STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH PERLAKUAN PANAS ANNEALING, QUENCHING MEDIA AIR DAN STRESS RELIEF TERHADAP KEKUATAN, KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO TUBE CONDENSER CP-TI GRADE 2
TUGAS AKHIR - TM 141585
STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH PERLAKUAN
PANAS ANNEALING, QUENCHING MEDIA AIR DAN STRESS RELIEF TERHADAP KEKUATAN, KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO TUBE CONDENSER CP-TI GRADE 2 SAFIRA DINA NADILA NRP 2110 100 012 Dosen Pembimbing Prof. Dr. Ir. Wajan Berata, DEA JURUSAN TEKNIK MESIN Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh NopemberFINAL PROJECT - TM 141585
EXPERIMENTAL STUDY ON INFLUENCE OF
HEAT TREATMENT ANNEALING , WATER
QUENCHING AND STRESS RELIEF OF THE
STRENGTH , HARDNESS AND MICROSTRUCTURE
TUBE CONDENSER CP - Ti GRADE 2 SAFIRA DINA NADILA NRP 2110 100 012 Advisor Prof. Dr. Ir. WAJAN BERATA, DEA MECHANICAL ENGINEERING DEPARTEMENT Faculty of Industrial Technology Sepuluh Nopember Institute of Technology
STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH
PERLAKUAN PANAS ANNEALING, QUENCHING
DENGAN MEDIA AIR DAN STRESS RELIEF
TERHADAP KEKUATAN, KEKERASAN DAN
STRUKTUR MIKRO TUBE CONDENSER CP-Ti
GRADE 2
Nama Mahasiswa : Safira Dina Nadila NRP : 2110 100 012 Jurusan : Teknik Mesin Pembimbing: Prof. Dr. Wajan Berata, DEA AbstrakCommercial Pure Titanium Grade 2 (CP-Ti) digunakan
sebagai tube condenser PLTU Paiton. CP Ti Grade 2 dipilih
sebagai tube condenser karena memiliki keunggulan pada
kombinasi sifat mekanik seperti massa jenis yang lebih rendah,
kekuatan yang lebih baik, tahan korosi yang sangat baik,
weldability yang sangat baik serta machinability yang baik. Saat
proses pemakaian terjadi kegagalan sebelum umur pakai.
Kegagalan diakibatkan oleh abrasi deposit, mechanical damage,
dan ukuran butir yang tidak homogen akibat proses kondensasi
pada kondensor. Oleh karena itu tube condenser bekas yang
ingin diketahui apakah tube condenser tersebut dapat berubah
kekuatan dan kekerasannya dengan mengubah struktur mikro
dari perlakuan panas dengan variasi perlakuan panas, yaitu
Annealing, Quenching media air dan Quenching media air
dengan penambahan Stress Relief.Pada perlakuan panas CP-Ti Grade 2, mula-mula 3 o spesimen dipanaskan hingga temperatur 950
C, ditahan selama
15 menit dan didingiinkan di dalam dapur (Annealing). Untuk 3
selama 15 menit kemudian didinginkan dengan metode quenching
dengan air. Tiga spesimen lainnya dipanaskan hingga
temperature 950 ºC kemudian diquenching dengan air lalu
dipanaskan kembali hingga temperatur 520ºC ditahan 30 menit,
material tersebut didinginkan di luar dapur. Semua spesimen
tersebut akan diuji struktur mikro, XRD, uji tarik dan uji
kekerasan.Hasil yang didapatkan pada perlakuan annealing yaitu
perubahan struktur mikro dari alpha menjadi alpha lamellar dan
coarse alpha dengan nilai kekerasan rata rata 274.98 HVN dan
nilai UTS 298.94 MPa. Perlakuan Quenching media air
didapatkan perubahan struktur mikro menjadi alpha lamellar,
coarse Alpha dan Beta dengan nilai kekerasan rata rata 255.99
HVN dan nilai UTS rata rata 357.74 MPa. Perlakuan Quenching
lalu stress Relief didapatkan perubahan struktur mikro menjadi
fine alpha lamellar, coarse Alpha dan Beta dengan nilai
kekerasan rata rata 268.33HVNdan nilai UTS rata rata 332.68
MPa.
