VARIASI TEKANAN KOMPAKSI TEHADAP DENSITAS DAN KEKERASAN PADA KOMPOSIT

Transkripsi

1 PENGARUH KOMPOSISI DAN VARIASI TEKANAN KOMPAKSI TEHADAP DENSITAS DAN KEKERASAN PADA KOMPOSIT - UNTUK PROYEKTIL PELURU DENGAN PROSES METALURGI SERBUK Oleh: Gita Novian Hermana Jurusan Teknik Material dan Metalurgi Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Dosen Pembimbing: Dr. idyastuti, S.Si., M.Si

2 Latar Belakang Proyektil Timbal, Antimony Material Timbal (Pb) Material Pengganti Aman bagi Lingkungan - By Metalurgi Serbuk Metalurgi Serbuk

3 Peluru Menurut alter (2011) Bahan proyektil : Timbal bisa dengan,, Sn, Bi, Ni Menurut Glen E (2011) Timbal telah menjadi bahan untuk peluru selama berabad-abad, dan di pilih untuk aplikasi tersebut karena dense (rapat), mudah dibentuk, dan ketersediaan luas Tetapi penggunaan peluru sebagai timbal ini memiliki kerugian karena timbal bersifat racun. Mnurut D.R. Corbin (1998) mulai digunakan untuk menggantikan posisi Pb.

4 Spesifikasi Peluru Densitas g/cm 3 Elongation 8-10 % UTS N/mm 2 Proyektil Peluru adalah bagian yang bergerak menuju sasaran. Memiliki Momentum yang Besar

5 Lead Bullets Full Metal Jacket Bullets Partially Jacket Bullets

6 Perumusan Masalah

7 Parameter Proses Metalurgi Serbuk Distribusi Serbuk Komposisi Tekanan Kompaksi Variabel Proses Ukuran Butir Temperatur Sintering Lama Sintering

8 Tujuan Mengetahui Komposisi Tembaga (20, 30, dan 40wt% ) Tekanan kompaksi 200, 400, dan 600 MPa Densitas dan Kekerasan yang dihasilkan

9 Latar Belakang Manfaat Menghasilkan material alternatif untuk proyektil peluru dengan proses metalurgi serbuk Referensi penelitian untuk material proyektil pengganti timbal

10 Batasan Masalah Lingkungan dianggap tidak berpengaruh Serbuk, merupakan serbuk pro analisis Pengotor diabaikan Sintering dilakukan pada temperatur dan waktu yang konstan Distribusi serbuk dianggap homogen

11 Tinjauan Pustaka Komposit Dua material atau lebih Disatukan Sifat mekanisnya merupakan gabungan dari komponen penyusunnya Jones, M.R (1975)

12 Matriks Reinforcment Lambang : Nomor Atom : 74 Densitas : 19,3 (g/cm 3 ) Temp. Melting : 3380 O C % Elongasi : 0,03 % Kond. Termal : 167 /m K Lambang : Nomor Atom : 29 Densitas : 8,9 (g/cm 3 ) Temp. Melting : 1082 O C % Elongasi : % Kond. Termal : 393 /m K

13 1. Tinjauan Pustaka Persiapan serbuk 2. Mixing Pencampuran untuk mendapatkan distribusi serbuk 3. Kompaksi Menempatkan serbuk logam pada cetakan yang kemudian di tekan sehingga serbuk akan terdeformasi dan membentuk sesuai cetakan 4. Sintering Terjadinya ikatan antar partikel menjadi susunan struktur yang kohern pada temperatur di bawah temperatur melting melalui transport massa

14 Kompaksi Saat penekanan, serbuk mengalami penyesuaian letak dan belum terjadi deformasi 2. Serbuk terdeformasi elastis. Ikatan timbul oleh gaya kohesi dari serbuk tanpa pengaruh panas 3. Serbuk terdeformasi plastik, terjadi mechanical interlocking dan penghancuran butir

15 Sintering 1. Perpindahan atom melalui kontak partikel yang bersentuhan 2. Pertumbuhan leher tersebut terjadi karena adanya perpindahan massa pada proses sinter tersebut 3. Pertumbuhan butir yang terjadi akan menghasilkan porositas yang mengecil sebanding dengan perbesaran butir 4. Pengkasaran pori terjadi karena bersatunya lubang-lubang kecil dari pori sisa, menjadi besar dan kasar.

