i
PENGARUH TEGANGAN APLIKASI TERHADAP KOROSI
PITTING PADA MATERIAL ALUMINIUM SERI 1100
DENGAN ARAH ROL 900 DI LINGKUNGAN AIR LAUT
SELAMA 504 JAM
Tesis Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Magister dalam Ilmu
Material
Disusun Oleh: Nama: Nurdiansyah NPM: 0606001014
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM PROGRAM STUDI ILMU MATERIAL
UNIVERSITAS INDONESIA 2008
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
v
KATA PENGHANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT, berkat rahmat dan hidayah-Nya, penulis
dapat menyelesaikan tesis dengan judul ”Pengaruh Tegangan Aplikasi Terhadap
Korosi Pitting Pada Material Aluminium Dengan Arah Rol 900 Pada Lingkungan
Air Laut selama 504 Jam”. Sebagai salah satu syarat kelulusan penulis untuk
meraih gelar Magister Ilmu Material.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada kedua orang tua tercinta, adik
dan kakak tersayang yang senantiasa memberikan dukungan dan doa dalam
menyelesaikan tesis ini. Kepada Bapak Prof.Dr.Ir.Johny Wahyuadi S, DEA
sebagai pembimbing tesis, Bapak Dr.Bambang Soegijono sebagai Ketua Program
Studi Ilmu Material, Program Pascasarjana, penulis juga mengucapkan terima
kasih yang sebesar-besarnya kepada tenaga laboran CMPFA Jurusan Teknik
Metalurgi UI Depok yang telah membantu pelaksanaan pengujian laboratorium
dan menjadi sarana diskusi
Mohon maaf atas segala kekurangan dan kesalahan, penulis menerima
saran dan kritik yang membangun dari pembaca agar penulis dapat memeprbaiki
laporan penelitian ini dikemudian hari
Jakarta 22 Juli 2008
Nurdiansyah
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
ii
LEMBAR PERSETUJUAN
Tesis ini telah disetujui oleh:
Prof. Dr.Ir. Johny Wahyuadi S, DEA Pembimbing
Dr. Bambang Soegijono Penguji
Dr Soehardjo Poertaji Penguji
Dr Budhy Kurniawan` Penguji
Dr. Bambang Soegijono Ketua Program Studi Ilmu Material
Program Pascasarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Indonesia Juli 2008
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
iii
A B S T R A K
Paduan Aluminium banyak dipakai hampir seluruh aspek teknologi
industri. Salah satu kerusakan yang sering terjadi dalam pemakaian paduan
aluminium adalah korosi pitting dan korosi retak tegang. Kedua jenis korosi ini
satu sama lain ada keterkaitan untuk bisa merusak permukaan material.
Oleh karena itu Aluminium paduan harus diseleksi untuk mengetahui efek
metalurgi setelah berada pada linkungan korosif seperti air laut sebagai senyawa
yang sering bersinggungan dengan beberapa jenis material terutama aluminium.
Serta diberikan pembebanan secara statik pada permukaan material sesuai dengan
standar ASTM G-39 tentang Preparation and Use Bent-Beam Stress-Corrosion
Test Specime dengan waktu pengujian selama 504 Jam. Metode yang dipilih
adalah Two Point Loaded Speciement. Pengujian ini menggunakan holder sebagai
penahan benda uji sehingga benda uji mendapat tegangan tetap.
Pengamatan terjadinya korosi sumuran dapat dilakukan dengan melihat
secara langsung dan juga dapat diamati dengan SEM. Uji tarik dipakai untuk
mendapatkan Modulus Young benda uji agar diketahui tegangan aplikasi yang
dipakai. Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa tegangan aplikasai dari
17,58 GPa sampai 22,92 Gpa menghasilkan diameter pitting 0,018 mm sampai
0,039 mm serta jumlah korosi pitting dari 2 sampai 9 buah.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
iv
ABSTRACT
Aluminium alloy are used almost all of domain technology industries. One
failures usually to used aluminium alloy is corrosion pitting and stress corrosion
crack. Two kind this corrosion have relation to can failures surface material.
Because Aluminium alloy must be selected to know effect matalurgy after
on a corrosive environment for example marine liquid is compound to usually
interaction with more a kind material (aluminium). And give to bending static at
all of surface specimen. Type which is based on the ASTM G-39. Two point
Loaded Speciment methode is selected with. This test used time for 504 Hours.
This test used Holder span which is support the specimen so that specimen
received outside constant stress.
Tensle stress is used to get Modulus Young value specimen so that to know
applied stress. Result of research can take conclusion are applied stress from
17,58 GPa ntil 22,92 GPa produce pitting diameter 0,018 mm until 0,039 mm and
to produce 2 until 9 corrosion pitting.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
vi
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ............................................................................................ i
LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................ ii
ABSTRAK............................................................................................................. iii
ABSTRACT........................................................................................................... iv
KATA PENGANTAR ..................................................................................v
DAFTAR ISI.......................................................................................................... vi
DAFTAR GAMBAR............................................................................................. ix
DAFTAR TABEL ............................................................................................xii
1. PENDAHULUAN .............................................................................................1
1.1 Tinjauan Umum .............................................................................................1
1.2 Latar Belakang Masalah .................................................................................2
1.3. Tujuan Penelitian .............................................................................................3
2. TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................5
2.1 Paduan Aluminium .................................................................................5
2.2 Korosi .........................................................................................................8
2.3 Reaksi Kimia Korosi Pitting............................................................................16
2.4 Korosi Retak Tegang ................................................................................17
2.4.1 Jenis logam ............................................................................................18
2.4.2 Tegangan ............................................................................................19
2.4.3 Lingkungan Korosi ................................................................................22
2.5 Teori Elastisitas ............................................................................................23
2.5.1 Pengaruh Ketebalan Bahan Terhadap Konsentrasi Stress ....................24
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
vii
2.6 Metode Pengujian Stress Corrosion Cracking ............................................28
2.6.1 Mekanisme Pengujian Pada SCC ……………………………………28
2.6.2 Perhitungan Tegangan Aplikasi ……………………………………30
2.6.3 Two Loaded Specimen ……………………………………………………31
2.7 X-Ray Mikroradiography ……………………………………………………34
3. METODOLOGI PENELITIAN ……………………………………………36
3.1 Diagram Alir Penelitian ……………………………………………………36
3.2 Bahan Penelitian ……………………………………………………………37
3.3 Prosedur Kerja ……………………………………………………………37
3.3.1 Preparasi Sampel ……………………………………………………37
3.3.2 Preparasi Sampel Uji Tarik ……………………………………………37
3.3.3 Pembuatan Sampel Holder ....................................................................39
3.3.4 Perhitungan Tegangan Aplikasi ....................................................................40
3.3.5 Perendaman Sampel Pada Lingkungan NaCl ............................................41
3.4. Alat Yang Digunakan ................................................................................41
3.5 Pengujian Korosi Dengan Metode Two Point Loaded Bending ……………43
3.5.1 Pencelupan Sampel dalam Lingkungan Korosif ................................43
3.5.2 Evaluasi Sampel dan Pengujian Metalografi hasil pengujian Two
Point Loaded Bending ................................................................................43
4. HASIL PENELITIAN ................................................................................46
4.1. Ukuran Benda uji dan Jarak Holder ........................................................46
4.2 Analisa Komposisi Kimia ................................................................................47
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
viii
4.3 Pengujian Tarik ............................................................................................47
4.4. Penghitungan Tegangan Aplikasi ........................................................48
4.5. Hasil Pengujian Korosi Retak Tegang ........................................................49
4.5.1 Jumlah dan Diameter Korosi Sumuran ........................................................49
4.6 Foto Makro Benda Uji Sebelum Pengujian Korosi ................................49
4.7 Hasil Pengamatan Foto Mikro ....................................................................50
4.8 Hasil Uji Metalografi ................................................................................51
5. PEMBAHASAN ............................................................................................55
5.1 Korosi Yang Terjadi Pada Benda Uji ........................................................55
5.2 Hubungan Tegangan Aplikasi Terhadap Koros Pitting ................................56
5.3 Hubungan Tegangan Aplikasi Terhadap Diameter Korosi ....................57
5.4 Hubungan Tegangan Aplikasi Terhadap Ketebalan Bahan ....................59
5.5 Struktur Mikro ............................................................................................61
6. KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................................62
6.1 Kesimpulan ............................................................................................62
6.2 Saran ........................................................................................................62
DAFTAR ACUAN ................................................................................64
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Ilustrasi mengenai pitting factor (p/d)
Gambar 2.2. Morfologi pitting :(a) narrow,deep, (b) eliptical, (c) wide, shallow,
(d) subsurface,
Gambar 2.3. Mekanisme penetrasi ke lapisan pasif pada korosi pitting aluminium
alloy .
Gambar 2.4. Mekanisme pemecahan lapisan pasif .
Gambar 2.5. Korosi pitting pada aluminium alloy direndam pada lingkungan air
laut selama 6 bulan
Gambar 2.6. Mekanisme adsorpsi.
Gambar 2.7 Mikrostruktur paduan alumunium 2024-T3 (a) Di aging selama 10
jam pada suhu 250 0C (b) Di Aging selama 15 jam pada suhu 250 0C.
Gambar 2.8 . Kurva tegangan vs waktu.
Gambar 2.9. Kecepatan perambatan retak sebagai fungsi dari kedalaman retakan.
Gambar 2.10. Perubahan dimensi sebagai fungsi waktu pada tegangan konstan.
Gambar 2.11. Pasangan lingkungan korosif dan logam untuk mempercepat
retakan.
Gambar 2.12. Tes strain rate material almunium 6061-T651 pada berbagai
medium korosif
Gambar 2.13. Sampel material alumunium 2024 bentuk Clad dan Bare
Gambar 2.14. Konsentrasi stress pada daerah garis batas (a) Hasil SEM daerah
transisi line (b) transisi line material
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
x
Gambar 2.15. Faktor konsentrasi sebagai fungsi ketebalan pada tegangan konstan
Gambar 2.16. Metode pengujian pembebanan untuk stress corrosion cracking. (a)
U-bend (b) C-ring (c) Bent-beam (d) Tensile [ASTM G-39]
Gambar 2.17. Skematik spesimen dan konfigurasi holder pada metode bent-beam
[ASTM G-39]
Gambar 2.18. Metode pengujian two-point loaded specimen [ASTM G-39]
Gambar 2.19. (a) Intergranular pada aluminium alloy dilingkungan NaCl (b)
Trangranular Corrosion pada aluminium alloy dilingkungan NaCl.
Gambar 3.1. Diagram alir penelitian.
Gambar 3.2. Spesimen uji tarik no. 5.
