i
STUDI PENGARUH PROSES KOMPAKSI TERHADAP
MUNCULNYA RETAKAN PADA GREEN BODY DAN HASIL
SINTER MAGNET BARIUM-STRONTIUM HEXAFERRITE
SKRIPSI
ATARAN HADIMAN MARPAUNG
100801067
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
ii
STUDI PENGARUH PROSES KOMPAKSI TERHADAP
MUNCULNYA RETAKAN PADA GREEN BODY DAN HASIL
SINTER MAGNET BARIUM-STRONTIUM HEXAFERRITE
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Sains
ATARAN HADIMAN MARPAUNG
100801067
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
iii
PERSETUJUAN
Judul : Studi Pengaruh Proses Kompaksi Terhadap Munculnya Retakan Pada Green Body Dan Hasil
Sinter Magnet Barium-Strontium Hexaferrite
Kategori : Skripsi
Nama : Ataran Hadiman Marpaung
Nomor Induk Mahasiswa : 100801067
Program Studi : Sarjana (S1) Fisika
Departemen : Fisika
Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Disetujui di Medan, Juli 2014
iv Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua, Pembimbing,
Dr.Marhaposan Situmorang Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc
vi
PERNYATAAN
STUDI PENGARUH PROSES KOMPAKSI TERHADAP
MUNCULNYA RETAKAN PADA GREEN BODY DAN HASIL
vii SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, yang di
dalammya terdapat beberapa kutipan dan ringkasan sebagai referensi yang masing masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2014
viii
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa yang telah memberikan Rahmat, Karunia dan Bimbingan-Nya sehingga penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul Studi Pengaruh Proses Pencetakan Terhadap Munculnya Retakan Pada Green Body dan Hasil Sinter Magnet
Barium-StrontiumHexaferrite. Laporan tugas akhir ini diajukan untuk memenuhi
salah satu syarat mencapai gelar sarjana fisika. Penelitian skripsi ini dilakukan di Laboratorium Pusat Penelitian Fisika (P2F) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) di kawasan PUSPIPTEK Serpong Tangerang, sesuai dengan waktu yang ditetapkan.
Penulis juga menyampaikan banyak terima kasih kepada :
ix
Penelitian Fisika (P2F) LIPI Kawasan PUSPIPTEK Serpong, Tangerang yang telah memberikan izin untuk melaksanakan penelitian. 2. Bapak Dr. Agus Sukarto Wismogroho, M.Eng, selaku dosen pembimbing
di P2F LIPI yang telah memberikan bimbingan, waktu dan tenaga dalam penyelesaian skripsi ini.
3. Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku dosen pembimbing di USU yang telah memberikan bimbingan, waktu dan tenaga dalam penyelesaian skripsi ini.
4. Bapak Prof.Drs. Pardamean Sebayang, M.Si, Bapak Jandjani, Amd selaku pembimbing di lapangan yang telah memberikan bimbingan, waktu dan tenaga kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
5. Bapak Bapak Dr. Sutarman, M.Sc sebagai dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) USU. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika FMIPA USU, Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M. Sc selaku sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU beserta seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Fisika FMIPA USU.
6. Ayahanda Krisman Marpaung dan Ibunda tercinta Rulia Sitorus, Saudaraku Apang Herbeth Marpaung, Asong Rikson Marpaung, Ferdinan Abo Marpaung, Kakakku Hermin Marpaung, Silvia Chandra Marpaung, Arjuna Tarmiji Usman Marpaung, Argo Basten Marpaung dan nenek saya M. Barimbing beserta keluarga besar yang memberikan dukungan dan semangat dalam penyelesaian skripsi ini.
7. Seluruh sahabat-sahabat tersayang Aven Tampubolon, Lerin Riwanti, Roselina Silalahi, Nurianti, Feby Tambunan, Maliza, Duma, Desi, dan teman-teman di “PASADA” BINTANG TIMUR BALIGE beserta seluruh adik-adik junior saya di BTB yang selalu memberikan semangat kepada saya dalam penyelesaian skripsi ini.
8. Sahabat- sahabat tersayang “TTLAS” (Tari, Tere, Lya, Samuel), bantukku (Juliana Sitorus) dan Gunawan sitorus.
x
,Lamhot, Rahel, Amin, Melisa, Riki Efendi, Ikhwan, Jejen, Cibun beserta seluruh teman-teman “PHYSIC INSIDE 2010” dan adik-adik junior 2011, 2012, 2013 yang selalu memberikan semangat kepada saya dalam penyelesaian skripsi ini.
