Analisis Tekstur Stainless Steel (SS) SS 316-L Menggunakan Metode Difraksi Neutron

ANALISIS TEKSTUR STAINLESS STEEL (SS) 316-L
MENGGUNAKAN METODE DIFRAKSI NEUTRON

SKRIPSI

NUR RAHMAH HARAHAP
130801008

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017

Universitas Sumatera Utara

ANALISIS TEKSTUR STAINLESS STEEL (SS) 316-L
MENGGUNAKAN METODE DIFRAKSI NEUTRON

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai
gelar Sarjana Sains

NUR RAHMAH HARAHAP
130801008

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017

ii
Universitas Sumatera Utara

LEMBAR PENGESAHAN

ANALISIS TEKSTUR STAINLESS STEEL (SS) 316-L
MENGGUNAKAN METODE DIFRAKSI NEUTRON

OLEH:

NUR RAHMAH HARAHAP
130801008
Disetujui Oleh:
Komisi Pembimbing
Pembimbing 1,

Pembimbing 2,

(Dr. Syahrul Humaidi, M.Sc)

(Drs. Tri Hardi Priyanto, MT)
NIP. 195726081988011001

NIP. 196505171993031009
Diketahui Oleh:

Departemen Fisika FMIPA USU

Kepala Pusat Sains dan Teknologi

Ketua,

Bahan Maju - BATAN

Drs. Gunawan, M.Sc

Dr. Perdinan Sinuhaji, Ms
NIP. 195903101987031002

NIP. 195708281983031004

i
Universitas Sumatera Utara

PERSETUJUAN

: Analisis Tekstur Stainless Steel (SS) 316-L Menggunakan
Metode Difraksi Neutron

Kategori
: Skripsi
Nama
: Nur Rahmah Harahap
Nomor Induk Siswa : 130801008
Program Studi
: Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: MIPA - Universitas Sumatera Utara
Judul

Disetujui di
Medan, Juli 2017

Disetujui Oleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,

Pembimbing,

(Dr. Perdinan Sinuhaji, MS)
NIP.195903101987031002

(Dr. Syahrul Humaidi, M.Sc)
NIP. 196505171993031009

i
Universitas Sumatera Utara

PERSETUJUAN

: Analisis Tekstur Stainless Steel (SS) SS 316-L Menggunakan
Metode Difraksi Neutron
Kategori
: Skripsi
Nama
: Nur Rahmah Harahap
Nomor Induk Siswa : 130801008

Program Studi
: Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: MIPA - Universitas Sumatera Utara
Judul

Disetujui di
Medan, Juli 2017

Komisi Pembimbing
Pembimbing 2

Pembimbing 1

(Drs. Tri Hardi Priyanto, MT)
NIP. 195726081988011001

(Dr. Syahrul Humaidi, M.Sc)

NIP. 196505171993031009

Disetujui Oleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,

(Dr. Perdinan Sinuhaji, MS)
NIP. 195903101987031002
ii
Universitas Sumatera Utara

PERNYATAAN

ANALISIS TEKSTUR STAINLESS STEEL (SS) 316-L MENGGUNAKAN
METODE DIFRAKSI NEUTRON

SKRIPSI

Saya mengaku bahwa skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri. Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing – masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juli 2017

Nur Rahmah Harahap
NIM: 130801008

iii
Universitas Sumatera Utara

PENGHARGAAN

Alhamdulillaah, puji syukur kepada Allah SWT, Tuhan semesta alam yang telah
memberikan rahmat, hidayah dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan
tugas akhir. Shalawat berangkaikan salam teruntuk Nabi besar Muhammad SAW
yang telah menjadi suri tauladan yang baik dalam menjalani kehidupan.
Tugas akhir merupakan salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar sarjana
pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Medan. Untuk memenuhi persyaratan diatas

penulis mengerjakan tugas akhir

dengan judul : “ ANALISIS TEKSTUR STAINLESS STEEL (SS)

