PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

KARAKTERISTIK SIFAT MEKANIK DAN KETAHANANOKSIDASI PADUAN ZIRCONIUM AKIBAT PENAMBAHAN

UNSUR PEMADU TIMAH PUTIH, TEMBAGA DAN NIOBIUM

Abdul Latief, Ahmad Paid, Djoko Kisworo, Saud Maruli TuaPUSAT TEKNOLOGI BAHAN BAKAR NUKLIR - BATAN

ABSTRAK

KJ.lRAKTERISTlK SIFA T MEKANIK DAN KETAHANAN OKSIDASI PADUANZII~CONIUM AKIBA T PENAMBAHAN UNSUR PEMADU TIMAH PUTlH, TEMBAGAOliN NIOBIUM. Telah dilakukan penelitian penambahan unsur pemadu Sn, Cu, danNb ke da/am Zirconium dengan kombinasi Zr-Fe-Cr-Sn, Zr-Fe-Cr, Zr-Fe-Cr-Cu, Zr-Fe­Cr-Cu-Nb, Zr-Cu-Nb, Zr mumi dan zirca/oy-4 Karakterisasi yang dilakukan ada/ah ujimokanik (kekerasan), pengamatan mikrostruktur dan uji oksidasi. Pembuatan paduanzirconium tersebut dilakukan dengan cara pencampuran, pengompakan, peleburan, {3­

quenching, pengerol3n dingin 10%, aniling dan dilakukan uji mekanik, mikrostrukturdan uji oksidasi. Tujuan yang diharapkan ada/ah untuk mengetahui sifat mekanik danketahanan oksidasi optimal yang lebih baik dari paduan zirca/oy-4 dipasaran jikadipakai sebagai bahan kelongsong bahan bakar jenis PWR. Untuk mengetahuikarakteristik sifat tersebut dilakukan uji kekerasan mikro/makro, pengamatanmikrostruktur dengan mikroskop optik atau Scaning Electron Microscope (SEM) sertauji oksidasi dengan methoda gravimetri. Dari penelitian ini dapat diperoleh hasilbahwa ketahanan oksidasi zirca/oy-4 pada suhu 36~C dan tekanan 10 MPa (da/amair/uap air) dapat diperbaiki dengan cara menurunkan/menghilangkan komposisi Snyang awalnya 1,5% (da/am Zirca/oy-4) menjadi 0%, tetapi kekuatan mekaniknya turundari 221 menjadi 199 kg/mm2• Untuk meningkatkan kekuatan mekanik (kekerasan)paduan tanpa Sn (Zr- 0,2%Fe - 0,1% Cry dapat ditambahkan unsur pemadu 0,1% Cu

dan kekerasan meningkat menjadi 237 kg/mm2 dan pertambahan berat setelahoksidasi menjadi 2,935 mg/dm (Zirca/oy-4 = 29,009 mg/dm2). Untuk selanjutnyapenambahan 0,1% Nb pada paduan Zr-0,2%Fe-O,1%Cr-0,1%Cu juga dapatmeningkatkan ketahanan oksidasi lebih lanjut menjadi 2,647 mg/dm2 untuk suhu36SJC tekanan 10 MPa dan cyclus 70 jam. Paduan Zirconium yang terbaik dari segimekanik, mikrostruktur dan ketahanan oksidasi ada/ah Zr-0,2%Fe-0, 1%Cr-0, 1%CudilJanding dengan paduan Zr lain yang digunakan da/am penelitian ini.

ABSTRACT

MECHANICAL PROPERTIES AND OXIDATION RESISTANCE CHARACTERISTICOF ZIRCONIUM ALLOYS DUETIN, COPPER, AND NIOBIUM ADDITION. Theaddition of tin (Sn), copper (Cu) and niobium (Nb) in zirconium (Zr) has been observedin this experiment. The compositions of the alloys observed are as follows Zr-Fe-Cr­Sn, Zr-Fe-Cr, Zr-Fe-Cr-Cu, Zr-Fe-Cr-Cu-Nb, Zr-Cu-Nb, pure Zr, and zirca/oy-4. Thealloys are produced in the following process, mixing, compacting, melting, {3­

