Prosiding Presentasi Ilmiah Dour Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996

ISSN 14/0-1998

EFEK PENGERJAAN TERMO-MEKANIK PADA PADUAN ALMG1

M.Husna AI HasaPusat Elemen Bakar Nuklir

ABSTRAK

EFEK PENGERJAAN lERMO-MEKANIK PADA PADUAN ALMG2. Pengerjaan tenno-mekanik berupaproses perolan panas dan annealing telah dikenakan kepada pelat AlMg2. Perolan panas pelat paduan AlMg2dilakukan pada temperat\1f 400°C dengan defonnasi bertahap, dan proses annealing berlangS\U1g selama 1 jam padatemperatur 425°C. Pengamatan mikro-struktur dilakukan dengan metalografi-optik, pengujian kekerasan dilakukandengan metoda Vickers dan pengukuran konduktivitas panas dilakukan dengan menggunakan konduktometer.Pengamatan secara metalografi-optik dan pengujian kekerasan dengan metoda Vickers menunjukkan adanyaperubahan stroktur mikro dan kekerasam1ya. Hasilnya menunjukkan bahwa perolan panas mengakibatkan bentukbutir berubah dari equiaxial menjadi pipih-memanjang dan bersifat lunak. Kekerasan mencapai sekitar 58,SKg/mm2 untuk tingkat defonnasi 18 % ,41 % dan 76 % serta 66 Kg/mm2 untuk terdefonnasi 133%. Annealingselama 1 jam pada 425°C ternyata menyebabkan penurunan kekerasan menjadi sekitar (41 -42) Kg/mm2 untukderajad defonnasi 18 % , 41 % dan 76 % serta met1jadi 39 Kg/mm2 untuk derajad defonnasi 133 %. Disamping itudiamati pula bahwa bentuk butir kembali menjadi equiaxial dan ukuran butirnya lebih besar. Hasil pengukurandengan konduktometer pada paduan AlMg2 sebelwD dan sesudah perolan panas memperlihatkan terjadinya penurunharga konduktivitas termal dari 143 W/moC menjadi 140 W/moC.

ABSTRA CT

EFFEC1S OF THERMO-MECHANICAL TREA1MENJ ON AlMa2 AUOY. Themlo-mechanical treatmentconsisting of hot rolling and annealing process has been applied to AlMg2 plate. The AlMg2 plate ~ adressed byhot rolling process at 400 °C with step defomlation, and the AlMg2 plate ~s then annealled at 425°C for one-hour.The observation on the microstructure ~s perfomled by using optical metallography, the hardness test ~sperfomled using Vickers method, and themlal conductivity ~s measured using conductometer. Themlo-mechanicaltreatment generates changes in AlMg2 microstructures and mechanical properties. The changes have been identifiedusing optical metallography and Vickers micro hardness test. The treatment transfomls the AlMg2-equiaxial grainto elongated grain and the alloys hardness is still relatively soft. The hardness reaches about 58,5 Kgimml afterdefomlation of 18 % , 41 % and 76 % and 66 Kgimml after defomlation of 133 %. An one-hour annealingtreatment at 425°C caused decreasing of the hardness to about (41 -4]:) Kgimml for 18 %, 41 % and 76 % defor-mation and to about 39 Kgimml for 133 % defomlation. This treatment makes the fOml of the grain equiaxial and thesite of the grain larger. The results of the measurements using conductometer on the original AlMg2 alloy and it ~addressed by hot rolling indicate that the themlal conductivity of I 43 W/moC to 140 W/moC.

lui proses perolan. Selain itu. deformasi perolanmengakibatkan ketidak teraturan pada kisi daDmenimbulkan cacat kisi bempa kekosongan atom.Kondisi yang demikian menye-babkan terjadinyapembahan sifat mekanik dan sifat termaI, sepertikonduktivitas panas. Konduktivitas panasmenumn karena kecepatan gerakan elektronberkurang dan aliran panas terisolasi atauterhambat akibat adanya kekosongan atom.

