Analisa Pengaruh Kecepatan Pengadukan Dan Temperatur Tuang pada AMC Berpenguat Pasir Silika Terhadap Kekuatan Impak Dan Tarik Dengan Metode Stir Casting

(1)

i

ANALISA PENGARUH KECEPATAN PENGADUKAN DAN

TEMPERATUR TUANG PADA AMC BERPENGUAT PASIR

SILICA TERHADAP KEKUATAN IMPAK DAN TARIK

DENGAN METODE STIR CASTING

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh:

DYAN YOGI PRASETYO I14142012

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

(2)

(3)

iii

HALAMAN KEASLIAN

Saya yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama : Dyan Yogi Prasetyo

NIM : I14142012

Program Studi : S1 Teknik Mesin Transfer

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi dengan judul “Analisa Pengaruh Kecepatan Pengadukan Dan Temperatur Tuang Pada AMC Berpenguat Pasir

Silica Terhadap Kekuatan Impak dan Tarik Dengan Metode Stir Casting” adalah

hasil perkejaan saya dan seluruh ide, pendapat, atau material dari sumber lain telah dikutip dengan cara penulisan referensi yang sesuai.

Pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya dan jika pernyataan ini tidak sesuai dengan kenyataan, maka saya bersedia menanggung sanksi sesuai dengan peraturan yang telah ditetapkan.

Surakarta, 01 Agustus 2017

(4)

(5)

v

ANALISA PENGARUH KECEPATAN PENGADUKAN DAN TEMPERATUR TUANG PADA AMC BERPENGUAT PASIR SILIKA TERHADAP KEKUATAN IMPAK DAN TARIK DENGAN METODE STIR

CASTING

Dyan Yogi Prasetyo Jurusan Teknik Mesin

Universitas Sebelas Maret Surakarta E-mail : dyanyogi@yahoo.com

Abstrak

Komposit matriks aluminium (AMC) menjadi salah satu jenis material yang banyak digunakan. Komposit matrik aluminium sering diaplikasikan pada bidang industri otomotif, dan penerbangan. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh kecepatan pengadukan dan temperatur tuang terhadap kekuatan impak dan kekuatan tarik pada komposit matriks aluminium berpenguat pasir silika dengan bahan tambah magnesium.

Proses pembuatan komposit matriks aluminium menggunakan metode

stir casting dengan variasi kecepatan pengadukan 300, 400, 500 rpm selama 5 menit pada temperatur semi solid. Fraksi volume pasir silika yang digunakan sebanyak 9% serta penambahan Mg dengan fraksi volume 2,5%. Temperatur penuangan menggunakan variasi 700ºC, 725ºC, 750ºC. Pengujian impak charpy

menggunakan standar ASTM E-23 dan kekuatan tarik menggunakan standar ASTM E-8.

Meningkatnya variasi kecepatan pengadukan dan temperatur penuangan akan meningkatkan kekuatan impak dan kekuatan tarik sampai batas tertentu. Nilai impak dan kekuatan tarik paling tinggi didapat pada spesimen dengan kecepatan pengadukan 400rpm dengan temperatur tuang 725ºC (183,22 N/mm² dan 0,49 J/mm²).

(6)

vi

ANALYSIS THE EFFECT OF POURING TEMPERATURE AND STIRRING SPEED ON AMC REINFORCED SILICA SAND ON IMPACT STRENGTH

AND TENSILE WITH STIR CASTING METHOD

Dyan Yogi Prasetyo Mechanical Engineering Sebelas Maret University E-mail : dyanyogi@yahoo.com

Abstract

Aluminum matrix composite (AMC) becomes one of the most widely used material. Aluminium matrix composite is often needed in the field of aerospace and automotive industries. The aim of the research was conducted to find out the effect of stirring speed and pouring temperature on impact strength and tensile strength on aluminum matrix composite reinforcement silica with additional material of magnesium.

The process of making aluminium matrix composite manufacture is used stir casting method with stirring speed 300, 400, and 500 rpm variation during 5 minutes on semi solid temperature. Fractions volume of silika sand which used the process are amount 9% and adding Mg with 2,5% fractions volume. The Pouring temperature uses 700°C, 725°C, and 750°C variations. The impact charpy testing is used ASTM E-23 standard and the tensile strength testing is used ASTM E-8 standard.

