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. 060401053 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
PENGARUH TEMPERATUR PENUANGAN TERHADAP SIFAT KETANGGUHAN IMPAK (IMPACT TOUGHNESS) DAN KEKERASAN (HARDNESS) ALUMINIUM SEKRAP YANG DITAMBAH SILIKON 5% HAMDI ABDUL HAKIM NIM. 06 0401 053 Diketahui/Disyahkan: Ketua Depertemen Teknik Mesin Disetujui oleh: Dosen Pembimbing, Fakultas Teknik USU Dr.-Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP.196412241992111001 Dr.-Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP.196412241992111001
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 : 06 0401 053 NO Tanggal KEGIATAN ASISTENSI BIMBINGAN Tanda Tangan Dosen Pemb. 1. 24-02-2011 Pengajuan Proposal 2. 15-03-2011 Pemberian Spesifikasi Tugas Skripsi 3. 10-05-2011 BAB I 4. 20-05-2011 BAB II 5. 30-05-2011 Tambahan gambar danredaksi BAB II 6. 03-06-2011 BAB III 7. 08-06-2011 BAB IV 8. 14-06-2011 Tambahan diagram phasa BAB IV 9. 18-06-2011 Tambahan struktur mikro BAB IV 10. 21-06-2011 Perbaikan phasa intermetalik BAB IV 11. 24-06-2011 BAB V 12. 27-06-2011 ACC Seminar 13. 14. 15. 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.196412241992111001
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : /TS/2010 FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA : / /20... MEDAN. PARAF : TUGAS SKRIPSI N A M A : HAMDI ABDUL HAKIM NIM : 06 0401 053 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. 196412241992111001 NIP. 196412241992111001
PENGARUH TEMPERATUR PENUANGAN TERHADAP SIFAT KETANGGUHAN IMPAK (IMPACT TOUGHNESS) DAN KEKERASAN (HARDNESS) ALUMINIUM SEKRAP YANG DITAMBAH SILIKON 5% HAMDI ABDUL HAKIM NIM. 06 0401 053 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.195708081988111001 Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc NIP.194910121981031002
PENGARUH TEMPERATUR PENUANGAN TERHADAP SIFAT KETANGGUHAN IMPAK (IMPACT TOUGHNESS) DAN KEKERASAN (HARDNESS) ALUMINIUM SEKRAP YANG DITAMBAH SILIKON 5% HAMDI ABDUL HAKIM NIM. 06 0401 053 Telah Disetujui Oleh: Pembimbing/Penguji Dr.-Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP.196412241992111001 Penguji I Penguji II Ir.Syahrul Abda,M.Sc. NIP.195708081988111001 Ir. Mulfi Hazwi,M.Sc. NIP.194910121981031002 Disetujui Oleh: Departemen Teknik Mesin Ketua Dr.-Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP.196412241992111001
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 06 0401 053
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.
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... 1 1.2. Perumusan Masalah... 3 1.3. Hipotesa... 3 1.4. Tujuan... 3 1.5. Batasan Masalah... 4 1.6. Manfaat... 4 1.7. Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Riset-Riset yang Telah Dilakukan Sebelumnya... 6 2.2. Landasan Teori... 7 2.2.1. Aluminium... 7 2.2.2. Silikon... 9 2.2.3. Pengecoran... 11 2.2.3.1. Sejarah Pengecoran... 11 2.2.3.2. Teori Pengecoran... 11 2.2.3.3. Pembuatan Coran... 13
2.2.3.4. Sifat Coran Al-Si... 14 2.2.4. Pengujian Ketangguhan impak (Impact Toughness Test/Impact Charpy Test)... 15 2.2.5. Pengujian Kekerasan (Hardness Test)... 18 2.2.5.1. Metode Brinell... 20 2.2.5.2. Metode Vickers... 20 2.2.5.3. Metode Rockwell... 20 2.2.5.4. Metode Mikro Hardness... 21 2.2.6. Equotip Hardness Tester... 21 2.2.7. Metallography Test (foto mikro)... 22 2.2.7.1. Pemotongan (Cutting) Spesimen... 23 2.2.7.2. Bingkai (mounting) Spesimen... 24 2.2.7.3. Pengamplasan (Grinding) Spesimen... 25 2.2.7.4. Pemolesan (Polishing) Spesimen... 26 2.2.7.5. Etsa (Etching) Spesimen... 27 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian... 29 3.2. Bahan Dan Alat Penelitian... 30 3.2.1. Bahan yang Digunakan... 30 3.2.2 Alat yang Digunakan... 33 3.3. Prosedur Penelitian... 41 BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Uji Komposisi... 43 4.2. Hasil Uji Metalografi... 50 4.3. Hasil Uji Ketangguhan Impak (Impact Toughness)... 53 4.3.1. Sifat Mekanis Perpatahan... 54 4.4. Hasil Uji Kekerasan (Hardness)... 55