Keyword: Tube Condenser, CP-Ti Grade 2, Alpha, Perlakuan
Panas, Alpha Lamellar.
EXPERIMENTAL STUDY ON INFLUENCE OF
HEAT TREATMENT ANNEALING , WATER
QUENCHING AND STRESS RELIEF OF THE
STRENGTH , HARDNESS AND MICROSTRUCTURE
TUBE CONDENSER CP - Ti GRADE 2
Nama Mahasiswa : Safira Dina Nadila NRP : 2110 100 012 Departement : Mechanical Engineering Advisor: Prof. Dr. Wajan Berata, DEA AbstractCommercial Pure Titanium Grade 2 (CP-Ti) is used as a tube
condenser PLTU Paiton. CP Ti Grade 2 is selected as a condenser tube
as it has advantages on a combination of mechanical properties like
lower density, a better strength, excellent corrosion resistant, excellent
weldability and good machinability. During the process of discharging
failure occurred before age wear. Failure caused by abrasion,
mechanical damage deposit, and grain size which is not homogeneous
due to condensation on the condenser. Therefore a condenser tube used
to known whether such a condenser tube may change the power and
violence by changing the microstructure of heat treatment with the
variation of heat treatment, i.e., Annealing, Water Quenching and Water
Quenching with the addition of Stress Relief.In the heat treatment of CP - Ti Grade 2 , Three specimens
initially heated to a temperature of 950ºC , hold for 15 minutes and
cooling in the furnace ( Annealing ) . For three other specimens heated
to a temperature of 950ºC , was detained for 15 minutes and then cooled
by water quenching method . Three other specimens were heated to
temperatures of 950 ° C then water quenching and reheated to a
temperature of 520ºC on hold 30 minutes , the material is cooled outside
furnace. All specimens will be tested microstructure , XRD , tensile strength and hardness test . Results obtained on annealing treatment that changes the
microstructure of the alpha to alpha and coarse lamellar alpha with an
average hardness value of 274.98 HVN and 298.94 MPa UTS value .
Quenching water treatment media obtained changes to alpha lamellar
microstructure , coarse Alpha and Beta with an average hardness value
255.99 HVN and the average value of UTS 357.74 MPa. Quenching
treatment and stress relief obtained microstructure changes into fine
lamellar alpha , Alpha and Beta coarse with an average hardness value
268.33 HVN dan average value of UTS 332.68 MPa .
Keyword: Tube Condenser, CP-Ti Grade 2, Alpha, Heat
Treatment, Alpha Lamellar.
STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH
PERLAKUAN PANAS ANNEALING, QUENCHING
DENGAN MEDIA AIR DAN STRESS RELIEF
TERHADAP KEKUATAN, KEKERASAN DAN
STRUKTUR MIKRO TUBE CONDENSER CP-Ti
GRADE 2
Nama Mahasiswa : Safira Dina Nadila NRP : 2110 100 012 Jurusan : Teknik Mesin Pembimbing: Prof. Dr. Wajan Berata, DEA AbstrakCommercial Pure Titanium Grade 2 (CP-Ti) digunakan
sebagai tube condenser PLTU Paiton. CP Ti Grade 2 dipilih
sebagai tube condenser karena memiliki keunggulan pada
kombinasi sifat mekanik seperti massa jenis yang lebih rendah,
kekuatan yang lebih baik, tahan korosi yang sangat baik,
weldability yang sangat baik serta machinability yang baik. Saat
proses pemakaian terjadi kegagalan sebelum umur pakai.