16 Peralatan Ayakan Mesin Kompaksi Horizontal Furnace Neraca Analitik Dies Kompaksi Beaker Glass Masker dan Sarung Tangan Hot plate dan Magnetic Sirrer Combustion boat Jangka Sorong Alat Uji Tekan Alat Uji Hardness Mesin XRD Mesin SEM

17 Bahan Serbuk Serbuk Serbuk Zinc Stearat

18 Road Map -Sn, Al, Zn, (Lowden,1998) Berbasis -Ni,, Ag, Fe, Co, Mo, Re (Kock, 1985) Material Peluru

19 -20%, 25%, dan 30% (Medhat, 2012) -20% dan - 30% (A.Ibrahim, 2008) -20%, 30%, dan 40% (M. Ardestani, 2009) 300, 600, 900 MPa (A. Ibrahim, 2008) 245, 491, 663 MPa (A. Ghaderi Hamadi, 2011) -20, 30, 40% 200, 400, dan 600 MPa (Gita Novian H, 2013) Kompaksi - Sintering 900 o C (Syed Alam, 2004) o C (M. Ardestani, 2009) o C (M. Safrudin Yafie, 2013)

20 Metodologi

21 Karakterisasi Serbuk Analisa SEM Analisa XRD Distribusi Ukuran Serbuk

22 Karakterisasi Serbuk Analisa SEM 60 Analisa XRD 50 Presentase (%) Distribusi Ukuran Serbuk

23 Pengaruh Variasi Komposisi dan Tekanan Kompaksi - terhadap Densitas Porositas

24 Pengaruh Variasi Komposisi dan Tekanan Kompaksi - terhadap Densitas Green density (g/cm 3 ) Sinter density (g/cm 3 ) Green Density (g/cm 3 ) Sinter Density (g/cm 3 ) Komposisi Tekanan Kompaksi (Mpa) (wt%) ,82 11,45 12, ,92 10,44 10, ,48 9,93 10,56 Komposisi Tekanan Kompaksi (Mpa) (wt%) ,39 13,34 14, ,84 11,89 12, ,11 10,59 11,59

25 Analisa XRD -40% 200 MPa -30% 200 MPa -20% 200 MPa -40% 400 MPa -30% 400 MPa -20% 400 MPa Intensitas Intensitas Sudut (2 theta) Sudut (2 theta)

26 Analisa XRD -40% 600 MPa -30% 600 MPa -20% 600 MPa 6000 Intensitas Sudut (2 theta)

27 Variasi Tekanan Kompaksi 40%wt 200 MPa 400 MPa 600 MPa

28 Analisa Interface Interface -

29 Pengaruh Variasi Komposisi dan Tekanan Kompaksi - terhadap Porositas Tekanan kompaksi yang lebih tinggi menyebabkan interaksi gesekan antar partikel lebih tinggi sehingga mengurangi porositas (Abdoli,2008).

30 Pengaruh Variasi Komposisi dan Tekanan Kompaksi - terhadap Kekerasan HRB Kekerasan meningkat dengan meningkatnya komposisi karena kekerasan dari lebih besar daripada. (A. Abu-Oqail, 2012) Komposisi (wt%) Tekanan Kompaksi (Mpa) , ,

31 Pengaruh Variasi Komposisi dan Tekanan Kompaksi - terhadap Compressive Strength Tabel Compressive Strength Komposit - (MPa) Porositas Turun Compressive Strength

32 Pengaruh Variasi Komposisi dan Tekanan Kompaksi - terhadap Modulus Elastisitas Dipengaruhi Oleh : Kerapatan Porositas

33 Kesimpulan 1. Green density dan sinter density paling tinggi pada -20wt% dengan tekanan kompaksi 600 MPa sebesar 12,09 g/cm 3 dan 14,14 g/cm 3. Tekanan Kompaksi >> Komposisi << Green dan Sinter Density >> 2. Kekerasan semakin meningkat dengan semakin kecil komposisi dan tekanan kompaksi. Kekerasan paling tinggi 32 HRB 3. Berdasarkan hasil uji tekan didapatkan Compressive strength dan Modulus Elastisitas tertinggi pada -20wt%, tekanan kompaksi 600 MPa yaitu 220,89 MPa dan 55,68 GPa

34 SEKIAN TERIMA KASIH

35 Peneliti Metode Hasil Yutaka Hiraoka (2005) Mencampur untuk proses infiltrasi sebesar 19, 27, 355, dan 48%. Sedangkan untuk proses sintering sebesar 20, 40, 60, 80 %. Kekuatan patah pada Temperatur rendah dan keuletan dengan metode sintering lebih rendah daripada metode infiltrasi. Presentase yang dapat menyebabkan transisi dari ulet ke getas adalah 40-48%. A. Ibrahim (2009) Presentase yang digunakan adalah 20 dan 30% dengan tekanan kompaksi 300, 600, dan 900 MPa. Setelah itu dilakukan sintering pada temperatur 1250 dan 1400 o C dengan laju pemanasan 10 o C/menit dan waktu tahan selama satu jam. Densifikasi terbesar setelah sintering pada temperatur 1250 dan 1400 o C didapatkan pada tekanan 600 MPa. Sementara kekerasan meningkat dengan berkurangnya, sedangkan kekuatan kompresi meningkat dengan semakin bertambahnya.

