Upload
nguyenkhanh
View
216
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
PENGARUH VOLUME FRAKSI 5%, 7,5% DAN 10% ALUMINA (Al2O3) DENGAN UKURAN PARTIKEL 140, 170 DAN 200 MESH TERHADAP SIFAT MEKANIK MATERIAL
KOMPOSIT MATRIKs Al-4.5%Cu-4%Mg
Gugun Gumilar Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Mesin
Universitas Gunadarma Depok
Abstraksi
Telah dilakukan proses pembuatan komposit matrik logam yaitu Al-4,5%Cu-4%Mg
dengan penguat Al2O3 secara bervariasi yaitu : 5%, 7,5% dan 10% volume fraksi,
pembuatan komposit dilakukan dengan metoda stircasting dengan menggunakan
pengaduk manual dengan batang grafit setelah logam paduan tersebut mencair hingga
menjadi bubur (molten), dan dilanjutkan dengan proses penempaan yang selanjutnya
akan dilakukan pengujian. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian tarik,
pengujian kekerasan, pengujian abrasif, dan pengujian metalografi.
Hasil pengujian pada komposit matrik logam paduan Al-4.5%Cu-4%Mg dengan
penguat Al2O3 yang bervariasi diperoleh nilai tegangan tarik maksimum sebesar
187,1 N/mm2 dan tegangan tarik minimum sebesar 87,6 N/mm2, kekerasan
maksimum sebesar 123,8 HB dan untuk nilai kekerasan minimum sebesar 83,5 HB,
kehilangan berat maksimum sebesar 0,5 gr dan kehilangan berat minimum sebesar
0,2 gr.
1. Pendahuluan
Komposit Matrik Logam (KML)
adalah material rekayasa yang dibuat
dari penggabungan dua atau lebih
material konvensional dan mempunyai
sifat-sifat yang lebih unggul bila
dibandingkan dengan material
pembentuknya. Keunggulan dari
komposit ini antara lain mempunyai
kombinasi yang bagus dari ratio
stiffness/berat dan kekuatan/berat pada
temperatur kamar dan temperatur
tinggi. Selain itu juga mempunyai
modulus spesifik, kekuatan lelah
(fatigue strength), tahan aus (wear
resistance), ketahanan abrasi,
ketahanan mulur (anti creep),
koefisien muai yang rendah dan
konduktifitas panas yang tinggi. Dari
keunggulan sifat-sifat tersebut, KML
merupakan material subtitusi dimana
salah satunya cocok digunakan pada
industri otomotif, karena dapat
meningkatkan unjuk kerja,
penghematan energi, menurunkan
emisi dari kendaraan bermotor, dapat
didaur ulang dan lain-lain.
Dengan semakin meningkatnya
jumlah kendaraan bermotor dari
berbagai merk, maka semakin
meningkat pula kebutuhan akan bahan
komponen otomotif yang akan
mempunyai sifat unggul dibandingkan
dengan bahan konvensional,
diantaranya yang berbahan KML
dipasaran. [1]
2. Proses Pembuatan Matriks
a. Perhitungan material balance untuk
paduan matriks (Al-4.5%Cu-4%Mg)
Sebelum dilakukan proses pembuatan
matriks dilakukan perhitungan
material balance terlebih dahulu untuk
mendapatkan hasil yang sesuai dengan
target yang diinginkan, seperti yang
ditunjukkan pada Tabel dibawah ini.
Tabel Persentase Campuran Paduan Matriks Al-Cu-Mg
no
W total Matriks Al-4.5%Cu-4%Mg
(gr) Cu4.5%
(gr) Al95.5%
(gr) Mg4%
(gr) 1 448,77 20,19 428,58 17.95 2 445,77 20,06 425,71 17.83 3 444,66 20,01 424,65 17.78 4 449,55 20,23 429,32 17.98 5 451,33 20,31 432,02 18.05 6 451,22 20,20 430,91 18.04 7 457,33 20,58 436,75 18.29 8 445,44 20,05 425,39 17.81 9 448,55 20,18 428,37 17.94 10 455,22 20,48 434,73 18.20
b. Pemotongan dan penimbangan
Setelah dilakukan perhitungan material
balance, bahan yang telah disediakan
seperti Al, Cu dan Mg di potong dan di
timbang sesuai dengan data yang
diperoleh selanjutnya dilakukan proses
peleburan dan pemaduan. untuk
membuat matriks paduan.
c. Proses peleburan dan pemaduan
Pada proses ini bahan-bahan yang
telah di potong kemudian dimasukan
kedalam crucible yang selanjutnya
dilakukan peleburan di dalam tungku
muffle selama ±2 jam dengan suhu
700oC sampai menjadi cair. Setelah
logam tersebut mencair kemudian
dituang secara manual ke dalam
cetakan dengan menggunakan gayung
yang tahan panas ke dalam cetakan.
