Pengaruh Penambahan Unsur Nb Pada Paduan U-Zr-Nb Terhadap Sifat Kekerasan, Densitas, Fasa Dan Mikrostruktur
PENGARUH PENAMBAHAN UNSUR NIOBIUM PADA PADUAN U-ZrNb TERHADAP SIFAT KEKERASAN, DENSITAS, FASA, DAN
MIKROSTRUKTUR
SKRIPSI
SAMUEL PANANGIAN HUTAURUK
100801059
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2014
iii
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH PENAMBAHAN UNSUR NIOBIUM PADA PADUAN U-ZrNb TERHADAP SIFAT KEKERASAN, DENSITAS, FASA, DAN
MIKROSTRUKTUR
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains
SAMUEL PANANGIAN HUTAURUK
100801059
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2014
iv
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
: Pengaruh Penambahan Unsur Nb Pada Paduan U-Zr-Nb Terhadap
Sifat Kekerasan, Densitas, Fasa Dan Mikrostruktur
Kategori
: Skripsi
Nama
: Samuel Panangian Hutauruk
Nim
: 100801059
Program studi : Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas
Sumatera Utara
Diluluskan di :
Medan, 19 Agustus 2014
Disetujui Oleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Pembimbing ,
Dr.Marhaposan Situmorang
Drs.Achiruddin,M.S
NIP. 195310301980031003
NIP. 195406041983031003
v
Universitas Sumatera Utara
LEMBAR PENGESAHAN
PENGARUH PENAMBAHAN UNSUR Nb PADA PADUAN U-Zr-Nb
TERHADAP SIFAT KEKERASAN, DENSITAS, FASA DAN
MIKROSTRUKTUR
Oleh
SAMUEL PANANGIAN HUTAURUK
NIM. 100801059
Telah disetujui dan disahkan oleh:
Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir
(PTBBN-BATAN)
Ka. BFBBN
Pembimbing
Ir. Rr. Ratih Langenati, M.T
Ir. Masrukan, M.T
NIP. 196308181988012001
NIP. 195808121986031005
Serpong,
2014
Mengetahui,
Kepala Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir
Prof.Dr.Ridwan
NIP. 19630202 198603 1 002
vi
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
Pengaruh Penambahan Unsur Nb Pada Paduan U-Zr-Nb Terhadap Sifat
Kekerasan, Densitas, Fasa dan Mikrostruktur
SKRIPSI
Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui Skripsi saya ini
merupakan hasil karya Saya sendiri dan semua sumber data serta informasi yang
digunakan telah dinyatakan secara jelas dan dapat diperiksa kebenarannya.
Medan, Agustus 2014
Samuel Panangian Hutauruk
vii
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas
berkat dan rahmat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi
dengan judul “ Pengaruh Penambahan Logam Niobium pada Paduan UZrNb
terhadap Sifat Kekerasan, Densitas, Fasa dan Mikrostruktur”.
Penulis menyadari bahwa keberhasilan penyusunan skripsi ini tidak lepas dari
bantuan berbagai pihak baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena
itu, dalam kesempatan ini penulis ingin berterima kasih kepada:
1. Ayahanda Walman Hutauruk, Ibunda Asni Togatorop, Kakakku Ruth
Saruli Hutauruk dan Adikku Sara Juliani Hutauruk atas kasih sayang,
dukungan moril maupun materil serta doa yang selalu menyertai penulis.
2. Bapak Dr. Sutarman, M.Si, selaku Dekan Fakultas Ilmu Pengetahuan
Alam Universitas Sumatera Utara Medan
3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang, selaku Ketua Departemen Fisika
FMIPA USU.
4. Bapak Drs. Achiruddin, M.Sc, selaku pendamping I atas bimbingan,
pengarahan, saran serta dukungan yang diberikan kepada penulis selama
penyusunan skripsi.
5. Bapak Prof.Dr.Ridwan, selaku Kepala Pusat Teknologi Bahan Bakar
Nuklir (PTBBN) yang telah memberi kesempatan kepada penulis untuk
melaksanakan penelitian di PTBBN BATAN, Serpong.
