yang lebih baik dan dapat diterapkan padahampir semua kelompok paduan aluminiumpengerasan presipitat, atau bahkan paduanpengerasan presipitat pada umumnya danmelihat sampai sejauh ini di Indonesia perlakuantersebut belum banyak mendapat perhatian,maka penelitian yang dilakukan bertujuan untukmemperoleh prosedur RRA yang baikmenggunakan peralatan sederhana sehinggadapat dimanfaatkan oleh kalangan yang lebihluas. Tujuan lainnya adalah mendapatpemahaman yang lebih baik mengenai prosespengintian dan pertumbuhan presipitat serta

414

Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi NuklirPTNBR - BATAN Bandung, 04 Juli 2013

Tema: Pemanfaatan Sains dan Teknologi Nuklir sertaperanan MIPA di Bidang Kesehatan, Lingkungan dan


\Lu.

hubungannya dengan sifat material yangdihasilkan sehingga diperoleh material dengansifat-sifat yang diinginkan.

2. TEORI

2.1. Perlakuan panas paduan aluminium

Paduan aluminium 7075 merupakan salahsatu varian dari paduan aluminium seri 7xxxyang dikembangkan untuk aplikasi materialstruktur pesawat terbang. Paduan ini termasukkelompok paduan dengan kekuatan palingtinggi. Mekanisme utama yang berperan dalampeningkatan kekuatan paduan adalah pengerasanpresipitat sebagai hasil perlakuan panaspenuaan. Perlakuan panas pengerasan presipitatterdiri dari tiga tahap yaitu perlakuan panaspelarutan ( solution heat treatment), pendinginankejut (iquenching), dan penuaan (aging).Skematik perlakuan panas tersebut dapat dilihatpada Gambar 1. di bawah ini.

kasus yang digambarkan oleh persamaanOrowan, kekuatan paduan naik dengan naiknyaukuran partikel. Selama aging, G-P zonesdan/atau partikel antara akan tumbuh sehinggamenyebabkan kekuatan naik. Pada suatu titik,mode deformasi akan berubah dari geseranpartikel menjadi mekanisme Orowan (loopingdan passing) sehingga kekuatan paduan akanturun dengan naiknya ukuran partikel yangdikenal sebagai fenomena overaging. Fenomenatersebut dapat diilustrasikan dalam Gambar 2.

II>

Pwlicto*cut bydbtocmboru

PwtxJea not cutby dWocattor*

^ Aap\\\

Aoir̂ tma

I STT

T2

Tl

Qucacfc

agtng

Gambar 1. Tahapan perlakuan panas

Kekuatan paduan pengerasan presipitatterutama dikendalikan oleh fraksi volum,ukuran, dan jarak antar presipitat dalam matriks.Kekuatan yang tinggi akan diperoleh bilapartikel yang terbentuk berukuran sangat kecildan sangat keras dengan fraksi volum yangtinggi, hal mana sulit dicapai dalam sistempengerasan penuaan. Dalam paduan aluminiumpengerasan presipitat, pembentukan presipitatfasa kesetimbangan biasanya didahului olehpembentukan kluster atom-atom solut (G-Pzones) dan/atau presipitat antara yang dapatdigeser oleh dislokasi. Bila geseran teijadi,kekuatan yang berhubungan dengan partikeldapat digambarkan oleh persamaan Aap ~C.P.d", dengan C adalah konstanta yangtergantung pada sifat partikel, m dan n eksponenpositif. Dari persamaan tersebut, tidak seperti

Gambar 2. Skematik yield strength fungsi waktuaging untuk paduan pengerasan presipitat

2.2 Artificial aging paduan aluminium 7xxx

> Peak aged ( Temper T6)

Untuk paduan-paduan aluminium seri 7xxx,kekuatan yang lebih tinggi, perbaikan ketahanankorosi, dan laju pertumbuhan retakan fatik yanglebih rendah dapat diperoleh melalui aging padatemperatur tinggi. Karena sifat-sifat yangdimiliki oleh presipitat penguat, banyak variabelyang hams dipertimbangkan pada saat agingpaduan 7xxx diantaranya interval waktu padatemperatur kamar antara quenching dandimulainya aging. Alasan bagaimana pengamhpenundaan terhadap sifat paduan yangdihasilkan belum sepenuhnya dipahami, akantetapi terlihat berhubungan dengan derajatsupersaturasi yang ada dalam keadaan quenchsampai terjadinya reversi GP-zones selamanatural aging.

