Akhmad Mardhani

3334111105

Teknik Metalurgi Universitas Sultan Ageng Tirtayasa

11/11/2015 1

Pendahuluan

Rumusan Masalah

Tujuan Penelitian

Ruang Lingkup Penelitian

Metode Penelitian

Hasil dan Pembahasan

Kesimpulan

Saran

Daftar Pustaka

11/11/2015 2

Source : BPPN Badan Pusat Statistik (Statistics Center

Bureau)

Berdasarkan data Sistem Informasi Rumah Sakit (SIRS), angka insiden patah tulang paha atas

tercatat sekitar dua ratus dari seratus ribu kasus pada wanita dan pria di atas usia 40 tahun

diakibatkan Osteoporosis. WHO menunjukkan bahwa 50% patah tulang paha atas ini akan menimbulkan kecacatan seumur hidup dan menyebabkan angka kematian mencapai 30%

11/11/2015 3

Permintaan untuk mengganti jaringan yang rusak meningkat

Pengembangan dari material untuk aplikasi biomedis sangat penting

Gambar 1. Hip Joint Prosthesis

11/11/2015 4

3 elemen dasar paduan cobalt-chromium-

molybdenum

Chromium ditambahkan untuk meningkatkan

ketahanan korosi

Molybdenum ditambahkan untuk

menghasilkan struktur butir yang halus dengan

kekuatan tinggi setelah cor atau tempa

Karbon berfungsi sebagai penyetabil fcc dan

pembentuk fasa kedua

Nitrogen berfungsi sebagai menstabilkan fasa

intermetalik dan meningkatkan pengerjaan

panas dan sifat mekanik dari paduan

ASTM : F75, F799

F 799

Tabel 1. Fasa Terbentuk Pada As-Cast Paduan Co-Cr-Mo

Authors Phase C N Si Mn

S. Mineta et al.

2012

M23X6-type

and η type

0.25 - - -

Narushima. 2015 M23X6 0.16 0.13 - -

Alfirano. 2011 M23X6-type

and η type

0.23, 0.25,

0.26

- 0.96, 0.11, 0.98,

0.09

0.08, 0.97. 1.02,

0.039

Tabel 2. Fasa Terbentuk Pada Heat Treatment Paduan Co-Cr-Mo

Authors Phase Temperature/K Time/s

Caudillo. 2002 M23X6-type and σ type 1493 3600

S. Mineta et al. 2010 M23X6-type and σ type 1473

1548

43200

Lee Sang Hak. 2008 σ type 2192 900

11/11/2015 5

Tabel 3. Pengaruh Penambahan N Paduan Co-Cr-Mo Terhadap Struktur mikro

Authors Element Alloy Effect on microstructure

Sang Hak Lee et al.

2008

N Co-Cr-Mo Penstabil fasa γ

Yamanaka Kenta. 2014 N Co-Cr-Mo Peningkatan Keuletan

11/11/2015 6

Tabel 4. Fasa Terbentuk Pada Pengerjaan Panas

Penulis Presipitat C N Si Mn

Kenta Yamanaka et al M23X6-type and σ type 0,02 - 0,15 <0,03

Yoshimitsu Okazaki M23X6-type 0,26 - 0,6 0,6

•Pengaruh presipitat paduan Co-Cr-Mo penambahan nitrogen hasil hot working perlu

adanya kajian lebih mendalam

• Bagaimana pengaruh pengerjaan panas

terhadap struktur mikro dan mampu bentuk

terhadap sampel as cast, homogenisasi, dan

rolling

• Bagaimana pengaruh temperatur dan nitrogen

terhadap sifat mekanik

• Bagaimana pengaruh nitrogen dan temperatur

terhadap fasa kedua yang terbentuk

11/11/2015 7

Untuk mengetahui pengaruh pengerjaan panas

terhadap struktur mikro, fasa yang terbentuk,

sifat mekanik paduan kobalt dengan

perbedaan temperatur rolling dan komposisi

nitrogen.

11/11/2015 8

Paduan F75

0,25C - 63,55% Co - 28% Cr - 6% Mo - 0,8% Si - 0,8% Mn - 0,4% Fe - 0,2% Ni - 0N

0,25C - 63,55% Co - 28% Cr - 6% Mo - 0,8% Si - 0,8% Mn - 0,4% Fe - 0,2% Ni – 0,2N

Variasi Temperatur

1. 1000 o C

2. 1100 o C

3. 1200 o C

Sampel

11/11/2015 9

Sampel As Cast

Homogenisasi T 1200 o C

Rolling 90%

Gambar 2. Skema Pemotongan Sampel

Spesimen berupa ingot yang berasal dari Yoneda Advance

Casting co. Ltd Takaoka, Jepang hasil investment casting.

