Karakteristik Sifat Mekanik dan Struktur Mikro Total Knee Joint dari Paduan Co-26Cr-6Mo-0,18N Hasil Pengerjaan Panas [The Characteristics of Mechanical Properties and Microstructures on Hot-treated Co-26Cr-6Mo-0.18N Alloys for Total Knee Joint.....]

Abstract

Replacement of implant material on knee bones requires some mechanical properties that match with human bones such as wear resistance, high strength, and toughness. The knee joint is a vital part where this part often has a dynamic load, so it needs high hardness and strength to bear the burden of the human body weight. This research aim is to investigate the characteristic of the microstructure and the hardness of Co-Cr-Mo alloy, which consist of precipitates for total knee joint application. As-cast Co-26Cr-6Mo-0.18N and Co-26Cr-6Mo were homogenized at 1200ºC for 12 hours, followed by hot rolling at 1200ºC (90 minutes) and a 50 percent reduction, and then cooling with a variety of cooling media such as ice water, water, and air. After that, several tests were performed to find out the changes in the microstructure and the resulting hardness values through hardness testing, XRD, SEM-EDS observation, and optical microscopy. The results showed that the highest hardness (51 HRC and 61.8 HRC) is obtained when cold-water quenching applied. However, the lowest hardness (42.9 HRC and 49.9 HRC) is conducted using air cooling (aging). The appearance of M23X6 precipitates increases the hardness of Co-26Cr-6Mo-0.18N alloy. Its precipitates can be decreased by adding N.  
 

Abstrak

Penggantian material implan pada lutut memerlukan sifat mekanis yang penting selain sifat ketahanan aus, diperlukan juga kekuatan dan  ketangguhan yang tinggi. Hal ini dikarenakan lutut merupakan bagian yang vital dimana bagian ini sering mengalami beban dinamis, sehingga harus memiliki kekerasan dan kekuatan yang tinggi untuk menahan beban dari berat badan manusia tersebut. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui karakteristik dari struktur mikro yang terbentuk dan nilai  kekerasan pada paduan Co-Cr-Mo hasil hot rolling selain itu juga untuk mengetahui pengaruh penambahan unsur nitrogen terhadap pembentukan fasa  dan presipitat pada paduan Co-Cr-Mo. As-cast Co-26Cr-6Mo-0,18N dan Co-26Cr-6Mo dihomogenisasi pada temperatur 1200°C selama 12 jam, setelah itu dilakukan hot rolling pada temperatur 1200°C dengan waktu tahan 90 menit  dan persen reduksi sebesar 50, diakhiri pendinginan dengan variasi media pendingin seperti air es, air dan udara. Setelah itu beberapa pengujian dilakukan untuk mengetahui perubahan struktur mikro dan nilai kekerasan yang dihasilkan melalui pengujian kekerasan, XRD, pengamatan SEM-EDS. Hasil penelitian menunjukkan bahwa butiran pada sampel yang mengalami rapid cooling dengan menggunakan air es (3°C) menghasilkan ukuran butiran yang lebih halus dibandingkan dengan sampel dengan media pendingin air dan udara. Media pendingin air es memiliki nilai kekerasan paling tinggi dan udara paling rendah hal ini dikarenakan presipitat M23X6 yang terbentuk dapat menghambat pergerakan dislokasi sehingga memperkuat matriks dan dengan demikian dapat meningkatkan kekerasan paduan. Sedangkan  paduan Co-Cr-Mo yang mengandung unsur nitrogen didalamnya memiliki ukuran butiran yang lebih kecil  dibanding unsur tanpa nitrogen, hal ini dikarenakan atom N yang bertindak sebagai atom interstisi mengisi kekosongan jarak antar atom. Fasa σ yang muncul pada paduan kobalt Co-26Cr-6Mo memiliki intensitas peak yang lebih tinggi dibandingkan dengan kobalt Co-26Cr-6Mo-0,18N karena usur nitrogen menekan pembentukan fasa σ.