Berbeda dengan paduan aluminium seri2xxx dan 6xxx yang diaged pada kondisi 170-190 °C, temperatur aged yang biasa digunakanuntuk paduan aluminium seri 7xxx untukmendapatkan sifat-sifat paduan T6 adalah 115-BO °C.

> Over aged (Temper T7)

l

415




Pada awal 1960-an penerapan aging tipeT7x mulai dikembangkan untuk memperbaikiketahanan korosi paduan aluminium 7xxx yangmengandung Cu lebih dari 1%. Temper T73dikembangkan untuk memperbaiki ketahananSCC pelat tebal paduan aluminium 7075 dalamarah short transversal dan temper T76diaplikasikan pada produk paduan aluminium7075 dan 7178 untuk memperbaiki ketahananterhadap korosi ekspoliasi. Kedua tempertersebut didasarkan pada fakta bahwa korosiselektif pada batas butir turun dengan naiknyaover aging. Temperatur aging dalam range 160-175 °C digunakan setelah aging pada temperaturyang lebih rendah. Aging pada temperaturrendah menyebabkan terbentuknya sejumlahbesar GP-zones yang stabil pada temperaturyang lebih tinggi. Zona tersebut berubah bentukmenjadi presipitat antara rf dan akhimyamenjadi fasa kesetimbangan r| (MgZn2) selamaover aging. Pemanasan yang disarankan secarakomersial adalah pemanasan pada rangetemperatur 100-120 °C dan soaking time antar1-24 jam sebelum mengeksposnya padatemperatur yang lebih tinggi [6].

2.3 SCC paduan aluminium 7xxx

SCC paduan aluminium seri 7xxxberlangsung secara intergranular, dimanakecepatan perambatan retakan sangatdipengaruhi oleh proses pelarutan pada/sekitarbatas butir. Kondisi yang dapat menciptakanatau menghalangi terbentuknya lintasan korosikontinu pada batas butir akan sangatberpengaruh terhadap ketahanan SCC paduan.

Middleton dan Parkin beranggapan bahwapropagasi SCC dalam paduan Al-Zn-Mg(Cu)terjadi melalui presipitat batas butir r| (MgZn2)yang bertindak sebagai lintasan aktif untukkorosi, dengan creep mencegah pembentukanfilm pasif pada ujung retakan sehinggamemungkinkan pelarutan material antarapresipitat batas butir. Poulose beranggapanbahwa presipitat batas butir bertindak sebagaianoda korban dan memperlambat SCC. Selainbertindak sebagai anoda korban, presipitat batasbutir juga berfungsi sebagai tempatpenangkapan hidrogen. Menurut Presouyre danBemetein presipitat batas butir harus melebihiukuran kritis sebelum mereka dapat bertindaksebagai preferential site dalam /penjebakkanhidrogen [7].

3. TATA KERJA

Pada penelitian ini digunakan paduanaluminium 7075 yang diperoleh dari PT TIRAAUSTENITE, Tbk dengan kompsisi Al-5,4%Zn-2,4%Mg-0,14%Cu-0,22%Mn-0,14%Si- 0,23Fe-0,19Cr-0,09Ti-0,01Ni. Perlakuan RRAditerapkan terhadap sampel dalam kondisi T6dengan urutan perlakuan panas (470°C,ljam +WQ + /120°C,24jam). Percobaan retrogresidilakukan terhadap sampel dengan ukuran(10x10x10), (13x13x13), (15x15x15) dan(200x45x13) mm3, selanjutnya disebut [RRA-1],[RRA-2], [RRA-3] dan [RRA-4], pada 180 °Cdan waktu retogresi bervariasi dari 2 sampai 60menit. Kondisi reaging yang digunakan samadengan kondisi aging T6. Media yangdigunakan untuk percobaan RRA adalah olidengan katagori “ heat transfer diffusion oiP’Shell Thermia Oil B. Waktu retrogresi dihitungsetelah sampel mencapai temperatur yangdiinginkan. Skematis perlakuan panas RRAdapat dilihat pada Gambar 3.