STUDI PENGARUH PROSES KOMPAKSI TERHADAP
MUNCULNYA RETAKAN PADA GREEN BODY DAN HASIL
xi
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh kompaksi terhadap munculnya retakan pada green body dan hasil sinter magnet Ba-Sr Heksaferrit, yang bertujuan untuk memperbaiki sifat mekanik dari magnet Ba-Sr Heksaferrit. Pembuatan magnet Ba-Sr Hexaferrit diawali dengan desain alat cetak kasar dengan standart kekasaran 0,64mm dan alat cetak halus dengan standart kehalusan 0,13mm. Selanjutnya serbuk Ba-SrO.6Fe2O3 dikeringkan pada suhu 800C selama 24 jam, kemudian dicetak dengan variasi tekanan, waktu penahanan, massa sampel, struktur permukaan alat cetak, diameter penekan,dan arah penekanan. Hasil cetakan berupa pelet, selanjutnya dilakukan observasi crack dengan pengujian drop test. Diperoleh pellet terbaik dan terburuk masing-masing 20 buah untuk disintering pada suhu 11000C, ditahan selama 2 jam, dengan variasi kecepatan pemanasan 50C/min - 150C/min dengan interval 50C/min, suhu awal sintering yang digunakan adalah 250C dan 2500C. Diuji mikrostruktur, kekerasan dan densitas bulknya. Dari Analisis uji mikrostruktur diketahui bahwa semakin tinggi
kecepatan pemanasan maka semakin mudah terbentuk cracking pada pellet hasil sinter. Nilai kekerasan optimum sekitar (184,338 – 216,3411)VHN (Vickers Hardness Number)dan nilai densitas bulk sekitar (4,64 – 5,01)gr/cm3.
xii
STUDY ON EFFECT OF COMPACTING PROCESS TO
INITIAL CRACKS IN GREEN BODY AND SINTERING
PRODUCTS OF BARIUM-STRONTIUM
HEXAFERRITE MAGNETS
ABSTRACT
xiii
hours, heating rate varitions is rate 5 0C/min-15 0C/min with intervals of 50C/min. Initial temperatures of sintering is 250C and 2500C. Microstructure analyzed, hard-ness, and its bulk density. From microstrucutre analyzed results obtained that the higher ofheating rate, more easily formed cracking at pellets of sintering product. Optimum hardness value is approximate (184,338 – 216,3411)VHN (Vickers Hardness Number)and bulk density value is approximate (4,64 – 5,01)gr/cm3.
15 2.5.1 Tahapan Sintering 18 2.5.2 Klasifikasi Sintering 20 2.6 Retakan (cracking) 2.6.1 Mekanisme Penjalaran Retak 23 2.6.2 Laju Pertumbuhan Retak 26 2.6.3 Pola Retak 27 2.7 Drop Test 28 2.8 Mikrostruktur 28 2.9 Makrostruktur 29 2.10 Kekerasan Vickers 29 2.11 Densitas 31 Bab 3. Metodologi Penelitian 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 3.1.1 Tempat Penelitian 33
3.1.2 Waktu Penelitian 33
3.2 Peralatan dan Bahan
3.2.1 Peralatan 33
16
3.3 Diagram Alir Penelitian 36
3.4 Prosedur Penelitian
3.4.1 Pembuatan Alat Cetak 37
3.4.2 Persiapan Bahan baku 37
3.4.3 Proses Drying 37
3.4.4 Proses Kompaksi
3.4.4.1 Variasi Tekanan 38
3.4.4.2 Variasi Waktu Penahanan 38
3.4.4.3 Variasi Massa Sampel 39
3.4.4.4 Variasi Permukaan Alat Cetak 39
3.4.4.5 Variasi Diameter Alat Penekan 39 3.4.4.6 Variasi Arah Penekanan
3.4.4.6.1 Double Uniaxial Pressing 40
3.4.4.6.2 Single Uniaxial Pressing 40
3.4.5 Sintering 41
3.5 Karakterisasi Sampel
3.5.1 Pengujian Drop Test dan Observasi Retakan 41
3.5.2 Pengujian Mikrostruktur 41
3.5.3 Pengujian Kekerasan Vickers 42
3.5.4 Pengujian Densitas 44
Bab 4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Hasil Desain Alat Cetak 45
17
4.2.3 Variasi Massa Sampel dengan Cetakan Kasar 49
4.2.4 Variasi Permukaan Alat Cetak 51
4.2.5 Variasi Diameter Alat Penekan 52
4.2.6 Variasi Arah Penekanan 53
4.2.7 Pola-Pola Retak yang terbentuk dari hasil observasi
crack dengan pengujian drop test 56 4.3 Hasil dan Analisa Pengujian Mikrostruktur 57 4.4 Data dan Analisa Hasil Uji Kekerasan Vickers 71
4.5 Data dan Analisa Hasil Uji Bulk Density 78
Bab 5. Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan 81
Tabel 2.2 Hubungan Kehalusan Permukaan terhadap Ketahanan
18
Tabel 4.1 Hasil Drop Test dengan Variasi Arah Penekanan 53 Tabel 4.2 Data Hasil Uji Kekerasan pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terbaik Sintering 11000C, ΔT = 50C/min, T0 = 250C 71 Tabel 4.3 Data Hasil Uji Kekerasan pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terburuk Sintering 11000C, ΔT = 50C/min, T0 = 250C 72 Tabel 4.4 Data Hasil Uji Kekerasan pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terbaik Sintering 11000C, ΔT = 100C/min, T0 = 250C 73 Tabel 4.5 Data Hasil Uji Kekerasan pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terburuk Sintering 11000C, ΔT =100C/min, T0 = 250C 74 Tabel 4.6 Data Hasil Uji Kekerasan pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terbaik Sintering 11000C, ΔT = 150C/min, T0 = 250C 75 Tabel 4.7 Data Hasil Uji Kekerasan pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terburuk Sintering 11000C, ΔT = 150C/min, T0 = 250C 76 Tabel 4.8 Data Hasil Uji Bulk Density pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terbaik 78
