BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Bahan dan Alat Penelitian 3.1.1. Bahan Penelitian
Penelitian ini menggunakan material ADC 12 dalam bentuk batangan yang diperoleh dari pasaran. Jumlah dari spesimen pengujian adalah 2 untuk pengujian komposisi, 2 untuk pengujian kekerasan Portabel Hardnes (Brinell), dan 2 untuk pengujian strukturmikro dan porositas. Seperti terlihat pada Gambar 3.1. dan Gambar 3.2. dibawah ini :
Gambar 3.1. ADC 12 Sebelum Remelting
Gambar 3.2. ADC 12 setelah Remelting
3.1.2. Alat Penelitian
3.1.2.1. Tungku Pengecoran
Tungku pengecoran berfungsi untuk meletakkan kowi yang akan di sembur api dengan 2 kompor, yaitu kompor bawah dan kompor atas. Oleh karena itu tungku dibuat dengan semen tahan api dan pelat besi agar bisa tahan terhadap panas dari api yang disemburkan oleh kedua kompor tersebut dengan suhu kurang lebih 700-800 . Tungku pengecoran ini mempunyai tinggi 60 cm, diameter luar 50 cm dan diameter dalam 23.5 cm, seperti terlihat pada Gambar 3.3
C o
Gambar 3.3. Tungku Pengecoran
3.1.2.2. Cetakan
Cetakan terbuat dari bahan pasir yang terdiri dari dua bagian yaitu cup dan drug yang bagian dalamnya berongga. Cetakan berguna sebagai tempat untuk mencetak aluminium yang sudah dilebur. Pada cetakan atas (cup) terdapat lubang saluran turun untuk tempat masuknya logam cair kedalam rongga cetakan, seperti terlihat pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4. Skema Cetakan Pasir.
3.1.2.3. Kompor Atas
Kompor atas adalah kompor utama yang digunakan untuk proses peleburan. Karena semburan api dari kompor atas langsung kontak dengan aluminium, maka aluminium akan cepat meleleh. Gambar 3.5. menunjukkan gambar kompor atas yang digunakan dalam penelitian.
Gambar 3.5. Kompor Atas.
3.1.2.4. Kompor Bawah
Kompor bawah berfungsi untuk menyemburkan api kedalam tungku yang mengenai bagian bawah kowi. Kompor bawah hanya bertugas untuk menyetabilkan panas dari bagian bawah kowi yang menyemburkan api kedalam tungku pengecoran. Pada kompor bawah
diberi roda pada bagian bawahnya agar kompor dapat dimaju dan mundurkan dari tungku, seperti terlihat pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6. Kompor Bawah.
3.1.2.5. Rel Kompor Bawah
Rel berfungsi untuk mempermudah proses pembakaran pada tungku, yaitu untuk memaju-mundurkan kompor bawah dalam proses pencairan alumunium. Karena kompor bawah tidak bisa menyembur dengan sempurna sebelum spuyer panas Gambar 3.7. menunnjukkan gambar rel Kompor Bawah.
3.1.2.6. Kowi
Kowi, yang berfungsi untuk meletakkan aluminium yang akan dilebur. Oleh karena itu kowi harus terbuat dari bahan yang tahan terhadap semburan api dari kedua kompor tersebut dan tidak bocor agar alumunium yang sudah meleleh tidak tumpah kedalam tungku. Kowi yang digunakan berukuran kecil dengan volume ± 1 kg, seperti terlihat pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8. Kowi. 3.1.2.7. Tabung Minyak Tanah
Tabung minyak tanah berfungsi untuk menaruh minyak tanah, setelah dipompakan melalui sepentil yang ada pada tabung maka didalam tabung antara minyak tanah dan udara akan bercampur dengan sendirinya. Dan setelah minyak dan udara tercampur maka kita tinggal mengalirkan minyak tersebut melalui spiral yang disambungkan dengan selang ke kedua kompor dengan cara membuka keran minyak yang ada pada tabung minyak. Gambar 3.9. menunjukkan gambar tabung minyak tanah.
Gambar 3.9. Tabung Minyak Tanah.
