UNIVERSITAS DIPONEGORO

UNIVERSITAS DIPONEGORO PENGARUH FRAKSI BERAT AL 2 O 3 DAN AL-SI TERHADAP KEKERASAN DAN STUKTUR MIKRO MATERIAL SEPATU REM HASIL PENGECORAN INJEKSI BERTEKANAN (HPDC) TUGAS AKHIR ANGGI TAUFIK NUGRAHA L2E 008 019 FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN SEMARANG MARET 2013

TUGAS AKHIR Diberikan Kepada Dosen Pembimbing Jangka Waktu Judul Isi Tugas : Nama : Anggi Taufik Nugraha NIM : L2E 008 019 : Prof. Dr. rer. nat. Ir. A. P. Bayuseno, M.Sc : 6 Bulan : Pengaruh Fraksi Berat Al 2 O 3 dan Al-Si Terhadap Kekerasan dan Stuktur Mikro Material Sepatu Rem Hasil Pengecoran Injeksi Bertekanan HPDC. : Mengetahui dan menganalisis pengaruh fraksi berat Al 2 O 3 dan Al-Si terhadap kekerasan dan stuktur mikro material sepatu rem hasil pengecoran injeksi bertekanan (HPDC) yang digunakan pada sepatu rem sepeda motor meliputi bentuk butir, densitas dan porositas, struktur mikro, serta nilai kekerasan sehingga hasil analisa dapat dijadikan sebagai referensi pada suatu perusahaan pembuatan sepatu rem sepeda motor. Semarang, 14 Maret 2013 Dosen Pembimbing, Prof. Dr. rer. nat. Ir. A. P. Bayuseno, M.Sc NIP. 196205201989021001 ii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun yang dirujuk telah saya nyatakan dengan benar. NAMA : Anggi Taufik Nugraha NIM : L2E 008 019 Tanda Tangan : Tanggal : 14 Maret 2013 iii

HALAMAN PENGESAHAN Skripsi ini diajukan oleh : NAMA : Anggi Taufik Nugraha NIM : L2E 008 019 Jurusan/Program Studi : Teknik Mesin Judul Skripsi : Pengaruh Fraksi Berat Al 2 O 3 dan Al-Si Terhadap Kekerasan dan Stuktur Mikro Material Sepatu Rem Hasil Pengecoran Injeksi Bertekanan (HPDC). Telah berhasil dipertahankan di hadapan Tim Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan/Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro. TIM PENGUJI Pembimbing : Prof. Dr. rer. nat. Ir. A. P. Bayuseno, M.Sc ( ) Penguji : Dr. Sulardjaka, ST, MT ( ) Penguji : Dr. Ing. Ir. Ismoyo Haryanto, MT ( ) Penguji : Ir. Sudargana, MT ( ) Semarang, 14 Maret 2013 Jurusan Teknik Mesin Ketua, Dr. Sulardjaka, ST, MT NIP. 197104201998021001 iv

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai sivitas akademika Universitas Diponegoro, kami yang bertanda tangan di bawah ini : Nama : Anggi Taufik Nugraha NIM : L2E 008 019 Dosen Pembimbing : Prof. Dr. rer. nat. Ir. A. P. Bayuseno, M.Sc NIP : 196205201989021001 Jurusan/Program Studi : TEKNIK MESIN Fakultas : TEKNIK Jenis Karya : TUGAS AKHIR demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Diponegoro Hak Bebas Royalti Noneksklusif (None-exclusive Royalty Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul : PENGARUH FRAKSI BERAT AL 2 O 3 DAN AL-SI TERHADAP KEKERASAN DAN STUKTUR MIKRO MATERIAL SEPATU REM HASIL PENGECORAN INJEKSI BERTEKANAN (HPDC). beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti/Noneksklusif ini Universitas Diponegoro berhak menyimpan, mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat dan memublikasikan tugas akhir kami selama tetap mencantumkan nama kami sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta. Demikian pernyataan ini kami buat dengan sebenarnya. Dibuat di : Semarang Pada Tanggal : 14 Maret 2013 Dosen Pembimbing Yang menyatakan Mahasiswa Prof. Dr. rer. nat. Ir. A. P. Bayuseno, M.Sc NIP. 196205201989021001 Anggi Taufik Nugraha NIM. L2E 008 019 v