316-L

MENGGUNAKAN METODE DIFRAKSI NEUTRON ”. Yang dilaksanakan di
Laboratorium XHR (Experimental Hall Reactor) Gedung 30 PRSG, Bidang
Teknologi Berkas Neutron(BTBN), PSTBM-BATAN, Serpong . Penulis menyadari
bahwa selama proses hingga akhir terselesaikannya penyusunan skripsi ini banyak
sekali bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Dengan segala kerendahan hati,
penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan kepada kedua
orangtua saya Ayahanda A.I Harahap dan Ibunda M.Simanjuntak, abang Hamdan H.
Harahap, kakak Rina Armaya Harahap, tulang A. Simanjuntak, nantulang S.
Nasution, yang tulus menyayangi dan memberikan motivasi kepada penulis dan tak
henti-hentinya memberikan nasehat, doa, serta materi maupun moril. Bapak Dr.
Perdinan Sinuhaji,M.S selaku ketua Departemen Fisika FMIPA USU, Bapak Awan
Maghfirah, S.Si, M.Si selaku sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU , beserta
seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Fisika FMIPA USU. Bapak Dr.
Syahrul Humaidi, M.Sc., Bapak Tri Hardi Priyanto, MT dan Bapak Sulistioso Giat
Sukaryo, MT, selaku dosen pembimbing yang telah bersedia meluangkan waktu

untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi ini, Bapak Iwan Sumirat,
M.Eng selaku kepala BTBN-BATAN juga para peneliti yang berada di PSTBM
BATAN, beserta para sahabat tercinta yang terus memberikan semangat dan
motivasi dalam membantu menyelesaikan skripsi ini.
Medan, Juni 2017
Nur Rahmah Harahap
iv
Universitas Sumatera Utara

ANALISIS TEKSTUR STAINLESS STEEL (SS) 316-L MENGGUNAKAN
METODE DIFRAKSI NEUTRON

ABSTRAK

Telah dilakukan analisis tekstur pada bulk Stainless Steel 316-L (SS 316-L)
menggunakan metode difraksi neutron. Keberadaan fasa yang terbentuk didalam
cuplikan SS 316-L dianalisis secara kualitatif dengan difraktometer tekstur empat
sumbu/difraktometer tekstur (FCD/TD). Data difraksi dianalisis dengan metode
penghalusan Rietveld memanfaatkan software MAUD (Material Analysis Using
Diffraction). Dalam penelitian ini dipilih sampel standar Silikon 640-d sebagai

kalibrasi alat. Dari analisis data kalibrasi alat, diperoleh panjang gelombang neutron
sebesar λ= 1,281±10-4 Å dan faktor caglioti U= 0,05±2x10-2%, V= 0,22±5x10-2%,
W= -0,28±2x10-4%. Dari analisis pola difraksi diperoleh Reliabilitas faktor profil
dengan pembobotan (Rwp) dan Reliabilitas faktor profil yang diharapkan (Rexp)
masing-masing adalah 37,91% dan 33,66%. Hasil analisis menunjukkan fitting chi
square (χ2) sebesar 1,14. Data difraksi bulk SS 316-L dianalisis dengan memasukkan
hasil penghalusan data kalibrasi alat, yakni panjang gelombang dan faktor caglioti.
Dari data difraksi neutron diperoleh bahwa SS 316-L terdiri dari fasa gamma Fe
(γ-Fe) dengan parameter kisi sebesar a=b=c=3.61±2x10-4 Å. Parameter kisi
digunakan sebagai salah satu parameter masukan untuk eksperimen tekstur. Dengan
memasukkan tiga puncak Bragg sehingga diperoleh tiga gambar kutub (111), (200),
dan (220) bahwa telah terjadi orientasi kristalit (tekstur) pada bulk SS 316-L. Dari
gambar kutub (111), (200) dan (220) ditunjukkan bahwa kerapatan distribusi
orientasi maksimum sebesar 1,80 m.r.d (multiple of a random distribution). Untuk
menganalisis gambar kutub, dilakukan dengan menggunakan proyeksi stereografi
untuk menunjukkan letak pole yang mengindikasikan tekstur pada bulk SS 316-L.
Dari hasil analisis tersebut bidang (111), (200) dan (220) diperoleh letak pole
masing-masing adalah (112), (211), dan (121). Dari analisis tersebut menyimpulkan
bahwa proyeksi stereografi dapat digunakan untuk menentukan arah orientasi tekstur
pada gambar kutub (111), (200) dan (220) masing-masing memiliki
orientasi{211}, {211}, dan {211}.
Kata Kunci : Difraksi Neutron, Gambar Kutub, SS 316-L, Tekstur

