ANALISA PENGARUH KECEPATAN PENGADUKAN DAN TEMPERATUR TUANG PADA AMC BERPENGUAT PASIR SILICA TERHADAP KEKUATAN IMPAK DAN TARIK DENGAN METODE STIR CASTING SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh: DYAN YOGI PRASETYO I14142012 FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2017 i
ii
HALAMAN KEASLIAN Saya yang bertanda tangan di bawah ini: Nama : Dyan Yogi Prasetyo NIM : I14142012 Program Studi : S1 Teknik Mesin Transfer Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi dengan judul Analisa Pengaruh Kecepatan Pengadukan Dan Temperatur Tuang Pada AMC Berpenguat Pasir Silica Terhadap Kekuatan Impak dan Tarik Dengan Metode Stir Casting adalah hasil perkejaan saya dan seluruh ide, pendapat, atau material dari sumber lain telah dikutip dengan cara penulisan referensi yang sesuai. Pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya dan jika pernyataan ini tidak sesuai dengan kenyataan, maka saya bersedia menanggung sanksi sesuai dengan peraturan yang telah ditetapkan. Surakarta, 01 Agustus 2017 Dyan Yogi Prasetyo iii
iv
ANALISA PENGARUH KECEPATAN PENGADUKAN DAN TEMPERATUR TUANG PADA AMC BERPENGUAT PASIR SILIKA TERHADAP KEKUATAN IMPAK DAN TARIK DENGAN METODE STIR CASTING Dyan Yogi Prasetyo Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta E-mail : dyanyogi@yahoo.com Abstrak Komposit matriks aluminium (AMC) menjadi salah satu jenis material yang banyak digunakan. Komposit matrik aluminium sering diaplikasikan pada bidang industri otomotif, dan penerbangan. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh kecepatan pengadukan dan temperatur tuang terhadap kekuatan impak dan kekuatan tarik pada komposit matriks aluminium berpenguat pasir silika dengan bahan tambah magnesium. Proses pembuatan komposit matriks aluminium menggunakan metode stir casting dengan variasi kecepatan pengadukan 300, 400, 500 rpm selama 5 menit pada temperatur semi solid. Fraksi volume pasir silika yang digunakan sebanyak 9% serta penambahan Mg dengan fraksi volume 2,5%. Temperatur penuangan menggunakan variasi 700ºC, 725ºC, 750ºC. Pengujian impak charpy menggunakan standar ASTM E-23 dan kekuatan tarik menggunakan standar ASTM E-8. Meningkatnya variasi kecepatan pengadukan dan temperatur penuangan akan meningkatkan kekuatan impak dan kekuatan tarik sampai batas tertentu. Nilai impak dan kekuatan tarik paling tinggi didapat pada spesimen dengan kecepatan pengadukan 400rpm dengan temperatur tuang 725ºC (183,22 N/mm² dan 0,49 J/mm²). Kata Kunci : AMC, Remelting, Piston, Pasir Silika, Stir Casting. v
ANALYSIS THE EFFECT OF POURING TEMPERATURE AND STIRRING SPEED ON AMC REINFORCED SILICA SAND ON IMPACT STRENGTH AND TENSILE WITH STIR CASTING METHOD Dyan Yogi Prasetyo Mechanical Engineering Sebelas Maret University E-mail : dyanyogi@yahoo.com Abstract Aluminum matrix composite (AMC) becomes one of the most widely used material. Aluminium matrix composite is often needed in the field of aerospace and automotive industries. The aim of the research was conducted to find out the effect of stirring speed and pouring temperature on impact strength and tensile strength on aluminum matrix composite reinforcement silica with additional material of magnesium. The process of making aluminium matrix composite manufacture is used stir casting method with stirring speed 300, 400, and 500 rpm variation during 5 minutes on semi solid temperature. Fractions volume of silika sand which used the process are amount 9% and adding Mg with 2,5% fractions volume. The Pouring temperature uses 700 C, 725 C, and 750 C variations. The impact charpy testing is used ASTM E-23 standard and the tensile strength testing is used ASTM E-8 standard. Increasing stirring speed variation and pouring temperature will increase impact strength and tensile strength to a certain extent. The highest tensile strength and impact values were found on the specimens with 400rpm stirring speeds and pouring temperature of 725 C (183.22 N / mm² and 0.49 J / mm²). Keywords: AMC, Remelting, Piston, Silica Sand, Stir Casting. vi