4.4.1.Mekanisme Penguatan Logam... 57 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan... 59 5.2. Saran... 60 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL Tabel Halaman Tabel 2.1. Pengaruh % Si terhadap sifat Aluminium... 15 Tabel 4.1. Komposisi material Aluminium bekas kemasan minuman... 43 Tabel 4.2. Tabel hasil pengujian impact charpy test... 53 Tabel 4.3. Hasil uji kekerasan metode Equotip pada spesimen Aluminium Sekrap. 55
DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman Gambar 2.1. Alat uji Impact Charpy (Lab Ilmu Logam USU)... 16 Gamber 2.2. Spesimen uji (http://www.buzzle.com)... 16 Gambar 2.3. Skematik kurva transisi ulet ke getas (http://www.buzzle.com)... 17 Gambar 2.4. Bentuk dan dimensi benda uji impak berdasarkan ASTM E23-56T (http://webmineral.com/data/aluminum.shtml)... 18 Gambar 2.5. Alat uji kekerasan material logam (Lab Ilmu Logam USU)... 19 Gambar 2.6. Equotip 3 Hardness Tester (Lab Ilmu Logam USU)... 22 Gambar 2.7. Struktur mikro dari Aluminium murni (www.metallographic.com)... 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 (www.metallographic.com)... 23 Gambar 2.9. Alat uji struktur mikro yaitu mikroskop optic (Lab Ilmu Logam USU) 28 Gambar 2.10. Hasil foto mikro dari Al-Si (www.metallographic.com)... 28 Gambar 3.1. Kaleng bekas minuman dan bagian Tutup Kaleng (Lab Teknologi Mekanik)... 30 Gambar 3.2. Gambar Silikon dan serbuk Silikon (Lab Foundry)... 31 Gambar 3.3. Gambar Pasir Silika (Lab Foundry)... 31 Gambar 3.4. Bentonite (Lab Foundry)... 32 Gambar 3.5. Arang Kayu (Lab Foundry)... 32 Gambar 3.6. Gabus untuk membuat die (Lab Teknologi Mekanik)... 33 Gambar 3.7. Dapur Peleburan (Lab Foundry)... 33
Gambar 3.8. Equotip Hardness Tester (Lab Ilmu Logam)... 34 Gambar 3.9. Impact Charpy Test (Lab Ilmu Logam)... 34 Gambar 3.10. Thermocouple Type-K (Lab Foundry)... 35 Gambar 3.11. Mikroskop Optik (Lab Ilmu Logam)... 35 Gambar 3.12. Polishing Machine (Lab Ilmu Logam)... 36 Gambar 3.13. Ladel Peleburan (Lab Foundry)... 36 Gambar 3.14. Crucible dan Penutupnya (Lab Foundry)... 37 Gambar 3.15. Batu koral dan dudukannya (Lab Foundry)... 37 Gambar 3.16. Blower dan air sprayer (Lab Foundry)... 38 Gambar 3.17. Timbangan (Lab Foundry)... 38 Gambar 3.18. Mikser (Lab Foundry)... 38 Gambar 3.19. Ayakan Pasir dan Silikon (Lab Foundry)... 39 Gambar 3.20. Wadah Pasir Cetak (Lab Foundry)... 39 Gambar 3.21. Serokan Pasir, dan Gayung (Lab Foundry)... 40 Gambar 3.22. Proses Penyekrapan (Lab Teknologi Mekanik)... 40 Gambar 3.23. Gelas Ukur (Lab Foundry)... 40 Gambar 4.1. Diagram Phasa Al-Mg (www.aluminiumlearning.com)... 43 Gambar 4.2. Diagram Phasa Al-Mg Sebenarnya (http://tptc.iit.edu)... 44 Gambar 4.3. Diagram phasa Al-Si (http://www.mrl.ucsb.edu)... 45 Gambar 4.4. Diagram Phasa Al-Si Sebenarnya (http://www.crct.polymtl.ca)... 45 Gambar 4.5. Diagram phasa Al-Fe (www.nims.go.jp)... 47 Gambar 4.6. Diagram Al-Fe sebenarnya... 47 Gambar 4.7. Diagram phasa Al-Fe-Si (Taylor,J.A)... 48 Gambar 4.8. Phasa Inter-Metalik (www.azom.com)... 49 Gambar 4.9. Foto mikro Aluminium sekrap dengan temperatur tuang 680 o C (pembesaran 200x)... 50 Gambar 4.10. Foto mikro Aluminium sekrap dengan temperatur tuang 700 o C (pembesaran 200x)... 51 Gambar 4.11. Foto mikro Aluminium sekrap dengan temperatur tuang 720 o C (pembesaran 200x)... 52 Gambar 4.12. Foto mikro Aluminium sekrap dengan temperatur tuang 740 o C (Pembesaran 200x)... 52
Gambar 4.13. Foto mikro Aluminium sekrap dengan temperatur tuang 760 o C (Pembesaran 200x)... 52 Gambar 4.14. Grafik Energi yang diserap (E) Vs Temperatur Tuang ( o C)... 54 Gambar 4.15. Grafik kekerasan Vs temperatur tuang coran Aluminium... 56
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