PENGARUH TEGANGAN APLIKASI TERHADAP KOROSI PITTING PADA MATERIAL ALUMINIUM SERI 1100 SELAMA 504 JAM

PENGARUH TEGANGAN APLIKASI TERHADAP KOROSI PITTING PADA MATERIAL ALUMINIUM SERI 1100 DENGAN ARAH ROL 900 DI LINGKUNGAN AIR LAUT SELAMA 504 JAM

Tesis Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Magister dalam Ilmu Material

Disusun Oleh: Nama: Nurdiansyah NPM: 0606001014

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

PROGRAM STUDI ILMU MATERIAL UNIVERSITAS INDONESIA 2008

i Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008

KATA PENGHANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT, berkat rahmat dan hidayah-Nya, penulis dapat menyelesaikan tesis dengan judul ”Pengaruh Tegangan Aplikasi Terhadap Korosi Pitting Pada Material Aluminium Dengan Arah Rol 900 Pada Lingkungan Air Laut selama 504 Jam”. Sebagai salah satu syarat kelulusan penulis untuk meraih gelar Magister Ilmu Material. Penulis mengucapkan terima kasih kepada kedua orang tua tercinta, adik dan kakak tersayang yang senantiasa memberikan dukungan dan doa dalam menyelesaikan tesis ini. Kepada Bapak Prof.Dr.Ir.Johny Wahyuadi S, DEA sebagai pembimbing tesis, Bapak Dr.Bambang Soegijono sebagai Ketua Program Studi Ilmu Material, Program Pascasarjana, penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada tenaga laboran CMPFA Jurusan Teknik Metalurgi UI Depok yang telah membantu pelaksanaan pengujian laboratorium dan menjadi sarana diskusi Mohon maaf atas segala kekurangan dan kesalahan, penulis menerima saran dan kritik yang membangun dari pembaca agar penulis dapat memeprbaiki laporan penelitian ini dikemudian hari Jakarta 22 Juli 2008 Nurdiansyah

v Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008

LEMBAR PERSETUJUAN Tesis ini telah disetujui oleh:

Prof. Dr.Ir. Johny Wahyuadi S, DEA Pembimbing

Dr. Bambang Soegijono Penguji

Dr Soehardjo Poertaji Penguji

Dr Budhy Kurniawan` Penguji

Dr. Bambang Soegijono Ketua Program Studi Ilmu Material

Program Pascasarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Indonesia Juli 2008 ii Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008

ABSTRAK Paduan Aluminium banyak dipakai hampir seluruh aspek teknologi industri. Salah satu kerusakan yang sering terjadi dalam pemakaian paduan aluminium adalah korosi pitting dan korosi retak tegang. Kedua jenis korosi ini satu sama lain ada keterkaitan untuk bisa merusak permukaan material. Oleh karena itu Aluminium paduan harus diseleksi untuk mengetahui efek metalurgi setelah berada pada linkungan korosif seperti air laut sebagai senyawa yang sering bersinggungan dengan beberapa jenis material terutama aluminium. Serta diberikan pembebanan secara statik pada permukaan material sesuai dengan standar ASTM G-39 tentang Preparation and Use Bent-Beam Stress-Corrosion Test Specime dengan waktu pengujian selama 504 Jam. Metode yang dipilih adalah Two Point Loaded Speciement. Pengujian ini menggunakan holder sebagai penahan benda uji sehingga benda uji mendapat tegangan tetap. Pengamatan terjadinya korosi sumuran dapat dilakukan dengan melihat secara langsung dan juga dapat diamati dengan SEM. Uji tarik dipakai untuk mendapatkan Modulus Young benda uji agar diketahui tegangan aplikasi yang dipakai. Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa tegangan aplikasai dari 17,58 GPa sampai 22,92 Gpa menghasilkan diameter pitting 0,018 mm sampai 0,039 mm serta jumlah korosi pitting dari 2 sampai 9 buah.

iii Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008

ABSTRACT

Aluminium alloy are used almost all of domain technology industries. One failures usually to used aluminium alloy is corrosion pitting and stress corrosion crack. Two kind this corrosion have relation to can failures surface material. Because Aluminium alloy must be selected to know effect matalurgy after on a corrosive environment for example marine liquid is compound to usually interaction with more a kind material (aluminium). And give to bending static at all of surface specimen. Type which is based on the ASTM G-39. Two point Loaded Speciment methode is selected with. This test used time for 504 Hours. This test used Holder span which is support the specimen so that specimen received outside constant stress. Tensle stress is used to get Modulus Young value specimen so that to know applied stress. Result of research can take conclusion are applied stress from 17,58 GPa ntil 22,92 GPa produce pitting diameter 0,018 mm until 0,039 mm and to produce 2 until 9 corrosion pitting.

iv Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008

DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL ............................................................................................ i LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................ ii ABSTRAK............................................................................................................. iii ABSTRACT........................................................................................................... iv KATA PENGANTAR

..................................................................................v

DAFTAR ISI.......................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR............................................................................................. ix DAFTAR TABEL

............................................................................................xii

1. PENDAHULUAN .............................................................................................1 1.1 Tinjauan Umum .............................................................................................1 1.2 Latar Belakang Masalah .................................................................................2 1.3. Tujuan Penelitian .............................................................................................3

2. TINJAUAN PUSTAKA

.................................................................................5

2.1 Paduan Aluminium

.................................................................................5

2.2 Korosi

.........................................................................................................8

2.3 Reaksi Kimia Korosi Pitting............................................................................16 2.4 Korosi Retak Tegang

................................................................................17

2.4.1 Jenis logam

............................................................................................18

2.4.2 Tegangan

............................................................................................19

2.4.3 Lingkungan Korosi 2.5 Teori Elastisitas

................................................................................22

............................................................................................23

2.5.1 Pengaruh Ketebalan Bahan Terhadap Konsentrasi Stress vi Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008

....................24

2.6 Metode Pengujian Stress Corrosion Cracking

............................................28

2.6.1 Mekanisme Pengujian Pada SCC

……………………………………28

2.6.2 Perhitungan Tegangan Aplikasi

……………………………………30

2.6.3 Two Loaded Specimen ……………………………………………………31 2.7 X-Ray Mikroradiography ……………………………………………………34

3. METODOLOGI PENELITIAN

……………………………………………36

3.1 Diagram Alir Penelitian ……………………………………………………36 3.2 Bahan Penelitian ……………………………………………………………37 3.3 Prosedur Kerja

……………………………………………………………37

3.3.1 Preparasi Sampel

……………………………………………………37

3.3.2 Preparasi Sampel Uji Tarik

……………………………………………37

3.3.3 Pembuatan Sampel Holder

....................................................................39

3.3.4 Perhitungan Tegangan Aplikasi ....................................................................40 3.3.5 Perendaman Sampel Pada Lingkungan NaCl ............................................41 3.4. Alat Yang Digunakan

................................................................................41

3.5 Pengujian Korosi Dengan Metode Two Point Loaded Bending ……………43 3.5.1 Pencelupan Sampel dalam Lingkungan Korosif

................................43

3.5.2 Evaluasi Sampel dan Pengujian Metalografi hasil pengujian Two Point Loaded Bending ................................................................................43

4. HASIL PENELITIAN

................................................................................46

4.1. Ukuran Benda uji dan Jarak Holder

........................................................46

4.2 Analisa Komposisi Kimia ................................................................................47 vii Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008

4.3 Pengujian Tarik

............................................................................................47

4.4. Penghitungan Tegangan Aplikasi

........................................................48

4.5. Hasil Pengujian Korosi Retak Tegang

........................................................49

4.5.1 Jumlah dan Diameter Korosi Sumuran ........................................................49 4.6 Foto Makro Benda Uji Sebelum Pengujian Korosi 4.7 Hasil Pengamatan Foto Mikro 4.8 Hasil Uji Metalografi

5. PEMBAHASAN

................................49

....................................................................50

................................................................................51

............................................................................................55

5.1 Korosi Yang Terjadi Pada Benda Uji

........................................................55

5.2 Hubungan Tegangan Aplikasi Terhadap Koros Pitting ................................56 5.3 Hubungan Tegangan Aplikasi Terhadap Diameter Korosi

....................57

5.4 Hubungan Tegangan Aplikasi Terhadap Ketebalan Bahan

....................59

5.5 Struktur Mikro

............................................................................................61

6. KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan 6.2 Saran

....................................................................62

............................................................................................62

........................................................................................................62

DAFTAR ACUAN

................................................................................64

viii Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Ilustrasi mengenai pitting factor (p/d) Gambar 2.2. Morfologi pitting :(a) narrow,deep, (b) eliptical, (c) wide, shallow, (d) subsurface, Gambar 2.3. Mekanisme penetrasi ke lapisan pasif pada korosi pitting aluminium alloy . Gambar 2.4. Mekanisme pemecahan lapisan pasif . Gambar 2.5. Korosi pitting pada aluminium alloy direndam pada lingkungan air laut selama 6 bulan Gambar 2.6. Mekanisme adsorpsi. Gambar 2.7 Mikrostruktur paduan alumunium 2024-T3 (a) Di aging selama 10 jam pada suhu 250 0C (b) Di Aging selama 15 jam pada suhu 250 0C. Gambar 2.8 . Kurva tegangan vs waktu. Gambar 2.9. Kecepatan perambatan retak sebagai fungsi dari kedalaman retakan. Gambar 2.10. Perubahan dimensi sebagai fungsi waktu pada tegangan konstan. Gambar 2.11. Pasangan lingkungan korosif dan logam untuk mempercepat retakan. Gambar 2.12. Tes strain rate material almunium 6061-T651 pada berbagai medium korosif

Gambar 2.13. Sampel material alumunium 2024 bentuk Clad dan Bare Gambar 2.14. Konsentrasi stress pada daerah garis batas (a) Hasil SEM daerah transisi line (b) transisi line material

ix Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008

Gambar 2.15. Faktor konsentrasi sebagai fungsi ketebalan pada tegangan konstan Gambar 2.16. Metode pengujian pembebanan untuk stress corrosion cracking. (a) U-bend (b) C-ring (c) Bent-beam (d) Tensile [ASTM G-39] Gambar 2.17. Skematik spesimen dan konfigurasi holder pada metode bent-beam [ASTM G-39] Gambar 2.18. Metode pengujian two-point loaded specimen [ASTM G-39] Gambar 2.19. (a) Intergranular pada aluminium alloy dilingkungan NaCl (b) Trangranular Corrosion pada aluminium alloy dilingkungan NaCl.

