BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.2 Hasil Pengujian
4.2.2 Hasil Pengujian Impact
Pengujian impak bertujuan untuk mengetahui ketangguhan material MMC yang dinyatakan dalam energi yang diserap sampel uji terhadap luasnya pada saat pengujian dan dinyatakan dalam energy (joule). Pengujian impak dilakukan pada sampel uji menggunakan metode charpy dan menggunakan standart pengujian dari Annual book of ASTM Vol.14.01E23M-00a, Sampel uji impak dapat dilihat pada gambar 4.7
Gambar 4.7 Spesimen impact sebelum dan sesudah di uji
Untuk mencari energi yang dibutuhkan untuk mematahkan sampel (energi yang diserap) dinyatakan dalam persamaan:
56,94
43,56 41,72
0 10 20 30 40 50 60
4% 7% 10%
BRINELL HARDNESS TEST
SiC
E = P.D (cos β– cos α)…...(4.2) Keterangan:
E = Energi yang dibutuhkan untuk mematahkan sampel (Joule) P = Berat Palu x gravitasi yaitu 251,664 N
D = Jarak lengan pengayun yaitu0,6490 M Cos β = Sudut akhir pemukulan
Cos α = Sudut awal pemukulan yaitu konstan 147o
Setelah dilakukan pengujian menggunakan metode charpy dan dihitung menggunakan persamaan ( 4.2 ) Hasil uji energy yang diserap pada pengujian impact dapat diperlihatkan pada tabel 4.4
Tabel 4.5 hasil uji impact energy yang di serap.
Komposisi SiC Atas Tengah Bawah
Nilai rata-rata Energi yang diserap (J)
4% 13,70 7,39 10,04 10,37
7% 8,26 6,53 10,94 8,57
10% 6,53 6,53 11,85 8,30
Dari tabel 4.5 menunjukan hasil uji impak pada bahan alumunium matriks composit dengan komposisi 4%, 7% dan 10% SiC. Maka energy yang di serap jika di buat dalam bentuk grafik maka akan terlihat seperti gambar 4.8
Gambar 4.8 Grafik Energi yang diserap 4%, 7% dan 10% SiC
Gambar 4.8 memperlihatkan hasil pengujian impact untuk alumunium alloy dengan penambahan SiC yang berbeda. Hasil pengujian diperoleh penambahan 4% SiC diperoleh kekuatan impak tertinggi yaitu 10,37 jouledan kekuatan minimum sekitar 7,39 joule pada posisi potongan spesimen pada bagian tengah sehingga logam cenderung ulet. Penambahan dari 4%,7%dan 10% SiC cenderung menurunkan kekuatan impak bahan ,dimana kekuatan impak diperoleh hanya sampai pada 8,30 joule sehingga logam cenderung getas. Jadi penambahan SiC sendiri tidak dapat meningkatkan nilai ketangguhan bahan,bisa di lihat dari tabel dan grafik di atas
Sedangkan untuk mendapatkan nilai impak, maka rumus perhitungan dapat dilihat pada persamaan 4.3.
Ki = ... ( 4.3 ) Dimana:
Ki = Nilai impak (joule/mm2)
E =Energi yang dibutuhkan untuk mematahkan sampel (joule) Ai = Luas penampang sampel (mm2).
13,7
Tabel 4.6 Hasil Uji Impact perhitungan nilai Impact NILAI IMPACT
Komposisi Posisi Coran
Atas Tengah Bawah
4% 0,16 0,09 0,12
7% 0,09 0,08 0,12
10% 0,08 0,08 0,14
4.2.3 Hasil Pengujian Mikrostruktur
Pengujian SEM dilakukan untuk melihat microstruktur yang ada dipermukaan specimen. Pengujian ini menggunakan Reflected Metallurgical Microscope dengan type Rax Vision No.545491, MM-10A,230V-50Hz
a) SiC 4%
1. Hasil foto mikro untuk bahan Alumunium matriks komposit(A 6061)
Gambar 4.9 Foto mikro SiC 4 % Pembesaran 100x
Pada gambar 4.9 terlihat struktur mikro yang terbentuk dengan pembesaran 100x, menunujukan struktur acircular-Al (berwarna terang) dan Strukur eutectic silicon (berwarna gelap).
