PEMBUATAN PELAT PADUAN ALUMINIUM-MAGNESIUM DAN ANALISIS VARIASI KAMPUH LAS PADA PADUAN ALUMINIUM-MAGNESIUM AKIBAT BEBAN STATIK DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSYS WORKBENCH V 14.0 SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik SYAHRUL RAMADHAN NIM. 080401099 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
KATA PENGANTAR Syukur Alhamdulilah saya ucapkan Kehadirat Allah SWT yang telah memberikan nikmat kesehatan dan kesempatan sehingga tugas sarjana ini dapat selesai. Tugas sarjana yang berjudul PEMBUATAN PELAT PADUAN ALUMINIUM-MAGNESIUM DAN ANALISIS VARIASI KAMPUH LAS PADA PADUAN ALUMINIUM-MAGNESIUM AKIBAT BEBAN STATIK DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSYS WORKBENCH V 14.0 ini dimaksudkan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Sarjana Teknik Mesin Program Reguler di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik,. Selama pembuatan tugas sarjana ini dimulai dari penelitian sampai penulisan, saya banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini saya ingin menyampaikan ucapan terimakasih kepada : 1. Kedua orangtuaku, Ayahanda Alm. Muhammad Jamil dan Ibunda tercinta Neliwarti yang telah memberikan perhatian, do a, nasehat dan dukungan baik moril maupun materil, juga kepada kakakku Syafriani, S.Pd dan adikku Wenni Syahfitri yang terus menerus memberikan dukungan selama pembuatan tugas sarjana ini. 2. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, selaku dosen pembimbing Tugas sarjana yang telah banyak membantu menyumbang pikiran dan meluangkan waktunya dalam memberikan bimbingan dalam menyelesaikan tugas sarjana ini.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku ketua Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik. 4. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi di Departemen Teknik Mesin, yang telah banyak membantu dan memberikan ilmu selama perkuliahan. 5. Anggota dalam tim penelitian ini, Ikram dan Harry Pramana atas kerja sama dan waktu yang diberikan sehingga laporan ini bisa terselesaikan. 6. Seluruh teman teman stambuk 2008 yang telah banyak memberikan bantuan baik selama perkuliahan maupun dalam pembuatan tugas sarjana ini. Saya menyadari bahwa tugas sarjana ini masih jauh dari sempurna. Oleh sebab itu, saran dan kritik dari pembaca sekalian sangat diharapkan demi kesempurnaan skrispi ini. Semoga tugas sarjana ini bermanfaat dan berguna bagi semua pihak. Medan, Juli 2013 Syahrul Ramadhan NIM : 080401068
ABSTRAK Aluminium merupakan unsur yang paling banyak digunakan di bidang teknologi, khususnya bidang transportasi. Permasalahan seputar pemakaian bahan bakar dan pengurangan berat komponen yang digunakan, telah membuat paduan aluminiummagnesium dalam industri ini sangat berkembang. Dengan mengurangi berat dari komponen yang digunakan maka konsumsi energi dalam hal penggunaan bahan bakar dan emisi gas buangnya juga dapat.. Pada penelitian ini dilakukan penambahan Magnesium kedalam Aluminium sesuai variasi yang dikerjakan yaitu 1,4% dan 2,2%, kemudian dilakukan simulasi dengan menggunakan software ansys dengan cara mendesign model menyerupai bentuk spesimen aslinya, dan memberikan perlakuan yang sama sesuai dengan pengujian secara eskperimental. Dengan menggunakan simulasi ansys ini, banyak parameter yang akan didapat. Pada simulasi ini dicari tegangan normal, tegangan maksimum dan regangan terhadap beban statik. Dari simulasi didapat untuk paduan Al 98%-Mg 1,4% dengan sudut kampuh 60 o diperoleh tegangan normal sebesar 118,77 MPa. Pada paduan Al 98%-Mg 1,4% dengan sudut kampuh 90 o diperoleh tegangan normal sebesar 107,89 MPa. Pada paduan Al 97%-Mg 2,2% dengan sudut kampuh 60 o diperoleh tegangan normal sebesar 155,2 MPa. Pada paduan Al 97%-Mg 2,2% dengan sudut kampuh 90 o diperoleh tegangan normal sebesar 117,95 MPa. Pada paduan Al 98%-Mg 1,4% dengan sudut kampuh 60 o diperoleh tegangan maksimum sebesar 122,9 MPa. Pada paduan Al 98%-Mg 1,4% dengan sudut kampuh 90 o diperoleh tegangan maksimum sebesar 132,67 MPa. Pada paduan Al 97%-Mg 2,2% dengan sudut kampuh 60 o diperoleh tegangan maksimum sebesar 160,82 MPa. Pada paduan Al 97%-Mg 2,2% dengan sudut kampuh 90 o diperoleh tegangan maksimum sebesar 145,35 MPa. Pada paduan Al 98%-Mg 1,4% dengan sudut kampuh 60 o diperoleh regangan maksimum sebesar 0,0020302 mm. Pada paduan Al 98%-Mg 1,4%dengan sudut kampuh 90 o diperoleh regangan maksimum sebesar 0,0021916 mm. Pada paduan Al 97%-Mg 2,2% dengan sudut kampuh 60 o diperoleh regangan maksimum sebesar 0,00260201 mm. Pada paduan Al 97%-Mg 2,2% dengan sudut kampuh 90 o diperoleh regangan maksimum sebesar 0,0023681 mm. Kata Kunci: Aluminium, Magnesium, Pengecoran, Uji Komposisi, Ansys Workbench, Beban Statik.
