KARAKTERISASI KOMPOSIT MATRIKS LOGAM
Al-SiC PADA PRODUK KANVAS REM
KERETA API
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ALBIN MONIAGO SIMANJUNTAK NIM. 100421038
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
i
KATA PENGANTAR
Pertama-tama penulis panjatkan puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan skripsi ini. Skripsi yang berjudul Karakterisasi Komposit Matriks Logam Al-SiC Pada Produk Kanvas Rem Kereta Api ini dimaksudkan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan tingkat sarjana strata satu (S1) pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa hormat dan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan memberikan dorongan kepada penulis selama penyusunan skripsi ini, antara lain:
1. Jimmi G. Simanjuntak, ST selaku kepala Laboratorium Pengujian Mekanik dan Material Teknik Baristand Industri Medan (Balai Riset dan Standardisasi Industri Medan) yang mengizinkan saya untuk kerja sama melakukan penelitian di laboratorium tersebut.
2. Ir. Syarul Abda, Msc selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dalam menyusun skripsi ini
3. Dr.Eng.Indra, MT. selaku dosen pembanding satu
4. DR.Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku dosen pembanding dua di seminar skripsi dan Ketua Departemen Teknik Mesin
5. Ir. Jaya Arjuna, Msc selaku dosen pembanding dua di sidang skripsi. 6. Ir. Tugiman, MT selaku koordinator skripsi
7. Rekan-rekan yang telah membantu dalam penyusunan laporan skripsi ini 8. Semua pihak yang telah banyak membantu yang tidak dapat disebutkan satu
persatu.
Penulis berharap semoga laporan skripsi ini dapat bermanfaat bagi yang membacanya, serta ada kelanjutan dari penelitian ini untuk penyempurnaan dari apa yang telah diperoleh demi kemajuan di masa mendatang.
Medan, Mei 2013 Penulis,
Albin Moniago Simanjuntak
ii
ABSTRAK
Salah satu komponen yang termasuk penting pada kereta api sebagai kendaraan rel adalah rem. Rem berfungsi sebagai alat untuk mengatur laju kendaraan, khususnya mengurangi dan menghentikan kendaraan. Komposit Matriks Logam Al-SiC (KML Al-SiC) menggunakan aluminium sebagai matriks dan partikel SiC sebagai penguat. Alumunium dipanaskan sampai ke titik leleh, lalu dicampur dengan serbuk SiC, selanjutnya dituang ke dalam cetakan. Material komposit matrik aluminium dengan penguat keramik SiC yang juga disebut komposit isotropik Al-SiC merupakan kombinasi yang sangat sesuai dalam peningkatan performansi mekanik dan ketahanan dalam kerusakan korosif. Adapun pemilihan logam Al sebagai matrik dikarenakan logam ini memiliki berat jenis yang ringan sehingga dapat digunakan sebagai substitusi komponen pembuatan kampas rem kereta api. Penelitian ini hanya di batasi dengan jumlah pencampuran Al 82 % dengan SiC 18 %, yang bertujuan untuk mencari dan memperoleh alternatif bahan kanvas rem kereta api yang lebih baik dari bahan besi cor yang digunakan saat ini. Pengujian yang di lakukan adalah uji kekerasan, keausan, dan uji tarik. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kondisi optimum yang diperoleh pada komposisi 18% SiC dan suhu sintering 600 oC dengan karakteristik sebagai berikut: kekerasan 88,96 HRB, keausan 2,575 x 10-5 gram/mm2.s, kuat tarik 19,77 Kgf/mm2. Dari segi kualitas, dengan MMC Al-SiC 18% dimungkinkan dapat menjadi bahan alternatif sebagai pengganti Besi Cor pada bahan kanvas rem kereta api.
