KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO KOMPOSIT ALUMINIUM YANG DIPERKUAT SERBUK BESI YANG MENGALAMI PERLAKUAN PANAS - Diponegoro University | Institutional Repository (UNDIP-IR)

(1)

UNIVERSITAS DIPONEGORO

KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO KOMPOSIT

ALUMINIUM YANG DIPERKUAT SERBUK BESI YANG

MENGALAMI PERLAKUAN PANAS

TUGAS AKHIR

RIFKI IFAN DIYANTO

L2E 606 049

FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK MESIN

(2)

ii

TUGAS AKHIR

Diberikan Kepada : Nama : Rifki Ifan Diyanto Nim : L2E 606 049 Dosen Pembimbing : Dr. Sulardjaka, ST, MT

Jangka Waktu : Bulan

Judul : Kekerasan dan Struktur Mikro Komposit Aluminium Yang Diperkuat Serbuk Besi Yang Mengalami Perlakuan Panas

Isi Tugas : Mengetahui dan menganalisis pengaruh perlakuan panas terhadap distribusi serbuk besi dengan variasi serbuk besi sebanyak 5%, 10% dan 15% dengan variasi temperatur aging 1 Jam, 2 Jam, dan 4 Jam, meliputi nilai kekerasan dan struktur mikro Al-Fe.

Semarang, Oktober 2012 Pembimbing I

(3)

iii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi/ Tesis/ Disertasi ini adalah hasil karya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun yang dirujuk telah saya nyatakan dengan benar

NAMA : Rifki Ifan Diyanto

NIM : L2E 606 049

Tanda Tangan :

(4)

iv

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi ini diajukan oleh :

NAMA : Rifki Ifan Diyanto

NIM : L2E 606 049

Jurusan/ Program Studi : Teknik Mesin

Judul Skripsi : Kekerasan dan Struktur Mikro Komposit Aluminium Yang Diperkuat Serbuk Besi Yang Mengalami Perlakuan Panas

Telah berhasil dipertahankan dihadapan tim penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan/ Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro.

TIM PENGUJI

Pembimbing : Dr. Sulardjaka, ST, MT ( )

Penguji : Ir. Sudargana, MT ( )

Penguji : Dr. Ir. Eflita Yohana, MT ( )

Penguji : Dr. Susilo Adi Widyanto, ST, MT ( )

Semarang, Oktober 2012 Jurusan Teknik Mesin Ketua,

(5)

v

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademika Universitas Diponegoro, saya yang bertanda tangan dibawah ini :

Nama : RIFKI IFAN DIYANTO

NIM : L2E 606 049

Jurusan/ Program Studi : TEKNIK MESIN

Fakultas : TEKNIK

Jenis Karya : SKRIPSI

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada universitas diponegoro Hak Bebas Royalti Non-ekslusif (None- exclusife Royalty Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul :

KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO KOMPOSIT ALUMINIUM YANG DIPERKUAT SERBUK BESI YANG MENGALAMI PERLAKUAN PANAS

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan hak bebas royalty/ Nonekslusif Ini Universitas Diponegoro berhak menyimpan, mengalih media/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat dan memublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/ pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Semarang Pada Tanggal : Oktober 2012

Yang menyatakan

(6)

vi MOTTO

Jangan pernah mengatakan menyerah sebelum berusaha, karena orang

yang meyerah tampa melakukan suatu usaha adalah pecundang dari

kegagalan

PERSEMBAHAN

Tugas Akhir ini ku persembahkan kepada :

Kedua orang tuaku, Ibu Sulastri dan Bapak Imam beserta orang- orang

(7)

vii ABSTRAK

KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO KOMPOSIT ALUMINIUM YANG DIPERKUAT SERBUK BESI YANG MENGALAMI PERLAKUAN PANAS

Aluminium merupakan logam yang mempunyai sifat ringan,tahan korosi, dan penghantar listrik yang digunakan sebagai matriks. Serbuk besi digunakan untuk penguat yang berguna untuk menghasilkan aluminium komposit dengan sifat mekanik yang baik dan biaya murah. Perpaduan antara aluminium matriks dan serbuk besi akan menjadi komposit yang mempunyai keuntungan murah, ringan dan kuat. Perlakuan panas (Age hardening) diperlukan untuk memperkuat sebuah komposit. Pada pengerasan paduan aluminium dengan cara perlakuan panas sangat erat hubungannya dengan waktu penahan temperatur (holding time).