PENDAHULUAN

Aluminium adalah logam lunak daD uletmem-punyai struktur kubus pusat muka (FCC).Aluminium juga merupakan logam ringan yangmempunyai sifat tahan korosi, sifat penghantarlistrik dan panas yang baik I .

Paduan Aluminium-Magnesium memilikikekuatan yang cukup memadai daD sifat termalyang baik. Paduan AIMg tidak bisa dikeraskandengan perlakuan panas. Penguatan d.'\npeningkatan kekerasan diperoleh melalui pem-bentukan larutan padat substitusional denganmengganti kedudukan atom AI oleh atom Mgyang mengakibatkan distorsi kisi kristal logaminduk yang selanjutnya menimbulkan medantegangan disekitar atom yang tersubstitusi2Penguatan daD pengerasan paduan AIMg dapatpula diperoleh dengan tara pengerasan akibatregangan (strain hardening) yang dicapai mela-

Perolan panas dilakukan pada suhu di alastempertur rekristalisasi logam yang diproses.Temperatur rekris-talisasi sangat dipengaruhioleh besarnya derajat deformasi pada logam.Semakin besar deformasinya, temperatur rekris-talisasinya akan semakin rendah. Deformasidiatas temperatur rekristalisasi akan disertaidengan peristiwa pelunakan yang melibatkanmekanisme recovery. rekristalisasi daDpertumbuhan butir 3. Besarnya pelunakan darimasing-masing mekanisme tersebut tergantung

131

Prosiding Presentasi Jlmiah Dour Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta /8-/9 Maret /996

pada jenis logam, temperatur daD kecepatanproses deformasi atau laju regangannya.

Bila logam dengan energi salah tumpuk(stacking fault energy) rendah, hila dideformasipada tem-peratur tinggi, umumnya akanmengalami rekristalisasi selama berlangsungnyaproses deformasi. Proses rekristalisasi yangdemikian disebut dengan rekristalisasi dinamiksedangkan hila rekristalisasi terjadi setelah prosesdeformasi disebut dengan rekristaliSc1si statik.Rekristalisasi dinamik terjadi karena pada logamdengan energi salah tumpuk rendah mekanismerecovery tidak banyak peranannya dalam prosespelunakan, sehingga energi pendorongnya cukupbesar untuk menyebabkan terjadinya prosesrekristalisasi 3 .

selama 30 menit dengan deformasi total. yaitu :18 %.41 %.76 % daD 133 %.

Perlakuan panas terhadap cuplikan pelatAIMg2 yang telah dirol panas dilakukan didalam tungku sirkulasi udara selama 1 jam padatemperatur 425°C.

Permukaan spesimen basil perolan panasdaD proses anil dietsa dengan larutan kimia yangterdiri dari 50 ml reagen Pulton dicampur dengan25 HNO) daD 40 ml larutan 3 gram asam kromikper 10 ml H2O 6.

Pengamatan perubahan mikro struktur untuksetiap tahapan deformasi dilakukan denganmikroskop optik. Pengukuran kekerasandilakukan dengan metoda Vickers pada beban200 gram terhadap pelat AIMg2 awal, pelatAIMg2 basil pengerolan panas daD pelat AlMg2setelah di anil. Pengukuran konduktivitas panaspelat AIMg2 sebelum daD sesudah perolan panasdilakukan dengan menggunakan alatkonduktometer.

Aluminium mempunyai energi salahtumpuk cukup tinggi sekitar 200 erg/cm2sedangkan baja tahan karat 304 scbcs.1r 20erg/cm2 4 Aluminium dan paduannya karena

memiliki energi salah tumpuk tinggi. meskipundideformasi pada temperatur tinggi sering kalimempunyai bcntuk butir memanjang dan tidakmengalami rekristalis.1si. Meskipun demikiansifatnya relatif masih lunak karena peningkatankekerasannya relatif kecil. Hal ini disebabkanoleh bcgitu besarnya peranan pelunakan olehmekanisme recovery. khususnya recovery dina-mik sehingga energi pendorongnya rendah daDtidak cukup rnampu untuk mendorong terjadinyarekristalisasi dinamik. ).

