PEMBUATAN SAMPEL DAMI (TIRUAN) BERPEDOMAN PADA SAMPEL STANDART BERSERTIFIKAT UNTUK PENGUJIAN SPEKTROMETER Lutiyatmi Jurusan Teknik Pengecoran Logam Politeknik Manufaktur Ceper Klaten E-mail : yatmiluti@yahoo.co.id ABSTRAK Spectroscopic Certificate Reference Material (SCRM) dan Certificate Reference Material (CRM) adalah sampel standart bersertifikat yang digunakan dalam pengujian komposisi kimia pada alat uji Spektrometer. Sampel standart ini pengadaannya sulit, harganya mahal dan penggunaannya harus seminimal mungkin. Sampel Dami adalah sampel tiruan yang sengaja dibuat sebagai sampel pendukung maupun sampel pengganti dari sampel standart bersertifikat (CRM/SCRM). Jenis bahan dari besi tuang kelabu (Cast Iron). Pembuatan sampel dami menggunakan proses pengecoran logam dengan beberapa tahapan antara lain : perencanaan proses, proses pembuatan, pembentukan, penyeleksian, pengimplementasian, pengecekan dan perawatan. Sampel Dami yang dihasilkan diberi kode B1, B4 dan B6 pengujiannya berpedoman pada sampel standart bersertifikat CRM CKD 238. Sampel ini dapat digunakan sebagai sampel pendamping dari sampel bersertifikat, terutama pada 3 unsur pokok yaitu Carbon (C), Silikon (Si) dan Mangan (Mn). Nilai standart CRM CKD 238 adalah C : 3,24-3,37%; Si : 1,53-1,54%; Mn : 0,480-0,481%. Hasil uji untuk sampel dami B1, B4 dan B6 adalah unsur C : 3,42-3,47%; 3,59-3,66%; 3,39-3,46%; unsur Si : 1,89-1,92%; 1,63-1,67%; 1,84-1,89% dan unsur Mn : 0.387-0,393% ;0,397-0,405%; 0,401-0,406%. Kata kunci : Spektrometer, Sampel Dami, Cast Iron A. PENDAHULUAN Perkembangan teknologi semakin maju salah satunya di sektor industri pengecoran logam, dimana kualitas produk yang dihasilkan sangat diutamakan. Pengujian atau pengecekan sangat diperlukan untuk menjaga kualitas produk dan bahan yang digunakan terutama dalam proses pengecoran logam. Politeknik Manufaktur Ceper adalah lembaga pendidikan yang juga melayani jasa pengujian (laboratorium) dan memiliki alat-alat pengujian logam, salah satunya Spektrometer. Spektrometer merupakan alat pengujian komposisi kimia (mengetahui unsur-unsur yang terkandung dalam suatu bahan/material) yang dapat digunakan untuk analisa sehingga dapat diketahui kwalitas produk yang diuji. Kepresisian dan keakurasian hasil uji spektrometer sangat diperlukan, apalagi dilihat dari fungsinya yang sangat penting, maka harus dilakukan standarisasi maupun kalibrasi pada spektrometer tersebut. Standarisasi dan kalibrasi harus dilakukan untuk meyakinkan nilai uji yang dihasilkan oleh spektrometer, untuk itu diperlukan sampel standart bersertifikat yang digunakan sebagai sampel standarisasi dan sampel acuan dalam pelaksanaan pengujiannya. Sampel bersertifikat yang digunakan adalah Spectroscopic Certificate Reference Material (SCRM). SCRM ini nilai-nilai ujinya sangat presisi dan diakui secara umum, tetapi sulit didapat karena belum tersedia di dalam negeri dan harus dibeli dari luar negeri sehingga harganya mahal. Pembuatan sampel tiruan berdasarkan sampel standart SCRM yang dinamakan Sampel Dami adalah salah satu sampel yang akan 37