Gambar 3.1. Diagram alir penelitian. Gambar 3.2. Spesimen uji tarik no. 5. Gambar 3.3. Skema Sampel Holder Untuk Pengujian Stress Corrosion Cracking Gambar 3.4. Daerah pengamatan mikrostruktur pada sampel

Gambar 4.1. Benda uji Aluminium seri 1100 sebelum dilakukan pengujian (Panjang sampel 23 cm, 21 dan 20 masing-masing sebanyak 3 buah) Gambar 4.2. Struktur mikro aluminium seri 1100 sebelum pengujian Gambar 4.3. Struktur mikro Aluminium seri 1100 setelah pengujian (a). L=20 cm dan tebal 0,1 cm (b). L=20 cm dan tebal 0,155 cm Gambar 4.4. Struktur mikro Aluminium seri 1100 setelah pengujian (a). L=21 cm dan tebal 0,1 cm (b). L =23 cm dan tebal 0,1 cm

x Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008

Gambar 4.5. Struktur mikro benda uji Aluminium pelat dengan panjang sampel 21 cm dan tebal 1,0 mm Gambar 4.6 (a) dan 46 (b). Struktur mikro benda uji Aluminium pelat dengan panjang sampel 23 cm dan tebal 1,0 cm Gambar 4.7 (a) dan (b) Struktur mikro benda uji Aluminium pelat dengan panjang sampel 20 cm dan tebal 1,0 cm Gambar 4.8 Struktur mikro benda uji Aluminium pelat dengan panjang sampel 20 cm dan tebal 1,55 cm

Gambar 5.1. Grafik Hubungan tegangan aplikasi terhadap jumlah korosi sumuran Gambar 5.2 Hubungan tegangan aplikasi dengan diameter rata-rata Gambar 5.3 Grafik Penyebaran diameter dari ketiga sampel L = 23 cm, L = 21 cm dan L = 20 cm dengan ukuran ketebalan sama Gambar 5.4. Grafik Hubungan ketebalan bahan terhadap tegangan aplikasi Gambar 5.5. Grafik Hubungan antara ketebalan bahan, tegangan aplikasi dan Jumlah pitting Gambar 5.6. Grafik Hubungan ketebalan bahan terhadap diameter dengan dimensi material yang sama

xi Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Tipe-tipe paduan aluminium Tabel 2.2 Komposisi aluminium seri 1100 Tabel 2.3. Parameter material Alumunium seri 1100 Tabel 2.4. Data publikasi paduan aluminium

Tabel 3.1. Standar Uji Tarik JIS Tabel 3.2. Prosedur Pembersihan Kimia Untuk Menghilangkan Produk Korosi

Tabel 4.1 Ukuran benda uji, Tinggi dan Sudut kelengkungan Tabel 4.2. Hasil uji komposisi Al 2024-T3 Tabel 4.3. Hasil pengujian tarik Al 2024-T3 Tabel 4.4 Sifat mekanik Hasil uji tarik Tabel 4.5 Hasil perhitungan tegangan aplikasi Tabel 4.6. Jumlah dan Diameter Korosi Sumuran

xii Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008

BAB I PENDAHULUAN

1. 1. Tinjauan Umum Korosi atau secara awam lebih dikenal dengan istilah pengkaratan merupakan fenomena kimia pada bahan-bahan logam di berbagai macam kondisi lingkungan.. Korosi merupakan masalah teknis dan ilmiah yang serius. Di negaranegara maju sekalipun, masalah ini secara ilmiah belum tuntas terjawab hingga saat ini. Selain merupakan masalah ilmu permukaan yang merupakan kajian dan perlu ditangani secara fisika, korosi juga menyangkut kinetika reaksi yang menjadi wilayah kajian para ahli kimia. Korosi juga menjadi masalah ekonomi karena menyangkut umur, penyusutan dan efisiensi pemakaian suatu bahan maupun peralatan dalam kegiatan industri. Milyaran Dolas AS telah dibelanjakan setiap tahunnya untuk merawat jembatan, peralatan perkantoran, kendaraan bermotor, mesin-mesin industri serta peralatan elektronik lainnya agar umur konstruksinya dapat bertahan lebih lama. Alternatif yang dapat dilakukan adalah menggunakan material yang memang tahan terhadap lingkungan kerjanya. Dengan kemajuan teknologi, banyak dibuat material-material paduan yang dikhususkan untuk media korosif tertentu. Aluminium merupakan logam ringan mempunyai sifat tahan korosi, berat jenisnya yang ringan, mempunyai daya hantar panas dan daya hantar listrik yang baik, mudah dibentuk dan mempunyai titik cair yang rendah [1]

1

Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008

Untuk ketahanan korosi yang khusus diperlukan permukaan logam dilapisi dengan alumunium murni atau paduan alumunium yang tahan korosi. Pada masa kini, hampir semua bahan yang dianggap aluminium adalah sebenarnya sejenis alloy aluminium. Paduan alumunium dengan banyak unsur seperti tembaga, seng, magnesium, mangan dan silikon (contohnya, duralumin). Paduan ini biasanya digunakan dalam kontruksi pesawat terbang, dan pelapis kendaraan bermotor serta bahan pembuat robot. Oleh karena itu, pemahaman tentang korosi dan pengetahuan yang cukup mengenai cara pengendaliannya dirasakan sangatlah penting, sehingga nilai daya guna pemanfaatan logam akan maksimum. Dengan melihat alasan dasar tersebut, disini penulis mencoba melakukan studi eksperimen mengenai suatu unsur logam didalam hubungannya akan fenomena-fenomena yang terjadi terhadap suatu korosi. Pemilihan fenomena korosi yang diambil dikonsentrasikan pada jenis korosi pitting. Dengan mengasumsikan bahwa dengan mengamati perkembangan laju korosi pitting maka korosi retak tegang dapat diamati.

1.2. Latar Belakang Masalah

Pemakaian material alumunium alloy dipergunakan untuk beberapa aplikasi antara lain untuk badan pesawat, rangka pesawat, bagasi pesawat, dan bagian lain. Sedangkan dalam dunia otomotif digunakan sebaga material pelapis

2


kendaraan bermotor baik pada bodi maupun mesin kendaraan, dan di industri aluminium banyak digunakan sebagai bahan pembuat robot. Salah satu faktor yang berperan penting dalam terbentuknya korosi pitting (sumuran) adalah faktor tegangan. Tegangan tarik merupakan salah satu dasar timbulnya korosi retak tegang, dimana tegangan harus ada atau diberikan agar memiliki kecenderungan menarik bagian-bagian logam, tegangan-tegangan tersebut dapat dikategorikan yaitu tegangan aplikasi dan tegangan sisa. Semakin besar tegangan yang diberikan pada suatu logam maka semakin berkurang ketahanan korosi retak tegang pada suatu material. Karena korosi retak tegang merupakan korosi yang berbahaya maka dilakukan pengujian untuk mengetahui ketahanan korosi retak tegang pada material aluminium alloy dengan melakukan perubahan tegangan aplikasi pada material, sehingga dapat diketahui usia pakai material tersebut dengan tegangan aplikasi yang berbeda. Pengujian ini dilakukan dengan metode two-point loaded specimen sesuai dengan standar ASTM G 39 tentang Preparation and Use BentBeam Stress-Corrosion Test Specimen[2]

1.3. Tujuan Penelitian Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui ketahanan dari material Aluminium paduan terhadap korosi pitting (sumuran) pada lingkungan korosif. Beberapa pengujian dilakukan terhadap material Aluminium paduan seperti pengujian sifat mekanis, komposisi kimia, dan metalografi.

3


Dari hasil penelitian yang ada, diharapkan akan didapatkan hal-hal sebagai berikut: 1.

Mengetahui ketahanan material dan lamanya waktu material dari terjadinya korosi pitting hingga terjadi korosi retak tegang dari kondisi pengujian.

2.

Mengetahui pengaruh tegangan aplikasi terhadap korosi pitting.

3.

Mengetahui pengaruh tegangan aplikasi terhadap diameter korosi sumuran

4.

Mengetahui pengaruh ketebalan material terhadap besar tegangan aplikasi dan korosi pitting

4


BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Paduan Alumunium Aluminium dipilih karena memiliki sifat ringan dan kekuatannya dapat dibentuk dengan cara dipadu dengan unsur lain. Permasalahan yang dihadapi adalah pemilihan jenis unsur apa yang akan dipadu dengan aluminium untuk mendapatkan karakteristik material yang dibutuhkan. Alumunium alloy dibagi dalam beberapa tipe atau seri yaitu: Tabel 2.1. Tipe-tipe paduan aluminium [3] Seri

Komposisi

1XXX

Aluminum murni, kandungan minimal 99.00%

2XXX

Copper (Cu). => Duralumin

3XXX

Manganese (Mn)

4XXX

Silicon (Si)

5XXX

Magnesium (Mg)

6XXX

Magnesium and Silicon (Mg and Si)

7XXX

Zinc (Zn)

8XXX

Unsur lain

9XXX

Unused series

5


Salah satu penggunaan paduan aluminium tempa (wrought) adalah untuk aplikasi pesawat terbang seperti untuk kerangka pesawat (frame), kulit pesawat (skin), dan bagian-bagian pendukung lainnya. Kerangka pesawat dominan menggunakan seri 2xxx dan seri 7xxx, sedangkan seri 1100 banyak digunakan sebagai pelapis bodi kendaraan bermotor atau produk otomotif yang lain seperti piston [4] serta banyak digunakan sebagai bahan utama pembuat robot. Berdasarkan dari hasil produknya, paduan alumunium dapat dibagi menjadi dua group yaitu: 1. Paduan “Non heat treatble“, yaitu paduan aluminium yang tidak dapat dikeraskan dengan perlakuan panas, yang termasuk dalam group ini seri 1xxx, 3xxx dan 5xxx. 2. Paduan “Heat treatble“, yaitu paduan aluminium yang dapat di keraskan dengan proses perlakuan panas, yang termasuk dalam group ini seri 2xxx, 6xxx dan 7xxx. Berdasarkan studi literatur pada Air Craft Material UK didapatkan komposisi kedua jenis material paduan aluminium sebagai berikut: Tabel 2.2 Komposisi aluminium seri 1100 [5] Komposisi Kimia Aluminium Alloy Seri 1100 Al %

Cu %

(Si + Fe) %

99 min

0,05-0,20

0,95 max

Material Aluminium

Mg % 0,05 max

Zn %

Others, each

Others, total

0,10max

0,05 max

0,15 max

seri 1100

6


Pengaruh unsur paduan tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut [6]: a. Fe (besi) Pengaruh baik

: Mencegah penyumbatan estacan selama casting.

Pengaruh buruk

: Menurunkan sifat mekanis Menimbulkan cacat lubang Menimbulkan terjadinya hard spot Menurunkan ketahanan korosi

b. Cu (tembaga) Pengaruh baik

: Menaikkan kekuatan Mengurangi hot shotness Menaikkan mampu cor

Pengaruh buruk

: Menurunkan ketahanan korosi Menurunkan ketangguhan

c. Si (Silikon) Pengaruh baik

: Menaikkan kekuatan Memperbaiki sifat mampu tuang Menurunkan koefisien muai panas Meningkatkan ketahanan korosi

Pengaruh buruk

: Menurunkan ketangguhan

Material aluminium ditingkatkan kekuatannya dengan suatu mekanisme penguatan bahan logam yang disebut ”precipitation hardening”, atau suatu proses pembentukan partikel halus dalam suatu paduan. Dalam precipitation hardening harus ada dua fasa, yaitu fasa yang jumlahnya lebih banyak disebut matriks dan

7


fasa yang jumlahnya lebih sedikit disebut precipitate. Mekanisme penguatan ini meliputi tiga tahapan, yaitu: 1. Solid solution treatment, yaitu memanaskan hingga diatas garis solvus untuk mendapatkan fasa larutan padat yang homogen, dimana unsur larut secara merata. 2. Quenching, yaitu proses pendinginan dengan cepat untuk mempertahankan struktur mikro fasa padat homogen agar tidak terjadi difusi. 3. Aging atau proses penuaan, yaitu dipanaskan kembali dengan temperatur tidak terlalu tinggi agar terjadi difusi fasa alpha pada jarak pendek membentuk precipitate atau partikel-partikel halus dalam matrik sehingga meningkatkan kekuatan maupun kekerasan.