Kegagalan diakibatkan oleh abrasi deposit, mechanical damage,
dan ukuran butir yang tidak homogen akibat proses kondensasi
pada kondensor. Oleh karena itu tube condenser bekas yang
ingin diketahui apakah tube condenser tersebut dapat berubah
kekuatan dan kekerasannya dengan mengubah struktur mikro
dari perlakuan panas dengan variasi perlakuan panas, yaitu
Annealing, Quenching media air dan Quenching media air
dengan penambahan Stress Relief.Pada perlakuan panas CP-Ti Grade 2, mula-mula 3 o spesimen dipanaskan hingga temperatur 950
C, ditahan selama
15 menit dan didingiinkan di dalam dapur (Annealing). Untuk 3
selama 15 menit kemudian didinginkan dengan metode quenching
dengan air. Tiga spesimen lainnya dipanaskan hingga
temperature 950 ºC kemudian diquenching dengan air lalu
dipanaskan kembali hingga temperatur 520ºC ditahan 30 menit,
material tersebut didinginkan di luar dapur. Semua spesimen
tersebut akan diuji struktur mikro, XRD, uji tarik dan uji
kekerasan.Hasil yang didapatkan pada perlakuan annealing yaitu
perubahan struktur mikro dari alpha menjadi alpha lamellar dan
coarse alpha dengan nilai kekerasan rata rata 274.98 HVN dan
nilai UTS 298.94 MPa. Perlakuan Quenching media air
didapatkan perubahan struktur mikro menjadi alpha lamellar,
coarse Alpha dan Beta dengan nilai kekerasan rata rata 255.99
HVN dan nilai UTS rata rata 357.74 MPa. Perlakuan Quenching
lalu stress Relief didapatkan perubahan struktur mikro menjadi
fine alpha lamellar, coarse Alpha dan Beta dengan nilai
kekerasan rata rata 268.33HVNdan nilai UTS rata rata 332.68
MPa.
Keyword: Tube Condenser, CP-Ti Grade 2, Alpha, Perlakuan
Panas, Alpha Lamellar.
EXPERIMENTAL STUDY ON INFLUENCE OF
HEAT TREATMENT ANNEALING , WATER
QUENCHING AND STRESS RELIEF OF THE
STRENGTH , HARDNESS AND MICROSTRUCTURE
TUBE CONDENSER CP - Ti GRADE 2
Nama Mahasiswa : Safira Dina Nadila NRP : 2110 100 012 Departement : Mechanical Engineering Advisor: Prof. Dr. Wajan Berata, DEA AbstractCommercial Pure Titanium Grade 2 (CP-Ti) is used as a tube
condenser PLTU Paiton. CP Ti Grade 2 is selected as a condenser tube
as it has advantages on a combination of mechanical properties like
lower density, a better strength, excellent corrosion resistant, excellent
weldability and good machinability. During the process of discharging
failure occurred before age wear. Failure caused by abrasion,
mechanical damage deposit, and grain size which is not homogeneous
due to condensation on the condenser. Therefore a condenser tube used
to known whether such a condenser tube may change the power and
violence by changing the microstructure of heat treatment with the
variation of heat treatment, i.e., Annealing, Water Quenching and Water
Quenching with the addition of Stress Relief.In the heat treatment of CP - Ti Grade 2 , Three specimens
initially heated to a temperature of 950ºC , hold for 15 minutes and
cooling in the furnace ( Annealing ) . For three other specimens heated
to a temperature of 950ºC , was detained for 15 minutes and then cooled
by water quenching method . Three other specimens were heated to
temperatures of 950 ° C then water quenching and reheated to a
temperature of 520ºC on hold 30 minutes , the material is cooled outside
furnace. All specimens will be tested microstructure , XRD , tensile strength and hardness test . Results obtained on annealing treatment that changes the
microstructure of the alpha to alpha and coarse lamellar alpha with an
average hardness value of 274.98 HVN and 298.94 MPa UTS value .
Quenching water treatment media obtained changes to alpha lamellar
microstructure , coarse Alpha and Beta with an average hardness value
255.99 HVN and the average value of UTS 357.74 MPa. Quenching
treatment and stress relief obtained microstructure changes into fine
lamellar alpha , Alpha and Beta coarse with an average hardness value
268.33 HVN dan average value of UTS 332.68 MPa .
Keyword: Tube Condenser, CP-Ti Grade 2, Alpha, Heat
Treatment, Alpha Lamellar.KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT karena hanya dengan bimbingan, petunjuk, dan kasih sayang-Nya akhirnya penulis mampu menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul :
“STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH
PERLAKUAN PANAS ANNEALING, QUENCHING
DENGAN MEDIA AIR DAN STRESS RELIEF
TERHADAP KEKUATAN, KEKERASAN DAN
STRUKTUR MIKRO TUBE CONDENSER CP-Ti
GRADE 2”
Penulis berharap dari tugas akhir ini dapat diambil suatu manfaat, meskipun masih banyak kekurangan pada pembuatan tugas akhir ini.
