Pengujian tekan timbal ini dilakukan dalam tiga tahapan, yaitu persiapan cetakan, persiapan spesimen dan pengujian tekan. Persiapan ini dilakukan agar hasil yang nantinya didapatkan berupa hasil yang dapat dipertanggungjawabkan secara ilmiah dan sesuai dengan standar pengujian yang sudah diterapkan dalam ASTM. Untuk mendapatkan data yang valid, dibutuhkan data dari sepuluh spesimen yang nantinya perlu melewati beberapa tahapan sebelum dilakukan pengujian tekan.
Tahap pertama adalah persiapan cetakan untuk molding. Cetakan dipesan dan dibuat menggunakan tanah liat yang sudah melewati tahapan pembakaran awal saat keluar dari proses produksi tembikar dengan kondisi seperti pada gambar 4.1. Percobaan dilakukan dengan melakukan penuangan timbal cair langsung pada cetakan. Pada saat penuangan ditemukan adanya air yang tersisa pada cetakan, yang kemudian mengakibatkan kebocoran pada cetakan. Kebocoran terjadi akibat adanya porositas yang terdapat pada cetakan tanah liat dan pori–pori tersebut terisi partikel–partikel air, sehingga saat timbal cair dituangkan muncul efek seperti mendidih pada cairan timbal yang diakibatkan oleh proses perubahan fase partikel air menjadi partikel gas. Perubahan fase ini disebabkan oleh tingginya suhu tuang timbal yang mencapai 370oC yang dapat menguapkan air. Porositas ini diperbaiki dengan cara memanaskan kembali tanah liat kedalam oven hingga suhu 900oC untuk menghilangkan partikel–partikel air yang terdapat pada cetakan. Setelah oven mencapai suhu 900oC, suhu ditahan selama sekitar lima menit dan kemudian dilakukan pendinginan.
Pendinginan pada cetakan dilakukan secara perlahan dengan mematikan oven dan membiarkan oven dingin dengan sendirinya bersamaan dengan cetakannya. Pendinginan secara perlahan dilakukan dengan tujuan untuk tidak merusak cetakan, karena ketika cetakan dalam keadaan panas (berubah warna menjadi merah menyala) ketika dikenai udara luar, maka cetakan tersebut akan mulai retak dan tidak dapat digunakan kembali.
32 Gambar 4.1 Cetakan tanah liat sebelum penuangan timbal Proses penuangan dilakukan setelah cetakan berada pada suhu sekitar 250oC, dan pada suhu terebut saat cetakan dikeluarkan dari oven dalam keadaan warna yang berubah menjadi agak terang dan tidak retak saat berada di luar oven. Timbal dituang pada suhu 370oC dan kemudian ditunggu hingga timbal mengeras seperti yang terlihat pada gambar 4.2.
Saat timbal sudah mengeras, cetakan yang sudah berisikan timbal kemudian dipanaskan kembali dalam oven hingga pada suhu 550oC dan ditahan pada suhu tersebut selama 10 menit. Dalam waktu tersebut, dilakukan pengecekan dengan membuka oven untuk melihat indikasi kebocoran yang mungkin terjadi selama proses pemanasan kembali ini. Pendinginan dilakukan dengan mematikan oven dan didinginkan hingga suhu ruangan, pendinginan yang lama bertujuan untuk menyamakan tingkat penurunan suhu antara timbal dengan cetakannya.
Gambar 4.2 Penampakan cetakan setelah proses pengecoran
33 Proses berlanjut ke proses machining yaitu proses pembubutan. Proses bubut yang dilakukan adalah proses facing yaitu proses perataan permukaan pada bagian atas silinder. Proses ini dilakukan untuk menghilangkan cacat–
cacat permukaan yang didapatkan selama pengecoran, seperti porositas dan sisa penuangan pada permukaan atas spesimen. Pembubutan dilakukan pada kecepatan 450 rpm dan dilakukan pemakanan sekitar 0,5mm per sekali makan. Pemakanan yang cenderung sedikit tersebut diperuntukan untuk timbal yang memiliki sifat ulet, pada proses pembubutan sendiri berbagai kesalahan terjadi dikarenakan pemakanan yang terlalu dalam dan membuat spesimen menjadi penyok akibat dari tekanan ragum dan pisau pahat.
Penampakan bentuk spesimen setelah dibubut, dapat dilihat pada gambar 4.3
Gambar 4.3 Spesimen yang siap di uji tekan.
34 Pengambilan data menggunakan mesin uji Tarik yang terdapat di laboratorium Ilmu Logam Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dengan bantuan aplikasi Tension PC untuk memantau mesin secara digital.
