i
STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH KOMPOSISI SiC
TERHADAP KETAHANAN AUS PADA PEMBUATAN
METAL MATRIX COMPOSITE
Al
–
SiC MENGGUNAKAN
METODE
STIR CASTING
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
DISUSUN OLEH :
AJI PAJAR PRASTIA
100401096
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
i
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT, Tuhan Yang Maha Esa. Tiada daya dan kekuatan selain dari-Nya. Shalawat dan salam kepada Rasulullah Muhammad SAW. Alhamdulillah, atas izin-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
Skripsi ini adalah salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan Program Studi Strata-1 di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun Skripsi ini diambil dari mata kuliah Teknik Pengecoran Logam dengan judul “Studi Experimental Pengaruh
Komposisi SiC terhadap Ketahanan Aus pada Pembuatan Metal Matrix
Composite Al-SIC Menggunakan Metode Stir Casting”
Dalam penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan, motivasi, pengetahuan, dan lain-lain dalam penyelesaian skripsi ini.Penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur, serta bimbingan dan arahan dari Bapak Ir. Tugiman, MT sebagai Dosen Pembimbing.
Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Orang tua saya tercinta, Ayahanda Samsuar dan Ibunda Rohana serta kakak – kakak saya ( Khamisah dan Setti Ayumna Ningsih, SH ) dan juga abang – abang ipar saya ( edi hermanto dan yuzhi afri lubis ) yang telah membesarkan penulis, membimbing, memberikan kasih sayang, memberikan nasehat memberikan perhatian baik spiritual maupun material serta semangat yang begitu besar kepada penulis mulai awal kuliah hingga penyelesaian skripsi ini. 2. Bapak Ir. Tugiman, MT Dosen Pembimbing Skripsi yang telah meluangkan
waktu dan pikiran serta kesabaran dalam membimbing dan mengajar penulis untuk menyelesaikan skripsi ini.
ii 4. Bapak Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri sebagai Ketua Departemen Teknik Mesin
USU dan Bapak Ir. M Syahril Gultom, MT. sebagai Sekretaris Departemen Teknik Mesin USU.
5. Seluruh Staf Pengajar DTM FT USU yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai administrasi DTM FT USU, juga kepada staf Fakultas Teknik.
6. Teman satu tim (Fadel Muhammad Hrp) yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk bergabung dalam penyelesaian tugas sarjana ini.
7. Seluruh rekan - rekan mahasiswa Departemen Teknik Mesin USU Angkatan 2010, khususnya (Abdul Rahman, Chandra Andrika, Rama Sanjaya, Nursuci Adek) yang banyak memberikan motivasi kepada penulis dalam menyusun skripsi ini, atas masukan dan bantuannya dalam menyelesaikan skripsi ini. Penulis sadar bahwa skripsi ini masih belum sempurna dikarenakan keterbatasan penulis. Untuk itu penulis tetap mengharapkan saran dan kritik yang sifatnya membangun untuk kesempurnaan skripsi ini.
Akhir kata penulis berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi siapa saja yang membaca, baik sebagai bahan masukan ataupun sebagai bahan perbandingan.
