Mikrostruktur Titanium dan Paduannya Tugas Mata Kuliah Analisa Struktur Material Dewi Lestari Natalia (1006704530)
DEPARTEMEN METALURGI DAN MATERIAL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA DEPOK 2013
Mikrostruktur Titanium dan Paduannya Paduannya
Titanium adalah logam yang relatif ringan namun memiliki kekuatan yang tinggi (662 MPa untuk 99% Ti). Titanium merupakan material teknik yang sedang berkembng dan relatif mahal, massa jenisnya sebesar 4,5 gr/cm 3 dengan temperatur lebur ±1670 oC. Titanium memiliki modulus elsatisitas 107 Gpa dan ketahanan fatik yang sangat baik. Selain itu, titanium juga tahan terhadap asam dan air laut serta sangat reaktif jika berikatan dengan O 2 membentuk TiO2 pada suhu tinggi. Sedangkan paduan titanium memiliki karakteristik sangat kuat, mencapai 1400 Mpa, sangat ulet dan mudah di forging serta machining. machining. Titanium memiliki struktur HCP (Hexagonal (Hexagonal Closed Packed ). ). Dengan kekuatan yang tinggi dan ringan, titanium mampu berkompetisi dengan aluminium meskipun harganya lebih mahal daripada aluminium. Titanium berharga mahal karena sangat sulit mengekstraknya menjadi titanium murni dari campurannya. Selain itu bila berada pada suhu tinggi, titanium mengkombinasi dengan oksigen, nitrogen, hydrogen, karbon dan besi sehingga perlu teknik khusus untuk mengecor dan mengerjakan logam. Titanium banyak digunakan untuk komponen yang tahan korosi pada lingkungan kimia seperti larutan klorida danlarutan inorganik klorida, peralatan bedah, alat bantu atau implant di dalam tubuh. Dalam mikrostruktur titanium dan paduannya terdapat beberapa fasa yang muncul saat dilakukan uji metalografi, yaitu: Alpha Structures (α) Martensite
Betha Structure (β) Aged Structure Berikut adalah beberapa contoh mikrostruktur dari titanium dan paduannya beserta fasa-fasa yang terdapat di dalamnya dan sifat-sifat si fat-sifat dari fasa-fasa tersebut:
1. Ti-0.2Pd sheet
iron-
stabilized β
-phase
α
Gambar di atas merupakan paduan lembaran Ti-0.2Pd yang di hot rolled dengan temperatur awal 760 oC, kemudian di annealing selama 2 jam pada suhu 705oC lalu slow cooled (perbesaran cooled (perbesaran 250x). Fasa-fasa:
α-phase Fasa ini adalah butir equaxed pada mikrostruktur. Fasa α muncul ketika terjadi anneal dengan pengerjaan dingin di atas suhu rekristalisasi. Fungsinya adalah sebagai matriks dalam paduan titanium. iron-stabilized β
Fasa β dalam mikrostruktur Ti -0.2Pd ditandai oleh titik-titik hitam yang kecil pada gambar. Fasa ini berfungsi sebagai penstabil besi dalam paduan Ti-0.2Pd.
2. Ti-5Al-2.5Sn
β – phase Platelike
α
Ti-5Al-2.5Sn hot worked dibawah worked dibawah α transus, annealed 30 annealed 30 menit pada 1175 oC.
Di atas β transus didinginkan dalam furnace sampai 790 oC selama 6 jam dan pendinginan furnace sampai temperatur ruang selama 2 jam (perbesaran 100x). Fasa yang terbentuk: Platelike α Terbentuk fasa α yang seperti piringan. Paduan Ti yang mengandung penstabil α adalah Al dan Sn. Fungsi fasa α dengan kandungan Al < 7% dapat meningkatkan kekuatan akibat solid solution strengthening serta kandungan Sn 2.5% dapat meningkatkan kekuatan dan formability.
3. Ti-8Al-1Mo-1V
equiaxed α grains
β - phase
Paduan Ti-8Al-1Mo-1V di forging pada temperatur awal 900°C, dimana merupakan di bawah range temperatur normal untuk paduan forging (perbesaran 250x). Fasa-fasa yang terdapat di dalam mikrostruktur adalah:
Equiaxed α grains (light) dan β – phase (dark) Fasa ini adalah butir equaxed pada mikrostruktur. Fasa α muncul ketika terjadi anneal dengan pengerjaan dingin di atas suhu rekristalisasi. Fungsinya adalah sebagai matriks dalam paduan titanium. Struktur butir equiaxed α terdapat pada matriks dari transformasi fasa β yang berwarna gelap.
