zirconium zirconium zirconium

Heat Treatment Zirconium

Zirkonium (Zr) yang keperakan dalam penampilan, memiliki kekuatan dan keuletan yang baik pada temperatur tinggi, dan memiliki ketahanan korosi yang baik pada sebuah film oksida. Unsur ini digunakan dalam komponen elektronik dan aplikasi reaktor tenaga nuklir

karena penyerapan neutron yang rendah.Salah satu paduan tersebut adalah Zirkaloy-2, dimana paduan ini digunakan pada

reaktor dayajenis BWR (Boiling Water Reactor) [1,2]. Berdasarkan hal tersebut diatas, maka sebagai penelitian tahap awal dibuat paduan zirkonium yang mengarah ketipe Zirkaloy-2. Logam paduan Zirkaloy-2 sebagai struktur EBN, mempunyai unsur dasar Zirkonium dengan beberapa unsur pemadu, yaitu SN, Fe, Cr dan Ni, dengan spesifikasi persentase berat unsur pemadu seperti pada tabel I. Zirkaloy-2 mempunyai struktur Hexagonal rasa a dengan besar butir ASTM no.8 dan no.9 [3]. Bentuk struktur mikro logam Zirkaloy-2 diperlihatkan pada gambar I. Ingot hasil proses peleburan biasanya mempunyai bentuk struktur yang kasar [I], dan proses pendinginan yang terjadi dari logam cair menjadi logam beku pada cetakan akan mempengaruhi bentuk struktur mikro bahan, Proses perlakuan panas pada bahan hasil peleburan dengan pola-pola perlakuan panas tertentu, dapat mengubah bentuk struktur mikro sesuai dengan yang diharapkan [I], Tabel Persentase berat unsur pemadu Zirkaloy-2 berdasarkan spesifikasi [1]

Untuk mendapatkan bentuk struktur mikro bahan basil peleburan sesuai dengan spesifikasi zirkonium-alloy-2, dan untuk mengetahui perubahan yang terjadi pada bentuk struktur mikro bahan, maka pada penelitian ini bahan basil peleburan dicoba dilaku panas dengan beberapa pola perlakuan panas. Dengan mencoba pola-pola perlakuan panas tersebut, diharapkan dapat diketahui bentuk-bentuk pola perlakuan panas yang cocok untuk mengubah struktur mikro bahan basil peleburan, menjadi bentuk struktur yang sesuai dengan yang diinginkan

Pasca Sarjana Teknik Material dan Metalurgi Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember 66

Material ini terdiri dari :I. Sponge zirkonium.2. Logam Sn, Fe, Cr, dan Ni.3. Tabnng kuarsa4. Gas Argon kemumian tinggi.5. Bahan-bahan nntuk metalogJafi.

ProsesPembuatan logam paduan zirkonium pada penelitian ini, dilakukan melalui proses

pelebura menggunakan tungku induksi dengan atmosfir tungku menggunakan gas Argon. Jumlah berat masing-masing logam yang akan dipadu, ditimbang berdasarkan persentase berat maksimum dari spesiftkasi zirkaloy-2. Pemeriksaan struktur mikro dan pemeriksaan persentase berat unsur logam-logam basil peleburan dilakukan sebelum proses perlakuan panas. Setelah data struktur mikro dan data persen berat unsur diketahui, dilanjutkan dengan proses perlakuan panas. Pola perlakuan panas pada percobaan pertama didasarkan pada literatur perlakuan panas untuk paduan zirkonium [I]. dengan solution treatment dimulai pada temperatur rasa 13. Pola-pola perlakuan panas selanjutnya didasarkan dari analisa bentuk struktur mikro yang dihasilkan dari pola perlakuan panas pertama, kedua dan selanjutnya, sampai didapat bentuk struktur yang diinginkan. Kondisi dari pola-pola perlakuan panas yang dilakukan, diperlihatkan dalam bentuk tabel 2 berikut ini :


Perlakuan panas dilakukan pada tungku tabung (tube furnace) yang dilengkapi dengan regulator voltase untuk mengatur kenaikkan dan penurunan temperatur pemanasan. Spesimen logam yang akan dilaku panas dimasukkan daIam tabung kuarsa yang diisi gas argon, untuk mencegah terjadinya proses oksidasi pada logam selama proses perlakuan panas. Jumlah spesimen pada setiap kali percobaan berjumlah dua spesimen, sehingga jumlah spesimen keseluruhan berjumlah sepuluh spesimen. Pemeriksaan struktur mikro bahan basil peleburan maupun basil perlakuan panas, dilakukan pada proses metalografi dengan menggunakan larutan etsa Kroll.