BASIL DAN BABASAN

Hasil pengamatan dengan mikroskop optikpada spesimen AIMg2 awal, spesimen basilpengerolan panas daD spesimen AIMg2 setelahdianil pada 425°C selarna 1 jam untuk berbagaiderajad deformasi ditunjukkan pada gambar 1, 2dan 3. Pengaruh deformasi perolan padakekerasan paduan AIMg2 setelah dirol pnas dansetelah di anil pada 425°C selarna 1 jam di-tunjukkan pada gambar 4 daD 5. Hasil peng-ukuran konduktivitas panas dengan konduk-tometer pada paduan AIMg2 sebelum dansesudah perolan panas diperlihatkan padaGambar 6.

Dalam penelitian ini, perolan pelat AIMg2dilakukan diatas temper~tur rekristalisasi yaitu400°C dengan deformasi perolan bertahap yaitu18 % ,41%,76 % ,133 % dan proses annealingberlangsung selama 1 jam pada temperatur 425°C. Kajian yang dilakukan dalam penelitian iniialah mengamati pengaruh pengerjaan termo-mekanik terhadap perubahan mikro-struktur, sifatmekanik daD sifat termal paduan AIMg2.Pengarnatan mikro-struktur dilakllkan denganmetalografi-optik dan penglljian kekerasandilakukan dengan metoda Vickers dan peng-ukuran konduktivitas panas dilakukan denganmenggunakan kondllktometer.

TATA KERJA

Bahan percobaan yang diglmakan adalahpelat AIMg2 dengan unsur pemadu utama : Mg1,7 -2,4 0/0, daD unsur lainnya seperti Si < 0,3 %,Cr <0,3 %, Mn <0,3 %, Fe <0,4 % dan Ti <0,1%5

Proses perolan dilakukan pada pelat AIMg2yang telah mengalami pemanaSc1n pada 400°C

Gambar

~Strukturmikro paduan AIMg2 awal

132

Prosiding Presentasi J/miah Daur Bahal! Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta /8-/9 Maret /996

Gambar I memperlihatkan bahwamikrostruktur padua AIMg2 a\\'al sebelumdikenai perolan panas memiliki struktur butiryang berbentuk equaxial dan sifat kekeraSc1nnyayang relatif lunak serta rendah yaitu sebesar 42Kg/mm2 ( Garnbar 4),

too ..-..

d

Gambar 2. Stroktur mikro basil perolan pada 400°Ca. deformasi 18 % b. deformasi 41 %C. deformasi 76 % d. deformasi 133 %

aMikro struktur paduan AIMg2 yang telah

mengalami perolan panas pacta berbagaideformasi ditunjukkan pacta gambar 2, yangmenunjukkan hal-hal sebagai berikut.

Pacta gambar 2a terlihat bahwa mikro-struktur dengan deformasi 18 % memiliki ukuranbutir rclatif masih kecil dan tampak mulai terjadiperubahan daTi bcntuk equiaxia/ menjadi pipih.Gambar 4 memperlihatkan bahwa sifat keke-rasannya mengalami peningkatan. Peningkatankekerasan ini disebabkan karena bahanmengalami pengerasan oleh regangan.

Dari garnbar 2b. 2c daD 2d rnenunjukkanbahwa struktur rnikro dengan deformasi 41 % .76 % dan 133 % tarnpak terjadi pernbesaran butirdaD bentuk butir yang rnernanjang. Hal inirnenunjukkan bahwa pacta deformasi tersebutterjadi proses perturnbuhan butir dan butir tidakrnengalarni rekristalisasi karena paduan AIMgrnerniliki energi salah turnpuk yang tinggi.Garnbar 4 dapat diarnati bahwa peningkatankekeras.m tidak dialarni oleh spesirnen dengandeformasi 41 % dan 76 % daD harganya relatifsarna dengan kekerasan yang dipunyai olehspesirnen dengan deformasi 18 %. Disinirnenunjllkkan bahwa peranan pelunakan olehrnekanisme recovery rnasih dorninan khususnyarecovery dinarnik. Pacta deforrnasi yang lebihtinggi yaitu pacta 133 %. kekerasan pactUMAIMg2 terlihat rnengalami peningkatan. Hal inidisebabkan karena pacta deformasi yang lebihbes.1r. butir-butir basil deforrnasi rnerniliki energi-dalarn tinggi. yang disebabkan oleh tingginya