MOTTO Tinta para pelajar lebih suci daripada darah orang-orang yang mati syahid (Nabi Muhammad SAW) Di mana ada kemauan dan kesungguhan di sana pasti ada jalan Persembahan Tugas Akhir ini kupersembahkan kepada : Kedua orang tuaku, Ibu S Turyati dan Aang Habibullah yang telah memberikan kasih sayang serta dukungannya tanpa kenal lelah. Ketiga kakaku yang selalu menjadi inspirasiku vi

ABSTRAK Dewasa ini kebutuhan penggunaan sepatu rem semakin meningkat seiring dengan bertambahnya jumlah populasi sepeda motor. Sepatu rem dibuat dengan material Al-Si dalam hal ini ADC12 menggunakan proses pengecoran injeksi bertekanan (HPDC). Dalam penelitian ini bahan sepatu rem menggunakan ADC12 produk PT. Pinjaya Logam Mojokerto, kemudian ditambahkan partikel aluminium oksida (Al 2 O 3 ). Untuk memperbaiki kekerasanya, parameter yang diteliti adalah penambahan penambahan Al 2 O 3 5 %, 10 % dan 15 % dalam cairan Al-Si. Karakterisasi material yang dilakukan yaitu meliputi uji struktur mikro, uji densitas, perhitungan porositas dan uji kekerasan produk sepatu rem Al-Si hasil HPDC dengan penambahan unsur Al 2 O 3. Penambahan unsur Al 2 O 3 dilakukan melaui proses stirring selama 1 menit dengan kecepatan 160 rpm dan temperatur penuangan 750 0 C. Hasil perhitungan porositas menunjukkan bahwa nilai porositas pada penambahan komposisi Al 2 O 3 5 % sebesar 19.04 %, komposisi 10 % sebesar 14.35 % dan pada komposisi 15% sebesar 20.52 %. Kekerasan meningkat seiring dengan meningkatnya komposisi penambahan partikel Al 2 O 3. Hasil uji kekerasan menunjukkan bahwa nilai kekerasan pada penambahan komposisi Al 2 O 3 5 % sebesar 50.91 HRB, komposisi 10 % sebesar 51.11 HRB, dan pada penambahan komposisi 15 % sebesar 51.61 HRB. Kekerasan paling rendah pada komposisi 5 % hal ini disebabkan oleh adanya cacat porositas. Kata Kunci: HPDC, Al-Si, Al 2 O 3, Porositas, Komposisi vii

ABSTRACT Nowdays use of the brake shoe is increasing along with the number of a population motorcycle. Brake shoe are made with materials Al-Si/ Al 2 O 3 through the increasing high pressure die casting process. In this study, raw material ADC12 of a product PT. Pinjaya Metals is selected, Mojokerto and added by alumina particles (Al 2 O 3 ) to improve the mechanical properties. Parameters investigated is a variant additional composition Al 2 O 3 5 %, 10 % and 15 % in liquid Al-Si. Characterization conducted includes porosity tests, hardness tests, and micro structure test of Al-Si brake shoes product using HPDC process with the addition of elemental alumina (Al 2 O 3 ). The addition of elemental Al 2 O 3 done through the process of stirring for 1 minute at a speed of 160 rpm with pouring temperature 750 C. The results of porosity test show that the porosity increased is obtained for composition Al 2 O 3 at 5 % is 19.04 %, a composition at 10 % is 14.35 % and in composition at 15 % is 20.52 %. The hardness increases with increasing Al 2 O 3 composition. The results of hardness test show that the hardness product is the increasing at composition Al 2 O 3 at 5 % is 50.91 HRB, a composition at 10 % is 51.11 HRB and in composition at 15 % is 51.61 HRB. Hardness most low on the composition of 5 % it is caused by the presence of porosity defects. Keywords: HPDC, Al-Si, Porosity, composition viii