2.2. Korosi Korosi adalah proses perusakan ataupun penurunan sifat logam oleh reaksi elektrokimia karena berinteraksi dengan lingkungan. Korosi sering terjadi pada lingkungan air, korosi juga berlangsung dilingkungan kering juga dapat terjadi di udara karena kandungan uap air. Adapun jenis-jenis korosi yang terjadi pada logam adalah sebagai berikut: 1. Korosi Merata Korosi ini biasanya disebabkan oleh reaksi elektrokimia secara merata pada permukaan logam yang terbuka yang dapat menyebabkan semakin menipisnya dan akhirnya mengalami kerusakan. Korosi ini dapat dikendalikan dengan cara: penggunaan lapisan pelindung, proteksi katodik dan inhibitor.

8


2. Korosi Celah Korosi celah terjadi pada daerah celahan atau daerah-daerah yang tersembunyi pada permukaan logam yang berada pada lingkungan korosif, korosi ini terjadi karena adanya perbedaan konsentrasi oksigen dicelah dengan lingkungan. Permukaan logam yang konsentrasi O2 lebih tinggi logam bersifat katodik, sedangkan konsentrasi O2 jauh lebih rendah dalam celah sehingga bersifat jauh lebih anodik dan mengalami korosi dengan laju yang tinggi. Korosi celah dapat dikendalikan dengan cara menghindari terbentuknya celah-celah dalam suatu konstruksi. 3. Korosi Sumuran (Pitting) Korosi lubang atau pitting didefinisikan sebagai serangan korosif yang terlokalisasi. Sederhananya, pitting merupakan jenis korosi terlokalisasi yang menghasilkan lubang pada material, yaitu pada daerah serangan korosi dimana luasnya relatif lebih kecil dibandingkan dengan keseluruhan permukaan yang terekspos[7]. Kedalaman pitting sering disimbolkan dengan pitting factor yaitu perbandingan dari penetrasi pada logam yang terdalam terhadap penetrasi logam rata-rata yang ditentukan oleh kehilangan berat spesimen.

Gambar 2.1. Ilustrasi mengenai pitting factor (p/d) [8] .

9


Pitting tidak dapat diprediksi, khususnya pada kondisi pembentukan pitting yang dalam. Permukaan pitting biasanya tertutup oleh deposit dari aliran proses dan endapan produk korosi. Berdasarkan bahan penyusun logam dan kondisi kimia lingkungan, morfologi pitting akan bermacam-macam seperti Gambar 2.2.

Gambar 2.2. Morfologi pitting : (a) narrow,deep, (b) eliptical, (c) wide, shallow, (d) subsurface, (e) undercutting,(f) horizontal, (g) vertical [9] Mekanisme terbentuknya korosi pitting dapat dibagi menjadi dua tahapan, yaitu pecahnya lapisan pasif dan kemudian diikuti pertumbuhan lubang. 1. Pecahnya Lapisan Pasif Pecahnya lapisan pasif dari material terdiri dari 3 tahap yaitu : a. Penetrasi Pada tahap ini terjadi perpindahan kation Cl- yang agresif dari larutan elektrolit melewati lapisan oksida menuju ke permukaan material. Jika kecepatan kation dalam berpenetrasi ke permukaan logam lebih rendah daripada kecepatan perpindahan kation dari elektrolit ke lapisan oksida logam, maka kation elektrolit akan berkumpul pada lapisan oksida logam dan menyebabkan peningkatan konsentrasi lokal. Peningkatan konsentrasi ini akan menyebabkan tegangan pada

10


lapisan film yang pada akhirnya akan merusak lapisan film logam dan lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 2.3. Mekanisme penetrasi ke lapisan pasif pada korosi pitting aluminium alloy [10]. b. Pecahnya lapisan film Pada tahap ini lapisan film dari logam akan pecah dan memberikan jalan bagi anion (H+) menuju logam yang sudah tidak terlindungi lagi. Pada kondisi ini lapisan pasif membentuk ion Al3+ yang berada dalam kondisi teroksidasi. Adanya ion Cl- yang berasal dari lingkungan, akan meningkatkan kecepatan reaksi pelepasan Al3+ dari lapisan pasif ke lapisan luar sehingga lapisan pasif besi pecah. Ion klor akan terurai lagi dan akan bereaksi kembali dengan lapisan pasif besi.

Dengan rusaknya lapisan pasif akan terbentuk daerah anodik dan katodik

dan mulai terjadi reaksi antara material dengan lingkungan air laut sehingga terbentuk awal sumuran, perusakan dapat dilihat pada Gambar 2.4.

11


Gambar 2.4. Mekanisme pemecahan lapisan pasif [11].

Gambar 2.5. Korosi pitting pada aluminium alloy direndam pada lingkungan air laut selama 6 bulan [12] Logam aluminium termasuk logam yang sangat sulit terkorosi. Hal ini dikarenakan logam ini memiliki lapisan pasif dari jenis logam lain yang sangat kuat. Berdasarkan referensi yang ada permukaan logam aluminium alloy akan terkorosi bila lapisan pasif yang melapisi telah terkorosi didaerah lokal, dan

12


proses ini membutuhkan waktu kurang lebih selama 6 bulan. Seperti terlihat pada Gambar 2.5 diatas. c. Adsorpsi Pada tahap ini terjadi adsorbsi anion oleh lapisan oksida dan terjadinya perpindahan kation dari logam menuju ke elektrolit. Dimana lapisan oksida logam akan terbentuk secara kontinu, sampai menyebabkan penipisan lapisan pasif hingga habis sama sekali dan pelarutan setempat akan dimulai.

Gambar 2.6. Mekanisme adsorpsi.

2. Pertumbuhan Lubang a. Tahap inisiasi Tahap ini yang memegang peranan penting adalah potensial pitting. Potensial pitting adalah potensial dimana pitting mulai tumbuh ditandai dengan rusaknya lapisan pasif. Rusaknya lapisan ini dapat dilihat dimana rapat arus akan meningkat tajam. Jadi lubang-lubang baru mulai tumbuh jika potensialnya lebih besar daripada potensial pitting logamnya. Bila logam memiliki potensial lebih kecil maka cenderung melepas elektron yang akan menyebebkan oksidasi.

13


Semakin tinggi potensial pitting suatu material berarti material tersebut semakin tahan terhadap serangan pitting. b. Tahap propagasi Tahap ini merupakan tahap potensial proteksi yang pada daerah logamnya mengalami pasifasi atau membentuk lapisan pasif. Potensial proteksi menentukan apakah pits yang mulai tumbuh itu dapat terus tumbuh atau tidak. Jika potensial lebih besar daripada potensial proteksi maka pits baru dapat terus tumbuh, namun jika potensial lebih rendah daripada potensial proteksi maka berarti logam akan tetap pasif. Jadi pits yang baru dapat tumbuh jika potensialnya lebih besar daripada potensial pitting. c. Repasivasi Repasivasi merupakan proses dan permukaan logam untuk kembali menjadi pasif. Kinetika repasifasi dari sumuran pada tahap awal sangat tergantung dari transport anion yang agresif dari elektrolit ke permukaan logam. Jadi jika cukup banyak akumulasi dari anion yang agresif pada permukaan logam maka proses pertumbuhan pits pada tahap awal akan stabil karena pembentukan lapisan pasif dapat dihindari.

14


4. Korosi Batas Butir, korosi yang terjadi akibat adanya perbedaan tingkat energi antar batas butir dan badan buttir atau anatara butir yang satu dengan butir yang lain. Pada saat ini kita mengetsa material dalam proses metalografi sesungguhnya adalah proses korosi batas butir. Laju korosi batas butir dapat ditingkatkan bila waktu agning dinaikkan. Sebab hubungan besar waktu aging dengan laju korosi retak tegang adalah berbanding lurus.

(a)

(b)

Gambar 2.7. Mikrostruktur paduan alumunium 2024-T3 (a) Di aging selama 10 jam pada suhu 250 0C (b) Di Aging selama 15 jam pada suhu 250 0C [13] Gambar 2.7 Menurut Fuad M. Khoshnaw dan Ramadhan H. Gardi bahwa pengaruh kenaikan waktu aging terhadap laju intergranular corrosion material alumunium 2024 sangat signifikan.

5. Korosi Selektif Korosi selektif adalah terlarutnya suatu unsur yang bersifat anodik dari suatu paduan. Korosi ini menyerang seluruh permukaan yang terbuka sehingga bentuk keseluruhan tidak berubah namun demikian hilangnya sebuah unsur

15


paduan dalam jumlah besar menjadikan logam berpori-pori dan hampir tanpa . kekuatan mekanik lagi. 6. Korosi Erosi Korosi erosi adalah bentuk korosi yang timbul akibat gerak relatif antara fluida korosif (elektrolit) terhadap permukaan logam. 7. Korosi Lelah Korosi lelah adalah korosi yang disebabkan aksi gabungan antara lingkungan korosif dengan tegangan berulang (siklus). Logam akan gagal karena lelah tetapi bila berada pada lingkungan korosif kegagalan akan dipercepat. 8. Korosi Galvanik Korosi Galvanik akan terjadi apabila dua logam atau lebih yang berbeda dalam suatu lingkungan dan saling berhubungan sehingga timbul tegangan listrik sehingga logam yang potensialnya lebih tinggi akan bersifat katodik dan yang lainnya akan bersifat anodik.

