ANALISIS SIFAT MEKANIS KOMPOSIT DAUR ULANG ALUMINIUM PISTON BEKAS SEPEDA MOTOR 4 TAK DENGAN FILLER BOTTON ASH COAL / FLAY ASH

Transkripsi

1 ANALISIS SIFAT MEKANIS KOMPOSIT DAUR ULANG ALUMINIUM PISTON BEKAS SEPEDA MOTOR 4 TAK DENGAN FILLER BOTTON ASH COAL / FLAY ASH Aladin Eko Purkuncoro*, Erni Junita** Program StudiTeknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Nasional Malang ABSTRAK Sejalan dengan perkembangan teknologi bahan dan teknologi pengolahan bahan,peranan aluminium dewasa ini mendominasi bahan-bahan lain.seringkali aluminium menggantikan bahan yang lain dengan fungsi yang sama.hal ini terjadi apabila produk yang diinginkan harus mempunyai sifat yang ringan,tahan korosi bertitik cair rendah dan mempunyai penampang permukaan yang baik serta sifat-sifat yang tidak dimiliki oleh logam lain. Namun demikinan,untuk kebutuhan komersial aluminium murni terlalu lunak sehingga perlu dilakukan pemaduan dengan proses pengecoran. Pengecoran merupakan proses peleburan material logam yang kemudian dituang kedalam cetakan sesuai bentuk yang diinginkan. Pada proses pengecoran juga terdapat pemaduan dua unsur logam atau lebih. Sifat mekanik paduan logam merupakan parameter yang sangat penting dalam menentukan kualitas produk, terutama produk-produk yang diharuskan memiliki nilai kekerasan yang tinggi, karena kekerasan suatu logam dapat mempengaruhi sifat logam itu sendiri. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh variasi paduan antara aluminium (piston bekas) dengan bottom ash coal/fly ash dengan variasi 20%,30%,40%,50% terhadap perubahan tingkat kekerasan. Pada presentase material 80% Alumunium (piston bekas) 20% pada temperature penuangan 700 C memiliki tingkat kekerasan tinggi 77 HRB dibanding dengan variasi filler yang lain Kata kunci : Aluminium,pengecoran,paduan,kekerasan,struktur mikro, komposit daur ulang PENDAHULUAN Latar Belakang Bahan teknik secara global dapat di bagi menjadi dua yaitu bahan logam dan bahan bukan logam. Bahan logam dapat dikelompokkan dalam dua kelompok yaitu logam besi (fero) dan logam bukan besi (non fero). Logam fero yaitu suatu logam paduan yang terdiri dari campuran unsur karbon dengan besi, misalnya besi tuang, besi tempa dan baja. Logam non fero yaitu logam yang tidak mengandung unsur besi (fe) misalnya tembaga, aluminium, timah dan lainnya. Bahan bukan logam antara lain asbes, karet, plastik, dan lainnya. Untuk saat ini penggunaan logam fero seperti besi dan baja masih mendominasi dalam perancanganperancangan mesin maupun dalam bidang kontruksi. Sedangkan penggunann logam non fero yang terus meningkat dari tahun ke tahun yaitu logam aluminium (Smith, 1995). Hal ini terlihat dari urutan penggunann logam paduan aluminium yang menempati urutan kedua setelah penggunaan logam besi dan baja, dan diurutan pertama untuk logam non fero (Smith, 1995). Sekarang ini kebutuhan Indonesia pada aluminium per tahun mencapai hingga ton dengan harga US$ per ton (Noorsy, 2007). Pemakaian aluminium khusus pada industri otomotif juga terus meningkat sejak tahun 1980 (Budinski, 2001), dan terus meningkat seiring meningkatnya jumlah kendaraan bermotor di Indonesia. Banyak komponen otomotif yang terbuat dari paduan aluminium, diantaranya adalah piston, blok mesin, cylinder head, valve dan lain sebagainya. Penggunaan paduan aluminium untuk komponen otomotif 36