dilakukan proses pembuatannya dalam kegiatan penelitian ini. Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkan Sampel Dami yang dapat digunakan sebagai sampel pendamping atau sampel pengganti untuk sampel bersertifikat pada alat uji spectrometer. Manfaat dari pembuatan sampel dami antara lain : - Penghematan penggunaan sampel bersertifikat (CRM/SCRM) - Penghematan biaya proses uji - Menjaga keakurasian dan kepresisian hasil uji spektrometer B. TINJAUAN PUSTAKA Mutu dan kualitas suatu produk tidak dapat diabaikan apalagi pada era industrialisasi dan perkembangan teknologi yang semakin maju seperti sekarang ini. Para industriaawan di bidang pengecoran logam (Foundry) dan pembuatan baja (Steel making) mampu membuat produk dengan komposisi yang tepat sesuai standart yang dikehendaki. Optical Emission Spectrometer (OES) adalah suatu nama alat uji yang digunakan sebagai alat untuk menganalisa unsur-unsur logam dan campurannya dengan akurat, cepat dan mudah dioperasikan. Alat uji spektrometer ini di industri pengecoran logam memiliki fleksibilatas tinggi karena dapat digunakan untuk mengembangkan produknya dari satu komposisi ke komposisi lain maupun membuat paduan logam yang bervariasi dengan tepat. Alat uji spektrometer mendeteksi komposisi atau kadar unsur-unsur yang terkandung dalam suatu logam, hasil dapat diketahui melalui panjang gelombang dan intensitas sinar yang terpancar. Sinar yang terpancar memiliki panjang gelombang tertentu sesuai dengan jenis atom unsurnya dan intensitas sinar yang terpancar sebanding dengan kadar konsentrasi unsurnya (BBLM Bandung, 1997) Proses pengujian spektrometer diperlukan persiapan sampel yang akan diuji untuk mendapatkan hasil analisa dengan komposisi yang tepat. Persiapan yang kurang baik tentunya akan berakibat pada sampel yang akan diuji. Persiapan sampel tersebut adalah : 1. logam cair yang diambil untuk sampel uji bebas dari slag atau okisida dan dituang ke dalam cetakan logam. 2. permukaan sampel uji harus rata - Baja memakai belt sander - Cast Iron memakai grinder - Non ferous memakai mesin bubut 3. sampel uji memiliki homogenitas yang cukup baik 4. memiliki area yang cukup untuk dispark (dianalisa) lebih dari satu kali pada titik yang berbeda. Beberapa keuntungan dalam analisa komposisi logam menggunakan spektrometer, khususnya pengecoran logam, antara lain : (Zaenal H. George, 1997) 1. waktu analisa cepat Waktu analisa berlangsung sekitar 1 menit, kecepatan ini dapat mem-bantu dalam proses alloying logam cair sebelum dituang ke ladle atau cetakan sehingga lebih menghemat panas dan waktu. 2. produk coran berkwalitas tinggi Spektrometer memiliki keakurasian yang tinggi dalam analisanya, sebelum dituang logam cair diuji dengan spektro apakah sudah masuk standart yang dikehendaki. Spektrometer akan mengontrol ketepatan komposisi ini sehingga didapatkan logam coran yang berkwalitas tinggi. 3. bahan baku tambahan dapat dihemat, dengan adanya kontrol yang baik maka proses alloying dapat dipantau 38
dengan cepat dan tepat sehingga pemakaian bahan baku lebih efesien. 