## KARAKTERISTIK INGOT PADUAN U-Zr-Nb PASCA PROSES

## QUENCHING
Masrukan, Jan Setiawan Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir –BATAN Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang Selatan, 15314 e-mail : masrukan2006@yahoo.com
(Naskah diterima: 12-05-2017, Naskah direvisi: 13-06-2017, Naskah disetujui: 28-06-2017)

## ABSTRAK
KARAKTERISTIK  INGOT  PADUAN  U-Zr-Nb  PASCA  PROSES QUENCHING.  Telah  dilakukan percobaan  perlakuan  panas  ( quenching )  paduan  U-Zr-Nb  yang  bervariasi  komposisi  Nb.  Ingot paduan  U-Zr-Nb  dengan  komposisi  Nb  yang  bervariasi  yakni  1%,  4%  dan  7%  dan  komposisi  Zr tetap 10% dibuat melalui peleburan logam U, Zr dan Nb di dalam tungku busur listrik. Percobaan perlakuan  panas  ( quenching )  dimaksudkan  untuk  mengubah  fasa  αU  yang  tidak  stabil  menjadi fasa  U  yang  stabil.  Pada  percobaan quenching ,  ingot  paduan  U-10Zr-1Nb,  U-10Zr-4Nb, U-10Zr-7Nb  dimasukkan  ke  dalam  ampul  yang  terbuat dari  pelat  baja  kemudian  dimasukkan ke dalam  tungku  pemanasan  dan  dipanaskan  pada  temperatur  900 o C  serta  ditahan  selama  2  jam untuk selanjutnya didinginkan dengan cepat di dalam air. Setelah di quenching dikenai pengujian fasa  dan  pemeriksaan  mikrostruktur.  Pengujian  fasa  dilakukan  menggunakan  difraksi  sinar-X (XRD)  yang  datanya  diolah  menggunakan software  High  Score,  sedan gkan  pemeriksaan mikrostruktur menggunakan  mikroskop  optik.  Hasil  pengujian  dengan  XRD  menunjukkan  bahwa paduan U-10Zr-1Nb sebelum di quenching terdiri dari fasa αU dan paduan U-10Zr-4Nb terdiri dari fasa αU sebesar 23,1504% dan fasa  U sebesar 76,8495%, sedangkan pada U-10Zr-7Nb terdiri dari  fasa  αU  sebesar  34,1873%  dan  fasa  U  sebesar  65,8127%.  Paduan  U-10Zr-1Nb  setelah di quenching terdiri  fasa  αU,  sedangkan  paduan  U-10Zr-4Nb  terdiri  dari  fasa  αU  sebesar 44,6711%  dan  fasa  U  sebesar  55,3289%,  paduan  U-10Zr- 7Nb  terdiri  dari  fasa  αU  sebesar 17,9918%  dan  fasa  U  sebesar  82,0082%.  Hasil  analisis  densitas  teoritis  terhadap  fasa  yang terbentuk  pada  paduan  U-10Zr-1Nb,  U-10Zr-4Nb,  U-10Zr-7Nb  baik  sebelum  maupun  setelah di quenching diperoleh  ingot  paduan  U-10Zr-1Nb,  U-10Zr-4Nb,  U-10Zr-7Nb  menunjukkan  bahwa densitas  fasa  αU  dan  fasa  U  mengalami  penurunan  sedikit  apabila  kandungan  Nb  semakin rendah. Sementara itu, hasil pemeriksaan mikrostruktur menunjukkan bahwa pada kandungan Zr yang  semakin  tinggi  (7%  Nb)  terbentuk  butir  lebih  kecil  (halus)  setelah  mengalami quenching. Dapat  disimpulkan  bahwa  proses quenching paduan  U-10Zr-1Nb,  U-10Zr-4Nb,  dan  U-10Zr-7Nb akan mengubah fasa dari fasa αU menjadi fasa  U dan mikrostruktur yang terbentuk. Perubahan mikrostruktur menunjukkan bahwa kandungan Nb yang semakin tinggi maka butir yang terbentuk menjadi semakin halus.
Kata kunci : mikrostruktur, U-Zr-Nb, quenching , fasa, densitas.

