Pujadi1' dan Dimas Irawan2'

10
PENGARUH PENDINGINAN UDARA DALAM PROSES PENCETAKAN TERHADAP MIKROSTRUKTUR BAJA COR STAINLESS TAHAN PANAS SS 309 Pujadi1' dan Dimas Irawan2' ABSTRACT This research is designedto studythe microstructure properties of 309 (HH type) cast stainless steel. The material was manufacturedon an air cooling castingprocess. SS309 AC notation is given to the material to differ itfrom the same material made by mould cooling casting process (SS309 MC). The composition controlduringcastingprocess has proven to ensurebothmaterials having austeniticstructure. TheSS309 AC and SS309 MC austenite microstructure is stabilized with chromium carbide precipitate Cr7C3 around austenite grain boundary and intergranullarly. However the optical microscope test showed the carbide precipitate in SS309 AC is distributedmore homogen than in SS309 MC. Thisstructure isfavorable for heat- resistant cast stainless steel because it acts as austenite stabilizerin high temperature application. Thetensile test shows that the SS 309 AC tensile strength (568.89 MPa) is qualified with the HH grade standard (550 MPa). This value is also better compared with SS309 MC tensile strength (543.9 MPa). TheSS309 MC has bigger carbideprecipitate grain size which reduces its ductility. Kata kunci: Pendinginan udara, mikrostruktur, baja cor tahan panas, SS 309, austenit, presipitat karbida PENDAHULUAN Berbagai aplikasi dalam industri membutuhkan paduan Iogam yang memiliki sifat mekanik baik sehingga mampu mengatasi beban kerja yang dialami oleh peralatan. Industri semen, pengolahan minyak dan industri petrokimia yang membutuhkan material paduan logam dengan variasi sifat mekanik untuk digunakan dalam peralatannya. Salah satu jenis paduan logam yang dibutuhkan adalah paduan logam dengan sifat mekanik yang baik ketika dipergunakan dalam kondisi kerja dengan temperatur tinggi dan beban kerja yang tinggi pula. Baja cor stainless tahan panas tipe HH dikenal sebagai salah satu jenis paduan logam ,} Peneliti PTKMR-BATAN 2) Peneliti PPIN - BATAN. berbasis besi (Fe) yang memiliki sifat mekanik yang baik dan mikrostruktur austenit yang unggul, sangat baik digunakan pada proses industri yang menglami pembebanan berat dan temperatur tinggi. Baja cor stainless grade 309 (SS 309) merupakan salah satu produk baja tipe HH yang memiliki mikrostruktur dominan austenit sehingga banyak digunakan untuk aplikasi seperti tersebut di atas. Sifat mekanik yang tanggguh karena mikrostruktur dominan austenit yang dimiliki baja tipe ini juga didukung oleh adanya presipitasi karbida (NbC, Cr2C3 dll.) atau fasa intermetalik yang terdispersi merata dalam matriks austenit paduan. Munculnya presipitasi karbida yang terdispersi merata amat dipengaruhi oleh proses pendinginan pada saat paduan logam dicetak Pengaruh pendinginan udara dalam proses pencetakan terhadap mikrostruktur (Pujadidan Dimas Irawari) 91

Transcript of Pujadi1' dan Dimas Irawan2'

Page 1: Pujadi1' dan Dimas Irawan2'

PENGARUH PENDINGINAN UDARA DALAM PROSES

PENCETAKAN TERHADAP MIKROSTRUKTUR BAJA COR

STAINLESS TAHAN PANAS SS 309

Pujadi1' dan Dimas Irawan2'

ABSTRACT

This research is designed to studythe microstructure properties of309 (HH type) cast stainlesssteel.The materialwas manufacturedon an air cooling castingprocess. SS309 AC notation is given to the materialto differ itfrom the same material made by mould cooling castingprocess (SS309 MC). The compositioncontrolduringcastingprocess has proven to ensurebothmaterials having austeniticstructure. TheSS309 ACand SS309 MC austenite microstructure is stabilized with chromium carbide precipitate Cr7C3 aroundaustenite grain boundary and intergranullarly. However the optical microscope test showed the carbideprecipitate in SS309 AC is distributedmore homogenthan in SS309 MC. Thisstructure isfavorable for heat-resistant cast stainless steel because it acts as austenite stabilizer in high temperature application. Thetensiletest shows that the SS 309 AC tensile strength (568.89 MPa) is qualified with the HH grade standard(550 MPa). This value is also better compared withSS309 MC tensile strength (543.9 MPa). TheSS309 MChas bigger carbideprecipitate grain size whichreduces its ductility.

