ANALISA PENGARUH PENAMBAHAN CU PADA MATRIKS KOMPOSIT ALUMINIUM REMELTING PISTON BERPENGUAT PASIR SILIKA TERHADAP KEKUATAN IMPAK DAN STUKTUR MIKRO PADA KOMPOSIT MATRIK ALUMINIUM DENGAN METODE STIR CASTING SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh : FAJAR PAUNDRA NIM. I1413011 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016
ii
iii
ANALISA PENGARUH PENAMBAHAN CU PADA MATRIKS KOMPOSIT ALUMINIUM REMELTING PISTON BERPENGUAT PASIR SILIKA TERHADAP KEKUATAN IMPAK DAN STUKTUR MIKRO PADA KOMPOSIT MATRIK ALUMINIUM DENGAN METODE STIR CASTING Fajar Paundra Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta E-mail : fajarpaundra@gmail.com Abstrak AMC (Aluminium Matrix Composites) merupakan material yang memiliki potensi besar untuk dikembangkan. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh penambahan variasi Cu terhadap kekuatan impak dan struktur mikro pada komposit Al-Si. Fraksi massa pasir silika yang digunakan sebanyak 3% dan penambahan Cu dengan variasi 0, 1, 2, 3 dan 4%. Proses pembuatan komposit menggunakan metode stir casting dengan kecepatan pengadukan 600 rpm selama 5 menit pada temperatur semi solid. Spesimen diuji menggunakan mikroskop optik dan alat uji impak charpy. Nilai kekuatan impak komposit aluminium tanpa penambahan Cu sebesar 0,333 j/mm 2, setelah ditambahkan Cu kekuatannya terus menurun hingga penambahan Cu 4% nilai kekuatan impak menjadi 0,104 j/mm 2. Pengamatan mikroskop optik memperlihatkan porositas dan persebaran yang semakin merata antara matriks dengan penguat SiO 2 seiring dengan penambahan Cu pada komposit. Dari hasil pengujian diketahui bahwa kekuatan impak menurun seiring dengan penambahan fraksi massa Cu. Hal ini disebabkan karena penambahan Cu dapat meningkatkan porositas dan terbentuk fasa CuAl 2 yang bersifat getas. Kata Kunci : Komposit, pasir silika, Cu, stir casting, impak, struktur mikro iv
ANALYSIS EFFECT CU ADDING AT ALUMINIUM MATRIX COMPOSITE PISTON REMELTING REINFORCED SILIKA SAND ON IMPACT STRENGHT AND MICRO STRUCTURE AT ALUMINIUM MATRIX COMPOSITE WITH STIR CASTING METHOD Fajar Paundra Mechanical Engineering Sebelas Maret University E-mail : fajarpaundra@gmail.com Abstract AMC (Aluminium Matrix Composite) is material which has a great potential for being developed. This research was done to find effect added of Cu variation for impact strength and microstructure on Al-Si composite. Mass fractions of sand silika is 3% and Cu variation adding is 0, 1, 2, 3 & 4%. Composite manufacture is using stir casting method with stirring 600 rpm during of 5 minutes on semi solid temperature. Speciments were tested using optical microscope and impact charpy testing machine. The value impact of composite without adding Cu is 0,333 J/mm 2 after added Cu value down. Until adding Cu 4% the value impact is 0,104 J/mm 2. Micro photograph showed the result of porosity and SiO 2 unform distribution with the adding of Cu to the composite. From the test results it is known that the strength of the impact decreases with mass fraction addition Cu. This is because the addition of Cu can increase the porosity and formed CuAl 2 phase which are brittle. Keywords :Composite, silika sand, Cu, stir casting impact,micro structure v
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan kenikmatan kepada kita semua sehingga laporan tugas akhir ini dapat penulis selesaikan. Tujuan penulisan skripsi ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar sarjana teknik di Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Tugas akhir ini memaparkan pengaruh penambahan Cu pada komposit matriks aluminium remelting piston berpenguat silika terhadap kekuatan impak dan struktur mikro. Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penelitian dan penulisan laporan tugas akhir ini, khususnya kepada : 1. Ayah, Ibu dan keluarga tercinta atas segala dukungan, doa dan bimbingan sehingga penulis bisa menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Bapak Teguh Triyono, ST, MEng dan Bapak Wahyu Purwo Raharjo, ST., MT selaku dosen pembimbing yang telah memberikan arahan dan masukan selama penyusunan tugas akhir ini. 3. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, ST., MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS. 4. Ibu Indri Yaningsih, ST., MT, Bapak Heru Sukanto, ST., MT dan Bapak Dr. Joko Trijono, ST., MT, selaku dosen penguji. 5. Bapak Eko Prasetya Budiana, ST., MT selaku dosen pembimbing akademik. 6. Semua dosen Teknik Mesin FT UNS yang telah membuka wacana keilmuan penulis. 7. Teman-teman S1 Teknik Mesin UNS dan Annisa Indah Setyawati yang telah memberikan dukungan dan motivasi dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 8. Serta semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas bantuan dan dorongan semangat serta doanya. Terima kasih, semoga Allah SWT membalas budi baik anda semuanya. vi
Penulis menyadari, bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran, koreksi dan kritik demi kesempurnaan skripsi ini, akan penulis terima dengan ikhlas dan dengan ucapan terima kasih. Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap skripsi ini dapat digunakan sebagaimana mestinya. Surakarta, Februari 2016 Penulis vii
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i SURAT TUGAS... ii HALAMAN PENGESAHAN... iii ABSTRAK... iv ABSTRACT... v KATA PENGANTAR... vi DAFTAR ISI... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR GAMBAR... xi BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Batasan Masalah... 2 1.4 Tujuan Penelitian... 2 1.5 Manfaat Penelitian... 3 1.6 Sistematika Penulisan... 3 BAB II. LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka... 4 2.2 Dasar Teori... 5 2.2.1 Komposit... 5 2.2.2 Klasifikasi Komposit... 6 2.2.3 Komposit Bermatrik Logam... 6 2.2.4 Bahan Penyusun Komposit Matrik Logam... 7 2.2.5 Fabrikasi Komposit Matrik Logam... 11 2.2.6 Proses Pembuatan Komposit AlSi... 14 2.2.7 Pengujian Impak... 15 2.2.8 Pengujian Densitas dan Porositas... 16 2.2.9 Pengujian Metalografi... 18 BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tempat Penelitian... 19 3.2 Alat dan Bahan... 19 3.2.1 Alat... 19 3.2.2 Bahan... 22 3.3 Proses Pembuatan Komposit AlSi... 23 3.4 Karakteristik AlSi... 24 3.4.1 Pengujian Impak... 24 3.4.2 Pengujian Densitas dan Porositas... 24 3.4.3 Pengujian Foto Makro... 25 3.4.4 Pengujian Metalografi Mikro... 25 3.4.5 Pengamatan SEM... 26 3.5 Diagram Alir Penelitian... 27 BAB IV. HASIL DAN ANALISA 4.1 Kekuatan Impak Komposit Matrik Alumunium... 28 4.1.1 Pengaruh Fraksi Massa Cu Terhadap Kekuatan Impak... 28 4.1.2 Pengujian Densitas dan Porositas... 30 viii
4.1.3 Pengamatan Makro Terhadap Penampang Patahan... 32 4.2 Pengamatan Struktur Mikro... 34 4.3 Pengamatan SEM... 35 BAB V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan... 38 5.2 Saran... 38 DAFTAR PUSTAKA... 39 LAMPIRAN... 41 ix
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Diagram fasa Al-Si... 9 Gambar 2.2 Tetahedron silika-oksigen... 10 Gambar 2.3 Penataan silikon dan oksigen atom dalam satuan sel kristobalit, polimorf dari SiO 2... 11 Gambar 2.4 Skema proses stir casting... 13 Gambar 2.5 Dimensi spesimen uji impak charpy... 15 Gambar 2.6 Ilustrasi skematis pengujian impak... 15 Gambar 2.7 Skema pengujian densitas... 17 Gambar 3.1 Peralatan stir casting... 19 Gambar 3.2 Alat uji mikro Euromex... 20 Gambar 3.3 Alat uji makro Olympus... 20 Gambar 3.4 Alat uji impak charpy... 21 Gambar 3.5 Timbangan digital... 21 Gambar 3.6 Pasir silika... 22 Gambar 3.7 Serbuk tembaga... 23 Gambar 3.8 Diagram alir penelitian... 27 Gambar 4.1 Grafik hubungan antara fraksi massa Cu dengan kekuatan impak... 29 Gambar 4.2 Grafik hubungan antara penambahan Cu dengan nilai porositas... 31 Gambar 4.3 Penampang patahan... 33 Gambar 4.4 Struktur mikro komposit... 34 Gambar 4.5 Hasil uji SEM pada komposit tanpa penambahan Cu... 36 Gambar 4.6 Hasil uji SEM pada penambahan Cu 2%... 36 Gambar 4.6 Hasil uji SEM pada penambahan Cu 4%... 36 x
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 3.1 Hasil uji spektro... 22 Tabel 4.1 Hasil pengujian impak... 29 Tabel 4.2 Data hasil pengijian densitas dan porositas... 31 xi