## ABSTRACT
I NGOT CHARACTERISTIC OF U-Zr-Nb ALLOYS POST QUENCHING PROCESS. The U-Zr-Nb heat-quenching  experiment  has  been  subjected  to  various  Nb  compositions.  Ingots  of  U-Zr-Nb alloys with varying Nb compositions are 1%, 4% and 7% and a fixed 10% Zr composition is made by melting U, Zr and Nb metals in an electric arc furnace. The quenching experiment is intended to  convert  a n  unstable  phase  αU  into  stable  U  phase.  Quenching  experiment  is  intended  to convert  an  unstable  phase  αU  phase  into  a  stable  U  phase.  In  quenching  experiments,  the U-10Zr-1Nb, U-10Zr-4Nb, U-10Zr-7Nb ingot ingredients were fed into box that made of steel plate and  then  fed  into  a  heating  furnace  and  heated  at  900 o C  and  held  for  2  hours  for  then  cooled rapidly in water. After quenched then subjected to phase testing and microstructure observation. The phase test is performed using X-ray diffraction (XRD) and the data is processed using High Score  software,  while  the  microstruture  observation  using  optical  microscope.  Test  results  with XRD  showed  that  the  U-10Zr-1Nb  alloy  before  quenched  consisted  only  of  an αU  phase,  the U-10Zr-4Nb  alloy  consistof  23,1504% αU  phases  and  76,8495%  U  phases,  while  U-10Zr-7Nb consist of 34,1873% αU phases and 65,8127%  U phases. For U-10Zr-1Nb alloys after quenched consist of an αU phase, the U-10Zr-4Nb alloy consist of 44% αU phases and 46%  U phases, the U-10Zr-7Nb  alloy  consisted  of  19% αU  and  81%  phases  U.  For  U-10Zr-1Nb  alloys  after quenched  consist  of  an αU phase, the U-10Zr-4Nb alloy consisted of 44,6711% αU phases and 55,3289%  U phase, the U-10Zr-7Nb alloy consist of 17,9918% αU phases and of 82,0082%  U phases.  The  results  of  the  theoretical  density  analysis  on  the  phases  formed  on  U-10Zr-1Nb, U-10Zr-4Nb,  U-10Zr-7Nb  alloys  both  before  and  after  quenched  were  obtained  that  ingots  of U-10Zr-1Nb,  U-10Zr-4Nb  alloy  U-10Zr- 7Nb shows that the αU and  U  phase  densities  decrease slightly  if  the  Nb  content  is  lower.  Meanwhile,  microstructure  observation  results  showed  that  in the  higher  of  Zr  content  (7%  Nb)  will  formed  smaller  grains  (fine)  after  quenching.  It  can  be concluded  that  the  quenching  process  of  U-10Zr-1Nb,  U-10Zr-4Nb  and  U-10Zr-7Nb  alloys  will change the phase that is from the αU phase to  U and the change the microstructure formed. The microstructural  changes  show  that  in  the  higher  Nb  content,  the  grains  that  are  formed  become more fine.
Keywords: microstructure, U-Zr-Nb, quenching, phase, density .
(Masrukan, Jan Setiawan)

## PENDAHULUAN
Salah  satu  tugas  yang  dilakukan oleh  Pusat  Teknologi  Bahan  Bakar  Nuklir adalah mengembangkan bahan bakar untuk reaktor  riset  yang  mempunyai  densitas tinggi. Pengembangan bahan bakar berdensitas  tinggi  ini  dimaksudkan  untuk mengganti bahan bakar dari paduan uranium silisida (U 3 Si 2 /Al)  yang sampai saat ini  digunakan  di  RSG  GAS  di  Serpong.  Hal ini  sejalan  dengan  program Reduced Enrichement for Research and Test Reactor (RERTR)  yang  dimotori  oleh  USA  pada tahun 1978 yang mencanagkan penggunaan bahan  bakar  reaktor  riset  dari  pemakaian uranium berpengkayaan tinggi (HEU) menjadi berpengkayaan rendah <20%
(LEU)[1]. Penggantian bahan bakar uranium silisida  karena  bahan  bakar  tersebut  selain sulit  untuk  memisahkan  Si  dari  hasil fabrikasi  juga  mempunyai  keterbatasan tingkat muat uraniumnya (TMU) yang hanya sekitar  4,8gU/cm 3 [2].  Beberapa  paduan uranium sedang dikembangkan untuk mengganti  bahan  bakar  uranium  silisida diantaranya  adalah  :  U-Cr,  U-Mo,  U-Nb, U-Re, U-Ru, U-Ti, U-V dan U-Zr.