4. spektrometer dapat menguji bermacam-macam jenis logam. Macam dan jenis logam yang dapat diuji tergantung basic atau kebutuhan pemakai spektrometer. Basic spektrometer mempunyai range analisa standarisasi dan kalibrasi yang baku untuk mendapatkan keakurasian hasil ujinya. Beberapa keuntungan penggunaan spektrometer tersebut, harus diperhatikan spektrometer harus dilengkapi dengan sampel standart uji pendukungnya. Spektrometer harus memiliki suatu standart baku yang menunjukkan bahwa alat ini kondisinya baik dan layak untuk dilakukan proses pengujian sampel. Alat uji spektrometer harus mempunyai sampel standart bersertifikat yang dapat digunakan dalam pengecekan kondisinya. Sampel bersertifikat tersebut adalah Spectroscopic Certified Reference Material (SCRM/CRM). Sampel CRM/SCRM ini adalah sampel standart bersertifikat yang berfungsi sebagai pedoman atau acuan dalam pengujian spektrometer dalam penentuan hasil-hasil uji yang didapatkannya. Dilihat dari fungsinya sebagai penentu dalam keakurasian hasil uji dalam pengujian komposisi kimia maka secara otomatis penggunaannya sangat rutin dan tidak dapat diabaikan. Proses pembuatan sampel Dami (sampel tiruan) untuk sampel CRM/SCRM ini memerlukan penelitian untuk menghasilkan sampel yang akurat sebagai sampel acuan pendukung dan pendamping dari sampel standart CRM/SCRM tersebut. Analisa yang dilakukan untuk memastikan bahwa alat uji dalam kondisi baik dengan cara membandingkan data-data hasil pengujian sampel standart bersertifikat dengan hasil pengujian sampel tersebut, jika hasil uji masih sesuai dan masuk range pada sertifikat sampel maka alat uji dalam kondisi baik. C. METODOLOGI PENELITIAN Bahan Bahan utama yang digunakan dalam pembuatan sampel dami ini adalah bahan jenis besi tuang kelabu (BTK). Spesifikasi besi tuang terlihat pada unsur utama yang terkandung di dalamnya, yaitu unsur C (Carbon), Si (Silikon), Mangan (Mn), Pospor (P) dan Sulfur (S). Alur Proses Penelitian Pada proses pembuatan sampel dami ini terdiri dari langkah-langkah sebagai berikut: Gambar 1. Diagram alir proses pembuatan sampel dami Prosedur Pelaksanaan Penelitian Pembuatan sampel dami menggunakan proses penelitian dari : perencanaan proses, penentuan proses, proses pembuatan sampel dami, penentuan sampel dami, penentuan sampel dami, implementasi, pengecekan dan perawatan sampel dami. 39
Kegiatan yang dilakukan dalam pembuatan sampel dami 1. Perencanaan Proses Pembuatan sampel dami ini memerlukan perencanaan proses untuk mendapatkan hasil yang diharapkan, antara lain : Menentukan tempat Tempat kegiatan direncanakan dilakukan di industri pengecoran logam Koperasi Batur Jaya, PT. Bahama Lasakka dan Politeknik Manufaktur Ceper, dengan pertimbangan bahwa : - pimpinan memberi dukungan pembuatan sampel dami - spesifikasi sampel dami yang akan dibuat jenis cor dari bahan besi tuang kelabu (BTK) - industri berlokasi di daerah sentra industri pengecoran logam khususnya pengecoran logam besi tuang kelabu Menentukan peralatan Perencanaan pemilihan peralatan untuk pembuatan sampel dami adalah tungku pengecoran logam yang baik dan dapat diatur dalam penggunaannya, maka direncanakan dengan tungku induksi Menentukan pegujian pendukung Pengujian yang direncanakan diharapkan dapat mendukung proses untuk mendapatkan hasil yang diharapkan, antara lain : - Pengujian CE Meter - Pengujian Pirometer - Pengujian Spektrometer Menentukan data pendukung Perencanaan proses pembuatan sampel dami ini memerlukan data-data pendukung yang harus dipersiapkan sebelum dan sesudah melaksanakan proses yang dilakukan. Peneliti mengumpulkan data pendukung cukup lama, sekitar 3 tahun yang lalu sebagai bahan pertimbangan untuk dapat menentukan sampel dami yang dibuat. 