quenching, 10 % cold rolling, and annealing. The objective of the experiment is to findout which one of all observed alloys has the best mechanical properties and oxidationresistance as a PWR fuel cladding in comparision with zircaJoy-4. The characterizationdone is on their hardness, microstructures and oxidation behavior. Results show thatoxidation resistance of zirca/oy-4 in water and steam at 365°C and 10 MPa for 70hours is improved with the elemination of tin (from 1.5 wt % to 0 wt % ). However,such elimination results in lowering the hardness from 221 to become 199 kg/mm2. Toincrease the hardness of the Sn face alloy (Zr - 0.2 %, Fe - 0.1%, Cry, copper can be

added ( to 0.1 wt %) so that its hardness becomes 237 kglmm2 and its weight qainafter the oxidation test becomes 2,935 mg/dm2 as compared with 29.009 mg/dm for

Abdul Latief, dkk. ISSN 1410 - 8178 473

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan

Yogyakarta, 28 Agustus 2008

zirca/oy-4. When niobium is added to the Zr-0.2 %, Fe - 0.1%, Cr- 0.1% Cu alloy, theweight gain after the oxidation test becomes 2.647 mg/dm2• Considering all aspects ofmechanical strength, microstructures and oxidation resistance, Zr-0.2% Fe-0.1% Cu isthe best among all alloys observed

PENDAHULUAN

Paduan logam zirconium merupakan bahankelongsong bahan bakar reaktor nuklir jenisLight Water Reactor (L WR) atau Heavy Water

Reactor (HWR). Hal ini dikarenakan logam tersebutmempunyai tam pang serapan neutron yang rendah,sifat mekanik yang baik, tahan terhadap korosi,kompatibel terhadap bahan bakar/moderator, stabilterhadap irradiasi pada suhu tinggi dan mampufabrikasi yang baik[lJ. Selama pemakaiankelongsong terutama jenis zircaloy-4 dalam reactorjenis Pressurized Water Reactor (PWR) dibatasi

. oleh adanya korosi yang seragam, dan terbentuknyalapisan oksida pada perrnukaan kelongsong dapattumbuh sampai ketebalan tertentu serta dapatmenurunkan sifat mekanik.

Akhir-akhir ini ada kecenderungan

peningkatan derajat bahan bakar. Hal inimenyebabkan umur bahan bakar lebih panjang dankelongsong bahan bakar harus menyesuaikan. Makadari itu perlu dilakukan perbaikan sifat mekanikmaupun ketahanan oksidasi[2J. Hal yang sarna jugadilakukan oleh peneliti lain bahwa peningkatanderajat bahan bakar (sampai 60.000 MWD/ton-U)dan suhu operasi PWR yang tinggi (349°C)menyebabkan oksida yang terbentuk sangat tebal (­130 Ilm), sehingga perlu dilakukan penggantianbahan bakar baru sebelum bahan bakar tersebut

mencapai derajat bakar yang diinginkanPJ.Pengembangan logam paduan zirconium diarahkanpada perbaikan sifat mekanik dan ketahanan korosiyang baik dari paduan zirconium yang ada sekarangdan menguntungkan secara ekonomi sertameningkatkan keselamatan reaktor.

Faktor-faktor yang mempengaruhiterbentuknya lapisan oksida dalam kelongsong jenisPWR cenderung saling meningkatkan laju oksidasidan sifat ketahanan oksidasi. Paduan zircaloy-4sangat dipengaruhi oleh parameter aniling komulatifselama proses pembuatan serta morfologi partikelfasa ke-2. Terbentuknya fasa ke 2 ini sangatditentukan oleh un sur pemadu yang ditambahkanmisalnya Sn, Nb, Cu, Cr, dan lain-lain. Ketahanankorosi zircaloy-4 dapat ditingkatkan denganmenurunkan komposisi unsur pemadu timah putih

(Sn)[4J• Tetapi penurunan Sn dapat mengakibatkanpenurunan kekuatan tarik maksimum dan kekuatanluluh. Untuk menaikkan kekuatan luluh dapatdilakukan dengan menambahkan tembaga (CU)[2J•

Penambahan Cu sampai 0, I % mampumeningkatkan kekauatan tarik/luluh zircaloy-4akibat penurunan Sn dari 1,0 % menjadi 0 %.

