Tugas Karmat + Lab 2

download Tugas Karmat + Lab 2

of 7

Transcript of Tugas Karmat + Lab 2

1

KARAKTERISASI DAN ANALISA PERPATAHAN MEDIUM CARBON STEEL DENGAN MENGGUNAKAN SEM (SCANNING ELECTRON MICROSCOPE) DAN OES (OPTICAL EMISSION SPECTROMETRY) Alfonsius B. J. Haslim, Stefanno Widy Yunior, Vicky Indrafusa 1. Pengantar Saat ini telah menjadi kepercayaan umum bahwa baja adalah jenis material yang memiliki cukup banyak karakteristik dalam memenuhi berbagai kebutuhan[1]. Baja telah menjadi industri penting dalam rantai ekonomi, menyediakan bahan baku untuk industri hilir dan banyak digunakan untuk konstruksi, rel, mobil, pembuatan kapal, petrokimia, dll. (Gambar 1). Serta tidak ada keraguan bahwa baja masih akan menjadi bahan dominan di masa mendatang.

Gambar 1. Baja menemani kita dalam setiap aspek[1]

Medium Carbon Steel merupakan kategori material ferrous yang memiliki komposisi karbon sekitar 0.25 % - 0.6 %. Medium Carbon Steel dapat dilakukan perlakuan panas (austenisasi, quenching, tempering) untuk meningkatkan sifat mekanis material. Baja jenis ini memiliki low hardenability, karena paduan dalam material tersebut rendah. Medium Carbon Steel yang telah mengalami perlakuan panas memiliki kekuatan mekanis lebih baik dibandingkan low carbon steel, namun keuletan dan ketangguhan relatif rendah. Medium Carbon Steel ini telah digunakan dalam praktikum Destructive Test DTMM FTUI, namun tidak diketahui jenis pengujian apa yang dilakukan terhadap baja tersebut. Baja tersebut diperkirakan hasil dari pengujian impak karena bentuk sampel perpatahannya jika digabungkan seperti sampel standar pengujian impak.

Laporan Praktikum Karakterisasi Material + Lab

2

2. Material dan Prosedur Eksperimen Baja yang digunakan adalah baja yang telah digunakan dalam praktikum Destructive Test DTMM FTUI (Gambar 2). Tidak diketahui jenis pengujian dan komposisi baja tersebut, namun diperkirakan adalah hasil pengujian impak dan jenis baja ductile karena secara makroskopis permukaan patahannya terlihat gelap[3].

Gambar 2. Baja hasil praktikum DT (pengujian impak)

2. 1.

Preparasi Sampel

Sebelum diamati dengan menggunakan SEM, baja yang akan diteliti harus berukuran kecil (ketebalan 1 cm). Baja yang di SEM hanya pada bagian permukaan patahannya saja. Oleh karena itu sampel yang praktikan dapatkan dipotong dan hingga menyisakan permukaan patahannya saja (Gambar 3a). Kemudian sisa baja lainnya digunakan sebagai spesimen untuk dikarakterisasi menggunakan OES. Namun karena permukaannya kurang lebar dan kurang bersih, sisa baja tersebut di forging kemudian baru digerinda, sehingga baja siap dikarakterisasi menggunakan OES (Gambar 3b & 3c).

Gambar 3. a) penampang melintang permukaan patah baja setelah dipotong b) preparasi sampel OES dengan forging c) preparasi sampel OES dengan gerinda

2. 2.

Scanning Electron Microscope (SEM)

Scanning Electron Microscope (SEM) (Gambar 4a) adalah mikroskop elektron yang digunakan untuk studi langsung permukaan benda padat dan memiliki keunggulan dibandingkan dengan mikroskop optik[4]. Ketika sebuah berkas elektron berinteraksi dengan atom di dalam sampel, elektron secara individu menjalani dua jenis hamburan (Gambar 4b)

Laporan Praktikum Karakterisasi Material + Lab

3

yaitu elastis dan inelastis[5]. Back-Scattered electrons (BSE) adalah jenis hamburan elastis, sedangkan Secondary Electrons (SE) adalah jenis hamburan inelastis. Sampel permukaan patahan dimasukkan ke dalam Sample Chamber, kemudian ditutup dan menunggu kondisi filamen siap (dinaikkan dayanya perlahan-lahan) selama 20 menit (Gambar 4c). Setelah mesin siap kemudian ditembakkan SE sebanyak 3 kali di tempat yang sama dengan perbesaran berbeda. Lalu BSE ditembakkan sebanyak 3 kali di tempat yang sama dengan perbesaran berbeda, dan terakhir di cek komposisi menggunakan EDAX.