Dipotong hingga berdimensi 15 x 15 x 15 mm menggunakan

mesin potong yang dilakukan di laboratorium metalurgi untirta

11/11/2015 10

Gambar 3. Tube Furnace

Proses homogenisasi dengan temperatur 1200oC ditahan selama 6

jam dan pendinginan dalam tungku sampai mencapai temperatur

kamar.

Proses heat treatment dilakukan dengan 3 variasi temperatur

yaitu 1000oC, 1100oC dan 1200oC dan proses rolling dilakukan

hingga mencapai persen reduksi 90%.

11/11/2015 11

Gambar 4. Mesin Rolling

Masukkan sampel paduan Co-Cr-Mo kedalam Tube Furnace

Menyalakan temperatur sampai temperatur yang ditentukan

(1000, 1100, 1200oC) ditahan selama 1 jam

Melakukan proses rolling

Pendinginan menggunakan metode quench dengan media air.

11/11/2015 12

Mounting dengan resin

Grinding dengan 80-1200

Polishing dengan micropolish

alumina 5, 1, 0.3 µ

Electrolytic etsa 10% H2SO4

dan 90% metanol dengan dialiri

listrik 6 volt selama 45 detik

11/11/2015 13

Menggunakan metode

Rockwell Hardness Test

Pembebanan sebesar 1471N

Dilakukan diLembaga Ilmu

Pengetahuan Indonesia (LIPI)

Serpong.

11/11/2015 14

Rectifier Platina

Sampel

H2SO4 dan

Aquades

Sampel untuk ekstrak dilakukan dengan

cara electrolitically extracted dalam

10% H2SO4 dan 90% aquades dengan

dialiri listrik 3 volt yang diatur

menggunakan rectifier selama kurang

lebih satu jam11/11/2015 15

Pengatur udara

Filter

Pompa

Vacuum

Membran filter

Gelas ukur

11/11/2015 16

Dari hasil proses ekstrak didapatkan larutan

H2SO4 dan aquades yang tercampur

ion-ion yang tersebut disaring dengan

kertas saring ukuran 0,2 mikron dalam

keadaan vakum

presipitat yang telah tersaring tersebut

dilakukan analisa fasa menggungakan X-

Ray Diffraction merk XRD PANalytcial

EMPYREAN

1. Struktur Mikro

Sampel 0,25C 0N

11/11/2015 17

As-Cast

Homogenisasi

Gambar 5. Struktur Mikro Menggunakan Optical Microscope dan SEM

Gambar 6. Struktur Mikro Dengan Menggunakan Optical Microscope dan SEM

11/11/2015 18

R= 90%

T= 1000oC

R= 90%

T= 1100oC

R= 90%

T= 1200oC

Sampel 0,25C 0,2N

11/11/2015 19

As-Cast

Homogenisasi

Gambar 7. Struktur Mikro Dengan Menggunakan Optical Microscope dan SEM

11/11/2015 20

R= 90%

T= 1000oC

R= 90%

T= 1100oC

R= 90%

T= 1200oC

Gambar 8. Struktur Mikro Dengan Menggunakan Optical Microscope dan SEM

(a)

2. XRD

(b)

11/11/2015 21

(c) (d)

Gambar 9. Pola Difraksi XRD Paduan Co-Cr-Mo Sampel (a) As-cast, (b) Homogenisasi,

(c) Rolling Panas Paduan Co-Cr-Mo 0N T1000oC, 1100oC, 1200oC, (d) Rolling Panas

Paduan Co-Cr-Mo 0,2N T1000oC, 1100oC, 1200oC 11/11/2015 22

Gambar 10. Pengaruh Temperatur dan

Nitrogen Terhadap Fasa yang Terbentuk

11/11/2015 23

Penambahan nitrogen dapat

mencegah terbentuknya fasa

intermetalik

Semakin tinggi temperatur

presipitat semakin larut

Fasa M23C6 merupakan fasa

dominan yang muncul

Fasa σ menyebabkan kerapuhan

25

30

35

40

45

50

55

60

as cast homogen rolling T1000 Rolling T1100 Rolling T1200

HR

C

Hasil Uji Kekerasan

0,25C 0N

0,25C 0,2N

No SampelAs

cast

Homogenis

asi

Rolling

T 1000oC T1100oC T1200oC

1 0,25C 0N 34,3 33,4 51,7 55 55,2

2 0,25C 0,2 N 36 35,6 48,2 51,8 56

3. Kekerasan

Gambar 11.. Hasil Uji Kekerasan Sampel Paduan Co-Cr-Mo (0N, 0.2N)