iii
ABSTRACT
One of the vital components included on a train as the vehicle is brake. Brake serves as a tool to adjust the vehicle speed control, especially to reduce and stop the vehicle. Metal matrix composites of Al-SiC (Al-SiC MMC) using aluminum as the matrix and SiC particles as a reinforcement. Aluminum is heated to the melting point, and then mixed with SiC powder, then poured into a mold. Aluminum matrix composite materials with SiC ceramic amplifier or called isotropic Al-SiC composite is a combination that fits in improving mechanical performance and durability in corrosive damage. As for the selection of metal Al as matrix metal because it has a specific gravity that light so it can be used as a substitute for the manufacture of brake components train. This study only in limiting the amount of mixing of Al-82% by 18% SiC, which aims to seek and obtain alternative materials train brake better than cast iron materials in use today. Tests done is test hardness, wear, and tensile test in lieu of cast iron railway brake materials. From the test results showed that the optimum conditions obtained at the composition of 18% SiC and sintering temperature of 600 °C with the following characteristics: violence 88.96 HRB, wear 2.575 x 10-5 gram/mm2.s, tensile strength 19.77 kgf/mm2. To obtain the synthesis of metal matrix composite SiC more research needs to be developed further with the composition of Al-SiC is more variable again.
iv
2.2.3 Perkembangan Pemakaian Komposit Matriks Logam Pada Rem Kereta Api ... 20
2.3 Pengecoran Logam ... 21
v
2.5 Hubungan Antara Kekerasan, Kekuatan dan Keausan ... 47
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 48
3.3.2 Pembuatan Kanvas Rem dan Sampel Pengujian Al-SiC ... 64
3.3.2.1 Kanvas Rem ... 65
vi
3.3.2.2 Sampel Uji... 66
3.3.2.3 Pekerjaan Permesinan ... 67
3.3.2.4 Perlakuan Panas ... 68
3.3.3 Pengujian Material... 71
3.3.3.1 Pengujian Kekerasan ... 71
3.3.3.2 Pengujian Keausan ... 72
3.3.3.3 Pengujian Tarik ... 74
3.4 Waktu dan Tempat Pembuatan ... 76
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 77
4.1 Kekerasan (Rockwell Hardness Test) ... 78
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Aplikasi material gesek pada rem kereta api ... 6
Gambar 2.2. Diagram fasa aluminium ... 9
Gambar 2.3. Pengaruh suhu pada kelarutan hidrogen dalam aluminium ... 11
Gambar 2.4. (a) Struktur β-SiC (b) Struktur heksagonal α-SiC ... 13
Gambar 2.5. Pembagian komposit berdasarkan jenis penguat ... 15
Gambar 2.6. Ilustrasi komposit berdasarkan penguatnya ... 17
Gambar 2.7. Kanvas rem kereta api berbahan besi cor ... 21
Gambar 2.8. Diagram alir proses pengecoran ... 22
Gambar 2.9. Proses pembuatan cetakan ... 26
Gambar 2.10 . Ilustrasi Pengereman ... 29
Gambar 2.11. Pengujian brinell ... 31
Gambar 2.12. Perumusan pengujian brinell ... 31
Gambar 2.13. Pengujian Rockwell ... 32
Gambar 2.14. Prinsip kerja metode pengukuran kekerasan Rockwell ... 32
Gambar 2.15. Pengujian Vickers ... 35
Gambar 2.16. Bentuk indentor Vickers ... 35
Gambar 2.17. Bentuk indentor Knoop ... 36
