Akhmad Mardhani 3334111105 Teknik Metalurgi Universitas Sultan Ageng Tirtayasa 11/11/2015 1
Akhmad Mardhani
3334111105
Teknik Metalurgi Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
11/11/2015 1
Pendahuluan
Rumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
Metode Penelitian
Hasil dan Pembahasan
Kesimpulan
Saran
Daftar Pustaka
11/11/2015 2
Source : BPPN Badan Pusat Statistik (Statistics Center
Bureau)
Berdasarkan data Sistem Informasi Rumah Sakit (SIRS), angka insiden patah tulang paha atas
tercatat sekitar dua ratus dari seratus ribu kasus pada wanita dan pria di atas usia 40 tahun
diakibatkan Osteoporosis. WHO menunjukkan bahwa 50% patah tulang paha atas ini akan menimbulkan kecacatan seumur hidup dan menyebabkan angka kematian mencapai 30%
11/11/2015 3
Permintaan untuk mengganti jaringan yang rusak meningkat
Pengembangan dari material untuk aplikasi biomedis sangat penting
Gambar 1. Hip Joint Prosthesis
11/11/2015 4
3 elemen dasar paduan cobalt-chromium-
molybdenum
Chromium ditambahkan untuk meningkatkan
ketahanan korosi
Molybdenum ditambahkan untuk
menghasilkan struktur butir yang halus dengan
kekuatan tinggi setelah cor atau tempa
Karbon berfungsi sebagai penyetabil fcc dan
pembentuk fasa kedua
Nitrogen berfungsi sebagai menstabilkan fasa
intermetalik dan meningkatkan pengerjaan
panas dan sifat mekanik dari paduan
ASTM : F75, F799
F 799
Tabel 1. Fasa Terbentuk Pada As-Cast Paduan Co-Cr-Mo
Authors Phase C N Si Mn
S. Mineta et al.
2012
M23X6-type
and η type
0.25 - - -
Narushima. 2015 M23X6 0.16 0.13 - -
Alfirano. 2011 M23X6-type
and η type
0.23, 0.25,
0.26
- 0.96, 0.11, 0.98,
0.09
0.08, 0.97. 1.02,
0.039
Tabel 2. Fasa Terbentuk Pada Heat Treatment Paduan Co-Cr-Mo
Authors Phase Temperature/K Time/s
Caudillo. 2002 M23X6-type and σ type 1493 3600
S. Mineta et al. 2010 M23X6-type and σ type 1473
1548
43200
Lee Sang Hak. 2008 σ type 2192 900
11/11/2015 5
Tabel 3. Pengaruh Penambahan N Paduan Co-Cr-Mo Terhadap Struktur mikro
Authors Element Alloy Effect on microstructure
Sang Hak Lee et al.
2008
N Co-Cr-Mo Penstabil fasa γ
Yamanaka Kenta. 2014 N Co-Cr-Mo Peningkatan Keuletan
11/11/2015 6
Tabel 4. Fasa Terbentuk Pada Pengerjaan Panas
Penulis Presipitat C N Si Mn
Kenta Yamanaka et al M23X6-type and σ type 0,02 - 0,15 <0,03
Yoshimitsu Okazaki M23X6-type 0,26 - 0,6 0,6
•Pengaruh presipitat paduan Co-Cr-Mo penambahan nitrogen hasil hot working perlu
adanya kajian lebih mendalam
• Bagaimana pengaruh pengerjaan panas
terhadap struktur mikro dan mampu bentuk
terhadap sampel as cast, homogenisasi, dan
rolling
• Bagaimana pengaruh temperatur dan nitrogen
terhadap sifat mekanik
• Bagaimana pengaruh nitrogen dan temperatur
terhadap fasa kedua yang terbentuk
11/11/2015 7
Untuk mengetahui pengaruh pengerjaan panas
terhadap struktur mikro, fasa yang terbentuk,
sifat mekanik paduan kobalt dengan
perbedaan temperatur rolling dan komposisi
nitrogen.
11/11/2015 8
Paduan F75
0,25C - 63,55% Co - 28% Cr - 6% Mo - 0,8% Si - 0,8% Mn - 0,4% Fe - 0,2% Ni - 0N
0,25C - 63,55% Co - 28% Cr - 6% Mo - 0,8% Si - 0,8% Mn - 0,4% Fe - 0,2% Ni – 0,2N
Variasi Temperatur
1. 1000 o C
2. 1100 o C
3. 1200 o C
Sampel
11/11/2015 9
Sampel As Cast
Homogenisasi T 1200 o C
Rolling 90%
Gambar 2. Skema Pemotongan Sampel
Spesimen berupa ingot yang berasal dari Yoneda Advance
Casting co. Ltd Takaoka, Jepang hasil investment casting.