ABSTRACT Aluminium is the most widely used elements in the field of technology, particularly in the field of transportation. Issues surrounding the fuel consumption and weight reduction components used, have made of aluminum-magnesium alloys in this highly developed industry. By reducing the weight of the components used, the consumption of energy in terms of fuel consumption and exhaust gas emissions can also. In this study, the addition of Aluminium Magnesium into corresponding variations done is 1.4 % and 2.2 %, then performed simulations using ansys software design models in a way resembles the shape of the original specimen, and gave the same treatment in accordance with the testing eskperimental. By using this ansys simulation, many parameters to be obtained. In this simulation searchable normal stress, maximum stress and strain to the static load. Of simulations obtained for alloy Al 98 %-Mg 1.4% at an angle of 60 o hem obtained normal stress of 118.77 MPa. At the 98 % - Al alloys Mg 1.4 % at an angle of 90 o hem obtained normal stress of 107.89 MPa. At the 97% - Al alloys Mg 2.2 % at an angle of 60 o hem obtained normal stress of 155.2 MPa. At the 97 %-Al alloys Mg 2.2% at an angle of 90 o hem obtained normal stress of 117.95 MPa. At the 98 % - Al alloys Mg 1.4 % at an angle of 60 o hem obtained maximum voltage of 122.9 MPa. At the 98 % - Al alloys Mg 1.4% at an angle of 90 o hem obtained maximum voltage of 132.67 MPa. At the 97 % - Al alloys Mg 2.2% at an angle of 60 o hem obtained maximum voltage of 160.82 MPa. At the 97 % - Al alloys Mg 2.2% at an angle of 90 o hem obtained maximum voltage of 145.35 MPa. At the 98% - Al alloys Mg 1.4% at an angle of 60 o hem obtained maximum strain of 0.0020302 mm. At the 98% - Al alloys Mg 1.4% at an angle of 90 o hem obtained maximum strain of 0.0021916 mm. At the 97% - Al alloys Mg 2.2% at an angle of 60 o hem obtained maximum strain of 0.00260201 mm. At the 97% - Al alloys Mg 2.2% at an angle of 90 o hem obtained maximum strain of 0.0023681 mm. Keywords: Aluminium, Magnesium, Casting, Composition Test, Ansys Workbench, Static Load.
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR...i ABSTRAK...iii ABSTRACT...iv DAFTAR ISI...v DAFTAR TABEL...viii DAFTAR GAMBAR...ix DAFTAR NOTASI...xi BAB 1 PENDAHULUAN...1 1.1 Latar Belakang...1 1.2 Perumusan Masalah...2 1.3 Tujuan Penelitian...3 1.3.1 Tujuan Umum...3 1.3.2 Tujuan Khusus...3 1.4 Manfaat Penelitian...3 1.5 Batasan Masalah...4 1.6 Sistematika Penulisan...4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA...6 2.1 Aluminium...6 2.1.1 Sejarah Aluminium...6 2.1.2 Sifat Sifat Aluminium...6 2.2 Magnesium...9 2.2.1 Sejarah Magnesium...9 2.2.2 Sifat Sifat Magnesium...10 2.3 Aluminium dan Paduan Aluminium...10 2.4 Pengecoran...13 2.4.1 Sejarah Pengecoran...13 2.4.2 Teori Pengecoran...15
2.4.3 Proses Pengecoran...16 2.4.4 Pembuatan Cetakan...19 2.5 Pengelasan...21 2.6 Uji Tarik...22 2.7 Hubungan Tegangan-Regangan...26 2.8 Perangkat Lunak Analisis Elemen Hingga...31 2.8.1 SolidWorks...31 2.8.2 Ansys Workbench V 14.0...32 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN...34 3.1 Waktu dan Tempat...34 3.1.1 Waktu...34 3.1.2 Tempat...34 3.2 Bahan dan Alat...34 3.2.1 Bahan...34 3.2.2 Alat...38 3.3 Prosedur Pengecoran...41 3.4 Simulasi dengan menggunakan software Ansys Workbench v 14.0.44 3.4.1 Sifat Fisik Material...44 3.4.1.1 Menentukan Sifat Fisik...44 3.4.1.2 Memasukkan Sifat Fisik...45 3.4.2 Prosedur simulasi...45 3.5 Kerangka Penelitian...48 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN...51 4.1 Pendahuluan...51 4.2 Analisa Proses Pengecoran Paduan Aluminium-Magnesium...51 4.3 Simulasi Ansys Workbench V 14.0...54 4.3.1 Metode Statik Struktural...54 4.3.1.1 Paduan Al 98%-Mg 1,4% dengan sudut kampuh 60 o...54
