Pengaruh Batas Butir Fe-a pada Baja Bebas Cacat Intersisi (Baja iF) Terhadap Reaksi an tara Besi dan Seng selamaGalvanisasi pada 450°C (Syahbuddin 40-46)

PENGARUH BATAS BUTIR Fe-a. PADA BAJA BEBAS CACATINTERSISI (BAJA IF) TERHADAP REAKSI ANTARA BESI DAN

SENG SELAMA GALVANISASI PADA 450°C

SyahbuddinJurusan Teknik Mesin, Universitas Gunadarma,

J/. Margonda Raya No./OO, Depok 16410, Indonesia

ABSTRAK

PENGARUH BATAS BUTIR Fe-IX PADA BAJA BEBAS CACAT INTERSISI (BAJA IF) TERHADAP REAKSIANTARA BESI DAN SENG SELAMA GALVANISASI PADA 450ocpengaruh batas butir Fe-a baja IF terhadap pada reaksiantara besi clan seng selarna galvanisasi di dalarn paduan Zn-O,2%AI pada 450°C untuk waktu hingga 60 detik dipelajari dalampenelitian ini. Pada awal galvanisasi, lapisan tipis paduan Fe-AI terbentuk antara baja IF clan paduan Zn-0,2%AI. Kemudiandiikuti dengan reaksi yang sangat cepat antara besi clan seng, clan membentuk struktur .outburst pada permukaan baja IF. Formasioutburst ini tidak hanya terbentuk pada batas butir tetapi juga pada interior butir Fe-IX pada pemukaan baja IF. Struktur outburstmerupakan struktur paduan Fe-Zn yang terdiri dari rasa utama op + Ok dengan rasa terluar c:; clan lapisan tipis inti r.

ABSTRACT

EFFECTS OF GRAIN BOUNDARIES OF a-Fe IN THE IF STEEL ON THE REACTION BETWEEN IRONAND SENG DURING GALVANISATION AT 450°C. Effects of grain boundaries of a-Fe in the IF steel on the reactionbetween iron and seng during galvanisation in Zn-0.2%AI at 4S0°C for dipping time up to 60 seconds have been carried out in thisstudy. In early galvanizing, a thin layer of Fe-AI compound was formed between IF steel and Zn-O.2%AI compound. Aftercouple seconds, it followed with very fast reaction between iron and seng, and formed outburst structure on the IF steel. Theourburst structure formed not only at the grain boundaris but also on the grain interior of a-Fe. The outburst structure wascomposed by Fe.Zn compounds which consisted of mainly Sp + Sk with outer ~ fase dan a core of thin layer of r.

1. PENDAHULUAN

Galvanis adalah suatu proses pelapisan sengpada permukaan besi atau baja dengan mencelupnya kedalam seng cairo Dalam waktu celup relatip singkat, reaksiseng daD besi membentuk lapisan rasa intermetallik Fe-Zn. Pembentukan formasi rasa intermetallik Fe-Zn didalam seng murni sulit dikendalikan sehingga paragalvaniser menambahkan sedikit aluminium (0,1-0,2%berat) kedalam seng cair untuk menunda reaksitersebut. Pacta awal galvanisasi dalam pactuM Zn-Al,lapisan tipis Fe-AI terbentuk diantara besi daD seng cairsehingga menghambat reaksi antara besi daD seng cairoBila waktu galvanisasi dinaikkan cukup lama, pada lapisanpenghambat Fe-AI yang mempunyai daerah yangkonsentrasi aluminium rendah [1] atau mempunyaipresipitat pactuM Fe-Zn [2] reaksi antara besi daD sengakan terjadi daD membentuk formasi lokal Fe-Zn, yangdikenal sebagai struktur outburst. Akan tetapi, lokasitumbuhnya struktur outburst masih dalam perdebatanoleh banyak peneliti [1-7]. Beberapa peneliti [3-6]

menyatakan bahwa struktur outburst cendemng tumbuhpacta batas butir Fe-a., sedangkan peneliti lain [7]mendapatkan bahwa awal tumbuhnya stmktur outbur.\'ttidak acta hubungannya dengan posisi barns butir. Untukitu, penelitian ini mempelajari lokasi teljadinya awal reaksiantara besi dan seng pacta baja IF selama galvanisasipacta 450°C dalam Zn-O,2%AI cairo Pemilihan baja IFsebagai bahan yang akan digalvanis dikarenakan bahwabaja ini mempunyai potensi untuk digunakan dalamindustri otomotip, khususnya untuk bodi, rangka danpanel mobil. Disamping itu, komposisi rasa-rasa yangterbentuk pacta stmktur outburst juga diteliti.