2 dituntut memiliki kekuatan yang baik. Agar aluminium mempunyai kekuatan yang baik, biasanya logam aluminium dipadukan dengan unsur-unsur seperti: Cu, Si, Mg, Zn, Mn, Ni, dan sebagainya. Mengolah biji aluminium menjadi logam aluminium (A1) memerlukan energi yang besar dan biaya yang mahal untuk mendapatkan logam aluminium masalah yang utama sebetulnya pada keterbatasan dua biji aluminium dialam, karena biji aluminium merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui. Salah satu usaha untuk mengatasi hal ini adalah dengan melakukan daur ulang. Karena keterbatasan yang ada seperti pada industri kecil, tidak semua menggunakan bahan baku murni, tetapi memanfaatkan aluminium sekrap atau reject material dari peleburan sebelumnya untuk dituang ulang (remelting). Dari hasil pengecoran industri kecil (pelek misalnya) pada saat dugunakan mengalami beban berulangulang dan kadang-kadang beban kejut sehingga peralatan tersebut harus mendapatkan jaminan terhadap kerusakan akibat retak-lelah, sehingga aman dalam penggunaan atau bahkan mempunai usia pakai (life time) lebih lama (Purnomo, 204:905). Agar piston hasil daur ulang bisa digunakan dengan baik dan aman, maka perlu dilakukan treatment (perlakuan) untuk memperbaiki sifat aluminium piston hasil pengecoran ulang. Karena biasanya sifat dan kualitas piston hasil pengecoran ulang tidak bisa sama dengan piston dari bahan baku baru yaitu A1-Si. Pada penelitian ini, fokus masalah yang ingin dipelajari adalah analisis sifat mekanis daur ulang piston sepeda motor 4 tak dengan variasi temperatur peleburan dan bottom ash coal/fly ash. Perumusan Masalah Pada dasarnya aluminium merupakan logam paduan yang dapat didaur ulang peleburan dan pengecoran. Sampai saat ini daur ulang aluminium hanya diterapkan pada industri-industri pengecoran kecil dan daur ulang yang dilakukan biasanya menghasilkan barang yang kualitasnya rendah, seperti untuk alat-alat rumah tangga. Sedangkan pada industri pengecoran besar lebih cenderung menggunakan biji aluminium sebagai bahan utama. Padahal biji aluminium merupakan bahan tambang yang persediaannya terbatas. merupakan komponen penting dalam kendaraan bermotor, karena piston memegang peranan penting dalam proses pembakaran dalam ruang bakar pada kendaraan bermotor. Sehingga material untuk piston merupakan material dengan spesifikasi khusus dan biasanya dugunakan biji aluminium untuk membuat paduannya. Agar penelitian dapat dilakukan secara terarah dan mengena sasaran yang diinginkan maka perumusan masalah pada penelitian ini adalah: a. Pengaruh variasi temperatur pada proses age hardening paduan antara alumunium (piston bekas)-bottom ash coal terhadap tingkat kekerasan, tarik, impact. b. Pengaruh perlakuan panas terhadap perubahan struktur mikro paduan antara aluminium (piston bekas)- bottom ash coal. c. Kekerasan dan karakteristik struktur mikro material piston bekas dengan produk material piston original/baru Pengaruh variasi temperatur pada proses age hardening paduan antara alumunium (piston bekas)-bottom ash coal terhadap tingkat kekerasan, tarik, impact. Batasan masalah Agar penelitian ini tidak menyimpang dari permasalahan yang 37

3 diteliti, maka peneliti membatasi permasalahannya hanya pada: a. Temperatur peleburan dalam rentang suhu antara 700 C- 800 C b. Perbandingan komposisi material untuk 4 variasi. Pertama 1kg alumunium piston bekas dengan 20% Bottom ash coal, kedua 1kg alumunium piston bekas dengan 30% Bottom ash coal, ketiga 1kg alumunium piston bekas dengan 40% Bottom ash coal dan keempat 1kg alumunium piston bekas dengan 50% Bottom ash coal. Originilitas penelitian Analisis sifat mekanis daur ulang piston bekas merupakan penelitianpenelitian yang pernah dilakukan sebelumnya oleh antara lain: Herman (2010) yang menggunakan komposisi paduan dan limbah piston bekas kapal dengan komposisi 12,1% Si, 0,3% Fe, 0,9% Cu, 1,14 Mg, 2,23 Ni, pada temperatur penuangan 760 C. setelah perlakuan panas angka kekerasan mampu meningkatkan menjadi 76,10 HRB dari yang sebelumnya 64,09 HRB. Zerren (2008), yang menitik beratkan pada pengaruh perlakuan panas terhadap kekerasan dan struktur mikro dengan menggunakan paduan A1Cu4MgNi dan A1SiCuMgNi dengan variasi komposisi 10,5%, 12%, 18% dan 24% Si. Setelah 4 perlakuan panas mampu meningkatkan kekerasan menjadi 120 BHN dari yang sebelumnya 80 BHN. Wittaya (2008) dengan menggunakan paduan Al12Si-1,5Cu-Ni- Mg, dengan memvariasikan treatment T5 dan T6, dimana pengaruh perlakuan panas mampu meningkatkan kekerasan hingga 60 persen dari sebelumnya. Tadayon saidi, dkk (2003), Jonathan (2003). Anastasiou (2002) menggunakan parameter temperatur tuang 800 C, temperatur cetakan 350 C dan tekanan 350 bar. Syrcos (2002) dan Tsoukalas dkk (2004) menggunakan parameter temperatur tuang 730 C, temperatur cetakan 270 C dan tekanan 280 bar. Norwood dkk (2007) menggunakan parameter temperatur tuang 750 C temperatur cetakan 180 C dan tekanan 105 bar. Tujuan penelitian a. Pengaruh variasi paduan antara aluminium (piston bekas) dengan bottom ash coal/fly ash terhadap perubahan tingkat kekerasan. b. Mengoptimalkan tingkat kekerasan paduan antara alumunium (piston bekas) dengan bottom ash coal/fly ash. c. Perubahan struktur mikro sebagai hasil proses artificial aging. Manfaat penelitian manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah: a. Dapat menjadikan masukan bagi pengembang bidang ilmu teknologi material pengecoran, manufaktur dan industri-industri kecil maupun industri besar yang mendaur ulang material piston bekas yang kualitasnya sama dengan piston dari material baru yang memiliki daya tahan korosi, abrasi, koefisien pemuaian yang rendah, dan juga mempunyai kekuatan yang tinggi. b. Membantu dalam usaha mendapatkan tingkat kekerasan paduan antara aluminium (piston bekas) dengan bottom ash coal/fly ash. c. Membantu dalam usaha mendapatkan tingkat kekerasan serta mengetahui struktur mikro paduan antara aluminium (piston bekas) dengan bottom ash coal/fly ash melalui proses peleburan dan pengecoran. 38