Kata kunci: Pendinginan udara, mikrostruktur, baja cor tahan panas, SS 309, austenit, presipitat karbida

PENDAHULUAN

Berbagai aplikasi dalam industrimembutuhkan paduan Iogam yang memilikisifat mekanik baik sehingga mampu mengatasibeban kerja yang dialami oleh peralatan.Industri semen, pengolahan minyak dan industripetrokimia yang membutuhkan material paduanlogam dengan variasi sifat mekanik untukdigunakan dalam peralatannya. Salah satu jenispaduan logam yang dibutuhkan adalah paduanlogam dengan sifat mekanik yang baik ketikadipergunakan dalam kondisi kerja dengantemperatur tinggi dan beban kerja yang tinggipula.

Baja cor stainless tahan panas tipe HHdikenal sebagai salah satu jenis paduan logam

,} Peneliti PTKMR-BATAN2) Peneliti PPIN - BATAN.

berbasis besi (Fe) yang memiliki sifat mekanikyang baik dan mikrostruktur austenit yangunggul, sangat baik digunakan pada prosesindustri yang menglami pembebanan berat dantemperatur tinggi. Baja cor stainless grade 309(SS 309) merupakan salah satu produk baja tipeHH yang memiliki mikrostruktur dominanaustenit sehingga banyak digunakan untukaplikasi seperti tersebut di atas. Sifat mekanikyang tanggguh karena mikrostruktur dominanaustenit yang dimiliki baja tipe ini jugadidukung oleh adanya presipitasi karbida (NbC,Cr2C3 dll.) atau fasa intermetalik yangterdispersi merata dalam matriks austenitpaduan. Munculnya presipitasi karbida yangterdispersi merata amat dipengaruhi oleh prosespendinginan pada saat paduan logam dicetak

Pengaruh pendinginan udara dalam proses pencetakanterhadap mikrostruktur (Pujadidan Dimas Irawari)

91

Page 2: Pujadi1' dan Dimas Irawan2'

dalam pengecoran. Proses pendinginan yanglazim digunakan dalam pencetakan bajaSS 309adalah pendinginan dalam cetakan. Prosespendinginan yang lebih cepat melaluipendinginan udara (pengeluaran baja lebihcepat dari cetakan) diharapkan dapatmenyebabkan perubahan mikrostruktur paduanberupa lebih meratanya distribusi karbida disekitar matriks austenit sehingga sifat mekanikpaduan dapat meningkat. Dalam makalah iniakan dibahas mengenai pengaruh prosespendinginan udara dalam proses pencetakanterhadap mikrostruktur naja cor stainless tahanpanas grade 309.

TINJAUANPUSTAKA

A. Mikrostruktur Paduan Baja StainlessTahan Panas

Paduan baja tahan panas banyakdigunakan dalam berbagai aplikasi industrikarena karakteristiknya berupa kekuatan dankestabilan yang baik dalam aplikasi padatemperatur tinggi. Karakteristik unggul inididukung oleh mikrostruktur austenit paduanyang memiliki kestabilan relatif lebih baikdibanding struktur lain (ferit atau duplex)[l].Dalam proses manufaktur, untuk memperolehpaduan baja stainless dengan mikrostrukturaustenit akan sangat dipengaruhi olehpersentase komposisi unsur pemadu utama(Fe,Cr dan Ni) serta unsur pemadu minor lainyang memiliki peranan penting sebagaipromotor mikrostruktur austenit (N, C dan Mn).Gambar 1 menunjukkan diagram fasa sistemFe-Cr-Ni [2].

Pada umumnya dalam proses manufakturkontrol pembentukan fasa ferit yang tidakdiinginkan dalam baja tahan panas dapatdilakukan dengan memanfaatkan diagramSchoefer (Gambar 2) untuk paduan Fe-Cr-Ni.Rasio komposisi ekuivalen krom (Cre) dan nikel(Nie) dapat memprediksi jumlah persentasevolume fasa ferit yang terbentuk. Rasio ini

92

dapat ditentukanpersamaan :

dengan menggunakan

Crc= %Cr + l,50(%Si) + l,40(%Mo) +

%Nb-4,99

Nic = %Ni + 30(%C) + 0,50(%Mn) +

26(%N-0,02) + 2,77•(1)

Dimana persentase unsur pemadu diberikandalam %berat[l].