Disamping itu penambahan Nb sebesar (0,05-0,2)

% dapat meningkatkan ketahanan korosi yang Jebihbaik dibanding dengan logam paduan zircaloy-4.

Untuk mengetahui ketahanan oksidasi, sifatmekanik dan mikrostruktur paduan zirconiumdengan Sn rendah, Cu dan Nb yang dibuat dengancara peleburan, pencelupan cepat (quenching),penganilan, pengerolan dingin dan penganilan,dapat dilakukan uji oksidasi dalam autoclavedengan metode gravimetri, uji kekerasanmikro/makro dan pengamatan mikrostruktur denganmikroskop optik atau scanning electronmicroscope. Dari penelitian ini diharapkanpenambahan unsur paduan Cu, Sn, dan Nb dapatmeningkatkan kekuatan mekanik dan ketahananoksidasi yang lebih baik dibandingkan zircaloy-4.

CARA KERJA

Komposisi logam panduan zirconiumdibuat dengan cara mencampur Zr dengan variasiSn (0 - 1,5) % - Fe (0-0,2) % - Cr (0-0,1) % - Cu(0,0 - 0, I) % dan Nb (0,0 - 0, I) %. Komposisispesimen tersebut diproses melalui pencampuran,pengompakan, peleburan, quenching, anil,pengerolan dingin, anil dan selanjutnya dilakukanuji oksidasi, uji kekerasan serta pengamatanmikrostruktur pemanasan fasa dilakukan pada suhu1050 °C dalam suasana gas argon selama 30 menitdan dicelup cepat dalam air, sampel selanjutnyadianil pada suhu 700°C selama 90 menit dalamsuasana gas argon. Pengerolan dilakukan pada suhu300°C dan deformasi 10 %, dilanjutkan pemanasanpada suhu 720°C selama 90 men it dalam suasanagas argon. Preparasi sam pel untuk uji kekerasan danpengamatan mikroskop optik dilakukanpemotongan, pengampalasan, pemolesan, danpengetsaan.

Uji oksidasi dilakukan dengan metodeASTM 6-2M yaitu pengampelasan dengan gritsampai dengan 800, dicuci/ultrasonic kemudian

dilakukan pencelupan dalam larutan pickling 3 %HF, 39 % HN03, 50 % air bebas mineral selama 1men it, ditimbang, diukur dimensinya dandimasukkan ke autoclave pada suhu 365°C tekananJO MPa dan waktu 70 jam kemudian diIanjutkandengan pembilasan dan penimbangan.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Data hasil penelitian dapat diperolehmikrostruktur bahan awal yaitu Gambar 4 sampai10 (lampiran), yaitu paduan Zr-l,5%Sn-0,2%Fe­0, I%Cr (GbA), Zr-0,2%Fe-0, I%Cr (Gb. 5) Zr-

474 ISSN 1410 - 8178 Abdul Latief, dkk

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan ProsesBahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

0,2%Fe-0, I %Cr-O, I%Cu (Gb.6), Zr-0,2%Fe­0, I%Cr-O, I%Cu-O, I%Nb (Gb. 7), Zr-O, I%Cu­O,I%Nb (Gb.S), Zr mumi (Gb.9), Zircaloy-4konvensional (Gb.1 0). Di samping itu mikrostrukturpaduan Zr dapat dilihat dengan SEM seperti tampakpada Gambar II sampai dengan Gambar 20.

Kekerasan mikro untuk masing-masing

spescimen sebelum uji oksidasi dapat dilihat padaTabel I. Sedangkan kekerasan mikro setelahoksidasi dapat dilihat pada Tabel 2 dan hasil ujioksidasi terhadap spesimen paduan Zr dapat dilihatpada Tabel 3.