6. Ibu Ir.Rr.Ratih Langenati,M.T selaku Kepala Bidang Fabrikasi Bahan
Bakar Nuklir yang telah memberi kesempatan kepada penulis untuk
melaksanakan penelitian di PTBBN BATAN, Serpong.
7. Bapak Ir. Masrukan, M.T, Selaku pendamping II di bidang Bahan Bakar
Nuklir yang telah bersedia memberikan waktunya untuk memberikan
bimbingan, nasihat serta ilmu pengetahuan kepada penulis.
8. Bapak Yatno, Bapak Agoeng, Bapak Yuwono, Bapak Slamet pribadi,
Bapak Iswandi, Bapak Jan Setiawan dan Ibu Mujinem yang telah
iv
Universitas Sumatera Utara
membantu penulis selama melakukan penelitian di laboratorium di gedung
65 BATAN Serpong.
9. Bapak dan Ibu pegawai di gedung 20 dan gedung 65 yang telah membantu
saya untuk melaksanakan penelitian saya di PTBBN-BATAN.
10. Seluruh Staff pegawai terutama Kak Tini, Kak Yuspa dan abang Johaidin
di Departemen Fisika FMIPA USU.
11. Teman-teman Seperjuangan Marisa Marpaung; Riady Sitanggang; Lya
Oktavia Simanjuntak; Ataran H Marpaung; Ruth M Hutahaean; Theresya
Simanjuntak; Juliana Sitorus; Lasmini Sihombing; Desi Sinaga; Melisa F
Tarigan; Maysarah dan Layla Dalimunthe
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih banyak
kekurangan sehingga penulis tetap mengharapkan kritik dan saran yang
membangun demi perbaikan dan sempurnanya skripsi ini. Semoga dapat
memberikan manfaat bagi penulis dan bagi pembaca.
Medan, Juni 2014
Penulis
v
Universitas Sumatera Utara
Pengaruh Penambahan Unsur Niobium Pada Paduan U-Zr-Nb Terhadap
Sifat Kekerasan, Densitas, Fasa dan Mikrostruktur
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh unsur Nb pada bahan bakar U-Zr-Nb
terhadap kekerasan, densitas, fasa dan mikrostruktur. Pembuatan paduan U-Zr-Nb
dilakukan dengan cara memadukan logam U,Zr dan Nb melalui teknik peleburan
dalam tungku peleburan busur listrik. Dalam penelitian ini dibuat paduan U-ZrNb dengan memvariasikan Nb pada kandungan Nb 2%, 5% dan 8% , sedangkan
kandungan logam Zr tetap 6%. Setelah terbentuk paduan U-Zr-Nb, paduan
tersebut dipotong. Kemudian dilakukan pengujian kekerasan dengan
menggunakan Vickers, densitas dengan menggunakan piknometer, fasa dengan
menggunakan XRD (X-Ray Diffraction) dan mikrostruktur dengan menggunakan
mikroskop optik. Dari hasil pengujian diperoleh nilai kekerasan pada paduan UZr-Nb dengan masing-masing kandungan Nb 2%, 5% dan 8% adalah 375,6 HVN;
523 HVN; 319,8 HVN, nilai densitas untuk masing-masing adalah 15,721 g/cc;
16,392 g/cc; 15,267 g/cc. fasa αU pada kandungan Nb 2%, fasa βU pada
kandungan Nb 5% dan fasa γU pada kandungan Nb 8%. Pada pengamatan
mikrostruktur terlihat bahwa penmbahan Nb mengakibatkan ukuran butir semakin
besar.
Kata kunci: Unsur Nb, kekerasan, densitas, fasa dan mikrostruktur.
vi
Universitas Sumatera Utara
Effect of Enriching Nb Element U-Zr-Nb Alloy to Hardness Properties,
Density, Phase and Microstructure
ABSTRACT
A research on effect of Nb element at fuel U-Zr-Nb to density, phase and
microstructure has been done. Fabrication of U-Zr-Nb alloy was doing by
combining U, Zr and Nb metals by smelting techniques in the electric arc furnace
smelting. In this research U-Zr-Nb alloy with varying Nb are 2%, 5% and 8%, but
Zr metals remains 6%. Then, alloy was formed and cutting. Then, hardeness
analyzed using a Vickers hardness testing, density analyzed using a pycnometer,
phase analyzed using XRD (X-Ray Diffraction) and microstructure analyzed
using optical microscopy. From analyzed results that alloy which have Nb 2%,
5% and 8% is 375.6 HVN; HVN 523; 319.8 HVN, density value respective is
15,721 g / cc; 16,392 g / cc; 15,267 g / cc. αU phase at 2% Nb, βU phase at 5%
Nb and γU p h sae at 8 % Nb. Microstru ctu re show that Nb enrich in g cau sed
greater grain size.