Gambar 4. a) di dalam SEM[4] b) interaksi elektron-sampel[4] c) pengerjaan menggunakan SEM

2. 3.

Optical Emission Spectrometry (OES)

Atomic (atau Optical) Emission Spectrometry (AES, OES) adalah teknik analisis multi elemen dari berbagai macam bahan[6]. OES melibatkan pengukuran radiasi elektromagnetik yang dipancarkan dari atom. Baik data kualitatif dan kuantitatif dapat diperoleh dari jenis analisis ini. Mesin OES (Gambar 5a) dikalibrasi terlebih dahulu dan masuk ke mode analisa Fe-base. Setelah dikalibrasi, sampel yang telah dipersiapkan diletakkan di tempat yang telah disediakan untuk selanjutnya ditembak sebanyak 3x (Gambar 5b). Kemudian data tercatat secara otomatis di dalam komputer untuk kemudian dianalisa selanjutnya.

Gambar 5. a) mesin OES b) penembakan sampel dengan radiasi elektromagnetik

3. Hasil dan Pembahasan 3. 1. Analisa Permukaan Patahan dengan SEM Dilakukan pemindaian dengan SE pada sampel sebanyak 3x, dan didapatkan hasilnya pada perbesaran 50x, 200x, dan 500x sebagai berikut (Gambar 6).Laporan Praktikum Karakterisasi Material + Lab

4

Gambar 6. Permukaan patahan hasil SE a) perbesaran 50x (kiri atas) b) perbesaran 200x c) perbesaran 500x (bawah)

Gambar 6 adalah hasil pindai di permukaan patahan. Terlihat adanya porositas (Gambar 6c) pada gambar tersebut, lubang tersebut bukanlah dimple karena tidak dimungkinkan terjadi pada sampel hasil uji impak. Dari permukaan hasil patahan didapati permukaan gelap serta fibrous yang menunjukkan bahwa material tersebut adalah ductile[7-8]. Kemudian dilakukan pemindaian dengan BSE pada perbesaran 50x, 200x, dan 500x. Terdapat hasil foto permukaan (Gambar 7) dan grafik komposisi dengan EDAX (Gambar 8) sebagai berikut.

Gambar 7. Permukaan patahan hasil BSE a) perbesaran 50x b) perbesaran 200x c) perbesaran 500x

Laporan Praktikum Karakterisasi Material + Lab

5

Dari penampakan hasil BSE pada Gambar 7 di atas, daerah yang terang kaya akan kandungan Fe sedangkan daerah yang berwarna hitam adalah atom atau unsur yang memiliki nomor atom lebih kecil daripada Fe, seperti karbon (C), silikon (Si), Mangan (Mn).

Gambar 8. Hasil uji komposisi menggunakan Energy Dispersive X-Ray Analysis (EDAX)

Berdasarkan gambar 8, dapat dilihat bahwa Fe menjadi unsur paling dominan dengan unsur ikutan C. Kemudian O, Na, Al, Si, S, Cl, K, dan Ca terdapat pada baja ini. Dan keterangan data gambar 8 lebih lanjut terdapat pada bagian lampiran. 3. 2. Analisa Komposisi dengan OES

Analisa komposisi sampel baja dilakukan dengan menembakkan radiasi elektormagnetik sebanyak 3x pada permukaan yang telah dibersihkan. Nilai komposisi yang didapatkan dapat dilihat pada tabel berikut (Tabel 1).Tabel 1. Komposisi Baja hasil analisa menggunakan OES (dalam %)Fe C Si Mn P S Cr Mo

Laporan Praktikum Karakterisasi Material + Lab

6

1 2 3 Ave 1 2 3 Ave 1 2 3 Ave

97.839 97.986 97.860 97.895 Ni 0.0769 0.0676 0.0719 0.0721 Pb