Pengamatan Mikrostruktur

Mikrostruktur paduan hasil prosestermomekanik terlihat seperti Gambar 4 sampaidengan 10 (dengan mikroskop optik) atau GambarII sampai. 17 (dengan SEM). Masing-masingpaduan mempunyai karakteristik masing-masingdan sangat ditentukan oleh un sur dan komposisipemadu serta perlakuan yang dilakukan.Mikrostruktur Zr-I ,5%Sn-O,2%Fe-O, I %Cr

(Gambar 4 atau Gambar 11). Mikrostruktur paduantersebut diatas adalah widmanstaten yang memilikidua jenis morfologi yaitu struktur basket weave danstruktur plate parallel. Struktur basket weaveterlihat seperti pelat yang relatif pendek dan salingberpotongan satu sarna lain. Hal ini terbentuk

karena adanya transformasi dari fase fJ ke fase a.Pembentukan struktur ini dipengaruhi banyaknya

tempat nukliasi fase a dalam fase p. Pendinginancepat terhadap paduan zirconium diperoleh strukturmartensif sedangkan pendinginan sangat lembuttidak diperoleh struktur berbentuk jarum.Mikrostruktur yang diperoleh dalam penelitian iniuntuk sampel I - 7 memberikan indikasi bahwatidak ada perbedaan yang signifikan denganmikrostruktur setelah pencelupan cepat p (strukturbasket weave) terutama Zr-0,5%Sn-0,2%Fe-0, I%CrZr-0,2%Fe-0,1 %Cr dan Zr-0,2%Fe-0, I %Cr­

0, I%Cu, yang sedikit berbeda yaitu adanya paduanZn akan memperpendek bentuk jarum (Gambar 4sid. 6), Nb mengindikasikan bertambah besar Ipanjang lamela. Adanya celah permukaan terbanyakdidapat dari paduan Zr-0,2%Fe-0, I %Cr-O, 1%Nbsetelah dilakukan deformasi sebesar 10%. Hal ini

dimungkinkan unsur Sn, karena unsur tersebutmemperlambat laju difusi atom terlarut pada antar

muka interlamela pada saat pertumbuhan lamella adari fase p dan efek yang sarna juga adanya unsurpemadu Nb yaitu :

Mikrostruktur Zr mumi mempunyai

struktur basket "'eave dan butir a yang membesar.Hal ini terjadi karena rekristalisasi logam mumiterjadi pada suhu yang lebih rendah dibandinglogall1 paduan pada tingkat deformasi, suhu danwaktu anil yang sama. Mikrostruktur ekuaksial

ditemukan pada paduan Zr mumi (Gambar 10), Zr­0,2%Fe-0,I%Cr (Gambar 12) dan paduan Zr­O,I%Cu-O,I%Nb (Gambar 15). Hal ini didugabahwa Fe dan Cr tidak adanya unsur dalam bentukprosipitasi dapat mempercepat pertumbuhan butir,hal ini dapat dilihat pada Gall1bar 13, 15 dan 17).

Ketahanan Oksidasi Logam/PaduanZirconium

Setelah specimen diuji oksidasipertambahan beratnya dapat dilihat pada Tabel 3.Grafik pertambahan berat specimen setelah diujioksidasi dapat dilihat pada Gambar I.

120.00 1- 0: 100.00... ..,= """'80.00cM 0: E..c

"C60.000: ~.Q gE 40.00.f! ... 20.00..,

Q.,0.00

Spesimen

Keterangan:1. Zr-l ,5%Sn-0,2%Fe-0, I%Cr (Zry-4)2. Zr-0,2%Fe-O, I%Cr3. Zr-0,2%Fe-0, 1%Cr-O, 1%Cu4. Zr-0,2%Fe-0,1 %Cr-O, 1%Cu-O, I%Nb5. Zr-O, 1%Cu-O, 1%Nb6. Zr mumi

7. Zry-4 konvensional

Gambar I. Pertambahan berat spesimen setelah ujioksidasi dalam air bebas mineral padasuhu 365 0 C dan tekanan lObar selama

70 jam

Pada Gambar I tersebut terlihat bahwa

perbedaan pertambahan berat akibat oksidasi antarpaduan Zr-I ,5%Sn-0,2%Fe-O, I%Cr, Zr-O,2%Fe­0, I %Cr, Zr-O, I %Cu-O, I %Nb dan zircaloykonvensional tidak menunjukkan perbedaan yangberarti yaitu sebesar lebih kurang antara 23,716 729,009 mgr/dm3• Demikian juga antara paduan Zr­0,2 Fe-O, I%Cr-O, I%Cu dan Zr-0,2%Fe-0, I%Cr­

O,I%Cu-O,I%Nb hampir sarna, yaitu 2,64772,935mgr/dm2. Pada percobaan tersebut, oksidasi yangterbentuk masih relatif tipis, karena tekanan uji 10bar dan waktu uji oksidasi hanya 70 jam. Dari Coxmenyatakan bahwa kelongsong PWR, adanyapeningkatan suhu operasi sejalan denganbertambahnya ketebalan oksida. Disamping itu jugadipengaruhi oleh rendahnya konduktivitas Zr02,LiOH, perubahan kill1ia air pada operasi reaktorkarena adanya kesalahan operasi.