Medan, Mei 2015 Penulis
iii
ABSTRAK
Material komposit merupakan jenis material yang banyak dikembangkan saat ini. Jenis komposit yang banyak diteliti adalah komposit berjenis MMC (metal matrix composite). MMC (metal matrix composite) merupakan komposit yang memiliki matriks logam. Aplikasi MMC banyak dijumpai saat ini misalnya saja pada kanvas rem kereta api yang berpenguat silikon karbida ( SiC ). Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh kandungan SiC dengan variasi 1,5 %, 2,5 %, dan 3,5 % serta penambahan 1% Fly Ash terhadap densitas, kekerasan, impak, kekasaran, keausan dan mikrostruktur. Sebelum diuji, spesimen dibuat dengan proses pengecoran dengan menggunakan metode stir casting dengan putaran konstan 175 rpm selama 1 menit dan temperatur ± 735 °C. Untuk mengetahui laju keausan material MMC tersebut dilakukkan pengujian keausan dengan metode pin on the disk. Untuk nilai densitas tertinggi didapat pada variasi SiC 3,5 % dan fly ash 1% yaitu 2,80 gr/cm³ secara teori dan 2,78 gr/cm³ secara experimen. Untuk nilai kekerasan tertinggi didapat pada variasi SiC 3,5 % dan fly ash 1% yaitu sebesar 60,38. Untuk nilai impak tertinggi didapat pada variasi SiC 3,5 % dan fly ash 1% yaitu 0,398 J/mm². Untuk nilai kekasaran tertinggi didapat pada variasi SiC 3,5 % dan fly ash 1% yaitu 0,61μm. Hasil mikrostruktur memperlihatkan bahwa Silikon yang paling banyak terikat pada matrix adalah variasi SiC 3,5 % dan fly ash 1%. Nilai keausan terendah didapat pada variasi SiC 3,5 % dan fly ash 1% yaitu sebesar 0,319 mm³/s secara teori dan secara eksperimen sebesar 0,325 mm³/s atau menurun 18% secara teori dan 23% secara eksperimen dibandingkan raw material. Hasil pengujian keausan menunjukkan bahwa laju keausan akan menurun seiring dengan penambahan SiC.
iv
ABSTRACT
The composite material is a type of material that has been developed at this time. Composites are widely studied is a composite manifold MMC (metal matrix composite). MMC (metal matrix composite) is a composite that has metal’s matrix. MMC applications are often found today for example in railway brake pads reinforced by silicon carbide (SiC). This study aimed to analyze the influence of the content of SiC with a variation of 1.5%, 2.5%, and 3.5% and the addition of 1% Fly Ash to hardness, impact, roughness, wear and microstructure. Before the test, the specimen is made with casting process and with using stir casting method with constant speed 175 rpm for 1 minute and temperature of ± 735 ° C. To determine the wear rate of the MMC material done wear testing the pin on the disk method. For the highest density values obtained on SiC variation of 3.5% and 1% of fly ash that is equal to 2,80 gr/cm³ theoretically and experimentally by 2,78 gr/cm³. For the highest hardness values obtained on SiC variation of 3.5% and 1% of fly ash that is equal to 60.38. To the highest impact value obtained on SiC variation of 3.5% and 1% of fly ash is 0.398 J / mm². For the highest roughness values obtained on SiC variation of 3.5% and 1% of fly ash is 0,61μm. The results showed that the silicon microstructure most tied to the SiC matrix is a variation of 3.5% and 1% of fly ash. Low wear values obtained on SiC variation of 3.5% and 1% of fly ash that is equal to 0.319 mm³ / s theoretically and experimentally by 0.325 mm³ / s or decreased 18% in theory and 23% in experimentally just than raw material. The results show that the wear rate decreases with the addition of SiC