Gambar 4.10 Foto mikro SiC 4 % Pembesaran 200x
Pada gambar 4.10 terlihat struktur mikro yang terbentuk dengan pembesaran 200x tampak penyebaran SiC merata dan tampak terlihat porositas pada spesimen
b. SiC 7%
1. Hasil foto mikro untuk bahan Alumunium matriks composit(A 6061)
Gambar 4.11 Foto mikro SiC 7 % Pembesaran 100x
Pada gambar 4.11 terlihat struktur mikro yang terbentuk dengan pembesaran 100x dengan komposisi SiC yang cukup merata pada spesimen 7% SiC.
.
Gambar 4.12 Foto mikro SiC 7 % Pembesaran 200x
Pada gambar 4.12 terlihat struktur mikro yang terbentuk dengan pembesaran 200x, tampak terlihat penyusunan SiC yang merata pada campuran SiC sebanyak 7 %
b) SiC 10%
1. Hasil foto mikro untuk bahan Alumunium matriks composit(A 6061)
Gambar 4.13 Foto mikro SiC 10 % Pembesaran 100x
Pada gambar 4.13 terlihat struktur mikro yang terbentuk dengan pembesaran 100x
Gambar 4.14 Foto mikro SiC 10 % Pembesaran 200x
Hasil Pengujian Mikrostruktur pada campuran 4%, 7% dan 10%
menunjukkan jumlah SiC yang cukup banyak,dan terlihat tingkat porositas yang tinggi .Hal ini dapat terjadi dikarenakan berbagai faktor yaitu metode pengecoran yang menggunakan sand casting ( cetakan pasir ).
4.2.4 Hasil Pengujian Tarik
Pengujian tarik (tensile test) dilakukan pada sampel metal matrix composite (MMC) yang dibuat menggunakan metode pengecoran sand casting untuk mengetahui kekuatan tarik maksium, juga elongation material tersebut.Bentuk dari spesimen pengujian tarik sudah mempunyai standar denganmenggunakan standar dari Annual book of ASTM Vol.3 E8M-00b.Gambar mesin uji tarik dapat dilihat pada gambar 4.15
Gambar 4.15 Ilustrasi mesin Uji Tensile
a. Tegangan (σ)
Tegangan pada uji tarik merupakan berat beban (P) dibagi dengan luaspenampang (A) pada sepesimen. Maka hasil perhitungan tegangan pada untuk setiap spesimennya sama. Dapat dihitung dengan persamaan berikut :
σ =
...(4.12) Dimana : σ = Tegangan (MPa)P = Beban pada waktu pengujian (kgf) A = Luas penampang (mm2)
b. Regangan(ε)
Untuk nilai regangan diambil nilai perpanjangan setiap spesimen uji. Maka nilai regangan dapat ditentukan dari persamaan berikut :
ε =
x
100...(4.13) Dimana : ε = Regangan ( %)Lo = Panjang Awal(mm) ΔL = Perpanjangan (mm)
Gambar 4.16 Spesimen Uji tarik
1. Hasil pengujian Tensile A 6061 + 4% SiC
Pada gambar 4.17 Terlihat spesimen uji tensile setelah di lakukan uji tensile di laboratorium teknik mesin politeknik negeri medan, memperlihatkanpermukaan patahan sampel uji tarik pada spesimen dijumpai adanya porositas bada bagian dalam coran . porositas yang terbentuk akan mempengaruhi kekuatan uji tarik spesimen .pengaruh porositas banyak di sebabkan oleh beberapa faktor yaitu udara yang terperangkap,serta metode pengecoran yang menggunakan pasir sehingga menimbulkan porositas pada pengecoran .
Gambar 4.17 Bentuk patahan uji tarik 4 %.
Tabel 4.7 Hasil uji tarik pada spesimen 4% SiC TENSILE TEST Kode
Spesimen
Ø Benda uji (mm)
Luas (mm)
Fu (N) σU
(N/mm2)
Ɛ (%)
Bulat-1 8,28 53,82 6650 123,56 3,05
Bulat-2 8,29 53,95 3250 60,24 3,00
Bulat-3 8,254 53,30 3750 70,36 3,18
Rata-rata 84,72 3,08
a. Tegangan tarik A6061 - 4% SiC
Hasil pengujian seperti diperlihatkan pada gambar 4.18 . pada gambar memperlihatkan kekuatan tegangan tarik maksimum untuk paduan al-SiC diperoleh sebesar 123,56 Mpa .Sebaliknya kekuatan terendah di peroleh dengan nilai tarik maksimum sebesar 60,24 Mpa .Hal ini dikarenakan saat pengadukan tidak merata dapat menyebabkan porositas sehingga menurunkan kekuatan tarik pada spesimen yang di uji.