2. PROSEDUR KERJA

Bahan yang akan digalvanis berupa pelat baja IFdengan tebal 1 mm. Komposisi nominal baja IFditunjukkan pada Tabel 1. Konsentrasi unsur-unsurdalam tulisan ini selalu dinyatakan dalam % bernt. Dalam

40

J. Mikroskopi dan Mikroanalisis VoL3 No.1 2000ISSN 1410-5594

Tabel I. Konsentrasi unsur-unsur dalam baja IF (%). Untuk menampilkan strukturmikro lapisankoating basil galvanis tersebut, baja IF150GS yang telahdigalvanis disiapkan kembali dengan teknik metaIograpistandar dengan arnh tampang lintang. Kemudian sampeldietsa dengan larutan nital 2% untuk waktu 2 dan 10detik masing-masing untuk menampilkan struktunnikrolapisan koating dan baja IF. Dalam penelitian ini, posisistruktur outburst (hasil reaksi besi dan seng pactadaernh-daerah tertentu lapisan tipis Fe-AI diantara bajaIF150GS dan paduan Zn-0,2%Al cair) diamati melaluimikroskop optik. Komposisi kimia struktur outbur.\"tanalisa melalui spektrometer sinar-X terdispersi (EDS)pada mikroskop elektron sapuan (SEM).

iC-Si i ~i- M:> -g- P Ti i AI TFe-! <V,OI <V,OI i O,17! 0,02 0,007 0,015 0,076 i O,~ i Si~

penelitian ini, bahan pelapis galvanis adalah paduan Zn-O,2%Al.

Baja IF yang akan digalvanis dipanaskan padatemperatur 1200°C selama untuk 1 jam daD kemudiandidinginkan di dalam tungku pemanas. Proses inidimaksudkan untuk menumbuhkan butir Fe-a. pada bajaIF. Sebelum dimasukan ke tungku. pemanas, baja IFtersebut dimasukkan kedalam tabung kuart dan kemudiandivakum. Dengan metode perpotongan (interceptmethod), ukuran butir Fe-a. rata-rata sebelum diannealdihitung 12,5:i:O,4 mrn. Ukuran butir Fe-a. rata-rata pactabaja IF setelah dianneal pada temperatur 1200°C untukwaktu 1 jam menjadi 150,O:i:3,8 mrn. Stroktunnikro baja IFsetelah dianneal ditunjukkan pada Gambar 1. Baja IF inikemudian disebut sebagai baja IF 150GS.

3. BASIL DAN DISKUSI

a. Reaksi antara Baja IF dengan Cairan Seng 0,2%Aluminium

Gambar I. Mikrograp optik baja IFISOGS menampilkanstruktunnikro yang dibentuk setelah dianneal pada 1200°Cuntuk waktu 1 jam.

Gambar 2 merupakan mikrograp optikSb1Jktum1ikro lapisan koating pada baja IF150GS sete1ahdigalvanis dengan Zn-0,2% pada 450°C untuk waktu 60detik. Gambar tersebut menampilkan beberapa formasilokal struktur ouburst terletak pada permukaan bajaIF150GS. Struktur outburst tersebut menunjukkanbahwa pada lapisan tipis Fe-AI antara baja IF150GS danZn-O,2%Al cair, teIjadi reaksi besi dan seng secara lokaldan kemudian membentuk formasi outburst tumbuhseperti yang dilaporkan peneliti lain [1-2]. Di beberapatempat pada permukaan baja IF150GS, struktur outburstcenderung tumbuh pada barns butir Fe-a. seperti yangditunjukkan pada Sebagai acuan posisi, maka dibuatjejak identor uji kekerasan pada baja IF150GS yangmendekati struktur outbursttersebut. Gambar 2a. Setelahetsa singkat (sekitar 2 detik) dengan nita12%, strukturoutburst kecil ditemukan diatas jejak identor. Untukwaktu etsa 10 detik, batas butir Fe-a. tepat beradadibawah struktur outburst tersebut. Akan tetapi, sepertiyang ditunjukkan pada Gambar 2b, pada daerah lain,struktur outburst juga tumbuh pada interior butir.

