BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Transkripsi

1 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pembuatan Spesimen Uji Dimensi benda kerja dari hasil pengecoran dapat dilihat pada Gambar 4.1 dan keseluruhan dari benda kerja dapat dilihat pada gambar 4.2. Gambar 4. 1 Dimensi benda kerja Gambar 4. 2 Keseluruhan benda kerja Penelitian ini menggunakan 5 variasi kandungan Mg yang berbeda-beda, sehingga dibutuhkan 5 kali proses pengecoran. Dari 5 kali proses pengecoran tersebut menghasilkan 5 benda kerja yang berbeda. Setelah proses pengecoran selesai, dilanjutkan dengan proses pemotongan spesimen. Proses pemotongan dimulai dengan pemotongan benda kerja dengan ketebalan 2,5 mm sebanyak 1 buah, dan pemotongan benda kerja dengan ketebalan 4,5 mm sebanyak 3 buah. Ilustrasi proses pemotongan dapat dilihat pada Gambar

2 36 Gambar 4. 3 Ilustrasi proses pemotongan Proses selanjutnya adalah penghalusan permukaan menggunakan amplas dan air hingga didapatkan ketebalan spesimen yang diinginkan. Hasil akhir dari proses penghalusan permukaan spesimen terlihat pada Gambar 4.5. Gambar 4. 4 Hasil akhir spesimen uji konduktivitas termal Spesimen uji keausan berasal dari spesimen uji konduktivitas termal B untuk setiap variasi penambahan Mg sesuai dengan Gambar 4.5. Hasil akhir dari proses pemotongan spesimen uji keausan dapat dilihat pada Gambar 4.7 dan dimensi spesimen terlihat pada Gambar 4.6.

3 37 Gambar 4. 5 Dimensi spesimen uji keausan Gambar 4. 6 Spesimen uji keausan 4.2 Hasil Pengujian Konduktivitas Termal Telah dilakukan pengujian konduktivitas termal di Laboratorium MIPA UNS dengan hasil data gradien temperatur suhu yang tersaji pada Tabel 4.1. Tabel 4.1 Data gradien temperatur suhu pada setiap variasi Variasi Tanpa Penambahan Mg Penambahan 1% Mg Penambahan 1,5% Mg Penambahan 2% Mg Penambahan 2,5% Mg T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 98,6 97,7 96,8 95,7 65,8 64,9 36,7 35,9 34,7 33,7 98,8 97,8 96,8 95,7 65,9 64,7 36,7 35,8 34,7 33,7 98,5 97,6 96,9 95,7 65,9 64,9 36,8 35,6 34,7 33,9 98,6 97,7 95,6 95,2 65,6 64,8 36,4 35,6 34,7 33,5 98,6 97,6 95,9 95,2 65,5 64,9 36,4 35,6 34,7 33,6 98,5 97,5 95,8 95,2 65,6 64,8 36,4 35,6 34,7 33,5 98,4 97,2 96,6 95,2 65,8 64,8 36,4 35,4 34,6 33,5 98,4 97,2 96,6 95,2 65,8 64,8 36,4 35,4 34,6 33,6 98,3 97,3 96,5 95,2 65,7 64,9 36,4 35,5 34,6 33,8 98,5 97,4 96,7 95,1 65,8 64,7 36,4 35,5 34,7 33,5 98,5 97,4 96,6 95,1 65,8 64,7 36,4 35,5 34,7 33,6 98,4 97,4 96,6 95,1 65,8 64,7 36,4 35,5 34,6 33,4 98,5 97,3 96,7 95,1 65,7 64,9 36,4 35,5 34,7 33,7 98,4 97,3 96,6 95,1 65,7 64,9 36,4 35,4 34,6 33,6 98,4 97,3 96,7 95,1 65,7 64,9 36,4 35,5 34,7 33,7

