37
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Waktu pengerjaan penelitian dimulai dari pengambilan judul tugas akhir pada tanggal 13 Mei 2020 sampai dengan tanggal 31 Oktober 2020. Proses penelitian dan pengumpulan data dilakukan sendiri oleh peneliti. Penelitian ini meliputi proses pemotongan bahan, pengecoran, finishing, dan pengujian mekanik. Pada proses pemotongan bahan, pengecoran dan finishing dilakukan di laboratorium teknik di rumah Bapak Prof. Dr. Ir Wahyono Suprapto, MT.Met. Proses pengujian kekerasan dilakukan di laboratorium pengujian bahan material teknik mesin Universitas Muhammadiyah Malang. Sedangkan pada proses pengujian tarik dilakukan di Politeknik Negeri Malang. Penelitian menggunakan metode kuantitatif atau eksperimental. Metode tersebut digunakan untuk menguji pengaruh variasi penambahan tembaga terhadap sifat mekanik paduan aluminium-tembaga.
3.2 Diagram Alir Penelitian
Langkah-langkah dari percobaan dapat dilihat pada diagram alir 3.1.
Diagram 3.1 Alur Penelitian
3.3 Alat Dan Bahan 3.3.1 Alat
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi : Persiapan Alat dan Bahan
Pengecoran
Pembuatan Cetakan pasir
Pengujian Kekerasan Mulai
Pengolahan Data
Selesai Pengujian Tarik
Analisa Data
1. Cutting Tool
Mesin pemotong digunakan untuk memotong aluminium dan tembaga yang nantinya akan dileburkan. Cutting Tool digunakan karena dinilai lebih cepat dalam proses pemotongan bahan yang akan di cor. Mesin pemotong yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Gambar 3. 1 Cutting Tool.
2. Timbangan Digital
Penggunaan timbangan pada penelitian ini bertujuan untuk mengatur berat bahan aluminium dan tembaga yang akan di cor, sehingga pada 5 variasi spesimen aluminium paduan tembaga memiliki komposisi yang tepat. Gambar 3.2 merupakan timbangan yang nantinya dipakai dalam proses penelitian.
Gambar 3. 2 Timbangan Digital.
3. Tungku Pelebur Logam.
Tungku pelebur logam digunakan untuk mencairkan sekaligus memadukan aluminium dengan tembaga. Pada beberapa tungku pelebur logam modern, suhu dalam tungku dapat diatur sesuai dengan suhu yang dibutuhkan untuk mencairkan logam tertentu. Tungku yang digunakan dalam penelitian ini seperti pada Gambar 3.3.
Gambar 3. 3 Tungku Pelebur Logam.
4. Cetakan Pasir
Cetakan pasir digunakan sebagai media cetak untuk membuat pola, bentuk dan dimensi spesimen yang telah ditentukan. Cetakan pasir digunakan pada penelitian ini karena dinilai lebih ekonomis. Catakan yang dipakai ialah seperti yang terlihat pada Gambar 3.4.
Gambar 3. 4 Cetakan Pasir.
5. Mesin Bubut
Mesin bubut digunakan sebagai alat untuk tahap finishing. Pada tahap ini ukuran dan dimensi awal spesimen pasca pengecoran akan dirapikan lagi hingga pada dimensi standar ukuran uji tarik. Mesin bubut yang digunakan seperti pada gambar 3.5
Gambar 3. 5 Mesin Bubut
6. Jangka Sorong
Jangka sorong digunakan untuk mengukur dimensi spesimen yang telah di bubut finishing bentuk spesimen uji tarik. Jangka sorong yang digunakan seperti pada gambar 3.6.
Gambar 3. 6 Jangka Sorong.
7. Amplas
Sebelum melakukan pengujian kekerasan, spesimen yang sudah melalui proses pengecoran dan finishing di amplas permukaannya terlebih dahulu. Hal ini bertujuan untuk meningkatkan tingkat akurasi pembacaan data. Amplas yang dipakai ditunjukan pada Gambar 3.7.
Gambar 3. 7 Amplas.
8. Mesin Uji Tarik
Mesin ini digunakan untuk mengetahui kekuatan tarik dan hubungan tegangan-regangan spesimen uji. Dari pengujian ini juga dapat diketahui sifat- sifat material terhadap beban aksial. Mesin uji tarik yang dipakai dapat dilihat pada Gambar 3.8.