Penurunan pemadu Sn dapatmengakibatkan rendahnya laju oksidasi (Hang 96,

Abdul Latief, dkk. ISSN 1410 - 8178 475

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Puset Teknologi Akseleretor den Proses Behen

Yogyakarta, 28 Agustus 2008

lumback, Van swam) dan pada penelitian inidiketahui bahwa paduan Zr-0,2%Fe-0, I%Crmempunyai laju oksidasi yang lebih rendah jikadibandingkan dengan paduan Zr-I,5%Sn-0,2%Fe­0,1 %Cr. Menurut Hang at al (2001) melaporkanbahwa penambahan Cu kurang dari 0,2 % dapatmemperbaiki ketahanan oksidasi paduan zirconium.Hal yang sarna juga diperoleh pada penelitian ini,yaitu penambahan Cu pada paduan Zr-0,2%Fe­0, I%Cr-O, I %Cu ketahanan oksidasinya turun dari29,009 mg/dm2 menjadi 25,834 mg/dm2penambahan berat Nb sekitar 0,05-0,2 % dapatmengurangi pertambahan berat zircaloy-4.

Oari Gambar 2 dan 3, pengaruh unsur dankomposisi unsur pemadu sangat menentukankekerasan hasil. Penurunan kandungan Sn dapatmenurunkan sifat mekanik (kekerasan, kekerasanpaduan zircaloy-4, Zr- I,5%Sn-Sn-0,2%Fe-0, I %Cr)yang dibuat dengan kandungan Sn 1,5 % setelahdihilangkan Sn nya, kekerasan turun dari 221 HV 100

menjadi 199 HV 100. Kemudian dari hasil penelitianHang et al (2000) mengatakan bahwa penambahan

Cu dapat meningkatkan kekuatan tarik maksimumlebih besar jika dibandingkan dengan pengaruh Sn.Kekuatan tarik maksimum paduan Zr-x Sn-0,2o/oCr­0, I %Fe-O, 1%Nb meningkat dari 384 menjadi 463MPa dengan Sn 0-1 % sedangkan kekuatan tarikmaksimum paduan Zr-0,2%Fe-0, I%Cr-x Cumeningkat dari 484 MPa menjadi 593 MPa Cu dario menjadi 0,1 %. Peningkatan kekuatan tarikmaksimum ini disebabkan akibat terbentuknyapresipitasi.

Spesimen

Keterangan:1. Zr-I ,5%Sn-0,2%Fe-0, I%Cr (Zry-4)2. Zr-0,2%Fe-0, I %Cr3. Zr-0,2%Fe-0, 1%Cr-O, I %Cu4. Zr-0,2%Fe-0,1 %Cr-O, I %Cu-O, I %Nb5. Zr-O, I%Cu-O, I%Nb6. Zr tanpa unsur-unsur pemadu7. Zry-4 konvensional

Gambar 2. Kekerasan mikro masing-masingspesimen, satu penekanan dilakukanpada bagian transversal sebelum ujioksidasi dengan beban 100 g selama 10detik

Spesimen

Keterangan:I. Zr-I ,5%Sn-0,2%Fe-0, I%Cr (Zry-4)2. Zr-0,2%Fe-0, I%Cr3. Zr-0,2%Fe-0,1 %Cr-O, I%Cu4. Zr-0,2%Fe-0, I %Cr-O, I %Cu-O, 1%Nb5. Zr-O,1 %Cu-O, 1%Nb

6. Zr tanpa unsur-unsur pemadu7. Zry-4 konvensional

Gambar 3. Kekerasan makro dari masing-masingspesimen, lima penekanan dilakukanpada bagian longitudinal paralel denganpermukaan yang dirol st:telah ujioksidasi dengan beban 5 kg selama 10detik

Penelitian yang dilakukan Isobe danMatsuo (1991) memberikan hasil bahwa sifatmekanik paduan berbasis Zr-Fe-Cr-Cu dapatditingkatkan dengan penambahan Nb dalam Zr­0,2%Fe-0, I%Cr-O, 1%Cu menyebabkan penurunankekerasan. Kekerasan paduan turun dari 237 HV 100

menjadi 217 HVloo. Apabila dilihat struktur mikropaduan Zr-0,2%Fe-0, I %Cr-O, 1%Cu-O, 1%Nb(Gambar 7), maka Nb dapat mempercepat prosesrekristalisasi, karena terlihat adanya pembesaranbutir.