Hasil Dan Pembahasan

Paduan logam zirkooium basil peleburan. berdasarkan basil pemeriksaan meogunakan XRF mempunyai perseotase berat unsur paduan seperti dalam tabel 3. Berdasarkan spesifikasi Zirkaloy-2 , persentase berat unsur paduan tersebut diatas, masuk dalam rentang persentase berat unsur paduan untuk zirkaloy-2. Bentuk stmktur mikro logam paduan Zirkonium basil peleburan diperlihatkan pada gambar 1 dan 2.


Gambar 2. Bentuk struktur mikro logam paduan zirkonium basil peleburan sebelum dilaku panas, terlihat adanya struktur Dendrit dan butir-butir a berbentuk jarum, yang membentuk anyaman, disebut struktur Basketweav

Struktur Dendrit yang ada pada bahan hasil peleburan, berbentuk menyerupai cabang pohon. Terbentuknya struktur tersebut, terjadi pada saat proses pembekuan, yang disebabkan adanya daerah beku yang lebar, yaitu perbedaan temperatur antara mulai dan berakhirnya pembekuan yang lebar [4]. Mekanisme pertumbuhan struktur ini terjadi padaTi kristal-kristal Dendrit yang tumbuh dari inti-inti dan pada saat pembekuan berakhir, dendrit-dendrit tersebut saling bertemu. Sedangkan struktur Basketweave berbentuk menyerupai anyaman dari butir-butir a. yang berbentuk jarum .Struktur ini terbentuk karena pengaruh dari kecepatan pendinginan yang relatif tinggi pada saat terjadinya transformasi rasa 13 berstruktur BCC ke rasa a. berstruktur HCP


Gambar 3. Bentuk struktur Dendrit dan Basketweave pada logam paduan zirkonium basil peleburan sebelum dilaku panas, dengan pembesarnn yang lebih besar dibanding gambar 1

Gambar 4. Bentuk struktur mikro logam paduan Zirkonium basil peleburan yang telah dilaku panas dengan pola perlakuan panas pertama.

Pola perlakuan panas pertama dengan kondisi yang tertera pada tabel 2, dicoba untuk mengubah struktur mikro bahan basil peleburan tersebut, menjadi struktur yang sesuai dengan spesifikasi Zirkaloy-2. Dari basil perlakuan panas tersebut didapat bentuk struktur rnikro yang diperlihatkan pada gambar 4. Dari gambar 4 tersebut terlihat, bahwa proses


perlakuan panas dengan pola percobaan pertarna tidak banyak mengubah struktur awal bahan, karena masih memperlihatkan struktur Dendrit dan Basketweave. Perubahan terjadi hanya p~d:i bentuk butir α. yang lebih kasar. Bentuk struktur yang tidak banyak berubah tersebut , diduga karena tingginya temperatur dan lamanya pemanasan masih kurang untuk dapat melarutkan kristal-kristal pembentuk Dendrit .Selain itu, laju penurunan temperatur masih terlalu cepat, sehingga butir a yang terbentuk masih berbentuk plat-plat memanjang (lamellar) yang membentuk anyaman (Basketweave). Bentuk butir α yang lamellar disebabkan waktu pendinginan yang tidak cukup untuk terjadinya proses difusi pada saat pembentukan butir. Pada perlakuan panas selanjutnya, dengan mencoba pola perlakuan panas krona, didapat bentuk struktur mikro yang diperlihatkan pada gambar 5. Dari gambar tersebut terlihat, bahwa pola perlakuan panas pada percobaan krona, menghasilkan banyak perubahan pada bentuk struktur mikro bahan awal hila dibandingkandengan perubahan struktur pada pola perlakuan panas pertama. Perubahan tersebut terlihat dari berkurangnya struktur Dendrit. Struktur Dendrit yang masih ada bentuknya sudah tidak begitu jelas, yaitu berbentuk hitam memanjang dengan cabang yang tidak jelas. Hal ini memperlihatkan adanya penyatuan cabang-cabang Dendrit menjadi bentuk yang memanjang pada saat proses pemanasan .Disamping itu bentuk butir α menjadi lebih besar.