Material awal adalah Al limbah dan serbuk Fe dengan mesh 350. Komposit disusun dengan fraksi berat 5%, 10%, dan 15% Fe. Metode yang digunakan adalah stir casting dengan temperatur penuangan 700 ˚C lama pengadukan 5 menit dan putaran 250

rpm. Karakterisasi yang dilakukan meliputi; kekerasan dan struktur mikro.

Dari hasil pengujian didapatkan bahwa proses aging yang memiliki kekerasan paling tinggi pada bagian bawah yaitu 4 jam dengan penambahan fraksi berat Fe sebagai berikut 5% = 57,07 HRB, 10% = 75,43 HRB, dan 15% = 87,93 HRB. Hal ini sesuai dengan foto mikro 5%, 10%, dan 15% pada waktu aging 4 jam.

(8)

viii Abstract

VIOLENCE AND ALUMINIUM COMPOSITE STRUCTURE MICRO

REINFORCED IRON POWDER THAT HAVE HEAD TREATMENT

Aluminium is a lightweight metal that has properties, corrosion resistance, and electrical conductor used as a matrix. Iron powder used for the amplifier which is useful for producing aluminium composite with good mechanical properties and low cost. The combination of aluminium and iron powder matrix composites will be having a benefit cheap, light and strong. Heat treatment is necessary to strengthen the composite. On the hardening of aluminum alloys by means of head treatment is closely related to temperature retention time (holding time).

Starting materials were Al waste and Fe powder with 350 mesh. Composites prepared with weight fraction of 5%, 10%, and 15% Fe. The method used was stir casting with pouring temperature 700 ˚C and 5 minutes longer stirring round of 250 rpm. Characterization performed included; hardness and microstructure.

From the test results it was found that the aging process has the highest hardness at the bottom of which is 4 hours with the addition of weight fraction of Fe as follows HRB 5% = 57.07, 10% = 75.43 HRB, and 15% = 87.93 HRB. This is consistent with micro photo 5%, 10%, and 15% at 4 hours aging.

(9)

ix

KATA PENGANTAR

Alhamdulilllah, segala puji dan syukur senantiasa penulis ucapkan kepada Allah S.W.T, karena dengan berkat dan rahmat-Nya, penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini dengan judul “Kekerasan dan Struktur Mikro Komposit Aluminium

Yang Diperkuat Serbuk Besi Yang Mengalami Perlakuan Panas.”. Tugas akhir ini

merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi pada program strata satu (S-1) di Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Semarang.

Keberhasilan penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bantuan pihak-pihak yang dengan segenap hati memberikan bantuan, bimbingan dan dukungan, baik moral maupun material. Oleh kerena itu, penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada :

1. Bapak Dr. Sulardjaka, ST, MT, selaku dosen pembimbing, yang telah memberikan bimbingan, pengarahan dan masukan kepada penulis hingga terselesainya Tugas Akhir ini

2. Semua pihak yang telah membantu.

Penulis Menyadari akan kekurangan dan keterbatasan pengetahuan yang dimiliki, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari semua pihak. Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermamfaat bagi pembaca dan semakin menambah kecintaan serta rasa penghargaan kita terhadap Jurusan Teknik Mesin, Universitas Diponegoro ini. Terima kasih.

Semarang, Oktober 2012

(10)

x

NOMENKLATUR

Simbol Definisi Satuan

HRN nilai kekerasan Rockwell

F0 beban minor (kg) F total beban (kg) F1 beban mayor (kg)

(11)

xi DAFTAR ISI

Halaman Judul ... i

Halaman Tugas Sarjana... ii

Halaman Pernyataan Orisinalitas ... iii

Lembar Pengesahan ... iv

Halaman Pernyataan Persetujuan Publikasi ... v

Abstrak. ... vi

Motto dan Persembahan. ... viii

Kata Pengantar ... x

1.2. Alasan Pemilihan Judul ... 1

(12)

