Gugun Gumilar Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Mesin Universitas Gunadarma Depok. Abstraksi

Transkripsi

1 PENGARUH VOLUME FRAKSI 5%, 7,5% DAN 10% ALUMINA (Al 2 O 3 ) DENGAN UKURAN PARTIKEL 140, 170 DAN 200 MESH TERHADAP SIFAT MEKANIK MATERIAL KOMPOSIT MATRIKs Al-4.5%Cu-4%Mg Gugun Gumilar Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Mesin Universitas Gunadarma Depok Abstraksi Telah dilakukan proses pembuatan komposit matrik logam yaitu Al-4,5%Cu-4%Mg dengan penguat Al 2 O 3 secara bervariasi yaitu : 5%, 7,5% dan 10% volume fraksi, pembuatan komposit dilakukan dengan metoda stircasting dengan menggunakan pengaduk manual dengan batang grafit setelah logam paduan tersebut mencair hingga menjadi bubur (molten), dan dilanjutkan dengan proses penempaan yang selanjutnya akan dilakukan pengujian. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian tarik, pengujian kekerasan, pengujian abrasif, dan pengujian metalografi. Hasil pengujian pada komposit matrik logam paduan Al-4.5%Cu-4%Mg dengan penguat Al 2 O 3 yang bervariasi diperoleh nilai tegangan tarik maksimum sebesar 187,1 N/mm 2 dan tegangan tarik minimum sebesar 87,6 N/mm 2, kekerasan maksimum sebesar 123,8 HB dan untuk nilai kekerasan minimum sebesar 83,5 HB, kehilangan berat maksimum sebesar 0,5 gr dan kehilangan berat minimum sebesar 0,2 gr.

2 1. Pendahuluan Komposit Matrik Logam (KML) adalah material rekayasa yang dibuat dari penggabungan dua atau lebih material konvensional dan mempunyai sifat-sifat yang lebih unggul bila dibandingkan dengan material pembentuknya. Keunggulan dari komposit ini antara lain mempunyai kombinasi yang bagus dari ratio stiffness/berat dan kekuatan/berat pada temperatur kamar dan temperatur tinggi. Selain itu juga mempunyai modulus spesifik, kekuatan lelah (fatigue strength), tahan aus (wear resistance), ketahanan abrasi, ketahanan mulur (anti creep), koefisien muai yang rendah dan konduktifitas panas yang tinggi. Dari keunggulan sifat-sifat tersebut, KML merupakan material subtitusi dimana salah satunya cocok digunakan pada industri otomotif, karena dapat meningkatkan unjuk kerja, penghematan energi, menurunkan emisi dari kendaraan bermotor, dapat didaur ulang dan lain-lain. Dengan semakin meningkatnya jumlah kendaraan bermotor dari berbagai merk, maka semakin meningkat pula kebutuhan akan bahan komponen otomotif yang akan mempunyai sifat unggul dibandingkan dengan bahan konvensional, diantaranya yang berbahan KML dipasaran. [1] 2. Proses Pembuatan Matriks a. Perhitungan material balance untuk paduan matriks (Al-4.5%Cu-4%Mg) Sebelum dilakukan proses pembuatan matriks dilakukan perhitungan material balance terlebih dahulu untuk mendapatkan hasil yang sesuai dengan target yang diinginkan, seperti yang ditunjukkan pada Tabel dibawah ini.

