KAJIAN SIFAT MEKANIS ALUMINIUM KOMERSIL UNTUK BAHAN PIPA AC DENGAN PERLAKUAN TERMOMEKANIKAL SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik ] JULIUS PUTRA BRATA NIM. 060401023 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
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 Kajian Sifat Mekanis Aluminium Komersil Untuk Bahan Pipa AC Dengan Perlakuan Termomekanikal 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 2. Bapak Dr.Eng.Ir. Indra Nasution, MT selaku dosen pembimbing penulis pada tugas sarjana ini. 3. Bapak Ir. Alfian Hamsi, MSc selaku dosen pembanding I dan Bapak Ir. Syahrul Abda, MSc selaku dosen pembanding II yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahannya 4. Ibunda tercinta Nurhayati dan Ayahanda Bahrum. T, Kakak dan abangabang tersayang Dr. Rumiyati, Dedi iskandar. ST, Dr. Julian Hidayat serta adik-adikku Pebrian Rahmat Rhamadhan dan Muhamad Ikhsan Fikri yang telah membimbing dan memberikan semangat serta menjadi motivasi bagi penulis. 5. Bapak Suprianto, ST. MT. yang telah meluangkan waktunya untuk berdiskusi dengan penulis selama penyelesaian tugas akhir ini. 6. Bapak Sarjana,ST, Bapak Rustam, yang telah memberikan dukungan untuk menyelesaikan skripsi ini. 7. Teman teman kelompok penelitian Boy Harpit Akroma, Marzuki, Miswar ABD, Rifai Usman dan Teuku Fahri yang telah banyak
memberikan sumbangan tenaga dan dukungannya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. 8. 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, 20 September 2011 Penulis Julius Putra Brata 06 0401 023
ABSTRAK Perbaikan sifat-sifat mekanis dari aluminium telah dilakukan dengan metode deformasi plastis. Termomekanikal diharapkan dapat meningkatkan kekuatan mekanis bahan tanpa perlu menambahkan bahan paduan lain. Termomekanikal adalah salah satu metode deformasi plastis menyeluruh yang menghalusan ukuran butir logam dan paduan logam konvensional untuk bahan kontruksi pipa aluminium salah satunya pipa AC. Teknik ini menggunakan mesin pengerolan logam konvensional. Material Aluminium dirol sehingga ketebalannya berkurang setelah dilakukan proses Heat Treatmnet. Proses Termomekanikal pada penilitian ini dilakukan mendapatkan deformasi 10%,30 %,dan 50 % dengan variasi suhu pada setiap kondisi. Pengujian yang dilakukan adalah uji tarik, uji kekerasan dan foto mikro.dari penelitian didapat bahwa kenaikan sifat mekanis yang signifikan terjadi pada kondisi deformasi 30 % dengan dengan hasil kekerasan BHN 48,92,Tegangan batas 170,7 MPa, Tegangan luluh 108,3 MPa dan ukuran butiran 32,26 µm. Secara keseluruhan peningkatan terjadi pada sifat mekanis aluminium dan ukuran butiran meningkat seiring dengan meningkatnya kekerasan bahan dapat disimpulkan bahwa telah terjadi deformasi plastis menyeluruh pada bahan. Kata kunci: Deformasi Plastis Menyeluruh, Termomekanikal, Sifat Mekanis, Aluminium
DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PENGESAHAN... i SPESIFIKASI TUGAS... ii KATA PENGANTAR... iii ABSTRAK... v DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi DAFTAR NOTASI... xii BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan penelitian... 2 1.3.1 Tujuan umum... 2 1.3.2 Tujuan khusus... 2 1.4 Mamfaat Penelitian... 3 1.5 Batasan masalah... 3 1.6 Sistematika Penulisan BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Aluminium... 5 2.1.1 Unsur-unsur paduan aluminium... 7 2.1.2 Pemrosesan Aluminium.... 8 2.1.3 Microstruktur Aluminium... 11 2.1.4 Sifat-Sifat Aluminium... 12 2.1.4.1 Sifat Fisik Aluminium... 12 2.1.4.2 Sifat Mekanik Aluminium... 13 2.1.5 Diagram Fasa Alumunium... 15 2.1.6 Aplikasi Aluminium pada bahan pipa... 16 2.2 Deformasi plastis menyeluruh (Severe Plastic Deformation)... 16 2.3 Proses Termomekanikal... 17 2.4 Pengujian Kekerasan (Hardness Test)... 18 2.4.1 Metode Brinell... 19 2.4.2 Metode Vickers... 20 2.4.3 Metode Rockwell... 20