2. Pelaksanaan Pembuatan Sampel Dami Tempat pembuatan sampel dami di daerah Batur, Ceper, Klaten yaitu : - Politeknik Manufaktur Ceper - Koperasi Batur Jaya - PT. Bahamma Lassaka Tungku peleburan yang digunakan adalah tungku Induksi kapasitas 200 s/d 500 Kg dan juga tungku kupola sebgai pendukungnya Pengujian-pengujian yang dilakukan adalah : - Pengujian CE Meter - Pengujian Pirometer - Pengujian Spektrometer 3. Proses Pembuatan Sampel Dami Penyiapan bahan dan seleksi bahan cor. Bahan-bahan yang digunakan dalam peleburan sampel dami antara lain : pig iron, scrap, return scrap, rongsokan dan beram Pengujian sampel hasil pengecoran - pengujian CE meter : untuk mengetahui kondisi cairan logam apakah komposisinya sudah sesuai peramuan yang direncanakan - pengujian pirometer : untuk mengetahui temperatur cairan logam dalam tungku pengecoran. - Pengujian spektrometer : untuk mengetahui komposisi unsur logam pada produk yang diuji, Analisa uji dan data pendukung - Pengujian sampel-sampel standart SCRM/CRM - Uji ulang sampel yang sudah diuji 40
- Pengujian beberapa contoh sampel pembanding 4. Penentuan Sampel Dami Penggunaan sampel uji standart yaitu sampel SCRM dengan kode CKD 238 untuk besi cor beserta sertifikat ujinya digunakan sebagai pedoman dalam pembuatan sampel dami ini. Kegiatan yang dapat dilakukan antara lain : - Analisa lanjut sampel dami dengan sampel standart - Pengujian sampel dami yang telah dibuat dengan alat uji spektrometer dengan memperhatikan hasil-hasil uji pada pengujian sebelumnya, baik dengan menggunakan spektrometer maupun CE Meter - Data uji yang dihasilkan dianalisa - Pendataan sampel dami dengan menentukan dan member kode sampel - Pemilihan dan seleksi sampel berdasarkan analisa data sampel dami yang sudah dibuat dan diuji 5. Implementasi Pembuatan sampel tiruan standart (sampel dami) ini dapat membantu dalam proses pengujian pada alat uji alat uji Spectrometer. Sampel dami dapat digunakan dengan rutin dan secara langsung pada saat melakukan pengujian spectrometer. Sampel dami berfungsi sebagai sampel pengganti sampel standart CRM/SCRM maupun sebagai sampel pendamping dalam proses pengujian. Sampel dami yang dihasilkan keakurasian dan kepresisiannya memenuhi spesifikasi yang dibutuhkan untuk alat uji spectrometer, walaupun harus sering dilakukan pengujian perbandingan dengan sampel standart CRM. 6. Pengecekan dan Perawatan Sampel Dami Sampel dami sangat dibutuhkan dalam pengujian spektometer, tanpa adanya benda standart yang baku (CRM) maupun sampel tiruan pendampingnya maka sulit untuk menentukan keakurasian dari alat uji Spektrometer ini. Beberapa fungsi sampel standart bersertifikat (CRM) adalah : - pengecekan kepresisian nilai uji sampel dami yang dihasilkan dari spektrometer - pengecekan hasil uji setelah dilakukan standarisasi (kondisi alat stabil/tidak) - mengetahui kondisi spektrometer dalam pelaksanaan pengujian - sebagai acuan dalam melakukan tindak lanjut pengujian Penggunaan sampel CRM harus memperhatikan hal-hal, antara lain : - harga sampel CRM sangat mahal, jadi penggunaannya harus hati-hati - jumlah sampel CRM terbatas, sehingga penggunaannya seminimal mungkin karena cepat habis - sampel CRM harus dilakukan perawatan karena akan mempengaruhi nilai uji yang akan dihasilkan - spesifikasinya sampel CRM khusus, jadi hati-hati dalam penggunaannya. Pembuktian-pembuktian hasil uji yang didapat dari sampel tiruan CRM ini, antara lain : - Cros cek hasil uji sampel dami dengan menggunakan alat uji spektrometer yang lain yang sesuai - Cros cek hasil uji sampel dami dengan uji ulang sampel standart CRM secara periodik - Standarisasi spektrometer uji dan percobaan ulang antara sampel dami dengan sampel standart bersertifikat (CRM) - Sampel dami siap digunakan D. HASIL DAN PEMBAHASAN Keberadaan sampel standart bersertifikat (CRM) mutlak diperlukan dalam alat uji spektrometer untuk itu 41