Pengujian tekan dilakukan pada 10 spesimen dengan kecepatan tekan 5mm/menit dan beban maksimal 1350 kgf. Pengujian dilakukan dengan meletakkan spesimen diantara dua plat besi pada mesin, dan pastikan benda terletak tepat ditengah–tengah bidang plat. Skema teknis pengujian di laboratorium dapat dilihat pada gambar 4.4
Gambar 4.4 Skema pengujian tekan 4.2 Hasil Pengujian
Pada pengujian yang lakukan di laboratorium, Sepuluh spesimen diujikan pada mesin uji tekan hingga spesimen mengalami deformasi.
Spesimen diletakkan segaris lurus dengan arah pembebanan dalam suhu ruangan, sehingga spesimen timbal mengalami beban axial. Pengujian dilakukan dengan mengatur kecepatan pembebanan sebesar 5 mm/min (milimeter per menit), adalah standar kecepatan pengujian untuk logam
35 yang memiliki tingkat sensivitas yang tinggi terhadap laju regangan. Mesin uji juga di atur dengan pembebanan maksimum 1350 kgf. Dalam pengujian tidak memperhitungkan kenaikan suhu pada spesimen selama pembebanan berlangsung, dan hanya memperhatikan deformasi yang terjadi serta kekuatan tekan pada spesimen. diketahui bahwa beban maksimum yang dapat ditahan oleh timbal rata–rata sebesar 339,6 kgf (3329,9 N), sedangkan didapatkan juga kekuatan tekan maksimum nya sebesar 20,2 MPa (memiliki margin of error sebesar 5%
atau sebesar 1 MPa). Pada pengujian di laboratorium, data puncak diperoleh dan dicatat saat grafik mulai menunjukkan kenaikan drastis dalam pembebanan akibat dari deformasi spesimen. Spesimen diketahui bersifat ulet sehingga pada beban maksimum, luas permukaan dari spesimen bertambah sehingga membutuhkan beban yang lebih untuk menekan spesimen hingga pembebanan masksimal yang sudah diatur. Titik dimana terjadi deformasi akan ditandai dengan kenaikan beban yang drastis akibat dari perubahan luas permukaan, dan di titik inilah akan ditentukan sebagai
36 kekuatan tekan saat spesimen masih dalam bentuk yang semula. Deformasi yang terjadi pada spesimen setelah beban tekan dilepaskan dapat dilihat pada gambar 4.5
Gambar 4.5 Pengujian tekan pada timbal spesimen E
Pengujian dilakukan dengan suhu ruangan, dan spesimen mengalami perlakuan panas yang sama, yakni dengan pemanasan ulang bersamaan dengan cetakan tanah liat dengan suhu 550oC. Selama pengujian didapatkan data berupa grafik yang dapat dilihat pada lampiran. Berikut akan dijelaskan pembacaan pada grafik spesimen F. Dalam grafik, sumbu X menyatakan perubahan panjang dalam X E-2mm, sedangkan pada sumbu Y menyatakan beban yang diaplikasikan pada spesimen sebesar Y E-2 kgf.
Gambar 4.6 Grafik uji tekan Pb spesimen F
37 Dalam grafik terdapat dua garis tambahan di sisi kiri dan kanan grafik, dapat dilihat garis yang berada disisi kanan memiliki kemiringan dan berwarna merah, sedangkan garis yang di sebelah kiri sejajar dengan sumbu X dan berwarna biru. Garis yang berada di sebelah kanan mempresentasikan daerah yang linear dalam garis grafik F, kemudian garis sebelah kiri berfungsi sebagai garis bantu yang menghubungkan grafik F dengan sumbu Y. Dapat dilihat dari grafik bahwa spesimen F memiliki daerah linear dan juga daerah non-linear dimana beban meningkat secara signifikan. Garis linear dibuat untuk membantu menentukan titik deformasi pada spesimen, yang ditandai dengan garis grafik F yang menjadi tidak segaris dengan garis linear. Di titik tersebut, garis linear dan garis grafik sudah tidak bersinggungan dan akan terpisah semakin jauh akibat dari meningkatnya beban akibat dari deformasi spesimen. Dalam contoh grafik F, garis bantu menunjukkan bahwa beban maksimum terdapat pada kisaran angka 250-260 kgf seperti yang dapat dilihat pada Gambar 4.6 diatas, sedangkan pembacaan lebih detail melalui software OriginLab menunjukkan angka 255,66 kgf.
Tabel 4.2 Data Perubahan Panjang dan Diameter pada Spesimen
Spesimen
Sebelum Pengujian Setelah Pengujian Tinggi
38 Tabel 4.2 menunjukkan bukti dari deformasi yang terjadi pada sepuluh spesimen yang diuji tekan. Perubahan terjadi pada bentuk, diameter dan juga pada tinggi spesimen, dalam Gambar 4.7 bisa dilihat deformasi yang terjadi akibat dari beban tekan yang sudah melewati batas proporsional dan beban tetap diaplikasikan hingga batas maksimum beban dicapai. Timbal memiliki sifat ulet yang akan menyebabkan spesimen mengalami deformasi terus menerus, dan tidak menunjukkan adanya retak ataupun tanda-tanda kegagalan lainnya.