v
Universitas Sumatera Utara

ANALYSIS OF STAINLESS STEEL (SS) 316-L TEXTURE USING
NEUTRON DIFFRACTION METHOD

ABSTRACT

Texture analysis of bulk Stainless Steel 316-L (SS 316-L) have been performed using
neutron diffraction method. The presence of phase formed in SS 316-L were analyzed
qualitatively using the Four Circle Diffractometer/Texture Diffractometer(FCD/TD).
The diffraction data were analyzed by means of the Rietveld refinement method
utilizing MAUD (Material Analysis Using Diffraction) software. In this research, the
standard sample Silicon 640-d has been selected as the instrument calibration. From
analysis the instrument calibration data, were obtained the neutron wavelength λ
equals to λ= 1,281±10-4 Å and caglioti factor U= 0,05±2x10-2%, V= 0,22±5x10-2%,
W= -0,28±2x10-4%. From analysis diffraction pattern, were collected Reliability
profile factor respectively(Rwp) and Reliability profile factor expectation(Rexp) are
37,91% and 33,66%. The analysis result shows that the fitting chi square χ2 equals to
1,14. The diffraction data of bulk SS 316-L were analyzed by enter the refinement
instrument calibration data, the neutron wavelength and caglioti factor. From
diffraction data, were obtained that SS 316-L consist gamma Iron(γ-Fe) phase and
the lattice parameters a=b=c=3.61±2x10-4 Å. The lattice parameters are used as one
of the input parameter for the texture experiment. By entering the data of three peaks
of Bragg were obtained three pole figures (111), (200), and (220) that crystallite
orientation (texture) occur for bulk SS 316-L. From the pole figures of (111), (200)
and (220), it is shown that maximum orientation distribution density is 1,80 m.r.d
(multiple of a random distribution). Pole figure analysis performed by using
stereographic projection to show the location of the pole that indicates the texture of
bulk SS 316-L. From the result of the analysis plane (111), (200) and (220) were
obtained the location of the poles are (112), (211), and (121). From analysis showed
that the stereographic projection method can be used to determine the direction of
the texture orientation of the pole figure (111), (200) and (220) are {211},
{211}, and {211}.
Keywords: Neutron Diffraction, Pole figure, SS 316-L, Texture

vi
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

Halaman
i
iii
iv
v
vi
vii
ix
x
xi
xii

PERSETUJUAN
PERNYATAAN
PENGHARGAAN
ABSTRAK
ABSTRACT
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
DAFTAR SINGKATAN

BAB I PENDAHULUAN

1

1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6

1
3
3
3
4
4

Latar Belakang
Rumusan Masalah
Batasan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Sistematika Penulisan

BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Stainless Steel
2.2 Austenitic Stainless Steel
2.3 Struktur SS 316-L
2.4 Sistem Kristal
2.5 Arah dan Bidang Kristal
2.5.1 Arah Kristal
2.5.2 Bidang Kristal
2.6 Tekstur
2.7 Metode Gambar Kutub (Pole Figure)
2.7.1 Proyeksi Stereografi
2.7.2 Proyeksi Standar Kristal
2.8 Metode Rietveld
2.9 Pengukuran Tekstur
2.9.1 Metode Difraksi Neutron
2.9.2 FCD/TD (Four Circle Diffractometer/Texture Diffractometer)

5
5
6
8
10
12
12
13
14
15
16
19
22
23
23
25

vii
Universitas Sumatera Utara

BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
3.2 Alat dan Bahan Penelitian
3.3 Prosedur Penelitian
3.4 Diagram Alir
3.4.1 Diagram Alir Eksperimen
3.4.2 Diagram Alir Pengambilan Data

27
27
28
28
30
30
31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pola Difraksi Neutron
4.1.1 Sampel Standard Silikon 640-d
4.1.2 Stainless Steel 316-L (SS 316-L)
4.2 Analisis Pole Figure SS 316-L
4.2.1 Pole Bidang (111)
4.2.2 Pole Bidang (100)
4.2.3 Pole Bidang (110)
4.3 Analisis Orientasi Pole Figure SS 316-L
4.3.1 Orientasi Bidang (111)
4.3.2 Orientasi Bidang (100)
4.3.3 Orientasi Bidang (111)

33
33
33
34
36
37
38
39
40
40
40
40

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran

41
41
41

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

42
44

viii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Nomor
Tabel
1
2
3
4
5

Judul

Halaman

Komposisi Kimia Stainless Steel 316-L
Geometri sel satuan pada tujuh sistem kristal
Sudut antara bidang kristalografi dalam sistem kubik
(dalam derajat)
Data Difraksi antara sudut θ - 2θ terhadap Intensitas
dari Eksperimen Sampel Standar Si 640-d
Data Difraksi antara sudut θ - 2θ terhadap Intensitas
dari Eksperimen Stainless Steel 316-L (SS 316-L)

7
12
20
46
64

ix
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Nomor
Gambar
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32

Judul

Halaman

Aplikasi SS 316-L
Diagram Fasa Paduan Besi/Karbon
Struktur Kristal FCC
Struktur Kristal FCC
Kisi kristal dan Sel Satuan
Indeks untuk beberapa bidang pada kristal kubus.
Indeks Miller (111),(200) dan (220)
Contoh Tekstur
Pole Figure tembaga dalam bentuk batang
Prinsip proyeksi stereografik
Jaringan Wullf
Proyeksi bidang dalam kristal kubik, proyeksi sferek dan
proyeksi stereografik
Pusat hamburan inti atom
Difraksi neutron pada bidang kristal
Skema alat uji Diraktometer Empat Lingkaran
Diagram Alir Eksperimen
Diagram Alir Pengambilan Data
Lanjutan Diagram Alir Pengambilan Data
Grafik Hasil Refinement Pola Difraksi Sampel Standar
Si-640d
Grafik Hasil Refinement Pola Difraksi Sampel SS 316-L
Pola Difraksi Sinar-X logam SS 316-L
Pole figure austenitic SS 316-L menggunakan MAUD
Pole bidang (111)
Pole bidang (100)
Pole bidang (110)
Difraktometer Tekstur (FCD/TD)
Silinder Stainless Steel (SS 316-L)
Pola Difraksi Sampel Standard Si 640-d
Parameter Hasil Refinement Sampel Standard Si 640-d
Pola Difraksi Sampel Stainless Steel 316-L
Parameter Hasil Refinement Sampel Stainless Steel 316-L
Pole Figure Stainless Steel 316-L (SS 316-L)

7
8
9
9
10
13
14
15
16
17
18
19
24
24
26
30
31
32
33
35
36
36
37
38
39
44
44
45
45
63
63
80

x
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor
Lampiran
1
2
3
4
5

Judul

Halaman

Peralatan dan Bahan Penelitian
Data Difraksi Menggunakan FCD/TD
Data Tekstur Menggunakan FCD/TD
AK Steel Data Sheet Stainless Steel 316/316L
Certificate Standard Reference Material Silicon
Powder 640-d

44
45
75
81
83

xi
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR SINGKATAN

FCD/TD
SS 316-L
FCC
APF
MAUD
RD
TD
ND
M.R.D
WIMV
NIST
JCPDS

= Four Circle Diffractometer/ Texture Diffractometer
= Stainless Steel 316-L
= Face Centered Cubic
= Atomic Packing Factor
= Material Analysis Using Diffraction
= Rolling Direction
= Transverse Direction
= Normal Direction
= Multiple of a Random Distribution
= William–Imhof-Matthies-Vinel
= National Institute of Standard and Technology
= Joint Committee on Powder Diffraction Data

xii
Universitas Sumatera Utara