Friday, May 15, 2009

ANALISA STRUKTUR MIKRO PADA PENGELASAN 17-4 PH DENGAN TIG

Oleh : Efendi Mabruri

Heat input pada waktu pengelasan menyebabkan daerah base metal di sekitar logam las (fusion zone) menerima panas yang tinggi dan menyebabkan perubahan struktur mikro pada daerah ini yang disebut HAZ (Heat Affected Zone). Sehingga setelah pengelasan (as-weld) akan terbentuk tiga daerah yang berbeda berdasarkan struktur mikro yaitu fusion zone, HAZ dan base metal. Struktur mikro base metal 17-4 PH adalah sepenuhnya martensit pada kondisi anil dan pada kondisi aging terdiri dari martensit + fasa presipitat kaya kandungan Cu (Cu-rich presipitates). Setelah pengelasan, struktur mikro fusion zone (menggunakan filler AWS ER 630) berupa martensit dan beberapa persen (sekitar 3-8%) ferit. HAZ memiliki struktur mikro seperti base metal dan dapat dicirikan oleh adanya:

  • Pertumbuhan butir (grain growth)

  • Meningkatnya jumlah ferit pada daerah yang sangat dekat dengan batas lelehan (fusion line).

Struktur mikro seperti itu akan menyebabkan penurunan sifat mekanik. Untuk mengatasinya maka perlu dilakukan perlakuan panas setelah pengelasan (PWHT-Post Weld Heat Treatment). PWHT juga diperlukan untuk menghilangkan tegangan sisa (stress relieving) yang terbentuk akibat pengelasan. Dengan mempertimbangkan ketebalan benda kerja yang 4 mm dan multipass welding, PWHT yang dilakukan adalah:

  • Solution treatment (ST) pada 1035 oC selama 1 jam dan pendinginan udara. Ini akan menurunkan jumlah ferit dan memperkecil ukuran butir pada fusion zone dan HAZ.

  • Aging pada 510 oC selama 2 jam dan pendinginan udara. Ini akan menemper martensit dan juga terjadi precipitation hardening pada fusion zone, HAZ dan base metal.

Thursday, May 14, 2009

Synthesis of Barium Hexaferrite Magnet from the Oxides of Cold Rolling Mill Wastes

Efendi Mabruri


SUMMARY

Barium hexaferrite or BaFe12O19 is the most widely used ceramic magnet for many application and still place the top of global permanent magnet market in term of monetary value and product weight because of inexpensive raw material availability and the simplicity of the process. Research on the synthesis of barium hexaferrite magnet was conducted for getting useful of the oxides of cold rolling mill wastes. The oxides of cold rolling mill wastes were ground in ball mill to decrease the particles size down to -400 meshes. XRD analysis of the oxide powders showed all intensity peaks corresponded with those of Fe2O3. Then the oxides were mixed with BaCO3 at certain composition in ball mill and subsequent calcined to get barium hexaferrite compounds and XRD analysis on powders resulted from mixing and calcining at 1200oC for 3 hours showed all intensity peaks corresponded with those of BaFe12O19. After reground in ball mill to decrease the particles size down to the average of 1,5mm, the barium hexaferrite powders were then pressed and sintered at a range of temperature of 1000, 1100, 1200, 1225, 1250 and 1300oC in air and the influence of sintering temperature and time on magnetic properties and microstructures were studied. The magnetic properties measurement by permagraph showed that Br, Hc and (BH)max of barium hexaferrite increased as sintering temperature raised from 1000oC to 1200oC and decreased at higher temperature of sintering. The increasing of these magnetic properties is related to the increasing of magnet densities as sintering temperature raised up to 1200oC. The grain growth developed after sintering at the temperature over 1200oC to 1300oC characterized by SEM caused the magnetic properties slightly decreased. In the range of experimental parameter used, the higher magnetic properties achieved by magnet sintered at temperature of 1200oC and time of 2 hours.

(Makalah lengkap diterbitkan di Jurnal Elektronika dan Telekomunikasi No.2, Vol.III, Agustus-September 2003)

ANALISA KEGAGALAN SUDU TURBIN TURBOCHARGER


Oleh :

Efendi Mabruri, I.Nyoman G.P.A, Toni B.R., Budi Priyono

Pusat Penelitian Metalurgi - LIPI

Kawasan Puspiptek Gd.470 Serpong, Tangerang 15314

Email: efendi_lipi@yahoo.com



Abstrak

Telah dilakukan investigasi kegagalan sudu turbin pada turbocharger yang beroperasi pada 40.000 rpm. Sudu turbin terbuat dari paduan-super nikel dan pengujian menunjukkan material memiliki komposisi, struktur mikro dan kekerasan yang sesuai. Kerontokan terjadi pada seluruh ujung sudu turbin akibat benturan sedangkan patah terjadi pada salah satu sudu turbin. Terlihat juga adanya retak pada seluruh sudu pada lokasi yang sama dengan lokasi patahnya sudu yang patah. Pengamatan fraktografi pada sudu turbin yang patah menunjukkan kegagalan sudu turbin diakibatkan oleh fatigue akibat tegangan torsi yang dialami sudu selama operasi.