Akhirnya pada kesempatan ini penulis ingin berterima kasih kepada orang- orang di sekitar penulis yang secara langsung maupun tidak langsung ikut terlibat dalam penulisan tugas akhir ini. Secara khusus penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Ummi dan Abi penulis (Aulah dan Ismail) terima kasih telah banyak berkorban untuk penulis hingga penulis menjadi seperti sekarang ini. Serta adikku dan kembaranku (Bukhori dan Akbar) yang telah memberi semangat dalam pengerjaan TA ini.
2. Bapak selaku dosen pembimbing. Bapak Dr.Ir.Soeharto
DEA, Bapak Wahyu Wijanarko ST, M.Sc, Indra Sidharta ST, M.Sc dan Bapak Putu Suwarta ST M.Sc
selaku dosen penguji yang telah memberikan banyak
3. Teman teman barisan Lab Metalurgi, khususnya teman seperjuangan Tugas akhir, Zahrah, Esthi, Dewangga, Faisal, Buditha, Bilal, Rio, Eli dan Upil terimakasih atas kerjasamanya selama ini.
4. Semua teman – teman yang ada di Jurusan Teknik Mesin, khususnya M-53 , terima kasih banyak.
5. Sahabatku yang sedang koas (Rifa dan Nirwan), terima kasih selalu memberi semangat dan doa ditengah kesibukan kalian.
6. Serta semua pihak yang telah memberikan dukungan dan bantuannya yang tidak bisa disebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih terdapat banyak kekurangan. Kritik dan saran penulis harapkan untuk perbaikan di masa mendatang. Semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi kita semua. Amin.
Surabaya, Januari 2015 Penulis
DAFTAR ISI
JUDUL…………………………………………………………..i TITLE…………………………………………………………..ii LEMBAR PENGESAHAN…………………………………….iii ABSTRAK……………………………………………………...iv ABSTRACT……………………………………………………vi KATA PENGANTAR…………………………………………viii DAFTAR ISI……………………………………………………x DAFTAR GAMBAR…………………………………………..xiv DAFTAR TABEL……………………………………………..xix
BAB I PENDAHULUAN ............................................................. 1
1.1 Latar Belakang ........................................................................ 1
1.2 Perumusan Masalah ................................................................. 7
1.3 Batasan Masalah ...................................................................... 7
1.4 Tujuan Penelitian ..................................................................... 8
1.5 Manfaat Penelitian ................................................................... 8
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI ............... 9
2.1 Tinjauan Pustaka ..................................................................... 9
2.2 Dasar Teori ............................................................................ 10
2.2.1 Titanium ............................................................................. 10
2.2.1.1 Sistem Fasa Titanium ...................................................... 12
2.2.1.2 Diagram Fasa pada Titanium........................................... 13
2.2.2.1 Titanium Murni ............................................................... 15
2.2.2.2 Paduan Titanium .............................................................. 16
2.2.3 Struktur Mikro pada Titanium ............................................ 18
2.2.3.1 Pure Titanium (Commersial Pure Titanium) ................... 18 2.2. 3.2 Paduan α ......................................................................... 18 2.2. 3.3 Paduan β ........................................................................ 18
2.2.3.4 Paduan (α +β) .................................................................. 19
2.2.2 Comersial Pure Titanium (CP-Ti) Grade 2 ......................... 20
2.2.2.1 Pengaruh Struktur Mikro terhadap Physical Properties dan Mechanical Properties .......................................................... 23
2.2.2.2 Pipa Kondensor CP Ti Grade 2 ....................................... 24
2.2.3 Heat treatment Beta Annealing Pada Titanium Grade 2 ... 25
2.2.4 XRD pada Titanium ........................................................... 27
BAB 3 .......................................................................................... 31 METODOLOGI PENELITIAN .................................................. 31