sampel dami adalah salah satu inovasi sebagai sampel tiruan dan pendamping dalam pengujian spektrometer. Proses dan hasil pembuatan sampel dami dapat dilihat pada Gambar dibawah ini : menunjukkan nilai unsur C, Si, CEL dan suhu pada cairan logam. Pengujian ini memberikan hasil yang dapat digunakan untuk analisa peramuan logam, sehingga kita dapat mengatur cairan logam yang dibuat sesuai dengan spesifikasi yang diharapkan pada saat peleburan. Setelah selesai dapat dilakukan analisa lanjut ke penentuan sampel dami setelah dilakukan uji spectrometer, dapat dilihat pada gambar 4. Proses dan analisa uji spectrometer. Gambar 2. Sampel Bersertifikat (SCRM) Gambar 2 menunjukkan sampel standart beserta hasil uji bersertifikatnya, yang digunakan sebagai pedoman dalam penentuan sampel dami yang digunakan. Pada penelitian ini digunakan sampel SCRM CKD 238 dengan kandungan persentase 3 unsur utamanya adalah : - C : 3,24 3,37 % - Si : 1,53 1,54 % - Mn : 0,480 0,481 % Hasil Uji Pendukung Gambar 3. Contoh hasil uji CE Meter & Pyrometer Gambar 4. Analisa lanjut pada Spektrometer Penentuan Nilai Sampel CRM CKD 238 Menentukan sampel dami bermula pada sampel standart CRM CKD 238 diuji terlebih dahulu min 20 kali dengan spectrometer. Hasil uji dibandingkan dengan sertifikat sampel standart tersebut, diambil nilai terendah dan tertinggi dari data pengujian yang dilakukan, jika hasil masuk range (selisih perbedaan <5%) pada setiap pengujiannya. Selanjutnya dibuat grafik hubungan antara nilai uji sampel standart dengan sertifikat ujinya. Data disimpulkan dan digunakan sebagai pedoman lanjut dalam menentukan sampel dami yang akan diseleksi. Hasil grafik ditunjukkan pada gambar 5. Gambar 3. Pengujian CE Meter memberikan data hasil pengujian pendukung dalam pembuatan sampel dami pada saat proses peleburan, hasil 42
Nilai % 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Grafik Gabungan Nilai Standar dan hasil Pengujian Sampel CRM C Si Mn P Si Cr Mo Ni Al B Co Cu Mg Nb Series1 3.36 1.55 0.48 0.052 0.006 0.018 0.115 1.11 0.01 0.007 0.005 0.92 0.046 0.012 Series2 3.24 1.53 0.48 0.037 0.006 0.016 0.11 1.11 0.008 0.006 0.008 0.925 0.022 0.009 Series3 3.37 1.54 0.481 0.041 0.007 0.019 0.113 1.12 0.008 0.007 0.009 0.925 0.024 0.009 Jenis Unsur Gambar 5. Grafik hasil uji sampel CRM CKD 238 dengan sertifikat ujinya ) (% j U i ila N 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Grafik Nilai Uji Sampel Daim CKD 238-B4 Series 1 : Nilai Sampel Dami CRM Terendah Series 2 : Nilai Sampel Dami CRM Tertinggi C Si Mn P Si Cr Mo Ni Al B Co Cu Mg Nb Series1 3.59 1.63 0.3970.1420.0430.1360.0040.0730.0020.0010.0070.265 0 0.008 Series2 3.66 1.67 0.4050.1570.0480.1490.0060.0740.0030.0010.0070.269 0 0.008 Jenis Unsur Gambar 7. Grafik analisa sampel dami B4 Penentuan Nilai Sampel Dami Hasil uji sampel CRM CKD 238 setelah