b

c

133

Prosiding Prese"rasi Ilmiah Daur Bahan Bakar NuklirPEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996

kerapatan dislokasi pacta tingkat defonnasitersebut. Akibatnya terjadi pertumbuhan inti-intibarn yang lebih banyak daD akan membentukbutir yang banyak. Dengan demikian akanmemperbanyak batas butir yang merupakanrintangan terhadap gerakan dislokasi. Disampingitu pembentukan rasa kedua dipercepat denganmakin besarnya derajad defonnasi. Kehadirannyaakan pula menghambat gerakan dislokasisehingga memberikan kontribusi p.1da kenaikankekuatan daD kekerasannya.

d 1UU ..-..

Gmnbar 3. Struktur mikro basil perolml pada 400 °Cdml dianil selama I jmn pada 450 °C .a. defonnasi 18 % c. defonnasi 41 %c. defonnasi 76 0/0 d. deformasi 1330/0

Mikrostruktur paduan AlMg2 setelah dianilpada temperatur 425°C terlihat bahwa butir-butirpipih-memanjang basil perolan panas kembalikebentuk semula yaitu equiaxia/ dengan ukuranbutir lebih besar dari pada spesimen AlMg2 awalseperti ditunjukkan pada gambar 33, 3b, 3c daD3d. Hal ini menunjukkan bahwa spesimenmengalami rekrist:'llisasi daD pertumbuhan butir.Dengan demkian diperoleh butir-butir barn bebasregangan daD bebas dislokasi sehinggapergerakan dislokasi selanjutnya tidak mengalamibambatan. Akibatnya kekuatan daD kekerasannyaturnn seperti diperlibatkan pada gambar 5.

a

b

Gambar 4. Pengaruh deformasi perolan panaspada kekerasan paduan AIMg2.

34

Prosiding Presentosi Ilmioh Dour Bohon Bokor NuklirPEBN-BATAN, Jakorla 18-19Moret 1996

konduktivitas panas terjadi penurunan setelahdikenai perolan panas. Hal ini ditunjukkan sepertipada titik pengukuran 100 °C, yaitu hargakonduktivitas panas A1Mg2 segar sebesar 143W/moC daD setelah mengalami perolan panasmenurun menjadi 140 W/moC. Hal ini dikare-nakan deformasi perolan panas mengakibatkanterjadi peningkatan dislokasi yang ditandaidengan kenaikan kekerasan bahan, sepertiditunjukkan pada Gambar 4. Kondisi seperti inisemakin meningkatkan ketidakteraturan kisi ataumenimbulkan cacat krista1 (kisi) sepertikekosongan atomIni menyebabkan terjadinyaperubahan aliran panas konduksi menjadi aliranpanas secara konveksi pada daerah yangmengalami kekosongan atom, sehingga per-pindahan panas menjadi terhambat atau menurun.Dengan kala lain, bahwa aliran panas daIambenda padat terisolasi atau terhambat akibatadanya kekosongan atom. Selain itu, keti-dakteraturan pada kisi akibat deformasi perolanmenyebabkan berkurangnya mobilitas kecepatangerakan elektron, sehingga mengakibatkan terjadipenurunan konduktivitas panas.

12oeDelormael tolal

Gambar 5. Pengaruh deformasi perolan panaspada kekeras.1n paduan AIMg2setelah dianil selama 1 jam pada450 °C

200

SIMPULAN180

Dari basil penelitian ini dapat ditarikbcberapa kesimpulan berikut.