Gambar 2.18. Ilustrasi uji keausan metode ogoshi ... 39
Gambar 2.19. Skema uji keausan metode pin on disk ... 40
Gambar 2.20. Kurva uji tarik ... 42
Gambar 2.21. Kurva tegangan-regangan ... 43
Gambar.2.22. Dimensi spesimen uji tarik batang... 44
Gambar 2.23. Dimensi spesimen uji tarik plat ... 44
Gambar 2.24. Profil data hasil uji tarik ... 45
Gambar 2.25. Grafik hubungan kekerasan, kekuatan dan keausan ... 47
Gambar 3.1. (a) Peleburan aluminium velg mobil bekas, (b) Billet aluminium hasil coran ... 48
viii
Gambar 3.10. Timbangan digital ... 54
Gambar 3.11. Jangka sorong ... 54
Gambar 3.17. Partikel silikon karbida ... 58
Gambar 3.18. Pasir silika ... 59
Gambar 3.19. Bahan bakar minyak ... 59
Gambar 3.20. Cover flux 770 ... 60
Gambar 3.21. Degasser ... 60
Gambar 3.22. Water glass ... 61
Gambar 3.23. Proses pencampuran pasir dan water glass ... 62
Gambar 3.24. Cope dan drag ... 63
Gambar 3.25. (a) Pembentukan cetakan sampel, (b) Hasil pembentukan cetakan sampel ... 64
Gambar 3.26. Peleburan aluminium billet ... 64
Gambar 3.27. Proses pengadukan ... 65
Gambar 3.28. Proses penuangan pada cetakan kanvas rem ... 65
Gambar 3.29. Sket kanvas rem ... 66
ix
Gambar 3.30. Proses penuangan pada cetakan sampel uji ... 66
Gambar 3.31. Sampel uji ... 67
Gambar 3.32. Sampel uji kekerasan ... 67
Gambar 3.33. Sampel uji keausan ... 67
Gambar 3.34. Sampel uji tarik ... 68
Gambar 3.35. Proses pembubutan sampel uji ... 68
Gamabr 3.36. Skema proses perlakuan panas T6 standar ... 69
Gambar 3.37. Diagram alir pengecoran kanvas rem al-sic dan sampel pengujian ... 70
Gambar 3.38. Pengujian kekerasan ... 72
Gambar 3.39. Pengujian keausan ... 73
Gambar 3.40. Pengujian tarik ... 75
Gambar 4.1. Kanvas rem kereta api berbahan Al-Sic 18% ... 77
Gambar 4.2. Spesimen benda uji Al-Sic 18 % ... 77
Gambar 4.3 Grafik perbandinga Al-SiC 18% dengan besi cor terhadap nilai Kekerasan ... 79
Gambar 4.4. Grafik pengaruh %SiC terhadap nilai kekerasan ... 79
Gambar 4.5. Grafik perbandingan Al-SiC18% dengan besi cor terhadap nilai keausan ... 82
Gambar 4.6. Grafik pengaruh %SiC terhadap nilai kuat tarik ... 85
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sifat-sifat Aluminium ... 10
Tabel 2.2 Sifat-sifat Keramik SiC ... 14
Tabel 2.3. Hasil penelitian kekerasan KML Al-SiC ... 17
Tabel 2.4. Skala kekerasan rockwell ... 34
Tabel 3.1. Komposisi kimia billet aluminium ... 49
Tabel 3.2Spesifikasi digital rockwell hardness tester FR-3e ... 56
Tabel 4.1. Data hasil pengujian kekerasan Al-SiC 18% dan Besi cor ... 78
Tabel 4.2. Data hasil pengujian laku keausan Al-SiC 18% ... 81
Tabel 4.3. Data hasil pengujian laju keausan Besi cor ... 81
Tabel 4.4. Data hasil pengujian tarik Al-SiC 18% ... 84
Tabel 4.5. Data hasil perbandingan uji tarik Al-SiC 18% dan Besi cor ... 84
xi
DAFTAR SIMBOL
SIMBOL KETERANAGN SATUAN
A Luas spesimen uji mm2
HB Hardness Brinell kgf/mm2
xii
SIMBOL KETERANAGN SATUAN
Sp Luas penampang putus mm2
t Waktu/lama pengausan detik
V Laju keausan mm3/m
V Laju keausan gr/mm2.detik
W0 Berat awal spesimen sebelum diuji gram
W1 Berat setelah dilakukan pengujian gram
