STUDI OPTIMALISASI WAKTU MILLING HEM (HIGHENERGY BALL MILLING) PADA SINTESIS BAJA FERITIK ODS (OXIDE DISPERSION STRENGTHENED) YANG MEMANFAATKAN PASIR BESI LOKAL
Fitriani Tresnaputri 2709100021 Dosen Pembimbing Rindang Fajarin, S.Si., M.Si. Dr.Eng. Abu Khalid Rivai, M.Eng.
Latar Belakang
Kebutuhan akan baja
Feritik Baja ODS komersil MA 957
Pasir besi
Sintesis baja feritik ODS dengan variasi waktu milling 10,40, 100 jam
ODS
Mechanical alloying
Austenitik
Tujuan
1 2 3 4
• Mengetahui proses sintesis baja paduan feritik ODS serta pemanfaatan pasir besi lokal
• Mengetahui pengaruh waktu milling serta waktu milling yang optimal pada sintesis baja paduan feritik ODS baik dengan komposis ODS MA 957 maupun dengan memanfaatkan pasir besi lokal
• Menganalisis struktur mikro dan kristal baja feritik ODS dengan SEMEDS, XRD, serta Vickers Hardness Tester
• Mengetahui perbandingan baja feritik ODS hasil sintesis yang memanfaatkan pasir besi dengan baja feritik yang komposisinya sama dengan ODS MA 957
Tinjauan Pustaka
Baja ODS
pengertian Partikel oksida
Aplikasi
Pencampuran sederhana (simple mixing)
Pengapian lapisan
Oksidasi internal
Proses reduksi selektif
D A H U L U
Mechanical alloying
Bola milling Ukuran bola milling
PCA
Waktu milling
Komponen Mechanical Alloying
Kecepatan
Tipe alat milling
BPR
MA 957 Komposisi MA 957 Fe (% berat)
Cr (% berat)
Ti (% berat)
Mo (% berat)
Y2O3 (% berat)
84,45
14
1
0,3
0,25
Mechanical properties MA 957 Ukuran partikel Kekerasan Massa jenis Yield strength Pada temperatur ruang 210o C 510o C 702o C
12 nm 400 – 410 HVN 7,62 g/cm3 1220 MPa 1190 MPa 905 MPa 405 MPa (Hoelzer dkk)
Ultimate Tensile Strength (UTS) Pada temperatur ruang 212o C 503o C 701o C
1390 MPa 1270 MPa 980 MPa 410 MPa (Hoelzer dkk)
Metodologi
Start
Pasir besi lokal
Studi literatur
Separator magnetik
Persiapan alat dan bahan
XRF
Serbuk Fe, Cr, Mo, Ti, Y2O3 + pasir besi dengan perbandingan 50:50
Serbuk Fe, Cr, Mo, Ti, Y2O3
Milling dengan HEM selama 10, 40 dan 100 jam
Sampel serbuk
Kompaksi deng tekanan 28000 psi
A
SEM, XRD
A
Degassing 400o C dengan tekanan sebesar 2x10-2 torr selama 90 menit
Sintering dengan temperatur 1250o C XRD, SEM, Vickers hardness
Analisa data dan pembahasan
Finish
Analisa Data dan Pembahasan
Hasil XRF pasir besi
Unsur
% Berat
Al
2
Si
1,4
P
0,26
Ca
0,5
Ti
8,79
V
0,57
Cr
0,13
Mn
0,46
Fe
82,23
Zn
0,09
Br
0,28
Eu
0,71
Re
0,2
Bi
0,91
Hasil analisis XRD serbuk MA 957
D (nm) Waktu milling ↑ spektrum semakin melebar Pada milling 100 jam → amorfisasi
MA 957 10 jam
520,9
MA 957 14 jam
408,9
Hasil analisis XRD serbuk MA 957 pasir besi
D (nm) Waktu milling ↑ spektrum semakin melebar
MA 957 pasir besi 10 jam
1147,7
MA 957 pasir besi 40 jam
556,9
MA 957 pasir besi 100 jam
491,3
Hasil analisis XRD MA 957 hasil sintering
D (nm) Terbentuk Fe-Cr
MA 957 10 jam
1726,9
MA 957 40 jam
1921,5
MA 957 100 jam