180Retrogresi(variasi waktu)

120

Pendinginen kejut(air 0®C)

Reaging( 24 jam)

T6 waktu

Gambar 3. Skematis perlakuan panas RRA

Penentuan kekerasan paduan (HBN)dilakukan menggunakan Universal Micro-hardness Tester dengan prosedur mengacu padaASTM E:10-04. Pengukuran dilakukan padaarah longitudinal (L), longitudinal-transversal(L-T), dan short transversal (S-T) dengankondisi pengujian sebagai berikut: diameterindentor 12,5 mm, beban yang digunakan 10 kP,lama pembebanan 15 detik. Diameter indentasidiukur menggunakan mikroskop pembesaranrendah.

Penentuan ketahanan SCC dilakukandengan menentukan waktu patah (tf) spesimenuji pada pembebanan tetap sebesar 0,8 kekuatanluluh bahan, dalam larutan uji yang terdiri dari3%-berat NaCl, 0,5% H202 (30%), 100 mL/L

416




i

i i r

NaOH 1 N, dan 20 mL/L CH3COOH (100%),pH 4, menggunakan metode catilever beam.Spesimen dengan waktu patah lebih lamamenunjukkan ketahanan SCC lebih baik.Spesimen uji dibuat berbentuk batang dengandimensi dapat dilihat pada Gambar 4. Segerasetelah pengujian SCC selesai, sampel ujidikeluarkan dari sel uji, dicuci secara hati-hati,dikeringkan dan disimpan dalam desikator untukpengamatan lebih lanjut.

Ilttt miWmMm -

Dimensi sampel uji SCC (mm) :G - gage length 30,0 ± 0.01 ;D - diameter 4,00 ± 0,01;R- radius of fillet 5;A - length of reduced section 40

Gambar 4. Bentuk dan dimensi spesimen uji SCC

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Evaluasi prosedur yang digunakan

Sebagaimana telah dikemukakan padabagian pendahuluan, penerapan perlakuan panasRRA di kalangan peneliti/pelajar di Indonesiamasih belum membudaya. Oleh karena itulangkah pertama yang dilakukan dalampenelitian ini adalah mengevaluasi prosedurRRA yang digunakan dengan bertujuan untukmengetahui keabsahan hasil penelitian. Kurvavariasi HBN terhadap tRR untuk paduanaluminium 7075 T6, RR, dan RRA dalam arahL, L-T, dan S-T dapat dilihat berturut-turut padaGambar 5a, 5b, dan 5c. Dari ketiga gambartersebut terlihat bahwa secara umum ketigakurva menunjukkan profil serupa, perbedaanterletak pada nilai HBN yang diperoleh untukketiga arah yang diamati. Urutan HBN dariyang paling besar untuk ketiga arah yangdiperiksa adalah : L, L-T, S-T, hal ini sebagaiakibat sifat anistropi paduan.

Kriteria penilaian prosedur RRA dilakukandengan membandingkan profil kurva kekerasanpaduan retrogresi (RR) dan paduan RRAterhadap tRR dengan profil kurva serupa yangdiperoleh peneliti sebelumnya . Profil kurvayang dihasilkan serupa dengan profil kurva yangdiperoleh Park dan Ning, selain itu Parkmendapatkan data bahwa waktu retrogresi yang

berkesesuaian dengan penurunan kekerasanminimum untuk retrogresi pada 180 °C adalah 5menit, hal yang sama diperoleh dari penelitianyang dilakukan.

103

101 i

99 I97 -j

J9520 3010 40 50 60 700

IRR (menit)

HBN 106 •

104

102

100

98 -i / *

96

i . » » i i i

C 10 20 30 40 50 60 70t^R (menit)

HBN 106 -104 -

1

102 A

100 •

98

96 -X XC 10 20 30 40 50 60 70

tRg(menit)

Gambar 5a, 5b, dan 5c. Kurva variasi HBNterhadap untuk paduan aluminium 7075 T6,RR, dan RRA berturut-turut dalam arah L, L-T,dan S-T

Dari kedua hal tersebut disimpulkan bahwaprosedur RRA yang digunakan sudah cukupbaik. Adapun hal yang perlu dicatat dalammelalukan percobaan RRA adalah penanganansampel retrogresi. Kurva paduan retogresimemperlihatkan nilai BHN yang lebih tidak

L.417 i




beraturan dibanding nilai HBN untuk paduanRRA. Hal tersebut diduga akibat ketidakstabilanpresipitat paduan retrogresi, pada temperaturkamar presipitat yang ada cenderung terustumbuh dan membesar sehingga menurunkanHBN yang terukur. Untuk mendapatkan datayang valid, paduan retrogresi harus disimpanpada temperatur dibawah 0 °C untukmenghindari pengasaran partikel selamapenyimpanan.