3.1 Diagram Alir Penelitian ......................................................... 31
3.2 Material ................................................................................. 32
3.2.1 Material yang Digunakan ................................................... 32
3.2.2 Bentuk spesimen uji ........................................................... 32
3.3 Langkah – Langkah Percobaan ............................................. 34
3.3.1 Spesifikasi Spesimen .......................................................... 34
3.3.2 Pengamatan Metalography ................................................. 34
3.3.3 Pengujian Tarik .................................................................. 35
3.3.4 Pengujian Kekerasan .......................................................... 35
3.3.5 Perlakuan Panas ( Heat Treatment ) ................................... 36
3.3.6 Pengujian XRD ................................................................... 38
3.4 Peralatan yang Digunakan ..................................................... 38
3.4.1 Peralatan Uji Komposisi Kimia .......................................... 38
3.4.2 Peralatan Grinding dan Polishing ....................................... 39
3.4.3 Peralatan Pengujian Etsa (Etching) .................................... 39
3.4.4 Peralatan Pengamatan Struktur Mikro ................................ 40
3.4.5 Pengujian Microhardness ................................................... 41
3.4.6 Mesin Uji Tarik .................................................................. 42
3.4.7 Dapur Pemanas ................................................................... 42
3.4.7 Mesin XRD......................................................................... 43
3.5 Perencanaan Eksperimen ....................................................... 44
BAB 4 .......................................................................................... 47 DATA HASIL PENELITIAN ..................................................... 47
4.1 Struktur Mikro Setelah Perlakuan ....................................... 48
4.2 Pengaruh kekerasan terhadap perlakuan ............................... 51
4.3 Pengaruh kekuatan terhadap perlakuan ................................. 53
4.4 X-Ray Difraction setelah Perlakuan (XRD) .......................... 54
4.5 Hasil Scanning Electron Microscope (SEM) ....................... 57
4.6 Hasil Foto Makro Pola Patahan ............................................. 58
BAB 5 ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN…………….61
5.1 Pengaruh Variasi Perlakuan terhadap Struktur Mikro…….61
5.2 Pengaruh Variasi Perlakuan Terhadap Kekuatan…………64
5.4 Pengaruh variasi perlakuan panas terhadap hasil XRD……68
5.5 Pengaruh variasi perlakuan panas terhadap pola patahan.69
BAB 6 KESIMPULAN DAN SARAN………………………...71
6.1 Kesimpulan ………………………………………………...71
6.2 Saran……………………………………………………….72 DAFTAR PUSTAKA…………………………………………..73 LAMPIRAN………………………………………………….....75
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Komposisi Kimia dan UTS CP-Ti. [1]……………………....16Tabel 2.2 Physical Properties CP-Ti Grade 2…………………….........21Tabel 2.3 Mechanical properties CP-Ti Grade 2………………….........21Tabel 2.4 Data Operasional Pipa Kondensor pada PembangkitListrik………………………………………………………….24
Tabel 2.5 Komposisi Kimia Pipa Kondensor CP-Ti……………………25Tabel 2.6 Laku Stress Relief pada Titanium dan paduannya [2]……….26Tabel 4.1Data hasil pengujian sifat mekanik CP-Ti Grade 2…………..57
Tabel 4.2 Struktur Mikro dan Perlakuan…………………………….....61Tabel 4.3 Nilai Kekerasan………………………………………….......62Tabel 4.4 Nilai UTS dengan variasi Perlakuan………………………..64DAFTAR GAMBAR Gambar 1.
1 Skema proses PLTU Paiton [6]……………………..2
Gambar 1.
2 Konstruksi Kondensor……………………………..3
Gambar 1.
3 Tube Condenser (Pipa Kondensor)[5]…………….3
Gambar 1..4 a. Pipa sobek diujung b. Pipa sobek ditengah c.
Cacat dari gambar b difoto mikro dari arah penebalan…………5 Gambar 1.