11/11/2015 24

4. Uji Tarik

0.00

500.00

1000.00

1500.00

as cast rolling

Max S

tres

s (N

/mm

2)

Hasil Uji Tarik

0,25C 0N

0,25C 0,2N

No Sampel

Elastic

StressMax Force Max Stress Max Strain Thickness Width

N/mm2 N N/mm2 % mm Mm

1

0,25C;0N 92734,6 5645,91 1244,3 3,603 2,023 2,24

2 0,25C;0,2N 92961,8 5400,61 1170,66 4,779 2,043 2,256

Gambar 12. Tegangan Tarik Hasil Uji Tarik Sampel Paduan Co-Cr-Mo (0N, 0.2N)

Tabel 1. Tabel Kuantitatif Hasil Pengujian Tarik Sampel Hasil As Cast

11/11/2015 25

Gambar 13. Elongasi Hasil Uji Tarik Sampel Paduan Co-Cr-Mo (0N, 0.2N)

No Sampel

Elastic

StressMax Force

Max

StressMax Strain Thickness Width

N/mm2 N N/mm2 % Mm mm

1 0,25C;0N 68287,3 1477,63 845,769 7,075 1,213 1,503

2 0,25C;0,2N 38582,800 1995,42 662,575 8,039 2,053 1,51

0.000

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

as cast Rolling

Max S

train

(%

)

Hasil Uji Tarik

0,25C 0N

0,25C 0,2N

Tabel 2. Tabel Kuantitatif Hasil Pengujian Tarik Sampel Hasil Rolling

11/11/2015 26

Pengaruh temperatur dapat melarutkan fasa yang terbentuk, semakin tinggi

temperatur jumlah presipitat semakin sedikit yang disebabkan karena presipitat

larut sebagian. Fasa yang terbentuk paling dominan adalah fasa M23C6.

Kandungan nitrogen dapat meningkatkan aktifitas karbon, penambahan nitrogen

dapat menekan pembentukan fasa intermetalik. Adapun fasa yang terbentuk adalah

fasa M23C6, fasa M12C (fasa η), dan fasa σ (Co-Cr).

Hasil kekerasan paduan Co-Cr-Mo meningkat seiring semakin tingginya temperatur

dan penambahan nitrogen, hal ini disebabkan karena adanya atom nitrogen yang

berdifusi secara intertisi mengisi kekosongan atom Co, dimana atom N lebih kecil

dari nomor atom Co. Nilai kekerasan yang paling tinggi terdapat pada sampel

kandungan 0,2 N dengan temperatur 1200 o C yaitu sebesar 56HRC

Penambahan nitrogen meningkatkan persen elongasi, karena unsur N menghambat

fasa γ ke fasa ε. Sehingga keuletan meningkat

11/11/2015 27

Pada saat preparasi spesimen awal, ukuran spesimen

dibuat berbentuk balok agar mempermudah untuk

proses rolling

Dilakukan pengujian korosi, dan pengujian keausan

untuk mengetahui ketahanan paduan Co-Cr-Mo

11/11/2015 28

Alfirano. 2007. Analisa Sifat Mampu Tempa Paduan C0-30%Cr-5%Mo Dengan Penambahan Si Dan Mn. ITB. Bandung

Alfirano et al. 2011. Precipitates in As-Cast and Heat-Treated ASTM F75 Co-Cr-Mo-C Alloys Containing Si or Mn

Alfirano et al. 2012. Precipitates in Biomedical Co-Cr-Mo-C-N-Si-Mn Alloys.

ASM Handbook Vol. 9, 2004. Metallography and Microstructures. ASM International. p. 762–774

ASM Speciality Handbook. Heat-Resistant Materials

Asfarizal. 2008. Peningkatan kekerasan dengan metoda karburasi pada baja karbon rendah dengan media kokas. No 30 vol 1

tahun XV November 2008.