Keywords: Nb element, hardness, density, phase and microstructure.
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan ......................................................................................................i
Lembar Pengesahan ........................................................................................ii
Pernyataan ......................................................................................................iii
Penghargaan ..................................................................................................iv
ABSTRAK .....................................................................................................vi
ABSTRACT ..................................................................................................vii
Daftar Isi .......................................................................................................viii
Daftar Tabel .....................................................................................................x
Daftar Gambar ...............................................................................................xii
Daftar Lampiran .............................................................................................xv
BAB I
Pendahuluan .............................................................................1
1.1
Latar Belakang ................................................................1
1.2 Perumusan Masalah ........................................................2
1.3 Batasan Masalah .............................................................2
1.4 Tujuan Penelitian ............................................................3
1.5 Manfaat Penelitian ..........................................................3
1.6 Sistematika Penulisan .....................................................4
BAB II
Tinjauan Pustaka ......................................................................5
2.1
Reaktor Nuklir ...............................................................5
2.2
Uranium .........................................................................5
2.3
Zirkonium ......................................................................6
2.4
Niobium .........................................................................7
2.5
Paduan U-Zr-Nb ............................................................7
2.6
Tungku Busur Listrik .....................................................9
2.7
Diagram Fasa Sebagai Dasar Metalografi ....................10
2.8
XRD (X-Ray Diffraction) .............................................14
2.9
Densitas Sejati (True Density) ......................................16
2.10 Kekerasan .....................................................................18
2.11 Mikrostruktur ................................................................23
viii
Universitas Sumatera Utara
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN ..........................................24
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ........................................24
3.2 Peralatan dan Bahan ......................................................24
3.3 Diagram Alir Penelitian .................................................28
3.4 Prosedur Penelitian ........................................................29
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN ...........................................50
4.1 Hasil Penimbangan dan pengukuran dimensi
Paduan U-Zr-Nb ...........................................................50
4.2 Pengujian Kekerasan Paduan U-Zr-Nb ........................52
4.3 Pengukuran Densitas Paduan U-Zr-Nb ........................53
4.4 Pengujian Fasa Paduan U-Zr-Nb ..................................54
4.5 Pengujian Mikrostruktur Paduan U-Zr-Nb ...................57
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN ...........................................59
5.1 Kesimpulan ....................................................................59
5.2 Saran ..............................................................................59
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................60
LAMPIRAN .................................................................................................62
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
Tabel
Tabel 2.1
Fasa, densitas, dan sistem kristal logam uranium ...........................6