Proses penuangan ini dilakukan secara
kontinu untuk menghindari
pembekuan matriks dari paduan Al-
Cu-Mg di dalam tungku peleburan,
apabila hasil leburan membeku karena
proses penuangan yang lama maka
paduan Al-Cu-Mg harus dilebur ulang.
d. Analisa komposisi kimia
Setelah as cast dari paduan Al-Cu-
Mg diperoleh, kemudian di potong
dengan ukuran (20 x 20) mm untuk
dilakukan uji komposisi kimia.
Apabila komposisi tidak sesuai dengan
target yang telah ditentukan, maka
dilakukan perhitungan komposisi dan
proses peleburan ulang dengan
menambahkan bahan yang dianggap
kurang sesuai dengan persentase
tersebut. Namun bila hasilnya sesuai
dengan target, maka bisa dilanjutkan
pada proses selanjutnya dalam
pembuatan komposit.
3. Proses Pembuatan KML
Pada proses pembuatan komposit
logam menggunakan metoda
stircasting merupakan proses
pembuatan komposit dengan cara
penuangan yang sebelumnya
mengalami proses pengadukan pada
kondisi penahanan temperatur konstan.
Pada proses pembuatan KML ini
menggunakan Al-Cu-Mg sebagai
matriks paduan serta Al2O3 (Alumina)
sebagai reinforced atau penguat.
Dimana pada proses pembuatan KML
ini adalah untuk mengetahui kekuatan
dari bahan yang telah mengalami
proses pencampuran atau setelah
menjadi KML. Pada proses pembuatan
KML ini ada beberapa tahap yang
dilakukan seperti :
Tahap awal, yaitu pada tahap ini
adalah persiapan bahan baku dan alat,
serta melakukan perhitungan material
balance MMCs seperti ditunjukan
dalam Tabel 3.3 di bawah ini.
Tahap kedua, yaitu pada tahap ini
adalah tahap dimana kita akan
melakukan proses pembuatan
Komposit Matriks Logam (KML).
Pertama kali yang dilakukan adalah
memasukan paduan Al-Cu-Mg yang
telah dipotong-potong dan ditimbang
kedalam crucible beserta Alumina
(Al2O3) yang telah dilakukan proses
pengayakan dan penimbangan terlebih
dahulu. Setelah semua bahan
dimasukan kedalam crucible kemudian
tungku dipanaskan dengan suhu
pemanasan yang digunakan adalah
7000C dengan waktu ± 2jam. Setelah
itu crucible dimasukan kedalam
tungku stirrer untuk dilakukan
peleburan, dan menyiapkan batang
pengaduk yang terbuat dari grafit yang
tahan terhadap suhu tinggi.
Tabel Persentase Campuran Pembuatan MMCs Al-4,5%Cu-4%Mg/Al2O3(P)
Setelah semua persiapan telah
selesai maka kita siap untuk
melakukan proses pembuatan metal
matrix composite (MMCs), yang
pertama dilakukan adalah
memanaskan tungku stirrer hingga
mencapai suhu 700 oC dengan
menutup bagian atasnya dengan glass
wool yang terbuat dari serat kaca agar
oksigen tidak masuk dalam ruangan
crucible dan menahannya selama 2
jam hingga mencair, lalu glass wool
tersebut diangkat dan crucible
dikeluarkan didalam tungku dengan
menggunakan penjepit lalu diaduk
menggunakan batang yang terbuat dari
grafit hingga sampai kondisi bubur
(molten).