Bahan  bakar  paduan  berbasis  U-Zr merupakan salah satu bahan yang dikembangkan sebagai bahan bakar alternatif  untuk  mengganti  bahan  bakar reaktor riset. Beberapa peneliti telah mengembangkan  bahan  bakar  tersebut seperti  A.  Landa,  P.  Soderlind,  P.  E.  A. Turchi  yang  telah  mempelajari  pembuatan bahan  bakar  U-Mo  dan  U-Zr[3].  Pembuatan bahan  bakar  U-Zr-Nb  juga  telah  dicoba dibuat  oleh  peneliti  Bruno  dkk  yang membuat  serbuk  paduan  U-Zr-Nb  yang dipasivasi  menggunakan  teknik hidriding- dehidriding [4]. Masrukan,dkk
telah melakukan pengembangan bahan bakar dari paduan  U-Zr  dimulai  dari  pembuatan  ingot U-Zr, heat  treatment ,  pembuatan  serbuk hingga  pembuatan  Pelat  Elemen  Bakar (PEB) mini[5]. Paduan U-Zr pada temperatur kamar  didominasi  oleh  fasa  alpha  ( αU)  dan sisanya  δ1  (UZr2),  dimana  pada  kondisi
tersebut  paduan  U-Zr  tidak  stabil  karena dapat mengalami swelling pada saat diirradiasi.  Untuk  membuat  bahan  bakar tersebut  menjadi  stabil  maka  paduan  U-Zr tersebut  harus  diubah  menjadi  fasa  gamma (  U)  yang  lebih  stabil.  Perubahan  dari  fasa αU menjadi fasa  U dapat dilakukan dengan cara  menambahkan  unsur  logam  kedalam paduan  U-Zr  sehingga  memperluas  daerah fasa  U.  Unsur  logam  yang  ditambahkan ke dalam paduan U-Zr akan masuk baik secara substitusi  atau  interstisi  ke  dalam  paduan U-Zr  dan  akan  masuk  ke  dalam  fasa αU sehingga  struktur  fasa αU  berubah.  Unsur logam  yang  dapat  ditambahkan  untuk memperluas fasa gamma diantaranya adalah  logam  Nb,  Mo,  Zr,  Ti,  Si[6,7].  Selain menambahkan  unsur  logam  ke  dalam paduan  U-Zr,  perubahan  dari  fasa αU menjadi  fasa  U  dapat  pula  dilakukan dengan cara perlakuan panas ( heat treatment ) yaitu quenching. Dalam penelitian ini  dilakukan  proses quenching terhadap paduan  U-Zr-Nb  dengan  tujuan  untuk mendapatkan  fasa  U.  Proses  perlakuan panas quenching selain  dapat  mengubah fasa  juga  dapat  merubah  mikrostruktur  dan sifat mekanik dari paduan tersebut.
Perlakuan  panas  ( heat  treatment ) adalah  salah  satu  proses  untuk  mengubah struktur  logam  dengan  jalan  memanaskan specimen  di  dalam  tungku  pada  temperatur rekristalisasi  selama  periode  waktu  tertentu kemudian didinginkan pada media pendingin seperti  udara,  air,  air  garam,  oli  dan  solar yang  masing-masing  mempunyai  kerapatan pendinginan  yang  berbeda-beda.  Sifat-sifat logam  yang  terutama  sifat  mekanik  yang sangat  dipengaruhi  oleh  mikrostrukturlogam disamping  posisi  kimianya.  Dengan  adanya pemanasan atau pendinginan dengan kecepatan  tertentu  maka  bahan-bahan logam  dan  paduannya  memperlihatkan perubahan  strukturnya.  Perlakuan  panas adalah  proses  kombinasi  antara  proses pemanasan  atau  pendinginan  dari  suatu logam  atau  paduannya  dalam  keadaan padat untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu. Untuk  mendapatkan  kondisi  tersebut  maka
kecepatan pendinginan
dan batas temperatur  sangat  menentukan.  Ada  empat macam perlakuan panas yaitu: (a). quenching ,  (b). annealing ,  (c). normalizing , dan (d). tempering [8,9].
a. Proses quenching
Pada dasarnya adalah proses pendinginan  cepat  yang  dilakukan  pada logam yang telah dipanaskan diatas temperatur kritisnya. Temperatur kritis besarnya  adalah  setengah  dari  titik  cairnya dalam  satuan  derajat  Kelvin  (K).  Pada proses quenching yang  dilakukan  terhadap paduan  U-Zr-Nb  dengan  cara  memanaskan daerah  satu  fasa  yakni  fasa  U  dan  ditahan untuk  waktu  tertentu  kemudian  didinginkan cepat  sehingga  unsur  Zr  dan  Nb  yang  larut padat  dalam  logam  U  akan  terjebak  tidak sempat keluar dan kembali menjadi fasa αU dan δ1 akan tetapi terperangkap dalam fasa  U.  Oleh  karena  itu  proses quenching ini akan  mengubah  paduan  U-Zr  yang  semula berfasa αU  dan  δ1  menjadi  fasa  U.  Selain itu proses quenching tersebut akan membuat  paduan  U-Zr-Nb  menjadi  lebih keras.
b. Pada proses tempering
Proses  ini  biasanya  merupakan lanjutan dari proses quenching dan bertujuan  untuk  mengurangi  kegetasan material hasil quenching . Proses ini dilakukan  dengan  memanaskan  material yang sudah di quenching pada temperatur di bawah  temperatur  kritisnya  selama  rentang waktu  tertentu  dan  kemudian  didinginkan secara perlahan. Dengan proses ini, keuletan  logam/material  dapat  ditingkatkan tetapi  kekerasan  dan  kekuatanya  akan menurun.  Proses  temper  dimaksudkan untuk memperoleh kombinasi antara kekuatan,  keuletan  dan  ketangguhan  yang tinggi

## c. Annealing
Proses  ini  merupakan  kebalikan proses quenching dan tempering. Dilakukan dengan  memanaskan  logam/material  diatas
temperatur  kritisnya,  kemudian  didinginkan secara  perlahan-lahan.  Hasil  dari  proses  ini adalah  logam/material  dengan  sifat  yang sama dengan sebelum dilakukan pengerasan (lunak).