xii

2.4.2 Liquid State Processing... 18

2.4.2.1 Fabrikasi komposit Al/Fe Dengan Stir Casting ... 19

2.4.3 Aplikasi Aluminium – Metal Matrix Composite ... 21

2.5. Dapur Peleburan Al-Fe... 22

2.6. Perlakuan Panas ... 22

2.6.1 Perlakuan Panas Pelarut ... 23

2.6.2 Pendinginan Cepat ... 24

2.6.3 Penuaan ... 25

2.7. Pengujian Material ... 28

2.7.1 Kekerasan (Hardness) ... 29

2.7.1 Pengujian Kekerasan Rockwell (HR) ... 29

2.7.2 Mikrografi ... 33

BAB III PENGUMPULAN DATA DAN PENGOLAHAN DATA PENELITIAN ... 35

3.1. Peralatan Yang Digunakan ... 35

3.2. Persiapan Bahan ... 42

3.3. Proses Pembuatan Spesimen ... 43

3.4. Pengujian Spesimen ... 47

3.4.1 Pengujian Perlakuan Panas ... 47

3.4.2 Pengujian Kekerasan ... 48

3.4.3 Pengujian Mikrografi... 49

3.5. Diagram Alir Penelitian ... 51

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 54

4.1 Pembahasan Hasil Pengujian Kekerasan Al-Fe tanpa Perlakuan Panas ... 54

4.2 Pembahasan Hasil Pengujian Kekerasan Al-Fe dengan Perlakuan Panas ... 57

4.2.1 Hasil Pengujian Kekerasan Al-Fe 5% ... 57

4.2.2 Hasil Pengujian Kekerasan Al-Fe 10%... 58

4.2.3 Hasil Pengujian Kekerasan Al-Fe 15% ... 60

4.3 Analisa Data Struktur Mikro ... 61

4.3.1 Temperatur aging 180˚C Al-Fe 5% dengan Holding Time 1 Jam ... 62

(13)

xiii

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 74

5.1. Kesimpulan ... 74

5.2. Saran ... 74 Daftar Pustaka

(14)

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Jenis Aluminium Matrix Composites ... 17

Gambar 2.2 Skema Dapur Peleburan Stir Casting ... 20

Gambar 2.3 Aplikasi Komposit dalam Industri (a) Cylinder liner (b) Brake motor (c) Connecting rod (d) valves (e) calliper ... 21

Gambar 2.4 Dapur Krusibel Tipe Tiling untuk Peleburan Non-Ferrous ... 22

Gambar 2.5 Tahap perubahan fasa pada proses aging ... 26

Gambar 2.6 Hubungan nilai kekerasan dengan waktu terhadap fasa yang terbentuk .. 26

Gambar 2.7 Pengambilan Sampel Uji Pada Bagian Atas, Tengah dan Bawah ... 29

Gambar 2.8 Prinsip pengukuran pengujian Rockwell, prinsip yang sama juga diterapkan untuk penetrator bola baja ... 30

Gambar 3.5 Cetakan Logam Silinder... 37

Gambar 3.6 Timbangan digital ... 38

Gambar 3.7 Gergaji Tangan ... 38

Gambar 3.8 Mesh 350 ... 39

Gambar 3.9 (a) Termokopel dan (b) Display ... 39

Gambar 3.10 Furnace chamber Hofmann Type-K... 40

Gambar 3.11 (a) Tang Penjepit (b) Wadah spesimen ... 40

Gambar 3.12 Panci dan air sebagai media pendingin ... 41

Gambar 3.13 Rockwell Hardness Tester type 150-A ... 41

Gambar 3.14 Mesin amplas dan poles ... 41

Gambar 3.15 Mikroskop optik dan kamera digital ... 42

Gambar 3.16 Struktur Mikro Aluminium ... 43

Gambar 3.17 Struktur Mikro Serbuk Besi ... 43

Gambar 3.18 Proses Peleburan Menggunakan Tungku Krusibel ... 44

(15)

xv

Gambar 3.20 Proses Penuangan dan Pengepresan ... 45

Gambar 3.21 Spesimen Hasil Pengecoran ... 46

Gambar 3.22 Spesimen Hasil Pemotongan ... 46

Gambar 3.23 Spesimen pengujian kekerasan ... 48

Gambar 3.24 Diagram Alir Penelitian ... 52

Gambar 4.1 Nilai kekerasan Al-Fe 5% tanpa perlakuan panas terhadap jarak pengukuran pada temperatur 700˚C ... 54

Gambar 4.2 Nilai kekerasan Al-Fe 10% tanpa perlakuan panas terhadap jarak pengukuran pada temperatur 700˚C ... 55

Gambar 4.3 Nilai kekerasan Al-Fe 15% tanpa perlakuan panas terhadap jarak pengukuran pada temperatur 700˚C. ... 56

Gambar 4.4 Nilai rata-rata kekerasan Al-Fe tanpa perlakuan panas terhadap jarak pengukuran pada temperatur 700˚C.. ... 56

Gambar 4.5 Nilai rata-rata kekerasan Al-Fe 5% pada temperatur aging 180 ˚C terhadap holding time.. ... 57

Gambar 4.6 Grafik nilai rata-rata kekerasan Al-Fe 5% terhadap variasi holding time aging.. ... 58

Gambar 4.7 Nilai rata-rata kekerasan Al-Fe 10% pada temperatur aging 180 ˚C terhadap holding time... 59