4.2 Mekanisme RRA dalam meningkatkankekuatan paduan

Secara umum kurva RRA yang diperolehpada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 6.

HBN 109 ...107

105 -

103 ]101 j

jSt /97 - j\J

1 . : . 1 T «

C 10 20 30 40 50 60 70tRR (menit)

Gambar 6. Profil kurva paduan RR dan RRA

Dari gambar tersebut terlihat bahwa kurvaretrogresi (RR) terbagi menjadi tiga daerah,sedang kurva retrogresi dan reaging (RRA)terbagi menjadi dua daerah. Akibat perlakuanretrogresi, kekuatan paduan pertama-tama turunsecara cepat sampai mencapai minimum (daerah1). Kekuatan paduan selanjutnya naik secaraperlahan-lahan sampai mencapai maksimum,yang nilainya masih lebih kecil dari kekuatanmula-mula (daerah 2). Retrogresi lebih lanjutmenyebabkan kekuatan paduan kembali turun(daerah 3). Menurut Park (1988) dan Viana(1999) perubahan kekuatan material yangmendapat perlakuan RRA berhubungan denganperubahan struktur mikro yang terjadi selamaRRA. Penurunan kekuatan pada tahap awalretrogresi (daerah 1) terjadi sebagai akibatpelarutan GP-zones dan sebagian/seluruhnyapresipitat ?]’ berukuran kecil dalam matriks,sementara presipitat pada batas butir terustumbuh dan mengalami pengasaran. Pada tahap2 terjadi perolehan kembali sebagian kekuatanpaduan sebagai akibat presipitat rf yang tersisatumbuh mendekati ukuran dan distribusioptimum. Kekuatan mencapai maksimum dan

kemudian menurun akibat terjadinya pengasaran(tahap 3).

Oleh karena percobaan retrogresiditerapkan terhadap paduan dalam kondisi T6,maka komposisi presipitat awal sama dengankomposisi presipitat paduan T6. Menurut Rajan(1982) dan Danh (1983) komposisi presipitatpaduan T6 sebagian besar terdiri dari GP-zonedan presipitat rf . Pemanasan paduan pada 180°C akan menyebabkan sebagian besar GP-zonesdan presipitat r|’ berukuran kecil larut, hal inidisebabkan temperatur yang digunakan diatastemperatur kestabilan GP-zones. Oleh karenaGP-zones dan presipitat rf berukuran kecil yanglarut tidak sempat menginti, pemanasan lebihlanjut menyebabkan presipitat yang masihtersisa tumbuh dan membesar akibat difusiunsur unsur terlarut. Sebagaimana dapat dilihatdari persamaan Aop ~ C.f^.d", naiknya ukuranpartikel akan menyebabkan kekuatan paduannaik. Retrogresi lebih lanjut akan menyebabkanpartikel mengalami pengasaran dengan jarakantar partikel makin besar. Hal tersebutmengubah mode deformasi dari mode geseranmenjadi mekanisme Orowan sehingga kekuatanpaduan menurun seperti diilustrasikan dalamGambar 2.

Berbeda dengan perlakuan retrogresi,perlakuan retrogresi dan reaging (RRA)menyebabkan kekuatan paduan naik darikekuatan paduan mula-mula dalam level T6,sampai mencapai maksimum yangberkesesuaian dengan waktu retrogresi yangdibutuhkan untuk mencapai kekerasan minimum(daerah I). Bertambahnya waktu retrogresimenyebabkan kekerasan paduan RRA turunkembali (daerah II). Pada perlakuan RRA,paduan yang telah mendapat perlakuanretrogresi diquenched dan diaging kembali pada120 °C. Pada kondisi optimum, presipitat akhiryang terbentuk mempunyai ukuran lebih besardan lebih rapat dari presipitat paduan T6sehingga kekuatan paduan yang dihasilkan lebihtinggi dari paduan T6. Perbedaan tersebutsebagai akibat perbedaan komposisi presipitatdalam paduan mula-mula. Pada paduan T6,proses pengintian dan pertumbuhan presipitatdimulai dari larutan padat lewat jenuh, sedangpada paduan RRA komposisi paduan mula-mulaterdiri dari unsur-unsur yang larut dan presipitatr|5 yang masih tersisa. Sebagaimana kita ketahuipada proses pengintian dan pertumbuhanpresipitat terdapat ukuran kritis yang merupakanfungsi dari derajat supersaturasi. Hal itu berartibahwa ukuran kritis tidak bersifat konstan tetapitergantung pada temperatur aging dan saturasi

418

Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi Nuklir Tema: Pemanfaatan Sains dan Teknologi Nuklir sertaPTNBR - BATAN Bandung, 04 Juli 2013 peranan MIPA di Bidang Kesehatan, Lingkungan dan


efektif, yang pada akhimya tergantung padajumlah dan distribusi presipitat yang sudah ada.