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan kenikmatan kepada kita semua sehingga laporan tugas akhir ini dapat penulis selesaikan. Tujuan penulisan skripsi ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar sarjana teknik di Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Tugas akhir ini memaparkan pengaruh kecepatan pengadukan dan temperatur tuang terhadap kekuatan impak, dan tarik komposit matriks aluminium berpenguat pasir silika dengan bahan tambah magnesium yang dibuat dengan metode stir casting. Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penelitian dan penulisan laporan tugas akhir ini, khususnya kepada : 1. Ayah, Ibu dan keluarga tercinta atas segala dukungan, doa dan bimbingan sehingga penulis bisa menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Bapak Teguh Triyono, ST., MEng dan Bapak Dr. Eko Surojo, ST., MT selaku dosen pembimbing yang telah memberikan arahan dan masukan selama penyusunan tugas akhir ini. 3. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, ST., MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS. 4. Bapak Nurul Muhayat, ST., MT, Bapak Heru Sukanto, ST., MT dan Bapak Wibowo, ST., MT, selaku dosen penguji. 5. Bapak Sukmaji Indro Cahyono, ST., MEng selaku dosen pembimbing akademik. 6. Semua dosen Teknik Mesin FT UNS yang telah membuka wacana keilmuan penulis. 7. Teman-teman S1 Teknik Mesin UNS yang telah memberikan dukungan dan motivasi dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 8. Serta semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas bantuan dan dorongan semangat serta doanya. Terima kasih, semoga Allah SWT membalas budi baik anda semuanya. vii
Penulis menyadari, bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran, koreksi dan kritik demi kesempurnaan skripsi ini, akan penulis terima dengan ikhlas dan dengan ucapan terima kasih. Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap skripsi ini dapat digunakan sebagaimana mestinya. Surakarta, Agustus 2017 Penulis viii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL i SURAT TUGAS ii HALAMAN KEASLIAN iii HALAMAN PENGESAHAN iv ABSTRAK v ABSTRACT vii KATA PENGANTAR viii DAFTAR ISI ix DAFTAR GAMBAR xi DAFTAR TABEL xii DAFTAR LAMPIRAN xiii DAFTAR RUMUS xiv DAFTAR NOTASI xv BAB 1 1 PENDAHULUAN 1 1.1. Latar Belakang 1 1.2. Perumusan Masalah 3 1.3. Batasan Masalah 3 1.4. Tujuan Penelitian 4 1.5. Manfaat Penelitian 4 1.6. Sistematika Penulisan 4 BAB II 5 DASAR TEORI 5 2.1 Tinjauan Pustaka 5 2.2 Dasar teori 6 2.2.1. Piston 6 2.2.2. Remelting 7 2.2.3. Komposit 8 2.2.4. Klasfikasi Komposit 9 2.2.5. Komposit Matriks Logam / Metal Matrix Composite 11 2.2.6. Komposit Matrik Aluminium (AMC) 11 2.2.7. Bahan Penyusun Aluminium Metal Matrix Composites / A-MMCs 12 2.3 Fabrikasi Komposit Al/SiO2 17 2.3.1. Pembuatan Komposit MMC dengan Proses Fase Padat atau Metalurgi serbuk 17 2.3.2. Fabrikasi Komposit MMC Fasa Cair dengan Stir Casting 18 2.4 Perhitungan Fraksi Massa dan Pengujian 20 2.4.1. Proses Pembuatan Komposit Al/SiO2 20 2.4.2. Pengujian Impak 20 2.4.3. Pengujian Tarik 22 2.4.4. Pengujian Metalografi 23 BAB III 25 METODOLOGI PENELITIAN 25 3.1. Tempat Penelitian 25 ix
3.2. Alat dan Bahan 25 3.2.1. Alat 25 3.2.2. Bahan 31 3.3. Proses Pembuatan Komposit Al/SiO2 32 3.4. Karakteristik Al/SiO2 33 3.4.1. Pengujian Impak (Charpy) 33 3.4.2. Pengujian Tarik (UTM) 33 3.4.3. Pengujian Foto Makro 35 3.4.4. Pengujian Foto Mikro 35 3.5. Diagram Alir Penelitian 36 BAB IV 38 HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 38 4.1. Pengamatan Makro Terhadap Penampang Patahan Pada Komposit 38 4.2. Pengamatan Struktur Mikro Komposit Matrik Aluminium 40 4.3. Pengujian Impak Charpy 43 4.4. Pengujian Kekuatan Tarik 45 BAB V 48 PENUTUP 48 5.1. Kesimpulan 48 5.2. Saran 48 DAFTAR PUSTAKA 47 LAMPIRAN 50 x