Dipotong hingga berdimensi 15 x 15 x 15 mm menggunakan
mesin potong yang dilakukan di laboratorium metalurgi untirta
11/11/2015 10
Gambar 3. Tube Furnace
Proses homogenisasi dengan temperatur 1200oC ditahan selama 6
jam dan pendinginan dalam tungku sampai mencapai temperatur
kamar.
Proses heat treatment dilakukan dengan 3 variasi temperatur
yaitu 1000oC, 1100oC dan 1200oC dan proses rolling dilakukan
hingga mencapai persen reduksi 90%.
11/11/2015 11
Gambar 4. Mesin Rolling
Masukkan sampel paduan Co-Cr-Mo kedalam Tube Furnace
Menyalakan temperatur sampai temperatur yang ditentukan
(1000, 1100, 1200oC) ditahan selama 1 jam
Melakukan proses rolling
Pendinginan menggunakan metode quench dengan media air.
11/11/2015 12
Mounting dengan resin
Grinding dengan 80-1200
Polishing dengan micropolish
alumina 5, 1, 0.3 µ
Electrolytic etsa 10% H2SO4
dan 90% metanol dengan dialiri
listrik 6 volt selama 45 detik
11/11/2015 13
Menggunakan metode
Rockwell Hardness Test
Pembebanan sebesar 1471N
Dilakukan diLembaga Ilmu
Pengetahuan Indonesia (LIPI)
Serpong.
11/11/2015 14
Rectifier Platina
Sampel
H2SO4 dan
Aquades
Sampel untuk ekstrak dilakukan dengan
cara electrolitically extracted dalam
10% H2SO4 dan 90% aquades dengan
dialiri listrik 3 volt yang diatur
menggunakan rectifier selama kurang
lebih satu jam11/11/2015 15
Pengatur udara
Filter
Pompa
Vacuum
Membran filter
Gelas ukur
11/11/2015 16
Dari hasil proses ekstrak didapatkan larutan
H2SO4 dan aquades yang tercampur
ion-ion yang tersebut disaring dengan
kertas saring ukuran 0,2 mikron dalam
keadaan vakum
presipitat yang telah tersaring tersebut
dilakukan analisa fasa menggungakan X-
Ray Diffraction merk XRD PANalytcial
EMPYREAN
1. Struktur Mikro
Sampel 0,25C 0N
11/11/2015 17
As-Cast
Homogenisasi
Gambar 5. Struktur Mikro Menggunakan Optical Microscope dan SEM
Gambar 6. Struktur Mikro Dengan Menggunakan Optical Microscope dan SEM
11/11/2015 18
R= 90%
T= 1000oC
R= 90%
T= 1100oC
R= 90%
T= 1200oC
Sampel 0,25C 0,2N
11/11/2015 19
As-Cast
Homogenisasi
Gambar 7. Struktur Mikro Dengan Menggunakan Optical Microscope dan SEM
11/11/2015 20
R= 90%
T= 1000oC
R= 90%
T= 1100oC
R= 90%
T= 1200oC
Gambar 8. Struktur Mikro Dengan Menggunakan Optical Microscope dan SEM
(a)
2. XRD
(b)
11/11/2015 21
(c) (d)
Gambar 9. Pola Difraksi XRD Paduan Co-Cr-Mo Sampel (a) As-cast, (b) Homogenisasi,
(c) Rolling Panas Paduan Co-Cr-Mo 0N T1000oC, 1100oC, 1200oC, (d) Rolling Panas
Paduan Co-Cr-Mo 0,2N T1000oC, 1100oC, 1200oC 11/11/2015 22
Gambar 10. Pengaruh Temperatur dan
Nitrogen Terhadap Fasa yang Terbentuk
11/11/2015 23
Penambahan nitrogen dapat
mencegah terbentuknya fasa
intermetalik
Semakin tinggi temperatur
presipitat semakin larut
Fasa M23C6 merupakan fasa
dominan yang muncul
Fasa σ menyebabkan kerapuhan
25
30
35
40
45
50
55
60
as cast homogen rolling T1000 Rolling T1100 Rolling T1200
HR
C
Hasil Uji Kekerasan
0,25C 0N
0,25C 0,2N
No SampelAs
cast