2.3. Reaksi Kimia Korosi Pitting [14] Adapun reaksi kimia sehubungan pengujian korosi yang dilakukan berdasar Fontana Greene dapat dipaparkan sebagai berikut: a. Mula-mula elektrolit dianadaikan mempunyai komposisi seragam. Korosi terjadi secara perlahan diseluruh permukaan logam yang terbuka, baik di dalam maupun di luar sumuran. Reaksinya sebagai berikut: Oksidasi

: Al

Al3+ + 3e

Reduksi

: O2 + 2H2O + 4e

4 OH-

16


b. Pengambilan oksigen yang terlarut menyebabkan lebih banyak lagi difusi oksigen dari permukaan elektrolit yang kontak langsung dengan atmosfer. Oksigen di permukaan logam yang berhadapan dengan sebagian besar elektrolit lebih mudah dikonsumsi ketimbang yang terdapat di sumuran. Di dalam sumuran kekurangan oksigen sehingga mengahalangi proses reduksi akibatnya pembangkitan ion-ion hidroksil yang negatif dari tempat yang terkurung tersebut berkurang. c. Produksi ion-ion positif yang terlebih di dalam sumuran menyebabkan ionion

negatif

di

luar

celah

berdifusi

ke

dalam

sumuran

guna

mempertahankan keadaan energi potensial minimum. Pada akhirnya ionion mengalami hidrolisis yang menghasilkan produk korosi yaitu: Al3+ + 3H2O

Al(OH)3 + 3 H+

2.4. Korosi Retak Tegang Korosi retak tegang adalah korosi setempat yang menyerang logam bertegangan dengan membentuk suatu retakan yang menjalar bila berada dalam lingkungan yang korosif. Dalam korosi retak tegang terdapat juga suatu retak yang disebabkan intergranular atau transgranular yang tidak terlihat secara visual, sehingga retak itu dimulai dengan mikrobial kecil yang desebabkan terjadi retak antar butir (intercrystalline) dan retak membelah butir (transcrystalline) dan terus menjadi besar dan menyebabkan cracking sehingga material menjadi failure.

17


Korosi retak tegang dapat terjadi bila terpenuhi tiga syarat pokok yang meliputi: 1. Logam yang rawan terhadap korosi lokal 2. Tegangan tarik yang bekerja pada logam 3. Lingkungan yang asam yang menyebabkan korosi permukaan 4. Elektron korosif yang menyerang logam

2.4.1 Jenis Logam Besar butir kristal dalam logam polikristalin itu berpengaruh terhadap sifat mekanik khususnya kekuatan tarik σ. Pengaruh besarnya butir kristal terhadap kekerasan logam itu sesungguhnya disebabkan oleh adanya batas-batas butir. Makin banyak batas-batas butir tersebut makin keras benda. Secara prinsip semakin keras suatu material atau mengalami proses pengerasan, maka ductility atau keuletannya akan menurun dan cenderung brittle/ rapuh/ mudah pecah, karena secara mikrostruktur kepadatan struktur semakin rapat sehingga tegangan muka antar atomnya tinggi, dan terjadi perubahan mikrostruktur, tapi hal ini dapat diminimalisasi setelah proses pengerasan, dilakukan proses anealing (pemanasan ulang) sampai titik transformasi, untuk menghilangkan tegangan antar atom juga mengembalikan struktur molekul

kebentuk awal.

18


2.4.2. Tegangan Tegangan berperan dalam merusak lapisan pasif yang melindungi permukaan logam. Pecahnya lapisan pasif tersebut akan menyebabkan serangan korosi timbul di berbagai tempat pada permukaan logam. Hal tersebut merupakan awal dari timbulnya retakan. Rusaknya lapisan pasif yang diikuti oleh retakan tidak memungkinkan pemulihan dari lapisan pasif tersebut, sehingga propagasi akan terus berlanjut. Tegangan mungkin disebabkan dari beberapa sumber yaitu tegangan aplikasi, sisa, suhu dan pengelasan. Tegangan tarik merupakan salah satu dasar timbulnya korosi retak tegang, dimana tegangan harus ada atau diberikan agar memiliki kecenderungan menarik bagian-bagian logam, tegangan-tegangan tersebut dapat dikategorikan dalam : 1. Tegangan aplikasi Tegangan yang diberikan pada suatu logam dari luar dan biasanya berupa beban. 2. Tegangan sisa Tegangan yang terkunci didalam logam walaupun semua gaya luar ditiadakan. Besarnya dapat mencapai atau mendekati batas elastik bahan. Misalnya, tegangan yang timbul pada logam akibat proses pengelasan atau proses pengerjaan dingin. Semakin besar tegangan yang diberikan pada logam, makin kecil usia pakai logam, seperti dapat dilihat pada kurva tegangan vs waktu pada Gambar 2.8.

19


Gambar 2.8 . Kurva tegangan vs waktu [14] Pada kenyataan, jumlah kasus korosi retak tegang telah diamati bahwa tidak ada tegangan aplikasi dari luar. Seperti baja yang dilas mengandung tegangan sisa dekat titik luluh. Tegangan ditingkatkan sampai 10.000 lb/in2 dapat dihasilkan dengan produk korosi pada daerah tarik. Tegangan yang paling tinggi dari retakan adalah pada bagian ujung karena ujung retakan memiliki takik yang tajam. Hudak and Page menunjukkan bahwa tegangan lokal yang tinggi sekitar 2000 MPa atau sekitar 289 ksi, mungkin dicapai. Parameter waktu sangat penting untuk diketahui pada fenomena korosi retak tegang, karena kerusakan fisik yang parah terjadi pada tahapan lanjut dari korosi jenis ini. Saat retakan muncul, luas penampang dari material tersebut berkurang dan kegagalan akhir dari material lebih disebabkan oleh aksi mekanis. Gambar 2.9 menunjukkan perpatahan sebagai fungsi dari kedalaman retakan pada pembebanan konstan. Pada tahap awal, perambatan retak terjadi secara lambat dan konstan. Namun saat perambatan retak berlanjut, luas

20


penampang dari material tersebut berkurang sehingga tegangan yang diterima meningkat. Akibatnya kecepatan perambatan retak terus meningkat sampai akhirnya kegagalan terjadi.

Gambar 2.9. Kecepatan perambatan retak sebagai fungsi dari kedalaman retakan [15].

Gambar 2.10 menunjukkan menggambarkan hubungan antara waktu dengan perubahan dimensi dari material. Pada tahap awal retakan, hanya sedikit perubahan dimensi yang dapat diamati. Akan tetapi saat proses perambatan retak berlanjut, retakan makin bertambah lebar. Sebelum material tersebut gagal, deformasi plastis terjadi dan perubahan dimensi dari material tersebut dapat dengan mudah diamati.

Gambar 2.10. Perubahan dimensi sebagai fungsi waktu pada tegangan konstan [16].

21


2.4.3 Lingkungan Korosi Salah satu faktor yang sangat mempengaruhi korosi retak tegang adalah faktor lingkungan. Korosi retak tegang secara umum timbul pada media aqueous. Akan tetapi fenomena ini dapat muncul pada logam cair, lelehan garam, dan larutan inorganik aqueous tertentu. Hadirnya bahan pengoksidasi juga cenderung untuk mempercepat terjadinya retakan. Beberapa kombinasi logam dan lingkungan yang memungkinkan untuk timbul retakan dapat dilihat pada gambar 2.11 dibawah ini. .

Gambar 14 Pasangan lingkungan dan logam yang memungkinkan untuk timbul retakan.

Gambar 2.11. Pasangan lingkungan korosif dan logam untuk mempercepat retakan[17]. Sunggon Lim dan Sangshik Kim menunjukkan perbandingan parameter waktu kegagalan material 6061-T651 setelah dilakukan tes strain rate antara material pada kondisi di udara dan 3,5% NaCl dengan hasil sebagai berikut.

22


Gambar 2.12. Tes strain rate material almunium 6061-T651 pada berbagai medium korosif [18] Pada gambar 2.12 diatas memperlihatkan besarnya pengaruh lingkungan korosif seperti NaCl untuk mempercepat kegagalan permukaan material sehingga menyebabkan material tersebut mengalami korosi retak tegang.

2.5 Teori Elastisitas Pada umumnya bila sebuah benda padat mengalami perlakuan beban (beban tarik, tekan atau torsi) maka di dalamnya akan terbentuk berbagai konfigurasi tegangan. Selama benda ini belum mengalami perubahan bentuk plastis, maka tegangan-tegangan tersebut secara keseluruhan masih dalam keseimbangan. Konstanta-konstanta

yang

menghubungkan

tegangan

dengan

regangan/geseran disamping λ dan µ masih terlihat (λ + 2µ) yang merupakan konstanta penghubung antara tegangan σ dengan regangan ε, dimana konstanta ini dikenal dengan nama modulus Young atau modulus elastis E:

23


E = λ + 2µ

........................................................................................(2.1)

Sedangakan Modulus Geser:

µ=

E 2(1 + υ )

........................................................................................(2.2)

Selanjutnya hubungan antara bilangan konstanta lamda λ dan bilangan poisson υ adalah:

λ=

υ.E (1 + υ )(1 − 2υ )

............................................................................(2.3)

Perlu dicatat di sini bahwa pada percobaan tarik di samping terjadinya regangan memanjang ε dengan rumus σ = ε . E Sedangkan untuk menghitung persentasi elongation (%ε)

ε% =

( Lf − Lo) x100% Lo

................................................................(2.4)

2.5.1. Pengaruh Ketebalan Bahan terhadap Konsentrasi Stress Berdasarkan hasil penelitian dari Amir Abbas Zadpoor dan Zos Sinke menguraikan pengujian material aluminium 2024 dengan ketebalan lapisan yang bervariasi dari hasil perlakukan grinding dan milling. Sehingga menghasilkan transisi line di bagian permukaan material. Hal ini dapat diperjelas dengan memperhatikan gambar 2.13 dibawah ini.

24


Gambar 2.13. Sampel material alumunium 2024 bentuk Clad dan Bare [19] Gambar 2.13 diatas memperlihatkan material aluminium 2024 yang berbentuk clad dan bare dengan kondisi permukaan berlekuk-lekuk setelah di grinding, kemudian setelah dilakukan pengamatan mikrostruktur material di dapatkan daerah transisi line kristal seperti terlihat pada gambar. Hal ini disebabkan oleh dua faktor konsentrasi stress dan peregangan lokal di permukaan tersebut.

(a)

(b)

Gambar 2.14. Konsentrasi stress pada daerah garis batas (a) Hasil SEM daerah transisi line (b) transisi line material

25


Fenomena konsentrasi stress di bagian transisi line secara kuantitas merupakan rasio dari konsentrasi stress maksimum dengan konsentrasi stress nominal atau secara matematis sebagai berikut: K=

σ maks σ nom

........................................................................................(2.5)

Gambar 2.15. Faktor konsentrasi sebagai fungsi ketebalan pada tegangan konstan Gambar 2.15 menunjukkan tentang nilai faktor konsentrasi stress yang berubah terhadap ketebalan material, dimana kenaikkan faktor kosentrasi stress diikuti pula dengan naiknnya nilai ketebalan bahan, kemudian di kisaran nilai ketebalan 1,9-2,1 faktor konsentrasi stress mengalami penurunan dan diikuti dengan penurunan rasio ketebalan. Grafik ini juga memperlihatkan mengenai pengaruh kenaikan nilai nominal stress yang tinggi dapat menurunkan nilai faktor konsentrasi stress.

26


Berdasarkan data Aluminium Standar and Data, The Aluminium Association, 1988.