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Piston bekas 7 Gambar 2.2 Klasifikasi komposit berdasarkan jenis penguat 9 Gambar 2.3 Diagram fasa paduan Al-Si 14 Gambar 2.4 Tetahedron silika-oksigen 15 Gambar 2.5 Penataan silikon dan oksigen atom dalam satuan sel kristobalit, polimorf dari SiO 2 16 Gambar 2.6 Tungku Stir casting 18 Gambar 2.7 Skema proses Stir Casting 18 Gambar 2.8 Dimensi Spesimen Uji Impak Charpy 21 Gambar 2.9 Ilustrasi Skematis Pengujian Impak 21 Gambar 2.10 Gambaran singkat uji tarik dan datanya 22 Gambar 3.1 Tungku Peleburan 24 Gambar 3.2 Letak elemen pemanas (heater) pada tungku peleburan 25 Gambar 3.3 Alat pengaduk 25 Gambar 3.4 Rangkaian alat pengecoran stir casting 26 Gambar 3.5 Cetakan permanen 26 Gambar 3.6 Impak charpy 27 Gambar 3.7 Alat uji mikro Euromex 27 Gambar 3.8 Alat uji makro Olympus 28 Gambar 3.9 Universal Testing Machine (UTM) 28 Gambar 3.10 Timbangan digital 29 Gambar 3.11 Serbuk SiO 2 29 Gambar 3.12 Piston bekas 30 Gambar 3.13 Serbuk Magnesium (Mg) 30 Gambar 3.14 Ukuran Spesimen Uji Tarik (ASTM E8) 33 Gambar 3.15 Diagram Alir Penelitian 36 Gambar 4.1 Penampang patahan komposit 38 Gambar 4.2 Penampang patahan tampak samping 39 Gambar 4.3 Struktur mikro komposit 40 Gambar 4.4 Grafik Temperatur Penuangan Terhadap Kecepatan Pengadukan 42 Gambar 4.5 Grafik Temperatur Penuangan Terhadap Tegangan 44 xi
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Data hasil pengujian impak charpy 42 Tabel 4.2 Data hasil pengujian tarik 44 xii
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Hasil uji spectrofotometri remelting piston bekas 51 Lampiran 2. Sifat Fisik dan Mekanik Piston Standar MAHLE 52 Lampiran 3. Alat Stir Casting 53 Lampiran 4. Remelting piston bekas sebagai metrik 53 Lampiran 5. Pasir silika sebagai penguat 54 Lampiran 6. Serbuk magnesium sebagai wettability 54 Lampiran 7. Inverter untuk pengatur putaran 55 Lampiran 8. Pengujian Impak 56 Lampiran 9. Pengujian Tarik 57 Lampiran 10. Perhitungan berat komposit uji impak 58 Lampiran 11. Hasil Perhitungan Pengujian Impak 59 Lampiran 12. Tabel Data Perhitungan Pengujian Impak 61 Lampiran 13. Perhitungan Berat Komposit Uji Tarik 62 Lampiran 14. Hasil Perhitungan Pengujian Tarik 62 Lampiran 15. Tabel Data Perhitungan Pengujian Tarik 65 Lampiran 16. Grafik Uji Tarik Spesimen 1 (300rpm; 700ºC) 66 Lampiran 17. Grafik Uji Tarik Spesimen 2 (300rpm; 700ºC) 67 Lampiran 18. Grafik Uji Tarik Spesimen 3 (300rpm; 700ºC) 68 Lampiran 19. Grafik Uji Tarik Spesimen 4 (300rpm; 725ºC) 69 Lampiran 20. Grafik Uji Tarik Spesimen 5 (300rpm; 725ºC) 70 Lampiran 21. Grafik Uji Tarik Spesimen 6 (300rpm; 725ºC) 71 Lampiran 22. Grafik Uji Tarik Spesimen 7 (300rpm; 750ºC) 72 Lampiran 23. Grafik Uji Tarik Spesimen 8 (300rpm; 750ºC) 73 Lampiran 24. Grafik Uji Tarik Spesimen 9 (300rpm; 750ºC) 74 Lampiran 25. Grafik Uji Tarik Spesimen 10 (400rpm; 700ºC) 75 Lampiran 26. Grafik Uji Tarik Spesimen 11 (400rpm; 700ºC) 76 Lampiran 27. Grafik Uji Tarik Spesimen 12 (400rpm; 700ºC) 77 Lampiran 28. Grafik Uji Tarik Spesimen 13 (400rpm; 725ºC) 78 Lampiran 29. Grafik Uji Tarik Spesimen 14 (400rpm; 725ºC) 79 Lampiran 30. Grafik Uji Tarik Spesimen 15 (400rpm; 725ºC) 80 Lampiran 31. Grafik Uji Tarik Spesimen 16 (400rpm; 750ºC) 81 Lampiran 32. Grafik Uji Tarik Spesimen 17 (400rpm; 750ºC) 82 Lampiran 33. Grafik Uji Tarik Spesimen 18 (400rpm; 750ºC) 83 Lampiran 34. Grafik Uji Tarik Spesimen 19 (500rpm; 700ºC) 84 Lampiran 35. Grafik Uji Tarik Spesimen 20 (500rpm; 700ºC) 85 Lampiran 36. Grafik Uji Tarik Spesimen 21 (500rpm; 700ºC) 86 Lampiran 37. Grafik Uji Tarik Spesimen 22 (500rpm; 725ºC) 87 Lampiran 38. Grafik Uji Tarik Spesimen 23 (500rpm; 725ºC) 88 Lampiran 39. Grafik Uji Tarik Spesimen 24 (500rpm; 725ºC) 89 Lampiran 40. Grafik Uji Tarik Spesimen 25 (500rpm; 750ºC) 90 Lampiran 41. Grafik Uji Tarik Spesimen 26 (500rpm; 750ºC) 91 Lampiran 42. Grafik Uji Tarik Spesimen 27 (500rpm; 750ºC) 92 xiii