Gambar 3.3. Skema Sampel Holder Untuk Pengujian Stress Corrosion Cracking
Gambar 3.4. Daerah pengamatan mikrostruktur pada sampel
Gambar 4.1. Benda uji Aluminium seri 1100 sebelum dilakukan pengujian
(Panjang sampel 23 cm, 21 dan 20 masing-masing sebanyak 3 buah)
Gambar 4.2. Struktur mikro aluminium seri 1100 sebelum pengujian
Gambar 4.3. Struktur mikro Aluminium seri 1100 setelah pengujian (a). L=20 cm
dan tebal 0,1 cm (b). L=20 cm dan tebal 0,155 cm
Gambar 4.4. Struktur mikro Aluminium seri 1100 setelah pengujian (a). L=21 cm
dan tebal 0,1 cm (b). L =23 cm dan tebal 0,1 cm
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
xi
Gambar 4.5. Struktur mikro benda uji Aluminium pelat dengan panjang sampel 21
cm dan tebal 1,0 mm
Gambar 4.6 (a) dan 46 (b). Struktur mikro benda uji Aluminium pelat dengan
panjang sampel 23 cm dan tebal 1,0 cm
Gambar 4.7 (a) dan (b) Struktur mikro benda uji Aluminium pelat dengan panjang
sampel 20 cm dan tebal 1,0 cm
Gambar 4.8 Struktur mikro benda uji Aluminium pelat dengan panjang sampel 20
cm dan tebal 1,55 cm
Gambar 5.1. Grafik Hubungan tegangan aplikasi terhadap jumlah korosi sumuran
Gambar 5.2 Hubungan tegangan aplikasi dengan diameter rata-rata
Gambar 5.3 Grafik Penyebaran diameter dari ketiga sampel L = 23 cm, L = 21 cm
dan L = 20 cm dengan ukuran ketebalan sama
Gambar 5.4. Grafik Hubungan ketebalan bahan terhadap tegangan aplikasi
Gambar 5.5. Grafik Hubungan antara ketebalan bahan, tegangan aplikasi dan
Jumlah pitting
Gambar 5.6. Grafik Hubungan ketebalan bahan terhadap diameter dengan dimensi
material yang sama
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Tipe-tipe paduan aluminium
Tabel 2.2 Komposisi aluminium seri 1100
Tabel 2.3. Parameter material Alumunium seri 1100
Tabel 2.4. Data publikasi paduan aluminium
Tabel 3.1. Standar Uji Tarik JIS
Tabel 3.2. Prosedur Pembersihan Kimia Untuk Menghilangkan Produk Korosi
Tabel 4.1 Ukuran benda uji, Tinggi dan Sudut kelengkungan
Tabel 4.2. Hasil uji komposisi Al 2024-T3
Tabel 4.3. Hasil pengujian tarik Al 2024-T3
Tabel 4.4 Sifat mekanik Hasil uji tarik
Tabel 4.5 Hasil perhitungan tegangan aplikasi
Tabel 4.6. Jumlah dan Diameter Korosi Sumuran
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
1
BAB I
PENDAHULUAN
1. 1. Tinjauan Umum
Korosi atau secara awam lebih dikenal dengan istilah pengkaratan
merupakan fenomena kimia pada bahan-bahan logam di berbagai macam kondisi
lingkungan..
Korosi merupakan masalah teknis dan ilmiah yang serius. Di negara-
negara maju sekalipun, masalah ini secara ilmiah belum tuntas terjawab hingga
saat ini. Selain merupakan masalah ilmu permukaan yang merupakan kajian dan
perlu ditangani secara fisika, korosi juga menyangkut kinetika reaksi yang
menjadi wilayah kajian para ahli kimia. Korosi juga menjadi masalah ekonomi
karena menyangkut umur, penyusutan dan efisiensi pemakaian suatu bahan
maupun peralatan dalam kegiatan industri. Milyaran Dolas AS telah dibelanjakan
setiap tahunnya untuk merawat jembatan, peralatan perkantoran, kendaraan
bermotor, mesin-mesin industri serta peralatan elektronik lainnya agar umur
konstruksinya dapat bertahan lebih lama. Alternatif yang dapat dilakukan adalah
menggunakan material yang memang tahan terhadap lingkungan kerjanya.
Dengan kemajuan teknologi, banyak dibuat material-material paduan yang
dikhususkan untuk media korosif tertentu.
Aluminium merupakan logam ringan mempunyai sifat tahan korosi, berat
jenisnya yang ringan, mempunyai daya hantar panas dan daya hantar listrik yang
baik, mudah dibentuk dan mempunyai titik cair yang rendah [1]
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
2
Untuk ketahanan korosi yang khusus diperlukan permukaan logam dilapisi
dengan alumunium murni atau paduan alumunium yang tahan korosi. Pada masa
kini, hampir semua bahan yang dianggap aluminium adalah sebenarnya sejenis
alloy aluminium. Paduan alumunium dengan banyak unsur seperti tembaga, seng,
magnesium, mangan dan silikon (contohnya, duralumin). Paduan ini biasanya
digunakan dalam kontruksi pesawat terbang, dan pelapis kendaraan bermotor serta
bahan pembuat robot.
Oleh karena itu, pemahaman tentang korosi dan pengetahuan yang cukup
mengenai cara pengendaliannya dirasakan sangatlah penting, sehingga nilai daya
guna pemanfaatan logam akan maksimum.
Dengan melihat alasan dasar tersebut, disini penulis mencoba melakukan
studi eksperimen mengenai suatu unsur logam didalam hubungannya akan
fenomena-fenomena yang terjadi terhadap suatu korosi. Pemilihan fenomena
korosi yang diambil dikonsentrasikan pada jenis korosi pitting. Dengan
mengasumsikan bahwa dengan mengamati perkembangan laju korosi pitting maka
korosi retak tegang dapat diamati.
1.2. Latar Belakang Masalah
Pemakaian material alumunium alloy dipergunakan untuk beberapa
aplikasi antara lain untuk badan pesawat, rangka pesawat, bagasi pesawat, dan
bagian lain. Sedangkan dalam dunia otomotif digunakan sebaga material pelapis
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
3
kendaraan bermotor baik pada bodi maupun mesin kendaraan, dan di industri
aluminium banyak digunakan sebagai bahan pembuat robot.
Salah satu faktor yang berperan penting dalam terbentuknya korosi pitting
(sumuran) adalah faktor tegangan. Tegangan tarik merupakan salah satu dasar
timbulnya korosi retak tegang, dimana tegangan harus ada atau diberikan agar
memiliki kecenderungan menarik bagian-bagian logam, tegangan-tegangan
tersebut dapat dikategorikan yaitu tegangan aplikasi dan tegangan sisa. Semakin
besar tegangan yang diberikan pada suatu logam maka semakin berkurang
ketahanan korosi retak tegang pada suatu material.
Karena korosi retak tegang merupakan korosi yang berbahaya maka
dilakukan pengujian untuk mengetahui ketahanan korosi retak tegang pada
material aluminium alloy dengan melakukan perubahan tegangan aplikasi pada
material, sehingga dapat diketahui usia pakai material tersebut dengan tegangan
aplikasi yang berbeda. Pengujian ini dilakukan dengan metode two-point loaded
specimen sesuai dengan standar ASTM G 39 tentang Preparation and Use Bent-
Beam Stress-Corrosion Test Specimen[2]
1.3. Tujuan Penelitian
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui ketahanan dari material
Aluminium paduan terhadap korosi pitting (sumuran) pada lingkungan korosif.
Beberapa pengujian dilakukan terhadap material Aluminium paduan seperti
pengujian sifat mekanis, komposisi kimia, dan metalografi.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
4
Dari hasil penelitian yang ada, diharapkan akan didapatkan hal-hal sebagai
berikut:
1. Mengetahui ketahanan material dan lamanya waktu material dari
terjadinya korosi pitting hingga terjadi korosi retak tegang dari kondisi
pengujian.
2. Mengetahui pengaruh tegangan aplikasi terhadap korosi pitting.
3. Mengetahui pengaruh tegangan aplikasi terhadap diameter korosi
sumuran
4. Mengetahui pengaruh ketebalan material terhadap besar tegangan
aplikasi dan korosi pitting
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
5
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Paduan Alumunium
Aluminium dipilih karena memiliki sifat ringan dan kekuatannya dapat
dibentuk dengan cara dipadu dengan unsur lain. Permasalahan yang dihadapi
adalah pemilihan jenis unsur apa yang akan dipadu dengan aluminium untuk
mendapatkan karakteristik material yang dibutuhkan.
Alumunium alloy dibagi dalam beberapa tipe atau seri yaitu:
Tabel 2.1. Tipe-tipe paduan aluminium [3]
Seri Komposisi
1XXX Aluminum murni, kandungan minimal 99.00%
2XXX Copper (Cu). => Duralumin
3XXX Manganese (Mn)
4XXX Silicon (Si)
5XXX Magnesium (Mg)
6XXX Magnesium and Silicon (Mg and Si)
7XXX Zinc (Zn)
8XXX Unsur lain
9XXX Unused series
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
6
Salah satu penggunaan paduan aluminium tempa (wrought) adalah untuk
aplikasi pesawat terbang seperti untuk kerangka pesawat (frame), kulit pesawat
(skin), dan bagian-bagian pendukung lainnya. Kerangka pesawat dominan
menggunakan seri 2xxx dan seri 7xxx, sedangkan seri 1100 banyak digunakan
sebagai pelapis bodi kendaraan bermotor atau produk otomotif yang lain seperti
piston [4] serta banyak digunakan sebagai bahan utama pembuat robot.
Berdasarkan dari hasil produknya, paduan alumunium dapat dibagi
menjadi dua group yaitu:
1. Paduan “Non heat treatble“, yaitu paduan aluminium yang tidak dapat
dikeraskan dengan perlakuan panas, yang termasuk dalam group ini seri 1xxx,
3xxx dan 5xxx.
2. Paduan “Heat treatble“, yaitu paduan aluminium yang dapat di keraskan dengan
proses perlakuan panas, yang termasuk dalam group ini seri 2xxx, 6xxx dan
7xxx.
Berdasarkan studi literatur pada Air Craft Material UK didapatkan
komposisi kedua jenis material paduan aluminium sebagai berikut:
Tabel 2.2 Komposisi aluminium seri 1100 [5]
Komposisi Kimia Aluminium Alloy Seri 1100
Material Al %
Cu %
(Si + Fe)
% Mg %
Zn %
Others, each
Others, total
Aluminium 99 min 0,05-0,20 0,95 max
0,05 max 0,10max 0,05 max 0,15 max
seri 1100
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
7
Pengaruh unsur paduan tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut [6]:
a. Fe (besi)
Pengaruh baik : Mencegah penyumbatan estacan selama casting.
Pengaruh buruk : Menurunkan sifat mekanis
Menimbulkan cacat lubang
Menimbulkan terjadinya hard spot
Menurunkan ketahanan korosi
b. Cu (tembaga)
Pengaruh baik : Menaikkan kekuatan
Mengurangi hot shotness
Menaikkan mampu cor
Pengaruh buruk : Menurunkan ketahanan korosi
Menurunkan ketangguhan
c. Si (Silikon)
Pengaruh baik : Menaikkan kekuatan
Memperbaiki sifat mampu tuang
Menurunkan koefisien muai panas
Meningkatkan ketahanan korosi
Pengaruh buruk : Menurunkan ketangguhan
Material aluminium ditingkatkan kekuatannya dengan suatu mekanisme
penguatan bahan logam yang disebut ”precipitation hardening”, atau suatu proses
pembentukan partikel halus dalam suatu paduan. Dalam precipitation hardening
harus ada dua fasa, yaitu fasa yang jumlahnya lebih banyak disebut matriks dan
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
8
fasa yang jumlahnya lebih sedikit disebut precipitate. Mekanisme penguatan ini
meliputi tiga tahapan, yaitu:
1. Solid solution treatment, yaitu memanaskan hingga diatas garis solvus untuk
mendapatkan fasa larutan padat yang homogen, dimana unsur larut secara
merata.