Penguat (gr) Gerus/ayak no
W total Matriks Al-4.5%Cu-4%Mg
(gr) 5% 7,5% 10% (Mesh) 1 448,77 - - - - 2 445,77 22.43 140 3 444,66 22.28 170 4 449,55 22.23 200 5 451,33 33.85 140 6 451,22 33.84 170 7 457,33 34.3 200 8 445,44 44.54 140 9 448,55 44.85 170
10 455,22 45.52 200
Tungku listrik yang digunakan untuk melakukan proses peleburan MMCs dengan
waktu ± 2 jam pada temperatur 7000C.
4. Proses Tempa
Setelah Al murni + penguat
alumina (Al 2O3) dirasa telah menyatu
dan telah dilakukan pengadukan
hingga merata sampai menjadi bubur
(molten), kemudian paduan tersebut
dilepas dari dalam crussible lalu
diletakkan di dalam cetakan mesin
tempa dan di tempa.
Mesin Tempa
5. Proses Pengujian
Kekerasan.
Pengujian kekerasan adalah satu dari
sekian banyak pengujian yang dipakai,
karena dapat dilaksanakan pada benda
uji yang kecil tanpa kesukaran
mengenai kesukaran spesifikasi
Alat uji kekerasan Brinell
Menggunakan HB 10
Dimana HB 10 adalah kekutan
penekanan bola baja kedalam sampel.
HB = p
(d)2
HB = 62,5
(2,5)2
= 10
Dimana :
p = Beban penekanan yang
diberikan (Kg)
d = Diameter bola yang
digunakan (mm)
Metalography
Adalah pengujian untuk mengetahui
struktur mikro yang terdapat dalam
logam, dimana struktur logam
merupakan penggabungan dari satu
atau lebih struktur kristal, pada
umumnya logam terdiri dari banyak
kristal.
Dalam logam, pengertian kristal sering
pula disebut sebagai butiran. Batas
pemisah antara dua kristal disebut
batas butir (grain boundry). Dsan juga
untuk mengetahui ikatan yang terjadi
pada logam campuran.
Alat uji metalography
Abrasif
Keausan logam adalah peristiwa
lepasnya material dari suatu
permukaan sehingga terjadi
permukaan dimensi dan massa, yang
dapat mengakibatkan terbatasnya umur
atau daya guna suatu perkakas.
Ketahanan aus akan bertambah akibat
meningkatnya kekerasan. Factor-faktor
yang mempengaruhi terhadap keausan
adalah :
• Basar pembebanan
• Jenis material
• Kekerasan material
• Jenis pelumasan
• Temperatur pengoperasian
Adapun jenis-jenis keausan, antara
lain:
• Keausan adhesi
• Keausan abrasi
• Keausan korosi
• Keausan karena kelelahan
permukaan
Alat uji abrasif
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil pengujian kekuatan tarik dari material komposit matriks Al-4,5%Cu-4%Mg
dengan penguat alumina (Al2O3) yang memvariasikan volume fraksi dan ukuran
partikel, ditunjukkan pada Tabel di bawah ini.
Data hasil pengujian kekuatan tarik
Kekuatan Tarik Regangan saat patah
Kode Sampel
(N/mm2) (%) A-5 0,12 0,07 B-5 0,16 0,058 C-5 0,08 0,06
A-7,5 0,14 0,048 B7,5 0,15 0,05 C7,5 0,18 0,052 A-10 0,17 0,036 B-10 0,18 0,034 C-10 0,17 0,043
Grafik pengaruh volume fraksi partikel Al2O3 terhadap kekuatan tarik
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
5% 7.50% 10%Volume fraksi, %
Reg
anga
n, %
140 mesh170 mesh200 mesh
Grafik pengaruh volume fraksi partikel Al2O3 terhadap regangan
Hasil pengujian kekerasan dari material komposit matriks Al-4,5%Cu-4%Mg
denganpenguat alumina (Al2O3) yang memvariasikan volume fraksi dan
ukuranpartikel, ditunjukkan pada Tabel di bawah ini.
Data hasil pengujian Kekerasan Brinell
Kode Sampel Kekerasan rata-
rata(HB) SB A-5 83.5 2.8625 B-5 98.4 5.0915 C-5 108.4 3.3698
A-7,5 102.9 3.7571 B7,5 116.4 9.6289 C7,5 116.4 9.84269 A-10 112.8 11.6242 B-10 106.8 3.22697 C-10 123.8 10.5239
Grafik pengaruh volume fraksi partikel Al2O3 terhadap kekerasan
Hasil pengujian abrasif dari material komposit matriks Al-4,5%Cu-4%Mg dengan
penguat partikel alumina (Al2O3) yang memvariasikan fraksi volume dan ukuran
partikel, ditunjukkan pada Tabel di bawah ini.
