PENGARUH TEMPERATUR PENUANGAN TERHADAP SIFAT KETANGGUHAN IMPAK (IMPACT TOUGHNESS) DAN KEKERASAN (HARDNESS) ALUMINIUM SEKRAP YANG DITAMBAH SILIKON 5%

Transkripsi

1 PENGARUH TEMPERATUR PENUANGAN TERHADAP SIFAT KETANGGUHAN IMPAK (IMPACT TOUGHNESS) DAN KEKERASAN (HARDNESS) ALUMINIUM SEKRAP YANG DITAMBAH SILIKON 5% SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik HAMDI ABDUL HAKIM NIM DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011

2 PENGARUH TEMPERATUR PENUANGAN TERHADAP SIFAT KETANGGUHAN IMPAK (IMPACT TOUGHNESS) DAN KEKERASAN (HARDNESS) ALUMINIUM SEKRAP YANG DITAMBAH SILIKON 5% HAMDI ABDUL HAKIM NIM Diketahui/Disyahkan: Ketua Depertemen Teknik Mesin Disetujui oleh: Dosen Pembimbing, Fakultas Teknik USU Dr.-Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP Dr.-Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP

3 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK U.S.U. MEDAN KARTU BIMBINGAN TUGAS SARJANA MAHASISWA No. : / TS / 20 Sub. Program Studi : Teknik Produksi/ Konversi Energi Bidang Studi : Pengecoran Logam Judul Tugas : PENGARUH TEMPERATUR PENUANGAN TERHADAP SIFAT KETANGGUHAN IMPAK (IMPACT TOUGHNESS) DAN KEKERASAN (HARDNESS) ALUMINIUM SEKRAP YANG DITAMBAH SILIKON 5% Diberikan Tgl. : 24 Februari 2011 Selesai Tgl : Dosen Pembimbing :Dr-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri Nama Mhs : Hamdi Abdul Hakim N.I.M : NO Tanggal KEGIATAN ASISTENSI BIMBINGAN Tanda Tangan Dosen Pemb Pengajuan Proposal Pemberian Spesifikasi Tugas Skripsi BAB I BAB II Tambahan gambar danredaksi BAB II BAB III BAB IV Tambahan diagram phasa BAB IV Tambahan struktur mikro BAB IV Perbaikan phasa intermetalik BAB IV BAB V ACC Seminar CATATAN : Diketahui, 1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada Dosen Ketua departementeknikmesin Pembimbing setiap Asistensi F.T U.S.U 2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi. 3. Kartu ini harus dikembalikan ke Jurusan, bila kegiatan Asistensi telah selesai. Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP

4 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : /TS/2010 FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA : / /20... MEDAN. PARAF : TUGAS SKRIPSI N A M A : HAMDI ABDUL HAKIM NIM : MATA KULIAH : PENGECORAN LOGAM SPESIFIKASI : Lakukan studi untuk mengetahui pengaruh temperatur penuangan terhadap sifat ketangguhan impak (impact toughness) dan kekerasan (hardness) Aluminium sekrap yang ditambah silikon 5 % 1. Lakukan proses peleburan Aluminium sekrap 2. Lakukan pengkajian komposisi 3. Lakukan pengujian ketangguhan impak dan kekerasan DIBERIKAN TANGGAL : 24 / 02 / 2011 SELESAI TANGGAL : / / 2011 KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, MEDAN, 24 FEBRUARI 2011 DOSEN PEMBIMBING, DR-ING.IR. IKHWANSYAH ISRANURI DR-ING.IR.IKHWANSYAH ISRANURI NIP NIP

5 PENGARUH TEMPERATUR PENUANGAN TERHADAP SIFAT KETANGGUHAN IMPAK (IMPACT TOUGHNESS) DAN KEKERASAN (HARDNESS) ALUMINIUM SEKRAP YANG DITAMBAH SILIKON 5% HAMDI ABDUL HAKIM NIM Telah Diperiksa dan Disetujui Dari Hasil Seminar Tugas Skripsi Periode Ke 605 Tanggal 14 Juli 2011 Disetujui Oleh: Dosen Penguji I Dosen Penguji II Ir. Syahrul Abda, M.Sc NIP Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc NIP