3 Tabel Persentase Campuran Paduan Matriks Al-Cu-Mg no W total Matriks Al-4.5%Cu-4%Mg (gr) Cu4.5% (gr) Al95.5% (gr) Mg4% (gr) 1 448,77 20,19 428, ,77 20,06 425, ,66 20,01 424, ,55 20,23 429, ,33 20,31 432, ,22 20,20 430, ,33 20,58 436, ,44 20,05 425, ,55 20,18 428, ,22 20,48 434, b. Pemotongan dan penimbangan Setelah dilakukan perhitungan material balance, bahan yang telah disediakan seperti Al, Cu dan Mg di potong dan di timbang sesuai dengan data yang diperoleh selanjutnya dilakukan proses peleburan dan pemaduan. untuk membuat matriks paduan. dituang secara manual ke dalam cetakan dengan menggunakan gayung yang tahan panas ke dalam cetakan. Proses penuangan ini dilakukan secara kontinu untuk menghindari pembekuan matriks dari paduan Al- Cu-Mg di dalam tungku peleburan, apabila hasil leburan membeku karena proses penuangan yang lama maka c. Proses peleburan dan pemaduan paduan Al-Cu-Mg harus dilebur ulang. Pada proses ini bahan-bahan yang telah di potong kemudian dimasukan kedalam crucible yang selanjutnya dilakukan peleburan di dalam tungku muffle selama ±2 jam dengan suhu 700 o C sampai menjadi cair. Setelah logam tersebut mencair kemudian d. Analisa komposisi kimia Setelah as cast dari paduan Al-Cu- Mg diperoleh, kemudian di potong dengan ukuran (20 x 20) mm untuk dilakukan uji komposisi kimia. Apabila komposisi tidak sesuai dengan

4 target yang telah ditentukan, maka dilakukan perhitungan komposisi dan proses peleburan ulang dengan menambahkan bahan yang dianggap kurang sesuai dengan persentase tersebut. Namun bila hasilnya sesuai dengan target, maka bisa dilanjutkan pada proses selanjutnya dalam pembuatan komposit. 3. Proses Pembuatan KML Pada proses pembuatan komposit logam menggunakan metoda stircasting merupakan proses pembuatan komposit dengan cara penuangan yang sebelumnya mengalami proses pengadukan pada kondisi penahanan temperatur konstan. Pada proses pembuatan KML ini menggunakan Al-Cu-Mg sebagai matriks paduan serta Al 2 O 3 (Alumina) sebagai reinforced atau penguat. Dimana pada proses pembuatan KML ini adalah untuk mengetahui kekuatan dari bahan yang telah mengalami proses pencampuran atau setelah menjadi KML. Pada proses pembuatan KML ini ada beberapa tahap yang dilakukan seperti : Tahap awal, yaitu pada tahap ini adalah persiapan bahan baku dan alat, serta melakukan perhitungan material balance MMCs seperti ditunjukan dalam Tabel 3.3 di bawah ini. Tahap kedua, yaitu pada tahap ini adalah tahap dimana kita akan melakukan proses pembuatan Komposit Matriks Logam (KML). Pertama kali yang dilakukan adalah memasukan paduan Al-Cu-Mg yang telah dipotong-potong dan ditimbang kedalam crucible beserta Alumina (Al 2 O 3 ) yang telah dilakukan proses pengayakan dan penimbangan terlebih dahulu. Setelah semua bahan dimasukan kedalam crucible kemudian tungku dipanaskan dengan suhu pemanasan yang digunakan adalah C dengan waktu ± 2jam. Setelah itu crucible dimasukan kedalam tungku stirrer untuk dilakukan peleburan, dan menyiapkan batang pengaduk yang terbuat dari grafit yang tahan terhadap suhu tinggi.

5 Tabel Persentase Campuran Pembuatan MMCs Al-4,5%Cu-4%Mg/Al 2 O 3(P) no W total Matriks Al-4.5%Cu-4%Mg Penguat (gr) Gerus/ayak (gr) 5% 7,5% 10% (Mesh) 1 448, , , , , , , , , , Setelah semua persiapan telah selesai maka kita siap untuk melakukan proses pembuatan metal matrix composite (MMCs), yang pertama dilakukan adalah memanaskan tungku stirrer hingga mencapai suhu 700 o C dengan menutup bagian atasnya dengan glass wool yang terbuat dari serat kaca agar oksigen tidak masuk dalam ruangan crucible dan menahannya selama 2 jam hingga mencair, lalu glass wool tersebut diangkat dan crucible dikeluarkan didalam tungku dengan menggunakan penjepit lalu diaduk menggunakan batang yang terbuat dari grafit hingga sampai kondisi bubur (molten).