KESIMPULAN

Oari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa:I. Ketahanan oksidasi Zircaloy-4 pada suhu 365°C

dan tekanan 10 MPa dapat diperbaiki dengancara menurunkan/menghilangkan Sn dari 1,5 %menjadi 0 %, tetapi kekuatan mekanik turun dari221 menjadi 199 kg/mm2•

2. Kekuatan mekanik (kekerasan) paduan Zr tanpaSn (Zr-0,2%Fe-0, I%Cr) dapat ditingkatkandengan cara menambah unsure pemadu 0,1%Cu, kekerasannya menjadi 237 kg/mm2•

3. Penambahan 0, I% Nb pada paduan Zr-0,2%Fe­0, I%Cr-O, I %Cu dapat meningkatkan ketahananoksidasi menjadi 2,647 mg/dm2 (suhu 365°C,10 MPa) siklus 70 jam.

4. Paduan terbaik dari segi mekanik, mikrostrukturdan ketahanan oksidasi adalah Zr-0,2%Fe­0, I %Cr-O, I%Cu.

476 ISSN 1410 - 8178 Abdul Latief, dkk

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusot Teknologi Akselerotor don Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

DAFT AR PUSTAKA

I. PEMSLER,JP, Cladding Materials, NuclearReactor Fuel Elements Metallurgy andFabrication, * John Wiley & Sons, New York,2000, p.231.

2. HONG, HS, MOON JS, KIM SJ, LEE KS,Effect of Copper Addition on the TensilePropeliies and Microstructures of ModifiedZircaloy-4 Alloy in Pressurized Water at 360°C,Jumal Nuclear Materials, Vol 297 - 2000,pp.1 13-119.

3. COX B, Degradation of Zirconium alloy inWater Cooled Nuclear Reacrtors, Procceding ofThe Third International Simposium onEnviromental Degradation of Materials inNuclear Power Systems Water Reactors, TheMetalurgical Society, Inc. Peunsylvania, 1988,pp 65-76.

4. VAN SWAM, GARZAROLLI. F, STEIN BER,E, Advaneed PWR Clading, proceding of ANSInternational Typical Meeting on Light WaterReactor Performance, West Palm Beach,American Nuclear Society, La Grange Park,ILL, 1994, pp.303-308.

LAMPIRAN 1. Hasil Uji Mikroskop Optik

Gambar 4. Mikrograf optik paduan Zr-I,5%Sn­0,2%Fe-O, I%Cr (spesimen 1)menunjukkan struktur basket-weavefase a widmanstatten

Gambar 5. Mikrograf optik paduan Zr-O,2%Fe­0, I%Cr (specimen 2) memperlihatkanstruktur basket-weave fase a, denganlebar lamela (lamellae) rata-rata kira­kira 2 kali lebih besar daripada lamelapada paduan Zr-I,5%Sn-O,2%Fe­0, I%Cr (spesimen I)

Gambar 6. Mikrograf optik paduan Zr-O,2%Fe­0,1%Cr-O,1%Cu (spesimen 3)menunjukkan struktur basket-weavefase a

Gambar 7. Mikrograf optik paduan Zr-O,2%Fe­0, I%Cr-O,1%Cu-O,1%Nb (spesimen 4)menunjukkan (a) butir dengan strukturbasket-weave fase a, dan (b) butir ayang membesar (coarsen)

Gambar 8. Mikrograf optik paduan Zr-O,I%Cu­0,1%Nb (spesimen 5) menunjukkan (a)partum-buhan butir rekristalisasi, (b)struktur basket-weave

Abdul Latief, dkk. ISSN 1410 - 8178 477

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan

Yogyakarta, 28 Agustus 2008

Gambar 9. Mikrograf optik zirkonium murni(spesimen 6) menunjukkan strukturbaskEt- weave fase a, (a) butir a yangmembesar