6 PENGARUH TEMPERATUR PENUANGAN TERHADAP SIFAT KETANGGUHAN IMPAK (IMPACT TOUGHNESS) DAN KEKERASAN (HARDNESS) ALUMINIUM SEKRAP YANG DITAMBAH SILIKON 5% HAMDI ABDUL HAKIM NIM Telah Disetujui Oleh: Pembimbing/Penguji Dr.-Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP Penguji I Penguji II Ir.Syahrul Abda,M.Sc. NIP Ir. Mulfi Hazwi,M.Sc. NIP Disetujui Oleh: Departemen Teknik Mesin Ketua Dr.-Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP

7 KATA PENGANTAR Rasa syukur yang selalu terucap kehadirat Allah SWT, Rab yang maha segalanya. Shalawat dan salam kepada Nabi Muhammad SAW yang membawa kita ke zaman ilmu pengetahuan, sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Skripsi ini berjudul; PENGARUH TEMPERATUR PENUANGAN TERHADAP SIFAT KETANGGUHAN IMPAK (IMPACK TOUGHNESS) DAN KEKERASAN (HARDNESS) ALUMINIUM SEKRAP YANG DITAMBAH SILIKON 5% Dengan dukungan sepenuh hati dari pihak dibawah ini skripsi ini dapat diselesaikan oleh penulis. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Dr.-ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri sebagai ketua Departemen Teknik Mesin FT-USU dan dosen pembimbing penulis pada tugas sarjana ini. 2. Bapak Ir.Mulfi Hazwi,M.Sc. Dan Ir.Syahrul Abda,M.Sc selaku dosen penguji yang telah membimbing penulis dalam menyempurnakan tugas akhir ini. 3. Ibunda tercinta Hj. Asmah A. Karim dan Ayahanda H. Muhammad Ghozali yang telah membimbing dan memberikan semangat serta menjadi motivasi bagi penulis. 4. Bapak Suprianto, ST. MT. yang telah meluangkan waktunya untuk berdiskusi dengan penulis selama penyelesaian tugas akhir ini. 5. Bapak Ir. Marlon. S, Bapak Sarjana,ST, Bapak Rustam, Muhammad Wirza, dan Hendrik Gunawan yang telah memberikan dukungan untuk menyelesaikan skripsi ini. 6. Staf dan pegawai di PT. Radio Bonita Jaya Suara Medan yang tidak sedikit memberikan dukungannya kepada penulis. 7. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin khususnya angkatan 2006 yang selalu memberikan kesempatan bagi penulis untuk berdiskusi, menghibur dan memberikan semangat penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Bagi pembaca diharapkan saran dan kritik demi kebaikan penulis. Semoga skripsi ini berguna bagi penulis dan juga pembacanya. Amin ya rabbal alamin. Medan, 25 Maret 2011 Penulis Hamdi Abdul Hakim