% berat/Cr /

v% berat

60

Gambar 1. Diagram Fasa Sistem Fe-Cr-Nipada750°C[2]

Salah satu unsur pemadu minor yangmemiliki peranan penting adalah karbon (C),sebab unsur ini merupakan promotorterbentuknya presipitasi karbida yang memilikiperan penguat fasa austenit pada aplikasi padatemperatur tinggi. Untuk alasan inilah bajastainless tahan panas memiliki persentase Cyang relatif tinggi. Beberapa presipitat karbida

MESIN. Volume 8 Nomor 2. Mei 2006, 91-100

Page 3: Pujadi1' dan Dimas Irawan2'

dan fasa intermetalik yang memiliki perananpenting dalam mendukung kestabilan fasaasutenit dalam aplikasi temperatur tinggi adalahsebagai berikut [2]:

a. Presipitat MX, seperti NbC, NbN, TiN danTiC

b. Fasa Z, seperti Cr2Nb2N2

c. Presipitat M23C6, seperti Cr23C6 dan Fe23C6d. Fasa M6C

e. Fasa Sigma

f. Fasa Laves

10 20 30 40 SO 60 70

% Volume Ferite Terbentuk

Gambar 2. Diagram Schoefer

Presipitat karbida yang terdistribusimerata di sekitar batas butir austenit akan

memperkuat kestabilan paduan selama aplikasipada temperatur tinggi. Selama prosesmanufaktur, terbentuknya presipitat karbidadapat dipengaruhi oleh banyak faktor,diantaranya kecepatan pendinginan.Pendinginan yang lebih cepat (di udara)

dibanding pendinginan yang umum digunakan(di dalam cetakan) diduga dapat menghasilkanpendistribusian presipitat yang lebih meratadalam mikrostruktur paduan.

B. Klasifikasi Paduan Baja Stainless TahanPanas

Berdasarkan standar Alloy CastingInstitute (ACI) paduan baja stainless tahanpanas Fe-Cr-Ni dapat diklasifikasikan menjadi6 (enam) kelas, yaitu [3]:

1. Paduan HE, dengan komposisi 28% Cr dan10% Ni

2. Paduan HF, dengan komposisi 20% Cr dan10% Ni

3. Paduan HH, dengan komposisi 26% Cr dan12% Ni

4. Paduan HI, dengan komposisi 28% Cr dan15%Ni

5. Paduan HK, dengan komposisi 26% Cr dan20% Ni

6. Paduan HL, dengan komposisi 30% Cr dan20% Ni

Sekitar 30% produk baja stainless tahanpanas yang digunakan dalam industrimerupakan baja stainless tipe HH. Paduan tipeHH ini memiliki mikrostruktur austenit serta

mengandung karbida, ferit dan fasa o [4].Berdasarkan standar ASTM paduan ini dapatdiklasifikasikan lebih lanjut menjadi HH tipe Idan HH tipe II. Paduan HH tipe I merupakanpaduan dengan mirostruktur austenit dansebagian ferit, dan biasa digunakan dalamaplikasi dimana muncul perubahan temperaturdan pembebanan, dengan rentang temperaturkerja antara 930°C hingga 1090°C. Sedangkanpaduan HH tipe II merupakan paduan denganmikrostruktur austenit, sehingga memilikiketahanan terhadap kondisi kerja temperaturtinggi hingga 1100 C, serta memiliki ketahanancreep yang baik disebabkan proses presipitasikarbida selama pemanasan dalam aplikasi.

Pengaruh pendinginan udara dalam proses pencetakanterhadap mikrostruktur (Pujadi dan DimasIrawan)

93

Page 4: Pujadi1' dan Dimas Irawan2'

Paduan baja stainless HH tipe II memilikikekuatan tarik sebesar 550 MPa padatemperatur ruang.