Tabel 4.1
Hasil penimbangan dalam pembuatan paduan U-Zr-Nb................49
Tabel 4.2
Hasil pengukuran dimensi paduan U-Zr-Nb .................................51
Tabel 4.3
Hasil pengujian kekerasan paduan U-Zr-Nb .................................52
Tabel 4.4
Hasil Pengujian densitas paduan U-Zr-Nb Paduan U-Zr-Nb ........53
Tabel 4.5
Nilai d, Relatif intensitas, posisi (2θ) pada paduan U-6Zr-2Nb
....54
Tabel 4.6
Nilai d, Relatif intensitas, posisi (2θ) pada paduan U-6Zr-5Nb
....55
Tabel 4.7
Nilai d, Relatif intensitas, posisi (2θ) pada paduan U-6Zr-8Nb
....56
Tabel B.1
Hasil Pengujian Kekerasan Paduan U-Zr-Nb dengan
menggunakan Vickers ...................................................................64
Tabel B.2
Nilai Kekerasan Vickers (HVN) dengan beban 200 p
(F= 1,961 N) ..................................................................................65
Tabel D.1
Hasil Pengujian Fasa Pada Paduan U-6Zr-2Nb ............................75
Tabel D.2
Hasil Pengujian Fasa Pada Paduan U-6Zr-5Nb ............................75
Tabel D.3
Hasil Pengujian Fasa Pada Paduan U-6Zr-8Nb ............................77
Tabel D.4
Hasil Perhitungan Sudut 2θ Pada Fasa αU ....................................78
x
Universitas Sumatera Utara
Tabel D.5
Hasil Perhitungan Sudut 2θ Pada Fasa βU ....................................80
Tabel D.6
Hasil Perhitungan Sudut 2θ Pada Fasa γU ....................................82
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
Gambar
Gambar 2.1
Diagram Fasa Ternary U,Zr dan Nb pada Paduan UZrNb ............8
Gambar 2.2
Diagram Fasa Air ..........................................................................11
Gambar 2.3
Diagram Fasa Sistem Timbal -Timah Putih ..................................12
Gambar 2.4
Diagram Fasa Terner .....................................................................13
Gambar 2.5
Difraksi Sinar-X melalui Kisi Kristal ...........................................15
Gambar 2.6
Blok Diagram Alat Piknometer Quantacrome 1200e....................16
Gambar 3.1
Diagram Alir Penelitian ................................................................28
Gambar 3.2
Potongan Logam Uranium ............................................................29
Gambar 3.3
Alat Potong Disk Cutting ..............................................................30
Gambar 3.4
Logam zirkonium yang telah ditumbuk ........................................31
Gambar 3.5
Mortar dan Alu ..............................................................................31
Gambar 3.6
Potongan Logam Niobium ............................................................32
Gambar 3.7
Tang Pemotong .............................................................................32
Gambar 3.8
Proses Pikling Logam Uranium ....................................................33
Gambar 3.9
Tungku Busur Listrik Tipe N41/H Produk dari Jerman ................35
Gambar 3.10 Hasil Peleburan Logam U, Zr dan Nb berupa Ingot .....................35
Gambar 3.11 Neraca Analitik Sartorius Entris 124-15 Produk dari Jerman .......36
Gambar 3.12 Pengukuran Dimensi Ingot Paduan U-Zr-Nb ................................37
xii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.13 Hasil Mounting Paduan U-Zr-Nb ..................................................38
Gambar 3.14 Peralatan Gerinda DAP-U Struers Produk dari Jerman.................39
Gambar 3.15 Vickers Leitz Model 301-252.001 Produk dari Jerman ................40
Gambar 3.16 Ultrapynometer 1200e Quantachrome Produk dari Inggris ..........41
Gambar 3.17 PAN Alytical XRD Empyream Produk dari Belanda....................42
Gambar 3.18 Cutting Accuttom Struers Produk dari Denmark ...........................43
Gambar 3.19 Pemolesan Paduan U-Zr-Nb .........................................................44
Gambar 3.20 Alat Cuci Ultrasonik Metason 120 Produk dari Denmark ............45
Gambar 3.21 Alat pengering (dry box) 2 Struers Produk dari Denmark ............46
Gambar 3.22 Pengadukan larutan etsa dengan menggunakan Hot Plate
Ikamag Ret Strier Produk dari USA ............................................47
Gambar 3.23 Mikroskop Optik Nikon Ephipot Produk dari Jerman..................48
Gambar 4.1
Pola difraksi sinar-X paduan U-6Zr-2Nb ....................................54
Gambar 4.2
Pola difraksi sinar-X paduan U-6Zr-5Nb ....................................55
Gambar 4.3