Hubungan antara batas butir Fe-a. padapemukaan baja dan lokasi outburst telah dipelajari olehbeberapa peneliti [3-6]. Nishimoto dkk [3] melaporkanbahwa struktur outburst cenderung tumbuh pada batasbutir Fe-a.. Hasil penelitian tersebut dikonfirmasi olehHisamatsu dkk [4], Inagaki dkk [5] dan Jordan dkk[6]. Merekajuga mendapatkan bahwa struktur outbursttumbuh pada batas butir Fe-a pada pemukaan baja. Akantetapi, dengan mengunakan baja IF150GS yangmengandung butir-butir Fe-a berukuran sekitar 150 rom,tampak bahwa outburst tumbuh tidak hanya pada batasbutir, tetapi juga tumbuh pada interior butir. Dengandemikian, batas butir Fe-a tidak selalu merupakan lokasiutama untuk formasi outburst tumbuh seperti yangdilaporkan olehMcdevitt dkk [7].

Baja IF150GS kemudian dipotong berbentukkupon 20x80 mm, diamplas dan dipoles dengan teknikmetalograpi standar hingga butir intan 1 mm. Setelah itu,baja IF150GS dibersihkan dengan ultrasonik di dalamlarutan alkohol dan kemudian dikeringkan dengan udara

kompressor.Proses galvanis baja 1F150GS terdiri daTi dua

tahap, yaitu perlakukan awal dan pencelupan. Dalamperlakuan awal, mula-mula ooja dibersihkan dengan asamhidroklorit sekitar 3 menit dan lalu dicuci dengan air.Berikutnya, baja difluxing dengan seng amonium klorit35% panas bertemperatur 40°C untuk waktu 3 menituntuk melarutkan lapisan oksida tipis. Tahap akhirperlakuan awal ini adalah pengeringan baja tersebut didalam oven dengan temperatur 120°C untuk waktu 10menit. Proses galvanis akhir dilaksanakan denganmencelup baja dalam Zn-O,2%Al cair pada temperatur450°C untuk waktu hingga 60 detik.

41

Pengaruh Batas Butir Fe-a pada Baja Bebas Cacat Intersisi (Baja IF) Terhadap Reaksi antara Besi dan Seng selamaGalvanisasi pada 450°C (Syahbuddin 40-46)

b

2

10

Gambar 2. Mikrograp optik struktur outburst tumbuh pada a) batas butir dan b) interior butir diatas substrat baja IF! SaGS yangdigalvanis pada 4S0°C untuk waktu 60 detik dalam Zn-0,2%A1 cairo

b. Formasi Struktur Outburst

Mikrograp SEM pada Gambar 3 menunjukkanbahwa fonnasi lokal adalah stmktur outburst, terdiri daributir-butir selular panjang, tumbuh kearah seng-Tl.Pengujian komposisi dengan spektrometer sinar-Xterdispersi (EDS) pada butir-butir selular tersebutkonsisten dengan rasa t" Sp dan Sk pada diagramkesetimbangan rasa Fe-Zn [8-9]. Komposisi kimia titik-titik tertentu pada butir-butir tersebut pada Gambar 3.aditabelkan pada Tabel 2. Adanya rasa-rasa t" S dan Skpada formasi loka! tersebut menunjukkan bahw~ reaksibesi daD seng secara lokal terjadi sangat reaktif. Hal initerjadi karena adanya kandungan aluminium (0,2% berat)di dalam seng meningkatkan laju reaksi antara besi danseng seperti yang diamati peneliti sebelumnya [l 0]. Intitipis rasa r antara struktur outburst daD baja IF (Gambar3.a) belum muncul. Pada Gambar 3.b, inti tipis tampakterbentuk pada struktur outburst. Karena keterbatasan

TabeJ 2. Komposisi kimia titik-titik tertentu pada strukturoutburst pada Gambar 3.a.

TitikIFe(%berat)1 Zn(% berat) I AI(%berat) I12

345

:!1!-~~~14,6

2.2d~~~67,8

Q!2z.!.~Q17,6

Gambar 3. Mikrograp SEM dari struktur outbuM a) tampalapisan inti dan b) dengan lapisan inti pada substrate bajaIF yang digalvanis pada 450°C untuk waktu 5 detik.