d. Normalizing
Pada dasarnya normalizing ini sama dengan annealing .  Perbedaannya  terletak pada  waktu  pemanasan  yang  lebih  pendek dan  laju  pendinginan  yang  lebih  cepat. Hasilnya adalah logam/material yang mempunyai  sifat  lebih  kuat  dan  lebih  keras dari  logam/material  yang  di- anneal secara penuh  tetapi  lebih  mendekati  sifat  kondisi yang  di- anneal daripada  dengan  yang  di- temper .
Pada penelitian ini dilakukan proses quenching dari  paduan  U-Zr-Nb  dengan cara  memanaskan  pada  temperatur  900 o C dan  ditahan  selama  2  jam  kemudian didinginkan  cepat  dengan  menggunakan pendingin  air.  Pemanasan  pada  temperatur 900 o C  dipilih  karena  pada  temperatur tersebut  paduan  U-Zr-Nb  berada  pada daerah  satu  fasa  yaitu  U,  sedangkan penahanan  selama  2  jam  agar  unsur –unsur yang  larut  menjadi  satu  fasa  U  dapat  larut secara  sempurna  dan  homogen.  Hasil quenching selanjutnya  dikenai  pengujian fasa dan mikrostruktur yang terjadi.

## METODOLOGI
Paduan U-Zr-Nb dibuat dengan cara melebur  logam  U,  Zr  dan  Nb  di  dalam tungku peleburan busur listrik yang beroperasi  pada  arus  125  A  dan  dilengkapi dengan  sistem  pendingin  air.  Pembuatan ingot  dilakukan  dengan  memvariasikan logam  Nb  sedangkan  logam  Zr  tetap sebesar 10 %berat dan logam U menyesuaikan. Logam Nb yang divariasikan berturut-turut  sebesar  1%,  4%  dan  7% (U-10Zr-1Nb, U-10Zr-4Nb, U-10Zr-7Nb).
Ingot  U-10Zr-1Nb,  U-10Zr-4Nb,  U-10Zr-7Nb yang  dibuat  berbentuk  setengah  lingkaran dengan  diameter  lingkaran  15  mm  dan ketebalan  5  mm  selanjutnya  dimasukkan ke
dalam  wadah  berupa  ampul  yang  terbuat dari  pelat baja  dengan  ketebalan  1  mm  dan ditutup  rapat  sehingga  udara  tidak  bisa masuk  ke  dalam  ampul. Wadah  atau  ampul yang  beriasi  ingot  U-10Zr-1Nb,  U-10Zr-4Nb, dan  U-10Zr-7Nb  dimasukkan  ke  dalam tungku  pemanas  untuk  dikenai  pemanasan pada temperatur 900 o C dan ditahan selama 2  jam.  Setelah  proses  pemanasan  selesai, wadah  yang  berisi  ingot  U-10Zr-1Nb, U-10Zr-4Nb,  U-10Zr-7Nb  dimasukkan  ke dalam  ember  yang  berisi  air  (proses quenching ). Setelah proses quenching selesai,  ingot  U-10Zr-1Nb,  U-10Zr-4Nb, U-10Zr-7Nb  dikeluarkan  dari  dalam  ampul untuk  dilakukan  proses  pengujian  lebih lanjut yaitu analisis mikrostruktur menggunakan  mikroskop  optik  dan  fasa menggunakan  difraksi  sinar-X  (XRD)  yang hasilnya  dianalisis  dengan  metode  Rietveld menggunakan software Hight Score .
Sebelum  dilakukan  pengujian  mikrostruktur dan  XRD,  ingot  U-10Zr-1Nb,  U-10Zr-4Nb, U-10Zr-7Nb dihaluskan dengan cara digerinda  pada  salah  satu  permukaannya dan  dilanjutkan  dengan  pemolesan  dengan menggunakan pasta alumina. Dalam melakukan pemeriksaan
mikrostruktur permukaan  sampel  yang  telah  dipoles kemudian  dietsa  menggunakan  campuran larutan HNO 3 , HF dan H 2 O. Skema jalannya proses quenching digambarkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Skema proses quenching U-Zr-Nb

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## a.  Analisis fasa
Gambar  2,  3,  4  dan  5  merupakan hasil  analisis  menggunakan  XRD  ingot paduan
U-10Zr-1Nb,
U-10Zr-4Nb,
U-10Zr-7Nb  sebelum  di quenching dapat dilihat  bahwa  pada  kadar  Nb  yang  semakin tinggi maka fasa gamma (  U) yang terbentuk akan  semakin  tinggi  sedangkan  fasa  alpha ( αU)  semakin  berkurang,  bahkan  pada kandungan  Nb  sebesar  1  %  hanya  terdapat fasa αU.  Kondisi  ini  ditunjukkan  oleh intensitas sinar  yang muncul pada sudut 2θ yang ada. Pada Gambar 5 terlihat lebih jelas komposisi  fasa  dimana  pada  U-10Zr-1Nb hanya  terdiri  dari  fasa αU,  pada  paduan U-10Zr-4Nb  terdiri  dari  fasa αU  sebesar 2,1504 %  dan  fasa  U  sebesar  7,8496  %, sedangkan pada U-10Zr-7Nb terdiri dari fasa αU sebesar 34,1873 % dan fasa  U sebesar 65,8127  %.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa penambahan  unsur  Nb  akan  memperluas daerah  fasa  U  dan  penambahan  unsur  Nb yang  semakin  tinggi  maka  fasa  U  yang terbentuk akan semakin tinggi pula.