1

100

50 100 150 200 250 300 350 ~oo ~50

TEMPERATVR I"c)

2.paduansesudah

Gambar 6. Konduktivitas panasAIMg2 sebelum danperolan panas

Pada Gambar 6 ditunjukkan bahwa hargakonduktivitas panas paduan AIMg2 basilpengukuran pada berbagai temperatur cenderungmeningkat pada temperatur yang semakin tinggi.Hal ini dikarenakan pada temperatur lebih tinggivibrasi kisi dan gerakan elektron-elektron bebassemakin meningkat, sehingga panas yangberkonduksi dalam benda padat semakin cepat.Selain itu, semakin tinggi temperaulr keteraturankisi meningkat daD kedudukan atom-atom padakisinya akan lebih sempurna sehingga cacat kisiberupa kekosongan atom semakin berkurang dandaD gerakan-gerakan elektron dapat denganmudah berpindah melalui kisi. Kondtlktivitaspanas paduan AIMg2 sebelum dan sesudahdikenai perolan panas diperlihatkan pada Gambar6. Oari Gambar 6 tampak bahwa harga

3.

Paduan AlMg2 basil perolan panasmempunyai bentuk butir pipih memanjangkarena tidak mengalami rekristalisasi. Hal inidisebabkan karena besarnya perananmekanisme recovery, khususnya recoverydinmnik.KekeraSc'lll paduan AIMg2 basil perolanpanas pada deformasi 18 %,41 % daD 76 %ad.'llah relatif sarna, tidak mengalamikenaikan. Pada deformasi 133 % hargamengalami peningkat.'ln , karena kerapatandislokasinya tinggi daD kemungkinanterbentuknya rasa kedua yang akanmenghmnbat gerakan dislokasi.Proses annealing pada 425°C selama 1 jammenyebabkan penurnnan kekerasan paduanAIMg2 basil perolan panas. Hal ini karenapada proses anil logam mengalamirekristalisasi dengan ter-bentuknya kristalbarn yang bebas regangan daD bebasdislokasi.Konduktivitas panas paduan AIMg2berkurang setelah dikenai proses perolanpanas. Hal ini dikarenakan paduan AlMg2mengalami pe-ningkatan kerapatan dislokasi,sehingga terjadi ketidakteraturan kisi ataucacat kisi bernpa kekosongan atom.

4

135

Prosiding Presentasi llmiah Dour Bahan Bakar NuklirPEBN-BArAN. Jakarta 18-19 Morel 1996

DAFfARPUSTAKA sebingga mengakibastkan terjadinya perbesarankonduktivitas poros

2. NUR ROHMAH

I. SURDIA,T., SAITO,S., "Pengetahuan BahanTeknik" ,PT.Danippon Gitakarya Printing,Jakarta-Indonesia, 1985.

2. ALTENPOlll...D, "Aluminum Viewed FromWithin", Springer Verlag, Dusseldorf, 1982.

3. SISWOSUW ARNO,M., "Teknik Pemben-tukan Logam", Institut Teknologi Bandung,1985.

4. DIETER,G.E., " Mechanical Metallurgy",

Second Edition, McGraw-Hili InternationalBook Company, 1981.

5. Anonym,"Specifications for sheets of AIMg2",Document No. 14-MTR-O6-O2, NUKEM,October, 1982

6. METALS HANDBOOK, "Metallography,Structures And Phases Diagrams", Vol.8, 8thEdition, American Society For Metals, 1973.

7. POLMEAR. I.J, "Light Alloys, MetallurgyOf The Light Metal", John Willey, Inc, 1979.

Dalam abstrak, Saudara menyatakan bahwapengamatan secara metalografi-optik daDpengukuran dengan metode vickersmenunjukkan adanya perubahan mikrostruktur dan kekerasannya. Namun basilmenunjukkan bahwa kekerasan mencapaikurang lebih 58,5 kg/mm2 untuk tingkatdeformasi 180/0,11 % daD 76% yangditanyakan :I). Apakah pernyataan tersebut di atas tidak

berlawanan ?2). Apakah untllk tingkat deformasi berbeda

memberikan nilai kekerasan yang sarna?3).Untuk tingkat deformasi 133% kekerasan

= 66 kg/mm2 .Mohon jelaskan apakahuntuk tingkat deformasi > nilai kekerasan

akan meningkat ?TANYAJAWAB

M. HUSNA AL HASAI. HARINI SOSIA TI

Pernyataan tersebut tidak berlawanan, karenakekeraSc1n awal 42 kg/mm2 sedangkandeformasi 18% menjadi 58,5 kg/mm2 daDdeformasi 133% menjadi 66 kg/mm2.Tidak, karena pada derajat deformasi tertentumenimbulkan nilai kekerasan yang berbeda.Untuk derajat deformasi > 1,33 kekerasanbahan akan menjadi meningkat. Hal inikarena kerapatandislokasi meningkat.