4.3 Pengaruh ukuran sampel terhadap sifatmekanik paduan aluminium 7075 RRA

Gambar 7 menunjukkan pengaruh ukuransampel terhadap variasi HBN paduan RRA.Secara umum naiknya waktu retrogresimenyebabkan HBN paduan RRA naik sampaimencapai maksimum untuk selanjutnya turundengan makin lamanya waktu retrogresi.Sampel-sampel [RRA-1], [RRA-2], dan [RRA-3] memiliki HBN yang hampir sama, sedikitperbedaan HBN sampel-sampel tersebut adalahakibat perbedaan HBN sampel mula-mula.Ketiga paduan yang diamati menunjukakankecepatan penurunan HBN yang hampir samadengan naiknya waktu retrogresi. Berbedadengan sampel sebelumnya, sampel [RRA-4]memperlihatkan harga HBN yang cukup rendahuntuk tiap waktu retrogresi yang diamati, selainitu waktu retrogresi yang dibutuhkan untukmencapai kekerasan maksimum lebih lama.

HBN no

10S

100

95

90

85

80

X x

0 20 40 60

t«R (menit)

•JRRA-1J

•[RRA-2]

•[RRA-3]

-[RRA-4]80

T6 dan RRA

Sampel UTS YS %-El %-A(MPa) (Mpa) ( mm) <%)

T6 294 268 11,5 27,1305 290 12,5 26,5297 279 15,6 36,8

[RRA- 251,6 103,91 6,72 49.444] 245,8 188,70 11,24 51,74

[RRA- 299,5 221,66 4,94 45,225] 300,5 268,19 10,24 47,55

Hal tersebut sesuai dengan hasil penelitianLin (2006) yang menyatakan bahwa perlakuanRRA terbatas pada sampel berukuran kecilkarena terkendala waktu retrogresi yang singkatpada temperatur tinggi [8]. Hal tersebut jugamempertegas pendapat Cina yang menyatakanbahwa kedalaman efektif proses retrogresisangat dipengaruhi oleh media yang digunakan.Untuk media yang sama, makin besar ukuransampel, efektivitas proses retrogresi makinmenurun. Waktu retrogresi selama sepuluhmenit untuk sampel RRA-B menyebabkanproses retrogresi tidak mencapai sampel secarakeseluruhan. Bagian sampel yang tidakterpengaruh oleh proses retrogresi akanmenunjukkan perilaku seperti mendapattambahan waktu aging sehingga menghasilkanmaterial dengan sifat seperti material overaged,yaitu material dengan ketahanan SCC yang baiktetapi dengan kekuatan rendah.

4.4 Pengujian SCC

Kurva hasil pengujian SCC dan parameterhasil pengujian berturut-turut dapat dilihatdalam Gambar 8. dan Tabel 3.

Gambar 7. Pengaruh ukuran sampel terhadapvariasi HBN paduan aluminium 7075 RRA

Sejalan dengan hasil pengukuran HBN,kekuatan paduan RRA yang dihasilkan turundengan bertambahnya ukuran sampel sepertidiperlihatkan dalam Tabel 2. Dari tabel tersebutterlihat bahwa kekuatan sampel [RRA-4] lebihrendah dari kekuatan sampel [RRA-5],sementara kekuatan sampel [RRA-5] setaradengan kekuatan sampel T6.

Penurunan kekuatan paduan yang mendapatperlakuan RRA untuk sampel berukuran besarpada percobaan ini, diakibatkan kurangefektifnya proses retrogresi.Tabel 2. Sifat mekanik paduan aluminium 7075

Ketahanan SCC paduan Aluminium 707?

