KAJIAN PENDAHULUAN PEMBUATAN PADUAN Fe-Ni-Al DARI BAHAN BAKU FERRONIKEL PT. ANTAM Tbk.
TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi syarat kelulusan tahap pendidikan strata-1 pada Program Studi Teknik Metalurgi - Institut Teknologi Bandung
Oleh :
Fiksi Sastrakencana NIM : 12102038
PROGRAM STUDI TEKNIK METALURGI FAKULTAS TEKNIK PERTAMBANGAN DAN PERMINYAKAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2008
LEMBAR PENGESAHAN
KAJIAN PENDAHULUAN PEMBUATAN PADUAN Fe-Ni-Al DARI BAHAN BAKU FERRONIKEL PT. ANTAM Tbk.
TUGAS AKHIR
Oleh :
Fiksi Sastrakencana NIM : 12102038 Program Studi Teknik Metalurgi Institut Teknologi Bandung
Pembimbing I,
(Dr. Ir. Eddy Agus Basuki, M.Sc)
Pembimbing II,
(Ir. Djoko Hadiprayitno, MSME)
ii
ABSTRAK
Kebutuhan untuk pengembangan suatu material untuk kondisi lingkungan tertentu terus berkembang. Terutama material untuk kebutuhan pemakaian pada temperatur tinggi. Material yang mempunyai titik leleh tinggi, kekerasan yang cukup tinggi, ketahanan creep serta ketahanan terhadap korosi temperatur tinggi. salah satu paduan yang baik untuk kondisi ini adalah paduan intermetalik.
Pada penelitian ini akan digunakan paduan intermetalik Fe-Ni-Al. Fe-Ni didapat dari feronikel yang berasal dari PT. Aneka Tambang, Pomala. Feronikel mempunyai komposisi 73% (berat) Fe dan 27% (berat) Ni. Sedangkan alumunium yang digunakan adalah alumunium murni yang dapat diperoleh dengan relatif mudah. Penelitian ini dilakukan untuk mempelajari kondisi struktur mikro dan nilai kekerasan mikro paduan pada beberapa komposisi (10%, 20%, dan 30% Al) setelah perlakuan panas dengan variabel temperatur dan waktu serta pendinginan oleh oli dibandingkan dengan kondisi as cast.
Untuk kondisi struktur mikro, paduan hasil laku panas selama 24 jam menghasilkan persentase fasa β’ dan fasa α (untuk 10%Al) yang lebih sedikit daripada paduan as cast, sedangkan menghasilkan persen fasa lebih banyak pada pemanasan selama 48 jam. Sedangkan untuk nilai kekerasan mikro, nilai kekerasan meningkat seiring dengan peningkatan alumunium dan grafik nilai kekerasan menunjukan nilai yang lebih kecil dibandingkan as cast untuk pemanasan selama 24 jam dan menunjukan nilai yang lebih besar dibandingkan as cast pada pemanasan selama 48 jam.
iii
ABSTRACT
The development of a specific characteristic material which can be applied on specific environment is increasing, especially materials that could perform on high temperature environment. High melting point, high strength, creep resistance, and high temperature corrosion resistance are characters that required for this alloy. One of alloy that could suitable for this environment is intermetallic alloy.
This study involves Fe-Ni-Al intermetallic alloy. The source of materials for Iron and Nickel were Ferronickel (Fe-Ni) produced by PT. Aneka Tambang at Pomalaa.
Ferronickel consist of 73% Fe and 27% Ni. While pure Alumunium
were available widely. This study focused to observe microstructure and microhardness on several alloy composition (10%, 20%, and 30% Al) after heat treatment with temperature and time variable and quench by oil. On microstructure, heat treated alloy for 24 hours showed less β’ phase and α phase than as cast alloy and more β’ phase for heat treatment for 48 hours. Meanwhile, microhardness test showed that the greater alumunium composition, the bigger hardness value of the alloy. Hardness charts show heat treated alloy has lower hardness value than as cast at heat treatment for 24 hours and has bigger hardness value at heat treatment for 48 hours.