Abstract

The investigation had been carried out on the failure of Ni-base superalloy turbine blades operated at 40.000 rpm. The turbine blade material was found satisfactorily with respect to composition, microstructure and hardness. Fracture occurred on one of the blades. The cracks originated from the edge of the blades observed on several unfractured blades at the same location with the fractured blade. Fractographical examination on fractured blade showed that the failure of the blades was attributed to fatigue, which developed due to concentration of torsional stress experienced to the blades during service.

I. PENDAHULUAN

Pada sistem turbocharger , turbin berfungsi untuk menggerakkan kompresor sehingga dapat menghisap udara atmosfir yang lebih banyak. Turbin ini digerakkan oleh gas buang hasil pembakaran mesin atau motor bakar. Sistem turbocharger ini digunakan untuk meningkatkan jumlah udara atau campuran bahan bakar-udara segar sehingga dapat meningkatkan daya motor sekitar 30-80%. Sebuah sistem mesin yang menggunakan turbocharger secara skematis diperlihatkan oleh gambar 1.Turbin yang digerakkan oleh gas buang ini mengalami putaran yang cukup tinggi yang dapat mencapai puluhan ribu rpm pada suhu yang tinggi pula, sehingga sangat rentan sekali terhadap kelelahan (fatigue) dan oksidasi komponennya terutama sudu turbin. Untuk mengakomodasi masalah ini biasanya sudu turbin terbuat dari material khusus yang dapat bertahan ter hadap oksidasi suhu tinggi dan putaran tinggi seperti baja taha karat austenitik dan paduan super (superalloys).

Suatu kegagalan telah terjadi pada turbin sistem turbocharger jauh di bawah umur normalnya. Turbin tersebut beroperasi padakecepatan putar 40.000 rpm dan seharusnya dapat bertahan sampai umur 10.000 jam. Akan tetapi setelah beroperasi selama 560 jam turbin mengalami kegagalan dan tidak dapat beroperasi kembali. Kegagalan terjadi setelah sebelumnya dilakukan overhaul (in-take manifold dibersihkan). Terdengar suara bising selama lima menit sebelum terjadi kegagalan turbin. Pada tulisan ini akan dipaparkan analisa kegagalan untuk mengetahui jenis kegagalan yang terjadi pada turbin.


Gambar 1. Skematis sistem mesin yang menggunakan turbocharger

(makalah lengkap ada di Prosiding Seminar Metalurgi Nasional ,Jakarta 2003)

Monday, May 11, 2009

MENGENAL JENIS-JENIS MATERIAL (4)

Kali ini saya akan menjelaskan secara singkat tentang apa itu semikonduktor.

SEMIKONDUKTOR
Semikonduktor merupakan material yang memiliki harga resistivitas di antara konduktor dan isolator. Konduktivitas semikonduktor dapat bervariasi di dalam medan listrik tertentu. Di dalam konduktor logam, arus dibawa oleh aliran elektron. Sedangkan di dalam semikonduktor arus bisa dibawa oleh aliran elektron atau oleh aliran lubang bermuatan positif di dalam struktur elektron material. Peralatan semikonduktor meliputi transistor, diaoda termasuk LED (light emitting diode), dan IC analog dan digital. Material semikonduktor yang utama adalah unsur-unsur Silikon dan Germanium yang terikat secara kovalenn dan juga beberapa senyawa kovalen lainnya seperti GaAs, CdTe dan InP. Sebenarnya semikonduktor dapat pula dikatakan sebagai subgroup dari keramik, karena karakteristik ikatan dan sifat-sifat mekaniknya samapa dengan keramik. Dengan pertimbangan kepentingan komersialisasi dari semikonduktor, material ini dikategorikan terpisah dari keramik. Semikonduktor harus diproses dengan teknik tertentu yang menjamin kontrol yang akurat terhadap komposisi dan struktur, karena material ini harus menunjukkan tingkat duplikasi sifat yang tinggi yang dibutuhkan oleh industri mikroelektronik. Kenyataannya, teknik pemrosesan semikonduktor merupakan yang paling canggih diantara teknik pemrosesan material (sebagai contoh, konsentrasi pengotornya cuma beberapa atom untuk setiap miliar atom tuan rumah).
Pada diskusi yang lalu tentang komposit, difokuskan pada penggunaan untuk aplikasi struktur. Sekarang kita perlu juga memahami bahwa peralatan mikroelektronik pada dasarnya juga merupakan komposit dimana dua atau lebih material dengan sifat yang berbeda (konduktor logam, unsur semikondukting aktif, dan isolator keramik) harus digunakan secara sangat berdekatan. Peluang utana dalam bidang mikroelektronik terletak pada miniaturisasi dan fabrikasi peralataan-peralatan di mana komponen-komponennya merupakan struktur komposit dalam skala submikron.