4 38 Dari data Tabel 4.1, dapat dik a b R menggunakan metode yang telah kita bahas pada BAB III dan IV sebelumnya. a b R adalah (2.5) hingga (2.10). Untuk menghitung konduktivitas termal pada masing-masing keping a R a b b) dan konduktivitas termal untuk masinga b, a Tabel 4.2 Hasil perhitungan konduktivitas termal untuk masing masing sempel b R ' a (kcal/mhr O C) b (kcal/mhr O C) (kcal/mhr O C) n (W/m O C) 27,883 29,589 0,983 0,752 1,418 12,300 14,305 27,633 29,428 1,017 0,785 1,474 12,087 14,057 27,772 29,478 0,950 0,730 1,375 11,883 13,820 28,106 29,278 1,050 0,797 1,530 19,109 22,224 28,244 29,411 1,033 0,780 1,499 18,895 21,976 28,106 29,283 1,033 0,784 1,506 18,717 21,768 28,072 29,056 1,017 0,773 1,493 22,056 25,652 28,078 29,056 1,000 0,760 1,468 21,818 25,375 28,222 29,194 0,950 0,718 1,388 20,846 24,244 27,956 28,928 1,050 0,801 1,549 23,040 26,796 27,961 28,928 1,033 0,788 1,524 22,805 26,522 27,950 28,933 1,050 0,801 1,548 22,780 26,493 28,217 29,078 1,017 0,769 1,492 25,187 29,293 28,211 29,083 1,017 0,769 1,491 24,866 28,920 28,217 29,083 1,000 0,756 1,467 24,615 28,628 Dari data hasil perhitungan konduktivitas termal Tabel 4.2 di atas, dapat disimpulkan bahwa nilai konduktivitas termal hasil penelitian masih lebih rendah dari data konduktivitas termal literatur yaitu sekitar 142,424 W/mK (MAHLE, 2012). Hal ini terjadi karena, ketika melakukan proses pengadukan dalam fabrikasi komposit (jika tidak melakukan metode perlindungan nitrogen) yang dilakukan pada lelehan aluminium berpotensi menyerap gas pada atmosfer dan masuk ke lelehan komposit. Gas yang terjebak ini menyebabkan timbulnya porositas gas pada komposit dan porositas ini menurunkan nilai mekanis dan konduktivitas termal dari komposit (Hashim, 2002). Nilai rata-rata konduktivitas termal untuk masingmasing variasi tersaji dalam bentuk grafik pada Gambar 4.7.

5 39 Gambar 4. 7 Rata-rata konduktivitas termal untuk setiap variasi penambahan Mg Menurut penelitian yang dilakukan Januszewski dkk (1977) faktor utama yang mempengaruhi nilai konduktivitas termal adalah porositas. Jumlah dari porositas yang terdapat di dalam spesimen uji konduktivitas termal mempengaruhi tinggi dan rendahnya nilai konduktivitas termal spesimen uji, semakin banyak porositas yang terdapat di dalam spesimen uji konduktivitas termal maka nilai dari konduktivitas termal rendah berlaku juga sebaliknya. Ilustrasi tidak terjadi pembasahan dan terjadi pembasahan terlihat pada gambar 4.8 (Samuel, 2012). Al 4C 3 Porositas MgAl 2O 4 a) b) Gambar 4. 8 Ilustrasi a) tidak terjadi pembasahan b) terjadi pembasahan Pada gambar 4.8 a) ketika matrik aluminium tidak mampu membasahi secara sempurna permukaan dari penguat atau adanya gas yang terjebak pada lelehan aluminium saat proses pengecoran, maka timbul rongga atau porositas. Rongga atau porositas inilah yang menghambat laju dari aliran panas secara konduksi. Terhambatnya laju dari aliran panas tersebut diakibatkan karena nilai dari konduktivitas termal udara 0,026 W/mK (Chengel, 2007) lebih rendah dari nilai

6 40 konduktivitas termal SiO2 1,3 W/mK (Darmansyah, 2010). Sehingga aliran panas dari aluminium harus melewati rongga atau porositas yang berisi udara terlebih dahulu sebelum dapat mengalirkannya menuju Berbeda halnya saat ditambah Mg, pada Gambar 4.8 b) terlihat bahwa Mg melakukan perannya sebagai wettability agent dengan mengisi porositas yang terjadi akibat matrik aluminium tidak mampu membasahi secara sempurna permukaan dari penguat atau adanya gas yang terjebak pada lelehan aluminium saat proses pengecoran. Hal ini diperkuat dengan hasil pengujian foto makro permukaan spesimen uji konduktivitas termal yang terlihat pada Gambar 4.9. a. b. c. d. e. Gambar 4. 9 Foto macro spesimen uji konduktivitas termal a) Tanpa penambahan b) Penambahan 1% Mg c) Penambahan 1.5% Mg d) Penambahan 2% Mg e) Penambahan 2.5% Mg