Masuknya  unsur  Nb  baik  secara  substitusi akan  merubah  struktur  kristal  dari  fasa αU yang semula orthorombic menjadi berstruktur  kristal body  centre  cubic (bcc) dan berfasa  U. Di dalam bahan bakar nuklir khususnya  untuk  reaktor  riset,  dibutuhkan kondisi  bahan  bakar  yang  stabil.  Bahan bakar  paduan  uranium  akan  stabil  apabila berada  dalam  kondisi  fasa  U.  Gambar  2 menunjukkan bahwa fasa αU pada U-6Zr- 1Nb  muncul  pada  sudut  2θ  sebesar 34,8886;  35.5847;  35.5847;  39.436  dengan hkl masing-masing (110), (021), (002), (111) dan  intensitas  sebesar  53 %,  100 %, 47,16 % dan 67,97 %. Pada paduan
U-6Zr-4Nb, terdapat dua fasa yakni fasa αU dan  U  seperti  ditunjukkan  pada  Gambar  3. Gambar  3  memperlihatkan  bahwa  fasa αU muncul  pada  s udut  2θ  sebesar  34,7499;
35,7233;  35,9263;  dan  39,2881  dengan  hkl masing-masing  pada  (110),  (021),  (002), dan (111) serta  intensitas  sebesar 20,25 %; 26,95  %;  14,53  %  dan  15,5  %.  Fasa  U pada paduan U-6Zr-4Nb muncul pada sudut 2θ sebesar 35,8873; 36,2038; 64,7835; dan 65,40  dengan  hkl  masing-masing  (020),
(111),  (131),  (022)  serta  intensitas  sinar masing-masing  sebesar  54,58 %;  54,58 %; 13,58 %  dan  5,69 %.  Sama  halnya  pada paduan U-10Zr-4Nb, pada paduan
U-10Zr-7Nb seperti ditunjukkan pada
Gambar 4 juga terdapat dua fasa yakni fasa αU dan  U.  Fasa αU muncul pada sudut 2θ sebesar  35,8873;  36,20,38;  64,7835;  dan 65,4003  dengan  hkl  masing-masing  (020), (111),  (131),  (022)  dengan  intensitas  sinar masing-masing  sebesar  54,58 %;  100 %; 13,58 %  dan  5,69 %.  Apabila  diamati  dari komposisi  fasa  yang  ada  seperti  pada Gambar 5 dapat dilihat bahwa pada U-10Zr- 1Nb hanya terdiri dari fasa αU, pada paduan U-10-4Nb  terdiri  dari  fasa αU  sebesar 23,15042 % dan fasa  U sebesar 76,8495 % dan  pada  U-10Zr-7Nb  terdiri  dari  fasa αU sebesar  34,1873  %  dan  fasa  U  sebesar 65,8127 %.
