ANALISA PENGARUH VARIASI PEMBEBANAN TERHADAP LAJU KEAUSAN BAHAN ALUMINIUM SEKRAP DAN Al-Si DENGAN MENGGUNAKAN ALAT UJI KEAUSAN TIPE PIN ON DISK SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik WENDY ADITYA NIM. 060401070 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, atas limpahan karunia-nya. Shalawat serta salam penulis sampaikan kepada tauladan terbaik manusia, Rasulullah Muhaad SAW. Skripsi berjudul Analisa Pengaruh Variasi Pembebanan Terhadap Laju Keausan Bahan Aluminium Sekrap dan Al-Si Dengan Menggunakan Alat Uji Keausan Tipe Pin On Disk ini penulis buat sebagai tugas akhir dalam proses menimba ilmu sekaligus menjadi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik,. Selama melaksanakan penelitian ini telah banyak pihak yang membantu penulis, sehingga dengan segala kerendahan hati, penulis sampaikan ucapan terimakasih kepada : Ayahanda Sukalil, Kakanda Eni Setiawaty, Sugiharto, Andi Irawan, Irawati dan Rendy Pramudya yang tak pernah putus memberi kasih sayang, dukungan, doa, dan semangat yang tak kan pernah terbalas. Bapak Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri, selaku ketua Departemen Teknik Mesin FT-USU dan sekaligus dosen pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingan dan saran yang sangat membangun dan menambah pengetahuan penulis selama penelitian dan pembuatan skripsi. Bapak Suprianto, ST.MT, yang telah meluangkan waktunya untuk berdiskusi dengan penulis selama penyelesaian skripsi ini. Bapak Rustam, Bapak Sarjana, ST, Sdr. Jamil dan Sdr. Syahreza Tamba yang telah membantu dan memberikan dukungan untuk menyelesaikan skripsi ini. Seluruh Staf Pengajar, Asisten Laboratorium dan pegawai administrasi pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik yang telah memberikan bekal pengetahuan dan bantuan hingga akhir masa studi. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin USU, khususnya angkatan 2006 yang telah banyak memberikan dukungan dan bantuan. Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi pihak yang berkepentingan dan kemajuan ilmu pengetahuan. Medan, 21 Agustus 2011 Penulis
ABSTRAK Pada dasarnya unsur silikon dapat meningkatkan kekerasan (hardness) dan menurunkan keausan (wear) dari unsur Aluminium. Tetapi jika kadar Silikon yang diberikan semakin banyak, maka kekerasan meningkat dan keausan akan menurun. Adapun beberapa sifat penting yang dimiliki Aluminium sehingga banyak digunakan sebagai material teknik, diantaranya adalah penghantar listrik dan panas yang baik (konduktor), mudah difabrikasi, ringan (2,7 gr/cm 3 ), tahan korosi dan tidak beracun serta kekuatannya rendah, tetapi pemaduan (alloy) kekuatannya bisa ditingkatkan. Dari sifat Aluminium diatas, maka perlu dilakukan pengujian untuk mengetahui tingkat kekerasan dan laju keausan dengan penambahan unsur Silikon pada bahan Aluminium Sekrap. Dalam penelitian ini menggunakan alat uji keausan dengan standar ASTM G 99-04, pengujian pada kondisi kering, bahan Aluminium Sekrap dan Aluminium Silikon dan kajian hanya dilakukan dengan variasi variabel beban (load) yaitu 2,5N, 5N, 7,5N, 10N dan 12,5N. Tujuan dari penelitian ini secara umum adalah mengetahui pengaruh pembebanan (load) terhadap laju keausan pada bahan Aluminium Sekrap dan Aluminium Silikon. Secara khusus yaitu mendapatkan Sliding Speed dan Sliding Distance yang konstan dan melakukan variasi beban (load) untuk mengetahui laju keausan pada bahan Aluminium Sekrap dan Aluminium Silikon. Manfaat dari