6 Tungku listrik yang digunakan untuk melakukan proses peleburan MMCs dengan waktu ± 2 jam pada temperatur C. 4. Proses Tempa Setelah Al murni + penguat alumina (Al 2 O 3 ) dirasa telah menyatu dan telah dilakukan pengadukan hingga merata sampai menjadi bubur (molten), kemudian paduan tersebut dilepas dari dalam crussible lalu diletakkan di dalam cetakan mesin Mesin Tempa tempa dan di tempa. 5. Proses Pengujian Kekerasan. Pengujian kekerasan adalah satu dari sekian banyak pengujian yang dipakai, karena dapat dilaksanakan pada benda uji yang kecil tanpa kesukaran mengenai kesukaran spesifikasi Alat uji kekerasan Brinell

7 Menggunakan H B 10 Dimana H B 10 adalah kekutan penekanan bola baja kedalam sampel. H B = p (d) 2 H B = 62,5 (2,5) 2 = 10 Dimana : p = Beban penekanan yang diberikan (Kg) d = Diameter bola yang digunakan (mm) atau lebih struktur kristal, pada umumnya logam terdiri dari banyak kristal. Dalam logam, pengertian kristal sering pula disebut sebagai butiran. Batas pemisah antara dua kristal disebut batas butir (grain boundry). Dsan juga untuk mengetahui ikatan yang terjadi pada logam campuran. Metalography Adalah pengujian untuk mengetahui struktur mikro yang terdapat dalam logam, dimana struktur logam merupakan penggabungan dari satu Abrasif Keausan logam adalah peristiwa lepasnya material dari suatu permukaan sehingga terjadi permukaan dimensi dan massa, yang dapat mengakibatkan terbatasnya umur atau daya guna suatu perkakas. Ketahanan aus akan bertambah akibat meningkatnya kekerasan. Factor-faktor Alat uji metalography yang mempengaruhi terhadap keausan adalah : Basar pembebanan Jenis material Kekerasan material Jenis pelumasan Temperatur pengoperasian

8 Adapun jenis-jenis keausan, antara lain: Keausan adhesi Keausan abrasi Keausan korosi Keausan karena kelelahan permukaan Alat uji abrasif HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pengujian kekuatan tarik dari material komposit matriks Al-4,5%Cu-4%Mg dengan penguat alumina (Al 2 O 3 ) yang memvariasikan volume fraksi dan ukuran partikel, ditunjukkan pada Tabel di bawah ini. Data hasil pengujian kekuatan tarik Kode Sampel Kekuatan Tarik Regangan saat patah (N/mm 2 ) (%) A-5 0,12 0,07 B-5 0,16 0,058 C-5 0,08 0,06 A-7,5 0,14 0,048 B7,5 0,15 0,05 C7,5 0,18 0,052 A-10 0,17 0,036 B-10 0,18 0,034 C-10 0,17 0,043

9 Grafik pengaruh volume fraksi partikel Al 2 O 3 terhadap kekuatan tarik Regangan, % % 7.50% 10% Volume fraksi, % 140 mesh 170 mesh 200 mesh Grafik pengaruh volume fraksi partikel Al 2 O 3 terhadap regangan

10 Hasil pengujian kekerasan dari material komposit matriks Al-4,5%Cu-4%Mg denganpenguat alumina (Al 2 O 3 ) yang memvariasikan volume fraksi dan ukuranpartikel, ditunjukkan pada Tabel di bawah ini. Data hasil pengujian Kekerasan Brinell Kekerasan ratarata(hb) Kode Sampel SB A B C A-7, B7, C7, A B C Grafik pengaruh volume fraksi partikel Al 2 O 3 terhadap kekerasan