3.1.2.8. Pipa Spiral
Spiral terbuat dari tembaga yang berfungsi untuk menyambung selang dengan tabung maupun kompor dan juga berfungsi sedikit lebih menguraikan minyak dan udara yang ada pada tabung. Pipa spiral adalah pipa yang digulung berbentuk spiral seperti terlihat pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10. Pipa spiral.
3.1.2.9. Selang Minyak Tanah
Selang minyak tanah berfungsi untuk mengalirkan campuran antara minyak tanah dan oksigen dari tabung minyak kepada kedua kompor yang dihubungkan melalui spiral di kedua sisinya. Panjang
selang yang dibutuhkan sekitar 4 meter, seperti terlihat pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11. Selang minyak tanah.
3.1.2.10. Kompresor atau Pompa Manual
Pompa berfungsi untuk memaksa masuk udara dari luar kedalam tabung minyak melalui sepentil yang ada pada tabung minyak tanah. Jenis pompa yang digunakan adalah pompa manual seperti terlihat pada Gambar 3.12. namun selain pompa manual juga bisa digunakan kompresor.
3.1.2.11. Digital Thermometer
Digital thermometer berfungsi untuk mengukur suhu aluminium dan cetakan agar bisa kita dapatkan suhu yang sesuai dengan keinginan. Digital thermometer yang digunakan adalah thermometer bermerk “KRISBOW” dan memiliki kemampuan baca pada temperatur -50 sampai dengan 1500 , seperti terlihat pada Gambar 3.13.
C o
C o
Gambar 3.13. Digital thermometer.
3.1.2.12. Ladel
Ladel digunakan untuk menyendok (mengambil) cairan aluminium dan menuangkannya kedalam cetakan. Karena dalam penelitian ini menggunakan kowi yang kecil maka ladel diganti dengan penjepit yang bisa mengangkat langsung kowi dari dalam tungku. Gambar 3.14. menunjukkan gambar ladel.
3.1.2.13. Sarung Tangan
Digunakan untuk keamanan dalam proses pencairan dan pencetakkan aluminium. Sarung tangan terbuat dari kain atau kulit seperti terlihat pada Gambar 3.15.
Gambar 3.15. Sarung tangan.
3.1.2.14. Penjepit
Penjepit berfungsi untuk menjepit cetakan logam agar tidak membuka dengan sendirinya sebelum aluminium dalam cetakan dingin dan mengeras. Gambar 3.16 adalah gambar penjepit yang dipergunakan untuk mengangkat kowi dari dalam tungku.
3.1.2.15. Alat Uji Komposisi Kimia
Uji komposisi dilakukan untuk mengetahui komposisi kimia yang terkandung dalam bahan spesimen atau prosentase dari tiap unsur pembentuk bahan spesimen misalnya C, Si, Fe, Cu, Mg, Al dan unsur lainnya. Alat yang digunakan adalah Merek Metal scan buatan inggris. Seperti terlihat pada Gambar 3.17
Gambar 3.17 Alat Uji Komposisi
3.1.2.16. Alat Pengujian Kekerasan
Alat uji kekerasan berfungsi untuk melakukan pengujian kekerasan pada spesimen yang telah dibuat, Alat uji yang digunakan adalah Hardnes Tester Merk AFFRI buatan Italy. Gambar 3.18 adalah gambar alat uji kekerasan yang dipakai untuk pengujian kekerasan.
3.1.2.17. Alat Uji Strukturmikro
Langkah sebelum melakukan pengujian foto mikro adalah pemolesan. Pemolesan dilakukan baik pada raw materials ataupun spesimen yang di remelting dengan menggunakan ampelas mulai dari ampelas no. 800 sampai no.2000 kemudian diberi autosol agar lebih halus dan mengkilap. Setelah pemolesan selesai, baru melaksanakan foto mikro terhadap bahan tersebut dengan mesin foto strukturmikro. Seperti terlihat pada Gambar 3.19
Gambar 3.19. Mesin Foto Strukturmikro
3.1.2.17. Pengujian porositas
Alat uji porositas yang digunakan adalah berupa timbangan dengan merek Satorius (Gambar 3.20) digunakan untuk mendapatkan data % porositas dari material ADC 12.