Gambar 2. Pola difraksi Ingot U-10Zr-1Nb sebelum di quenching
Gambar 3. Pola difraksi Ingot U-10Zr-4Nb sebelum di quenching
Gambar 4. Pola difraksi ingot U-10Zr-7Nb sebelum diquenching
Gambar 5. Grafik  batang  komposisi  (%)
berat terhadap fasa yang terbentuk sebelum di quenching Hasil analisis pada paduan U-10Zr-1Nb, U-10Zr-4Nb, U-10Zr-7Nb pasca  proses quenching ditampilkan  pada
Gambar  6,  7,  8  dan  9.  Gambar  6  yang merupakan  hasil  pengujian  XRD  pada paduan  U-10Zr-1Nb  menunjukkan  bahwa pada  penambahan  1 %  Nb  yang  dikenai proses quenching hanya  tedapat  fasa αU. Dengan  demikian  maka  penambahan  unsur Nb  1 %  dan  dikenai  proses quenching ternyata  tidak  membe-rikan  pengaruh  pada perubahan  fasa.  Fasa αU  muncul  pada sudut  2θ  sebesar  34,88;  35,58;  36,15; 39,46;  dan  51,3 %  dengan  hkl  masing- masing sebesar 110, 021, 002, 111, dan 112 dengan  intensitas  sinar  masing-masing sebesar  53,8 %;  100 %,  47,16 %;  67,97 % dan  24,3 %.  Pada  paduan  U-10Zr-4Nb setelah  di quenching seperti  ditunjukkan pada  Gambar  7  terlihat  bahwa  paduan tersebut  terdiri  dari  dua  fasa  yakni  fasa αU dan  fasa  U.  Demikian  pula  untuk  paduan U-10Zr-7Nb dengan penambahan Nb
sebesar  7 %  terlihat  fasa  U  yang  semakin tinggi sedangkan fasa αU semakin berkurang.  Keadaan  ini  dapat  dilihat  dari intensitas  sinar  yang  muncul  pada  masing- masing fasa. Melalui pengolah data software High  Score diperoleh  komposisi  masing- masing  g  fasa αU  dan  U  seperti  tertera pada  Gambar  9.  Komposisi  masing-masing fasa  pada  Gambar  9  adalah  untuk  paduan U-10Zr-1Nb semua  fasa αU,  paduan U-10Zr-4Nb  fasa αU  sebesar  44,6711  % dan  fasa  U  sebesar  55,3298  %,  paduan U-10Zr-7Nb mempunyai kandungan fasa αU sebesar  17,9918  %  dan  fasa  U  sebesar 82,0082 %. Fasa αU muncul pada sudut 2θ
sebesar  34,19;  35,76;  36,35;  39,35;  51,21; dan  60,40  dengan  hkl  masing-masing sebesar  110,  021,  002,  111,  112  dan  131 dengan  intensitas  sinar  masing-masing sebesar 38,03 %; 50,9 %; 26,48 %; 28,45 %;  19,855;  dan  14,17  %.  Untuk  fasa  U pada paduan U-10Zr-4Nb hasil
quenching muncul  pada  sudut  2θ  masing- masing  sebesar  31,35;  35,96;  36,24;  dan 64,67  dengan  hkl  masing-masing  sebesar 011,  020,  111,  220  dan  131  dengan intensitas  sinar  masing-masing  sebesar 73,71 %;  59,94 %;  100 %;  4,34 %;  dan 5,49 %.  Pada  paduan  U-10Zr-7Nb  seperti pada  paduan  U-10Zr-4Nb  yang  terdiri  dari dua  fasa  yakni  fasa αU  dan  U.  Fasa αU muncul  pada  sudut 2θ  34,8168;  35,8425;
36,413;  39,427;  60,441  dengan  hkl  masing- masing  110,  021,  002,  111,  112  dan intensitas  sinar  masing-masing  sebesar 8.98 %;  12.02 %;  6.27 %;  7.36 %;  6.6 %. Sementara  itu,  fasa  U  muncul  pada  sudut 2θ  berturut-turut  sebesar  36,1112;  36,315; 52,17; 52,2481; 65,129 dengan hkli berturut- turut  sebear  020,  111,  220,  131,  022  dna intensitas  sinar  masing-masing  sebesar 53,51;  100;  11,06;  15.6;  6.65.  Hasil percobaan  ini  bersesuaian  dengan  hasil percobaan yang diperoleh oleh Rafael Witter dkk,  dimana  dari  proses quenching paduan U-Zr-Nb  diperoleh  fasa αU,  U  dan δ UZr2[10,11].  Apabila  dilihat  dari  proses quenching kemudian  dibandingkan  antara paduan  U-Zr-Nb  yang  belum  di quenching dengan  yang  telah  di quenching maka  dapat diketahui bahwa pada penambahan Zr yang lebih  tinggi  (7 %)  terjadi  perubahan  fasa yang  signifikan.  Pada  U-10Zr-7Nb  yang tidak  di quenching mempunyai  kandungan fasa  U sebesar 66 % dan αU sebesar 34 % maka  setelah  di quenching fasa  U  menjadi sebesar  82,008 %  dan  fasa αU  sebesar 17,992 %.  Hal  ini  disebabkan  pada  saat proses quenching, unsur-unsur yang terlarut pada  pemanasan  temperatur  tinggi  dan kemudian  didinginkan  dengan  cepat  maka pada  pendingina  cepat  unsur  yang  terlarut tidak  sempat  kembali  ke  fasa  semula  dan tertahan dalam fasa  U.
Analisis  fasa  yang  terbentuk  antara paduan  U-10Zr-1Nb,  U-10Zr-4Nb,  U-10Zr-
7Nb  sebelum  dan  sesudah  di quenching dapat dikatakan bahwa pada proses quenching akan menghasilkan fasa  U yang lebih  besar  apabila  kandungan  Zr  lebih tinggi.