Increasing stirring speed variation and pouring temperature will increase impact strength and tensile strength to a certain extent. The highest tensile strength and impact values were found on the specimens with 400rpm stirring speeds and pouring temperature of 725°C (183.22 N / mm² and 0.49 J / mm²).

(7)

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan kenikmatan kepada kita semua sehingga laporan tugas akhir ini dapat penulis selesaikan. Tujuan penulisan skripsi ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar sarjana teknik di Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Tugas akhir ini memaparkan pengaruh kecepatan pengadukan dan temperatur tuang terhadap kekuatan impak, dan tarik komposit matriks aluminium berpenguat pasir silika dengan bahan tambah magnesium yang dibuat dengan metode stir casting.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penelitian dan penulisan laporan tugas akhir ini, khususnya kepada :

1. Ayah, Ibu dan keluarga tercinta atas segala dukungan, doa dan bimbingan sehingga penulis bisa menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Bapak Teguh Triyono, ST., MEng dan Bapak Dr. Eko Surojo, ST., MT selaku dosen pembimbing yang telah memberikan arahan dan masukan selama penyusunan tugas akhir ini.

3. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, ST., MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS.

4. Bapak Nurul Muhayat, ST., MT, Bapak Heru Sukanto, ST., MT dan Bapak Wibowo, ST., MT, selaku dosen penguji.

5. Bapak Sukmaji Indro Cahyono, ST., MEng selaku dosen pembimbing akademik.

6. Semua dosen Teknik Mesin FT UNS yang telah membuka wacana keilmuan penulis.

7. Teman-teman S1 Teknik Mesin UNS yang telah memberikan dukungan dan motivasi dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

8. Serta semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas bantuan dan dorongan semangat serta doanya. Terima kasih, semoga Allah SWT membalas budi baik anda semuanya.

(8)

viii

Penulis menyadari, bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran, koreksi dan kritik demi kesempurnaan skripsi ini, akan penulis terima dengan ikhlas dan dengan ucapan terima kasih.

Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap skripsi ini dapat digunakan sebagaimana mestinya.

Surakarta, Agustus 2017

(9)

ix DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL i

SURAT TUGAS ii

HALAMAN KEASLIAN iii

HALAMAN PENGESAHAN iv

ABSTRAK v

ABSTRACT vii

KATA PENGANTAR viii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR GAMBAR xi

DAFTAR TABEL xii

DAFTAR LAMPIRAN xiii

DAFTAR RUMUS xiv

DAFTAR NOTASI xv BAB 1 1 PENDAHULUAN 1 1.1. Latar Belakang 1 1.2. Perumusan Masalah 3 1.3. Batasan Masalah 3 1.4. Tujuan Penelitian 4 1.5. Manfaat Penelitian 4 1.6. Sistematika Penulisan 4 BAB II 5 DASAR TEORI 5 2.1 Tinjauan Pustaka 5 2.2 Dasar teori 6 2.2.1. Piston 6 2.2.2. Remelting 7 2.2.3. Komposit 8 2.2.4. Klasfikasi Komposit 9

2.2.5. Komposit Matriks Logam / Metal Matrix Composite 11

2.2.6. Komposit Matrik Aluminium (AMC) 11

2.2.7. Bahan Penyusun Aluminium Metal Matrix Composites / A-MMCs 12

2.3 Fabrikasi Komposit Al/SiO2 17

2.3.1. Pembuatan Komposit MMC dengan Proses Fase Padat atau

Metalurgi serbuk 17

2.3.2. Fabrikasi Komposit MMC Fasa Cair dengan Stir Casting 18

2.4 Perhitungan Fraksi Massa dan Pengujian 20

2.4.1. Proses Pembuatan Komposit Al/SiO2 20

2.4.2. Pengujian Impak 20 2.4.3. Pengujian Tarik 22 2.4.4. Pengujian Metalografi 23 BAB III 25 METODOLOGI PENELITIAN 25 3.1. Tempat Penelitian 25