(mm.10

'JJO

1-0ioo -i

500 1000 ITOO

t (nwiiltl

- T6

{RRA-41

:ooo

Gambar 9. Penentuan ketahanan SCC paduanaluminium 7075

419 -j




Dari ketiga kurva di atas terlihat urutanwaktu patah (tf) dari yang paling kecil adalahpaduan aluminium 7075 T6, [RRA-5], dan[RRA-4], yang berarti bahwa urutan ketahananSCC paduan dari yang paling kecil adalahpaduan aluminium 7075 T6 [RRA-5], dan[RRA-4]. Parameter yang lebih tepat untukmenentukan ketahanan SCC suatu paduan dalammetode ini adalah waktu kritis, yaitu waktu padamana terjadi perubahan modus laju perambatanretakan akibat SCC menjadi laju perambatanretakan akibat tegangan. Walaupun urutanketahanan SCC dari paduan yang diperiksamasih tetap sama, tetapi disini terlihat bahwaperbedaan waktu kritis antara paduanaluminium 7075 T6 dan [RRA-5] relatif kecil,dibanding dengan waktu kritis yangditunjukkan oleh [RRA-4]. Hal ini berari bahwaperubahan modus laju perambatan retakan darilaju perambatan retakan akibat SCC menjadilaju perambatan retakan akibat tegangan padapaduan T6 dan [RRA-5] terjadi lebih cepat daripada paduan [RRA-4]. Gambar 10 (a) dan 10(b) berturut-turut mem-perlihatkan permukaanpatahan paduan T6 dan [RRA-4]. Permukaanpatahan paduan T6 menunjukkan luas daerahkerusakan akibat pembebanan mekanik yangbesar dibanding permukaan patahan paduan[RRA-4] Ketahanan SCC paduan juga dapatdiprediksi dari besaran Al/At (laju regangandalam keadaan tunak). Penentuan ketahananSCC dari besaran ini pun menghasilkan urutanyang sama.

Dari hasil yang diuraikan di atas terlihatbahwa ketahanan SCC paduan aluminium 7075yang mendapat perlakuan panas RRA jauh lebihbaik dari pada ketahanan SCC paduanaluminium 7075 T6. Menurut Vina, hal tersebutsebagai akibat terbentuknya presipitat batasbutir yang berukuran besar dengan jarak antarpresipitat yang lebih jarang. Sebagaimana telahdisebutkan didepan, perlakuan retrogresi sangatberpengaruh terhadap ukuran dan distribusipresipitat paduan RRA. Dalam paduan T6,proses pengintian dan pertumbuhan presipitatmatriks dan batas butir beijalan secarabersamaan sehingga kondisi akhir presipitatbatas butir dan presipitat matriks hampir sama.Hal tersebut berbeda dengan perlakuan RRA.Pada saat retrogresi sebagian presipitat matriksberukuran kecil larut dan menginti kembalipada saat reaging. Dalam batas butir pengintianyang terjadi adalah pengintian heterogen.Retrogresi pada temperatur lebih tinggi tidakmenyebabkan presipitat yang terbentuk larutakan tetapi terus tumbuh dengan lajupertumbuhan lebih tinggi akibat difusi unsur-

unsur yang lebih cepat pada temperatur tinggi.

3i

:* i«

m --' m1StmWM5 2»$ MUrSS?ImmM * Si*m1. * •»mm wmm -<mmm * *&I r.I A

* mZm*

.Nr'.mr?

t.a? - 1

V.

% m jr

r$£-X

m.£Is

Gambar 10 (a), dan 10 (b). Permukaan patahansampel T6 dan [RRA-4]

Sejalan dengan naiknya ukuran presipitatmaka jarak antar presipitat semakin lebar.Reaging selanjutnya akan membuat presipitatmakin besar dan jarak antar presipitat makinlebar.

Menurut Middleton dan Parkin sepertidikutip oleh Holroyd perambatan SCC dalampaduan Al-Zn-Mg teijadi melalui pelarutanpresipitat batas butir r| (MgZn2). Presipitattersebut bertindak sebagai lintasan aktif untukkorosi. Presipitat batas butir paduan RRA yangberukuran besar dengan jarak antar presipitatyang lebar bertindak sebagai anoda korbansehingga memperlambat SCC. Keadaantersebut kontras dengan presipitat batas butirpaduan T6 yang berukuran sangat halus danterdistribusi merata yang akan menghasilkanlintasan korosi kontinu sehingga mengakibatkanrendahnya ketahanan SCC paduan. Parameterlain yang dapat dilihat dari kurva di atas adalahpenambahan panjang spesimen sebelum terjadiperpatahan (Al). Dari data tersebut terlihatbahwa paduan aluminium 7075 T6 mengalaini

420

*




i

4. RAIZENNE,D,et.al ., Retrogression and re-aging (RRA) of New and Old AircraftParts, 6th FAA/DoD/NASA Conference onAging Aircraft, San Fransisco, (2002).