Gambar 4.18 Perbandingan Ultimate tensile strength (UTS) alumunium-SiC 4%
b. Regangan A6061 - 4% SiC
Pada pengujian tensile terdapat juga nilai regangan yang di peroleh dari pengujian tersebut. Pada gambar 4.19 terlihat nilai regangan pada komposisi 4% SiC nilai regangan maksimum terdapat nilai 3,18% .sedangkan nilai regangan terendah dengan nilai 3 %.Nilai regangan berbanding lurus dengan nilai tegangan tarik,sehingga semakin tinggi nilai tegangan tarik maka semakin besar pula meregang benda tersebut.
Gambar 4.19 Diagram Perbandingan Regangan SiC 4%
123,56
2. Hasil pengujian Tensile A6061 +7% SiC
Pada gambar 4.20 Terlihat spesimen uji tensile setelah di lakukan uji tensile di laboratorium teknik mesin universitas politeknik negeri medan,memperlihatkan permukaan patahan sampel uji tarik pada spesimen dijumpai adanya porositas bada bagian dalam coran. Sama dengan variasi 4 %SiC yang terdapat porositas pada bagian coran sehinnga dapat menurunkan kekuatan tarik. Pada gambar 4.20 terlihatnya porositas pada coran 7% SiC dikarenakan oleh beberapa faktor yaitu udara yang terperangkap,serta metode pengecoran yang menggunakan pasir sehingga menimbulkan porositas pada pengecoran .
Gambar 4.20 Bentuk patahan uji tarik 7 %.
Tabel 4.8 Hasil uji tarik pada spesimen 7% SiC TENSILE TEST Kode
Spesimen
ØBenda uji (mm)
Luas (mm) Fu (N) σU (N/mm2)
Ɛ(%)
Bulat-1 8,62 58,33 2050 35,15 3,67
Bulat-2 8,78 60,51 2250 37,18 2,73
Bulat-3 8,72 59,69 2200 36,86 2,31
Rata-rata 36,39 2,90
a. Tegangan tarik A6061 - 7% SiC
Dari Gambar 4.21 hasil pengujian tensile dengan komposisi 7% SiC dapat dilihat nilai tegangan tertinggi 37,18 MPa sedangkan untuk nilai tegangan tarik terendah dengan nilai 35,15 Mpa..
Gambar 4.21 Perbandingan Ultimate tensile strength (UTS) alumunium-SiC 7%
b. Regangan A6061 - 7% SiC
Pada pengujian tensile terdapat juga nilai regangan yang di peroleh dari pengujian tersebut. Pada gambar 4.42 terlihat nilai regangan pada komposisi 7% SiC nilai regangan maksimum dengan nilai 3,67 % . dan nilai regangan minimum yaitu 2,31%.
35,15
37,18
36,86
34 34,5 35 35,5 36 36,5 37 37,5
Bulat-1 Bulat-2 Bulat-3
STRESS (MPA)
SiC 7 %
Gambar 4.22 Diagram Perbandingan Regangan SiC 7%
3. Hasil pengujian Tensile A6061 +10% SiC
Pada gambar 4.23 Terlihat spesimen uji tensile setelah di lakukan uji tensile di laboratorium teknik mesin universitas politeknik negeri medan,memperlihatkan permukaan patahan sampel uji tarik pada spesimen dijumpai adanya porositas bada bagian dalam coran. Sama dengan variasi 4 % dan 7% SiC yang terdapat porositas pada bagian coran sehingga dapat menurunkan kekuatan tarik. Pada gambar 4.23 terlihatnya porositas pada coran 10% SiC dikarenakan oleh beberapa faktor yaitu udara yang terperangkap,serta metode pengecoran yang menggunakan pasir sehingga menimbulkan porositas pada pengecoran .
Gambar 4.23 Bentuk patahan uji tarik 10 % SiC 3,67
Tabel 4.9 Hasil uji tarik pada spesimen 10% SiC memperlihatkan kekuatan tegangan tarik maksimum untuk paduan al-SiC diperoleh sebesar 97,00 Mpa.Sebaliknya kekuatan tarik terendah di peroleh pada nilai tarik maksimum sebesar 26,68 Mpa .Hal ini dikarenakan saat pengadukan tidak merata dapat menyebabkan porositas sehingga menurunkan kekuatan tarik pada spesimen yang di uji.