TATA KERJA

A. Peleburan (Casting) Paduan

Paduan yang akan digunakan dalampenelitian ini adalah paduan SS309 AC(mengalami pendinginan udara) dan SS309 MC(mengalami pendinginan dalam cetakan) dandibuat melalui proses peleburan dalam cetakanpasir (sand-mould casting). Peleburan paduandilakukan di bengkel peleburan PT. TriekaAimex Cibinong dengan menggunakan tungkuinduksi listrik. Cetakan yang digunakan terbuatdari bahan pasir silika (sand mould). Peleburanbahan baku dilakukan hingga mencapaitemperatur 1625°C, kemudian bahan bakudituang ke dalamcetakan. Beberapa saat setelahcetakan terisi dengan leburan paduan danpaduan telah memperoleh bentuk sesuai polacetakan, maka cetakan pasir dipecah danmaterial dibiarkan mengalami pendinginanudara (SS309 AC). Sebagai kontrol, beberapapaduan dibiarkan mengalami pendinginan didalam cetakan (SS309 MC). Selama prosespeleburan contoh sampel peleburan diambi1untuk diuji komposisi persentase unsurpemadunya.

B. Pengujian dengan Difraksi Sinar-X danMikroskop Optik

Spesimen paduan SS309 AC dan SS309MC dipreparasi dengan menggunakanpemotong dan amplas untuk memperolehspesimen uji dengan permukaan yang halus.Preparasi dilakukan di Laboratorium JurusanMaterials Science Universitas Indonesia.Pengujian dilakukan pada rentang sudut 20antara 40° hingga 120°.

Pengujian difraksi sinar-X dilakukandengan menggunakan alat X-Ray Diffraction

94

Phillips di Laboratorium Materials ScienceUniversitas Indonesia dan laboratorium

Puslitbang Ilmu Bahan BATAN Serpong.Pengujian difraksi sinar-X dilakukan denganmenembakkan berkas sinar-X ke permukaansampel uji, kemudian berkas sinar-X terscbutakan dipantulkan oleh kristal-kristal dalamsampel uji ke sudut-sudut tertentu sehinggapada sudut-sudut tersebut detektor akanmenangkap cacah sinar-X yang tinggi danmenimbulkan puncak-puncak grafik. Data yangdiberikan oleh sistem komputer adalah grafikdifraksi pada rentang sudut 26 disertai dengankisi kristal (d) pada puncak-puncak grafik.Setelah data diperhalus dengan software APD-Philips, jenis fasa atau struktur kristal penyusunlogam dapat ditentukan denganmembandingkan data sudut puncak grafikdifraksi dan kisi kristal dengan database dalamsoftware PCPDF-WIN (database JCPDS). Dariuji difraksi sinar-X ini dapat ditentukan jenismikrostruktur atau fasa yang terbentuk di dalampaduan / sampel uji.

Untuk mendukung pengujian difraksisinar-X, dilakukan pengujian mikrostrukturdengan mikroskop optik. Preparasi sampeldilakukan dengan pemotongan, mounting danpemolesan sampel, dilanjutkan dengan prosesetsa menggunakan etchant Kalling yang terdiridari campuran l,5gram CuCl2, 33ml etanol,33ml H20 dan 33ml HC1. Proses etsa dilakukanselama 10 hingga 15 detik.Proses dilanjutkandengan pengambilan foto mikro menggunakanmikroskop optik Wild Heerbrugg Type 162065dan Letz Wetzlar Tipe 963194 dengan kameradigital Nikon terintegrasi dan sumber cahayaWild MPS 15 Semiphotomat. Perbesaran yangdipilih adalah 50X, 200X dan 500X. Prosespengujian dengan mikroskop optik dilakukan dilaboratorium LUK-BPPT Serpong.

C. Pengujian Tarik

Sampel hasil peleburan dilakukanpengujian kekuatan tarik dengan menggunakan

MESIN. Volume 8 Nomor2, Mei 2006, 91 - 100

Page 5: Pujadi1' dan Dimas Irawan2'

alat uji tarik Schenk-Trebel dengan preparasipembentukan sampel benda uji sesuai standarASTM A.536-84, seperti disajikan olehGambar 3. Pengujian ini dilakukan untukmengetahui yield strength paduan SS309 ACdan SS309 MC.

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Uji Komposisi Hasil Pengecoran denganPendinginan Udara

Material dibuat dari bahan baku scrap

baja stainless ditambah dengan unsur-unsurpemadu lainnya. Seluruh bahan baku inimengalami proses peleburan hingga mencapaisuhu 1625°C. Sebelum dilakukan penuangan kedalam cetakan pasir yang telah disiapkan,terhadap paduan cair yang siap dituang tersebutdilakukan pengujian komposisi untukmemaslikan bahwa paduan hasil cetakannantinya akan memiliki komposisi yangmemenuhi persyaratan baja stainless tipe HH.