36 M. Ardestani (2009) Komposisi 20, 30, dan 40 % dengan tekanan kompaksi 200 MPa dan sintering pada temperatur o C dengan atmosfer hidrogen selama 1,5 jam. Densitas relatif yang didapatkan adalah semakin meningkat dengan meningkatnya temperatur. Densitas terbesar didapatkan pda temperatur 1200 o C yaitu sekitar 98,85% hingga 99%. Kekerasan maksimum dicapai pada -20% dengan temperatur sintering 1200 o C. A. Ghaderi Hamadi (2011) Komposit tersebut dibuat dengan memvariasikan tekanan kompaksi yaitu sebesar 245, 491, dan 663 MPa. Temperatur sintering dibuat kontsan pada 1550 o C dengan atmosfer hidrogen. Dengan tekanan kompaksi 663 MPa didapatkan kekuatan tarik 605 MPa dan densitas sebesar 17.2 gr/cm 3. Fracture terlihat pada spesimen dengan tekanan kompaksi 663 MPa. Namun tekanan kompaksi yang digunakan tidak cukup besar untuk menyebabkan deformasi plastis atau fracture pada seluruh partikel tungsten ().

37 A Abu Oqail (2012) Memvariasikan komposisi yaitu sekitar 20, 25, 30% dan tekanan kompaksi sekitar 300, 600, 900, dan 1200 M{a Densitas paling tinggi didapatkan saat tekanan kompaksi sebesar 1200 MPa dengan waktu sintering 1400 o C dan holding selama 2 jam dengan presentase sebesar 30%. Sedangkan nilai kekerasan yang diukur dengan menggunakan Vickers Microhardness dapat disimpulkan bahwa semakin berkurangnya presentase dan meningkatnya waktu tahan sintering maka kekerasannya akan meningkat.

38 Komposisi Fraksi (%) Tekanan Proses (Mpa) Densitas (g/cm 3 ) % Densitas dari Pb Compressiv e Strength (MPa) Pb 100 na 11, Pb-Sn 95/5 na 11,00 PbSn 80/20 na 10,20 -Sn 70/ ,17 89, ,88 95, ,34 99, ,49 101, Sn -Al II -Zn Bi- - 58/42 95/5 60/4 70/30 80/ ,76 10,20 10,49 9,35 10,06 10,62 10,91 10,85 10,88 10,99 85,9 89,8 92,3 82,3 88,6 93,5 96,0 95,5 95,8 96, Tidak di Tes 220

39 Young-Sam Kwon and Seong-Taek Chung (2007) Memvariasikan komposisi yaitu sekitar 30 dan 35% dan tekanan kompaksi sekitar 150 MPa. A. A. Bothate (2010) Sintering atmosfer Nitrogen

40 Xianqiang (2010) Yin

41

42 Liquid Phase Sintering Partikel yang tidak mencair akan mengalami proses solid-state sintering selama pemanasan. Pada kondisi umumnya bagian yang mencair akan membasahi bagian yang padat. Pada kasus ini, cairan yang baru terbentuk menembus diantara butiran padat, memecah ikatan sinter, dan memicu penataan ulang butiran. Bagian yang cair tersebut nantinya akan mempengaruhi peningkatan kekasaran butiran dan densifikasi (Randal M. German, Pavan Suri, dan Seong Jin Park, 2008).

43 Komposisi Fraksi (%) Tekanan Proses (Mpa) Densitas (g/cm 3 ) % Densitas dari Pb Compressive Strength (MPa) Pb 100 na 11, Pb-Sn 95/5 na 11,00 PbSn 80/20 na 10,20 -Sn 70/ ,17 89,2 70 -Sn -Al II -Zn Bi- - 58/42 95/5 60/4 70/30 80/ ,88 95, ,34 99, ,49 101, ,76 10,20 10,49 9,35 10,06 10,62 10,91 10,85 10,88 10,99 85,9 89,8 92,3 82,3 88,6 93,5 96,0 95,5 95,8 96, Tidak di Tes 220

44