Gambar 4.24 Perbandingan Ultimate tensile strength (UTS) alumunium-SiC 10%
58,16
b. Regangan A6061 - 10% SiC
Pada pengujia Tensile terdapat juga nilai regangan yang di peroleh dari pengujian tersebut. Pada gambar 4.25 terlihat nilai regangan pada komposisi 10% SiC nilai regangan maksimum dengan nilai 2,73% .sedangkan nilai regangan terendah dengan nilai 1,66 %. Nilai regangan berbanding lurus dengan nilai tegangan tarik,sehingga semakin tinggi nilai tegangan tarik maka semakin besar pula meregang benda tersebut.
Gambar 4.25 Diagram Perbandingan Regangan SiC 10%
Gambar 4.26 Perbandingan Diagram Ultimate tensile strength Rata-rata
Gambar 4.27 Diagram Perbandingan Regangan Rata-rata 4%,7% dan 10%
4.2.5 Hasil Pengujian Bending
Pengujian lengkung ( Bending Test ) dilakukan menggunakan standart pengujian ASTM D 790 dan ASTM D 695. Pengujian bending bahan hasil coran bertujuan untuk menentukan nilai kekuatan tekan dari alumunium matriks komposit, 3 variasi SiC sebagai penguat yaitu 4% SiC, 7% SiC, dan 10 % SiC menggunakan alat Tarnotest UPH 100 kN. Proses pengujian ini dilakukan di Laboratorium & Bengkel Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. Foto Sampel uji kekerasan dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 4.28 Spesimen uji bending 3,08 2,9
2,01
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
4% 7% 10%
STRAIN (%)
SiC
Setelah dilakukan pengujian spesimen maka diperoleh hasil pengujian bending sebagai berikut.
a. Spesimen 4% SiC
Tabel 4.10 Hasil uji bending pada spesimen 4% SiC BENDING TEST
Tabel 4.10 menunjukan nilai kekakuan dari hasil pengujian bending bahan aluminium matriks composit. Berdasarkan tabel 4.12 diatas, grafik kekuatan bending (σmax) yang terbentuk pada spesimen pengujian dapat dilihat pada gambar 4.29 berikut ini.
Gambar 4.29 Grafik Perbandingan kekuatan bending pada spesimen 4% SiC
Dapat dilihat pada gambar 4.29 grafik menunjukan nilai rata-rata pengujian kekuatan tekan pada variasi 4 % SiC didapatkan nilai rata-rata kekuatan bending
450,26 508,85
PELAT 1 PELAT 2 PELAT 3
σmax (N/mm2)
SiC4 %
yaitu 434,17 N/mm2. Dengan nilai kekuatan bending paling tinggi yaitu 450,26 N/mm2 sedangkan nilai kekuatan bending paling rendah yaitu 343,8 N/mm2
b. Spesimen 7% SiC
Tabel 4.11 Hasil uji bending pada spesimen 7% SiC BENDING TEST
Tabel 4.11 menunjukan nilai kekuatan tekan dari hasil pengujian bending bahan aluminium matriks composit. Berdasarkan tabel 4.13 diatas, grafik kekuatan bending (σmax) yang terbentuk pada spesimen pengujian dapat dilihat pada gambar 4.30 berikut ini.\
Gambar 4.30 Grafik Perbandingan kekuatan bending pada spesimen 7% SiC 392,87
PELAT 1 PELAT 2 PELAT 3
σmax (N/mm2)
SiC 7%
Dapat dilihat pada gambar 4.30 grafik menunjukan nilai rata-rata pengujian kekuatan bending pada variasi 7 % SiC didapatkan nilai rata-rata kekuatan bending yaitu 312,02 N/mm2. Dengan nilai kekuatan tekan paling tinggi yaitu 392,87 N/mm2 sedangkan nilai kekuatan tekan paling rendah yaitu 161,87 N/mm2.
c. Spesimen 10% SiC
Tabel 4.12 Hasil uji bending pada spesimen 10% SiC BENDING TEST
Tabel 4.12 menunjukan nilai kekuatan tekan dari hasil pengujian bending bahan aluminium matriks composit. Berdasarkan tabel 4.12 diatas, grafik kekuatan tekan (σmax) yang terbentuk pada spesimen pengujian dapat dilihat pada gambar 4.31 berikut ini.
Gambar 4.31 Grafik Perbandingan kekuatan bending pada spesimen 10 % SiC 230,66
PELAT 1 PELAT 2 PELAT 3
σmax (N/mm2)
SiC 10%
Dapat dilihat pada gambar 4.31 grafik menunjukan nilai rata-rata pengujian bending pada variasi 10 % SiC didapatkan nilai rata-rata kekuatan bending yaitu 330,91 N/mm2. Dengan nilai kekuatan bending paling tinggi yaitu 439,1 N/mm2 sedangkan nilai kekuatan bending paling rendah yaitu 230,66 N/mm2.