5 Penampang arah permukaan dalam menunjukkan
adanya abrasi dan deposit ( kotak merah) serta abrasi, deformasi dan deposit (kotak hijau)………………………………………..6
Gambar 1.6 Gambar struktur mikro Titanium Tube CondenserPLTU Paiton……………………………………………………..6 Gambar
2.1 Gambar Struktur Kristal………………………….11
Gambar
2.2 Skema Penambahan Paduan yang mempengaruhi
fasa [2]………………………………………………………….12 Gambar
2.3 Diagram fasa Titanium dengan kelarutan pada
Cromium[1]…………………………………………………….13 Gambar
2.4 Diagram fasa Titanium dengan kelarutan pada
Molybdenum [1]………………………………………………..14 Gambar
2.5 Diagram fasa Titanium dengan kelarutan pada
Hidrogen [1]……………………………………………………14 Gambar
2.6 Diagram fasa Titanium dengan kelarutan pada
Alumunium [1]. ………………………………………………...15 Gambar 2.7 Gambar strukturmikro paduan (α +β). a . Fully
Lamellar Microstructure, (b) duplex microstrukture, (c) fully equaixed microstructure, (d) mill annealed microstructure.[3]…20
Gambar
Gambar 3.11 Gambar Perlatan Pengujian Etsa………………..41
3.8 Kurva pendinginan dengan di-quench dengan media air kemudian diberi stress relief. ……………………………….39 Gambar
3.9 Mesin SEM-EDX…………………………………40 Gambar
3.10 Mesin grinding / Polishing………………………41
Gambar
3.12 Peralatan pengamatan struktur mikro……….….42 Gambar
3.13 Mesin uji kekerasan microhardness……………43 Gambar
3.14 Mesin uji tarik……………………………….…..44 Gambar
3.7 Kurva pendinginan dengan di-quench dengan media air……………………………………………………………….39 Gambar
Gambar
3.1 Flowchart Percobaan……………………………..32 Gambar
2.9 Foto Mikro CP-Ti Grade 2 setelah ditarik [3]……..24 Gambar
2.10 Diagram Fasa Ti-Al dengan Cooling Curve ……..27 Gambar
2.11 Pola XRD pada Fasa Alpha Ti-6Al-4V [9]……..28 Gambar
Gambar 3.6 Kurva pendinginan dengan variasi pendinginan di dalam dapur…………………………………………………….383.2 Bentuk spesimen uji tarik jis z 2201 dalam satuan milimeter………………………………………………………..33 Gambar
3.3 Bentuk spesimen uji kekerasan dalam satuan milimeter………………………………………………………..34 Gambar
3.4 Bentuk spesimen uji metallography dalam satuan millimeter……………………………………………………….34 Gambar
3.5Bentuk spesimen uji XRD dalam satuan millimeter.35
3.15 Dapur pemanas……………………………….…45 Gambar
4.1 Struktur mikro awal CP-Ti Grade 2 perbesaran
500x……………………………………………………………..58
Gambar 4.2 Struktur Mikro CP-Ti Grade 2 dengan perlakuanAnnealing (a. perbesaran 100x dan b. perbesaran 500x) ……..59 Gambar
4.3 Struktur Mikro CP-Ti Grade 2 dengan perlakuan
Quenching media air (a. perbesaran 100x dan b. perbesaran 500x)……………………………………………………………59 Gambar
4.4 Struktur Mikro CP-Ti Grade 2 dengan nama sampel
A53 perlakuan Quenching media air kemudian Stress Relief (a.
perbesaran 100x dan b. perbesaran 500x)…………………….60 Gambar
4.5 Grafik Perbandingan nilai HVN terhadap titik dengan
variasi perlakuan……………………………………………….63 Gambar
4.6 Grafik Perbandingan nilai UTS rata rata terhadap
variasi perlakuan……………………………………………….64 Gambar
4.7 Hasil XRD Titanium setelah Perlakuan Annealing.65
Gambar
4.8 Hasil XRD Titanium setelah Perlakuan Quenching.66
Gambar
4.9 Hasil XRD Titanium setelah Perlakuan Quenching
dan Stress Relief………………………………………………..66 Gambar
4.10 Hasil SEM CP-Ti Grade 2………………………..67
Gambar
4.11 Foto spesimen dengan perlakuan Annealing setelah
uji tarik………………………………………………………….68 Gambar
4.12 Foto specimen dengan perlakuan Quenching setelah
uji tarik ………………………………………………………….69 Gambar
4.13 Foto specimen dengan perlakuan Quenching dan
stressR elief setelahu ji tarik…………………………………....70 Gambar
5.1 Cacat dalam dan arah tegangan yang terjadi........... 67
Gambar
5.2 Alpha Case yang terdapat pada CP-Ti Grade 2…...68 Gambar
5.3 Foto indentasi microhardness pada CP-Ti Grade 2..69
Gambar
5.4 Bentuk pola patahan pada material akibat uji
tarik[12]…………………………………………………………71
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam system kerja PLTU di Paiton memiliki komponen penting yaitu boiler, turbin uap, generator, kondensor, dan pompa. System kerja PLTU dimulai dengan air dipompa dari tekanan P2 menjadi P1, langkah ini adalah langkah kompresi isentropis, dan proses ini terjadi pada pompa air pengisi. Air bertekanan ini dinaikkan temperaturnya hingga mencapai titik didih. Terjadi di LP heater, HP heater dan Economiser, air berubah wujud menjadi uap jenuh, langkah ini disebut
vapourising (penguapan) dengan proses isobar isothermis, terjadi
di boiler yaitu di wall tube (riser) dan steam drum. Uap dipanaskan lebih lanjut hingga uap mencapai temperatur kerjanya menjadi uap panas lanjut (superheated vapour), langkah ini terjadi di superheater boiler dengan proses isobar. Uap melakukan kerja sehingga tekanan dan temperaturnya turun, langkah ini adalah langkah ekspansi isentropis dan terjadi didalam turbin. Pembuangan panas laten uap berubah menjadi air kondensat, langkah ini adalah isobar isothermis dan terjadi didalam kondensor. Pada PJB Paiton terjadi penurunan efisiensi akibat penurunan tekanan yang terjadi di area kondensor secara drastis. Yang diakibatkan oleh kebocoran pada tube kondensor.