Gambar 5 Bentuk struktur mikro logam paduan Zirkonium hasil peleburan yangmengalami perlakuan panas dengan pola perlakuan panas kedua

Terbentuknya stmktur dengan butir X berbentuk batang dan masih adanya sedikit struktur Dendrit, bila berdasarkan pada percobaan pertama dan kedua, diduga karena waktu dan tingginya ternperatur pernanasan masih belurn cukup, dan laju pendinginan masih terlalu cepat. Untuk rnendapatkan butir α yang equiaxial, dan


rnenghilangkan struktur Dendrit, rnaka dicoba pola perlakuan panas ketiga dengan mengubah temperatur pemanasan dan menurunkan laju pendinginan.

Gambar 6. Bentuk struktur mikro logam paduan Zirkonium hasill peleburan yang telahdilakukan dengan pola perlakuan panas ketiga.

Pola perlakuan panas ketiga, rnenghasilkan stroktur rnikro dengan bentuk butir irregular, dan hilangnya struktur Dendrit. Bentuk struktur rnikro tersebut diperlihatkan pada garnbar 6. Hilangnya struktur Dendrit, rnenunjukkan bahwa ternperntur pemanasan sebesar 1200oC dapat rnelarutkan kristal-kristal pernbentuk Dendrit secara sernpurna, sedangkan terbentuknya butir yang irregular, diduga karena laju pendinginan rnasih terlalu cepat, sehingga waktu ang tersedia untuk terjadinya transfonnasi diffusi yang sernpurna belurn rnernenuhi, sehingga untuk rnendapatkan butir α yang equiaxial, diperlukan penurunan laju pendinginan pada percobaan perlakuan panas selanjutnya. Pola perlakuan panas keernpat rnenghasilkan bentuk struktur dengan butir yang equiaxial,dan hilangnya struktur Dendrit. Bentuk struktur tersebut diperlihatkan pada gambar 7. Besar butir pada bahan basil perlakuan panas pola keernpat, bila dibandingkan dengan spesifikasi Zirkaloy-2 rnasih terlalu besar. Besarnya butir tersebut, diduga karena waktu pernanasannya (holding time) terlalu lama, sehingga dengan waktu tersebut rnernberi kesernpatan butir untuk turnbuh lebih besar. Untuk rnendapatkan besar butir yang sesuai dengan spesiftkasi Zirkaloy-2, makadilakukan perlakuan panas pola kelima dengan rnengurangi waktu pernanasan. Pola perlakuan panas kelirna rnenghasiIkan struktur bahan dengan bentuk butir α yang equiaxial, dan rnernpunyai besar; butir ASTM no.9. Struktur tersebut sesuai dengan spesiftkasi stmktur mikro Zirkaloy-2. Bentuk stmktur mikro tersebut diperlihatkan pada gambar 8.


Gambar 7 Bentuk struktur mikro logam paduan Zirkonium basil peleburan yang telah dilaku panas dengan pola perlakuan panas keempat

Berdasarkan percobaan-percobaan yang telah dilakukan tersebut, menunjukkan bahwa proses solution treatment pada temperatur 950-1050oC pada daerah rasa β yang diperlihatkan daIam diagaram rasa Zr-Sn pada gambar 9, yang biasa diIakukan untuk proses perlakuan panas, daIam melarutkan dan menghomogenkan unsur pemadu di daIam matrik β, menjadi larutan padat β, belum dapat melarutkan kristal -kristal pembentuk Dendrit. Sedangkan laju pendinginan untuk proses transformasi rasa β ke rasa α, sangat berpengaruh pada bentuk butir α. Makin tinggi laju pendinginan, butir α. akan berbentuk batang-batang jarum yang makin hains, dan apabila laju pendinginan diperendah, butir α. Membentuk batang-batang plat yang makin membesar, dan akhimya membentuk butir yang equiaxial.


Gambar 8 Bentuk struktur mikro logam paduan Zirkonium hasil peleburan yang telah dilakukan dengan pola perlakuan panas kelima .


KESIMPULAN

Bentuk struktur mikro logam paduan Zirkonium basil peleburan, mengalami perubahan bentuk, pada percobaan perlakuan panas untuk setiap kondisi pola perlakuan panas yang dicoba. Kondisi pola perlakuan panas pada percobaan kelima, yaitu pada laju kenaikan temperatur sebesar 400°C/jam, dengan temperatur pemanasan sebesar 1200oC, waktu pemanasan 9 jam dan laju pendinginan 50°C/jam, mengubah bentuk struktur awal bahan yang terdiri dari struktur Dendrit dan Basketweave menjadi struktur dengan bentuk butir Alpha yang equiaxial, dan mempunyai besar butir ASTM no. 9, sesuai dengan spesiftkasi struktur mikro logam Zirkaloy-2.


zirconium zirconium zirconium

Documents