8 ABSTRAK Variasi temperatur penuangan akan mempengaruhi pembekuan coran aluminium, cacat porositas akan meningkat seiring dengan temperatur penuangan. Nilai ketangguhan, kekerasan akan mengalami penurunan karena banyaknya gas hidrogen yang terjebak didalam coran aluminium. Dalam penelitian ini digunakan Aluminium sekrap yang dapat di daur ulang yaitu kaleng bekas minuman. Pengecoran dilakukan dengan temperatur penuangan yang bervariasi yaitu 680 C, 700 C, 720 C, 740 C, dan 760 C. Dipilihnya Aluminium bekas minuman terutama yang diambil adalah bagian tutupnya karena memiliki kandungan Aluminium ±90% pada bagian tutup kaleng. Daur ulang akan menurunkan sifat mekanis dari material, oleh karena itu perlu ditambahkan beberapa unsur seperti Silikon, Copper, Magnesium, Iron, Mangan dan Zincum untuk meningkatkan kembali sifat mekanisnya. Tujuan dari penelitian ini adalah Untuk mengetahui pengaruh temperatur penuangan terhadap ketangguhan impak (Impact Toughness) dan kekerasan (Hardness) Aluminium coran. Untuk melihat struktur mikro dari coran Aluminium sekrap dengan variasi temperatur penuangan. Sebagai data awal yang dapat digunakan untuk pemanfaatan bahan Aluminium sekrap yang ditambah Silikon 5% (Al-Si) sebagai material teknik. Manfaat dari penelitian ini adalah Dengan penelitian ini penyusun dapat menerapkan ilmu dari teori yang dipelajari dengan praktek langsung dalam pengecoran Alumunium. Penyusun dapat memberi pengetahuan tentang hasil penelitian yang telah dilakukan guna referensi penelitian selanjutnya. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen, dari jenis penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah bentuk kualitatif yaitu memaparkan secara jelas hasil eksperimen yang diperoleh dari sejumlah spesimen uji dalam bentuk angka Sampel diambil untuk dilakukan uji kekerasan (Hardness) dan ketangguhan impak (Impact toughness), dalam pengujian kekerasan dilakukan dengan mengunakan Equotip Hardness Tester dan untuk pengujian ketangguhan dilakukan dengan menggunakan Impact Charpy Test. Nilai ketangguhan impak (Impact Toughness) mencapai posisi maksimum pada temperatur tuang 700 o C yaitu sebesar 19,13 Joule, kemudian ketangguhan akan terus menurun seiring pertambahan suhu temperatur tuang. Dari uji kekerasan (Hardness) equotip dilihat hasil maksimum juga pada temperatur 700 o C yaitu 72 BHN. Dari hasil foto mikro dilihat bahwa semakin tinggi suhu penuangan maka cacat porositas akan semakin banyak terlihat mulai dari 680 o C, 720 o C, 740 o C, 760 o C. Tetapi tidak halnya dengan temperatur 700 o C, cacat porositas tidak terlalu banyak dan menunjukkan hasil yang paling bagus diantara keempat temperatur tuang lainnya. Kata kunci: Daur ulang, pengaruh temperatur tuang, paduan Aluminium-Silikon,, ketangguhan, kekerasan, struktur mikro.

9 DAFTAR ISI LEMBARAN PENGESAHAN DARI PEMBIMBING LEMBARAN PENGESAHAN DARI PEMBANDING LEMBARAN EVALUASI SEMINAR TUGAS AKHIR KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... ii DAFTAR ISI... iii DAFTAR TABEL... vi DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR NOTASI... x BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Perumusan Masalah Hipotesa Tujuan Batasan Masalah Manfaat Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Riset-Riset yang Telah Dilakukan Sebelumnya Landasan Teori Aluminium Silikon Pengecoran Sejarah Pengecoran Teori Pengecoran Pembuatan Coran... 13

10 Sifat Coran Al-Si Pengujian Ketangguhan impak (Impact Toughness Test/Impact Charpy Test) Pengujian Kekerasan (Hardness Test) Metode Brinell Metode Vickers Metode Rockwell Metode Mikro Hardness Equotip Hardness Tester Metallography Test (foto mikro) Pemotongan (Cutting) Spesimen Bingkai (mounting) Spesimen Pengamplasan (Grinding) Spesimen Pemolesan (Polishing) Spesimen Etsa (Etching) Spesimen BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian Bahan Dan Alat Penelitian Bahan yang Digunakan Alat yang Digunakan Prosedur Penelitian BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Uji Komposisi Hasil Uji Metalografi Hasil Uji Ketangguhan Impak (Impact Toughness) Sifat Mekanis Perpatahan Hasil Uji Kekerasan (Hardness)... 55

11 4.4.1.Mekanisme Penguatan Logam BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA

12 DAFTAR TABEL Tabel Halaman Tabel 2.1. Pengaruh % Si terhadap sifat Aluminium Tabel 4.1. Komposisi material Aluminium bekas kemasan minuman Tabel 4.2. Tabel hasil pengujian impact charpy test Tabel 4.3. Hasil uji kekerasan metode Equotip pada spesimen Aluminium Sekrap. 55