penelitian ini adalah penyusun dapat menerapkan apa yang dipelajari di buku dengan terjun langsung meneliti sifat-sifat Aluminium dan campurannya dan 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 uji keausan (wear test). Dari hasil uji keausan bahwa kenaikan laju keausan akan terus meningkat seiring dengan pertambahan beban. Kenaikan laju keausan yang paling besar terjadi pada beban 12,5N yaitu pada Aluminium coran Aluminium Sekrap sebesar 0,290 3 /s untuk teori dan 0,308 3 /s untuk praktek. Sedangkan untuk Aluminium coran 3,76%Si dan 9,12%Si laju keausannya semakin menurun karena nilai kekerasannya sangat berpengaruh pada keausan. Kata kunci: Aluminium, Aluminium-Silikon, Uji komposisi, Uji kekerasan dan Uji keausan
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... ii DAFTAR ISI... iii DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR TABEL... viii DAFTAR NOTASI... ix BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Batasan Masalah... 2 1.4 Tujuan Penelitian... 3 1.4.1 Tujuan Umum... 3 1.4.2 Tujuan Khusus... 3 1.5 Manfaat Penelitian... 3 1.6 Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kajian Pustaka... 5 2.2 Landasan Teori... 6 2.2.1 Aluminium... 6 2.2.2 Silikon... 8 2.2.3 Aluminium - Silikon... 9 2.2.4 Pengecoran... 11 2.2.4.1 Sejarah Pengecoran... 11 2.2.4.2 Proses Pengecoran... 12 2.2.4.3 Pembuatan Coran... 13 2.2.4.4 Sifat Coran Al-Si... 14 2.2.5 Pengujian Keausan (Wear Test)... 15 2.2.5.1 Keausan Abrasif... 20
2.2.5.2 Keausan Adhesi... 21 2.2.5.3 Keausan Oksidasi... 21 2.2.5.4 Keausan Erosi... 21 2.2.5.5 Keausan friting... 21 2.2.6 Pengujian Kekerasan (Hardness Test)... 21 2.2.6.1 Metode Brinell... 23 2.2.6.2 Metode Vickers... 23 2.2.6.3 Metode Rockwell... 23 2.2.6.4 Metode Micro Hardness... 24 2.2.7 Equotip Hardness Tester... 24 2.2.8 Pengujian Kekasaran (Roughness)... 25 2.2.9 Foto Mikro (Metallography Test)... 26 BAB III METODOLOGI PENELITAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian... 31 3.2 Bahan dan Alat Penelitian... 31 3.2.1 Bahan penelitian... 31 3.2.2 Alat Penelitian... 33 3.3 Prosedur Penelitian... 41 3.3.1 Proses Pengecoran Aluminium... 41 3.3.2 Pengujian Komposisi... 42 3.3.3 Pengujian Kekerasan (Hardness)... 42 3.3.4 Pengujian Kekasaran (Roughness)... 43 3.3.5 Pengujian Keausan (Wear Test)... 43 3.3.6 Pengujian Metalografi (Metallography Test)... 44 3.4 Diagram Alir Penelitian... 45 BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Uji Komposisi... 46 4.2 Hasil Uji Kekerasan (Hardness Test)... 52 4.3 Hasil Uji Kekasaran (Roughness)... 54 4.4 Hasil Uji Keausan (Wear Test)... 55 4.5 Hasil Uji Metalografi (Metallography Test)... 65
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 69 5.2 Saran... 69 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 ALat uji keausan tipe pin on disk... 16 Gambar 2.2 Pengujian keausan dengan metode pin on disk... 17 Gambar 2.3 Spesimen hasil uji keausan... 19 Gambar 2.4 Alat uji kekerasan... 22 Gambar 2.5 Equotip 3 Hardness Tester... 25 Gambar 2.6 Alat uji kekasaran... 25 Gambar 2.7 Alat uji struktur mikro... 29 Gambar 2.8 Hasil foto mikro dari Aluminium murni... 29 Gambar 2.9 Struktur mikro dari paduan Aluminium-Silikon... 30 Gambar 3.1 Aluminium Sekrap (tutup kaleng)... 31 Gambar 3.2 Silikon dan serbuk silikon... 32 Gambar 3.3 Cover fluks... 32 Gambar 3.4 Bahan bakar (kayu)... 33 Gamabar 3.5 Dapur peleburan/krusibel... 33 Gambar 3.6 Alat uji keausan standar ASTM G99-04 tipe pin on disk... 34 Gambar 3.7 Equotip 3 Hardness Tester... 