11 Hasil pengujian abrasif dari material komposit matriks Al-4,5%Cu-4%Mg dengan penguat partikel alumina (Al 2 O 3 ) yang memvariasikan fraksi volume dan ukuran partikel, ditunjukkan pada Tabel di bawah ini. Kode Sampel Kehilangan Berat Rata-rata (gr) Data hasil pengujian abrasif Ø (mm) Keausan Abrasif (gr/m) A-5 0, ,021 23,562 B-5 0, ,018 18,891 C-5 0, , ,719 A-7,5 0, , B7,5 0, ,011 18,762 C7,5 0, ,008 17,892 A-10 0, ,01 15,245 B-10 0, ,012 17,864 C-10 0, ,008 18,825 SB Grafik pengaruh volume fraksi partikel Al 2 O 3 terhadap kehilangan berat

12 Hasil pengamatan metalografi Paduan Al-Cu-Mg + Penguat 5% dengan pengerusan 200 mesh. Alumina Fasa α (Al) Struktur mikro paduan Al-Cu-Mg + Al 2 O 3 5% dan pengayakan 200 mesh dengan pembesaran 200 x Hasil pengamatan metalografi Paduan Al-Cu-Mg + Penguat 7,5% dengan pengerusan 200 mesh. Alumina Fasa α (Al) Struktur mikro paduan Al-Cu-Mg + Al 2 O 3 7.5% dan pengayakan 200 mesh dengan pembesaran 200 x

13 Hasil pengamatan metalografi Paduan Al-Cu-Mg + Penguat 10% dengan pengerusan 200 mesh. Alumina Fasa α (Al) Struktur mikro paduan Al-Cu-Mg + Al 2 O 3 10% dan pengayakan 200 mesh dengan pembesaran 200 x KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Berdasarkan data hasil pengujian kekerasan, keausan abrasif dan metalografi maka dapat ditarik kesimpulan bahwa pada pembuatan komposit matrik logam adanya unsur magnesium (Mg) akan memberikan sifat mampu basah pada penguat Al 2 O 3 sehingga Al 2 O 3 akan lebih banyak terperangkap oleh matrik aluminium, hal ini dapat meningkatkan kekerasan, ketahanan abrasif dan meningkatkan tegangan tarik pada komposit matrik logam. Saran Kata kunci keberhasilan dalam pembuatan material komposit matriks logam terletak pada sifat mampu basah (wettability) dari logam matriks dan proses pengadukannya.

14 DAFTAR PUSTAKA 1. B. Romiyarso, Toni., Komposit Matrik Logam untuk Bahan Mobil, Seminar Material Metalurgi, Serpong, Prosiding, Study Kemampuan Basah dan Pengaruh Reaksi Antar Muka Matrik Logam (Paduan Al) Dengan Material Penguatnya (SIC dan Al 2 O 3 ) Pada pembuatan KML. 3. Lawrence H. Van Vlack, Ilmu dan Teknologi Bahan, Terjemahan Sriati Djaprie, Erlangga, Jakarta, Hartono A.J., Komposit Metal, Andy offset, Yogyakarta, Smallman, R.E. dan Bishop, R.J., Metalurgi Fisik Modern & Rekayasa Material, Terjemahan Bustanul Arifin dan Myrna, Edisi Keenam, Erlangga, Jakarta, Van Vliet G.L.J Both W, Bahan-Bahan, Terjemahan Haroen, Edisi I, Erlangga, Jakarta. 7. Laboratorium Teknik Mesin Lanjut, Material Teknik dan Pengecoran Logam, Pengujian Logam, Universitas Gunadarma, Jakarta, Niemann, G, Elemen Mesin, Terjemahan Anton Budiman dan Bambang Priambodo, Edisi Kedua, Erlangga, Harsono W. dan Toshie O. Teknologi Pengelasan Logam. Terjemahan Harsono Wiryosumarto, PT. Pradnya Paramita, Jakarta 10. Kustituanto, Bambang., dan Rudy Badrudin, Statistika I, Universitas Gajah Mada, Jakarta, ASTM, 2000 Annual Book of ASTM Standards Volume 02.02