(10)

x

3.2. Alat dan Bahan 25

3.2.1. Alat 25

3.2.2. Bahan 31

3.3. Proses Pembuatan Komposit Al/SiO2 32

3.4. Karakteristik Al/SiO2 33

3.4.1. Pengujian Impak (Charpy) 33

3.4.2. Pengujian Tarik (UTM) 33

3.4.3. Pengujian Foto Makro 35

3.4.4. Pengujian Foto Mikro 35

3.5. Diagram Alir Penelitian 36

BAB IV 38

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 38

4.1. Pengamatan Makro Terhadap Penampang Patahan Pada Komposit 38

4.2. Pengamatan Struktur Mikro Komposit Matrik Aluminium 40

4.3. Pengujian Impak Charpy 43

4.4. Pengujian Kekuatan Tarik 45

BAB V 48 PENUTUP 48 5.1. Kesimpulan 48 5.2. Saran 48 DAFTAR PUSTAKA 47 LAMPIRAN 50

(11)

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Piston bekas 7

Gambar 2.2 Klasifikasi komposit berdasarkan jenis penguat 9

Gambar 2.3 Diagram fasa paduan Al-Si 14

Gambar 2.4 Tetahedron silika-oksigen 15

Gambar 2.5 Penataan silikon dan oksigen atom dalam satuan sel kristobalit,

polimorf dari SiO2 16

Gambar 2.6 Tungku Stir casting 18

Gambar 2.7 Skema proses Stir Casting 18

Gambar 2.8 Dimensi Spesimen Uji Impak Charpy 21

Gambar 2.9 Ilustrasi Skematis Pengujian Impak 21

Gambar 2.10 Gambaran singkat uji tarik dan datanya 22

Gambar 3.1 Tungku Peleburan 24

Gambar 3.2 Letak elemen pemanas (heater) pada tungku peleburan 25

Gambar 3.3 Alat pengaduk 25

Gambar 3.4 Rangkaian alat pengecoran stir casting 26

Gambar 3.5 Cetakan permanen 26

Gambar 3.6 Impak charpy 27

Gambar 3.7 Alat uji mikro Euromex 27

Gambar 3.8 Alat uji makro Olympus 28

Gambar 3.9 Universal Testing Machine (UTM) 28

Gambar 3.10 Timbangan digital 29

Gambar 3.11 Serbuk SiO2 29

Gambar 3.12 Piston bekas 30

Gambar 3.13 Serbuk Magnesium (Mg) 30

Gambar 3.14 Ukuran Spesimen Uji Tarik (ASTM E8) 33

Gambar 3.15 Diagram Alir Penelitian 36

Gambar 4.1 Penampang patahan komposit 38

Gambar 4.2 Penampang patahan tampak samping 39

Gambar 4.3 Struktur mikro komposit 40

Gambar 4.4 Grafik Temperatur Penuangan Terhadap Kecepatan Pengadukan 42

(12)

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data hasil pengujian impak charpy 42

(13)

xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Hasil uji spectrofotometri remelting piston bekas 51

Lampiran 2. Sifat Fisik dan Mekanik Piston Standar MAHLE 52

Lampiran 3. Alat Stir Casting 53

Lampiran 4. Remelting piston bekas sebagai metrik 53

Lampiran 5. Pasir silika sebagai penguat 54

Lampiran 6. Serbuk magnesium sebagai wettability 54

Lampiran 7. Inverter untuk pengatur putaran 55

Lampiran 8. Pengujian Impak 56

Lampiran 9. Pengujian Tarik 57

Lampiran 10. Perhitungan berat komposit uji impak 58

Lampiran 11. Hasil Perhitungan Pengujian Impak 59

Lampiran 12. Tabel Data Perhitungan Pengujian Impak 61

Lampiran 13. Perhitungan Berat Komposit Uji Tarik 62

Lampiran 14. Hasil Perhitungan Pengujian Tarik 62

Lampiran 15. Tabel Data Perhitungan Pengujian Tarik 65

Lampiran 16. Grafik Uji Tarik Spesimen 1 (300rpm; 700ºC) 66