Tabel 2.3. Parameter material Alumunium seri 1100 [20]

Material Aluminium Alloy

Ultimate Tensil

Tensile Yield

Elongasi

Modulus

Strength (Mpa)

Strength (Mpa)

ε (%)

Elastis (GPa)

110

103

9 – 25 %

68,9

Seri 1100

Sedangkan untuk data publikasi Ultimate strength, yield strength, elongation dan konduktivitas kedua material yakni aluminium 2024 dan 6061 yang dikutip dari riset D.Ortiz, M. Abdelshehid dkk adalah sebagai berikut:

Tabel 2.4. Data publikasi paduan aluminium [21]

Tabel 2.3 dan Tabel 2.4 menunjukkan perbandingan nilai masing-masing material aluminium paduan dari berbagai seri dengan melihat besaran Ultimate strength, Yield Srtrength dan Elongasi. Aluminium seri 1100 adalah material yang memiliki nilai Ultimate strength dan Yield Strength yang terendah. Sedangkan material 7075 adalah mateial yang memiliki nilai Ultimate dan Yield Strength tertinggi dari material yang lain. Tetapi jika dilihat nilai batas elongasi dari ke empat jenis aluminium paduan di atas. Material aluminium seri 1100 adalah material yang memiliki nilai batas elongasi terbesar.

27


2.6 Metode Pengujan Stress Corrosion Cracking 2.6.1 Mekanisme Pengujian Pada SCC [22] Stress corrosion cracking dan hydrogen induced cracking menggunakan tegangan yang konstan. Metode pengujian dapat dilihat pada Gambar 20.

Gambar 2.16. Metode pengujian pembebanan untuk stress corrosion cracking. (a) U-bend (b) C-ring (c) Bent-beam (d) Tensile [ASTM G-39] Salah satu metode pengujian adalah metode bent-beam spesimen. Pengujian untuk korosi retak tegang dilakukan dengan ekspos logam pada lingkungan cair atau gas. Pengujian bent beam spesimen cocok untuk produk yang datar seperti sheet, strip, atau plat. Untuk material plat, spesimen bent-beam lebih sulit untuk digunakan, karena sampel holder yang kasar harus dibuat untuk mengakomodasi spesimen.

Metode bent beam secara umum merupakan pengujian regangan konstan atau defleksi yang konstan. Saat retakan telah mulai, ujung retakan sama baiknya dengan bagian yang tidak retak telah berubah, dan oleh karena itu nilai tegangan yang dihitung pada metode ini dipakai hanya untuk tegangan sebelum terjadinya

28


retak. Pengujian dimulai pada saat tegangan dikenakan pada spesimen dan spesimen yang terkena tegangan diekspos di lingkungan korosif. Spesimen dianggap telah gagal ketika terjadi retak. Kehadiran retak dapat ditentukan dengan atau tanpa bantuan optical, mechanical atau elektronik. Bagaimanapun juga, untuk interpretasi yang penuh arti, perbandingan seharusnya dibuat hanya diantara pengujian menggunakan metode deteksi retak dengan sensitivitas yang sama. Pengujian ini menggunakan tegangan bending. Tegangan yang dipakai ditentukan dari ukuran spesimen dan defleksi bending. Spesimen kemudian diekspos ke lingkungan korosif dan ditentukan waktu yang diperlukan untuk menghasilkan retak.Waktu retak yang digunakan diukur dari ketahanan korosi retak tegang dari material dalam lingkungan korosif pada tegangan yang digunakan. Spesimen bent-beam didesain untuk menentukan korosi retak tegang pada lembaran paduan dan pelat dalam berbagai lingkungan. Spesimen bent-beam didesain untuk pengujian pada tingkat tegangan dibawah batas elastik dari paduan. Untuk pengujian daerah plastis, yang digunakan metode spesimen U-bend. Walaupun memungkinkan untuk spesimen stress bent-beam ke dalam daerah plastis, tetapi tegangan tidak dapat dihitung untuk tegangan plastis dengan metode tiga dan empat titik spesimen sebaik double beam. Oleh karena itu, kegunaan bent-beam spesimen dalam daerah plastis tidak direkomendasikan. Ada beberapa metode bent-beam spesimen yaitu two point loaded spesimen, three point loaded spesimen, four point loaded spesimen dan double-beam spesimen.

29


Gambar 2.17. Skematik spesimen dan konfigurasi holder pada metode bent-beam [ASTM G-39] 2.6.2. Penghitungan Tegangan Aplikasi Memasukan parameter-parameter yang telah ditentukan pada persamaan yang diberikan. Dan perbandingan L dan H harus diperhitungkan dengan dasar persamaan yang kedua. Bila melewati batas nilai persamaan kedua maka material sudah melewati batas elastis suatu material. Pada tegangan diatas batas elatis tetapi dibawah yield strength (0.2% offset) hanya dihasilkan error yang kecil. Persamaan tidak berlaku diatas yield strength material. Dan tebal specimen harus 0,8-1,8 mm. Pada saat specimen diuji pada temperatur tertentu, kemungkinan relaksasi tegangan harus diteliti. Relaksasi dapat diestimasi dari data creep yang diketahui untuk specimen, holder dan material penyekat. Perbedaan pada ekspansi panas harus diketahui. Tegangan aplikasi ditentukan dengan dimensi specimen dan jumlah dari bending deflection. Kemudian, kesalahan pada tegangan aplikasi dihubungkan pada sifat dalam pengukuran instrument. Untuk two point loaded specimen

30


sebagian besar diukur nilai sekitar 5% dari nilai yang dihitung berdasarkan prosedur yang diberikan. Perhitungan tegangan aplikasi hanya untuk bagian tegangan sebelum inisiasi crack. Jika retak terjadi, tegangan pada ujung crack, dan pada daerah yang tidak retak , telah berubah.

2.6.3. Two Loaded Specimen Spesimen ini dapat digunakan untuk material yang tidak berdeformasi secara plastis ketika dibending dengan (L-H)/H = 0.01. Spesimen harus sekitar 270 – 274 mm flat strip dipotong untuk panjang yang tepat untuk mendapatkan tegangan yang diinginkan setelah bending. Perhitungan tegangan elastis pada fiber bagian luar di bagian tengah spesimen two-point loaded diperoleh dari analisa besarnya defleksi secara teori yaitu:

⎡k ⎣2

ε = 4(2 E − K ) ⎢ −

2E − K ⎛ t ⎜ 12 ⎝ H

⎞⎤ t ............................................... (2.6) ⎟⎥ ⎠⎦ H

L−H ⎡ K ⎤ =⎢ − 1 ..................................................................... (2.7) H ⎣ 2 E − K ⎥⎦ dimana : L

= panjang spesimen (mm)

H

= jarak antara penopang (mm)

t

= ketebalan spesimen (mm)

e

= tensile strain maksimum

0

= maksimum kemiringan spesimen

z

= parameter integrasi

k

⎛θ ⎞ = sin ⎜ ⎟ ⎝2⎠

31


π

K

=

2

∫ (1 − k

−1

2

sin 2 z )

2

sin 2 z ) 2 dz (integral elips kedua)

2

dz (integral elips pertama)

0

π

E

=

2

∫ (1 − k

1

0

σ

= tegangan yang dicari ( Kg

Em

= modulus Young yang didapat dari pengujian tarik ( Kg

mm 2

) mm 2

)

Gambar 2.18. Metode pengujian two-point loaded specimen [ASTM G-39]

Analisa matematika mendapatkan dari persamaan 6 dan 7 hubungan antar e dan (L-H)/H dalam pembentukan parameter. Parameter yang biasanya dengan persamaan imi adalah modulus k dari integral eliptik. Kemudian, prosedur berikutnya dapat digunakan untuk menentukan panjang specimen L yang diperlukan untuk mendapatkan maksimum tegangan. Dengan membagi tegangan dengan modulus elastis Em untuk mendapatkan regangan

ε = σ / Em

...............................................................................................(2.8)

Dari persamaan 1 menentukan nilai k yang tepat dengan nilai e yang diperlukan. Dengan menggunakan nilai k menghitung persamaan 7 untuk L. Untuk memfasilitasi computer dapat digunakan untuk menghasilkan table untuk regangan (e) dan H/t dengan nilai (L-H)/H yang dihasilkan. Menghitung defleksi dari specimen sebagai berikut :

32


y / H = k /( 2E − K )

......................................................................................(2.9)

Dimana : y = maksimum defleksi Hubungan ini dapat digunakan untuk mengecek untuk memastikan bahwa tegangan maksimum tidak melebihi batas proporsional. Jika melebihi batas, pengukuran defleksi akan lebih besar daripada yang diperhitungkan. Sebagai metode alternatif berikut ini hubungan yang dapat digunakan untuk menghitung panjang specimen : L = ( ktE / σ ) sin −1 ( Hσ / ktE ) .........................................................................(2.10)

Dimana : L = panjang specimen σ = maksimum tegangan E = modulus elastis H = holder span t = ketebalan specimen k = 1.280 , constant empiric Persamaan ini dapat dipecahkan dengan komputer, dengan trial and error, atau dengan menggunakan ekspansi dari sine function. Persamaan 2.10 dapat digunakan jika jumlah (Hσ)/ktE kurang dari 1. Pemilihan ketebalan material dan panjang dan holder span, untuk mendapatkan nilai dari (L-H)/H antara 0.01 – 0.5. kemudian menjaga kesalahan tegangan dengan batas yang dapat diterima. Ketebalan specimen sekitar 0.8 – 1.8 mm telah didapatkan hasil yang tepat ketika bekerja pada paduan aluminium

33


dengan tegangan aplikasi sekitar 205 Mpa untuk aluminium. Dimensi specimen dapat domodifikasi sesuai dengan yang diinginkan. Pada two point loaded specimen maksimum tegangan terjadi pada bagaian tengah specimen dan rendah pada akhir specimen. Spesimen two point loaded lebih cenderung pada three-point loaded specimen, karena dalam beberapa instansi korosi crevice pada specimen timbul pada bagian tengah penopang dari metode three-point loaded. Sejak tempat korosi sangat dekat dengan titik tegangan paling tinggi, ini dapat dilakukan proteksi katodik dan mencegah timbulnya pembentukan crack atau terjadinya hydrogen embrittlement. Selanjutnya tekanan pada penopang tengah pada pembebanan tertinggi didapatkan tegangan biaxial pada daerah kontak dan dapat menyebabkan tegangan tension dimana secara normal tegangan kompresi yang muncul.

2.7. X-Ray Mikroradiography

X-Ray mikroradiography adalah salah satu tehnik yang dapat digunakan untuk pengamatan mikroskopis material dan morfologi kerusakan material sejenis korosi retak tegang. Retakan dari korosi retak tegang memperlihatkan perpatahan getas yang merupakan hasil dari proses korosi. Retakan dari proses korosi retak tegang dapat berupa retakan intergranular dan transgranular. Retakan intergranular terjadi di sepanjang batas butir, sedangkan retakan transgranular merambat dengan memotong batas butir. Gambar 2.19 merupakan sebuah contoh dari perpatahan

34


transgranular dan intergranular. Retakan intergranular dan transgranular sering muncul pada paduan yang sama, tergantung pada lingkungan atau struktur logam.

(a)

(b)

Gambar 2.19. (a) Intergranular pada aluminium alloy dilingkungan NaCl . (b) Trangranular Corrosion pada aluminium alloy dilingkungan NaCl [23].