Pola difraksi sinar-X paduan U-6Zr-8Nb ....................................56
Gambar 4.4
Mikrostruktur paduan U-6Zr-2Nb pada bagian
tepi
kanan
dengan pembesaran 400 kali .......................................................58
Gambar 4.5
Mikrostruktur paduan U-6Zr-5Nb pada bagian
tepi
kanan
dengan pembesaran 400 kali .......................................................58
Gambar 4.6
Mikrostruktur paduan U-6Zr-8Nb pada bagian
tepi
kanan
dengan pembesaran 400 kali .......................................................59
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran A
Penimbangan Paduan U-Zr-Nb ....................................................62
Lampiran B
Pengujian Kekerasan ....................................................................64
Lampiran C
Pengujian Densitas .......................................................................72
Lampiran D
Pengujian Fasa ..............................................................................75
xiv
Universitas Sumatera Utara
MIKROSTRUKTUR
SKRIPSI
SAMUEL PANANGIAN HUTAURUK
100801059
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2014
iii
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH PENAMBAHAN UNSUR NIOBIUM PADA PADUAN U-ZrNb TERHADAP SIFAT KEKERASAN, DENSITAS, FASA, DAN
MIKROSTRUKTUR
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains
SAMUEL PANANGIAN HUTAURUK
100801059
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2014
iv
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
: Pengaruh Penambahan Unsur Nb Pada Paduan U-Zr-Nb Terhadap
Sifat Kekerasan, Densitas, Fasa Dan Mikrostruktur
Kategori
: Skripsi
Nama
: Samuel Panangian Hutauruk
Nim
: 100801059
Program studi : Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas
Sumatera Utara
Diluluskan di :
Medan, 19 Agustus 2014
Disetujui Oleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Pembimbing ,
Dr.Marhaposan Situmorang
Drs.Achiruddin,M.S
NIP. 195310301980031003
NIP. 195406041983031003
v
Universitas Sumatera Utara
LEMBAR PENGESAHAN
PENGARUH PENAMBAHAN UNSUR Nb PADA PADUAN U-Zr-Nb
TERHADAP SIFAT KEKERASAN, DENSITAS, FASA DAN
MIKROSTRUKTUR
Oleh
SAMUEL PANANGIAN HUTAURUK
NIM. 100801059
Telah disetujui dan disahkan oleh:
Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir
(PTBBN-BATAN)
Ka. BFBBN
Pembimbing
Ir. Rr. Ratih Langenati, M.T
Ir. Masrukan, M.T
NIP. 196308181988012001
NIP. 195808121986031005
Serpong,
2014
Mengetahui,
Kepala Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir
Prof.Dr.Ridwan
NIP. 19630202 198603 1 002
vi
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
Pengaruh Penambahan Unsur Nb Pada Paduan U-Zr-Nb Terhadap Sifat
Kekerasan, Densitas, Fasa dan Mikrostruktur
SKRIPSI
Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui Skripsi saya ini
merupakan hasil karya Saya sendiri dan semua sumber data serta informasi yang
digunakan telah dinyatakan secara jelas dan dapat diperiksa kebenarannya.
Medan, Agustus 2014
Samuel Panangian Hutauruk
vii
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas
berkat dan rahmat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi
dengan judul “ Pengaruh Penambahan Logam Niobium pada Paduan UZrNb
terhadap Sifat Kekerasan, Densitas, Fasa dan Mikrostruktur”.
Penulis menyadari bahwa keberhasilan penyusunan skripsi ini tidak lepas dari
bantuan berbagai pihak baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena
itu, dalam kesempatan ini penulis ingin berterima kasih kepada:
1. Ayahanda Walman Hutauruk, Ibunda Asni Togatorop, Kakakku Ruth
Saruli Hutauruk dan Adikku Sara Juliani Hutauruk atas kasih sayang,
dukungan moril maupun materil serta doa yang selalu menyertai penulis.
2. Bapak Dr. Sutarman, M.Si, selaku Dekan Fakultas Ilmu Pengetahuan
Alam Universitas Sumatera Utara Medan
3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang, selaku Ketua Departemen Fisika
FMIPA USU.
4. Bapak Drs. Achiruddin, M.Sc, selaku pendamping I atas bimbingan,
pengarahan, saran serta dukungan yang diberikan kepada penulis selama
penyusunan skripsi.
5. Bapak Prof.Dr.Ridwan, selaku Kepala Pusat Teknologi Bahan Bakar
Nuklir (PTBBN) yang telah memberi kesempatan kepada penulis untuk
melaksanakan penelitian di PTBBN BATAN, Serpong.
6. Ibu Ir.Rr.Ratih Langenati,M.T selaku Kepala Bidang Fabrikasi Bahan
Bakar Nuklir yang telah memberi kesempatan kepada penulis untuk
melaksanakan penelitian di PTBBN BATAN, Serpong.