.

.

Apakah faktor yang paling dominan yangmenghasilkan kekerasan yang hampir(relatif) konstan untuk tingkat deformasi180/0,41%, dan 76% pada AIMg2 ?Apakah ada batas maksimum lingkatdefonnasi yang menycbabkan butir AIMg2tetap berbentukpipih pada waktu di rol panas?

Mohon dijelaskan bagaimana korclasidensitas dislokasi dengan electron movingdalam kaitannya dengan sifat konduktivitastenna) I 3. SUGONDO

M. HUSNA AL HASA Mohon sebutkan penggunaan AIMg2.Sehubungan dengan kegtlnaannya tersebut.mohon jelaskan siCat yang mana yang bisa diperbaiki dengan proses termo mekanik.Apakah hasilnya seperti yang diharapkan ?

.

M. HUSNA AL HASA

.

.Faktor yang dominan adalah mekanismeRecovery khususnya Recovery dinamik.

.Deformasi perolan pada AIMg2 meng-hasilkan butir berbentuk pipih memanjang .Hal ini karena AIMg2 memiliki energi salahtumpuk yang tinggi mencapai 200 ergicm2.Sedangkan batas mak-simum derajatdeformasi yang menyebabkan batas AIMg2tetap berbentuk pipih pada perolan panastidak ada.

Kerapatan dislokasi berhubungan dengan ketidakteraturan kiri atau cacat kristal. Dcngan demikiansernakin tinggi kerapatan dislokasi, semakin me-ningkat ketidak teraturan kiri. Sebagai akibatnya,ini menyebabkan berkurangnya gerakan elektron,

Paduan AIMg2 digunakan sebagai bahankelong-song bahan bakar.Sifal-sifal yang dapal diperbaiki denganproses lermomekanik anlara lain adalah :-Sifal mekanik, seperti kekualan dan

kekerasan-Sifal termal, sepcrti konduktivitas panasHasilnya sesuai dcngan yang di harapkan.

136

Prosiding Presentasi /lmioh Dour Bahan Bakor NuklirPEBN-BATAN, Jakarta 18-19Maret 1996

4. MUL Y ADI.R.

Akibat pengerolan, daya hantar panasmenurun menurut Saudara, karena adakekosongan terjadi perubahan dari konduksike konveksi. Apakah pernyataan Saudaratersebut tidak salah, karena konveksi tersebutterjadi hila ada fluida, sedangkan dalam atomtak ada fluida ?

.

gerakan elektron berkurang, sehinggamengakibatkan terjadinya penurunankonduktivitas panas.Pernyata.'ln perubahaan daTi konduksi kekonveksi, pc'lda daerah yang mengalamikekosongan akibat ketidak teraturan kisi ataucacat kristal dapat dibenarkan. Hal inidikarenakan pada daerah yang kosong akanterisi oleh fluida berupa gas. PerIn di ingatbahwa deformasi perolan panas berlangsungpada temperatur tinggi dan bahan mengajamipemanasan pada temperatur 400 °C. Dengandemikian hidrogen dapat larut ke dalamalumunium padat akibat reaksi permukaandengan nap air selama berlangsungnyasolution treatment daD di samping itu masihada kandungan hidrogen bawaan materialyang Sltkar di hilangkan.

M. HUSNA AL RASA

Deformasi perolan mengakibatkan ketidakteraturan kisi atau menimbulkan cacat kristal( kisi ) seperti kekosongan atom. Dengandemikian perpindahan panas menjaditerhambat pada daerah yang mengalamikekosongan atom. Selain itu

137