Gambar 3. 8 Mesin Uji Tarik.
9. Alat Uji Kekerasan Rockwell
Alat ini digunakan untuk menguji tingkat kekerasan dari suatu material.
Penggunaan alat ini dinilai lebih praktis karena data nilai kekerasan langsung terbaca pada alat ini. Gambar 3.9 merupakan alat uji kekerasan Rockwell.
Gambar 3. 9 Alat Uji Kekerasan Rockwell.
3.3.2 Bahan
Bahan yang digunakan pada penalitian ini adalah sebagai berikut :
1. Aluminium seri A 1100
Aluminium A1100 merupakan aluminium yang memeiliki tingkat kemurnian hingga 99% dan 1% lainya ialah unsur lain seperti Si, Fe, Cu, Mn, Zn dan lain-lain. Material yang dipakai memiliki bentuk plat seperti yang terlihat pada Gambar 3.10.
Gambar 3. 10 Aluminium A1100.
2. Tembaga ETP
Tembaga ETP (Electrilytic Tough-pitch) merupakan tembaga murni yang biasanya digunakan sebagai bahan baku pembuatan kawat kabel, batang, dan plat tipis. Tembaga jenis ini telah mengalami proses pemurnian dari besi sulfidanya melalui dapur pemurnian. Gambar 3.11 merupakan tembaga ETP.
Gambar 3. 11 Tembaga ETP (Electrilytic Tough-pitch)
3. Air
Penggunaan air pada penelitian ini ialah sebagai media pendinginan (quenching). Air yang digunakan terlihat pada Gambar 3.12.
Gambar 3. 12 Air Sebagai Media Quenching.
3.4 Variabel Pengukuran 3.4.1 Variabel Bebas
Variabel bebas merupakan variabel yang yang mempengaruhi variabel kontrol yang bebas ditentukan oleh peneliti sebelum melakukan penelitian. Pada penelitian ini variabel bebas yang digunakan ialah variasi konsentrasi tembaga sebesar 0%, 3,5%, 4,5%, 5,5% dan 6,5% yang nantinya dapat mempengaruhi kekuatan aluminium.
3.4.2 Variabel Kontrol
Variabel kontrol merupakan variabel yang dibuat sama untuk semua pengujian. Secara sederhana variabel kontrol merupakan variabel yang digunakan sebagai pembanding terhadap veriabel yang sudah melalui pengujian. Pada penelitian ini variabel kontrol yang digunakan ialah aliminium A1100, suhu peleburan, holding time dan metode pendinginan (Quenching) dengan media air.
3.4.3 Variabel Terikat
Variabel terikat merupakan variabel yang dipengaruhi oleh variabel bebas.
Dalam penelitian ini variabel terikat yang dipakai adalah data nilai kekerasan dan kekuatan tarik aluminium setelah dipadukan dengan tembaga. Sehingga menghasilkan data yang tidak dapat diubah-ubah lagi.
3.5 Prosedur Penelitian
3.5.1 Tahap Persiapan Alat dan Bahan
Hal pertama yang dilakukan ialah menyiapkan spesimen uji dan peralatan yang meliputi aluminium A 1100, tembaga, cutting tool, tungku pelebur logam, cetakan pasir, jangka sorong, timbangan, amplas dan air.
3.5.2 Tahap Pengecoran
Langkah pertama yang dilakukan adalah membuat cetakan pasir dengan ukuran dan pola yang sudah ditentukan. Kemudian memotong aluminium dengan berat 1500 gr sebanyak 5 buah dan tembaga sebanyak 3,5%, 4,5%, 5,5%, dan 6,5%
dari berat aluminium. Setelah spesimen sudah dipotong, maka langkah selanjutnya adalah memanaskan tungku pelebur hingga suhu 750°C. Setelah tungku pelebur siap digunakan, masukan masing-masing aluminium dengan presentase tembaga yang telah ditentukan.
Apabila logam paduan sudah mencair dan di holding selama 30 menit pada suhu yang diinginkan, maka aluminium paduan cair siap dituang kedalam cetakan pasir. Biarkan logam paduan untuk beberapa saat hingga mengeras. Setelah aluminium paduan sudah mengeras, bongkar cetakan pasir dan lakukan pendinginan cepat menggunakan air. Setelah selesai proses pendinginan, aluminium paduan tembaga kemudian diberi label untuk membedakan antara variasi satu dengan yang lainnya.