KATA PENGANTAR Alhamdulillahirobbil alamin. puji dan syukur senantiasa penulis panjatkan kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta ala yang tiada hentinya mencurahkan rahmat, nikmat dan hidayahnya, sehingga dengan segala karunia-nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul Pengaruh Fraksi Berat Al 2 O 3 dan Al-Si Terhadap Kekerasan dan Stuktur Mikro Material Sepatu Rem Hasil Pengecoran Injeksi Bertekanan HPDC. ini. Shalawat dan salam semoga selalu tercurah kepada panutan kita Rasulullah Muhammad SAW. Dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa hormat dan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan memberikan dorongan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, antara lain: 1. Prof. Dr. rer. nat. Ir. A. P. Bayuseno, M.Sc selaku dosen pembimbing, yang telah memberikan bimbingan, pengarahan, dan masukan-masukan kepada penulis untuk menyusun tugas akhir ini. 2. Bapak Sutadi selaku teknisi Laboratorium Proses Produksi Politeknik Negeri Semarang yang telah membantu dalam proses pembuatan dies. 3. Bapak Wahyu selaku teknisi Laboratorium Metalurgi Fisik Teknik Mesin Universitas Diponegoro yang telah membantu dapat proses pengujian karakterisasi. 4. Rekan penelitian Agus Tri Prasetyo, Bayu Andriyawan, Haeckel Bayyan Amil Valerat, Kusumaning Rahardian Putri, dan Nasrudin Arif Chamdani yang selalu mendukung dan membantu dalam pelaksanaan tugas akhir maupun penyelesaikan laporan ini. Dengan penuh kerendahan hati, penyusun menyadari akan kekurangan dan keterbatasan pengetahuan yang penyusun miliki sehingga tentu saja penyusunan tugas akhir ini jauh dari sempurna, untuk itu penyusun mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari semua pihak demi kemajuan penulis untuk masa yang akan datang. ix

Terakhir, dengan selesainya tugas akhir ini berarti selesai pula masa studi penulis di Teknik Mesin UNDIP. Semoga dapat memberikan manfaat bagi penulis dan juga kepada orang lain. Semarang, 14 Maret 2013 Penulis x

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN TUGAS AKHIR... ii HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS... iii HALAMAN PENGESAHAN... iv HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS... v ABSTRAK... vii KATA PENGANTAR... ix DAFTAR ISI... xi DAFTAR LAMPIRAN... xiv DAFTAR GAMBAR... xv DAFTAR TABEL... xviii NOMENKLATUR... xix BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan... 2 1.3 Batasan Masalah... 2 1.4 Originalitas Penelitian... 2 1.5 Metode Penelitian... 3 1.6 Sistematika Penulisan... 3 BAB II DASAR TEORI 2.1 Karakteristik Sepatu Rem (Brake Shoe)... 5 2.2 Aluminium... 7 2.2.1 Unsur-unsur Paduan Aluminium... 9 2.2.2 Sifat Aluminium... 10 2.3 Aluminium Oksida (Al 2 O 3 )... 12 2.4 Material Komposit... 14 xi