Gambar 4.8 Grafik nilai rata-rata kekerasan Al-Fe 10% terhadap varias holding time aging ... 59

Gambar 4.9 Nilai rata-rata kekerasan Al-Fe 15% pada temperatur aging 180 ˚C terhadap holding time... 60

Gambar 4.10 Grafik nilai rata-rata kekerasan Al-Fe 5% terhadap variasi holding time aging ... 61

Gambar 4.11 Struktur mikro Al-Fe 5% atas dengan holding time 1 jam (Perbesaran 500x) ... 62

Gambar 4.12 Struktur mikro Al-Fe 5% tengah dengan holding time 1 jam (Perbesaran 500x) ... 62

(16)

xvi

Gambar 4.14 Struktur mikro Al-Fe 5% atas dengan holding time 2 jam

(Perbesaran 500x) ... 63 Gambar 4.15 Struktur mikro Al-Fe 5% tengah dengan holding time 2 jam

(Perbesaran 500x) ... 63 Gambar 4.16 Struktur mikro Al-Fe 5% bawah dengan holding time 2 jam

(Perbesaran 500x). ... 64 Gambar 4.17 Struktur mikro Al-Fe 5% atas dengan holding time 4 jam

(Perbesaran 500x) ... 65 Gambar 4.20 Struktur mikro Al-Fe 10% atas dengan holding time 1 jam

(17)

xvii

(18)

xviii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Sifat-sifat fisik Aluminium...6

Tabel 2.2 Sifat-sifat mekanik Aluminium...6

Tabel 2.3. Kelompok Paduan Aluminium...8

Tabel 2.4 Sifat Fisika Besi...11

Tabel 2.5 Ciri-Ciri Atom Besi ... ...12

Tabel 2.6 Sifat Kimia Besi .... ...12

Tabel 2.7 Sifat Lain-lain Besi...13

Tabel 2.8 Kelebihan dan Kekurangan Aluminium Matrix Composites...14

Tabel 2.9 Aluminium reinforcement ...15

Table 2.10 Skala Kekerasan Rockwell...31

(19)

xix

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Anggreani, Yuni, (2010), Besi, SMAI YAPPAS AL-BAROKAH, Tasikmalaya. [2]. ASM team, 1991, “ASM Metal Handbook Volume 4 Heat Treating“, American

Society for Metals, Formerly Ninth Edition, The United States of America. [3]. ASM team, 1992, “ASM Metal Handbook Volume 2 Properties and Selection:

nonferrous alloys and special-purpose materials“, American Society for

Metals, Formerly Ninth Edition, The United States of America.

[4]. ASM team, 2000, “ASM Metal Handbook Volume 8 Mechanical testing and

Evalution“, American Society for Metals, Formerly Ninth Edition, The United

States of America.

[5]. ASM team, 2004, “ASM Metal Handbook Volume 9 Metallographic and

Microstructures 2004“, American Society for Metals, Formerly Ninth Edition,

The United States of America.

[6]. Benner, B.J.M.1985. Ilmu pengetahuan bahan, Jakarta: Bhatara Karya Aksara. [7]. Callister, William D., (1994), Material Science and Engineering and

Introduction, Third Edition, New York: Jhon Whilley and Sons.

[8]. Chawla, N., Krishan, Metal Matrix Composite, Birmingham: University of Alabam.

[9]. Froyen, L., Virlinden, B., (1994), Aluminium Matrix Composites Materials, Belgium: University of Leuven.

[10]. Hasyim, J., The Production of Cast Metal Matrix Composite By a Modified Stir Casting Method, Jurnal Teknologi, 35(A) Dis.2001: Universiti Teknologi

Malaysia.

[11]. http://eprints.utm.my/1026/1/JT35A2.pdf, diakses 14 Agustus 2012.

[12]. James K. Wessel, 2004, “Handbook of Advanced Materials”, John Wiley &

Sons, Inc., New Jersey.

[13]. Kartaman, M., (2010), Fabrikasi Komposit Al/Al2O3 Coated dengan Metode

Stir Casting dan Karakterisasinya, Depok: Universitas Indonesia.

(20)

xx

Department of Metallurgical and Materials Engineering National Institute of Technology.

[15]. Rusianto, Toto., (2009), Hot Pressing Metalurgi Serbuk Aluminium dengan Variasi Suhu Pemanasan, Yogyakarta: Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri Institut Sains dan Teknologi AKPRIND.

[16]. Sukma, Jonika Asmarani.2008. Laporan Praktikum Sturktur dan Sifat Material. Semarang: Universitas Diponegoro.