Homogenis
asi
Rolling
T 1000oC T1100oC T1200oC
1 0,25C 0N 34,3 33,4 51,7 55 55,2
2 0,25C 0,2 N 36 35,6 48,2 51,8 56
3. Kekerasan
Gambar 11.. Hasil Uji Kekerasan Sampel Paduan Co-Cr-Mo (0N, 0.2N)
11/11/2015 24
4. Uji Tarik
0.00
500.00
1000.00
1500.00
as cast rolling
Max S
tres
s (N
/mm
2)
Hasil Uji Tarik
0,25C 0N
0,25C 0,2N
No Sampel
Elastic
StressMax Force Max Stress Max Strain Thickness Width
N/mm2 N N/mm2 % mm Mm
1
0,25C;0N 92734,6 5645,91 1244,3 3,603 2,023 2,24
2 0,25C;0,2N 92961,8 5400,61 1170,66 4,779 2,043 2,256
Gambar 12. Tegangan Tarik Hasil Uji Tarik Sampel Paduan Co-Cr-Mo (0N, 0.2N)
Tabel 1. Tabel Kuantitatif Hasil Pengujian Tarik Sampel Hasil As Cast
11/11/2015 25
Gambar 13. Elongasi Hasil Uji Tarik Sampel Paduan Co-Cr-Mo (0N, 0.2N)
No Sampel
Elastic
StressMax Force
Max
StressMax Strain Thickness Width
N/mm2 N N/mm2 % Mm mm
1 0,25C;0N 68287,3 1477,63 845,769 7,075 1,213 1,503
2 0,25C;0,2N 38582,800 1995,42 662,575 8,039 2,053 1,51
0.000
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
as cast Rolling
Max S
train
(%
)
Hasil Uji Tarik
0,25C 0N
0,25C 0,2N
Tabel 2. Tabel Kuantitatif Hasil Pengujian Tarik Sampel Hasil Rolling
11/11/2015 26
Pengaruh temperatur dapat melarutkan fasa yang terbentuk, semakin tinggi
temperatur jumlah presipitat semakin sedikit yang disebabkan karena presipitat
larut sebagian. Fasa yang terbentuk paling dominan adalah fasa M23C6.
Kandungan nitrogen dapat meningkatkan aktifitas karbon, penambahan nitrogen
dapat menekan pembentukan fasa intermetalik. Adapun fasa yang terbentuk adalah
fasa M23C6, fasa M12C (fasa η), dan fasa σ (Co-Cr).
Hasil kekerasan paduan Co-Cr-Mo meningkat seiring semakin tingginya temperatur
dan penambahan nitrogen, hal ini disebabkan karena adanya atom nitrogen yang
berdifusi secara intertisi mengisi kekosongan atom Co, dimana atom N lebih kecil
dari nomor atom Co. Nilai kekerasan yang paling tinggi terdapat pada sampel
kandungan 0,2 N dengan temperatur 1200 o C yaitu sebesar 56HRC
Penambahan nitrogen meningkatkan persen elongasi, karena unsur N menghambat
fasa γ ke fasa ε. Sehingga keuletan meningkat
11/11/2015 27
Pada saat preparasi spesimen awal, ukuran spesimen
dibuat berbentuk balok agar mempermudah untuk
proses rolling
Dilakukan pengujian korosi, dan pengujian keausan
untuk mengetahui ketahanan paduan Co-Cr-Mo
11/11/2015 28
Alfirano. 2007. Analisa Sifat Mampu Tempa Paduan C0-30%Cr-5%Mo Dengan Penambahan Si Dan Mn. ITB. Bandung
Alfirano et al. 2011. Precipitates in As-Cast and Heat-Treated ASTM F75 Co-Cr-Mo-C Alloys Containing Si or Mn
Alfirano et al. 2012. Precipitates in Biomedical Co-Cr-Mo-C-N-Si-Mn Alloys.
ASM Handbook Vol. 9, 2004. Metallography and Microstructures. ASM International. p. 762–774
ASM Speciality Handbook. Heat-Resistant Materials
Asfarizal. 2008. Peningkatan kekerasan dengan metoda karburasi pada baja karbon rendah dengan media kokas. No 30 vol 1
tahun XV November 2008.
Avner, Sidney H. 1982. Introduction to Physical Metallurgy. Second Edition McGraw-Hill International Book Company.
Tokyo
Bellefontaine George. 2010. The Corrosion of Co Cr Mo Alloys for Biomedical
Biomechanics of Hip and Knee Prostheses. Jorge Alvarado, Ricardo Maldonado, Jorge Marxuach and Ruben Otero.
December 2003, Application of Engineering Mechanics in Medicine, GED-University of Puerto Rico Mayaguez, p 10
Caudillo et al. 2001. On Carbide Dissolution in An As-Cast ASTM F-75 Alloy. John Wiley & Sons, Inc.
Chiba, Kazushige kumaga, Hiroe takeda, and Naoyuki nomura. 2005. Mechanical Properties of Forged low Ni and C-
containing Co-Cr-Mo Biomedical Implant Alloy. Materials Science Forum Vols. 475-479 (2005) pp 2317-2322
In Biological Performance of Materials : Fundamentals of Biocompability. Black. 1992, Marcel Decker Inc, New York.
Kenta Yamanaka, Manami Mori, Akhiko Chiba. 2014. Effects of nitrogen additionon microstructure and mechanical behavior of biomedical Co–Cr–Mo alloys.
Lee Sang-Hak et al. 2006. Effect of Carbon Addition on Microstructure and Mechanical Properties of a Wrought Co–Cr–Mo Implant Alloy. The Japan Institute of Metals
11/11/2015 29
Lee Sang-Hak, N. Nomura, A. Chiba, 2008, Significant Improvement in Mechanical Properties of Biomedical Co-Cr-Mo
Alloys with Combination of N Addition and Cr- Enrichment, Materials Transactions, vol 49, No. 2, pp. 260-264.
Mitsuo Niinomi, Takao Hanawa, Takayuki Narushima. April 2005. Japanese Research and Development on Metallic
Biomedical, Dental and Healthcare Materials, p 21
Mineta Shingo et al. 2010. Carbide Formation and Dissolution in Biomedical Co-Cr-Mo Alloys with Different Carbon
Contents during Solution Treatment. The Minerals, Metals & Materials Society and ASM International
Mineta Shingo et al. 2012. Phase and Formation/Dissolutios in Biomedical Co-Cr-Mo Alloys with Nitrogen Addition. Japan
Mineta Shingo et al. 2012. Precipitates in Biomedical Co-28Cr-6Mo-(0–0.41)C Alloys Heat-Treated at 1473 K to 1623 K
(12000C to 13500C). The Minerals, Metals & Materials Society and ASM International
Mechanical Properties of Forged Low Ni and C Containing Co-Cr-Mo Biomedical Implant Alloy. Chiba A, Kumakagai
K, Takeda H, Nomura N. 2005, Mater Sci Forum, p 475-479; 2317-2322
Narushima et al. 2015. Co-Cr Alloys as Effective Metalic Biomaterials
Okazaki Yoshimitsu.2008. Effects of Heat Treatment and Hot Forging on Microstructure and Mechanical Properties of Co-
Cr-Mo Alloy for Surgical Implants
Prasetyo Agung. 2010. Pengaruh Variasi Kandungan Silikon Terhadap Korosi Paduan Kobalt (ASTM F 75) Hasil Metalurgi
Serbuk dalam Larutan Artificial Blood Plasma dengan Teknik Polarisasi Potensiodinamik dan Teknik Exposure. FT UI.
Depok
Prihantoko Adi. 2011 Characterization of CoCrMo alloy with titanium nitride and hydroxyapatite-chitosan coating. IPB
Pengganti Fungsi Tulang Pada Tubuh Manusia. Seminar Material Metalurgi. Serpong
Ratner, Buddy. 1996. Biomaterial Science: An Introduction to Material in Medicine. California: Academic Press
Smallman R E dan Bishop R J. 2000. Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa
Material Edisi 6. Erlangga. Jakarta
Williams, D. F. (1987). “Definitions in Biomaterials. Proceedings of a Consensus Conference of the Society for
Biomaterials”. Chester. England. 3-5 Maret 1986. Volume 4. New York: Elsevier
Yuswono. 2005. Pembuatan Logam Paduan Biocompatibel (Co-30%Cr-5%Mo) Melalui Pengerjaan Tempa. Seminar
Material Metalurgi. LIPI
11/11/2015 30