Tabel 4.9 Data Hasil Uji Bulk Density pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
19
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar
Gambar 2.1 Kurva Saat Proses Magnetisasi 8
Gambar 2.2 Kurva Histeresis Material Magnetik 10
Gambar 2.3 Kurva yang Menunjukkan Perbandingan Sifat Magnet
dari Beberapa Jenis Magnet Permanen 11 Gambar 2.4 Struktur Kristal BaO.6Fe2O3 12 Gambar 2.5 Distribusi Penekanan Serbuk pada Single Uniaxial
20
Gambar 2.6 Hubungan Tekanan Kompaksi dengan Densitas Serbuk
Yang Dikompaksi dan Tahapan Kompaksi Partikel 17
Gambar 2.15 Tipe-Tipe Lekukan Piramid Intan pada Uji Kekerasan Vickers 30
Gambar 3.1 Skema Pengujian Kekerasan Vickers 42
Gambar 4.1 Foto Alat Cetak Kasar , Halus, Single Uniaxial Pressing dan Double Uniaxial Pressing 45
Gambar 4.2 Skema Drop Test,danfoto pellet hasil cetakan 45
Gambar 4.3 Hasil Drop Test dengan Variasi Tekanan 47 Gambar 4.4 Hasil Drop Test dengan Variasi Waktu Penahanan 48
Gambar 4.5 Hasil Drop Test dengan Variasi Tekanan Jumlah Sampel 49
Gambar 4.6 Hasil Drop Test dengan Variasi Tekanan Permukaan Alat Cetak 51
Gambar 4.7 Hasil Drop Test dengan Variasi Tekanan Diameter Alat Penekan 52
Gambar 4.8 Grafik Persentase Keberhasilan Proses Pencetakan 56 Gambar 4.9 Pola-pola retak yang terbentuk dari hasil pengujian drop test56 Gambar 4.10 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terbaik Sebelum dan
21
T0 = 250C 58 Gambar 4.11 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk Sebelum dan
Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 50C/Min,
T0 = 250C 60
Gambar 4.12 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terbaik Sebelum dan Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 100C/Min,
T0 = 250C 62
Gambar 4.13 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk Sebelum dan Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT =100C/Min,
T0 = 250C 63
Gambar 4.14 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terbaik Sebelum dan Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 150C/Min,
T0 = 250C 65
Gambar 4.15 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk Sebelum dan Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 150C/Min,
T0 = 250C 67
Gambar 4.16 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terbaik Sebelum dan Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 150C/Min,
T0 = 2500C 68
Gambar 4.17 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk Sebelum dan Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 150C/Min,
T0 = 2500C 70
Gambar 4.18 Grafik Kekerasan vickers pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
terbaiksintering 11000C, ΔT = 50C/Min, T0 =250C 71 Gambar 4.19 Grafik Kekerasan vickers pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
22
Gambar 4.20 Grafik Kekerasan vickers pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
terbaiksintering 11000C, ΔT =100C/Min, T0 =250C 73 Gambar 4.21 Grafik Kekerasan vickers pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
terburuksintering 11000C, ΔT = 100C/Min, T0 =250C 74 Gambar 4.22 Grafik Kekerasan vickers pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
terbaiksintering 11000C, ΔT =150C/Min, T0 =250C 75 Gambar 4.23 Grafik Kekerasan vickers pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
terburuksintering 11000C, ΔT = 150C/Min, T0 =250C 76 Gambar 4.24 Grafik Hubungan Kecepatan Pemanasan dengan Nilai
Kekerasan Vickers Pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terbaik 77 Gambar 4.25 Grafik Hubungan Kecepatan Pemanasan dengan Nilai
Kekerasan Vickers Pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk 78 Gambar 4.26 Grafik Hubungan Kecepatan Pemanasan dengan Nilai
Bulk Density Pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3Terbaik 79 Gambar 4.27 Grafik Hubungan Kecepatan Pemanasan dengan Nilai
23
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
Lamp
1. Dokumentasi Peralatan yang digunakan dalam Penelitian 85 2. Contoh Perhitungan Energi Drop Test, Kecepatan Drop Test dan
Bulk Density 94
3. Data Hasil Pengujian Bulk Density 97