4 Karakteristik yang dalam bahasa indonesia dikenal dengan istilah torak adalah komponen penting dalam kendaraan bermotor, karena piston memegang peranan penting dalam proses pembakaran dalam ruang bakar. Sehingga material untuk piston merupakan material dengan spesifikasi khusus dan biasanya digunakan bijih alumunium untuk membuat paduannya. Komponen mesin ini dipegang oleh setang piston yang mendapatkan gerakan turun naik dari gerakan berputar cranksaft. Bentuk bagian piston dapat dilihat pada Gambar 1 dan Gambar 2. material lainnya. Karena paduan ini memiliki daya tahan terhadap korosi dan abrasi, koefisien pemuaian yang rendah, dan juga mempunyai kekuatan yang tinggi. Sementara penyebab utama kerusakan komponen ini adalah ausnya piston yang disebabkan pleh kurang disiplinnya pemakai kendaraan dalam merawat kendaraan terutama dalam pengecekan oli mesin. Jika oli mesin dibawah standart volume yang harus dipenuhi maka piston akan mudah aus karena pelumasannya kurang. Land atas Lubang pin Gambar 1 bagian-bagian piston ( Gambar 2 bagian-bagian piston ( bekerja tanpa henti selama mesin hidup. Komponen ini menerima temperatur dan tekanan tinggi sehingga mutlak harus memiliki daya tahan tinggi. Oleh karna itu, pabrikan kini lebih memilih paduan alumunium (Al-Si). Paduan ini diyakini mampu meradiasikan panas yang lebih efisien dibanding Gambar 3 Kerusakan ( Bottom As coal/ ash dan bottom ash adalah terminology umum untuk abu terbang yang ringan dan abu relatif berat yang timbul dari suatu proses pembakaran suatu bahan yang lazimnya menghasilkan abu. ash dan bottom ash dalam konteks ini adalah abu yang dihasilkan dari pembakaran batubara. Sisa hasil pembakaran dengan batubara menghasilkan abu yang disebut dengan fly ash dan bottom ash (510%). Persentase abu (fly ash dan bottom ash) yang dihasilkan adalah fly ash (80 90%) dan bottom ash (10 20%), (sumber PJB PAITON). Umumnya komposisi kimia fly ash dapat ditunjukkan seperti di bawah ini : SiO2 : 52,00% Al2O3 : 31,86% Fe2O3 : 4,89% CaO : 2,68% MgO : 4.66% 39