dilakukan uji dan hasilnya memenuhi range standart dengan nilai sertifikatnya, maka contoh sampel dami yang sudah diseleksi yaitu sampel kode B1, B4 dan B6 juga dilakukan pengujian pada spectrometer. Pengujian untuk setiap sampel dami dilakukan min 20 kali dan dibuat analisa hasil akhirnya. Analisa hasil uji setiap sampel dami diambil range tertinggi dan terendah dari data ujinya, kemudian dibuat suatu grafik dan hasil uji digunakan sebagai hasil akhir dari sampel dami. Nilai uji hasil akhir sampel dami digunakan sebagai acuan dalam pengecekan penggunaan alat uji spectrometer disamping sampel standart SCRM. Hasil uji sampel dami ditampilkan pada grafik dibawah ini (Gambar 6, 7 dan 8). ) (% ji i U ila N 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Grafik Nilai Uji Sampel DaimCKD 238-B6 Series 1 : Nilai Sampel Dami CRM Terendah Series 2 : Nilai Sampel Dami CRM Tertinggi C Si Mn P Si Cr Mo Ni Al B Co Cu Mg Nb Series1 3.39 1.84 0.4010.1340.0430.092 0 0.0650.0048E-040.0080.339 0 0.008 Series2 3.46 1.89 0.4060.1440.048 0.1 0.0010.0660.0049E-040.0080.341 0 0.008 Gambar 8. Grafik analisa Sampel Dami Jenis Unsur ) (% ji i U ila N 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Grafik Nilai Uji Sampel Daim CKD 238-B1 C Si Mn P Si Cr Mo Ni Al B Co Cu Mg Nb Series1 3.42 1.89 0.39 0.24 0.05 0.09 0 0.06 0.01 0 0.01 0.21 0.02 0.01 Series2 3.47 1.92 0.39 0.24 0.05 0.1 0.01 0.06 0.01 0 0.01 0.21 0.02 0.01 Jenis Unsur Gambar 6. Grafik analisa sampel dami B1 Gambar 9. Sampel Dami dan sampel Uji Hasil Akhir Sampel Dami Data-data hasil pengujian dalam pembuatan sampel dami ini dituangkan dalam suatu standar acuan dan dibuat suatu nilai uji berbentuk tabel acuan nilai uji sampel pendamping SCRM. Tabel 43
berisikan nilai Sertifikat SCRM CKD 238 sebagai sampel standart utama, hasil ulang analisa uji akhir dari sampel SCRM CKD 238, hasil akhir analisa uji sampel dami yang diberi kode B1, B4 dan B6 sebagai pedoman lanjut sampel pendamping sampel standart bersertifikat. Tabel akhir analisa hasil sampel dami tersebut dapat dilihat pada gambar 10, untuk Gambar 9 menunjukkan sampel dami yang dibuat dan sampel uji pendukung yang lain. Tabel 1. Nilai Standart sampel Dami 3. Hasil uji untuk sampel dami B1, B4 dan B6 untuk unsur C : 3,42-3,47; 3,59-3,66%; 3,39-3,46%; unsur Si : 1,89-1,92%; 1,63-1,67%; 1,84-1,89% dan unsur Mn : 0.387-0,393%; 0,397-0,405%; 0,401-0,406%. DAFTAR PUSTAKA ASM Committe, 1990, Properties and Selection Irons, Stell and High Performance Alloys, ASM Handbook Bureau Of Analysed Samples LTD, Newham Hall, Newby, Middlesbrough, England, TS8 9EA Surdia, T., Saito, W. L., Shinroku, 1999, Pengetahuan Bahan Teknik, Pradya Paramita, Jakarta. Zaenal, H., George, B. E.,1997, Aplikasi Metalurgical Spectrometer, Balai Besar Industri Logam dan Mesin Bandung Gambar 10. Grafik Hasil Uji Sampel Dami E. KESIMPULAN Penelitian yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa : 1. Sampel dami (tiruan standart) dapat digunakan sebagai sampel acuan pendamping dari sampel uji standart bersertifikat SCRM/CRM pada Spektrometer dengan hasil yang baik, presisi, tidak mahal dan dapat dibuat lebih mudah. 2. Sampel dami yang dihasilkan diberi kode : B1, B4 dan B6, berpedoman pada standart CKD 238 dengan nilai range standart C : 3,24-3,37%; Si : 1,53-1,54%; Mn : 0,480-0,481%. 44