Gambar 4.32 Grafik rata-rata Perbandingan kekuatan bending pada spesimen 4%, 7% dan 10 % SiC
434,17
312,02 330,91
0 100 200 300 400 500
4% 7% 10%
σmax (N/mm2)
SiC
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berikut ini merupakan kesimpulan dari penelitian yang didapat yaitu sebagai berikut:
1. Proses pembuatan Aluminium Matriks Composit dengan metode sand casting menghasilkan produk coran yang tidak terlalu baik, dari sifat mekanis dan struktur mikro,dikarenakan terjadinya porositas yang tinggi pada saat cairan aluminium berada dalam cetakan pasir.
2. Penambahan SiC pada bahan aluminium matrix composite dengan metode sand casting menghasilkan sifat mekanik sebagai berikut:
a) Penambahan Silikon karbida lebih dari 4%pada bahan Aluminium tidak dapat meningkatkan nilai kekerasan pada aluminium matrix composite tersebut, nilai kekerasan tertinggi ada pada penambahan Silikon karbida sebanyak 4% yaitu 56,94 BHN.
b) Nilai energy dan nilai impact paling tinggi diperoleh pada variasi komposisi 4% yaitu sebesar 10,3 joule dan untuk nilai impact sebesar 0,298 Joule/mm². Kekuatan impact terendah diperoleh pada variasi komposisi 10% yaitu 8,30 joule dengan nilai impact 0,243 Joule/mm² . c) Nilai kekuatan tekan paling tinggi berada pada variasi komposisi 4%
dengan nilai rata-rata kekuatan tekan yaitu 434,17N/mm2
d) Nilai kekakuan tertinggi didapat pada komposisi SiC 4% dengan nilai elongasi 3,08%
3. Hasil pengujian microstruktur memperlihatkan bahwa pengaruh dari peningkatan % SiC pada bahan Aluminium Matriks Composit pada pengecoran sand casting akan berbanding lurus dengan kehalusan struktur mikro sehingga dapat meningkatkan nilai kekerasan, nilai impact, tegangan maksimal dan nilai kekuatan bending.
5.2 Saran
Berikut adalah saran yang berguna bagi penelitian di masa mendatang,mengingat masih banyaknya kekurangan pada penelitian sebelumnya.
1. Dalam pembuatan alumunium matrix composite diperlukan alat pembaca suhu yang bias mengontrol suhu di dalam crusible.
2. Dalam proses pembuatan alumunium matrix composite dengan Metode Sand casting agar melakukan stir atau pengadukan paduan dengan konstan agar campuran lebih merata
3. Perlunya pasir yang berkualitas bagus dalam metode sand casting agar mencapai hasil yang maksimal seperti jenis pasir zircon.
DAFTAR PUSTAKA
[1] George E. Dieter, “MetalurgiMekanik, Jilid 2”, Erlangga, Jakarta, 1986 [2] F.A. Lewis, “Aluminium Alloy Casting and Foundry” JhonWinley and
Sons, New York, 1976.
[3] L.Lancaster, dkk, 2013. “Utilization of Agroindustrial Waste in Metal Matrix CompositesTowards Sustainability”, Word Academy of Science, Engineering and Technology.
[4] Avner, Sidney , H, Introduction to Physical Metallurgi 2nd edition, McGraw-Hill Kogakusha , 1974.
[5] Dalton, W . K, The Technologi of Metallurgy, New York, United States,1993
[6] Tata Surdia, Kenji Chijiwa, “TeknikPengecoranLogam”, PT.
PradnyaParamita, Jakarta, 1975.
[7] Shigley’s. (2006). Mechanical Engineering Design 8th Edition.McGraw-Hill.NewYork
[8] Akuan, A.,2009, TungkuPeleburanLogam ,UniversitasJendral Ahmad Yani , Bandung.
[9] Groover, M. P., 2010, Fundamentals of Modern Manufacturing:Materials,Processes, and systems, 4thedition, John Wiley &Sons,Inc., New York,United States.
[10] Smallman, RE dan RJ Bishop. 2000. “MetalurgiFisik Modern danRekayasaMaterial”,Jakarta : Erlangga.
[11] S. Deni, et.all., (2008), AnalisisPengaruhKomposisi Sic TerhadapSifatMekanisKompositSerbuk Al/ SiCDengan Proses Single Compaction, JurnalMakaraSains.
[12] M. Schwartz. McGraw-Hill, 1992 Composite Materials Handbook. Front Cover. Mel - Technology & Engineering