3.5.3 Tahap Finishing
Pada tahap ini, spesimen yang sudah melalui proses pengecoran di kecilkan lagi dimensinya dan diperhalus sampai pada dimensi standar pengujian tarik logam ASTM E8 (Standard Test Methods for Tension Testing of Metalic Materials) dengan bentuk round bar.
3.5.4 Tahap Pengujian
a. Uji Kekerasan Rockwell
Langkah pertama yang dilakukan adalah mempersiapkan spesimen uji, lalu memilih beban indentor yang sesuai dengan kebutuhan pengujian.
Meletakkan spesimen uji pada tumpuan V kemudian menaikkan tumpuan hingga jarak antara spesimen uji dengan indentor menunjukan angka 0 pada jarum penunjuk kecil berwarna merah. Setelah itu jarum panjang juga diputar hingga menunjukan angka 0. Langkah selanjutnya ialah memberi gaya tekan pada spesimen uji dengan memutar tuas penekan searah jarum jam selama 15 detik.
Kemudian melepaskan gaya tekan dengan memutar tuas penekan berlawanan arah jarum jam dan mencatat nilai HRC yang ditunjukan oleh jarum panjang. Mengulang pengujian sebanyak 3 kali pada masing-masing spesimen.
b. Uji Tarik
Ukuran spesimen uji tarik pada Al-Cu yang dipakai adalah standar ASTM E8 (Standard Test Methods for Tension Testing of Metalic Materials) spesimen 3 dengan dimensi dan ukuran yang telah ditentukan seperti pada Gambar 3.13 dan Tabel 3.1.
Gambar 3. 13 Bentuk Spesimen Uji Tarik Round Bar Menurut Standar ASTM E8.
Tabel 3. 1 Dimensi Spesimen Uji Tarik Round Bar Berdasarkan ASTM E8
Dimensions, mm [in].
For Test Specimens with Gauge Length Four Times the Diameter [E8]
Standard Specimen
Small-Size Specimens Propotional to Standard
Specimen 1 Specimen 2 Specimen 3 Specimen 4 Specimen 5
G-Gauge length
50.0 ± 0.1 [2.000±0.005]
36.0±01 [1.400±0.005]
24.0±0.1 [1000±0.005]
16.0±0.1 [0.640±0.005]
10.0±0.1 [0.450±0.005]
D-Diameter 12.5 ± 0.2 [0.500±0.010]
9.0±0.1 [0.35±0.007]
6.0±0.1 [0.250±0.005]
4.0±0.1 [0.160±0.003]
2.5±0.1 [0.113±0.002]
R-Radius of fillet, min
10 [0.375] 8 [0.25] 6 [0.188] 4 [0.156] 2 [0.094]
A-Length of reduced section, min
56 [2.25] 45 [1.75] 30 [1.25] 20 [0.75] 16 [0.625]
Sumber : (detech.co.id)
Langkah pertama yang dilakukan ialah menyiapkan mesin uji tarik dan mengukur panjang dan diameter awal spesimen uji. Meletakkan spesimen uji pada pencekam atau penjepit dan kemudian pengujian bisa dilaksanakan. Catat perubahan diameter pada setiap penambahan panjang. Catat beban yang diterima spesimen uji yang mengakibatkan pengecilan diameter (necking).
Setelah spesimen uji mengalami perpatahan, satukan kembali kemudian ukur diameter dan panjang akhir spesimen. Dari data tersebut dapat diketahui hubungan tegangan dan regangan spesimen uji terhadan pembebanan aksial.
3.6 Rencana Tabulasi
Rencana tabulasi pengujian nilai kekerasan dan kekuatan tarik dapat dilihat pada Tabel 3.2 dan 3.3.
Tabel 3. 2 Rencana Tabulasi Perhitungan Nilai Kekerasan No Persentase
Tembaga
Kode Sampel Nilai HRB Rata-Rata
HRB
1 0 % Al-Cu
1 2 3
Tabel 3. 3 Rencana Tabulasi Perhitungan Nilai Kekuatan Tarik.
Aluminium - % Tembaga Spesimen D (mm) Lo
(mm)
Beban Max (kgf)
∆L (mm)
A (mm²)
ε (%)
σ (kg/mm²)
σ (MPa) 1
2 3 Rata-
Rata