v
2.1.1. Sifat – Sifat Mekanik Aluminum...6
2.1.2. Macam – Macam Paduan Aluminium...9
2.2. Metal Matrix Composite. ... 16
3.2. Bahan dan Alat Penelitian ... 31
3.2.1.Bahan Penelitian ... 31
vi
3.3. Prosedur Pengujian ... 41
3.3.1. Pengujian Komposisi...41
3.3.2. Proses Pengecoran Logam...41
3.3.3. Pengujian Densitas...42
3.3.4. Pengujian Kekerasan ( Hardness Test )...42
3.3.5. Pengujian Getas ( Impact Test )...43
3.3.6. Pengujian Kekasaran ( Roughness Test ) ...44
3.3.7. Pengujian Keausan ( Wear Test )...44
3.3.8. Pengujian Metalografi ( Metallography Test )...45
3.4 Diagram Alir...46
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Uji Komposisi...47
4.2. Hasil Pengecoran Logam Al-SiC...48
4.3. Hasil Pengujian Densitas...50
4.4. Hasil Pengujian Kekerasan ( Hardness Test )...52
4.5. Hasil Pengujian Getas ( Impact Test )...54
4.6. Hasil Pengujian Kekasaran ( Roughness Test ) ...57
4.7. Hasil Pengujian Keausan ( Wear Test )...59
4.8. Hasil Pengujian Metalografi ( Metallography Test )...77
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan...85
5.2. Saran...86
DAFTAR PUSTAKA...88
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram fasa Al-Si ...9
Gambar 2.2 Daerah Diagram Fasa Al-Si...10
Gambar 2.3 (a) Struktur mikro paduan hypoeutectic. (b) Struktur mikro Paduan eutectic. (c) Struktur mikro paduan hypereutectic...11
Gambar 2.4 Pembagian komposit berdasarkan jenis penguat...17
Gambar 2.5 diagram phase dari SiC...20
Gambar 2.6 Palm oil fly ash...22
Gambar 2.7 mesin stir casting...24
Gambar 2.8 Proses pembuatan cetakan...27
Gambar 2.9 Pengujian keausan dengan metode pin on disk...29
Gambar 3.1 Velg mobil bekas jenis Aluminium Alloy...31
Gambar 3.2 Silikon karbida (SiC)...32
Gambar 3.3 Palm oil fly ash...32
Gambar 3.4 Cover Fluks...33
Gambar 3.5 Mesin Gerinda Tangan...33
Gambar 3.6 Ragum...34
Gambar 3.7 Termokopel type- K...34
Gambar 3.8 Mesin Stir Casting...35
Gambar 3.9 Krusibel...35
Gambar 3.10 a) Cetakan Pasir bagian atas b) Cetakan Pasir bagian bawah ...36
Gambar 3.16 Surface Roughness Tester...39
Gambar 3.17 Mikroskop optik...39
viii
Gambar 3.19 OES (Optical Emission Spectrometer)...40
Gambar 3.20 Diagram alir penelitian...46
Gambar 4.1 Spesimen pengujian komposisi...48
Gambar 4.2 Diagram fasa Al-Si (Rahmawati, Z.S 2010 )...46
Gambar 4.3 a) Hasil pengecoran raw material. (b) Hasil pengecoran aluminium alloys yang diperkuat SiC 1,5% dan fly ash 1% .
Gambar 4.5 variasi komposisi vs massa jenis...51
Gambar 4.6 (a) Spesimen uji kekerasan sebelum diuji. (b) Spesimen uji kekerasan yang sudah diuji ...52
Gambar 4.7 BHN Vs Komposisi SiC & Fly Ash ...53
Gambar 4.8 (a) Spesimen sebelum diuji. (b) Spesimen sudah diuji. (c) Penampang patahan spesimen...54
Gambar 4.9 Grafik Komposisi SiC & Fly Ash Vs Energi yang diserap...56
Gambar 4.10 Grafik nilai impak vs komposisi SiC & Fly ash...56
Gambar 4.11 Spesimen Uji Kekasaran...57
Gambar 4.12 Nilai kekasaran vs Komposisi SiC & Fly Ash...58
Gambar 4.13 Spesimen sebelum di uji keausan...59
Gambar 4.14 Spesimen sudah di uji keausan...59
Gambar 4.15 Lebar jejak untuk Raw Material Aluminum Alloy ( pembesaran 50x)...60
Gambar 4.16 Kedalaman jejak bahan raw material (pembesaran 50x) ...60
Gambar 4.17 Lebar jejak untuk aluminum alloys ditambah Fly ash 1% ( pembesaran 50x)...62
Gambar 4.18 Kedalaman jejak bahan aluminum alloys ditambah Fly ash 1% ( pembesaran 50x )...62