7. Bapak Ir. Masrukan, M.T, Selaku pendamping II di bidang Bahan Bakar
Nuklir yang telah bersedia memberikan waktunya untuk memberikan
bimbingan, nasihat serta ilmu pengetahuan kepada penulis.
8. Bapak Yatno, Bapak Agoeng, Bapak Yuwono, Bapak Slamet pribadi,
Bapak Iswandi, Bapak Jan Setiawan dan Ibu Mujinem yang telah
iv
Universitas Sumatera Utara
membantu penulis selama melakukan penelitian di laboratorium di gedung
65 BATAN Serpong.
9. Bapak dan Ibu pegawai di gedung 20 dan gedung 65 yang telah membantu
saya untuk melaksanakan penelitian saya di PTBBN-BATAN.
10. Seluruh Staff pegawai terutama Kak Tini, Kak Yuspa dan abang Johaidin
di Departemen Fisika FMIPA USU.
11. Teman-teman Seperjuangan Marisa Marpaung; Riady Sitanggang; Lya
Oktavia Simanjuntak; Ataran H Marpaung; Ruth M Hutahaean; Theresya
Simanjuntak; Juliana Sitorus; Lasmini Sihombing; Desi Sinaga; Melisa F
Tarigan; Maysarah dan Layla Dalimunthe
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih banyak
kekurangan sehingga penulis tetap mengharapkan kritik dan saran yang
membangun demi perbaikan dan sempurnanya skripsi ini. Semoga dapat
memberikan manfaat bagi penulis dan bagi pembaca.
Medan, Juni 2014
Penulis
v
Universitas Sumatera Utara
Pengaruh Penambahan Unsur Niobium Pada Paduan U-Zr-Nb Terhadap
Sifat Kekerasan, Densitas, Fasa dan Mikrostruktur
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh unsur Nb pada bahan bakar U-Zr-Nb
terhadap kekerasan, densitas, fasa dan mikrostruktur. Pembuatan paduan U-Zr-Nb
dilakukan dengan cara memadukan logam U,Zr dan Nb melalui teknik peleburan
dalam tungku peleburan busur listrik. Dalam penelitian ini dibuat paduan U-ZrNb dengan memvariasikan Nb pada kandungan Nb 2%, 5% dan 8% , sedangkan
kandungan logam Zr tetap 6%. Setelah terbentuk paduan U-Zr-Nb, paduan
tersebut dipotong. Kemudian dilakukan pengujian kekerasan dengan
menggunakan Vickers, densitas dengan menggunakan piknometer, fasa dengan
menggunakan XRD (X-Ray Diffraction) dan mikrostruktur dengan menggunakan
mikroskop optik. Dari hasil pengujian diperoleh nilai kekerasan pada paduan UZr-Nb dengan masing-masing kandungan Nb 2%, 5% dan 8% adalah 375,6 HVN;
523 HVN; 319,8 HVN, nilai densitas untuk masing-masing adalah 15,721 g/cc;
16,392 g/cc; 15,267 g/cc. fasa αU pada kandungan Nb 2%, fasa βU pada
kandungan Nb 5% dan fasa γU pada kandungan Nb 8%. Pada pengamatan
mikrostruktur terlihat bahwa penmbahan Nb mengakibatkan ukuran butir semakin
besar.
Kata kunci: Unsur Nb, kekerasan, densitas, fasa dan mikrostruktur.
vi
Universitas Sumatera Utara
Effect of Enriching Nb Element U-Zr-Nb Alloy to Hardness Properties,
Density, Phase and Microstructure
ABSTRACT
A research on effect of Nb element at fuel U-Zr-Nb to density, phase and
microstructure has been done. Fabrication of U-Zr-Nb alloy was doing by
combining U, Zr and Nb metals by smelting techniques in the electric arc furnace
smelting. In this research U-Zr-Nb alloy with varying Nb are 2%, 5% and 8%, but
Zr metals remains 6%. Then, alloy was formed and cutting. Then, hardeness
analyzed using a Vickers hardness testing, density analyzed using a pycnometer,
phase analyzed using XRD (X-Ray Diffraction) and microstructure analyzed
using optical microscopy. From analyzed results that alloy which have Nb 2%,
5% and 8% is 375.6 HVN; HVN 523; 319.8 HVN, density value respective is
15,721 g / cc; 16,392 g / cc; 15,267 g / cc. αU phase at 2% Nb, βU phase at 5%
Nb and γU p h sae at 8 % Nb. Microstru ctu re show that Nb enrich in g cau sed
greater grain size.