Hasil komposisi paduan materialSS309hasil cetak disajikan dalam Tabel 1.

60

^ ^

d=10r ">

30 50 30

(satuan dalam mm)

Gambar 3. Ilustrasi Spesimen Uji Tarik

Tabel 1. Hasil Uji Komposisi Material SS309 Hasil Pengecoran

Unsur Pemadu %

C 0,4176

Si 1,8140

Mn 1,0030

P 0,0265

S 0,0150

Cr 26,5200

Mo 0,3101

Ni 12,6900

Al 0,0428

Co 0,2031

Cu 0,1463

Nb 0,2190

Ti 0,0433

Unsur Pemadu %

V 0,0554

W 0,0947

Pb 0,0030

Sn 0,0657

As 0,0093

Ca 0,0002

Ce 0,0080

Se <0,0050

fa 0,0119

B 0,0012

N 0,0907

Fe 56,2000

Pengaruh pendinginan udara dalam proses pencetakanterhadap mikrostruktur (Pujadidan Dimas Irawan)

95

Page 6: Pujadi1' dan Dimas Irawan2'

Dari hasil uji komposisi terlihat bahwakomposisi material SS309 hasil pencetakantelah memenuhi syarat sebagai baja stainlesstahan panas Fe-Cr-Ni tipe HH dengankomposisi unsur Fe (56,2000%), komposisiunsur Cr (26,5200%) dan Ni (12,6900%).Dengan memanfaatkan persamaan rasiokomposisi ekuivalen unsur Cr dan Ni (pers. 1),serta diagram Schoefer (Gambar1) dapat didugafasa ferit yang terbentuk dalam paduan adalahsebagai berikut:

Cre = %Cr + 1,50(%Si) + 1,40(%Mo) + %Nb-4,99

= (26,5200)+.1,50(1,8140) +l,40(0,3101) + 0,2190-4,99

= 24,9041

Nie = %Ni + 30(%C) + 0,5(%Mn) + 26(%N-0,02) + 2,77

= 12,6900 + 30(0,4176) + 0,5(1,0030) +26(0,0907-0,02) + 2,77

= 30,3277

<» 1400Q.

3> 1200(02 1000

C 800

Crc/Nie= 24,9041/30,3277= 0,8211

Nilai rasio ini (Cre/Nic = 0,8211) jikadilihat dalam diagram Schoefer (Gambar 2)menunjukkan fasa ferit yang terbentukmendekati 0%, sehingga paduan SS309 hasilpengecoran akan memiliki mikrostrukturaustenit sempurna.

B. Uji Difraksi Sinar-X dan AnalisaMikrostruktur

1) Sampel SS309 Hasil Pendinginan Udara(SS309AC)

Hasil uji difraksi Sinar-X untukmenentukan struktur paduan SS309 hasilpendinginan udara ditunjukkan oleh Gambar 4dan Tabel 2. Dari hasil analisa XRD,didapatkan bahwa material SS309 hasilpendinginan udara tersusun dari matriksAustenit (y-Fe,Ni) ditandai dengan munculnya4 puncak difraksi. Matriks austenit diperkuatdengan hadirnya karbida primer Cr7C3 sepertiditunjukkan oleh puncak difraksi pada sudut45,927°. Dari data difraksi sinar-X juga terlihat

Gambar 4. Data Difraksi Sinar-X Sampel SS309 Hasil Pendinginan Udara

96 MESIN, Volume 8 Nomor 2. Mei 2006, 91 - 100

Page 7: Pujadi1' dan Dimas Irawan2'

terdapat puncak pada sudut 83,360° yangmenunjukkan material mengandung karbidaNbC. Baik Cr7C3 maupun NbC adalah jeniskarbida yang muncul sebagai peningkatketahanan creep material dalam penggunaantemperatur tinggi.

2) Sampel SS309 Hasil PendinginanCetakan (SS309 MC)

Hasil uji difraksi Sinar-X untukmenentukan struktur paduan SS309 hasil

pendinginan cetakan ditunjukkan oleh Gambar5 dan Tabel 3. Dari hasil analisa XRD,didapatkan bahwa material SS309 hasilpendinginan cetakan tersusun dari matriksAustenit (y-Fe,Ni) ditandai dengan munculnya4 puncak difraksi. Matriks austenit diperkuatdengan hadirnya karbida primer Cr7C3 sepertiditunjukkan oleh puncak difraksi pada sudut46,370°. Berbeda dengan hasil pendinginanudara, sampel SS309 MC tidak menunjukkanadanya karbida NbC dari hasil pengujiandifraksi sinar-X.