2. Quenching, yaitu proses pendinginan dengan cepat untuk mempertahankan
struktur mikro fasa padat homogen agar tidak terjadi difusi.
3. Aging atau proses penuaan, yaitu dipanaskan kembali dengan temperatur tidak
terlalu tinggi agar terjadi difusi fasa alpha pada jarak pendek membentuk
precipitate atau partikel-partikel halus dalam matrik sehingga meningkatkan
kekuatan maupun kekerasan.
2.2. Korosi
Korosi adalah proses perusakan ataupun penurunan sifat logam oleh reaksi
elektrokimia karena berinteraksi dengan lingkungan. Korosi sering terjadi pada
lingkungan air, korosi juga berlangsung dilingkungan kering juga dapat terjadi di
udara karena kandungan uap air.
Adapun jenis-jenis korosi yang terjadi pada logam adalah sebagai berikut:
1. Korosi Merata
Korosi ini biasanya disebabkan oleh reaksi elektrokimia secara merata pada
permukaan logam yang terbuka yang dapat menyebabkan semakin menipisnya
dan akhirnya mengalami kerusakan. Korosi ini dapat dikendalikan dengan cara:
penggunaan lapisan pelindung, proteksi katodik dan inhibitor.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
9
2. Korosi Celah
Korosi celah terjadi pada daerah celahan atau daerah-daerah yang
tersembunyi pada permukaan logam yang berada pada lingkungan korosif, korosi
ini terjadi karena adanya perbedaan konsentrasi oksigen dicelah dengan
lingkungan. Permukaan logam yang konsentrasi O2 lebih tinggi logam bersifat
katodik, sedangkan konsentrasi O2 jauh lebih rendah dalam celah sehingga bersifat
jauh lebih anodik dan mengalami korosi dengan laju yang tinggi. Korosi celah
dapat dikendalikan dengan cara menghindari terbentuknya celah-celah dalam
suatu konstruksi.
3. Korosi Sumuran (Pitting)
Korosi lubang atau pitting didefinisikan sebagai serangan korosif yang
terlokalisasi. Sederhananya, pitting merupakan jenis korosi terlokalisasi yang
menghasilkan lubang pada material, yaitu pada daerah serangan korosi dimana
luasnya relatif lebih kecil dibandingkan dengan keseluruhan permukaan yang
terekspos[7]. Kedalaman pitting sering disimbolkan dengan pitting factor yaitu
perbandingan dari penetrasi pada logam yang terdalam terhadap penetrasi logam
rata-rata yang ditentukan oleh kehilangan berat spesimen.
Gambar 2.1. Ilustrasi mengenai pitting factor (p/d) [8] .
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
10
Pitting tidak dapat diprediksi, khususnya pada kondisi pembentukan
pitting yang dalam. Permukaan pitting biasanya tertutup oleh deposit dari aliran
proses dan endapan produk korosi. Berdasarkan bahan penyusun logam dan
kondisi kimia lingkungan, morfologi pitting akan bermacam-macam seperti
Gambar 2.2.
Gambar 2.2. Morfologi pitting :
(a) narrow,deep, (b) eliptical, (c) wide, shallow, (d) subsurface,
(e) undercutting,(f) horizontal, (g) vertical [9]
Mekanisme terbentuknya korosi pitting dapat dibagi menjadi dua tahapan,
yaitu pecahnya lapisan pasif dan kemudian diikuti pertumbuhan lubang.
1. Pecahnya Lapisan Pasif
Pecahnya lapisan pasif dari material terdiri dari 3 tahap yaitu :
a. Penetrasi
Pada tahap ini terjadi perpindahan kation Cl- yang agresif dari larutan
elektrolit melewati lapisan oksida menuju ke permukaan material. Jika kecepatan
kation dalam berpenetrasi ke permukaan logam lebih rendah daripada kecepatan
perpindahan kation dari elektrolit ke lapisan oksida logam, maka kation elektrolit
akan berkumpul pada lapisan oksida logam dan menyebabkan peningkatan
konsentrasi lokal. Peningkatan konsentrasi ini akan menyebabkan tegangan pada
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
11
lapisan film yang pada akhirnya akan merusak lapisan film logam dan lebih
jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 2.3. Mekanisme penetrasi ke lapisan pasif pada korosi pitting aluminium alloy [10].
b. Pecahnya lapisan film
Pada tahap ini lapisan film dari logam akan pecah dan memberikan jalan
bagi anion (H+) menuju logam yang sudah tidak terlindungi lagi. Pada kondisi ini
lapisan pasif membentuk ion Al3+ yang berada dalam kondisi teroksidasi.
Adanya ion Cl- yang berasal dari lingkungan, akan meningkatkan kecepatan
reaksi pelepasan Al3+ dari lapisan pasif ke lapisan luar sehingga lapisan pasif besi
pecah. Ion klor akan terurai lagi dan akan bereaksi kembali dengan lapisan pasif
besi.
Dengan rusaknya lapisan pasif akan terbentuk daerah anodik dan katodik
dan mulai terjadi reaksi antara material dengan lingkungan air laut sehingga
terbentuk awal sumuran, perusakan dapat dilihat pada Gambar 2.4.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
12
Gambar 2.4. Mekanisme pemecahan lapisan pasif [11].
Gambar 2.5. Korosi pitting pada aluminium alloy direndam pada lingkungan air laut selama 6 bulan [12]
Logam aluminium termasuk logam yang sangat sulit terkorosi. Hal ini
dikarenakan logam ini memiliki lapisan pasif dari jenis logam lain yang sangat
kuat. Berdasarkan referensi yang ada permukaan logam aluminium alloy akan
terkorosi bila lapisan pasif yang melapisi telah terkorosi didaerah lokal, dan
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
13
proses ini membutuhkan waktu kurang lebih selama 6 bulan. Seperti terlihat pada
Gambar 2.5 diatas.
c. Adsorpsi
Pada tahap ini terjadi adsorbsi anion oleh lapisan oksida dan terjadinya
perpindahan kation dari logam menuju ke elektrolit. Dimana lapisan oksida logam
akan terbentuk secara kontinu, sampai menyebabkan penipisan lapisan pasif
hingga habis sama sekali dan pelarutan setempat akan dimulai.
Gambar 2.6. Mekanisme adsorpsi.
2. Pertumbuhan Lubang
a. Tahap inisiasi
Tahap ini yang memegang peranan penting adalah potensial pitting.
Potensial pitting adalah potensial dimana pitting mulai tumbuh ditandai dengan
rusaknya lapisan pasif. Rusaknya lapisan ini dapat dilihat dimana rapat arus akan
meningkat tajam. Jadi lubang-lubang baru mulai tumbuh jika potensialnya lebih
besar daripada potensial pitting logamnya. Bila logam memiliki potensial lebih
kecil maka cenderung melepas elektron yang akan menyebebkan oksidasi.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
14
Semakin tinggi potensial pitting suatu material berarti material tersebut semakin
tahan terhadap serangan pitting.
b. Tahap propagasi
Tahap ini merupakan tahap potensial proteksi yang pada daerah logamnya
mengalami pasifasi atau membentuk lapisan pasif. Potensial proteksi menentukan
apakah pits yang mulai tumbuh itu dapat terus tumbuh atau tidak. Jika potensial
lebih besar daripada potensial proteksi maka pits baru dapat terus tumbuh, namun
jika potensial lebih rendah daripada potensial proteksi maka berarti logam akan
tetap pasif. Jadi pits yang baru dapat tumbuh jika potensialnya lebih besar
daripada potensial pitting.
c. Repasivasi
Repasivasi merupakan proses dan permukaan logam untuk kembali
menjadi pasif. Kinetika repasifasi dari sumuran pada tahap awal sangat tergantung
dari transport anion yang agresif dari elektrolit ke permukaan logam. Jadi jika
cukup banyak akumulasi dari anion yang agresif pada permukaan logam maka
proses pertumbuhan pits pada tahap awal akan stabil karena pembentukan lapisan
pasif dapat dihindari.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
15
4. Korosi Batas Butir,
korosi yang terjadi akibat adanya perbedaan tingkat energi antar batas
butir dan badan buttir atau anatara butir yang satu dengan butir yang lain. Pada
saat ini kita mengetsa material dalam proses metalografi sesungguhnya adalah
proses korosi batas butir. Laju korosi batas butir dapat ditingkatkan bila waktu
agning dinaikkan. Sebab hubungan besar waktu aging dengan laju korosi retak
tegang adalah berbanding lurus.
(a) (b)
Gambar 2.7. Mikrostruktur paduan alumunium 2024-T3 (a) Di aging selama 10 jam pada suhu 250 0C (b) Di Aging selama 15 jam pada suhu 250 0C [13]
Gambar 2.7 Menurut Fuad M. Khoshnaw dan Ramadhan H. Gardi bahwa
pengaruh kenaikan waktu aging terhadap laju intergranular corrosion material
alumunium 2024 sangat signifikan.
5. Korosi Selektif
Korosi selektif adalah terlarutnya suatu unsur yang bersifat anodik dari
suatu paduan. Korosi ini menyerang seluruh permukaan yang terbuka sehingga
bentuk keseluruhan tidak berubah namun demikian hilangnya sebuah unsur
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
16
paduan dalam jumlah besar menjadikan logam berpori-pori dan hampir tanpa .
kekuatan mekanik lagi.
6. Korosi Erosi
Korosi erosi adalah bentuk korosi yang timbul akibat gerak relatif antara
fluida korosif (elektrolit) terhadap permukaan logam.
7. Korosi Lelah
Korosi lelah adalah korosi yang disebabkan aksi gabungan antara
lingkungan korosif dengan tegangan berulang (siklus). Logam akan gagal karena
lelah tetapi bila berada pada lingkungan korosif kegagalan akan dipercepat.
8. Korosi Galvanik
Korosi Galvanik akan terjadi apabila dua logam atau lebih yang berbeda
dalam suatu lingkungan dan saling berhubungan sehingga timbul tegangan listrik
sehingga logam yang potensialnya lebih tinggi akan bersifat katodik dan yang
lainnya akan bersifat anodik.
2.3. Reaksi Kimia Korosi Pitting [14]
Adapun reaksi kimia sehubungan pengujian korosi yang dilakukan
berdasar Fontana Greene dapat dipaparkan sebagai berikut:
a. Mula-mula elektrolit dianadaikan mempunyai komposisi seragam. Korosi
terjadi secara perlahan diseluruh permukaan logam yang terbuka, baik di
dalam maupun di luar sumuran. Reaksinya sebagai berikut:
Oksidasi : Al Al3+ + 3e
Reduksi : O2 + 2H2O + 4e 4 OH-
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
17
b. Pengambilan oksigen yang terlarut menyebabkan lebih banyak lagi difusi
oksigen dari permukaan elektrolit yang kontak langsung dengan atmosfer.