34 Gambar 3.8 Termokopel type - K... 35 Gamabar 3.9 Crucible dan penutupnya... 36 Gambar 3.10 Ladel peleburan... 36 Gambar 3.11 Polishing Machine... 37 Gambar 3.12 Mikroskop Optic... 37 Gamabar 3.13 Alat uji kekasaran... 38 Gambar 3.14 OES (Optical Emission Spectrometer)... 38 Gambar 3.15 Ayakan silikon (Mesh)... 39 Gambar 3.16 Timbangan... 39 Gambar 3.17 Blower dan air sprayer... 40 Gambar 3.18 Cetakan Logam... 40 Gambar 3.19 Mesin bubut... 41 Gambar 3.20 Diagram Alir Penelitian... 45 Gambar 4.1 Diagram Phasa Al-Mg... 47 Gambar 4.2 Diagram Phasa Al-Mg Sebenarnya... 47
Gambar 4.3 Diagram phasa Al-Si... 48 Gambar 4.4 Diagram Phasa Al-Si Sebenarnya... 48 Gambar 4.5 Diagram phasa Al-Fe... 50 Gambar 4.6 Diagram Al-Fe sebenarnya... 50 Gambar 4.7 Diagram phasa Al-Fe-Si... 51 Gambar 4.8 Grafik kekerasan Vs % Si pada bahan Aluminium Sekrap... 53 Gambar 4.9 Grafik kekasaran Vs % Si pada bahan Aluminium Sekrap... 55 Gambar 4.10 Spesimen uji bahan Aluminium Sekrap, Al-Si 3,76% dan Al-Si 9,12% sebelum dilakukan uji keausan... 56 Gambar 4.11 Spesimen uji bahan Aluminium Sekrap, Al-Si 3,76% dan Al-Si 9,12% setelah dilakukan uji keausan... 56 Gambar 4.12 Lebar jejak bahan Aluminium Sekrap dengan variasi beban 2,5N, 5N, 7,5N, 10N, 12,5N... 57 Gambar 4.13 Kedalaman jejak bahan Aluminium Sekrap... 57 Gambar 4.14 Lebar jejak bahan Al-Si 3,76% dengan variasi beban 2,5N, 5N, 7,5N, 10N, 12,5N... 59 Gambar 4.15 Kedalaman jejak bahan Al-Si 3,76%... 59 Gambar 4.16 Lebar jejak bahan Al-Si 9,12% dengan variasi beban 2,5N, 5N, 7,5N, 10N, 12,5N... 60 Gambar 4.17 Kedalaman jejak bahan Al-Si 9,12%... 61 Gambar 4.18 Grafik laju keausan vs beban bahan Aluminium Sekrap... 63 Gambar 4.19 Grafik laju keausan vs beban bahan Al-Si 3,76%... 64 Gambar 4.20 Grafik laju keausan vs beban bahan Al-Si 9,12%... 65 Gambar 4.21 Foto mikro bahan Aluminium Sekrap... 66 Gambar 4.22 Foto mikro bahan Al-Si 3,76%... 67 Gambar 4.23 Foto mikro bahan Al-Si 9,12%... 67
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Pengaruh % Si terhadap sifat Aluminium... 14 Tabel 4.1 Komposisi material Aluminium bekas kemasan minuman... 46 Tabel 4.2 Hasil uji kekerasan Equotip pada spesimen Aluminium Sekrap... 52 Tabel 4.3 Hasil uji kekasaran pada spesimen Aluminium Sekrap... 54 Tabel 4.4 Lebar jejak dan kedalaman jejak bahan Aluminium Sekrap... 58 Tabel 4.5 Lebar jejak dan kedalaman jejak bahan Al-Si 3,76%... 60 Tabel 4.6 Lebar jejak dan kedalaman jejak bahan Al-Si 9,12%... 61 Tabel 4.7 Laju keausan dengan variasi pembebanan pada bahan Aluminium Sekrap... 62 Tabel 4.8 Laju keausan dengan variasi pembebanan pada bahan Al-Si 3,76%... 63 Tabel 4.9 Laju keausan dengan variasi pembebanan pada bahan Al-Si 9,12%... 64
DAFTAR NOTASI Notasi Arti Satuan V a V T V P W t n F R d b D k H L P R a a ā b b d 1 d 2 r 1 r 2 A 1 A 2 ρ Massa jenis gr/cm 3 t 1 d Diameter spesimen T P Volume awal 3 Volume keausan teori 3 Volume keausan eksperimen 3 Beban N Waktu s Putaran rpm Gaya yang diberikan pada pin N Jarak antara disk dengan pin Diameter bola/pin Diameter disk Koefisien keausan - Kekerasan material Pa, N/m 2 Panjang lintasan m Beban penekan kg Roughness/kekasaran µm Lebar jejak µm Rata rata lebar jejak µm Kedalaman jejak µm Rata-rata kedalaman jejak µm Diameter dalam jejak Diameter luar jejak Jari-jari dalam lintasan Jari-jari luar lintasan Luas dalam lintasan Luas luar lintasan Tebal spesimen Laju keausan teori 3 /s Laju keausan eksperimen 3 /s