35


BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian START Material Aluminium Plat Persiapan sampel Komposisi Material

Pengujian Komposisi Pengujian Metalografi

Struktur mikro awal

Pengujian Metalografi Yield Strength

Perhitungan tegangan aplikasi Tegangan di Daerah elastis Persiapan Sampel holder

H = 17 cm Pengujian korosi retak tegang selama 336 Jam

L1 = 23 cm L2 = 21 cm L3 = 20 cm

Persiapan sampel Persiapan larutan Air laut

Pengukuran kedalaman dan diameter piting

Struktur mikro akhir

Pengamatan Makro dan Mikro

Literatur

Analisa dan Pembahasan Kesimpulan Selesai

Gambar 3.1. Diagram alir penelitian.

36


3.2. Bahan Penelitian

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah alumunium yang berbentuk pelat. Masing-masing material dipasang pada holder dengan dimensi yang sama. Adapun ukuran panjang material dibuat bervariasi 3.3.

Prosedur Kerja

3.3.1

Preparasi Sampel

Sampel untuk pengujian dalam penelitian ini sebanyak 4 buah untuk masing-masing alumunium. Tahapan persiapan sampel yaitu: 1. Pemotongan lembaran material dengan menggunakan alat pemotong dan menggunakan gergaji biasa. Ukuran sampel masing-masing dengan panjang 23 cm, 21cm dan 20cm sebanyak dua buah, lebar 5 cm, dan memiliki ketebalan yang sangat tipis 0,1 – 0,155 cm. 2. Pengamplasan sampel dengan menggunakan amplas no. 400, 800, dan 1000 sampai tidak lagi terlihat kekasaran pada permukaan. 3. Melakukan pemeriksaan adanya retak sebelum diekspos dilingkungan uji. 4. Melakukan

degreasing

dan

pembersihan

untuk

menghilangkan

kontaminasi yang ditimbulkan selama preparasi spesimen. Setelah

sampel

uji

komposisi

dibuat,

sampel

kemudian

dilihat

komposisinya dengan menggunakan spectrometry dengan mengambil beberapa titik pengujian sehingga diperoleh data rata-rata komposisi material.

3.3.2 Preparasi Sampel Uji Tarik

Langkah pertama yang dilakukan adalah menentukan ukuran sampel uji tarik yang akan dibuat berdasarkan ketebalan dan bentuk material yang digunakan. Penentuan ukuran sampel ini juga harus mengacu pada standar yang

37


telah ditetapkan untuk pengujian tarik dimana pada pengujian tarik kali ini menggunakan standar JIS untuk uji tarik. Berdasarkan analisis ketebalan yang ada, yaitu sekitar 0,4-0,5 mm dan bentuk sampel yang berupa pelat atau lembaran, maka dapat ditentukan jenis ukuran sampel yang akan digunakan dari tabel standar JIS yang telah ada sebagai berikut: Tabel 3.1. Standar Uji Tarik JIS Material

Test piece

Remarks Proportional Non-proportional No. 14A No. 4, No. 10 For bar form test piece No. 14B For flat form test piece Over 20 mm up to and incl. No. 14A No. 4, No. 10 For bar form test piece Sheet, 40 mm in thickness For flat form test piece No. 14B No. 1A plate, Over 6 mm up to and incl. No. 14B No. 1A, No. 5 shape, 20 mm in thickness strip Over 3 mm up to and incl. No. 5, 6 mm in thickness No. 13A, 3 mm or less in thickness No. 13B Form

Dimensions Over 40 mm in thickness

Bar

-

Wire Pipe

Pipe of small outside dia.

No. 2 No. 14A -

No. 4, No. 10

No. 14C

No. 11

For tubular form test piece

No. 12A No. 12B

For arc section test piece

50 mm or less in outside dia. No. 14B Over 50 mm up to and incl. 170 mm in outside dia.

Casting

Forging

-

No. 9A, No. 9B

-

Over 170 mm in outside dia. 200 mm or over in outside No. 14B dia.

No. 12C

Thick wall pipe -

No. 4 For bar form test piece No. 4, No. 10 No. 8A, No. 8B To be used when No. 8C, No. 8D elongation value is not require. To be taken from test coupon casted for test piece

No. 14A -

-

-

No. 14A

No. 5

For flat form test piece or arc section test piece

No. 4, No. 10

Sumber: JIS Standard

38


-

Gambar 3.2. Spesimen uji tarik no. 5.

Setelah material dipotong menjadi bentuk yang sesuai dengan standar pengujian tarik, bagian pinggir sampel dikikir atau diamplas, khususnya pada bagian gauge length supaya material menjadi rata dan menghindari adanya konsentrasi tegangan yang dapat menimbulkan initial crack. Adanya konsentrasi tegangan dapat menyebabkan data hasil pengujian menjadi tidak representatif.

3.3.3 Pembuatan Sampel Holder

Sampel holder dibuat dari kayu. Masing-masing sampel holder memuat satu sampel yang memiliki perbedaan ukuran untuk membedakan pengaruh bending yang ada.. Sampel holder terbuat dari kayu untuk mencegah terjadinya korosi galvanik atau terjadinya anoda korban dari pengaruh lingkungan yang korosif. Tahapan dalam pembuatan sampel holder yaitu 1.

Memotong kayu dengan panjang 23 cm dan lebar 5 cm.

2.

Memotong kayu dengan ketebalan 4 cm

3.

Membuat celah dengan kedalaman 2 cm, dengan jarak celah 17 cm

39


4.

Memahat bagian dalam ujung-ujung holder sebagai tempat penyangga sampel.

17 cm

Gambar 3.3. Skema Sampel Holder Untuk Pengujian Stress Corrosion Cracking 3.3.4

Penghitungan Tegangan Aplikasi

Memasukan parameter-parameter yang telah ditentukan pada persamaan yang diberikan. Dan perbandingan L dan H harus diperhitungkan dengan dasar persamaan yang kedua. Bila melewati batas nilai persamaan kedua maka material sudah melewati batas elastis suatu material. Pada tegangan diatas batas elatis tetapi dibawah yield strength (0.2% offset) hanya dihasilkan error yang kecil. Persamaan tidak berlaku diatas yield strength material. Dan tebal specimen harus

0,8-1,8 mm Pada saat specimen diuji pada temperatur tertentu, kemungkinan relaksasi tegangan harus diteliti. Relaksasi dapat diestimasi dari data creep yang diketahui

40


untuk specimen, holder dan material penyekat. Perbedaan pada ekspansi panas harus diketahui. Tegangan aplikasi ditentukan dengan dimensi specimen dan jumlah dari bending deflection. Kemudian, kesalahan pada tegangan aplikasi dihubungkan pada sifat dalam pengukuran instrument. Untuk two point loaded specimen sebagian besar diukur nilai sekitar 5% dari nilai yang dihitung berdasarkan prosedur yang diberikan. Perhitungan tegangan aplikasi hanya untuk bagian tegangan sebelum inisiasi crack. Jika retak terjadi, tegangan pada ujung crack, dan pada daerah yang tidak retak , telah berubah.

3.3.5

Perendaman Sampel Pada Lingkungan NaCl

Lingkungan yang dipakai pada saat percobaan adalah lingkungan air laut pada suhu udara normal. 3.4. Alat Yang Digunakan

Alat yang dipakai di dalam penelitian ini adalah: 1. Mesin uji tarik ini dipakai untuk memperoleh data tegangan tarik yield, tegangan tarik maksimum dan elongasi. Dari nilai tegangan yield dan elongasi dapat dihitung Modulus Elastisitas suatu material.

2. Mikoskop optik Mikroskop optik dipakai untuk mengamati struktur mikro dari benda uji sebelum dan sesudah dilakukan pengujian korosi dengan metode two point loaded bending. Pengamatan sebelum dilakukan pengujian

41


adalah pengamatan metal base dari benda uji. Pengamatan yang dilakukan sesudah pengujian adalah korosi pitting dan korosi retak tegang. 3. Measuring microscope Mikroskop ini dipakai untuk mengukur kedalaman dan diameter korosi pitting yang terjadi setelah dilakukan uji two point loaded bending. 4. Kamera digital Kamera digital dipakai untuk mengambil gambar kondisi benda uji sebelum dan sesudah pengujian two point loaded bending 5. Alat potong plat Alat potong ini dipakai untuk memotong material sebagai benda uji komposisi, uji tarik dan uji metalografi. 6. Gergaji Pemakaian gergaji dalam penelitian ini dipakai untuk memotong kayu. Potongan kayu disusun sesuai dengan standard ASTM G39 sebagai holder. 7. Martil Martil dipakai sebagai alat bantu untuk memasang bagian-bagian holder yang terbuat dari kayu dengan paku. 8. Hair dryer

Alat ini berfungsi mengeringkan benda uji setelah dicelupkan di dalam larutan korosif untuk dilihat struktur mikro 9. SEM

42


Struktur mikro dari benda uji diperiksa dengan bantuan alat SEM. Pemeriksaan strukturmikro dilakukan sebelum dilakukan dan sesudah pengujian two point loaded bending. Keseluruhan alat tersebut terdapat di laboratorium Material MIPA UI Salemba dan Laboratorium Teknik Metalurgi UI Depok .

3.5. Pengujian Korosi Dengan Metode Two Poin Loaded Bending 3.5.1 Pencelupan sampel dalam lingkungan korosif

Pertama siapkan wadah yang akan digunakan sebagai tempat merendam sampel uji korosi two point loaded bending. Kemudian masukkan larutan korosif yang telah dipersiapkan sebelumnya 3.5.2 Evaluasi sampel dan pengujian metalografi hasil pengujian two point loaded bending

Setelah waktu pencelupan selesai, sampel hasil pengujian korosi retak tegang harus dipersiapkan terlebih dahulu untuk menghilangkan produk korosi yang terbentuk selama pengujian berlangsung. Hal ini dilakukan sebelum dilakukan penimbangan berat akhir sehingga diperoleh data yang akurat. Preparasi dan pembersihan sampel dilakukan dengan mengacu pada standar ASTM G1-03 Standard Practice for Preparing, Cleaning, and Evaluating Corrosion Test Specimens. Larutan yang digunakan merupakan campuran dari HCl, Sb2O3 dan SnCl2 dengan kadar sesuai dengan standar yang telah ditentukan dari tabel berikut.

43


Tabel 3.2. Prosedur Pembersihan Kimia Untuk Menghilangkan Produk Korosi

Sumber: ASTM G1-03 Standard Practice for Preparing, Cleaning, and Evaluating Corrosion Test Specimen

Setelah proses pembersihan sampel selesai, sampel kemudian dikeringkan dengan menggunakan hairdryer lalu ditimbang dengan menggunakan timbangan digital untuk mengetahui berat akhir sampel. Dari data berat yang hilang dapat ditentukan laju korosi material dalam satuan milimetres per year (mm/y). Setelah penimbangan selesai, maka dilakukan pemotongan sampel pada daerah yang ingin diamati karakteristik pitting-nya.