Oksigen di permukaan logam yang berhadapan dengan sebagian besar
elektrolit lebih mudah dikonsumsi ketimbang yang terdapat di sumuran. Di
dalam sumuran kekurangan oksigen sehingga mengahalangi proses
reduksi akibatnya pembangkitan ion-ion hidroksil yang negatif dari tempat
yang terkurung tersebut berkurang.
c. Produksi ion-ion positif yang terlebih di dalam sumuran menyebabkan ion-
ion negatif di luar celah berdifusi ke dalam sumuran guna
mempertahankan keadaan energi potensial minimum. Pada akhirnya ion-
ion mengalami hidrolisis yang menghasilkan produk korosi yaitu:
Al3+ + 3H2O Al(OH)3 + 3 H+
2.4. Korosi Retak Tegang
Korosi retak tegang adalah korosi setempat yang menyerang logam
bertegangan dengan membentuk suatu retakan yang menjalar bila berada dalam
lingkungan yang korosif.
Dalam korosi retak tegang terdapat juga suatu retak yang disebabkan
intergranular atau transgranular yang tidak terlihat secara visual, sehingga retak
itu dimulai dengan mikrobial kecil yang desebabkan terjadi retak antar butir
(intercrystalline) dan retak membelah butir (transcrystalline) dan terus menjadi
besar dan menyebabkan cracking sehingga material menjadi failure.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
18
Korosi retak tegang dapat terjadi bila terpenuhi tiga syarat pokok yang
meliputi:
1. Logam yang rawan terhadap korosi lokal
2. Tegangan tarik yang bekerja pada logam
3. Lingkungan yang asam yang menyebabkan korosi permukaan
4. Elektron korosif yang menyerang logam
2.4.1 Jenis Logam
Besar butir kristal dalam logam polikristalin itu berpengaruh terhadap sifat
mekanik khususnya kekuatan tarik σ. Pengaruh besarnya butir kristal terhadap
kekerasan logam itu sesungguhnya disebabkan oleh adanya batas-batas butir.
Makin banyak batas-batas butir tersebut makin keras benda.
Secara prinsip semakin keras suatu material atau mengalami proses
pengerasan, maka ductility atau keuletannya akan menurun dan cenderung brittle/
rapuh/ mudah pecah, karena secara mikrostruktur kepadatan struktur semakin
rapat sehingga tegangan muka antar atomnya tinggi, dan terjadi perubahan
mikrostruktur, tapi hal ini dapat diminimalisasi setelah proses pengerasan,
dilakukan proses anealing (pemanasan ulang) sampai titik transformasi, untuk
menghilangkan tegangan antar atom juga mengembalikan struktur molekul
kebentuk awal.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
19
2.4.2. Tegangan
Tegangan berperan dalam merusak lapisan pasif yang melindungi
permukaan logam. Pecahnya lapisan pasif tersebut akan menyebabkan serangan
korosi timbul di berbagai tempat pada permukaan logam. Hal tersebut merupakan
awal dari timbulnya retakan. Rusaknya lapisan pasif yang diikuti oleh retakan
tidak memungkinkan pemulihan dari lapisan pasif tersebut, sehingga propagasi
akan terus berlanjut.
Tegangan mungkin disebabkan dari beberapa sumber yaitu tegangan
aplikasi, sisa, suhu dan pengelasan. Tegangan tarik merupakan salah satu dasar
timbulnya korosi retak tegang, dimana tegangan harus ada atau diberikan agar
memiliki kecenderungan menarik bagian-bagian logam, tegangan-tegangan
tersebut dapat dikategorikan dalam :
1. Tegangan aplikasi
Tegangan yang diberikan pada suatu logam dari luar dan biasanya berupa
beban.
2. Tegangan sisa
Tegangan yang terkunci didalam logam walaupun semua gaya luar
ditiadakan. Besarnya dapat mencapai atau mendekati batas elastik bahan.
Misalnya, tegangan yang timbul pada logam akibat proses pengelasan atau
proses pengerjaan dingin. Semakin besar tegangan yang diberikan pada
logam, makin kecil usia pakai logam, seperti dapat dilihat pada kurva
tegangan vs waktu pada Gambar 2.8.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
20
Gambar 2.8 . Kurva tegangan vs waktu [14]
Pada kenyataan, jumlah kasus korosi retak tegang telah diamati bahwa
tidak ada tegangan aplikasi dari luar. Seperti baja yang dilas mengandung
tegangan sisa dekat titik luluh. Tegangan ditingkatkan sampai 10.000 lb/in2 dapat
dihasilkan dengan produk korosi pada daerah tarik. Tegangan yang paling tinggi
dari retakan adalah pada bagian ujung karena ujung retakan memiliki takik yang
tajam. Hudak and Page menunjukkan bahwa tegangan lokal yang tinggi sekitar
2000 MPa atau sekitar 289 ksi, mungkin dicapai.
Parameter waktu sangat penting untuk diketahui pada fenomena korosi
retak tegang, karena kerusakan fisik yang parah terjadi pada tahapan lanjut dari
korosi jenis ini. Saat retakan muncul, luas penampang dari material tersebut
berkurang dan kegagalan akhir dari material lebih disebabkan oleh aksi mekanis.
Gambar 2.9 menunjukkan perpatahan sebagai fungsi dari kedalaman
retakan pada pembebanan konstan. Pada tahap awal, perambatan retak terjadi
secara lambat dan konstan. Namun saat perambatan retak berlanjut, luas
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
21
penampang dari material tersebut berkurang sehingga tegangan yang diterima
meningkat. Akibatnya kecepatan perambatan retak terus meningkat sampai
akhirnya kegagalan terjadi.
Gambar 2.9. Kecepatan perambatan retak sebagai fungsi dari kedalaman retakan [15].
Gambar 2.10 menunjukkan menggambarkan hubungan antara waktu
dengan perubahan dimensi dari material. Pada tahap awal retakan, hanya sedikit
perubahan dimensi yang dapat diamati. Akan tetapi saat proses perambatan retak
berlanjut, retakan makin bertambah lebar. Sebelum material tersebut gagal,
deformasi plastis terjadi dan perubahan dimensi dari material tersebut dapat
dengan mudah diamati.
Gambar 2.10. Perubahan dimensi sebagai fungsi waktu pada tegangan konstan [16].
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
22
2.4.3 Lingkungan Korosi
Salah satu faktor yang sangat mempengaruhi korosi retak tegang adalah
faktor lingkungan. Korosi retak tegang secara umum timbul pada media aqueous.
Akan tetapi fenomena ini dapat muncul pada logam cair, lelehan garam, dan
larutan inorganik aqueous tertentu. Hadirnya bahan pengoksidasi juga cenderung
untuk mempercepat terjadinya retakan. Beberapa kombinasi logam dan
lingkungan yang memungkinkan untuk timbul retakan dapat dilihat pada gambar
2.11 dibawah ini.
.
Gambar 14 Pasangan lingkungan dan logam yang memungkinkan untuk timbul retakan.
Gambar 2.11. Pasangan lingkungan korosif dan logam untuk mempercepat retakan[17].
Sunggon Lim dan Sangshik Kim menunjukkan perbandingan parameter
waktu kegagalan material 6061-T651 setelah dilakukan tes strain rate antara
material pada kondisi di udara dan 3,5% NaCl dengan hasil sebagai berikut.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
23
Gambar 2.12. Tes strain rate material almunium 6061-T651 pada berbagai
medium korosif [18]
Pada gambar 2.12 diatas memperlihatkan besarnya pengaruh lingkungan
korosif seperti NaCl untuk mempercepat kegagalan permukaan material sehingga
menyebabkan material tersebut mengalami korosi retak tegang.
2.5 Teori Elastisitas
Pada umumnya bila sebuah benda padat mengalami perlakuan beban
(beban tarik, tekan atau torsi) maka di dalamnya akan terbentuk berbagai
konfigurasi tegangan. Selama benda ini belum mengalami perubahan bentuk
plastis, maka tegangan-tegangan tersebut secara keseluruhan masih dalam
keseimbangan.
Konstanta-konstanta yang menghubungkan tegangan dengan
regangan/geseran disamping λ dan µ masih terlihat (λ + 2µ) yang merupakan
konstanta penghubung antara tegangan σ dengan regangan ε, dimana konstanta ini
dikenal dengan nama modulus Young atau modulus elastis E:
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
24
E = λ + 2µ ........................................................................................(2.1)
Sedangakan Modulus Geser:
)1(2 υ
µ+
=E ........................................................................................(2.2)
Selanjutnya hubungan antara bilangan konstanta lamda λ dan bilangan poisson υ
adalah:
)21)(1(
.υυ
υλ−+
=E ............................................................................(2.3)
Perlu dicatat di sini bahwa pada percobaan tarik di samping terjadinya regangan
memanjang ε dengan rumus σ = ε . E
Sedangkan untuk menghitung persentasi elongation (%ε)
%100)(% xLo
LoLf −=ε ................................................................(2.4)
2.5.1. Pengaruh Ketebalan Bahan terhadap Konsentrasi Stress
Berdasarkan hasil penelitian dari Amir Abbas Zadpoor dan Zos Sinke
menguraikan pengujian material aluminium 2024 dengan ketebalan lapisan yang
bervariasi dari hasil perlakukan grinding dan milling. Sehingga menghasilkan
transisi line di bagian permukaan material. Hal ini dapat diperjelas dengan
memperhatikan gambar 2.13 dibawah ini.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
25
Gambar 2.13. Sampel material alumunium 2024 bentuk Clad dan Bare [19]
Gambar 2.13 diatas memperlihatkan material aluminium 2024 yang
berbentuk clad dan bare dengan kondisi permukaan berlekuk-lekuk setelah di
grinding, kemudian setelah dilakukan pengamatan mikrostruktur material di
dapatkan daerah transisi line kristal seperti terlihat pada gambar. Hal ini
disebabkan oleh dua faktor konsentrasi stress dan peregangan lokal di permukaan
tersebut.
(a) (b)
Gambar 2.14. Konsentrasi stress pada daerah garis batas (a) Hasil SEM daerah transisi line (b) transisi line material
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
26
Fenomena konsentrasi stress di bagian transisi line secara kuantitas
merupakan rasio dari konsentrasi stress maksimum dengan konsentrasi stress
nominal atau secara matematis sebagai berikut:
nom
maksKσσ
= ........................................................................................(2.5)
Gambar 2.15. Faktor konsentrasi sebagai fungsi ketebalan pada tegangan konstan
Gambar 2.15 menunjukkan tentang nilai faktor konsentrasi stress yang
berubah terhadap ketebalan material, dimana kenaikkan faktor kosentrasi stress
diikuti pula dengan naiknnya nilai ketebalan bahan, kemudian di kisaran nilai
ketebalan 1,9-2,1 faktor konsentrasi stress mengalami penurunan dan diikuti
dengan penurunan rasio ketebalan. Grafik ini juga memperlihatkan mengenai
pengaruh kenaikan nilai nominal stress yang tinggi dapat menurunkan nilai faktor
konsentrasi stress.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
27
Berdasarkan data Aluminium Standar and Data, The Aluminium
Association, 1988.