1727,3
Hasil analisis XRD MA 957 pasir besi hasil sintering
Terbentuk Fe dan MnCr2O4
MA 957 10 jam
MA 957 40 jam
MA 957 100 jam
Fasa
D (nm)
Fe
1889,2
MnCr2O4
11727,5
Fe
1865,2
MnCr2O4
1727,5
Fe
1676,7
MnCr2O4
1727,3
Hasil analisis SEM serbuk MA 957
(a) Milling 10 jam → proses welding awal (b) Milling 40 jam → proses rewelding (c) Milling 100 jam → serbuk mengalami aglomerasi
10 jam •Belum homogen
100 jam •Sudah homogen
40 jam •Belum homogen
Hasil analisis SEM serbuk MA 957 pasir besi
(a) Milling 10 jam → proses welding awal (b) Milling 40 jam → proses rewelding (c) Milling 100 jam → serbuk mengalami aglomerasi
10 jam •Belum homogen
40 jam •Belum homogen
100 jam •Belum homogen
Hasil analisis SEM MA 957 hasil sintering
10 jam
40 jam
100 jam
Hasil analisis SEM MA 957 pasir besi hasil sintering
10 jam
40 jam
100 jam
Hasil pengujian kekerasan Baja ODS
VHN
MA 957 10 jam
183.48 HVN
MA 957 40 jam
312.3 HVN
MA 957 100 jam
634.066 HVN
MA 957 pasir besi
710.52 HVN
10 jam MA 957 pasir besi
648.88 HVN
40 jam MA 957 pasir besi
510.02 HVN
100 jam
•Pelet MA 957 : waktu milling ↑ kekerasan ↑, karena serbuk homogen •Pelet MA 957 pasir besi : waktu milling ↑ kekerasan ↓, karena banyaknya porositas terbentuk
Kesimpulan
1. Pemaduan mekanik selama 40 jam belum dapat membuat serbuk menjadi homogen, namun pemaduan mekanik selama 100 jam terlalu lama sehingga membuat serbuk MA 957 homogen namun memiliki struktur yang amorf. Sedangkan pada serbuk MA 957 pasir besi, pemaduan mekanik selama 100 jam masih kurang lama untuk dapat membuat serbuk menjadi homogen. 2. Lamanya waktu pemaduan mekanik membuat serbuk menjadi semakin teraglomerasi 3. Penambahan pasir besi justru membuat terbentuknya oksida kompleks MnCr2O4 yang stabil, bukan Fe-Cr seperti yang diharapkan. Hal ini disebabkan oleh adanya unsur Mn dari pasir besi 4. Kekerasan yang paling tinggi didapatkan oleh pelet ODS MA 957 100 jam sebesar 634,066 VHN. Sedangkan dengan penambahan pasir besi, kekerasan yang paling tinggi didapatkan pada pelet MA 957 pasir besi 10 jam yaitu sebesar 710,52 VHN. Namun bila dilihat dari karakterisasi serbuknya, MA 957 pasir besi 10 jam belum homogen. 5. Penambahan pasir besi pada MA 957 pasir besi menghasilkan porositas yang lebih banyak dibandingkan dengan MA 957
Saran
1. Proses pemaduan mekanik hendaknya dilakukan dengan range waktu 40 – 100 jam 2. Sedangkan dengan penambahan pasir besi, pemaduan mekanik hendaknya dengan waktu lebih dari 100 jam 3. Pasir besi yang digunakan hendaknya diekstraksi terlebih dahulu, karena dengan adanya unsur lain di dalam pasir besi justru membuat terjadinya penurunan kekerasan 4. Diperlukan adanya pengujian lanjut seperti metalografi untuk melihat struktur mikro yang dihasilkan, AFM untuk melihat sebaran partikel oksida maupun TEM untuk melihat endapan yang ditimbulkan oleh pengaruh unsur Yttria