Keywords: Nb element, hardness, density, phase and microstructure.
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan ......................................................................................................i
Lembar Pengesahan ........................................................................................ii
Pernyataan ......................................................................................................iii
Penghargaan ..................................................................................................iv
ABSTRAK .....................................................................................................vi
ABSTRACT ..................................................................................................vii
Daftar Isi .......................................................................................................viii
Daftar Tabel .....................................................................................................x
Daftar Gambar ...............................................................................................xii
Daftar Lampiran .............................................................................................xv
BAB I
Pendahuluan .............................................................................1
1.1
Latar Belakang ................................................................1
1.2 Perumusan Masalah ........................................................2
1.3 Batasan Masalah .............................................................2
1.4 Tujuan Penelitian ............................................................3
1.5 Manfaat Penelitian ..........................................................3
1.6 Sistematika Penulisan .....................................................4
BAB II
Tinjauan Pustaka ......................................................................5
2.1
Reaktor Nuklir ...............................................................5
2.2
Uranium .........................................................................5
2.3
Zirkonium ......................................................................6
2.4
Niobium .........................................................................7
2.5
Paduan U-Zr-Nb ............................................................7
2.6
Tungku Busur Listrik .....................................................9
2.7
Diagram Fasa Sebagai Dasar Metalografi ....................10
2.8
XRD (X-Ray Diffraction) .............................................14
2.9
Densitas Sejati (True Density) ......................................16
2.10 Kekerasan .....................................................................18
2.11 Mikrostruktur ................................................................23
viii
Universitas Sumatera Utara
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN ..........................................24
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ........................................24
3.2 Peralatan dan Bahan ......................................................24
3.3 Diagram Alir Penelitian .................................................28
3.4 Prosedur Penelitian ........................................................29
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN ...........................................50
4.1 Hasil Penimbangan dan pengukuran dimensi
Paduan U-Zr-Nb ...........................................................50
4.2 Pengujian Kekerasan Paduan U-Zr-Nb ........................52
4.3 Pengukuran Densitas Paduan U-Zr-Nb ........................53
4.4 Pengujian Fasa Paduan U-Zr-Nb ..................................54
4.5 Pengujian Mikrostruktur Paduan U-Zr-Nb ...................57
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN ...........................................59
5.1 Kesimpulan ....................................................................59
5.2 Saran ..............................................................................59
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................60
LAMPIRAN .................................................................................................62
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
Tabel
Tabel 2.1
Fasa, densitas, dan sistem kristal logam uranium ...........................6
Tabel 4.1
Hasil penimbangan dalam pembuatan paduan U-Zr-Nb................49
Tabel 4.2
Hasil pengukuran dimensi paduan U-Zr-Nb .................................51
Tabel 4.3
Hasil pengujian kekerasan paduan U-Zr-Nb .................................52
Tabel 4.4
Hasil Pengujian densitas paduan U-Zr-Nb Paduan U-Zr-Nb ........53
Tabel 4.5
Nilai d, Relatif intensitas, posisi (2θ) pada paduan U-6Zr-2Nb
....54
Tabel 4.6
Nilai d, Relatif intensitas, posisi (2θ) pada paduan U-6Zr-5Nb
....55
Tabel 4.7