Tabel 2.3. Parameter material Alumunium seri 1100 [20]
Material Ultimate Tensil Tensile Yield Elongasi Modulus
Strength (Mpa) Strength (Mpa) ε (%) Elastis (GPa) Aluminium
Alloy 110 103 9 – 25 % 68,9
Seri 1100
Sedangkan untuk data publikasi Ultimate strength, yield strength,
elongation dan konduktivitas kedua material yakni aluminium 2024 dan 6061
yang dikutip dari riset D.Ortiz, M. Abdelshehid dkk adalah sebagai berikut:
Tabel 2.4. Data publikasi paduan aluminium [21]
Tabel 2.3 dan Tabel 2.4 menunjukkan perbandingan nilai masing-masing
material aluminium paduan dari berbagai seri dengan melihat besaran Ultimate
strength, Yield Srtrength dan Elongasi. Aluminium seri 1100 adalah material yang
memiliki nilai Ultimate strength dan Yield Strength yang terendah. Sedangkan
material 7075 adalah mateial yang memiliki nilai Ultimate dan Yield Strength
tertinggi dari material yang lain. Tetapi jika dilihat nilai batas elongasi dari ke
empat jenis aluminium paduan di atas. Material aluminium seri 1100 adalah
material yang memiliki nilai batas elongasi terbesar.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
28
2.6 Metode Pengujan Stress Corrosion Cracking
2.6.1 Mekanisme Pengujian Pada SCC [22]
Stress corrosion cracking dan hydrogen induced cracking menggunakan
tegangan yang konstan. Metode pengujian dapat dilihat pada Gambar 20.
Gambar 2.16. Metode pengujian pembebanan untuk stress corrosion cracking. (a) U-bend (b) C-ring (c) Bent-beam (d) Tensile [ASTM G-39]
Salah satu metode pengujian adalah metode bent-beam spesimen.
Pengujian untuk korosi retak tegang dilakukan dengan ekspos logam pada
lingkungan cair atau gas. Pengujian bent beam spesimen cocok untuk produk yang
datar seperti sheet, strip, atau plat. Untuk material plat, spesimen bent-beam lebih
sulit untuk digunakan, karena sampel holder yang kasar harus dibuat untuk
mengakomodasi spesimen.
Metode bent beam secara umum merupakan pengujian regangan konstan
atau defleksi yang konstan. Saat retakan telah mulai, ujung retakan sama baiknya
dengan bagian yang tidak retak telah berubah, dan oleh karena itu nilai tegangan
yang dihitung pada metode ini dipakai hanya untuk tegangan sebelum terjadinya
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
29
retak. Pengujian dimulai pada saat tegangan dikenakan pada spesimen dan
spesimen yang terkena tegangan diekspos di lingkungan korosif. Spesimen
dianggap telah gagal ketika terjadi retak. Kehadiran retak dapat ditentukan dengan
atau tanpa bantuan optical, mechanical atau elektronik. Bagaimanapun juga, untuk
interpretasi yang penuh arti, perbandingan seharusnya dibuat hanya diantara
pengujian menggunakan metode deteksi retak dengan sensitivitas yang sama.
Pengujian ini menggunakan tegangan bending. Tegangan yang dipakai
ditentukan dari ukuran spesimen dan defleksi bending. Spesimen kemudian
diekspos ke lingkungan korosif dan ditentukan waktu yang diperlukan untuk
menghasilkan retak.Waktu retak yang digunakan diukur dari ketahanan korosi
retak tegang dari material dalam lingkungan korosif pada tegangan yang
digunakan.
Spesimen bent-beam didesain untuk menentukan korosi retak tegang pada
lembaran paduan dan pelat dalam berbagai lingkungan. Spesimen bent-beam
didesain untuk pengujian pada tingkat tegangan dibawah batas elastik dari paduan.
Untuk pengujian daerah plastis, yang digunakan metode spesimen U-bend.
Walaupun memungkinkan untuk spesimen stress bent-beam ke dalam daerah
plastis, tetapi tegangan tidak dapat dihitung untuk tegangan plastis dengan metode
tiga dan empat titik spesimen sebaik double beam. Oleh karena itu, kegunaan
bent-beam spesimen dalam daerah plastis tidak direkomendasikan. Ada beberapa
metode bent-beam spesimen yaitu two point loaded spesimen, three point loaded
spesimen, four point loaded spesimen dan double-beam spesimen.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
30
Gambar 2.17. Skematik spesimen dan konfigurasi holder pada metode bent-beam [ASTM G-39]
2.6.2. Penghitungan Tegangan Aplikasi
Memasukan parameter-parameter yang telah ditentukan pada persamaan
yang diberikan. Dan perbandingan L dan H harus diperhitungkan dengan dasar
persamaan yang kedua. Bila melewati batas nilai persamaan kedua maka material
sudah melewati batas elastis suatu material. Pada tegangan diatas batas elatis
tetapi dibawah yield strength (0.2% offset) hanya dihasilkan error yang kecil.
Persamaan tidak berlaku diatas yield strength material. Dan tebal specimen harus
0,8-1,8 mm.
Pada saat specimen diuji pada temperatur tertentu, kemungkinan relaksasi
tegangan harus diteliti. Relaksasi dapat diestimasi dari data creep yang diketahui
untuk specimen, holder dan material penyekat. Perbedaan pada ekspansi panas
harus diketahui.
Tegangan aplikasi ditentukan dengan dimensi specimen dan jumlah dari
bending deflection. Kemudian, kesalahan pada tegangan aplikasi dihubungkan
pada sifat dalam pengukuran instrument. Untuk two point loaded specimen
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
31
sebagian besar diukur nilai sekitar 5% dari nilai yang dihitung berdasarkan
prosedur yang diberikan.
Perhitungan tegangan aplikasi hanya untuk bagian tegangan sebelum
inisiasi crack. Jika retak terjadi, tegangan pada ujung crack, dan pada daerah yang
tidak retak , telah berubah.
2.6.3. Two Loaded Specimen
Spesimen ini dapat digunakan untuk material yang tidak berdeformasi
secara plastis ketika dibending dengan (L-H)/H = 0.01. Spesimen harus sekitar
270 – 274 mm flat strip dipotong untuk panjang yang tepat untuk mendapatkan
tegangan yang diinginkan setelah bending.
Perhitungan tegangan elastis pada fiber bagian luar di bagian tengah
spesimen two-point loaded diperoleh dari analisa besarnya defleksi secara teori
yaitu:
24(2 )2 12k E K t tE K
H Hε ⎡ − ⎤⎛ ⎞= − − ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
............................................... (2.6)
12
L H KH E K− ⎡ ⎤= −⎢ ⎥−⎣ ⎦
..................................................................... (2.7)
dimana :
L = panjang spesimen (mm)
H = jarak antara penopang (mm)
t = ketebalan spesimen (mm)
e = tensile strain maksimum
0 = maksimum kemiringan spesimen
z = parameter integrasi
k = sin2θ⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
32
K = 2 12 2 2
0
(1 sin )k z dzπ
−−∫ (integral elips pertama)
E = 2 12 2 2
0
(1 sin )k z dzπ
−∫ (integral elips kedua)
σ = tegangan yang dicari ( 2Kg
mm )
Em = modulus Young yang didapat dari pengujian tarik ( 2Kg
mm )
Gambar 2.18. Metode pengujian two-point loaded specimen [ASTM G-39]
Analisa matematika mendapatkan dari persamaan 6 dan 7 hubungan antar
e dan (L-H)/H dalam pembentukan parameter. Parameter yang biasanya dengan
persamaan imi adalah modulus k dari integral eliptik. Kemudian, prosedur
berikutnya dapat digunakan untuk menentukan panjang specimen L yang
diperlukan untuk mendapatkan maksimum tegangan. Dengan membagi tegangan
dengan modulus elastis Em untuk mendapatkan regangan
mE/σε = ...............................................................................................(2.8)
Dari persamaan 1 menentukan nilai k yang tepat dengan nilai e yang diperlukan.
Dengan menggunakan nilai k menghitung persamaan 7 untuk L. Untuk
memfasilitasi computer dapat digunakan untuk menghasilkan table untuk
regangan (e) dan H/t dengan nilai (L-H)/H yang dihasilkan.
Menghitung defleksi dari specimen sebagai berikut :
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
33
( )KEkHy −= 2// ......................................................................................(2.9)
Dimana : y = maksimum defleksi
Hubungan ini dapat digunakan untuk mengecek untuk memastikan bahwa
tegangan maksimum tidak melebihi batas proporsional. Jika melebihi batas,
pengukuran defleksi akan lebih besar daripada yang diperhitungkan.
Sebagai metode alternatif berikut ini hubungan yang dapat digunakan
untuk menghitung panjang specimen :
( ) ( )ktEHktEL /sin/ 1 σσ −= .........................................................................(2.10)
Dimana :
L = panjang specimen
σ = maksimum tegangan
E = modulus elastis
H = holder span
t = ketebalan specimen
k = 1.280 , constant empiric
Persamaan ini dapat dipecahkan dengan komputer, dengan trial and error,
atau dengan menggunakan ekspansi dari sine function. Persamaan 2.10 dapat
digunakan jika jumlah (Hσ)/ktE kurang dari 1.
Pemilihan ketebalan material dan panjang dan holder span, untuk
mendapatkan nilai dari (L-H)/H antara 0.01 – 0.5. kemudian menjaga kesalahan
tegangan dengan batas yang dapat diterima. Ketebalan specimen sekitar 0.8 – 1.8
mm telah didapatkan hasil yang tepat ketika bekerja pada paduan aluminium
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
34
dengan tegangan aplikasi sekitar 205 Mpa untuk aluminium. Dimensi specimen
dapat domodifikasi sesuai dengan yang diinginkan.
Pada two point loaded specimen maksimum tegangan terjadi pada bagaian
tengah specimen dan rendah pada akhir specimen.
Spesimen two point loaded lebih cenderung pada three-point loaded
specimen, karena dalam beberapa instansi korosi crevice pada specimen timbul
pada bagian tengah penopang dari metode three-point loaded. Sejak tempat korosi
sangat dekat dengan titik tegangan paling tinggi, ini dapat dilakukan proteksi
katodik dan mencegah timbulnya pembentukan crack atau terjadinya hydrogen
embrittlement. Selanjutnya tekanan pada penopang tengah pada pembebanan
tertinggi didapatkan tegangan biaxial pada daerah kontak dan dapat menyebabkan
tegangan tension dimana secara normal tegangan kompresi yang muncul.
2.7. X-Ray Mikroradiography
X-Ray mikroradiography adalah salah satu tehnik yang dapat digunakan
untuk pengamatan mikroskopis material dan morfologi kerusakan material sejenis
korosi retak tegang.
Retakan dari korosi retak tegang memperlihatkan perpatahan getas yang
merupakan hasil dari proses korosi. Retakan dari proses korosi retak tegang dapat
berupa retakan intergranular dan transgranular. Retakan intergranular terjadi di
sepanjang batas butir, sedangkan retakan transgranular merambat dengan
memotong batas butir. Gambar 2.19 merupakan sebuah contoh dari perpatahan
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
35
transgranular dan intergranular. Retakan intergranular dan transgranular sering
muncul pada paduan yang sama, tergantung pada lingkungan atau struktur logam.
(a) (b)
Gambar 2.19. (a) Intergranular pada aluminium alloy dilingkungan NaCl . (b) Trangranular Corrosion pada aluminium alloy dilingkungan NaCl [23].