Tabel 2. PolaDifraksi Sinar-X Sampel SS309 Hasil Pendinginan Udara

No.Data Terukur Analisa Struktur

20 d-value Fasa No. JCPDS

1 45,927° 2,29270 Cr7C3 11-0550

2 51,049° 2,07584 (y-Fe,Ni) dan (Fe,C) 47-1417

3 59,453° 1,80388 (y-Fe,Ni) dan (Fe,C) 47-1417

4 83,360° 1,34514 NbC 10-0181

5 89,348° 1,27225 (y-Fe,Ni) dan (Fe,C) 47-1417

6 111,007° 1,08532 (y-Fe,Ni) dan (Fe,C) 47-1417

1200

1000

—. 800COao

<0 600

£ 400

200

120

Gambar 5. Data Difraksi Sinar-X Sampel SS309 Hasil Pendinginan Cetakan

Pengaruh pendinginan udaradalamprosespencetakanterhadap mikrostruktur (Pujadi dan Dimas Irawan)

97

Page 8: Pujadi1' dan Dimas Irawan2'

Hasil uji pola difraksi sinar-Xmemperlihatkan bahwa kedua paduanSS309AC clan SS309MC memiliki mikro

struktur yang mirip, yailu matriks austenit(y-Fe,Ni) dan (Fe,C) dengan disertai munculnyapresipitat O7C3 yanng merupakan presipitat

karbida yang dapat meningkatkan sifat mekanikpaduan terutama kekuatan creep paduan padaaplikasi temperatur tinggi. Perbedaan mikrostruktur paduan SS309AC dan SS309MC akanterlihat dari hasil pengujian metalografi, sepertiditunjukkan Gambar 6 dan 7.

98

Tabel 3. Pola Difraksi Sinar-X Sampel SS309 Hasil Pendinginan Cetakan

No.Data Terukur Analisa Struktur

29 d-value Fasa No.JCPDS

1 46,370° 2,27196 Cr7C3 11-0550

2 51,382° 2.06329 (y-Fe,Ni) dan (Fe,C) 47-1417

3 59,781° 1,79492 (y-Fe,Ni) dan (Fe,C) 47-1417

4 89,997° 1,26502 (y-Fe,Ni)dan(Fe,C) 47-1417

5 111,031° 1,08517 (y-Fe,Ni)dan(Fe,C) 47-1417

(a), perbesaran 50x

• Vt ^ , , :tjs ... v, - ......... ,

(c). perbesaran 50x

karbida

(b). perbesaran 500x

•.a _<austenit *&

vv '4 r" karbida •

? Wbutir' ,---. , i/ •

(d). perbesaran 200x..::;

Gambar 6. Hasil Metalografi Sampel SS 309 Hasil PencetakanMetode Pendinginan Udara

MESIN, Volume 8 Nomor 2, Mel 2006. 91 - 100

Page 9: Pujadi1' dan Dimas Irawan2'

(a), perbesaran 50x

(c). perbesaran 200x

(b). perbesaran 500x

r austenHf ~*-

is-

(d). perbesaran 500x

Gambar 7. Hasil Metalografi Sampel SS 309 Hasil PencetakanMetode Pendinginan Dalam Cetakan

Hasil uji metalografi memperlihatkanpada paduan SS309AC presipitat primermuncul di sepanjang batas butir austenit dansebagian muncul di dalam butir austenit(intragranular). Sedangkan pada paduanSS309MC terlihat sebagian besar karbidamuncul di batas butir austenit denganpresipitasi intragranular yang lebih sedikit, sertapada beberapa lokasi terlihat presipitasi karbidatumbuh menjadi butir-butir dengan ukuranbesar sebagai konsekwensi pembekuan yanglebih lambat.