13 DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman Gambar 2.1. Alat uji Impact Charpy (Lab Ilmu Logam USU) Gamber 2.2. Spesimen uji ( 16 Gambar 2.3. Skematik kurva transisi ulet ke getas ( 17 Gambar 2.4. Bentuk dan dimensi benda uji impak berdasarkan ASTM E23-56T ( 18 Gambar 2.5. Alat uji kekerasan material logam (Lab Ilmu Logam USU) Gambar 2.6. Equotip 3 Hardness Tester (Lab Ilmu Logam USU) Gambar 2.7. Struktur mikro dari Aluminium murni ( 22 Gambar 2.8. Struktur mikro dari paduan Aluminium-Silikon. Gambar (a) merupakan paduan Al-Si tanpa perlakuan khusus. Gambar (b) merupakan paduan Al-Si dengan perlakuan termal. Gambar (c) adalah paduan Al-Si dengan perlakuan termal dan penempaan. Perhatikan bahwa semakin ke kanan, struktur mikro semakin baik ( 23 Gambar 2.9. Alat uji struktur mikro yaitu mikroskop optic (Lab Ilmu Logam USU) 28 Gambar Hasil foto mikro dari Al-Si ( 28 Gambar 3.1. Kaleng bekas minuman dan bagian Tutup Kaleng (Lab Teknologi Mekanik) Gambar 3.2. Gambar Silikon dan serbuk Silikon (Lab Foundry) Gambar 3.3. Gambar Pasir Silika (Lab Foundry) Gambar 3.4. Bentonite (Lab Foundry) Gambar 3.5. Arang Kayu (Lab Foundry) Gambar 3.6. Gabus untuk membuat die (Lab Teknologi Mekanik) Gambar 3.7. Dapur Peleburan (Lab Foundry)... 33

14 Gambar 3.8. Equotip Hardness Tester (Lab Ilmu Logam) Gambar 3.9. Impact Charpy Test (Lab Ilmu Logam) Gambar Thermocouple Type-K (Lab Foundry) Gambar Mikroskop Optik (Lab Ilmu Logam) Gambar Polishing Machine (Lab Ilmu Logam) Gambar Ladel Peleburan (Lab Foundry) Gambar Crucible dan Penutupnya (Lab Foundry) Gambar Batu koral dan dudukannya (Lab Foundry) Gambar Blower dan air sprayer (Lab Foundry) Gambar Timbangan (Lab Foundry) Gambar Mikser (Lab Foundry) Gambar Ayakan Pasir dan Silikon (Lab Foundry) Gambar Wadah Pasir Cetak (Lab Foundry) Gambar Serokan Pasir, dan Gayung (Lab Foundry) Gambar Proses Penyekrapan (Lab Teknologi Mekanik) Gambar Gelas Ukur (Lab Foundry) Gambar 4.1. Diagram Phasa Al-Mg ( 43 Gambar 4.2. Diagram Phasa Al-Mg Sebenarnya ( 44 Gambar 4.3. Diagram phasa Al-Si ( 45 Gambar 4.4. Diagram Phasa Al-Si Sebenarnya ( 45 Gambar 4.5. Diagram phasa Al-Fe ( 47 Gambar 4.6. Diagram Al-Fe sebenarnya Gambar 4.7. Diagram phasa Al-Fe-Si (Taylor,J.A) Gambar 4.8. Phasa Inter-Metalik ( 49 Gambar 4.9. Foto mikro Aluminium sekrap dengan temperatur tuang 680 o C (pembesaran 200x) Gambar Foto mikro Aluminium sekrap dengan temperatur tuang 700 o C (pembesaran 200x) Gambar Foto mikro Aluminium sekrap dengan temperatur tuang 720 o C (pembesaran 200x) Gambar Foto mikro Aluminium sekrap dengan temperatur tuang 740 o C (Pembesaran 200x)... 52

15 Gambar Foto mikro Aluminium sekrap dengan temperatur tuang 760 o C (Pembesaran 200x) Gambar Grafik Energi yang diserap (E) Vs Temperatur Tuang ( o C) Gambar Grafik kekerasan Vs temperatur tuang coran Aluminium... 56

16 DAFTAR NOTASI Simbol Arti Satuan Skala kekerasan Rockwell A Intan Kg B Bola 1/16 inch Kg C Intan Kg D Intan Kg E Bola 1/8 inch Kg F Bola 1/16 inch Kg G Bola 1/16 inch Kg H Bola 1/8 inch Kg K Bola 1/8 inch Kg Kekerasan Brinell P Beban N D Diameter Indenter m d Diameter Lubang m Impak α Sudut Permulaan Derajat ß Sudut Akhir Derajat E Energi Serap Joule