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
36
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Diagram Alir Penelitian
Gambar 3.1. Diagram alir penelitian.
L1 = 23 cm L2 = 21 cm L3 = 20 cm
START
Persiapan sampel
Material Aluminium Plat
Pengujian Komposisi
Pengujian Metalografi
Pengujian Metalografi
Komposisi Material
Struktur mikro awal
Yield Strength
Perhitungan tegangan aplikasi
Tegangan di Daerah elastis
Persiapan Sampel holder
Persiapan larutan Air laut
Persiapan sampel
H = 17 cm
Pengujian korosi retak tegang selama 336 Jam
Pengukuran kedalaman dan diameter piting
Pengamatan Makro dan Mikro
Analisa dan Pembahasan
Kesimpulan
Struktur mikro akhir
Literatur
Selesai
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
37
3.2. Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah alumunium yang
berbentuk pelat. Masing-masing material dipasang pada holder dengan dimensi
yang sama. Adapun ukuran panjang material dibuat bervariasi
3.3. Prosedur Kerja
3.3.1 Preparasi Sampel
Sampel untuk pengujian dalam penelitian ini sebanyak 4 buah untuk
masing-masing alumunium. Tahapan persiapan sampel yaitu:
1. Pemotongan lembaran material dengan menggunakan alat pemotong dan
menggunakan gergaji biasa. Ukuran sampel masing-masing dengan
panjang 23 cm, 21cm dan 20cm sebanyak dua buah, lebar 5 cm, dan
memiliki ketebalan yang sangat tipis 0,1 – 0,155 cm.
2. Pengamplasan sampel dengan menggunakan amplas no. 400, 800, dan
1000 sampai tidak lagi terlihat kekasaran pada permukaan.
3. Melakukan pemeriksaan adanya retak sebelum diekspos dilingkungan uji.
4. Melakukan degreasing dan pembersihan untuk menghilangkan
kontaminasi yang ditimbulkan selama preparasi spesimen.
Setelah sampel uji komposisi dibuat, sampel kemudian dilihat
komposisinya dengan menggunakan spectrometry dengan mengambil beberapa
titik pengujian sehingga diperoleh data rata-rata komposisi material.
3.3.2 Preparasi Sampel Uji Tarik
Langkah pertama yang dilakukan adalah menentukan ukuran sampel uji
tarik yang akan dibuat berdasarkan ketebalan dan bentuk material yang
digunakan. Penentuan ukuran sampel ini juga harus mengacu pada standar yang
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
38
telah ditetapkan untuk pengujian tarik dimana pada pengujian tarik kali ini
menggunakan standar JIS untuk uji tarik. Berdasarkan analisis ketebalan yang
ada, yaitu sekitar 0,4-0,5 mm dan bentuk sampel yang berupa pelat atau lembaran,
maka dapat ditentukan jenis ukuran sampel yang akan digunakan dari tabel
standar JIS yang telah ada sebagai berikut:
Tabel 3.1. Standar Uji Tarik JIS
Material Test piece Remarks
Form Dimensions Proportional Non-proportional
Sheet, plate, shape, strip
Over 40 mm in thickness No. 14A No. 4, No. 10 For bar form test piece No. 14B - For flat form test piece
Over 20 mm up to and incl.40 mm in thickness
No. 14A No. 4, No. 10 For bar form test piece No. 14B No. 1A For flat form test piece
Over 6 mm up to and incl. 20 mm in thickness
No. 14B No. 1A, No. 5
Over 3 mm up to and incl. 6 mm in thickness
No. 5,
No. 13A,
No. 13B 3 mm or less in thickness -
Bar - No. 2 No. 14A
No. 4, No. 10 -
Wire - - No. 9A, No. 9B - Pipe Pipe of small outside dia. No. 14C No. 11 For tubular form test piece
50 mm or less in outside dia. No. 14B No. 12A For arc section test piece
Over 50 mm up to and incl. 170 mm in outside dia.
No. 12B
Over 170 mm in outside dia. No. 12C
200 mm or over in outside dia.
No. 14B No. 5 For flat form test piece or arc section test piece
Thick wall pipe No. 14A No. 4 For bar form test piece
Casting
- - No. 4, No. 10 -
-
No. 8A, No. 8B No. 8C, No. 8D
To be used when elongation value is not require. To be taken from test coupon casted for test piece
Forging - No. 14A No. 4, No. 10 - Sumber: JIS Standard
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
39
Gambar 3.2. Spesimen uji tarik no. 5.
Setelah material dipotong menjadi bentuk yang sesuai dengan standar
pengujian tarik, bagian pinggir sampel dikikir atau diamplas, khususnya pada
bagian gauge length supaya material menjadi rata dan menghindari adanya
konsentrasi tegangan yang dapat menimbulkan initial crack. Adanya konsentrasi
tegangan dapat menyebabkan data hasil pengujian menjadi tidak representatif.
3.3.3 Pembuatan Sampel Holder
Sampel holder dibuat dari kayu. Masing-masing sampel holder memuat
satu sampel yang memiliki perbedaan ukuran untuk membedakan pengaruh
bending yang ada.. Sampel holder terbuat dari kayu untuk mencegah terjadinya
korosi galvanik atau terjadinya anoda korban dari pengaruh lingkungan yang
korosif. Tahapan dalam pembuatan sampel holder yaitu
1. Memotong kayu dengan panjang 23 cm dan lebar 5 cm.
2. Memotong kayu dengan ketebalan 4 cm
3. Membuat celah dengan kedalaman 2 cm, dengan jarak celah 17 cm
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
40
4. Memahat bagian dalam ujung-ujung holder sebagai tempat penyangga
sampel.
Gambar 3.3. Skema Sampel Holder Untuk Pengujian Stress Corrosion Cracking
3.3.4 Penghitungan Tegangan Aplikasi
Memasukan parameter-parameter yang telah ditentukan pada persamaan
yang diberikan. Dan perbandingan L dan H harus diperhitungkan dengan dasar
persamaan yang kedua. Bila melewati batas nilai persamaan kedua maka material
sudah melewati batas elastis suatu material. Pada tegangan diatas batas elatis
tetapi dibawah yield strength (0.2% offset) hanya dihasilkan error yang kecil.
Persamaan tidak berlaku diatas yield strength material. Dan tebal specimen harus
0,8-1,8 mm
Pada saat specimen diuji pada temperatur tertentu, kemungkinan relaksasi
tegangan harus diteliti. Relaksasi dapat diestimasi dari data creep yang diketahui
17 cm
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
41
untuk specimen, holder dan material penyekat. Perbedaan pada ekspansi panas
harus diketahui.
Tegangan aplikasi ditentukan dengan dimensi specimen dan jumlah dari
bending deflection. Kemudian, kesalahan pada tegangan aplikasi dihubungkan
pada sifat dalam pengukuran instrument. Untuk two point loaded specimen
sebagian besar diukur nilai sekitar 5% dari nilai yang dihitung berdasarkan
prosedur yang diberikan.
Perhitungan tegangan aplikasi hanya untuk bagian tegangan sebelum
inisiasi crack. Jika retak terjadi, tegangan pada ujung crack, dan pada daerah yang
tidak retak , telah berubah.
3.3.5 Perendaman Sampel Pada Lingkungan NaCl
Lingkungan yang dipakai pada saat percobaan adalah lingkungan air laut
pada suhu udara normal.
3.4. Alat Yang Digunakan
Alat yang dipakai di dalam penelitian ini adalah:
1. Mesin uji tarik ini dipakai untuk memperoleh data tegangan tarik yield,
tegangan tarik maksimum dan elongasi. Dari nilai tegangan yield dan
elongasi dapat dihitung Modulus Elastisitas suatu material.
2. Mikoskop optik
Mikroskop optik dipakai untuk mengamati struktur mikro dari benda
uji sebelum dan sesudah dilakukan pengujian korosi dengan metode
two point loaded bending. Pengamatan sebelum dilakukan pengujian
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
42
adalah pengamatan metal base dari benda uji. Pengamatan yang
dilakukan sesudah pengujian adalah korosi pitting dan korosi retak
tegang.
3. Measuring microscope
Mikroskop ini dipakai untuk mengukur kedalaman dan diameter korosi
pitting yang terjadi setelah dilakukan uji two point loaded bending.
4. Kamera digital
Kamera digital dipakai untuk mengambil gambar kondisi benda uji
sebelum dan sesudah pengujian two point loaded bending
5. Alat potong plat
Alat potong ini dipakai untuk memotong material sebagai benda uji
komposisi, uji tarik dan uji metalografi.
6. Gergaji
Pemakaian gergaji dalam penelitian ini dipakai untuk memotong kayu.
Potongan kayu disusun sesuai dengan standard ASTM G39 sebagai
holder.
7. Martil
Martil dipakai sebagai alat bantu untuk memasang bagian-bagian
holder yang terbuat dari kayu dengan paku.
8. Hair dryer
Alat ini berfungsi mengeringkan benda uji setelah dicelupkan di dalam
larutan korosif untuk dilihat struktur mikro
9. SEM
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
43
Struktur mikro dari benda uji diperiksa dengan bantuan alat SEM.
Pemeriksaan strukturmikro dilakukan sebelum dilakukan dan sesudah
pengujian two point loaded bending.
Keseluruhan alat tersebut terdapat di laboratorium Material MIPA UI
Salemba dan Laboratorium Teknik Metalurgi UI Depok .
3.5. Pengujian Korosi Dengan Metode Two Poin Loaded Bending
3.5.1 Pencelupan sampel dalam lingkungan korosif
Pertama siapkan wadah yang akan digunakan sebagai tempat merendam
sampel uji korosi two point loaded bending. Kemudian masukkan larutan korosif
yang telah dipersiapkan sebelumnya
3.5.2 Evaluasi sampel dan pengujian metalografi hasil pengujian two point
loaded bending
Setelah waktu pencelupan selesai, sampel hasil pengujian korosi retak
tegang harus dipersiapkan terlebih dahulu untuk menghilangkan produk korosi
yang terbentuk selama pengujian berlangsung. Hal ini dilakukan sebelum
dilakukan penimbangan berat akhir sehingga diperoleh data yang akurat.
Preparasi dan pembersihan sampel dilakukan dengan mengacu pada
standar ASTM G1-03 Standard Practice for Preparing, Cleaning, and Evaluating
Corrosion Test Specimens. Larutan yang digunakan merupakan campuran dari
HCl, Sb2O3 dan SnCl2 dengan kadar sesuai dengan standar yang telah ditentukan
dari tabel berikut.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
44
Tabel 3.2. Prosedur Pembersihan Kimia Untuk Menghilangkan Produk Korosi
Sumber: ASTM G1-03 Standard Practice for Preparing, Cleaning, and Evaluating
Corrosion Test Specimen
Setelah proses pembersihan sampel selesai, sampel kemudian dikeringkan
dengan menggunakan hairdryer lalu ditimbang dengan menggunakan timbangan
digital untuk mengetahui berat akhir sampel. Dari data berat yang hilang dapat
ditentukan laju korosi material dalam satuan milimetres per year (mm/y). Setelah
penimbangan selesai, maka dilakukan pemotongan sampel pada daerah yang ingin
diamati karakteristik pitting-nya.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
45
Bagian yang diamati dan diuji metalografi adalah pada bagian ketebalan
material. Hal ini diambil dengan asumsi bahwa setelah pengujian korosi retak
tegang akan terdapat pitting pada material serta terjadi korosi jenis intergranular
maupun transgranular yang retakannya menembus ketebalan material. Hal ini
dikarenakan pada puncak defleksi saat pengujian korosi retak tegang, tegangan
aplikasi mencapai puncaknya sehingga diprediksi di daerah tersebut akan terjadi
pitting dan cracking.