Gambar 6. Pola difraksi U-10Zr-1Nb di quenching
Gambar 7. Pola difraksi U-10Zr-4Nb setelah di quenching
Gambar 8. Pola difraksi U-10Zr-7Nb setelah di quenching
Gambar 9. Grafik  batang  komposisi  (%) berat  terhadap  fasa  setelah quenching

## b.  Analisis densitas
Hasil  analisis  densitas  teoritis  fasa yang  terbentuk  pada  paduan  U-10Zr-1Nb, U-10Zr-4Nb,  U-10Zr-7Nb  baik  sebelum di quenching maupun  setelah  di quenching yang diperoleh melalui perhitungan menggunakan software High
Score
ditampilkan  pada  Gambar  10  dan  Gambar 11. Hasil densitas yang diperoleh pada ingot paduan U-10Zr-1Nb, U-10Zr-4Nb, U-10Zr-7Nb sebelum di quenching
menunjukkan  bahwa  densitas  fasa αU  dan fasa  U  mengalami  penurunan  sedikit  apa- bila  kandungan  Nb  semakin  rendah  atau dapat  dikatakan  semakin  tinggi  kadar  Nb maka  semakin  tinggi  densitasnya.  Sebagai contoh  pada  7 %  Nb  (U-10Zr-7Nb)  fasa αUdan  fasa  U  masing-masing  mempunyai densitas  sebesar  19,3  g/cm 3 dan  16,05 g/cm 3 lebih  tinggi  dibandingkan  padapaduan U-10Zr-4Nb  yang  masing-masing  fasa αU dan  fasa  U  mempunyai  densitas  sebesar 19,05  g/cm 3 dan  15,83  g/cm 3 .  Pada kandungan  1 %  Nb  (U-10Zr-1Nb)  yang hanya  terdiri  dari  fasa αU  maka  nilai densitas hanya dari fasa αU.
Gambar 10.  Pengaruh kandungan Nb terhadap densitas fasa sebelum di quenching Gambar 11.  Pengaruh kandungan Nb terhadap  densitas  fasa  setelah di quenching
Gambar  11  yang  memperlihatkan hasil  perhitungan  densitas  ingot  paduan U-10Zr-1Nb,  U-10Zr-4Nb,  dan  U-10Zr-7Nb terlihat  bahwa  terjadi  penurunan  nilai densitas  fasa αUdan  fasa  U  apabila kandungan  Nb  turun  seperti  yang  dialami pada fenomena pada Gambar 10 yang tidak di quenching .  Pada  kandungan  Nb  sebesar 1% Nb (U-10Zr-1Nb)  yang  hanya terdiri dari fasa αU maka nilai densitas hanya dari fasa αU.
Apabila  dibandingkan  antara  hasil sebelum  dikenakan  proses quenching dan setelah  di quenching terlihat  bahwa  densitas total  (fasa αU  dan  fasa  U)  pada  tiap komposisi  memperlihatkan  bahwa  sebelum di quenching mempunyai densitas yang lebih tinggi.  Sebagai  contoh  pada  U-10Zr-7Nb, densitas total sebesar
17,675 g/cm 3
sedangkan  setelah  di quenching mempunyai densitas  sebesar  17,34  g/cm 3 ,  dimana  hal ini  disebabkan  karena  setelah diquenching paduan  U-10Zr-7Nb  mempunyai  fasa  U yang  lebih  tinggi.  Oleh  karena  fasa  U mempunyai  densitas  yang  lebih  rendah  dari pada  fasa αU  sehingga  densitas  total menjadi lebih rendah pula.

## c.  Analisis mikrostruktur
Hasil pengujian mikrostruktur paduan U-10Zr-1Nb, U-10Zr-4Nb, dan
U-10Zr-7Nb setelah di quenching ditampilkan pada  Gambar  12,  Gambar  13  dan  Gambar 14.  Mengacu  pada  Gambar  12,  Gambar  13 dan  Gambar  14  pada  paduan  U-10Zr-1Nb mempunyai  bentuk  butir  lebih  besar  (kasar) dibandingkan  paduan  U-10Zr-4Nb,  dan U-10Zr-7Nb.  Dengan  lain  kata  bahwa  pada kandungan Zr yang semakin tinggi (7 % Nb) terbentuk  butir  lebih  kecil  (halus)  setelah mengalami quenching .  Proses quenching selain  mengubah  fasa  dari  fasa αU  dan  δU menjadi  fasa  U  juga  akan  mempengaruhi pembentukan  butir.  Pada  kandungan  Nb yang  semakin  tinggi  maka  pada  saat pendinginan  cepat  adanya  unsur  Nb  yang merupakan inti terjadinya butir akan membentuk  butir  yang  semakin  banyak tetapi  butir  yang  terbentuk  semakin  halus.
Pada  kandungan  Zr  yang  semakin  tinggi juga  akan  membentuk  fasa  U  yang semakin  tinggi  sedangkan  fasa αU  menjadi semakin  berkurang  karena  sebagian  akan membentuk fasa  U setelah di quenching .