Data hasil pengujian abrasif
Kode Sampel Kehilangan
Berat Rata-rata (gr)
Ø (mm)
Keausan Abrasif (gr/m)
SB
A-5 0,5 150 0,021 23,562 B-5 0,44 150 0,018 18,891 C-5 0,39 150 0,0165 10,719
A-7,5 0,4 150 0,0169 26.846 B7,5 0,26 150 0,011 18,762 C7,5 0,2 150 0,008 17,892 A-10 0,25 150 0,01 15,245 B-10 0,3 150 0,012 17,864 C-10 0,2 150 0,008 18,825
Grafik pengaruh volume fraksi partikel Al2O3 terhadap kehilangan berat
Hasil pengamatan metalografi Paduan Al-Cu-Mg + Penguat 5% dengan pengerusan
200 mesh.
Struktur mikro paduan Al-Cu-Mg + Al2O3 5% dan pengayakan 200 mesh
dengan pembesaran 200 x
Hasil pengamatan metalografi Paduan Al-Cu-Mg + Penguat 7,5% dengan pengerusan
200 mesh.
Struktur mikro paduan Al-Cu-Mg + Al2O3 7.5% dan pengayakan 200 mesh
dengan pembesaran 200 x
Alumina
Fasa α (Al)
Alumina
Fasa α (Al)
Hasil pengamatan metalografi Paduan Al-Cu-Mg + Penguat 10% dengan pengerusan
200 mesh.
Struktur mikro paduan Al-Cu-Mg + Al2O3 10% dan pengayakan 200 mesh
dengan pembesaran 200 x
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Berdasarkan data hasil pengujian kekerasan, keausan abrasif dan metalografi maka
dapat ditarik kesimpulan bahwa pada pembuatan komposit matrik logam adanya
unsur magnesium (Mg) akan memberikan sifat mampu basah pada penguat Al2O3
sehingga Al2O3 akan lebih banyak terperangkap oleh matrik aluminium, hal ini dapat
meningkatkan kekerasan, ketahanan abrasif dan meningkatkan tegangan tarik pada
komposit matrik logam.
Saran
Kata kunci keberhasilan dalam pembuatan material komposit matriks logam terletak
pada sifat mampu basah (wettability) dari logam matriks dan proses pengadukannya.
Alumina
Fasa α (Al)
DAFTAR PUSTAKA
1. B. Romiyarso, Toni., Komposit Matrik Logam untuk Bahan Mobil, Seminar
Material Metalurgi, Serpong, 2005.
2. Prosiding, Study Kemampuan Basah dan Pengaruh Reaksi Antar Muka Matrik
Logam (Paduan Al) Dengan Material Penguatnya (SIC dan Al2O3) Pada
pembuatan KML.
3. Lawrence H. Van Vlack, Ilmu dan Teknologi Bahan , Terjemahan Sriati Djaprie,
Erlangga, Jakarta, 1985.
4. Hartono A.J., Komposit Metal, Andy offset, Yogyakarta, 1992.
5. Smallman, R.E. dan Bishop, R.J., Metalurgi Fisik Modern & Rekayasa Material,
Terjemahan Bustanul Arifin dan Myrna, Edisi Keenam, Erlangga, Jakarta,2000.
6. Van Vliet G.L.J Both W, Bahan-Bahan, Terjemahan Haroen, Edisi I, Erlangga,
Jakarta.
7. Laboratorium Teknik Mesin Lanjut, Material Teknik dan Pengecoran Logam,
Pengujian Logam, Universitas Gunadarma, Jakarta, 2008.
8. Niemann, G, Elemen Mesin, Terjemahan Anton Budiman dan Bambang
Priambodo, Edisi Kedua, Erlangga, 1999.
9. Harsono W. dan Toshie O. Teknologi Pengelasan Logam. Terjemahan Harsono
Wiryosumarto, PT. Pradnya Paramita, Jakarta
10. Kustituanto, Bambang., dan Rudy Badrudin, Statistika I, Universitas Gajah Mada,
Jakarta,1994.
11. ASTM, 2000 Annual Book of ASTM Standards Volume 02.02