Gambar 3.4. Daerah pengamatan mikrostruktur pada sampel.
Beberapa tahapan preparasi yang dilakukan sebelum pengujian metalografi
antara lain:
1. Sampel dipotong dengan ukuran 2x1 cm2 menggunakan gunting pelat
dengan arah pemotongan sebesar 90o dari arah roll material.
2. Material di-mounting dengan castable mounting melalui penambahan resin
dan hardener supaya material yang akan diuji dapat dipegang dengan mudah
sebab material yang diuji bentuknya cukup kecil.
3. Melakukan pengamplasan untuk menghaluskan dan meratakan beberapa
bagian dengan SiC berukuran grit 60, 80, 240, 400, 600, 800, 1000, dan
1500.
4. Pemolesan material dengan menggunakan alumina untuk mendapatkan
permukaan uji sekilau kaca.
5. Pengetsaan dengan menggunakan nital 2% agar batas butir terlihat.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
46
BAB 4
HASIL PENELITIAN
4.1 Ukuran Benda Uji dan Jarak Holder
Pelat Aluminium seri 1100 dipotong dengan ukuran yang bervariasi
sebanyak 4 buah, sedangkan jarak holder dipotong sesuai ukuran standar yang
telah ditetapkan berdasarkan ASTM G 39. Bentuk benda uji yakni berbentuk pelat
dengan lebar 5 cm masing-masing dipasang ke holder yang berukuran sama yakni
panjang 17 cm.
Benda uji yang telah terpasang dimasing-masing holder dilakukan
pengukuran sudut kelengkungan dan tinggi kelengkungan. Hasil dari pengukuran
ini dapat dilihat pada tabel 4.1 dibawah ini. Untuk sampel dengan panjang 23 cm,
benda uji yang terpasang di holder memiliki tinggi kelengkungan terbesar yaitu
8,7 cm dan sudut kelengkungan bagian kiri 600 dan kanan 620.
Sedangkan ada dua buah sampel yang panjangnya 20 cm dengan ketebalan
yang berbeda yaitu 0,11 cm dan 0,15 cm.
Tabel 4.1 Ukuran benda uji, Tinggi dan Sudut kelengkungan
Material Kode Tebal Panjang Lebar Tinggi Sudut
(cm) (cm) (cm) Kelengkungan
(cm) Kelengkungan
(0) Aluminium (Al Plat) A3 0,10 20
5 cm 6,6 45-50
A2 0,155 20
5 cm 6,6 45-50
B1 0,10 21
5 cm 8,0 53-55
C3 0,10 23
5cm 8,7 60-62
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
47
4.2 Analisa Komposisi Kimia
Pada Tabel 4.2 hasil komposisi kimia dari benda uji menunjukkan bahwa
kandungan alumunium mencapai 99,0 % dan paduan utama dari Aluminium seri
1100 adalah Fe dengan kandungan yaitu 0,649 % sedangkan kandungan Cu, Zn
dan Si masing-masing 0,110%, 0,0643% dan 0,0385%. Berdasarkan data hasil uji
komposisi ini dan merujuk pada buku literatur ASM HandBook Internasional
volume 2 menunjukkan bahwa material tersebut adalah aluminium seri 1100.
Tabel 4.2. Hasil uji komposisi Al 2024-T3
Komposisi kimia Al plat
Benda Uji Al (%) Si (%) Fe (%) Cu (%) Zn(%) Ga (%) Ti (%)
Al 2024-T3 99,0 0,0385 0,649 0,110 0,0643 0,0123 0,006
V (%) Cd (%) Mg (%) Mn (%) Ni Cr Pb
0,011 0,0035 <0,0001 <0,001 <0,005 <0,001 0,002
4.3. Pengujian Tarik
Hasil pengujian tarik benda uji Aluminium seri 1100 menunjukkan bahwa
material tersebut memiliki tegangan maksimum rata-rata 13.22 kg/mm2. Data
hasil pengujian secara lengkap dapat dilihat pada tabel 4.3.
Tabel 4.3. Hasil pengujian tarik Al 2024-T3 No
Ukuran Benda uji
(mm)
Luas (mm2)
Panjang Ukur (mm)
σx (kg/mm2)
σy (kg/mm2)
ε (%)
Px (kg)
Py (kg)
δL (mm)
1 t = 1.00
w = 26.30 26.30
50 13.30 12.73 5.20 349.8
334.8
2.60
2 t = 1.00
w = 26.25 26.25
50
13.14
12.57
5.30
344.9
330
2.65
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
48
Tabel 4.4 Sifat mekanik Hasil uji tarik
Material
Ukuran Benda
Yield Strength
(MPa)
Ultimate Strength
(Mpa)
Aluminium T = 1.00
W = 26.30 130.34
124.75
Plat T = 1.00
w = 26.25 128,84
12.24
4.4. Penghitungan Tegangan Aplikasi
Penghitungan tegangan aplikasi dengan memakai rumus persamaan 2.6.
Hasil penghitungan tegangan aplikasi dapat dilihat pada Tabel 4.5 dibawah ini.
Benda uji dengan ukuran panjang 230 mm mengalami tegangan aplikasi terbesar
yaitu 22.92 GPa jika dibandingkan dengan beberapa sampel yang lain dengan
ketebalan yang sama. Untuk sampel yang berukuran panjang 200 mm dan
ketebalan 1.55 mm memiliki tegangan aplikasi terbesar dari keseluruhan sampel
yakni sebesar 24.5 GPa.
Tabel 4.5 Hasil perhitungan tegangan aplikasi
Panjang Sampel (mm)
H (mm)
t (mm)
θ o K K E ε E (GPa)
σ (kg/mm2)
200
220 1,0 47,5 0,4030 90.031 86.226 0.2551 68.9 17.58
200
220 1,55 47,5 0,4030 90.031 86.226 0.3556 68.9 24.50
210
210 1,0 54 0,4540 95.267 85.166 0.2819 68.9 19.42
230
190 1,0 61 0,5075 96.822 83.890 0.3326 68.9 22.92
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
49
4.5. Hasil Pengujian Korosi Retak Tegang
4.5.1 Jumlah dan Diameter Korosi Sumuran
Tabel 4.6. Jumlah dan Diameter Korosi Sumuran
Kode
Panjang (mm)
Ketebalan (mm)
σ (kg/mm2)
Jumlah Pitting
Diameter (mm)
A3 200 1,0 17.58
2 0,0180
A2 200 1,55 24.50
8 0,0359
B1 210 1,0 19.42
4 0.0645
C3 230 1,0 22.92
9 0.0225
Pada Tabel 4.6 Jumlah korosi sumuran terbesar setelah dilakukan
pengujian korosi dengan metode two point loaded bending yang direndam dalam
li air laut adalah sebanyak 9 buah titik yang terjadi pada sampel dengan ukuran
panjang 230 mm dan ketebalan 1.0 mm. Sedangkan jumlah korosi pitting 8 buah
terjadi pada sampel dengan ukuran panjang 200 mm dan ketebalan 1.55 mm.
Adapun nilai rata-rata diameter terbesar dihasilkan pada sampel yang berukuran
panjang 210 mm dan ketebalan 1.0 mm.
4.6. Foto Makro Benda Uji Sebelum Pengujian Korosi
Kondisi benda uji yang sudah terpasang di masing-masing holder dapat
dilihat pada gambar 4.1. Kondisi benda uji ini telah siap untuk dimasukkan
kedalam rendaman air laut selama 504 jam.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
50
Gambar 4.1. Benda uji Aluminium seri 1100 sebelum dilakukan pengujian
(Panjang sampel 23 cm, 21 dan 20 masing-masing sebanyak 3 buah)
4.7. Hasil Pengamatan Foto Mikro
Gambar 4.2. Struktur mikro aluminium seri 1100 sebelum pengujian
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
51
(a) (b)
Gambar 4.3. Struktur mikro Aluminium seri 1100 setelah pengujian (a). L=20 cm dan tebal 0,1 cm (b). =20 cm dan tebal 0,155 cm
(a) (b)
Gambar 4.4. Struktur mikro aluminium seri 1100 setelah pengujian (a). L=21 cm dan tebal 0,1 cm (b). L =23 cm dan tebal 0,1 cm
4.8. Hasil Uji Metalografi
Untuk melihat struktur mikro benda uji setelah dilakukan pengujian Two
Load Bending yakni dengan melihat hasil uji alat SEM. Adapun foto struktur
mikro sampel tersebut dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
52
Pada Gambar 4.5 permukaan benda uji Alumunium pelat memperlihatkan
bahwa korosi pitting sudah terjadi di permukaan benda uji dan diameter pitting
sangat lebar rata-rata sebesar 0.0645 mm
Gambar 4.5. Struktur mikro benda uji Aluminium pelat dengan panjang sampel 21 cm dan tebal 1,0 mm
(a)
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
53
(b)
Gambar 4.6 (a) dan (b). Struktur mikro benda uji Aluminium pelat dengan panjang sampel 23 cm dan tebal 1,0 cm
Sedangkan pada Gambar 4.6 (a) dan (b) korosi pitting yang terjadi relatif
lebih kecil dibandingkan dengan benda uji pada sampel dengan panjang 21 cm.
Diameter sampel ini rata-rata sebesar 0,0225mm.
(a)
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
54
(a)
(b)
Gambar 4.7 (a) dan (b) Struktur mikro benda uji Aluminium pelat dengan panjang sampel 20 cm dan tebal 1,0 cm
Pada Gambar 4.7 (a) dan (b) korosi pitting yang terjadi relatif lebih kecil
jika dibandingkan dengan benda uji pada panjang sampel 23 cm. Diameter pada
sampel ini rata-rata sebesar 0.0180. Sedangkan Gambar 4.8 permukaan benda uji
terjadi korosi pitting rata-rata sebesar 0.0359 mm.
Gambar 4.8 Struktur mikro benda uji Aluminium pelat dengan panjang sampel 20 cm dan tebal 1,55 cm
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
55
BAB 5
PEMBAHASAN
5.1. Korosi Yang Terjadi Pada Benda Uji
Setelah pengujian korosi dengan metode two poin bending dilakukan
selama 504 jam pada suhu udara normal, dilakukan foto mikro pada permukaan
sampel untuk pengamatan visual. Dari foto mikro ini dapat diamati jenis korosi
yang terjadi pada masing-masing sampel baik sampel dengan L1 = 23 cm dengan
keteban tebal 0,11 cm; L2 = 21 cm dengan ketebalan 0,11 cm; L3 = 20 cm dengan
ketebalan 0,11 cm dan L4 = 20 cm dengan ketebalan 0,155 cm. Korosi yang
terjadi pada riset ini adalah korosi piting
Korosi pitting yang terjadi karena adanya ion lorida dan larutan NaCl yang
merusak lapisan pasif dari Aluminium. Korosi semakin besar dengan absorbsi
asam dengan konsentrasi yang tinggi maka timbul perbedaan potensial antara
bagian permukaan dan bagian dalam.