7 41 Dari Gambar 4.7 dan 4.8 dapat disimpulkan bahwa penambahan Mg mengurangi jumlah dari porositas spesimen uji, hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan Prabowo (2015) dimana penambahan Mg menurunkan tingkat porositas. Menurunnya tingkat porositas mengakibatkan nilai konduktivitas termal yang semakin membaik dari 14,061 W/mK menjadi 28,947 W/mK. Hal ini telah sesuai dengan penelitian yang dilakukan Sanggaleh (2009) yang menyatakan bahwa penambahan magnesium pada pembuatan komposit matriks aluminium dengan penguat keramik dapat meningkatkan pembasahan dan daya lekat antara matriks dan penguatnya dengan membentuk fasa spinel MgAl 2O 4 dan MgO pada daerah antarmuka matriks aluminium dengan penguat. 4.3 Hasil Pengujian Ketahanan aus Telah dilakukan pengujian keausan di laboratorium Material Universitas Gajah Mada dengan hasil data tersaji pada Tabel 4.3. Pada Tabel 4.3 (B) adalah tebal dari revolving disk, (r) adalah jari-jari dari revolving disk, (b) panjang jejak bekas gerusan atau alur dari revolving disk, (W) adalah volume yang terabrasi, dan (V) adalah laju keausan. Gambar hasil pengamatan menggunakan microskop macro dapat dilihat pada Lampiran C. Sedangkan nilai (W) dan (V) diperoleh menggunakan persamaan (2.2) dan (2.3). Tabel 4. 3 Data hasil pengujian dan perhitungan laju keausan Variasi Spot pengujian B (mm) r (mm) b (mm) W (mm³) t (s) V (mm³/s) Tanpa 1B1 2,35 13,15 2,178 0, , Penambahan 1B2 2,35 13,15 2,071 0, , Mg 1B3 2,35 13,15 1,964 0, , Penambahan 2B1 2,35 13,15 1,642 0, , Mg 1% wt 2B2 2,35 13,15 1,757 0, , B3 2,35 13,15 1,571 0, , Penambahan 3B1 2,35 13,15 1,214 0, , Mg 1,5% wt 3B2 2,35 13,15 1,25 0, , B3 2,35 13,15 1,26 0, , Penambahan 4B1 2,35 13,15 2,142 0, , Mg 2% wt 4B2 2,35 13,15 2,035 0, , B3 2,35 13,15 2,037 0, , Penambahan 5B1 2,35 13,15 2,579 0, , Mg 2,5% wt 5B2 2,35 13,15 2,434 0, , B3 2,35 13,15 2,592 0, ,008670

8 42 Hal yang mempengaruhi nilai ketahanan aus dari suatu material komposit adalah persebaran dari partikel penguat SiO2. Apabila di suatu area terdapat SiO2 dalam kadar yang banyak dan tersebar merata, maka laju keausan dari material komposit itu akan menurun dan ketahanan ausnya akan meningkat dan berlaku juga untuk sebaliknya (Liu. Dkk, 2010). Partikel penguat ini bekerja sebagai penahan gaya luar yang diberikan, sehingga gaya tersebut dapat tersalurkan dari matriks menuju penguat. Cara kerja penguat pada aluminium komposit dalam kaitannya dengan reduksi laju keausan adalah mengurangi area kontak cakram baja dengan aluminium. Semakin banyak fraksi penguat dan persebarannya merata di dalam sebuah komposit aluminium, maka cakram baja semakin sering bertemu dengan penguat yang memiliki kekerasan jauh diatas cakram baja tersebut. Hal ini mengakibatkan jejak yang dihasilkan cakram baja kecil dan laju keausan aluminium menurun dan ketahanan aus meningkat. Nilai rata-rata laju keausan untuk masingmasing variasi tersaji dalam bentuk Grafik pada Gambar 4.9. Gambar Rata-rata laju keausan untuk setiap variasi penambahan Mg Pada Gambar 4.9 dapat disimpulkan bahwa nilai dari laju keausan hasil penelitian lebih tinggi dari data laju keausan literature yaitu sekitar 0,8 (MAHLE, 2012) dari Pada proses pengecoran tanpa penambahan Mg, partikel penguat cenderung terapung dan berkumpul di atas coran. Hal ini terjadi karena massa jenis partikel penguat lebih rendah dari matriks aluminium. Akibatnya kadar dari SiO 2