Gambar 12.  Mikrostruktur ingot paduan U-10Zr-1Nb hasil quenching
Gambar 13.  Mikrostruktur ingot paduan U-10Zr-1Nb hasil quenching
Gambar 14.  Mikrostruktur ingot paduan U-10Zr-7Nb hasil quenching

## SIMPULAN
Proses quenching yang  dilakukan mampu  mengubah  fasa αU  menjadi  fasa
 -U  untuk  paduan  U-10Zr-4Nb  (4 %Nb) dan U-10Zr-7Nb (7 %Nb) sedangkan
U-10Zr-1Nb  (1 %Nb)  tidak  berubah.  Dari perhitungan densitas diperoleh nilai densitas fasa α-U  dan  fasa  U  akan  turun  bila kandungan  Nb  semakin  rendah,  dan  nilai densitas  total  (fasa αU  dan  fasa  U) sebelum diquenching lebih  tinggi  daripada
setelah diquenching .  Hasil  pengamatan mikrostruktur setelah diquenching menunjukkan bahwa semakin tinggi kandungan  Nb  di  dalam  paduan  U-Zr-Nb maka semakin halus butir yang terbentuk.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Dalam kesempatan ini kami mengucapkan  terima  kasih  kepada  teman- teman di BFBBN-PTBBN yang telah membantu pelaksanaan percobaan
khususnya  kepada  bapak  Yatno  D.A  dan bapak  Slamet  P  sehingga  prcobaan  ini selesai.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Supardjo ,  “ Pengembangan  paduan uranium berbasis U-Mo sebagai kandidat  bahan  bakar  nuklir  untuk reaktor  riset  menggantikan  bahan bakar  dispersi  U 3 Si 2 -Al, ” Prosiding
Seminar  Nasional  Pengembangan Energi Nuklir IV , 2011, hal . 444.
[2] Supardjo, H. Suwarno dan A.
Kadarjono, “Karakterisasi  paduan
U-7%Mo  dan  U-7%Mox%Si  (x=1,  2, dan  3%)  hasil  proses  peleburan dalam  tungku  busur  listrik, ” Jurnal Daur  Bahan  Bakar  Nuklir  Urania ”, vol.15, no. 4, hal. 172, 2009.
[3] A. Landa, P. Soderlind, P.E.A. Turchi, “Density-Functional  study  of  U-Mo and  U-Zr  alloys ” , Journal  of  Nuclear Materials ,  vol.  414,  no.  2,  pp.  132- 137, 2011.
[4] B.M.  Aguiar,  D.M.  Braga,  J.B.  Paula, W. de  Brito,  “Methodology  of
U-Zr-Nb  alloy  powder  passivation obtained by hydride-dehydride process, ” Proceeding  of  International Nuclear  Atlantic  Conference  -  INAC 2007, Santos, Brazil.
[5] Masrukan , “Pembuatan  pelat  elemen bakar  mini  U-6%Zr/Al  untuk  bahan bakar reaktor r iset”, Prosiding Pertemuan  dan  Presentasi  Ilmiah
(PPIS)  2012,  Badan  Standarisasi Nasional (BSN).
[6] Supardjo,  “Study  of  the  change process as fuel U-Mo powder dispersion  U-Mo/Al  for  a  research reactor ” Prosiding
PPI-PDIPTN-
Yogyakarta,  2007,  Accelerator  Center and Process Materials-BATAN
[7] Masrukan,  M.H.  Al  Hasa,  J.Setiawan, S.  Pribadi ,  “Effect  of  Nb  element content  in  U-Zr  alloy  on  hardness: microstructure  and  phase  formation, ” Jurnal  Daur  Bahan  Bakar  Nuklir Urania ”, vol. 21, no. 2, 2015.
[8] R.W.D. Pais, A.M.M. dos Santos, F.S.
Lameiras and W.B. Ferraz ,
” Isothermal  phase  transformation  of
U-Zr-Nb  alloys  for  advanced  nuclear fuels, ” Proceeding of Nuclear Technology Development Centre,
Belo Horizonte, Brazil.
[9] A. Yuliyanto, “Studi pengaruh
perlakuan  panas  terhadap  struktur
mikro  dan  sifat  mekanis  baja  ASSAB 705 M yang digunakan pada komponen  stud  pin  winder , ”  Skripsi,
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas
Teknik,  Universitas  Muhammadiyah
Surakarta, hal 5-6, 2015.
[10]  A.  Moore, “Atomistic  Study  Of  The Structure, Thermodynamics, And Morphological  Evolution  Of  Uranium
Zirconium  Alloys, ”  A  Dissertation
Doctor  of  Philosophy  in  the  School  of Mechanical Engineering Georgia Institute  of  Technology,  USA,  pp.67-
69, 2016.
[11]  C.L.  Komar  Varela,  L.M.  Gribaudo, R.O. Gonzalles, S.F. Arico,
“Tranformation behavior of the
 (U-Zr-Nb)  phase  under  continues cooling conditions, ” Journal of Nuclear
Materials ,  vol.  453,  no.  1-3,  pp.  124- 130, 2014.