iv
KATA PENGANTAR
Alhamdu lillahi Rabbil ’Alamien. Segala puji syukur dipersembahkan kehadirat Allah SWT yang maha agung. Atas segala limpahan rahmat dan hidayahnya yang tidak terukur dan tidak ternilai, penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Laporan tugas akhir ini mengenai kajian pendahuluan pembuatan paduan Fe-NiAl dari bahan baku Ferronikel PT. Aneka Tambang Tbk. Dibuat untuk memenuhi syarat meraih gelar sarjana Teknik Metalurgi pada Program Studi Teknik Metalurgi, Institut Teknologi Bandung. Pengerjaan tugas akhir dilakukan di Laboratorium Metalurgi Nuklir Badan Atom Nasional dan Laboratorium Metalurgi Fisika Program Studi Teknik Metalurgi Institut Teknologi Bandung. Pengerjaan tugas akhir ini dilaksanakan sejak Januari hingga Mei 2008. Pada pengerjaannya, laporan tugas akhir ini tentunya tidak lepas dari bantuan banyak pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Untuk itu, penulis mengucapkan yang sebesar-besarnya kepada : 1. Dr. Ir. Eddy Agus Basuki, M.Sc, sebagai dosen pembimbing I. Terimakasih untuk segala kontribusi yang telah bapak berikan dalam nasehat,
bimbingan,
waktu, dan tenaga
sehingga
penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Ir. Djoko Hadiprayitno, MSME, sebagai dosen pembimbing II yang telah memberikan arahan dan bimbingan dalam proses pengerjaan tugas akhir ini. Penulis juga mengucapkan terimakasih untuk segala fasilitas yang diberikan sehingga percobaan mungkin untuk dilakukan.
v
3. Dr. Ir. Syoni Soeprianto, M.Sc, sebagai kepala Laboratorium Metalurgi Fisika yang telah mengizinkan penulis untuk menggunakan fasilitas di dalam laboratorium tersebut. 4. Dr. Ir. Syafrizal, sebagai kepala Laboratorium Mineral dan Bahan Galian yang telah mengizinkan penulis untuk menggunakan mikroskop optik dan kamera digital. 5. Mas Fajar, Mbak Tri,. Terimakasih untuk segala bantuan yang diberikan baik di ITB. 6. Pak Mangsud dan seluruh Tata Usaha Teknik Pertambangan dan Metalurgi. 7. Seluruh teman-teman Metalurgi dan Pertambangan, khususnya angkatan 2002. 8. Teman-teman KOKESMA dan HMT ITB. 9. Teman – teman Loteng, Choldun, Cumi, Fathir, Ican, dan Pisko yang telah memberi warna selama masa kuliah 10. Bapak, Ibu, dan kedua adik penulis atas dukungan yang tak terhingga baik moril maupun materil.
Sebagai penutup, penulis berharap tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi pihak-pihak yang berkepentingan khususnya bagi pihak yang ingin mempelajari perancangan baja tahan karat. Saran dan kritik yang membangun penulis harapkan.
Bandung, Juli 2008
Fiksi Sastrakencana vi
DAFTAR ISI
Halaman Judul...................................................................................................................... i Lembar Pengesahan.............................................................................................................. ii Abstrak................................................................................................................................... iii Abstract.................................................................................................................................. iv
Kata Pengantar................................................................................................................... v Daftar Isi................................................................................................................................. vii Daftar Lampiran.................................................................................................................... x Daftar Gambar...................................................................................................................... xi Daftar Tabel........................................................................................................................... xiii
BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang........................................................................................................ 1
1.2
Tujuan..................................................................................................................... 2
1.3
Ruang Lingkup........................................................................................................ 2
1.4
Metode Penelitian.................................................................................................... 3
1.5
Sistematika Penulisan.............................................................................................. 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1
Paduan Intermetalik............................................................................................... 5
2.1.1
Definisi........................................................................................... .................. 5
2.1.2
Analisis Fe, Ni, Al.............................................................................................. 6
2.1.3
Paduan Fe-Ni....................................................................................................... 9
2.1.4
Paduan Fe-Al.......................................................................................................10
2.1.5
Paduan Ni-Al...................................................................................................... 12
2.1.6
Pengaruh penambahan Al pada paduan Fe-Ni.....................................................15
2.2
Pelelehan................................................................................................................. 16
2.3