Kondensor adalah peralatan yang berfungsi untuk mengubah uap menjadi air. Prinsip kerja Kondensor proses perubahannya dilakukan dengan cara mengalirkan uap ke dalam suatu ruangan yang berisi pipa-pipa (tubes). Uap mengalir di luar pipa-pipa (shell side) sedangkan air sebagai pendingin mengalir di dalam pipa-pipa (tube side). Kondensor seperti ini disebut kondensor tipe surface (permukaan). Kebutuhan air untuk
2
perencanaan biasanya sudah diperhitungkan. Air pendingin diambil dari sumber yang cukup persediannya, yaitu dari danau, sungai atau laut. Posisi kondensor umumnya terletak dibawah turbin sehingga memudahkan aliran uap keluar turbin untuk masuk kondensor karena gravitasi.
Gambar 1.1 Skema proses PLTU Paiton [6]Tube kondensor terbuat dari Commercial Pure Titanium (CP-Ti) Grade 2 dimana memiliki keresistensian yang tinggi terhadap korosi dengan ketangguhan yang sangat baik. Saat pengoperasian pada system terjadinya penurunan efisiensi akibat kenaikan tekanan pada kondensor. Kondensor diinspeksi dan disimpulkan terdapat beberapa tube condenser yang bocor, terlihat dari adanya sobekan juga dekokan yang terdapat pada
tube condenser.
3
Gambar 1.2 Konstruksi Kondensor4
Kerusakan pada kondensor bervariasi tergantung dari berbagai faktor antara lain kesalahan operasi, kondisi lingkungan, umur dan material. Dari hasil survey data perawatan ada dua lokasi utama kebocoran pada pipa/tube yaitu:
Pada daerah tube sheet joint - Pada daerah sepanjang pipa/tube -
Dari hasil survei dan pengujian SEM untuk material Titanium penyebab utama kebocoran pipa/tube lebih diakibatkan oleh mechanical damage seperti halnya impact. Impact terjadi akibat sedimen yang terbawa oleh air laut menumbuk permukaan pipa. Sedangkan dari hasil pengujian Eddy Current cukup banyak pipa/tube yang mengalami retak. Retak terjadi akibat vibrasi pada pipa atau pemegang pipa/tube yang terjadi terus menurus sehingga menimbulkan defleksi pada pipa. Vibrasi pada pipa timbul akibat adanya aliran fluida yang melewati jajaran pipa dengan kecepatan yang menimbulkan vortex, atau lebih umum disebut Vortex Induced Vibration atau Flow-Induced
Vibration (FIV). Tim ahli ITS melakukan uji fatigue dan
menyatakan bahwa tube condenser aman terhadap beban cyclic dan fatigue. Sifat fisik yang berubah pada pipa kondensor terlihat dengan adanya sedimen pada pipa, cacat berupa sobek di ujung pipa, cacat berupa lekukan di tengah pipa, serta abrasi dan deposit pada permukaan pipa. Sifat mekanik pipa berubah dimana adanya penurunan kekuatan
5 b a c
Gambar 1.4
a. Pipa sobek diujung b. Pipa sobek ditengah c. Cacat dari gambar b difoto mikro dari arah penebalan.