Avner, Sidney H. 1982. Introduction to Physical Metallurgy. Second Edition McGraw-Hill International Book Company.

Tokyo

Bellefontaine George. 2010. The Corrosion of Co Cr Mo Alloys for Biomedical

Biomechanics of Hip and Knee Prostheses. Jorge Alvarado, Ricardo Maldonado, Jorge Marxuach and Ruben Otero.

December 2003, Application of Engineering Mechanics in Medicine, GED-University of Puerto Rico Mayaguez, p 10

Caudillo et al. 2001. On Carbide Dissolution in An As-Cast ASTM F-75 Alloy. John Wiley & Sons, Inc.

Chiba, Kazushige kumaga, Hiroe takeda, and Naoyuki nomura. 2005. Mechanical Properties of Forged low Ni and C-

containing Co-Cr-Mo Biomedical Implant Alloy. Materials Science Forum Vols. 475-479 (2005) pp 2317-2322

In Biological Performance of Materials : Fundamentals of Biocompability. Black. 1992, Marcel Decker Inc, New York.

Kenta Yamanaka, Manami Mori, Akhiko Chiba. 2014. Effects of nitrogen additionon microstructure and mechanical behavior of biomedical Co–Cr–Mo alloys.

Lee Sang-Hak et al. 2006. Effect of Carbon Addition on Microstructure and Mechanical Properties of a Wrought Co–Cr–Mo Implant Alloy. The Japan Institute of Metals

11/11/2015 29

Lee Sang-Hak, N. Nomura, A. Chiba, 2008, Significant Improvement in Mechanical Properties of Biomedical Co-Cr-Mo

Alloys with Combination of N Addition and Cr- Enrichment, Materials Transactions, vol 49, No. 2, pp. 260-264.

Mitsuo Niinomi, Takao Hanawa, Takayuki Narushima. April 2005. Japanese Research and Development on Metallic

Biomedical, Dental and Healthcare Materials, p 21

Mineta Shingo et al. 2010. Carbide Formation and Dissolution in Biomedical Co-Cr-Mo Alloys with Different Carbon

Contents during Solution Treatment. The Minerals, Metals & Materials Society and ASM International

Mineta Shingo et al. 2012. Phase and Formation/Dissolutios in Biomedical Co-Cr-Mo Alloys with Nitrogen Addition. Japan

Mineta Shingo et al. 2012. Precipitates in Biomedical Co-28Cr-6Mo-(0–0.41)C Alloys Heat-Treated at 1473 K to 1623 K

(12000C to 13500C). The Minerals, Metals & Materials Society and ASM International

Mechanical Properties of Forged Low Ni and C Containing Co-Cr-Mo Biomedical Implant Alloy. Chiba A, Kumakagai

K, Takeda H, Nomura N. 2005, Mater Sci Forum, p 475-479; 2317-2322

Narushima et al. 2015. Co-Cr Alloys as Effective Metalic Biomaterials

Okazaki Yoshimitsu.2008. Effects of Heat Treatment and Hot Forging on Microstructure and Mechanical Properties of Co-

Cr-Mo Alloy for Surgical Implants

Prasetyo Agung. 2010. Pengaruh Variasi Kandungan Silikon Terhadap Korosi Paduan Kobalt (ASTM F 75) Hasil Metalurgi

Serbuk dalam Larutan Artificial Blood Plasma dengan Teknik Polarisasi Potensiodinamik dan Teknik Exposure. FT UI.

Depok

Prihantoko Adi. 2011 Characterization of CoCrMo alloy with titanium nitride and hydroxyapatite-chitosan coating. IPB

Pengganti Fungsi Tulang Pada Tubuh Manusia. Seminar Material Metalurgi. Serpong

Ratner, Buddy. 1996. Biomaterial Science: An Introduction to Material in Medicine. California: Academic Press

Smallman R E dan Bishop R J. 2000. Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa

Material Edisi 6. Erlangga. Jakarta

Williams, D. F. (1987). “Definitions in Biomaterials. Proceedings of a Consensus Conference of the Society for

Biomaterials”. Chester. England. 3-5 Maret 1986. Volume 4. New York: Elsevier

Yuswono. 2005. Pembuatan Logam Paduan Biocompatibel (Co-30%Cr-5%Mo) Melalui Pengerjaan Tempa. Seminar

Material Metalurgi. LIPI

11/11/2015 30