[17]. Surappa, M K., (2003), Aluminium Matrix Composites: Challenges and Opportunities, India: Department of Metallurgy, Indian Institute of Science.

[18]. Surdia, T., Shinroku S., (1995), Pengetahuan Bahan Teknik, Jakarta: Pradnya Paramita.

[19]. Surdia, T., Chijiiwa, K., Teknik Pengecoran Logam, Jakarta: PT. Pradnya Paramita.

[20]. Totten , George. E , (1999), “Handbook Of Aluminium “, Volume 1 , Marcel

Dekker, New York, Bassel.

[21]. Utama. (2009), Tugas Akhir : Pengaruh Penambahan Cu (1 %, 3 %, dan 5%) Pada Aluminium Dengan Solution Heat Treatment Dan Natural Aging

Terhadap Sifat Fisis Dan Mekanis, Surakarta: UMS.

[22]. Upadhaya, G. S., (2002), Powder Metallurgy Technology, India: Department of Materials and Metallurgical Engineering Indian Institite of Technology.

(21)

xxi

HASIL UJI KEKERASAN Al-Fe 5% PADA TEMPERATUR AGING 180 ˚C

Spesimen Bagian No

Tidak melalui

perlakuan

panas

Nilai kekerasan (HRB) berdasarkanVariasi Waktu Aging

Pada Temperatur 180˚C

1 Jam 2 Jam 4 Jam

Rata-rata = 42,36 Rata-rata = 48,29 Rata-rata = 52,79 Rata-rata =53,79

Tengah

Rata-rata = 45,93 Rata-rata = 50,5 Rata-rata = 52,79 Rata-rata =54

Bawah

(22)

xxii

Spesimen Bagian No

Tidak melalui

perlakuan

panas

1 Jam 2 Jam 4 Jam

Rata-rata =49,21 Rata-rata =42,43 Rata-rata =48,57 Rata-rata =62,21

Tengah

Rata-rata =42,71 Rata-rata =50,64 Rata-rata =53,86 Rata-rata =69,07

Bawah

(23)

xxiii

Spesimen Bagian No

Tidak melalui

perlakuan

panas

1 Jam 2 Jam 4 Jam

Rata-rata =44,36 Rata-rata =65,71 Rata-rata =70 Rata-rata =82,21

Tengah

Rata-rata =42,36 Rata-rata =67,71 Rata-rata =79 Rata-rata =83,64

Bawah

(24)

xxiv

PERHITUNGAN RATA-RATA STANDAR DEVIASI KEKERASAN Standar deviasi Al-Fe tanpa perlakuan panas

Bagian 5% 10% 15%

Atas 0,58 0,58 1,60

Tengah 2,07 1,91 1,62

Bawah 2,60 9,41 3,40

Jumlah 1,75 3,97 2,21

Standar deviasi Al-Fe 5% pada temperatur aging 180 ˚C terhadap holding time

Bagian 1 Jam 2 Jam 4 Jam

Atas 1,20 1,27 0,91

Tengah 0,79 1,15 2,12

Bawah 0,94 1,51 1,03

Jumlah 0,98 1,31 1,35

Atas 0,85 2,32 5,82

Tengah 1,78 2,11 4,15

Bawah 0,86 1,49 6,19

Jumlah 1,16 1,97 5,39

Atas 1,52 2,26 2,37

Tengah 2,34 2,92 3,89

Bawah 3,27 1,57 3,85

(25)

xxv

Tabel nilai kekerasan Rockwell (HRB) Al-Fe berdasarkan variasi Fe 5% tanpa perlakuan panas terhadap jarak pengukuran pada temperatur 700 ˚C

Jarak

Standar Deviasi Skala Rockwell (δ HRB)

δ HRB = ∑ − ²

− 1

(26)

xxvi

Jarak

TENGAH - Standar Deviasi Skala Rockwell (δ HRB)

(27)

xxvii

Jarak

(28)

xxviii

Tabel nilai kekerasan Rockwell (HRB) Al-Fe berdasarkan variasi Fe 5% pada temperatur aging 180 ˚C terhadap holding time 1 jam

(29)

xxix

(30)

xxx

(31)

xxxi

(32)

xxxii

(33)

xxxiii

(34)

xxxiv

(35)

xxxv

(36)

xxxvi

δ HRB = ∑ − ²

(37)

xxxvii

Material Perbesaran 500X

1 Jam 2 Jam 4 Jam

Al-Fe 5%

Atas

Tengah

Bawah

(38)

xxxviii Al-Fe

10%

Tengah

Bawah

Al-Fe 15%

Atas

Tengah