Abstrak
Cutting tools dari komposit tungsten karbida-kobalt (WC-Co) menghadapi tantangan berupa tingginya harga kobalt, isu kesehatan terkait paparannya, dan penurunan performa akibat degradasi pada temperatur tinggi. Penelitian ini bertujuan untuk menginvestigasi pengaruh penambahan paduan feromangan (Fe-Mn) sebagai alternatif pengikat terhadap sifat mekanik dan ketahanan oksidasi temperatur tinggi komposit WC-12Co. Komposit dengan variasi 0; 2.5; 7.5; dan 12.5 wt% Fe-Mn disintesis melalui rute metalurgi serbuk menggunakan mechanical milling dan dikonsolidasi dengan metode Spark Plasma Sintering (SPS). Karakterisasi meliputi uji densitas, kekerasan Vickers, XRD, SEM-EDS, serta uji oksidasi siklik pada temperatur 600°C dan 800°C. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan Fe-Mn efektif menurunkan temperatur sintering optimum dari 1150°C menjadi 1025°C. Secara mekanik, nilai kekerasan menurun pada penambahan 2.5%-7.5% Fe-Mn, namun kembali meningkat signifikan pada 12,5% Fe-Mn hingga mencapai 1489.94 HV, didukung oleh terbentuknya fasa pengikat baru FeMnâ‚‚. Uji oksidasi menunjukkan penambahan 12.5% Fe-Mn mengubah kinetika oksidasi dari linier menjadi parabolik pada 600°C dan merupakan satu-satunya sampel yang mampu bertahan dari oksidasi katastropik pada 800°C. Peningkatan ketahanan oksidasi ini disebabkan oleh pembentukan lapisan oksida protektif yang padat dan stabil, seperti Mnâ‚‚O₃, Fe₃Oâ‚„, dan karbida kompleks. Penelitian ini membuktikan bahwa penambahan 12.5 wt% Fe-Mn merupakan komposisi yang optimal untuk meningkatkan ketahanan oksidasi temperatur tinggi secara signifikan sambil mempertahankan kekerasan yang relevan untuk aplikasi cutting tools.
......Tungsten carbide-cobalt (WC-Co) composite cutting tools face challenges related to the high cost of cobalt, associated health issues from its exposure, and performance degradation at high temperatures. This research aims to investigate the effect of ferromanganese (Fe-Mn) alloy addition as a partial binder alternative on the mechanical properties and high-temperature oxidation resistance of WC-12Co composites. Composites with 0, 2.5, 7.5, and 12.5 wt% Fe-Mn variations were synthesized via a powder metallurgy route using milling and consolidated by Spark Plasma Sintering (SPS). Characterizations included density and Vickers hardness tests, XRD, SEM-EDS, and cyclic oxidation tests at 600°C and 800°C. The results show that the addition of Fe-Mn effectively lowered the optimum sintering temperature from 1150°C to 1025°C. Mechanically, the hardness value decreased with a 7.5% Fe-Mn addition but significantly recovered at 12.5% Fe-Mn to 1489.94 HV, supported by the formation of a new FeMnâ‚‚ binder phase. The oxidation test revealed that the 12.5% Fe-Mn addition changed the oxidation kinetics from linear to parabolic at 600°C and was the only sample to withstand catastrophic oxidation at 800°C. This enhanced oxidation resistance is attributed to the formation of a dense and stable protective oxide layer, consisting of Mnâ‚‚O₃, Fe₃Oâ‚„, and complex carbides. This study proves that a 12.5 wt% Fe-Mn addition is an optimal composition for significantly improving high-temperature oxidation resistance while maintaining relevant hardness for cutting tool applications.