2.4.4 Metode Micro Hardness... 20 2.6 Pengujian tarik... 21 2.7 Foto Mikro (Metallography Test)... 23 2.7.1 Cutting (Pemotongan) Spesimen... 24 2.7.2 Mounting Spesimen... 25 2.7.3 Grinding (Pengamplasan) Spesimen... 26 2.7.4 Polishing (Pemolesan) Spesimen... 26 2.7.5 Etching (Etsa) Spesimen... 27 2.8 Pertumbuhan Struktur Butir... 27 2.8.1 Perhitungan Diameter Butir... 28 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat... 30 3.2 Prosedur Penelitian... 30 3.2.1 Persiapan Bahan... 30 3.2.2 Persiapan Alat... 31 3.3.3 Pembuatan spesimentermomekanikal... 34 3.3 Pengujian..... 35 3.3.1 Uji Tarik... 35 3.3.1.1 Pembuatan Spesimen Uji Tarik... 35 3.3.1.1.1 Persiapan Alat dan Bahan... 36 3.3.1.1.2 Proses Pembuatan Spesimen Uji Tarik... 37 3.3.1.2 Pengujian Tarik... 37 3.3.2 Uji Kekerasan... 38 3.3.3 Observasi Metalografi... 39 3.3.3.1 Mounting Spesimen Observasi Metalografi... 39 3.3.3.1.1 Persiapan Bahan Mounting... 40 3.3.3.1.2 Prosedur Mounting... 40 3.3.3.2 Polishing Spesimen Observasi Metalografi... 40 3.3.3.3 Etching Spesimen Observasi Metalografi... 41 3.3.3.4 Proses Observasi Metalografi... 41 3.4 Diagram Alir Penelitian... 41 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengujian... 43 4.1.1 Hasil Pengujian Kekerasan... 43 4.1.2 Hasil pengujiantarik... 44 4.1.3 Hasil Pengujian Metalografi (Metallography Test)... 46 4.1.4 Pengukuran Diameter Butiran... 48 4.2 Pembahasan... 49 4.2.1 Hubungan antara kekerasan dengan kekuatan tarik... 49 4.2.2 Hubungan Antara Besar Butir Dengan Kekerasan... 50 4.2.3 Hubungan besar butir kekuatan tarik... 51 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN... 52 5.1 Kesimpulan... 52
5.2 Saran... 52 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Struktur mikro dari aluminium murni 12 Gambar 2.2 Diagram fasa Al-Mn 15 Gambar 2.3 Alat uji kekerasan material logam (Lab Metallurgy USU) 19 Gambar 2.4 Prinsip Uji kekerasan brinell (Dieter : 1986) 20 Gambar 2.5 Kurva F vs Δl 21 Gambar 2.6 Kurva Tegangan-Regangan 23 Gambar 2.7 Alat uji struktur mikro (Lab Metallurgy USU) 24 Gambar 2.8 Perhitungan diameter butiran menggunakan metode planimetri 28 Gambar 3.1. Lembaran aluminium 31 Gambar 3.2 Mesin Pemotong Logam 31 Gambar 3.3 Roller 32 Gambar 3.4 Heat Treatment 33 Gambar 3.5 Termometer 33 Gambar 3.6 Proses heatreatment specimen 34 Gambar 3.7 Torsee Universal Testing Machine 35 Gambar 3.8 Spesimen uji tarik 36 Gambar 3.9 Spesimen Termomekanikal 36 Gambar 3.10 Mesin Sekrap Datar 37 Gambar 3.11 Brinell Hardness Tester 38 Gambar 3.12 Mikroskop Optik 39 Gambar 3.13 Spesimen yang sudah di-mounting 40 Gambar 3.14 diagram alir penelitian 42 Gambar 4.1 Hubungan antara temperatur dan deformasi terhadap nilai kekerasan 44 Gambar 4.2 kurva tegangan- regangan pada kondisi deformasi 30 % 45 Gambar 4.3 Hubungan antara temperatur dengan tegangan luluh dan tegangan batas pada deformasi 30% 46 Gambar 4.4 Foto mikro dengan pembesaran 100X, 200X dan 500X pada deformasi 30 % 47 Gambar 4.5 Perbesaran 200X Aluminium setelah proses termomekanikal dengan deformasi 30% pada suhu 400 C (a) dan 450 C (b) 47
Gambar 4.6 HubunganTemperatur pada deformasi 30 % terhadap besar butiran 48 Gambar 4.7 Hubungan antara kekerasan dengan kekuatan tarik 49 Gambar 4.8 Hubungan Antara Besar Butir Dengan Kekerasan 50 Gambar 4.9 Hubungan antara besar butir dan kekuatan tarik 51
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Sifat fisik aluminium 13 Tabel 2.2 Sifat mekanis pipa Aluminum 16 Tabel 2.3 Hubungan antara perbesaran yang digunakan dengan pengali Jeffries 29 Tabel 4.1 Sifat mekanis awal specimen 43 Tabel 4.2 Pengujian kekerasan badasarkan skala Brinell (BHN) 43 Tabel 4.3 Hasil uji tarik pada deformasi 30% 45 Tabel 4.4 Pengukuran Butiran Badasarkan Metode Planimetri (μm) 48
DAFTAR NOTASI Lambang Keterangan Satuan A luas penampang mm 2 d diameter butir μm D diameter mm 2 ε regangan % f pengali Jeffries butiran/mm 2 F gaya tarik N L panjang mm σ tegangan MPa N jumlah butir - Δ perubahan - π Konstanta 3,14 -