42

J. Mikroskopi dan MikroanaUso Vol3 No.1 2000ISSN 1410-5594

kemampuan analisa kimia oleh EDS pada mikroskopelektron, komposisi kimia inti tersebut sulit identiflkasi,Akan tetapi, beberapa peneliti [3-7] mengidentifikasi intitipis pada stroktur outburst tersebut adalah rasa r,

Stnlktur outburst disusun oleh rasa 5p dan 5kdengan inti tipis rasa r yang selurohnya terletak di bawahrasa~, Walaupun struktur ini meropakan hasil reaksi loka!besi dengan seng yang terjadi sangat cepat sehinggakomposisi struktur outburst sangat sulit dianalisa,banyak penelitian [2,5,11,12] mengidentifikasi bahwastnlktur outburst disusun oleh rasa utama 5 (5p + 5Jdengan rasa terluar z dan rasa inti r, Sebaliknya,penelitian yang baru-baru ini dilakukan [13] melaporkanbahwa rasa utama stnlktur outburst terdiri daTi rasa ~.Dengan demikian, penelitian ini sesuai dengan penelitianyang mengidentifikasi rasa 5p + 5k sebagai rasa utamapada struktur outburst, Hal ini terjadi, 0,2 % (berat) alu-minium di dalam seng pada awal galvanis menghambatreaksi besi dan seng dan kemudian reaksi besi dan sengterjadi pada lapisan tipis paduan Fe-Ai. Reaksi inidipercepat dengan adanya tambahan aluminium danmembentuk rasa 5 [10]. Akibatnya, struktur outburstphampir seluruhnya disusun oleh rasa 5p + Ok'

5. DAFTAR PUSTAKA

[1). A.RP. GHUMAN, AND T.I. GOLDSTEIN,Metall.TrC»Js., 1971,2,2903-2914.

[2]. Y.ADACIn,ANDM.ARAI,Matel:Sci.Eng., 1998A254, 305-310 .

[3]. A. NISHIMOTO, J.-I, INAGAKI, DAN K.NAKAUKA, Trans. IS/J., 1986,26,807-813.

[4]. Y: HISAMATSU, AND K. SATOH, in presented atGalvatech '89, the International ConlOn Sengdan Seng Alloy Caoted Steel Sheet, The Iron andSteel Inst., Japan, Tokyo, 1989.

[5]. J.-I.INAGAKI, M. SAKURAI, AND T. W ATA-NABE, IS/J Inter., 1995, 35, (11) 1388-1393.

[6]. C.E. JORDAN AND A.R. MARDER, Metal. Matel:TransA, 1997, 28A, 2683-2694.

[7]. E. MCDEvm, Y. MORIMOTO, AND M. MESHII,ISIJ Intel:, 1997, 37, (8),776-782.

[8]. MA GHONlEM, AND A LOHBERG, Meta/I., 1972,10,1026-1030.

[9]. M.H. HONG, AND H. SAKA' Scripta Mater. , 1997,36, (12), 1423-1429.

[10]. SYAHBUDDIN, P.R. MUNROE, C.S. LAKSMI,AND B.GLEESON, Mat. Sci. andEng.,1998, A251,87-93.

[11]. M. SIATO, U. UCHIDA, AND T. KITTAKA, ISIJIntel:, 1991, 77,947-954.

[12]. M. SAGIYAMA, J.I. INAGAKl, AND M. MORITA,NKKTechnicalReview, 1991,63,38-45.

[13]. H. OHTSUBO, T. Y AGI, K. NAKAI, AND Y.OHMORI, ISIJInter., 1996, 36,(5),317-332.

4. KESIMPULAN

Dengan mengunakan baja IF berbutir F e-a; sekitar150 mm (baja IF150GS), reaksi besi dan seng selamagalvanisasi pada 450aC di dalam cairan Zn-O,2%Al untukwaktu 60 detik membentuk formasi lokal paduan Fe-Znatau juga disebut sebagai strnktur outburst. Struktur initidak banya terbentuk pada batas butir Fe-a., tetapi jugapada interior butir Fe-a. pada pennukaan baja IF150GS.Struktur outburst umumnya disusun oleh rasa utama 8 +

p8k dengan rasa terluar l; dan lapisan inti tipis r.

43