ix Gambar 4.20 Kedalaman jejak bahan Aluminum Alloys ditambah Sic 1,5% dan Fly ash 1% ( pembesaran 50x )...64 Gambar 4.21 Lebar jejak untuk Aluminum Alloys ditambah Sic 2,5% dan
Fly ash 1% ( pembesaran 50x)...66 Gambar 4.22 Kedalaman jejak bahan Aluminum Alloys ditambah Sic 2,5% dan Fly ash 1% ( pembesaran 50x )...66 Gambar 4.23 Lebar jejak untuk Aluminum Alloys ditambah Sic 3,5% dan
Fly ash 1% ( pembesaran 50x)...68 Gambar 4.24 Kedalaman jejak bahan Aluminum Alloys ditambah Sic 3,5% dan Fly ash 1% ( pembesaran 50x )...68 Gambar 4.25 Skematis spesimen hasil uji keausan...73 Gambar 4.26 Grafik laju keausan vs variasi komposisi...77 Gambar 4.27 a ) Foto mikro raw material sebelum etsa (pembesaran 100x)
b) Foto mikro raw material sesudah etsa ( pembesaran 100x)...78 Gambar 4.28 a) Foto mikro aluminium alloys yang diperkuat fly ash 1%
sebelum etsa (pembesaran 100x)
b) Foto mikro aluminium alloys yang diperkuat fly ash 1%
sesudah etsa (pembesaran 100x)...79 Gambar 4.29 a) Foto mikro aluminium alloys yang diperkuat SiC 1,5% dan fly ash 1% sebelum etsa (pembesaran 100x)
b) Foto mikro aluminium alloys yang diperkuat SiC 1,5% dan fly ash 1% sesudah etsa (pembesaran 100x) ...80 Gambar 4.30 a) Foto mikro aluminium alloys yang diperkuat SiC 2,5% dan fly ash 1% sebelum dietsa (pembesaran 100x)
b) Foto mikro aluminium alloys yang diperkuat SiC 2,5% dan fly ash 1% sebelum dietsa (pembesaran 100x)...81 Gambar 4.31 a) Foto mikro aluminium alloys yang diperkuat SiC 3,5% dan fly ash 1% sebelum etsa (pembesaran 100x)
b) Foto mikro aluminium alloys yang diperkuat SiC 3,5% dan
fly ash 1% sesudah etsa(pembesaran 100x)...82 Gambar 4.32 (a) foto mikro raw material ( pembesaran 200 x ). (b) foto
x ( pembesaran 200 x ).(c) foto mikro aluminium alloys yang
diperkuat SiC 1,5% (pembesaran 200 x ). (d) foto mikro aluminium alloys yang diperkuat SiC 2,5% (pembesaran 200 x ). (e) aluminium alloys yang diperkuat SiC 3,5%
(pembesaran 200 x )...83 Gambar 4.33 (a) foto mikro raw material ( pembesaran 200 x ).
(b) foto mikro aluminium alloys yang diperkuat fly ash 1% (pembesaran 200x) (c) foto mikro aluminium alloys yang diperkuat SiC 1,5% (pembesaran 200 x ). (d) foto mikro aluminium alloys yang diperkuat SiC 2,5% (pembesaran 200 x ). (e) aluminium alloys yang diperkuat SiC 3,5%
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sifat - sifat fisik aluminium...8
Tabel 2.2. Kandungan Si terhadap temperatur titik beku paduan aluminium...12
Tabel 2.3 Sifat - sifat fisik dari Silikon Karbida...19
Tabel 2.4 Chemical composition Palm Oil Fuel Ash...23
Tabel 4.1 komposisi material velg aluminium...47
Tabel 4.2 Data hasil pengujian densitas...51
Tabel 4.3 Data hasil pengujian kekerasan...53
Tabel 4.4 Data hasil pengujian impak...55
Tabel 4.5 Data hasil pengujian kekasaran...58
Tabel 4.6 Lebar jejak dan kedalaman jejak bahan raw material...61
Tabel 4.7 Lebar jejak dan kedalaman jejak bahan Aluminum Alloys ditambah Fly ash 1%...63
Tabel 4.8 Lebar jejak dan kedalaman jejak bahan Aluminum Alloys ditambah Sic 1,5% dan Fly ash 1%...65
Tabel 4.9 Lebar jejak dan kedalaman jejak bahan Aluminum Alloys ditambah Sic 2,5% dan Fly ash 1%...67
Tabel 4.10 Lebar jejak dan kedalaman jejak bahan Aluminum Alloys ditambah Sic 2,5% dan Fly ash 1%...69
xii
DAFTAR LAMPIRAN
xiii
DAFTAR NOTASI
Simbol Keterangan Satuan
P Beban BHN N
Db Diameter Bola Indentasi mm
db Diameter Indentasi mm
E Energi Joule