4. Ti-6Al-5Zr-4Mo-lCu-0.2Si
Acicular α
α - phase
Mikrostruktur paduan Ti-6Al-5Zr-4Mo-lCu-0.2Si ini merupakan produk hasil casting (as-cast (as-cast ) (perbesaran 500x).
Fasa-fasa yang terdapat dalam
mikrostruktur paduan ini adalah: Acicular α Terbentuk transformasi atau perubahan fasa β yang mengandung acicular α dalam bentuk light platelets. platelets. Acicular α adalah produk transformasi yang paling umum terbentuk oleh pendinginan fasa β. Ini adalah hasil dari nukleasi dan pertumbuhan butir pada bidang kristalografi dari matriks β sebelumnya.
α phase Fasa α dalam mikrostruktur ini berbentuk lembaran ( film ( film)) tipis berwarna terang (light ( light ). ). Fasa α jelas terlihat pada batas butir prior- β. Fungsi fasa α dengan kandungan Al < 7% dapat meningkatkan kekuatan akibat solid akibat solid solution strengthening. strengthening. 5. Ti-6Al-4V
Acicular α
β – phase (dark )
Batangan Ti-6Al-4V, ditahan pada suhu 1065°C selama 1 jam, di atas β transus, dan pendinginan furnace pendinginan furnace (perbesaran 250x). Terbentuk beberapa fasa seperti di bawah ini:
Platelike α (light) Terbentuk fasa α yang seperti piringan berwarna terang. Paduan Ti yang mengandung penstabil α adalah Al dan Sn. Fungsi fasa α dengan kandungan Al < 7% dapat meningkatkan kekuatan akibat solid solution strengthening
Intergranular β (dark) Dalam paduan ini ditemukan fasa i ntergranular β yang ditunjukan oleh garis berwarna hitam pada gambar mikrostruktur. Fasa ini berfungsi untuk hardenability untuk hardenability dan dan forgeability forgeability .
6. Ti-8Al (with 1800 PPM O2) Sheet
α – phase
α precipitate hase
Lembaran paduan Ti-8Al di aging sampai terbentuk endapan α dua fasa. Bagian gelap hasil TEM mengilustrasikan pengendapan fasa α yang berwarna terang pada ,atriks α dengan perbesaran perbesara n 105600x.
7. Ti-6Al-2Sn-AZr-6Mo
Inklusi / pengotor dark oint
α‘ (Martensite)
Gambar di atas merupakan gambar mikrostruktu paduan Ti-6Al-2Sn-Azr6Mo yang telah mengalami forging, forging, lalu solution treatment pada suhu 955°C selama 2 jam, di atas tarsus β dan kemudian di quenching dalam air (perbesaran 500x). Struktur yang dihasilkan sepenuhnya atau keseluruhan
adalah α' atau martensite yang ditunjukan dengan adanya struktur yang hampir keseluruhan berbentuk seperti jarum yang panjang, pipih dan tajam. Martensit merupakan struktur nonequilibrium supersaturated α -type -type yang dihasilkan dari diffusionless (martensitic) transformation dari fasa β.
Martensit tipe α' mempunyai struktur kristal heksagonal yang dihasilkan dari proses quenching. quenching.
***
PHASE DIAGRAMS OF TITANIUM ALLOYS
Gambar 1. Diagram fasa Ti-Pd
Gambar 2. Diagram Fasa Ti-Al
Gambar 3. Digram fasa Al-Mo-Ti
Gambar 4. Diagram fasa Al-Ti-V
***
Referensi ASM Metals Handbook Volume 3 – Alloy Phase Diagram ASM Metals Handbook Volume 9 – Metallography and Microstructures http://www.scribd.com/doc/57158634/Titanium http://blog.ub.ac.id/oktafianita19/files/2 http://blog.ub.ac.id/okta fianita19/files/2013/02/Mate 013/02/MaterialTeknik09th.pdf rialTeknik09th.pdf