5 METODE PENELITIAN Material Penelitian bekas pada mesin sepeda motor 4 tak Tujuannya adalah untuk mendapatkan data yang relevan dengan tuntutan piston bekas pada mesin sepeda motor 4 tak, dipilihnya piston bekas dari sepeda motor 4 tak (Gambar 4 ) sebagai bahan dasar daur ulang dan Bottom Coal/fly ash (Gambar 5 ) sebagai komposisi filler, juga berfungsi untuk keperluan identifikasi angka kekerasan dan stuktur mikro, sebagai pembanding dari angka kekerasan dan struktur mikro piston bekas sebelum dilakukan antara Alumunium(piston bekas) dengan filler Bottom Coal/ dan sebagai jawaban juga seberapa besar persentase peningkatan kekerasan setelah dilakukan perpaduan antara Alumunium (piston bekas) dengan Bottom Coal. Gambar 4 bekas motor 4 tak Gambar 5 Bottom Coal/ Alumunium ( bekas) dan Bottom Coal/fly ash Tujuannya untuk mendapatkan data yang relevan perihal hasil analisa sifat mekanis komposit daur ulang alumunium piston bekas sepeda motor 4 tak sebelum di campur dari berbagai komposisi filler yaitu sebagai berikut: a. 80% bekas (1Kg) 20% Bottom Coal b. 70% bekas (1Kg) 30% Bottom Coal c. 60% bekas (1Kg) 40% Bottom Coal d. 50% bekas (1Kg) 50% Bottom Coal Gambar 6 Pengambilan specimen material piston bekas dan bottom ash coal dari berbagai komposisi filler HASIL DAN PEMBAHASAN Identifikasi material piston bekas dengan filler bottom ash coal/ fly ash. Pada tahapan ini, untuk mengetahui kualitas material hasil dari peleburan alumunium (piston bekas) dengan paduan bottom ash coal/ fly ash dari beberapa variasi paduan, pada tingkat temperatur peleburan 700 C- 800 C. yang digunakan adalah piston bekas sepeda motor 4 tak dari bermacam macam merk piston. Setelah dilakukan peleburan antara paduan alumunium (piston bekas) dengan bottom ash coal/ fly ash kemudian dilakukan pengecoran dan beberapa pengujian antara lain, uji tarik, uji kekerasan, uji impact dan foto struktur mikro. Hasil pengujian tersebut adalah sebagai berikut ini: Hasil pengujian uji tarik dari hasil pengecoran antara Alumunium (piston bekas) dengan filler Bottom ash coal/ fly ash. Tabel 1 Hasil Pengujian Uji Tarik pengecoran daur ulang material piston bekas dengan filler bottom ash coal/ fly ash. : ASTM A370 : Tensile Standart Test Description N O SPECI MEN Area mm² Max. Forc e Newt on Yiel d Stren gth M.Pa Tens ile Stren gth M.Pa Elon gatio n % Mod ulus elasti sitas MPa 40

6 % 20% 70% 30% 60% 40% 50% 50% X X X X X Tabel 2 Hasil Pengujian Uji kekerasan pengecoran daur ulang material piston bekas dengan filler bottom ash coal/ fly ash Beban : 588 N NO NAMA SPECIMEN 1 80% 20% 2 70% 30% 3 60% 40% 4 50% 50% Titik KEKERASAN (HRB) Rata Rata Catatan : X. Pengujian specimen keempat gagal sebelum dilakukan uji tarik, Pada waktu specimen dicekam specimen patah terlebih dahulu sebelum dilakukan uji tarik. Dari hasil Pengujian Specimen Uji Tarik antara Alumunium (piston bekas) dengan filler Bottom Coal/ dari beberapa variabel yang berbeda selain dapat dilihat pada tabel, dapat juga dilihat pada gambar grafik berikut ini : Hasil pengujian Uji Kekerasan dari hasil pengecoran antara alumunium (piston bekas) dengan filler bottom ash coal/ fly ash. Pengujian kekerasan pada specimen antara Alumunium (piston bekas) dengan filler Bottom Coal/ didapatkan hasil seperti terlihat pada Tabel 2 berikut ini : KESIMPULAN Dari hasil penelitan yang telah dilakukan,maka dapa diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Pada presentase material 80% Alumunium (piston bekas) 20% pada temperature penuangan 700 C memiliki tingkat kekerasan yang tinggi dibanding dengan variasi filler yang lain. 2. Semakin banyak variable yang dipadukan pada Alumunium (piston bekas) dapat mengurangi tingkat kekerasan, meskipun tingkat temperature penuangan 700 C. 3. Tingkat kekerasan menurun bisa juga di sebabkan oleh factor finishing yang dilakukan pada setiap specimen variabel yang berbeda. 41

7 DAFTAR PUSTAKA. ASTM metric Handbook B 557M vol. 02 ASTM notched Bar Impact Testing Of Metallic Materials Handbook E 23 vol. 02 Panji Laksamana S,2010, Makalah Aluminiummurnidanpaduannyahttp://ml.sc ribd.com/doc/ /makalah- Aluminium. George E. Tot ten and D. Scott MacKenzie,2003,Handbook of Aluminum Volume 7 Physical Metallurgy and Processes, Marcel Dekker Rikypolnes,2010http://rizkypolnes.blogspo t.com/2010/06/aluminium.html aluminium 42