Gambar 4.7 Spesimen timbal I dan G setelah pengujian
Dalam literatur yang peroleh, menurut data timbal dengan tingkat kemurnian sekitar 98%, timbal dapat menahan beban tekan hinggal 12 MPa atau 122,4 kg/cm2 (Casas, 2006). Dalam perbandingannya dengan logam lain seperti Alumunium, timbal memiliki kekuatan tekan yang lima sampai enam kali lebih rendah. Data yang berhasil didapatkan dari jurnal Patrick Shower adalah sebagai berikut
39 Gambar 4.8 Grafik uji tekan alumunium (Patrick, 2017)
Pada Gambar 4.8, didapatkan hasil bahwa dalam berbagai macam suhu, Alumunium memiliki hasil uji yang berbeda. Uji tekan pada timbal dilakukan dalam suhu ruangan yakni 25oC, sehingga dapat dibandingkan dengan data Alumunium pada suhu 25oC. Didapatkan data bahwa aluminuim mengalami deformasi elastis yang cukup cepat, jika dilihat dari bentuk grafiknya.
Gambar 4.9 Grafik uji tekan paduan Alumunium 319 pada suhu 25oC (Patrick, 2017)
Dalam gambar 4.9 tersebut dapat diketahui bahwa beban maksimal yang dapat ditahan oleh silinder alumunium 319 adalah sebesar 590 MPa.
Jika dibandingkan dengan data yang ada pada timbal, yang memiliki rata–
rata kekuatan tekan di angka 20 MPa, maka hasil tersebut memiliki
40 ketidaksesuaian dengan literasi yang menyatakan bahwa kekuatan tekan pada timbal berkisar lima kali lebih rendah dibandingkan dengan kekuatan tekan dari Alumunium. Pada Alumunium paduan 319, Setelah kompresi suhu kamar, batas misorientasi (misoriented line) yang sangat rendah diamati karena kepadatan yang tinggi dari dislokasi yang tidak selaras.
Dislokasi ini berakibat pada mulai retaknya sisi dari silinder alumunium yang berawal dari sisi atas silinder akibat kepadatan yang cenderung tidak merata akibat deformasi yang dialami oleh beban tekan. Sedangkan pada timbal yang digunakan pada penelitian ini, memiliki tingkat kemurnian yang lebih rendah, sehingga dapat diasumsikan bahwa paduan yang ditambahkan pada timbal berfungsi untuk meningkatkan kekuatan tekan pada timbal.
Deformasi yang terjadi terus-menerus pada spesimen akibat beban tekan cenderung disebabkan oleh beban tekan yang rendah. Kemudian tingkat kekuatan tekan yang mampu ditahan oleh timbal akan meningat seiring dengan tingkat deformasi yang dialami oleh timbal
Timbal mulai digunakan pada rancangan tutup kolimator saat ini untuk menggantikan material nikel yang digunakan sebelumnya. Berikut didapatkan perbandingan antara uji tekan timbal dengan uji tekan pada paduan nikel aluminium yang diteliti oleh Lei Wang, Chengli Yao, Jun Shen, dkk.
41 Gambar 4.10 Grafik Uji tekan Paduan NiAl-Cr (Mo)-xFe
Gambar 4.11 Grafik Uji tekan Paduan NiAl-Cr-xFe
42 Diketahui bahwa paduan logam nikel-Alumunium merupakan paduan super (supper alloy) yang mempunyai titik lebur yang tinggi, massa jenis yang rendah, tahan terhadap oksidasi serta memiliki konduktivitas thermal yang baik, namun memiliki nilai elastisitas dan kekuatan retak yang rendah pada suhu ruangan yang membuatnya dibatasi dalam pemakaian secara umum. Dalam pengujian ini, pengujian tekan dilakukan pada suhu ruangan, dengan variasi penambahan Fe. Pada praktiknya, paduan ini ditambahkan paduan makro seperti Crom dan Molybdenum untuk meningkatkan kekuatan serta tingkat elastisitas. Ditemukan dalam Gambar 4.10 bahwa paduan yang ditambahkan dengan kedua paduan makro tersebut memiliki kekuatan tekan hingga 2229 ± 43 MPa pada penambahan 5% Fe, juga didapatkan bahwa penambahan Fe justru mengurangi nilai kekuatan tekan dari paduan. Gambar 4.11 menunjukan bahwa molybdenum adalah sumber dari kekuatan tekan yang besar pada paduan niikel-aluminium ini, nilai kekuatan tekan terbaik pada paduan NiAl-Cr adalah sebesar 1333 ± 52 MPa dengan tanpa adanya penambahan Fe, didapati pula bahwa peningkatan Fe akan semakin mengurangi nilai kekuatan tekan pada paduan Ni-Al tersebut.
Sehingga dapat disimpulkan bahwa molybdenum berperan penting untuk meningkatkan nilai kekuatan tekan pada paduan nikel-aluminium.
43 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN