METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisikan metode yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan pada skripsi ini. Dalam penelitian ini berisikan beberapa tahapan yang dilakukan yaitu pembuatan spesimen uji kekerasan, uji impact, uji, kekasaran, uji keausan dan uji foto mikrostruktur dengan menggunakan bahan Aluminium 356 yang diperkuat SiC.
3.1 Tempat dan Waktu
Tempat dan waktu penelitian seperti terlihat pada tabel 3.1 berikut : Tabel 3.1 Tempat dan waktu penelitian
No Kegiatan Tempat Waktu
1 Persiapan Alat dan
Bahan
Laboratorium Teknologi Mekanik Teknik Mesin USU 15 Juli 2015 s/d 20 Juli 2015 2 Penimbangan dan Peleburan Laboratorium Foundry Teknik Mesin USU
22 Juli 2015 s/d 25 Juli 2015
3 Pembuatan Sampel Uji Laboratorium Teknologi
Mekanik Teknik Mesin USU 27 Juli 2015 s/d 1 Agust 2015 4 Pengujian kekerasan dan Pengujian Mikrostruktur Laboratorium Metalurgi Teknik Mesin USU
03 agust 2015 s/d 11 Agust 2015
5 Pengujian Impak Laboratorium Fisika
Terpadu MIPA USU
13 Agust 2015
6 Pengujian Kekasaran Laboratorium Material
Test Pendidikan
Teknologi Kimia
Industri ( PTKI )
20 Agust 2015
7 Pengujian Keausan Laboratorium Getaran,
Kebisingan USU
34 3.2 Bahan dan Alat Penelitian
Terdapat beberapa bahan dan alat yang digunakan untuk melakukan penelitian. Bahan dan alat penelitian tersebut adalah sebagai berikut :
3.2.1 Bahan Penelitian a. Aluminium 356
Dalam penelitian ini bahan yang digunakan adalah Aluminium dalam bentuk ingot dengan komposisi kandungan didalamnya seperti ditunjukkan pada tabel 3.2 dan terlebih dahulu dipotong sebelum dilebur. Adapun aluminium yang digunakan dalam penelitian terlihat pada gambar 3.1
Tabel 3.2 Komposisi Aluminium A356
Al Si Fe Cu Mn Mg Zn Ni Cr Pb
92 7,44 0,147 0,0098 0,044 0,135 0,012 0,004 0,001 0,002
Gambar 3.1Aluminium 356 (Ingot)
b. Silikon Karbida (SiC)
Dalam penelitian ini bahan keramik yang digunakan adalah silikon karbida berbentuk serbuk berwarna kelabu dan digunakan sebagai pengeras bahan. Seperti yang terlihat pada gambar 3.2
35
c. Cover Fluks
Setelah seluruh material aluminium melebur seluruhnya, kemudian cover flux ke atas permukaan aluminium cair dengan tujuan untuk mengikat kotoran-kotoran berupa oksida-oksida dan impurities lainnya yang terdapat di dalam aluminium cair. Kotoran yang telah berikatan dengan fluxing agent dibuang
dengan cara drossing di permukaan aluminium dengan menggunakan sendok plat
besi yang telah di-coating dan selanjutnya dibuang. Cover fluks dapat dilihat pada gambar 3.3.
Gambar 3.3 Cover Fluks d. Arang Kayu Laut
Arang kayu laut digunakan sebagai bahan bakar tungku peleburan aluminum. Adapun arang kayu laut ditunjukkan pad gambar 3.4
36 3.3.2 Alat Penelitian
a. Mesin Gerinda Tangan
Alat ini digunakan untuk memotong ingot menjadi ukuran yang sesuai dengan Crusible agar dapat dilebur didalam wadah Crusible seperti ditunjukkan pada gambar 3.5.
Gambar 3.5 Mesin Gerinda Tangan b. Ragum
Alat ini digunakan untuk menjepit spesimen agar mudah ketika dilakukan pemotongan dengan menggunakan mesin gerinda tangan. Ragum ini terlihat pada gambar 3.6 berikut ini.
37 c. Termokopel type - K
Alat ini digunakan sebagai pengukur temperatur dari cetakan dengan cara meletakkan ujung kawat pada cetakan yang dipanaskan dan untuk mengukur panas pada aluminium yang sedang di cairkan. Pada gambar 3.7.
Gambar 3.7 Termokopel type- K
d. Mesin Stir Casting
Alat ini digunakan untuk memutar aluminium cair yang sudah dicampur dengan silikon karbida didalam Crusible agar komposisi didalam coran merata. Kecepatan putar yang digunakan pada penelitian ini adalah 175 rpm dengan waktu pengadukan 1 menit. Mesin Stir Casting dapat dilihat pada gambar 3.8 berikut ini.
38 e. Krusibel (Crucible)
Peralatan ini dugunakan untuk melebur Aluminium dirancang sedemikian rupa agar efektif dalam pembakaran, krusibel yang digunakan pada penelitian ini memiliki kapasitas 1500 gr. Krusibel dapat dilihat pada gambar 3.9 berikut ini.
Gambar 3.9 Krusibel
f. Pembuatan Pola
Pola yang dipilih pada pengecoran aluminium 356 yang diperkuat SiC dari bahan kayu dengan jenis kayu jenis pola sislinder. Pola kayu yang dipilih karena cepat pembuatannya, pengolahannya mudah dan biayanya murah. Sedangkan ukuran silinder yang dibuat dapat dilihat pada gambar 3.10.
39 g. Desain TypeGating System
Ukuran type gating system dengan diameter 25mm sedangkan tinggi gating system type A yaitu 50mm, type B 100mm dan type C 150mm. Desain gating system dibuat dalam tiga bentuk, yaitu :
1. Pola gating system type A
Pola gating system type A disebut juga gating system langsung dimana coran dihubungkan langsung melalui saluran turun. Pola gating system type A dapat dilihat pada gambar 3.11
Gambar 3.11 Pola gating system type A
2. Pola gating system type B
Pola gating system type B disebut juga dengan gating system pisah dengan penambah dimana gating system terpisah dari coran dan penambah yang berfungsi untuk menambah jika terjadi penyusutan pembekuan dan sebagai kontrol bahwa cairan logam telah penuh masuk kedalam rongga cetakan. Pola saluran B dapat dilihat pada gambar 3.12
40 3. Pola gating system type C
Pola gating system type C sama dengan gating system type B yang membedakannya adalah tinggi gating system pada type C lebih tinggi dibanding type B. Pola gating system type C dapat dilihat pada gambar 3.13
Gambar 3.13 Pola gating system type C
h. Cetakan Pasir
Cetakan pasir berfungsi untuk tempat atau wadah aluminium cair yang sudah dilakukan pengadukan dengan mesin stir casting dituang dan dicetak. Cetakan pasir dapat dilihat pada gambar 3.14.
Gambar 3.14 a) Cetakan Pasir bagian atas b) Cetakan Pasir Bagian Bawah
i. Mesin Bubut
Mesin bubut adalah suatu mesin perkakas yang digunakan untuk memotong benda yang diputar. Bubut sendiri merupakan suatu proses pemakanan benda kerja yang sayatannya dilakukan dengan cara memutar benda kerja kemudian dikenakan pada pahat yang digerakkan secara translasi sejajar dengan
41 sumbu putar dari benda kerja. Mesin bubut ini digunakan untuk mengurangi tebal spesimen. Gambar mesin bubut dapat dilihat pada gambar 3.15
Gambar 3.15 Mesin Bubut
j. Mesin Gergaji
Mesin gergaji adalah suatu mesin perkakas yang digunakan untuk memotong benda. Gergaji sendiri merupakan suatu proses pemakanan benda kerja yang sayatannya dilakukan dengan cara memotong benda kerja secara bolak –
balik sampai benda tersebut terpotong sesuai yang diinginkan. Mesin gergaji dapat dilihat pada gambar 3.16.
Gambar 3.16 Mesin Gergaji
k.Alat Uji Keausan
Alat uji keausan yang digunakan adalah alat uji keausan dengan standar ASTM G99-04. Alat ini digunakan untuk mengetahui keausan dari suatu material. Dalam penelitian ini materialnya adalah Al dan Al-SiC. Sebelum dilakukan
42
pengujian keausan, spesimen harus dibentuk sesuai dengan standar ASTM G99-04. Alat uji keausan dengan standar ASTM G99-04 dapat dilihat pada gambar 3.17.
Gambar 3.17Pin on disk
l. Alat Uji Kekerasan
Alat uji kekerasan yang digunakan adalah Brinell Hardness Tester. Alat
ini digunakan untuk mengetahui kekerasan dari suatu material yang terlihat pada
gambar 3.18.
Gambar 3.18 Brinell Hardness Tester
m. Alat Uji Impact
Alat uji getas yang digunakan adalah Impact Tester. Alat ini digunakan
43 Gambar 3.19 Impact Tester
n. Uji Kekasaran
Alat uji kekasaran yang digunakan adalah Surface Roughness Tester. Alat
ini digunakan untuk mengetahui keksaran dari suatu material yang terlihat pada
gambar 3.20.
Gambar 3.20. Surface Roughness Tester
o. Alat Uji Metalografi
Alat uji metalografi yang digunakan adalah Mikroskop optik. Alat ini
digunakan untuk mengetahui mikrostruktur dari suatu material yang terlihat pada
44 Gambar 3.21 Mikroskop optik
p. Polishing machine
Pemolesan bertujuan untuk memperoleh permukaan sampel yang halusbebas goresan dan mengkilap seperti cermin dan menghilangkan ketidakteraturan sampel. Permukaan sampel yang akan diamati di bawah
mikroskop harus benar-benar rata. Mesin Polishing yang digunakan adalah seperti
gambar 3.22.
45 3.3 Prosedur Pengujian
3.3.1 Proses Pengecoran Logam
Pengecoran Aluminium dilakukan di Laboratorium Foundry Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. Adapun prosedur yang dilakukan pada proses pengecoran Aluminium adalah sebagai berikut:
1. Bahan yang akan dilebur adalah Aluminium A356
2. Bahan penambah yaitu serbuk silikon karbida
3. Krusibel dimasukkan kedalam tungku kemudian arang kayu laut yang sudah
disiapkan dimasukkan ke dalam dalam tungku peleburan.
4. Aluminium A356 yang sudah ditimbang massanya dimasukkan kedalam
crucible.
5. Jika suhu Aluminium mencapai ± 735 ° C yang diukur dengan menggunakan
termokopel, maka serbuk silikon karbida yang sudah ditimbang massanya dimasukkan kedalam krusibel
6. Setelah semua dimasukkan, turunkan pengaduk dari mesin stir casting. 7. Letakkan pengaduk stir casting kedalam krusibel dan putar dengan kecepatan
175 rpm dengan waktu pengadukan 2 menit.
8. Setelah selesai pengadukan, maka dilakukan penuangan pada cetakan pasir yang sudah dipersiapkan dan tunggu hingga spesimen dingin.
9. setelah spesimen dingin, hancurkan cetakan pasir sampai spesimen dapat diambil.
10.Setelah spesimen siap dicetak, maka spesimen dilakukan proses permesinan untuk mendapatkan dimensi yang sesuai untuk pengujian keausan, impact, kekasaran, metalografi dan kekerasan.
3.3.2 Pengujian kekerasan ( hardness test )
Pengujian kekerasan bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu
material. Pengujian ini dilakukan di beberapa titik yang di indentasi setelah
dilakukan penambahan Silikon karbida terhadap material Aluminium alloys. Pengujian kekerasan terhadap spesimen Al-SiC coran menggunakan metode Brinell hardness test dan dilakukan di Laboratorium Ilmu Logam Teknik Mesin USU.
46 Adapun prosedur yang dilakukan pada pengujian kekerasan (hardness) adalah sebagai berikut:
1. Dipersiapkan spesimen untuk uji kekerasan.
2. Spesimen dilakukan proses polishing dengan menggunakan kertas pasir dengan variasi nomor 600, 800, dan 1000.
3. Spesimen diberi tanda titik pada permukaan yang halus tadi dengan spidol/pulpen.
4. Spesimen diletakkan pada landasan specimen yang ada pada mesin Brinell Hardness Tester.
5. Bola baja sebagai penetrator diset pada titik yang akan diuji dengan kondisi bersinggungan (bola baja hanya menyentuh titik).
6. Kemudian diberi beban dengan menggunakan handle hingga 500 kg dan tahan
selama 5 detik.
7. Setelah 5 detik, katup pembuang dibuka dengan pelan.
8. Diameter indentasi/jejak bola baja diukur dengan menggunakan teropong. 9. Diameter yang diperoleh dikonversikan dengan nilai diameter dan beban
(dalam hal ini beban 500 kg).
10. Ulangi prosedur tersebut untuk pengujian spesimen selanjutnya
3.3.3 Pengujian getas (Impact test )
Pengujian impak dilakuan pada sampel uji dengan menggunakan metode charpy, pengujian impak dilakukan untuk mengetahui ketangguhan material MMC yang dinyatakan dalam energy (joule) yang diserap sampel uji pada saat pengujian. Pengujian ini dilakukkan di Laboratorium Fisika Terpadu Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara. Adapun prosedur yang dilakukan pada pengujian impak adalah sebagai berikut:
1. Siapkan semua peralatan dan bahan yang digunakan.
2. Bersihkan permukaan spesimen dengan kertas pasir sampai halus dan rata. 3. Dimensi spesimen diukur dan dibuat takikan sesuai dengan standar pengujian
impak.
4. Takikan spesimen berada di tengah spesimen tersebut dengan sudut takikan 45o, takikan berbentuk V dan kedalaman takikan 2 mm.
47 5. Alat pengujian distel sesuai dengan standar pengujian impak
6. Letakkan spesimen pada landasan Impact Tester dan disesuaikan letaknya dengan mal ukur.
7. Lakukan pengujian dengan palu pukulan menggunakan metode Charpy. Sudut
pukulan awal 140o dan beban 150 joule. 8. Catat sudut pemukulan akhir .
9. Ulangi prosedur tersebut untuk spesimen selanjutnya
3.3.4 Pengujian Kekasaran ( Roughness Test )
Pengujian kekasaran dilakukan untuk mengetahui apakah permukaan spesimen sudah memenuhi standar uji keausan pada ASTM G99-04. Pengujian kekasaran ini dilakukan di Laboratorium Material Test, Pendidikan Teknologi Kimia Industri ( PT KI ). Alat yang digunakan pada pengujian ini adalah Mitutoyo surftest 402. Adapun prosedur yang dilakukan pada pengujian kekasaran (roughness) adalah sebagai berikut:
1. Dipersiapkan spesimen untuk uji kekasaran.
2. Spesimen dilakukan proses polishing dengan mengunakan kertas pasir dengan variasi nomor 400, 600, 1000 dan 1200 serta di polis dengan autosol.
3. Dilakukan pengujian kekasaran dengan alat Mitutoyo surftest 402. 3. Pilih titik yang akan dilakukkan pengujian kekasaran.
4. Alat ini bekerja dengan cara mengesekan bagian sensornya ke permukaan spesimen sejauh 5 mm.
5. Kemudian dicatat data yang terlihat pada alat uji kekasaran tersebut. 6. Lakukkan kembali untuk titik selanjutnya.
3.3.5 Pengujian Keausan (Wear Test)
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui laju keausan pada bahan Al-SiC. Dalam pengujian ini alat yang digunakan adalah alat uji keausan dengan standar ASTM G99-04 tipe pin on disk. Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Teknologi Mekanik Teknik Mesin USU.
Adapun prosedur yang dilakukan untuk pengujian keausan (wear test) adalah sebagai berikut:
48 1. Dipersiapkan spesimen untuk uji keausan.
2. Spesimen dilakukan proses polishing dengan mengunakan kertas pasir dengan variasi nomor 600, 1000 dan 1200 serta dipolis dengan autosol.
3. Sebelum dilakukkan pengujian keausan, spesimen terlebih dahulu di uji kekasaran permukaan sesuai standar ASTM G99-04.
3. Kemudian dilakukan pengujian keausan dengan menggunakan Alat Uji
Keausan ASTM G99-04 tipe pin on disk.
4. Spesimen diikatkan di atas disk
5. Spesimen diputar dengan putaran konstan 120 rpm.
5. Pengujian dilakukan dengan waktu yang konstan, yaitu 30 detik. 6. Kemudian diberikan pembebanan dengan beban 1 kg.
7. Ulangi prosedur untuk spesimen selanjutnya
8. Amati jejak lintasan uji keausan dan kedalaman lintasan menggunakan mikroskop optik.
3.3.6 Pengujian Metalografi (Metallography Test)
Pengujian metalografi dilakukan untuk melihat mikrostruktur yang adadipermukaan spesimen. Pengujian ini menggunakan Reflected Metallurgical Microscope dengan type Rax Vision No.545491, MM-10A,230V-50Hz dan dilakukan di Laboratorium Ilmu Logam Teknik Mesin USU.
Adapun prosedur yang dilakukan untuk pengujian metalografi (metallography test) adalah sebagai berikut:
1. Dipersiapkan spesimen untuk uji komposisi.
2. Spesimen dilakukan proses polishing dengan mengunakan kertas pasir dengan variasi nomor 400, 600, 1000 dan 1200
3. Setelah dipolis dengan kertas pasir, spesimen dipolis lagi dengan autosol agar mikrostruktur spesimen terlihat di mikroskop optik.
49 3.4 Diagram Alir Penelitian
Berikut ini merupakan diagram alir penelitian seperti pada gambar 3.23.
Gambar 3.23 Diagram alir penelitian Mulai
Persiapan Bahan dan Pembuatan cetakan pasir Peleburan Bahan Data Kesimpulan Aluminium 356 SiC ( 3.5% ) Permesinan pengujian
kekerasan Impact metalografi kekasaran keausan
Spesimen ya Tidak 1. dimensi tidak sesuai 2. penyusutan berlebihan Selesai
50