44


Bagian yang diamati dan diuji metalografi adalah pada bagian ketebalan material. Hal ini diambil dengan asumsi bahwa setelah pengujian korosi retak tegang akan terdapat pitting pada material serta terjadi korosi jenis intergranular maupun transgranular yang retakannya menembus ketebalan material. Hal ini dikarenakan pada puncak defleksi saat pengujian korosi retak tegang, tegangan aplikasi mencapai puncaknya sehingga diprediksi di daerah tersebut akan terjadi pitting dan cracking.

Gambar 3.4. Daerah pengamatan mikrostruktur pada sampel.

Beberapa tahapan preparasi yang dilakukan sebelum pengujian metalografi antara lain: 1.

Sampel dipotong dengan ukuran 2x1 cm2 menggunakan gunting pelat dengan arah pemotongan sebesar 90o dari arah roll material.

2.

Material di-mounting dengan castable mounting melalui penambahan resin dan hardener supaya material yang akan diuji dapat dipegang dengan mudah sebab material yang diuji bentuknya cukup kecil.

3.

Melakukan pengamplasan untuk menghaluskan dan meratakan beberapa bagian dengan SiC berukuran grit 60, 80, 240, 400, 600, 800, 1000, dan 1500.

4.

Pemolesan material dengan menggunakan alumina untuk mendapatkan permukaan uji sekilau kaca.

5.

Pengetsaan dengan menggunakan nital 2% agar batas butir terlihat.

45


BAB 4 HASIL PENELITIAN 4.1 Ukuran Benda Uji dan Jarak Holder

Pelat Aluminium seri 1100 dipotong dengan ukuran yang bervariasi sebanyak 4 buah, sedangkan jarak holder dipotong sesuai ukuran standar yang telah ditetapkan berdasarkan ASTM G 39. Bentuk benda uji yakni berbentuk pelat dengan lebar 5 cm masing-masing dipasang ke holder yang berukuran sama yakni panjang 17 cm. Benda uji yang telah terpasang dimasing-masing holder dilakukan pengukuran sudut kelengkungan dan tinggi kelengkungan. Hasil dari pengukuran ini dapat dilihat pada tabel 4.1 dibawah ini. Untuk sampel dengan panjang 23 cm, benda uji yang terpasang di holder memiliki tinggi kelengkungan terbesar yaitu 8,7 cm dan sudut kelengkungan bagian kiri 600 dan kanan 620. Sedangkan ada dua buah sampel yang panjangnya 20 cm dengan ketebalan yang berbeda yaitu 0,11 cm dan 0,15 cm. Tabel 4.1 Ukuran benda uji, Tinggi dan Sudut kelengkungan Material

Aluminium (Al Plat)

Tebal

Panjang

Lebar

(cm)

(cm)

A3

0,10

A2

Kode

(cm)

Tinggi Kelengkungan (cm)

Sudut Kelengkungan (0)

20

5 cm

6,6

45-50

0,155

20

5 cm

6,6

45-50

B1

0,10

21

5 cm

8,0

53-55

C3

0,10

23

5cm

8,7

60-62

46


4.2 Analisa Komposisi Kimia

Pada Tabel 4.2 hasil komposisi kimia dari benda uji menunjukkan bahwa kandungan alumunium mencapai 99,0 % dan paduan utama dari Aluminium seri 1100 adalah Fe dengan kandungan yaitu 0,649 % sedangkan kandungan Cu, Zn dan Si masing-masing 0,110%, 0,0643% dan 0,0385%. Berdasarkan data hasil uji komposisi ini dan merujuk pada buku literatur ASM HandBook Internasional volume 2 menunjukkan bahwa material tersebut adalah aluminium seri 1100. Tabel 4.2. Hasil uji komposisi Al 2024-T3 Komposisi kimia Al plat Benda Uji

Al (%)

Si (%)

Fe (%)

Cu (%)

Zn(%)

Ga (%)

Ti (%)

Al 2024-T3

99,0

0,0385

0,649

0,110

0,0643

0,0123

0,006

V (%)

Cd (%)

Mg (%)

Mn (%)

Ni

Cr

Pb

0,011

0,0035

<0,0001

<0,001

<0,005

<0,001

0,002

4.3. Pengujian Tarik

Hasil pengujian tarik benda uji Aluminium seri 1100 menunjukkan bahwa material tersebut memiliki tegangan maksimum rata-rata 13.22 kg/mm2. Data hasil pengujian secara lengkap dapat dilihat pada tabel 4.3. Tabel 4.3. Hasil pengujian tarik Al 2024-T3 Ukuran Benda uji (mm)

Luas (mm2)

Panjang Ukur (mm)

σx (kg/mm2)

σy (kg/mm2)

ε (%)

Px (kg)

Py (kg)

δL (mm)

t = 1.00 w = 26.30

26.30

50

13.30

12.73

5.20

349.8

334.8

2.60

1

t = 1.00 w = 26.25

26.25

50

13.14

12.57

5.30

344.9

330

2.65

2

No

47


Tabel 4.4 Sifat mekanik Hasil uji tarik Material

Aluminium Plat

Ukuran Benda T = 1.00 W = 26.30 T = 1.00 w = 26.25

Yield Strength (MPa) 130.34

Ultimate Strength (Mpa) 124.75

128,84

12.24

4.4. Penghitungan Tegangan Aplikasi

Penghitungan tegangan aplikasi dengan memakai rumus persamaan 2.6. Hasil penghitungan tegangan aplikasi dapat dilihat pada Tabel 4.5 dibawah ini. Benda uji dengan ukuran panjang 230 mm mengalami tegangan aplikasi terbesar yaitu 22.92 GPa jika dibandingkan dengan beberapa sampel yang lain dengan ketebalan yang sama. Untuk sampel yang berukuran panjang 200 mm dan ketebalan 1.55 mm memiliki tegangan aplikasi terbesar dari keseluruhan sampel yakni sebesar 24.5 GPa. Tabel 4.5 Hasil perhitungan tegangan aplikasi Panjang Sampel (mm) 200

H (mm)

t (mm)

θo

K

K

E

ε

E (GPa)

σ (kg/mm2)

220

1,0

47,5

0,4030

90.031

86.226

0.2551

68.9

17.58

200

220

1,55

47,5

0,4030

90.031

86.226

0.3556

68.9

24.50

210

210

1,0

54

0,4540

95.267

85.166

0.2819

68.9

19.42

230

190

1,0

61

0,5075

96.822

83.890

0.3326

68.9

22.92

48


4.5. Hasil Pengujian Korosi Retak Tegang 4.5.1 Jumlah dan Diameter Korosi Sumuran Tabel 4.6. Jumlah dan Diameter Korosi Sumuran Kode

Panjang (mm)

Ketebalan (mm)

σ (kg/mm2)

Jumlah Pitting

Diameter (mm)

A3

200

1,0

17.58

2

0,0180

A2

200

1,55

24.50

8

0,0359

B1

210

1,0

19.42

4

0.0645

C3

230

1,0

22.92

9

0.0225

Pada Tabel 4.6 Jumlah korosi sumuran terbesar setelah dilakukan pengujian korosi dengan metode two point loaded bending yang direndam dalam li air laut adalah sebanyak 9 buah titik yang terjadi pada sampel dengan ukuran panjang 230 mm dan ketebalan 1.0 mm. Sedangkan jumlah korosi pitting 8 buah terjadi pada sampel dengan ukuran panjang 200 mm dan ketebalan 1.55 mm. Adapun nilai rata-rata diameter terbesar dihasilkan pada sampel yang berukuran panjang 210 mm dan ketebalan 1.0 mm.

4.6. Foto Makro Benda Uji Sebelum Pengujian Korosi

Kondisi benda uji yang sudah terpasang di masing-masing holder dapat dilihat pada gambar 4.1. Kondisi benda uji ini telah siap untuk dimasukkan kedalam rendaman air laut selama 504 jam.

49


Gambar 4.1. Benda uji Aluminium seri 1100 sebelum dilakukan pengujian

(Panjang sampel 23 cm, 21 dan 20 masing-masing sebanyak 3 buah) 4.7. Hasil Pengamatan Foto Mikro

Gambar 4.2. Struktur mikro aluminium seri 1100 sebelum pengujian

50


(a)

(b)

Gambar 4.3. Struktur mikro Aluminium seri 1100 setelah pengujian (a). L=20 cm dan tebal 0,1 cm (b). =20 cm dan tebal 0,155 cm

(a)

(b)

Gambar 4.4. Struktur mikro aluminium seri 1100 setelah pengujian (a). L=21 cm dan tebal 0,1 cm (b). L =23 cm dan tebal 0,1 cm 4.8. Hasil Uji Metalografi

Untuk melihat struktur mikro benda uji setelah dilakukan pengujian Two Load Bending yakni dengan melihat hasil uji alat SEM. Adapun foto struktur mikro sampel tersebut dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

51


Pada Gambar 4.5 permukaan benda uji Alumunium pelat memperlihatkan bahwa korosi pitting sudah terjadi di permukaan benda uji dan diameter pitting sangat lebar rata-rata sebesar 0.0645 mm

Gambar 4.5. Struktur mikro benda uji Aluminium pelat dengan panjang sampel 21 cm dan tebal 1,0 mm

(a)

52


(b) Gambar 4.6 (a) dan (b). Struktur mikro benda uji Aluminium pelat dengan panjang sampel 23 cm dan tebal 1,0 cm

Sedangkan pada Gambar 4.6 (a) dan (b) korosi pitting yang terjadi relatif lebih kecil dibandingkan dengan benda uji pada sampel dengan panjang 21 cm. Diameter sampel ini rata-rata sebesar 0,0225mm.

(a)

53


(a)

(b) Gambar 4.7 (a) dan (b) Struktur mikro benda uji Aluminium pelat dengan panjang sampel 20 cm dan tebal 1,0 cm

Pada Gambar 4.7 (a) dan (b) korosi pitting yang terjadi relatif lebih kecil jika dibandingkan dengan benda uji pada panjang sampel 23 cm. Diameter pada sampel ini rata-rata sebesar 0.0180. Sedangkan Gambar 4.8 permukaan benda uji terjadi korosi pitting rata-rata sebesar 0.0359 mm.

Gambar 4.8 Struktur mikro benda uji Aluminium pelat dengan panjang sampel 20 cm dan tebal 1,55 cm

54


BAB 5 PEMBAHASAN 5.1. Korosi Yang Terjadi Pada Benda Uji

Setelah pengujian korosi dengan metode two poin bending dilakukan selama 504 jam pada suhu udara normal, dilakukan foto mikro pada permukaan sampel untuk pengamatan visual. Dari foto mikro ini dapat diamati jenis korosi yang terjadi pada masing-masing sampel baik sampel dengan L1 = 23 cm dengan keteban tebal 0,11 cm; L2 = 21 cm dengan ketebalan 0,11 cm; L3 = 20 cm dengan ketebalan 0,11 cm dan L4 = 20 cm dengan ketebalan 0,155 cm. Korosi yang terjadi pada riset ini adalah korosi piting Korosi pitting yang terjadi karena adanya ion lorida dan larutan NaCl yang merusak lapisan pasif dari Aluminium. Korosi semakin besar dengan absorbsi asam dengan konsentrasi yang tinggi maka timbul perbedaan potensial antara bagian permukaan dan bagian dalam. Pada penelitian ini tidak tejadi korosi retak tegang. Korosi retak tegang dapat terjadi karena pada permukaan mengalami tegang tarik akibat bending dan lamanya pencelupan di dalam lingkungan korosif harus melebihi waktu 6 bulan. Sehingga hal ini dapat memperbesar kerusakan dan mempermudah keberadaan

ion klorida rusaknya lapisan pasif.