Perlakuan Panas...................................................................................................... 17
vii
2.3.1
Definisi.............................................................................................................. 17
2.3.2
Tujuan.............................................................................................................. 18
2.3.3
Jenis .................................................................................................................. 18
2.4
Struktur Mikro..................................................... ................................................. 21
2.4.1
Pengertian .......................................................................................................... 21
2.4.2
Metalografi........................................................................................................... 21
2.4.3
Fungsi Struktur Mikro......................................................................................... 22
2.5
Kekerasan .............................................................................................................. 22
2.5.1
Definisi............................................................................................................... 22
2.5.2
Uji Kekerasan............. ...................................................................................... 22
2.5.3
Uji Kekerasan Mikro......................................................................................... 23
BAB III
3.1
PROSEDUR DAN HASIL PERCOBAAN
Percobaan.............................................................................................................. 26
3.1.1 Peralatan dan Bahan............................................................................................. 26 3.1.2 Pembuatan Sampel................................................................................................27 3.1.3 Preparasi Sampel................................................................................................ 30 3.1.4 Perlakuan Panas .................................................................................................. 30 3.1.5 Uji Metalografi dan Mikrostruktur....................................................................... 33 3.1.6 Uji Kekerasan .................................................................................................... 34 3.1.7 Diagram Alir Percobaan ..................................................................................... 36 3.2
Hasil Percobaan...................................................................................................... 37
3.2.1 Hasil Foto Struktur Mikro.................................................................................... 37 3.4.2 Persen Fasa Paduan............................................................................................ 38 3.4.3 Grafik Persen Fasa Paduan................................................................................ 38 3.4.4 Hasil Uji Kekerasan Mikro...............................................................................
40
3.4.5 Grafik Kekerasan Paduan ................................................................................... 41
viii
BAB IV
4.1
PEMBAHASAN
Analisis Struktur Mikro.......................................................................................... 43
4.1.1 Analisa Fasa......................................................................................................... 43 4.1.2 Analisa Struktur Mikro Paduan 65,8Fe-23,7Ni-10,5Al ..................................... 46 4.1.3 Analisa Struktur Mikro Paduan 59Fe-20,5Ni-20,5Al ....................................... 48 4.1.4 Analisa Struktur Mikro Paduan 50Fe-19Ni-31Al ............................................... 50 4.1.5 Analisa Struktur Dendritik.................................................................................... 52 4.2
Analisis Uji Kekerasan............................................ .................................... ........ 54
4.2.1 Analisa Laku Panas Terhadap Nilai Kekerasan Paduan .......................................54 4.2.2 Analisa Komposisi Al Terhadap Nilai Kekerasan Paduan ............................... 57
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1
Kesimpulan................................................................................................................. 59
5.1
Saran........................................................................................................................... 60
Daftar Pustaka
...............................................................................................................61
Lampiran A