9 43 pada spesimen uji rendah dan meningkatkan nilai dari laju keausan. Berbeda halnya saat ditambahkan Mg, aluminium membaur dengan Mg membentuk Al2Mg3. Saat Al 2Mg 3 terbentuk maka terjadilah mekanisme anti-floating (Liu. Dkk, 2010). Al2Mg3 yang terbentuk mengikat partikel penguat sehingga massa jenis dari partikel penguat yang terikat oleh Al 2Mg 3 sama dengan matrik aluminium. Yang terjadi selanjutnya adalah partikel pengaut tersebut melayang diantara lelehan aluminium dan floating yang biasa terjadi dapat diminimalisir. Saat floating dapat diminimalisir maka kadar SiO 2 dari spesimen uji akan semakin meningkat. Hal ini terbukti dari hasil pengamatan uji SEM yang dilakukan oleh Triyono (2015) yang menyatakan bahwa sebelum ditambahkan Mg dan sesudah ditambahkan Mg kadar Si meningkat. Hal inilah yang mengakibatkan saat penambahan Mg 1% dan 1,5% wt nilai laju keausan menurun dan ketahanan aus meningkat. Penambahan Mg terus-menerus mengakibatkan hal yang sebaliknya. Penelitian yang dilakukan Hasim dkk (2001) menunjukkan bahwa penambahan Mg yang berlebihan memiliki kecenderungan membentuk Al8Mg5, Al8Mg5 memiliki massa jenis lebih tinggi dari aluminium dan dapat memperburuk sifat mekanis dari MMC. Oleh sebab itu penambahan Mg perlu dikontrol dengan hati-hati. Partikel penguat yang terikat oleh Al8Mg5 memiliki kecenderungan tenggelam dan berkumpul di dasar coran. Akibatnya kadar dari SiO 2 pada spesimen uji rendah dan meningkatkan nilai dari laju keausan. Hal inilah yang mengakibatkan saat penambahan Mg 2% dan 2,5% wt nilai laju keausan meningkat dan ketahanan aus menurun. Pada Gambar 4.9 tren dari grafik rata-rata laju keausan untuk setiap variasi penambahan Mg mula-mula mengalami penurunan lalu pada titik tertentu nilainya berubah naik. Hal ini telah sesuai dengan hasil penelitian yang dilakukan Liu dkk (2010) dengan metode stir casting, variasi penambahan Mg 0%, 0,2%, 0,4%, 0,6%, 0,8% dan 1% wt, partikel penguat graphite yang dilapisi dengan Cu serta hasil penelitian yang dilakukan Hashim dkk (2002) dengan metode stir casting, variasi penambahan Mg 0%, 1%, 2%, dan 3% wt, partikel penguat SiC.

10 44 Menurut hasil penelitian yang telah dilakukan tidak ada korelasi antara nilai konduktivitas termal dan tingkat ketahanan aus pada spesimen uji. Karena untuk konduktivitas termal jumlah dan besar dari porositas mempengaruhi tinggi dan rendahnya nilai konduktivitas termal (Januszewski dkk, 1977). Semakin banyak dan besarnya porositas yang terkandung didalam spesimen uji maka nilai dari konduktivitas termal menurun dan berlaku juga untuk sebaliknya. Hal tersebut tidak terlalu berpengaruh terhadap ketahanan aus. Ketahanan aus lebih ditentukan oleh ukuran dan jumlah dari partikel penguat (Al-Rubaie, 1999). Semakin besar dan banyak partikel penguat yang terkandung di dalam komposit maka ketahanan aus dari komposit tersebut semakin meningkat, begitu juga sebaliknya.