2.4.1 Komposit Matrik Logam (MMCs)... 15 2.5 Metode Stir Casting... 15 2.6 Pengecoran Aluminium... 17 2.7 Dies Casting... 18 2.7.1 High Pressure Die Casting (HPDC)... 21 2.7.2 Gravity Die Casting... 25 2.8 Paduan Al-Si... 28 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian... 32 3.2 Peralatan yang Digunakan... 35 3.3 Persiapan Bahan... 42 3.4 Proses Pembuatan Spesimen... 43 3.5 Pengujian Spesimen... 48 3.5.1 Pengujian Densitas dan Perhitungan Porositas... 48 3.5.2 Pengujian Kekerasan... 49 3.5.3 Pengujian Struktur Mikro... 51 BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN 4.1 Uji Komposisi Al-Si... 53 4.2 Identifikasi Hasil Pengecoran HPDC Al-Si/Al 2 O 3... 55 4.2.1 Hasil Pengujian Stuktur Mikro... 55 4.2.1.1 Pembahasan Hasil Pengujian Stuktur Mikro... 60 4.2.1.2 Distribusi Partikel Al 2 O 3... 62 4.2.2 Hasil Pengujian Densitas dan Perhitungan Porositas Al-Si/Al 2 O 3... 62 4.2.3 Hasil Pengujian Kekerasan... 65 4.2.3.1 Hasil Pengujian Kekerasan Al-Si/Al 2 O 3... 65 4.2.3.2 Pembahasan Hasil Pengujian Kekerasan Al-Si/Al 2 O 3... 67 4.2.3.3 Pembahasan Hasil Perhitungan Gaya Tekan Sepatu Rem Terhadap Kekerasan Al-Si/Al 2 O 3... 69 xii

4.2.3.4 Perbandingan Hasil Pengujian Kekerasan Al-Si/Al 2 O 3 dan Al-Si Tanpa Penambahan Al 2 O 3... 70 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 73 5.2 Saran... 73 DAFTAR PUSTAKA... 74 LAMPIRAN... 77 xiii

DAFTAR LAMPIRAN A. Gambar Teknik Dies... 77 B. Pengujian Komposisi Al-Si... 79 C. Perhitungan Densitas... 80 D. Perhiutngan Porositas... 83 xiv

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Sepatu rem... 5 Gambar 2.2 Letak Sepatu Rem pada Komponen Rem Tromol... 6 Gambar 2.3 Serbuk Alumunium Oksida... 12 Gambar 2.4 Klasifikasi MMCs berdasarkan bentuk penguat... 15 Gambar 2.5 Skema Proses Stircasting... 16 Gambar 2.6 Mesin Hot Chamber Die Casting... 20 Gambar 2.7 Cold Chamber Die Casting... 21 Gambar 2.8 Tampilan Skematis Pengecoran HPDC... 22 Gambar 2.9 Tampilan Mesin HPDC... 23 Gambar 2.10 Siklus Kerja High Pressure Die Casting... 24 Gambar 2.11 Metode Pengecoran Gravitasi... 26 Gambar 2.12 Diagram fasa Al-Si (ASM International, 2004)... 28 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian... 33 Gambar 3.2 Gergaji Mesin... 35 Gambar 3.3 (a). Tungku Krusibel dan (b) Burner... 36 Gambar 3.4 Kowi... 36 Gambar 3.5 Blower... 37 Gambar 3.6 Mesin HPDC... 37 Gambar 3.7 Cetakan Sepatu Rem... 38 Gambar 3.8 Stir Casting... 38 Gambar 3.9 Neraca Digital... 39 Gambar 3.10 Gergaji Tangan... 39 Gambar 3.11 (a) Thermocouple dan (b) Display... 40 Gambar 3.12 (a) Mesin Amplas dan (b) Mesin Poles... 40 Gambar 3.13 Rockwell Hardness Tester... 41 Gambar 3.14 (a) Mikroskop Metalurgi dan (b) Kamera... 41 Gambar 3.15 Vernier Caliper... 42 Gambar 3.16 Al-Si (ADC12) Batangan... 42 Gambar 3.17 Serbuk aluminium Oksida (Al 2 O 3 )... 43 xv