Dari gambar a terlihat pipa sobek dan berdeformasi plastis,
disebabkan karena material pipa tidak mampu menahan beban di
tumpuan. Pada gambar b yang diperjelas dengan dipotong dan
difoto mikro dari arah penebalan di gambar c, terjadi cacat
berupa sobek di tengah pipa akibat beban impact yang terjadi,
diperkirakan karena adanya komponen dari turbin (serpihan
turbin) yang lepas dan jatuh mengenai pipa kondensor, juga bisa
diakibatkan human error saat pembersihan fouling pada pipa.6
Gambar 1.5 Penampang arah permukaan dalam menunjukkan
adanya abrasi dan deposit ( kotak merah) serta abrasi, deformasi
dan deposit (kotak hijau)
Dari gambar diatas terlihat adanya abrasi dan deposit akibat sedimen dari air laut yang terbawa, deformasi yang terjadi pada permukaan pipa akibat beban impact oleh sedimen juga kotoran lain yang terbawa aliran air laut yang vortex, dan deformasi akibat impact ini terjadi sepanjang pipa, deformasi ini bisa memungkinkan terjadi sobek apabila sedimen maupun serpihan yang terbawa air laut lebih besar dengan aliran vortex yang sangat tinggi
.
Gambar 1.6 Gambar struktur mikro Titanium Tube Condenser7
Pada gambar 1.6 terlihat bahwa butir butir kristal yang terbentuk memiliki ukuran yang berbeda (tidak homogen), ukuran butir yang berbeda mengakibatkan inisiasi terjadi retak semakin besar, sehingga pada saat pembebanan material lebih mudah retak jika disbanding material yang memiliki butir kristal homogen. Sifat mekanik dapat dinaikan dengan bermacam cara, yaitu berupa kumis kucing, memperkecil butir, perlakuan panas, penambahan paduan dan deformasi plastis. Pada penelitian ini material pipa CP-Ti Grade 2 akan dilihat bagaimana perubahan sifat mekaniknya dengan cara perlakuan panas, dimana akan dipanaskan hingga temperatur fasa beta dengan variasi annealing,
quenching dengan media air dan quenching dengan media air
kemudian ditambahkan stress relief.1.2 Perumusan Masalah
Pada analisa kegagalan ini yang menjadi permasalahan pokok:
1. Bagaimana pengaruh annealing terhadap struktur mikro dan sifat mekanik dengan uji kekerasan dan tarik Tube Condenser CP-Ti Grade 2.
2. Bagaimana pengaruh perlakuan panas dengan pendinginan quenching dengan media air terhadap struktur mikro dan sifat mekanik dengan uji kekerasan dan tarik Tube Condenser CP-Ti Grade 2.
3. Bagaimana pengaruh perlakuan panas dengan pendinginan quenching dengan media air dengan penambahan stress relief terhadap struktur mikro dan sifat mekanik dengan uji kekerasan dan tarik Tube Condenser CP-Ti Grade 2.
1.3 Batasan Masalah
Agar masalah yang muncul dapat diselesaikan dengan
baik dan pembahasan ini tidak meluas serta mencapai tujuan
yang telah ditentukan, maka diperlukan batasan-batasan dan
8
1. Kondisi peralatan pengujian dilakukan di anggap telah sesuai dan sudah terkalibrasi dengan baik.
2. Temperature konstan sesuai dengan variable yang ditentukan.
1.4 Tujuan Penelitian
Berikut merupakan Tujuan dari studi kasus ini adalah:
1. Mengetahui pengaruh annealing terhadap struktur mikro dan sifat mekanik dengan uji kekerasan dan tarik Tube Condenser CP-Ti Grade 2.
2. Mengetahui pengaruh perlakuan panas dengan pendinginan quenching dengan media air terhadap struktur mikro dan sifat mekanik dengan uji kekerasan dan tarik Tube Condenser CP-Ti Grade 2.
3. Mengetahui pengaruh perlakuan panas dengan pendinginan quenching dengan media air dengan penambahan stress relief terhadap struktur mikro dan sifat mekanik dengan uji kekerasan dan tarik Tube Condenser CP-Ti Grade 2.