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar II. 1 Diagram terner Fe-Ni-Al (% berat)............................................................ 7 Gambar II. 2 Diagram terner Fe-Ni-Al (% atom)........................................................... 8 Gambar II. 3 Struktur mikro paduan Fe-Ni-Al................................................................ 8 Gambar II. 4 Diagram fasa Fe-Ni ...................................................................................10 Gambar II. 5 Diagram fasa Fe-Al....................................................................................12 Gambar II. 6 Diagram fasa Al-Ni....................................................................................15 Gambar II. 7 Skema Indentasi Knoop ........................................................................... 24 Gambar II. 8 Skema Indentasi Vickers ......................................................................... 25 Gambar III. 1 Bentuk sampel awal sebelum dilebur. Butiran Fe-Ni (a) Lembaran Alumunium (b) ........................................................................................ 28 Gambar III. 2 Alat timbang elektrik ............................................................................... 28 Gambar III. 3 Electric arc furnace .................................................................................. 29 Gambar III. 4 Sampel hasil peleburan (button) .............................................................. 29 Gambar III. 5 Diamond Cutting ..................................................................................... 30 Gambar III. 6 Tanur horisontal (tube furnace) ............................................................... 31 Gambar III. 7 Profil waktu dan temperatur laku panas untuk tiga variasi paduan Fe-Ni-Al ................................................................................................. 31 Gambar III. 8 Mesin poles ................................ ................................ .......................... 33 Gambar III. 9 Mikroskop optik Nikon dengan kamera digital ..................................... 34 Gambar III.10 Uji kekerasan. (a) Mesin uji Micro Hardness, Leco (b) Penetrator intan Vickers .................................................................. 35 Gambar III. 11 Diagram alir percobaan ......................................................................... 36 Gambar III. 12 Paduan 65,8Fe-23,7Ni-10,5Al ; as cast ..................................................37 Gambar III. 13 Paduan 59Fe-20,5Ni-20,5Al ; as cast .....................................................37 Gambar III. 14 Paduan 50Fe-19Ni-31Al ; as cast ...........................................................37 Gambar III. 15 Grafik kandungan fasa α untuk 10% Al ..............................................39 Gambar III. 16 Grafik kandungan fasa β’ untuk 20% Al ..............................................39 Gambar III. 17 Grafik kandungan fasa β’ untuk 30% Al.............................................. 40
xi
Gambar III. 18 Grafik nilai kekerasan untuk 10% Al ....................................................41 Gambar III. 19 Grafik nilai kekerasan untuk 20% Al ....................................................42 Gambar III. 20 Grafik nilai kekerasan untuk 30% Al.....................................................42 Gambar IV. 1 Diagram terner likuidus Fe-Ni-Al ...........................................................41 Gambar IV. 2 Diagram fasa biner Fe-Al............. ...........................................................45 Gambar IV. 3 Diagram fasa biner Ni-Al............ ............................................................45 Gambar IV. 4 Grafik fasa ferrite α untuk 10%Al ...........................................................47 Gambar IV. 5 Struktur mikro paduan Fe-Ni-10%Al as cast...........................................47 Gambar IV. 6 Struktur mikro paduan Fe-Ni-10%Al (a)900,24 (b)900,48.....................48 Gambar IV. 7 Struktur mikro paduan Fe-Ni-10%Al (a)1000,24 (b)1000,48.................48 Gambar IV. 8 Grafik fasa β’ untuk 20%Al ...................................................................49 Gambar IV. 9 Struktur mikro paduan Fe-Ni-20%Al as cast...........................................49 Gambar IV. 10 Struktur mikro paduan Fe-Ni-20%Al (a)900,24 (b)900,48....................50 Gambar IV. 11 Struktur mikro paduan Fe-Ni-20%Al (a)1000,24 (b)1000,48................50 Gambar IV. 12 Grafik fasa β’ untuk 30%Al ................................ .................................51 Gambar IV. 13 Struktur mikro paduan Fe-Ni-30%Al as cast.........................................51 Gambar IV. 14 Struktur mikro paduan Fe-Ni-30%Al (a)900,24 (b)900,48...................52 Gambar IV. 15 Struktur mikro paduan Fe-Ni-30%Al (a)1000,24 (b)1000,48...............52 Gambar IV. 16 Proses pembentukan struktur dendrite pada fasa ferit...........................54 Gambar IV. 17 Grafik kekerasan untuk 10%Al..............................................................55 Gambar IV. 18 Grafik kekerasan untuk 20%Al........ .....................................................56 Gambar IV. 19 Grafik kekerasan untuk 30%Al........................ .....................................56 Gambar IV. 20 Grafik kekerasan untuk paduan as cast..................................................57 Gambar IV. 21 Grafik kekerasan untuk paduan setelah laku panas ...............................58
xii
DAFTAR TABEL
Tabel III. 1 Komposisi paduan yang digunakan untuk penelitian (% berat) .................27 Tabel III. 2 Komposisi paduan yang digunakan untuk penelitian (% atom) .................27 Tabel III. 3 Dimensi dan variasi Temperatur dan Waktu perlakuan panas ...................32 Tabel III. 4 Kandungan fasa β’ dan α (untuk 10% ) untuk tiap sampel setelah laku panas dan perbandingannya dengan sampel as cast ..................................................40 Tabel III. 5 Nilai kekerasan untuk tiap sampel setelah laku panas dan perbandingannya dengan sampel as cast ........................................................41 Tabel IV. 1 Komposisi senyawa pada paduan Fe-Ni-30%Al dan Fe-Ni-35%Al..........44
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A Contoh perhitungan persen fasa menggunakan perangkat lunak ImageJ
x