Gambar 3.18 Proses Pemotongan Al-Si Batangan... 43 Gambar 3.19 Penimbangan Potongan Al-Si... 44 Gambar 3.20 Penimbangan Serbuk Aluminium Oksida... 44 Gambar 3.21 Proses Peleburan Menggunakan Tungku Krusibel... 45 Gambar 3.22 Proses Stir Casting... 45 Gambar 3.23 Pengukuran Temperatur Penuangan... 46 Gambar 3.24 Proses Penuangan ke Cetakan HPDC... 46 Gambar 3.25 Spesimen Hasil Pengecoran HPDC... 47 Gambar 3.26 Proses Pemotongan Spesimen... 47 Gambar 3.27 Titik Pengujian Kekerasan... 50 Gambar 3.28 Pengujian Kekerasan... 51 Gambar 3.29 Proses Pengamplasan.... 52 Gambar 3.30 Proses Polishing... 52 Gambar 3.31 Pemberian Etsa pada Spesimen Uji... 52 Gambar 3.32 Pengujian Struktur Mikro... 52 Gambar 4.1 Posisi Pengujian Spesimen... 55 Gambar 4.2 (a). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al 2 O 3 5%wt Posisi Kanan... 56 Gambar 4.2 (b). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al 2 O 3 5%wt Posisi Tengah... 56 Gambar 4.2 (c). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al 2 O 3 5%wt Posisi Kiri... 57 Gambar 4.2 (d). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al 2 O 3 10%wt Posisi Kanan... 57 Gambar 4.2 (e). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al 2 O 3 10%wt Posisi Tengah... 58 Gambar 4.2 (f). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al 2 O 3 10%wt Posisi Kiri... 58 Gambar 4.2 (g). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al 2 O 3 15%wt Posisi Kanan... 59 xvi

Gambar 4.2 (h). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al 2 O 3 15%wt Posisi Tengah... 59 Gambar 4.2 (i). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al 2 O 3 15%wt Posisi Kiri... 60 Gambar 4.3 (a) Paduan Al-Si 15% Al 2 O 3... 61 Gambar 4.3 (b) Paduan Al-Si Tanpa Penguat Al 2 O 3... 61 Gambar 4.4 Hasil Densitas Terhadap Penambahan Fraksi Berat Al 2 O 3... 63 Gambar 4.5 Hasil Porositas Terhadap Penambahan Fraksi Berat Al 2 O 3... 64 Gambar 4.6 Posisi Penitikan... 65 Gambar 4.7 Hasil Nilai Kekerasan Rata Rata Terhadap Penambahan Fraksi Berat Al 2 O 3... 67 Gambar 4.8 Hasil Nilai Kekerasan Penambahan Fraksi Berat Al 2 O 3 dan Posisi Pengukuran AlSi/Al 2 O 3... 68 Gambar 4.9 Perbandingan Hasil Nilai Tegangan Tekan dengan Tegangan Spesimen... 70 Gambar 4.10 Perbandingan Nilai Hasil Kekerasan Al-Si Tanpa Penambahan dan Al-Si dengan Penambahan Al 2 O 3... 72 xvii

DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Sifat Fisis Alumunium Oksida... 13 Tabel 2.2 kandungan Si berpengaruh terhadap temperatur titik beku paduan aluminium... 29 Tabel 4.1 Hasil uji komposisi material Al-Si... 53 Tabel 4.2 Komposisi Paduan Aluminium Die Casting Kelas 12... 54 Tabel 4.3 Hasil Pengujian Struktur Mikro Al-Si/Al 2 O 3... 56 Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Densitas dan Peritungan Porositas... 63 Tabel 4.5 Hasil Pengujian Kekerasan Sepatu Rem dengan Fraksi Berat Al 2 O 3 (SkalaHRB)... 65 Tabel 4.6 Nilai Kekerasan Rata-Rata Produk Sepatu Rem Al-Si... 66 Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Gaya dan Tegangan Sepatu Rem Terhadap Kekerasan Al-Si /Al 2 O 3 Hasil HPDC dengan Fraksi Berat Al 2 O 3... 69 Tabel 4.8 Hasil Pengujian Kekerasan Sepatu Rem Al-Si Tanpa Penambahan Al 2 O 3 Pada Temperatur Tuang 750 0 C (Skala HRB)... 71 xviii

NOMENKLATUR Simbol Definisi Satuan m s Berat sampel kering (kg, g) m g Berat sampel setelah direndam dalam air selama 10 menit (kg, g) V Volume (m 3, cm 3 ) W Berat sampel di udara terbuka (kg, g) ρ Massa jenis (gr/cm 3 ) xix