Pada penelitian ini tidak tejadi korosi retak tegang. Korosi retak tegang
dapat terjadi karena pada permukaan mengalami tegang tarik akibat bending dan
lamanya pencelupan di dalam lingkungan korosif harus melebihi waktu 6 bulan.
Sehingga hal ini dapat memperbesar kerusakan dan mempermudah keberadaan
ion klorida rusaknya lapisan pasif.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
56
5.2. Hubungan Tegangan Aplikasi Terhadap Korosi Pitting
Dari pengamatan jumlah korosi sumuran yang terjadi, diperoleh grafik
sebagai berikut:
Gambar 5.1. Grafik Hubungan tegangan aplikasi terhadap jumlah korosi sumuran
Pengujian dengan menggunakan metode two point loaded speciement;
yakni dengan benda uji ditekuk yang diletakkan di atas holder dengan variasi
panjang sampel yaitu 20 cm, 21 cm dan 23 cm. Penekukan ini menghasilkan sudut
penekukan dan juga menghasilkan elongasi atau peregangan yang berbeda.
Selanjutnya jika data elongasi dikalikan dengan modulus young kita dapat
menghitung nilai tegangan aplikasi.
Semakin besar tegangan aplikasi maka semakin banyak jumlah pusat
tegangan dan selanjutnya akan memicu terbentuknya korosi sumuran pada
permukaan sampel. Hal ini terjadi pada sampel aluminium pelat seperti pada
Gambar 5.1. Tegangan aplikasi 22.92 GPa memberikan jumlah pitting sebanyak 9
buah dan tegangan aplikasi 19.42 GPa memberikan jumlah pitting sebanyak 4
buah. Jika diprosentasikan maka setiap kenaikkan tegangan apliasi sebesar 18 %
0
12
34
5
67
89
10
17,58 19,42 22,92
Tegangan Aplikasi (GPa)
Jum
lah
Pitti
ng
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
57
dapat menghasilkan kenaikkan jumlah pitting sebesar 125%. Semakin besar
penekukan semakin besar tegangan geser yang dihasilkan sehingga dapat merusak
lapisan pasif Aluminium seri 1100.
5.3 Hubungan Tegangan Aplikasi Terhadap Diameter Korosi
Gambar 5.2 Hubungan tegangan aplikasi dengan diameter rata-rata
Pengaruh tegangan aplikasi terhadap besarnya diameter korosi sumuran
berdasarkan hasil data penelitian ini tidak menunjukkan hubungan berbanding
lurus. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 5.2 yaitu peningkatan nilai tegangan
aplikasi tidak diikuti dengan peningkatan besarnya diameter rata-rata korosi
sumuran. Pada tegangan aplikasi sebesar 22.92 GPa nilai diameter rata-rata berada
di tititk penurunan. Jika dapat diprosentasikan pada kenaikkan nilai tegangan
aplikasi sebesar 18 % terjadi penurunan diameter rata-rata sebesar 65,1%. Oleh
karena itu tegangan aplikasi tidak memberikan pengaruh terhadap besar diameter
rata-rata korosi sumuran material. Maka peningkatan besarnya diameter setiap
0,0180,0645
0,02250
0,050,1
0,150,2
0,25
0,30,35
0,40,45
0,5
17,58 19,42 22,92
Tegangan aplikasi (GPa)
Diam
eter
(mm
)
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
58
korosi sumuran bukan faktor penyebab utama terjadinya korosi retak tegang.
Tetapi jika di lihat secara keseluruhan sampel dengan dimensi ketebalan yang
berbeda. Ada hubungan berbanding lurus antara tegangan aplikasi terhadap
diameter korosi sumuran
Namun bila dapat di analisis mengenai salah satu pemicu korosi retak
tegang adalah kedalaman korosi sumuran. Maka tegangan aplikasi sangat
berpengaruh terhadap kedalaman korosi sumuran. Meskipun pada penelitian ini
tidak dilakukan pengukuran kedalaman korosi sumuran, yang dikarenakan sulit
nya pengamatan diameter dengan menggunakan TEM. Dikarenakan harus
menyiapkan ukuran sampel dengan presisi 0,25 mikron.
Sedangkan pada Gambar 5.3. Grafik dibawah ini menunjukkan daerah
penyebaran nilai diameter korosi sumuran terhadap nilai tegangan aplikasi. Pada
sampel dengan panjang 21 cm dengan tegangan aplikasi sebesar 19.42 GPa
memiliki nilai persebaran diameter terbesar. Adapun daerah persebaran diameter
terendah dimiliki oleh sampel dengan panjang 20 cm dan tegangan aplikasi
sebesar 17.58 GPa.
19,4217,58
22,92
0
5
10
15
20
25
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Diameter (mm)
Tega
ngan
apl
ikas
i (G
Pa)
Series1
Gambar 5.3 Grafik Penyebaran diameter dari ketiga sampel L = 23 cm, L = 21 cm dan L = 20 cm dengan ukuran ketebalan sama
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
59
5.4. Hubungan Tegangan Aplikasi Terhadap Ketebalan Bahan
0
5
10
15
20
25
30
1 1,55
Ketebalan Bahan (mm)
Tega
ngan
Apl
ikas
i (G
Pa)
Gambar 5.4. Grafik Hubungan ketebalan bahan terhadap tegangan aplikasi
Gambar 5.4 memperlihatkan hubungan ketebalan bahan terhadap tegangan
aplikasi adalah berbanding lurus. Meningkatkan besar ketebalan suatu bahan pada
saat dilakukakan two point bending terhadap material aluminium maka dapat
meningkatkan stress pada bagian permukaan. Karena bila lapisan material
ketebalan ditingkatkan pada saat penekukan akan meningkatkan pula kerapatan
struktur mikro bahan didaerah penekukan. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 5.4.
Sedangkan pada Gambar 5.5 memperlihatkan hubungan antara ketebalan,
tegangan aplikasi dan jumlah pitting. Semakin besar nilai ketebalan maka semakin
besar tegangan aplikasi sehingga dapat meningkatkan jumlah korosi pitting pada
permukaan material.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
60
t = 1.0 mm
t = 1,5mm
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
17,58 24,5
Tegangan aplikasi (GPa)
Jum
lah
pitti
ng
Gambar 5.5. Grafik Hubungan antara ketebalan bahan, tegangan aplikasi dan Jumlah pitting
1,5856
1,1374
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50
Diameter (mm)
tega
ngan
apl
ikas
i (G
Pa)
Series1
Gambar 5.6. Grafik Hubungan ketebalan bahan terhadap diameter dengan dimensi material yang sama
Pada Gambar 5.6 memperlihatkan daerah penyebaran diameter terhadap
variasi ketebalan bahan. Grafik ini dapat menjelaskan bahwa ketebalan bahan
dapat meningkatkan tegangan stress pada permukaan material. Kemudian pada
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
61
saat dilakukan beban two point bending dilingkungan korosif sampai dengan
terbentuknya korosi sumuran, material dengan ketebalan bahan lebih besar dapat
menghasilkan diameter yang besar. Hal ini dimungkinkan ketebalan bahan yang
besar pada saat ditekuk struktur material mengalami pemadatan atau kerapatan
struktur material meningkat dibagian puncak.
5.5. Struktur Mikro
Pada Gambar 4.3 dan 4.4 sulit terlihat korosi retak tegang karena
Aluminium ini telah dilapisi agar lebih tahan terhadap korosi. Sehingga yang
terjadi hanya korosi pitting. Untuk korosi pitting, besarnya diameter maupun
jumlah korosi piting sudah dibahas sebelumnya.
Korosi retak tegang pada penelitian ini dapat terjadi bila ada peningkatan
ke asaman air laut dan lama waktu perendaman. Sehingga yang akan terjadi akan
meningkatnya jumlah korosi pitting yang terjadi dan kedalaman korosi pitting pun
meningkat. Tetapi pada penelitian ini tidak dapat disajikan kedalaman korosi
sumuran yang lebih dikarenakan dengan kedalaman korosi sumuran yang
dihasilkan oleh masing-masing sampel relatif sangat kecil meskipun lamanya
waktu perendaman sekitar 504 Jam.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
62
BAB 6
KESIMPULAN
6.1 Kesimpulan
Berdasarkan data penelitian, pengamatan, dan analisa serta pembahasan maka
diperoleh beberapa kesimpulan berikut:
1. Korosi yang timbul pada alumunium seri 1100 pada arah rol 900 didalam
lingkungan air laut dengan waktu perendaman selaman 504 Jam adalah korosi
pitting dan bukan korosi retak tegang. Korosi retak tegang memungkinkan
terjadi bila waktu perendaman diatas 6 bulan [24].
2. Semakin besar tegangan aplikasi yang diberikan pada material uji, maka
semakin besar jumlah korosi pitting yang terbentuk dipermukaan. Adapun
Jumlah korosi pitting pada daerah puncak semakin banyak terjadi seiring dengan
meningkatnya tegangan aplikasi. Pada tegangan aplikasi 17.58 GPa sampai
dengan 22.92 kg/mm2 pada alumunium seri 1100 menghasilkan jumlah korosi
pitting dari 2 hingga 9 buah didaerah puncak permukaan.
3. Pada nilai variasi ketebalan bahan diperoleh hubungan yang sangat signifikan
terhadap tegangan aplikasi dan jumlah korosi pitting didaerah puncak. Semakin
besar ketebalan suatu bahan dapat memberikan peningkatan tegangan aplikasi
sehingga akan meningkat pula jumlah korosi pitting dipermukaan puncak
material. Pada ketebalan material sebesar 1mm dapat menghasilkan tegangan
aplikasi 17.58 GPa sedangkan material dengan ketebalan 1,55 mm tegangan
aplikasi meningkat mencapai 24.5 GPa.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008
63
4. Besar tegangan aplikasi suatu permukaan tidak memebrikan pengaruh yang
terhadap diameter korosi sumuran. Peningkatan tegangan aplikasi tdak diikuti
dengan peningkatan besar diameter rata-rata sumuran. Hala ini dapat dilihat
pada tegangan aplikasi 17.58 GPa dihasilkan diameter 0.018 mm, pada
teganganaplikasi 19.42 GPa dihasilkan diameter rata-rata korosi sumuran
sebesar 0.0645 mm, dan pada tegangan aplikasi 22.92 GPa dihasilkan diameter
rata-rata korosi sumuran sebesar 0.0225 mm. Sedangkan untuk tegangan
aplikasi 24,5 GPa menghasilkan 0.0359 mm.
6.2. Saran
Pengujian korosi dengan metode two poin loaded bending dengan arah rol
00 pada Aluminium seri 1100 selama 504 jam didalam lingkungan air laut dengan
variasi keasaman pH cairan korosif dapat diteliti di waktu yang akan datang
sehingga dapat diketahui ketahanan korosi retak tegang dan perbedaan tegangan
aplikasi dengan arah rol 900 pada Aluminium seri 1100.
Pengaruh tegangan..., Nurdiansyah, FMIPA UI, 2008