5. VLANA, F., et.al.,Retrogression and Re-aging of 7075 Aluminum Alloy :Microtructural Characterization, Journal ofMaterials Processing Technology, 92-93,(1999)54-59.

6. HATCH, J.E., Aluminum, Properties andPhysical Metallurgy, American Society ForMetals, Metals Park, Ohio,(1984).

7. HOLROYD, Environment InducedCracking of High Strength AluminumAlloys (EICM Proceedings) (1990) 311-345.

8. LIN J.C et.al., Effect of heat treatments onthe tensile strength and SCC-resistance ofAA7050 in an alkaline saline solution,Corrosion Science, 48 (2006) 3139-3156.

DISKUSI

1 . FatchatulB.:

Mengapa mengutamakan A1 seri 7000 (7075), bukan A1 seri 6000 dan apa beda sifat dan komposisidari kedua seri ?

Enung Nurlia:

Karena seri 7000 mempunyai sifat yang lebih baik daripada seri 6000, karena seri 7000 termasukmempunyai kekuatan tinggi, sedang seri 6000 kekuatannya mediun. Untuk pesawat terbangdiperlukan A1 yang mempunyai persyaratan kekuatan tinggi,RRA akan meningkatkan kekuatan bahan Al. A1 seri 7xxx komposisinya Al-Zn, sedang A1 seri 6xxxkomposisinya Al-Mg-Si.

2. Tjipto Sujitno:

Apakah mungkin untuk mengatasi ketidak homogenan yang mempengaruhi SCC itu dilakukandengan menambah unsur lain seperti Ti ? dan jenis partikel apa yang terbentuk ?

Enung Nurlia:

SCC pada paduan Aluminium berlangsung secara intergranular sehingga kondisi presipitat batasbutir sangat berpengaruh terhadap SCC aluminium. T6 presipitat batas butimya berukuran halusdan sangat rapat sehingga ketahanan SCCnya rendah.(terbentuk lintasan korosi kontinu). Sedangpaduan RRA presipitat batas butimya jaraknya lebih besar sehingga tidak terbentuk lintasan korosikontinu sehingga ketahanan SCC nya meningkat.

penambahan panjang spesimen yang jauh lebihkecil dibanding penambahan panjang spesimen[RRA-4] dan [RRA-5] sebelum terjadiperpatahan. Hal tersebut merupakan pointambahan yang menguntungkan dari perlakuanpanas RRA yang diterapkan terhadap paduanaluminium 7075, karena hal itu berarti bahwaprediksi terjadinya kegagalan akibat SCCpaduan yang mendapat perlakuan RRA lebihmudah dari prediksi terjadinya kegagalan akibatSCC paduan yang mendapat perlakuan temperT6.

7. DAFTAR PUSTAKA

1 . CINA, B., U.S. Patent 3 856 584 (1974)2. STARKE,E.A.; STALEY, J, Application

of Modem Aluminum Alloys to Aircraft,Prog. Aerospace Sci.Vol. 32(1996) 131-172.

3. MERATI, ALI, Materials Replacement forAging Aircraft, RTO of NATO, 2011.

L

6^ / Z Hf:

t

li

t

yi

>*

t1*

'

r

i

.

*

*

f\I

%

ISSN 1858-3601

Seminar Nasional Sains dan Teknologi Nuklir 2013Bandung, 4 Juli 2013

PROSIDINGBAGIAN II

Pemanfaatan Sains dan Teknologi Nuklir sertaPeranan MIPA di Bidang Kesehatan, Lingkungandan Industri untuk Pembangunan Berkelanjutan

Pusat Teknologi Nuklir Bahan dan RadiometriBADAN TENAGA NUKLIR NASIONALJI. Tamansari No. 71 Telp. 022-2503997 Fax. 022-2504081 Bandung 40132http://bandung.batan.go.id

*

retrogresidanreagingpaduanaluminium7075da ......terhadap korosi eksfoliasi. dalam industri pesawat...

Documents