55


5.2. Hubungan Tegangan Aplikasi Terhadap Korosi Pitting

Dari pengamatan jumlah korosi sumuran yang terjadi, diperoleh grafik sebagai berikut: 10 9

Jumlah Pitting

8 7 6 5 4 3 2 1 0 17,58

19,42

22,92

Tegangan Aplikasi (GPa)

Gambar 5.1. Grafik Hubungan tegangan aplikasi terhadap jumlah korosi sumuran

Pengujian dengan menggunakan metode two point loaded speciement; yakni dengan benda uji ditekuk yang diletakkan di atas holder dengan variasi panjang sampel yaitu 20 cm, 21 cm dan 23 cm. Penekukan ini menghasilkan sudut penekukan dan juga menghasilkan elongasi atau peregangan yang berbeda. Selanjutnya jika data elongasi dikalikan dengan modulus young kita dapat menghitung nilai tegangan aplikasi. Semakin besar tegangan aplikasi maka semakin banyak jumlah pusat tegangan dan selanjutnya akan memicu terbentuknya korosi sumuran pada permukaan sampel. Hal ini terjadi pada sampel aluminium pelat seperti pada Gambar 5.1. Tegangan aplikasi 22.92 GPa memberikan jumlah pitting sebanyak 9 buah dan tegangan aplikasi 19.42 GPa memberikan jumlah pitting sebanyak 4 buah. Jika diprosentasikan maka setiap kenaikkan tegangan apliasi sebesar 18 %

56


dapat menghasilkan kenaikkan jumlah pitting sebesar 125%. Semakin besar penekukan semakin besar tegangan geser yang dihasilkan sehingga dapat merusak lapisan pasif Aluminium seri 1100.

5.3 Hubungan Tegangan Aplikasi Terhadap Diameter Korosi

0,5 0,45

Diam eter (m m)

0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,0645

0,05 0

0,0225

0,018 17,58

19,42

22,92

Tegangan aplikasi (GPa)

Gambar 5.2 Hubungan tegangan aplikasi dengan diameter rata-rata

Pengaruh tegangan aplikasi terhadap besarnya diameter korosi sumuran berdasarkan hasil data penelitian ini tidak menunjukkan hubungan berbanding lurus. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 5.2 yaitu peningkatan nilai tegangan aplikasi tidak diikuti dengan peningkatan besarnya diameter rata-rata korosi sumuran. Pada tegangan aplikasi sebesar 22.92 GPa nilai diameter rata-rata berada di tititk penurunan. Jika dapat diprosentasikan pada kenaikkan nilai tegangan aplikasi sebesar 18 % terjadi penurunan diameter rata-rata sebesar 65,1%. Oleh karena itu tegangan aplikasi tidak memberikan pengaruh terhadap besar diameter rata-rata korosi sumuran material. Maka peningkatan besarnya diameter setiap

57


korosi sumuran bukan faktor penyebab utama terjadinya korosi retak tegang. Tetapi jika di lihat secara keseluruhan sampel dengan dimensi ketebalan yang berbeda. Ada hubungan berbanding lurus antara tegangan aplikasi terhadap diameter korosi sumuran Namun bila dapat di analisis mengenai salah satu pemicu korosi retak tegang adalah kedalaman korosi sumuran. Maka tegangan aplikasi sangat berpengaruh terhadap kedalaman korosi sumuran. Meskipun pada penelitian ini tidak dilakukan pengukuran kedalaman korosi sumuran, yang dikarenakan sulit nya pengamatan diameter dengan menggunakan TEM. Dikarenakan harus menyiapkan ukuran sampel dengan presisi 0,25 mikron. Sedangkan pada Gambar 5.3. Grafik dibawah ini menunjukkan daerah penyebaran nilai diameter korosi sumuran terhadap nilai tegangan aplikasi. Pada sampel dengan panjang 21 cm dengan tegangan aplikasi sebesar 19.42 GPa memiliki nilai persebaran diameter terbesar. Adapun daerah persebaran diameter terendah dimiliki oleh sampel dengan panjang 20 cm dan tegangan aplikasi sebesar 17.58 GPa. 25 Tegangan aplikasi (GPa)

22,92 20

19,42 17,58

15 Series1 10 5

0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

Diameter (mm)

Gambar 5.3 Grafik Penyebaran diameter dari ketiga sampel L = 23 cm, L = 21 cm dan L = 20 cm dengan ukuran ketebalan sama

58


5.4. Hubungan Tegangan Aplikasi Terhadap Ketebalan Bahan

Tegangan Aplikasi (GPa)

30 25 20 15 10 5 0 1

1,55 Ketebalan Bahan (mm)

Gambar 5.4. Grafik Hubungan ketebalan bahan terhadap tegangan aplikasi

Gambar 5.4 memperlihatkan hubungan ketebalan bahan terhadap tegangan aplikasi adalah berbanding lurus. Meningkatkan besar ketebalan suatu bahan pada saat dilakukakan two point bending terhadap material aluminium maka dapat meningkatkan stress pada bagian permukaan. Karena bila lapisan material ketebalan ditingkatkan pada saat penekukan akan meningkatkan pula kerapatan struktur mikro bahan didaerah penekukan. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 5.4. Sedangkan pada Gambar 5.5 memperlihatkan hubungan antara ketebalan, tegangan aplikasi dan jumlah pitting. Semakin besar nilai ketebalan maka semakin besar tegangan aplikasi sehingga dapat meningkatkan jumlah korosi pitting pada

permukaan material.

59


9 t = 1,5mm

8

Jumlah pitting

7 6 5 4 3 t = 1.0 mm

2 1 0

17,58

24,5 Tegangan aplikasi (GPa)

Gambar 5.5. Grafik Hubungan antara ketebalan bahan, tegangan aplikasi dan Jumlah pitting

1,8 tegangan aplikasi (GPa)

1,6

1,5856

1,4 1,2 1

1,1374 Series1

0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Diameter (mm)

Gambar 5.6. Grafik Hubungan ketebalan bahan terhadap diameter dengan dimensi material yang sama

Pada Gambar 5.6 memperlihatkan daerah penyebaran diameter terhadap variasi ketebalan bahan. Grafik ini dapat menjelaskan bahwa ketebalan bahan dapat meningkatkan tegangan stress pada permukaan material. Kemudian pada

60


saat dilakukan beban two point bending dilingkungan korosif sampai dengan terbentuknya korosi sumuran, material dengan ketebalan bahan lebih besar dapat menghasilkan diameter yang besar. Hal ini dimungkinkan ketebalan bahan yang besar pada saat ditekuk struktur material mengalami pemadatan atau kerapatan struktur material meningkat dibagian puncak.

5.5. Struktur Mikro

Pada Gambar 4.3 dan 4.4 sulit terlihat korosi retak tegang karena Aluminium ini telah dilapisi agar lebih tahan terhadap korosi. Sehingga yang terjadi hanya korosi pitting. Untuk korosi pitting, besarnya diameter maupun jumlah korosi piting sudah dibahas sebelumnya. Korosi retak tegang pada penelitian ini dapat terjadi bila ada peningkatan ke asaman air laut dan lama waktu perendaman. Sehingga yang akan terjadi akan meningkatnya jumlah korosi pitting yang terjadi dan kedalaman korosi pitting pun meningkat. Tetapi pada penelitian ini tidak dapat disajikan kedalaman korosi sumuran yang lebih dikarenakan dengan kedalaman korosi sumuran yang dihasilkan oleh masing-masing sampel relatif sangat kecil meskipun lamanya waktu perendaman sekitar 504 Jam.

61


BAB 6 KESIMPULAN 6.1 Kesimpulan

Berdasarkan data penelitian, pengamatan, dan analisa serta pembahasan maka diperoleh beberapa kesimpulan berikut: 1. Korosi yang timbul pada alumunium seri 1100 pada arah rol 900 didalam lingkungan air laut dengan waktu perendaman selaman 504 Jam adalah korosi pitting dan bukan korosi retak tegang. Korosi retak tegang memungkinkan terjadi bila waktu perendaman diatas 6 bulan [24]. 2. Semakin besar tegangan aplikasi yang diberikan pada material uji, maka semakin besar jumlah korosi pitting yang terbentuk dipermukaan. Adapun Jumlah korosi pitting pada daerah puncak semakin banyak terjadi seiring dengan meningkatnya tegangan aplikasi. Pada tegangan aplikasi 17.58 GPa sampai dengan 22.92 kg/mm2 pada alumunium seri 1100 menghasilkan jumlah korosi pitting dari 2 hingga 9 buah didaerah puncak permukaan. 3. Pada nilai variasi ketebalan bahan diperoleh hubungan yang sangat signifikan terhadap tegangan aplikasi dan jumlah korosi pitting didaerah puncak. Semakin besar ketebalan suatu bahan dapat memberikan peningkatan tegangan aplikasi sehingga akan meningkat pula jumlah korosi pitting dipermukaan puncak material. Pada ketebalan material sebesar 1mm dapat menghasilkan tegangan aplikasi 17.58 GPa sedangkan material dengan ketebalan 1,55 mm tegangan aplikasi meningkat mencapai 24.5 GPa.

62


4. Besar tegangan aplikasi suatu permukaan tidak memebrikan pengaruh yang terhadap diameter korosi sumuran. Peningkatan tegangan aplikasi tdak diikuti dengan peningkatan besar diameter rata-rata sumuran. Hala ini dapat dilihat pada tegangan aplikasi 17.58 GPa dihasilkan diameter 0.018 mm, pada teganganaplikasi 19.42 GPa dihasilkan diameter rata-rata korosi sumuran sebesar 0.0645 mm, dan pada tegangan aplikasi 22.92 GPa dihasilkan diameter rata-rata korosi sumuran sebesar 0.0225 mm. Sedangkan untuk tegangan aplikasi 24,5 GPa menghasilkan 0.0359 mm.

6.2. Saran

Pengujian korosi dengan metode two poin loaded bending dengan arah rol 00 pada Aluminium seri 1100 selama 504 jam didalam lingkungan air laut dengan variasi keasaman pH cairan korosif dapat diteliti di waktu yang akan datang sehingga dapat diketahui ketahanan korosi retak tegang dan perbedaan tegangan aplikasi dengan arah rol 900 pada Aluminium seri 1100.

63


PENGARUH TEGANGAN APLIKASI TERHADAP KOROSI PITTING PADA MATERIAL ALUMINIUM SERI 1100 SELAMA 504 JAM

Recommend Documents