4.3.1.2 Paduan Al 98%-Mg 1,4% dengan sudut kampuh 90 o...56 4.3.1.3 Paduan Al 97%-Mg 2,2% dengan sudut kampuh 60 o...57 4.3.1.4 Paduan Al 97%-Mg 2,2% dengan sudut kampuh 90 o...59 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...63 5.1 Kesimpulan...63 5.2 Saran...64 DAFTAR PUSTAKA...65
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1 Hasil Komposisi... 52 Tabel 4.2 Data hasil pengujian dengan cara simulasi akibat beban statik... 61 Tabel 4.3 Data hasil pengujian dengan cara eksperimental dengan variasi kampuh las pada paduan Al 98%-Mg 1,4%... 61 Tabel 4.4 Data hasil pengujian dengan cara eksperimental dengan variasi kampuh las pada paduan Al 97%-Mg 2,2%... 61
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Aluminium... 8 Gambar 2.2 Magnesium... 9 Gambar 2.3 Proses pengecoran... 14 Gambar 2.4 Bagian proses pengecoran... 19 Gambar 2.5 Cetakan logam... 20 Gambar 2.6 Cetakan pasir... 21 Gambar 2.7 Diagram tegangan-regangan aluminium... 23 Gambar 2.8 Pembebanan pada elemen tiga dimensi... 26 Gambar 2.9 Pembebanan untuk tegangan normal... 28 Gambar 2.10 Tampilan Ansys Workbench V 14.0... 30 Gambar 3.1 Potongan aluminium... 35 Gambar 3.2 Potongan magnesium... 36 Gambar 3.3 Kayu... 36 Gambar 3.4 Tanah hitam... 37 Gambar 3.5 Sekam padi... 37 Gambar 3.6 Mesin potong... 38 Gambar 3.7 Dapur pengecoran... 39 Gambar 3.8 Ladle... 39 Gambar 3.9 Crucible... 40 Gambar 3.10 Blower... 40 Gambar 3.11 Flask... 41 Gambar 3.12 Proses pengecoran aluminium-magnesium... 42 Gambar 3.13 Proses pengadukan aluminium-magnesium... 42 Gambar 3.14 Penuangan aluminium-magnesium... 43 Gambar 3.15 Bentuk spesimen hasil coran... 43 Gambar 3.16 Jendela Utama Ansys Workbench V 14.0... 45 Gambar 3.17 Jendela Engineering data Ansys Workbench V 14.0... 46 Gambar 3.18 Menginput gambar... 46 Gambar 3.19 Pemberian Meshing... 47
Gambar 3.20 Menentukan fix support dan force... 47 Gambar 3.21 Proses Solution... 48 Gambar 4.1 Pelat Paduan Aluimnium-Magnesium... 51 Gambar 4.2 Diagram Phasa al-mg... 52 Gambar 4.3 Diagram Phasa Al-Mg Sebenarnya... 53 Gambar 4.4 Hasil simulasi tegangan normal pada paduan Al 98% - Mg 1,4% sudut kampuh 60 o... 55 Gambar 4.5 Hasil simulasi tegangan maksimum pada paduan Al 98% - Mg 1,4% sudut kampuh 60 o... 55 Gambar 4.6 Hasil simulasi regangan pada paduan Al 98% - Mg 1,4% sudut kampuh 60 o... 55 Gambar 4.7 Hasil simulasi tegangan normal pada paduan Al 98% - Mg 1,4% sudut kampuh 90 o... 56 Gambar 4.8 Hasil simulasi tegangan maksimum pada paduan Al 98% - Mg 1,4% sudut kampuh 90 o... 57 Gambar 4.9 Hasil simulasi regangan pada paduan Al 98% - Mg 1,4% sudut kampuh 90 o... 57 Gambar 4.10 Hasil simulasi tegangan normal pada paduan Al 98% - Mg 1,4% sudut kampuh 60 o... 58 Gambar 4.11 Hasil simulasi tegangan maksimum pada paduan Al 98% - Mg 1,4% sudut kampuh 60 o... 58 Gambar 4.12 Hasil simulasi regangan pada paduan Al 98% - Mg 1,4% sudut kampuh 60 o... 59 Gambar 4.13 Hasil simulasi tegangan normal pada paduan Al 98% - Mg 1,4% sudut kampuh 90 o... 60 Gambar 4.14 Hasil simulasi tegangan maksimum pada paduan Al 98% - Mg 1,4% sudut kampuh 90 o... 60 Gambar 4.15 Hasil simulasi regangan pada paduan Al 98% - Mg 1,4% sudut kampuh 90 o... 60 Gambar 4.16 Grafik tegangan paduan Aluminium-Magnesium... 62
DAFTAR NOTASI Simbol Nama Keterangan Satuan A ρ E σ F D L ε Δ τ γ - rho - sigma - - - ebsilon delta taw gamma luas penampang massa jenis modulus elastisitas tegangan gaya Diameter Panjang penguluran perubahan tegangan geser regangan geser mm 2 kg/mm 3 N/mm 2 N/mm 2 N mm mm % - N/mm 2 mm