Hasil uji ini memperlihatkan bahwaproses pendinginan dalam proses pencetakanpaduan SS309 dapat mempengaruhimikrostruktur paduan yang dihasilkan. Dimanapaduan dengan pendinginan udara akanmengalami pendinginan relatif lebih cepat,

sehingga presipitat karbida tersebar lebihmerata di sekitar batas butir austenit danintragranular serta dengan ukuran butir yanglebih kecil. Menurut Sowmail pendistribusianmerata karbida seperti Cr7C3 dan NbC yangmuncul pada matriks austenit paduan bajaSS309 AC akan memberikan penguatan utamapaduan tersebut [2].

C. Uji Tarik

Hasil Uji tarik paduan SS309 AC danSS309 MC seperti ditunjukkan pada Tabel 4memperlihatkan bahwa kedua paduan memilikikemampuan yang sedikit berbeda, yaitu 568,89MPa untuk SS309 AC dan 543,9 MPa untukSS309 MC.

Pengaruh pendinginan udara dalam proses pencetakanterhadap mikrostruktur (Pujadi dan Dimas Irawan)

99

Page 10: Pujadi1' dan Dimas Irawan2'

Tabel 4. Hasil Uji Tarik Paduan SS309 AC dan SS309 MC

MaterialGaya Max

(kN)Kekuatan Tarik

(Mpa)Elongasi

(mm)Strain

(%)

SS309 AC 44,75 568,89 7,45 14,90

SS309 MC 41,75 543,90 7,10 14,20

Kekuatan tarik yang dimiliki paduanSS309 AC sebesar 568,89 MPa menunjukkanbahwa paduan ini memiliki kekuatan tarik yangmemenuhi syarat baja stainless tahan panas tipeHH2 sebesar 550 MPa. Perbedaan kekuatan

tarik ini diduga dipengaruhi juga olehpendistribusian presipitat karbida yang lebihmerata sebagai hasil proses pendinginan udarayang lebih cepat dibanding pendinginan didalam cetakan. Menurut Davis pertumbuhanpresipitat karbida akan menyebabkan paduanbaja tipe HH kehilangan keuletan [3], hal initampak pada paduan baja SS309 MC yangmemiliki presipitat karbida dengan ukuran butirlebih besar memiliki kekuatan tarik yang lebihrendah.

KESIMPULAN DAN SARAN

• Proses pendinginan yang lebih cepatdengan menggunakan teknik pendinginanudara dalam proses pencetakan baja tahanpanas grade 309 menghasilkan paduanSS309 AC yang memiliki mikrostrukturaustenit dengan presipitat karbida yangtersebar lebih merata dibanding denganpembuatan dengan pendinginan dalamcetakan. Mikrostruktur ini lebih disukai

karena akan meningkatkan sifat mekanikpaduan terutama dalam aplikasi industridengan pembebanan berat dan temperaturtinggi.

• Hasil uji difraksi sinar-X dan mikroskopoptik menunjukkan paduan SS309 ACmemiliki matriks austenit denganpresipitasi karbida Cr?C3 dan NbC yangterdistribusi merata di batas butir.

100

Sedangkan paduan SS309 MC memilikimikrostruktur austenit dengan presipitatkarbida Cr7C3 yang tumbuh mengelompokdengan ukuran butir lebih besar.

Presipitat karbida yang terdistribusi meratapada paduan SS309 AC menyebabkanpaduan ini memiliki keuletan dan kekuatantarik (568,89 MPa) yang lebih baikdibanding paduan SS309 MC (543,9 MPa).

Hasil pengujian menunjukkan paduanSS309 AC memiliki mikrostruktur dan sifat

mekanik yang relatif lebih baik dibandingpaduan SS309 MC, sehingga memenuhisyarat untuk digunakan dalam aplikasiindustri dengan pembebanan berat dantemperatur tinggi.

DAFTARPUSTAKA

1. Blair, M., "Metals Handbook Volume 1 -Properties and Selection : Irons, Steelsand High-Performance Alloys", 10"'Edition, Steel Founder's Society ofAmerica, 1990

2. Sourmail, T., "Precipitation in CreepResistant Austenitic Stainless Steel",Cambridge, 2001.

3. Davis, J.R., "ASM Specialty Handbook -Stainless Steel", ASM InternationalHandbook Committee, Ohio, 1994

4. Adnyana, D.N., "Modul PelatihanPemahaman Logam dan Paduan UntukAplikasi Praktis - Logam dan Paduan",Forum Peneliti UPT-LUK BPPT, Serpong,1999.

MESIN, Volume 8 Nomor 2, Mei 2006, 91 - 100