Nilai d, Relatif intensitas, posisi (2θ) pada paduan U-6Zr-8Nb
....56
Tabel B.1
Hasil Pengujian Kekerasan Paduan U-Zr-Nb dengan
menggunakan Vickers ...................................................................64
Tabel B.2
Nilai Kekerasan Vickers (HVN) dengan beban 200 p
(F= 1,961 N) ..................................................................................65
Tabel D.1
Hasil Pengujian Fasa Pada Paduan U-6Zr-2Nb ............................75
Tabel D.2
Hasil Pengujian Fasa Pada Paduan U-6Zr-5Nb ............................75
Tabel D.3
Hasil Pengujian Fasa Pada Paduan U-6Zr-8Nb ............................77
Tabel D.4
Hasil Perhitungan Sudut 2θ Pada Fasa αU ....................................78
x
Universitas Sumatera Utara
Tabel D.5
Hasil Perhitungan Sudut 2θ Pada Fasa βU ....................................80
Tabel D.6
Hasil Perhitungan Sudut 2θ Pada Fasa γU ....................................82
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
Gambar
Gambar 2.1
Diagram Fasa Ternary U,Zr dan Nb pada Paduan UZrNb ............8
Gambar 2.2
Diagram Fasa Air ..........................................................................11
Gambar 2.3
Diagram Fasa Sistem Timbal -Timah Putih ..................................12
Gambar 2.4
Diagram Fasa Terner .....................................................................13
Gambar 2.5
Difraksi Sinar-X melalui Kisi Kristal ...........................................15
Gambar 2.6
Blok Diagram Alat Piknometer Quantacrome 1200e....................16
Gambar 3.1
Diagram Alir Penelitian ................................................................28
Gambar 3.2
Potongan Logam Uranium ............................................................29
Gambar 3.3
Alat Potong Disk Cutting ..............................................................30
Gambar 3.4
Logam zirkonium yang telah ditumbuk ........................................31
Gambar 3.5
Mortar dan Alu ..............................................................................31
Gambar 3.6
Potongan Logam Niobium ............................................................32
Gambar 3.7
Tang Pemotong .............................................................................32
Gambar 3.8
Proses Pikling Logam Uranium ....................................................33
Gambar 3.9
Tungku Busur Listrik Tipe N41/H Produk dari Jerman ................35
Gambar 3.10 Hasil Peleburan Logam U, Zr dan Nb berupa Ingot .....................35
Gambar 3.11 Neraca Analitik Sartorius Entris 124-15 Produk dari Jerman .......36
Gambar 3.12 Pengukuran Dimensi Ingot Paduan U-Zr-Nb ................................37
xii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.13 Hasil Mounting Paduan U-Zr-Nb ..................................................38
Gambar 3.14 Peralatan Gerinda DAP-U Struers Produk dari Jerman.................39
Gambar 3.15 Vickers Leitz Model 301-252.001 Produk dari Jerman ................40
Gambar 3.16 Ultrapynometer 1200e Quantachrome Produk dari Inggris ..........41
Gambar 3.17 PAN Alytical XRD Empyream Produk dari Belanda....................42
Gambar 3.18 Cutting Accuttom Struers Produk dari Denmark ...........................43
Gambar 3.19 Pemolesan Paduan U-Zr-Nb .........................................................44
Gambar 3.20 Alat Cuci Ultrasonik Metason 120 Produk dari Denmark ............45
Gambar 3.21 Alat pengering (dry box) 2 Struers Produk dari Denmark ............46
Gambar 3.22 Pengadukan larutan etsa dengan menggunakan Hot Plate
Ikamag Ret Strier Produk dari USA ............................................47
Gambar 3.23 Mikroskop Optik Nikon Ephipot Produk dari Jerman..................48
Gambar 4.1
Pola difraksi sinar-X paduan U-6Zr-2Nb ....................................54
Gambar 4.2
Pola difraksi sinar-X paduan U-6Zr-5Nb ....................................55
Gambar 4.3
Pola difraksi sinar-X paduan U-6Zr-8Nb ....................................56
Gambar 4.4
Mikrostruktur paduan U-6Zr-2Nb pada bagian
tepi
kanan
dengan pembesaran 400 kali .......................................................58
Gambar 4.5
Mikrostruktur paduan U-6Zr-5Nb pada bagian
tepi
kanan
dengan pembesaran 400 kali .......................................................58
Gambar 4.6
Mikrostruktur paduan U-6Zr-8Nb pada bagian
tepi
kanan
dengan pembesaran 400 kali .......................................................59
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran A
Penimbangan Paduan U-Zr-Nb ....................................................62
Lampiran B
Pengujian Kekerasan ....................................................................64
Lampiran C
Pengujian Densitas .......................................................................72
Lampiran D
Pengujian Fasa ..............................................................................75
xiv
Universitas Sumatera Utara