Gambar 10. Mikrograf optik Zircaloy-4 konven­sional (spesimen 7) menunjukkanstruktur butir a equiaxed

Gambar J I. Mikrograf SEM paduan Zr-I,5%Sn­0,2%Fe-0,J%Cr (spesimen I)menunjukkan (a) matriks logam, dan(b) oksida

1-----Gambar 12. Mikrograf SEM paduan Zr-0,2%Fe­

0, I%Cr (spesimen 2) menunjukkan (a)struktur basket-weave, (b) presipitatyang terletak pada batas butir, presipitatmenghambat pergerakan batas butirdengan efek jeratan (pinning effect), dan(c) cacat permukaan (swjacejlall')

Gambar 13. Mikrograf SEM paduan Zr-0,2%Fe­0,1 %Cr-O, 1%Cu (spesimen 3)menunjukkan (a) cacat perrnukaan, dan(b) batas lamela struktur basket-weavedengan presipitat terletak pada bataslamella

Gambar 14. Mikrograf SEM paduan Zr-0,2%Fe­0,1 %Cr-O, 1%Cu-O, 1%Nb (spesimen 4)memperlihatkan perubahan pada strukturbaskEt-weave

Gambar 12. Mikrograf SEM paduan Zr-O, J%Cu­0,1 %Nb (spesimen 5) menunjukkanpresipitat kurang efektif dalammenghambat pergerakan batas butir,(a) pertemuan an tara tiga batas butir,(b) cacat permukaan

478 ISSN 1410 - 8178 Abdul Latief, dkk

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator don Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

Zr-1,5 Sn-O,2 Fe-O,1 Cr

(Zircaloy-4 )2 Zr-O,2 Fe-O,1 Cr

3 Zr-O,2 Fe-O,1 Cr-O,1 Cu

4 Zr-O,2 Fe-O,1 Cr-O,1 Cu-O,1 Nb

5 Zr-O,1 Cu-O,1 Nb6 Zr- mumi

7 Zircalov-4 konvensional

I. Kekerasan mikro spesimen paduanzirconium sebelum uji oksidasi.

Kekerasan Vickers

!1E:.2

221

Zr-1,5 Sn-O,2 Fe-O,1 Cr

(Zircaloy-4 )2 Zr-O,2 Fe-O,1 Cr

3 Zr-O,2 Fe-O,1 Cr-O,1 Cu

4 Zr-O,2 Fe-O,1 Cr-O,1 Cu-O,1 Nb5 Zr-O,1 Cu-O,1 Nb6 Zr- mumi

7 Zircalov-4 konvensional

2. Kekerasan mikro spesimen paduanzirconium setelah uji oksidasi.-~------

Kekerasan Vickers

!i!!J2241

Gambar 13. Mikrograf SEM zirkonium murm(spesimen 6) menunjukkan mikrostruktur substrat logam pada oksida,terlihat perubahan yang signifikan padastruktur basket-weave

Tabel

No.

Tabel

No.

Bahan

Bahan

199237

217168

185160

196

209

199

191

210

202

Gambar 14.Mikrograf SEM Zircaloy-4konvensional (spesimen 7)menunjukkan butir a equiaxed denganpresipitat tersebar secara merata padabatas butir dan di dalam butir

LAMPIRAN 2 : HASIL UJI KEKERASAN DANUJI OKSI DASI

Tabel 3-3 : Pertambahan berat spesimen hasil ujioksidasi paduan Zr dalam air bebasmineral sUhu 365°C, tekanan lObardan waktu 70 .

No.Bahan

Kekerasan Vickers

(mq/dm2 )1

Zr-1 ,5 Sn-O,2 Fe-O,1 Cr 29.009

(Zircaloy-4) 2Zr-O,2 Fe-O,1 Cr 25,838

3Zr-O,2 Fe-O,1 Cr-O,1 Cu 2,935

4Zr-O,2 Fe-O,1 Cr-O,1 Cu-O,1 Nb 2,647

5Zr-O,1 Cu-O,1 Nb 23,716

6Zr - mumi 106,677

7Zircalov-4 konvensional 24,085

Abdul Latief, dkk. ISSN 1410 - 8178 479