3.2. Diagram Alir
Alur kegiatan yang berkaitan dengan penelitian ini dapat dilihat pada diagram alir Gambar 3.21 :
Start
Uji komposisi Kimia Uji Kekerasan Uji Strukturmikro Uji Porositas
Pengujian
Analisa hasil komparasi
Kesimpulan
Komparasi karakteristik material hasil remelting I terhadap karakteristik material paduan alumunium Non remelting
Studi pustaka
Remelting I
Karakteristik material paduan Alumunium ADC 12
Karakteristik material paduan Alumunium ADC 12
Uji komposisi Kimia Uji Kekerasan Uji Strukturmikro Uji Porositas
Pengujian
finish
Gambar 3.21. Digram Alir Penelitian.
3.3. Jalannya Penelitian 3.3.1. Pembuatan Cetakan
Cetakan dibuat dengan menggunakan Pasir dengan jalan memadatkan pasir yang sudah diayak terlebih dahulu untuk mendapatkan
komposisi yang seragam. Cara pembuatan Cetakan pasir adalah sebagai berikut:
a. Papan cetakan diletakkan pada lantai yang rata dengan pasir yang tersebar mendatar.
b. Pola dan rangka cetak diletakkan diatas papan cetakan. Rangka cetak harus lebar agar tebal pasir kira-kira 30 mm sampai 50 mm. c. Pasir muka yang telah diayak ditaburkan untuk menutupi
permukaan pola dalam rangka cetakan. Pasir cetak ditaburkan diatasnya dan dipadatkan.
d. Cetakan untuk drug dibalik dan setengah dari pola lainya bersama rangka cup diletakkan di atasnya, dan bahan pemisah ditaburkan diatasnya.
e. Batang saluran turun dipasang didalam cetakan, kemudian pasir muka dan pasir cetak ditaburkan kedalam rangka cetak dan dipadatkan. Cetakan harus dikasih penanda agar tidak keliru dalam peletakannya. Selanjutnya cup dibuka dan dipisahkan dari drug.
f. Pola kemudian diambil, kemudian cup ditutup, dan pembuatan cetakan siap untuk dipakai.
3.3.2. Proses Peleburan Aluminium
Peleburan aluminium dilakukan dengan cara meletakan aluminium kedalam kowi dan meletakkan kowi dalam tungku pengecoran. Setelah kowi yang berisikan aluminium diletakkan dalam tungku pengecoran selanjutnya menyalakan kompor atas dan bawah. Tunggu sampai aluminium meleleh, atau kira-kira 20 menit. Kemudian ukur temperatur pada aluminium yang telah meleleh dengan menggunakan thermoneter digital sampai temperatur aluminium sekitar 700 setelah suhu tercapai aluminium siap untuk dituang.
C 0
3.3.3. Penuangan Aluminium
Setelah aluminium dilebur kemudian aluminium dituang ke dalam cetakan yang teleh disiapkan terlebih dahulu. Penuangan dilakukan dengan cara mengambil aluminium yang telah lebur dari dalam kowi yang masih dipanasi di atas tungku. Aluminium cair diambil menggunakan ladel dan dituang ke dalam cetakan melalui saluran yang telah dibuat. Sisa dari aluminium yang telah dilebur tadi di tuang ketempat lain yang telah disediakan untuk nanti dituang lagi pada penuangan berikutnya. Setelah beberapa menit kemudian cetakan dibuka dan produk diambil dari dalam cetakan.
3.3.4. Pembuatan Spesimen
Sepesimen dibuat dari Raw Material dan hasil pengecoran ulang I. Sepesimen yang telah dibuat melalui proses pengecoran yang masing-masing berjumlah 1 buah untuk setiap pengecorannya kemudian dilakukan proses finishing dengan menggunakan amplas atau dengan menggunakan permesinan.
3.3.5. Pengujian Spesimen.
a. Pengujian Komposisi Kimia
Pengujian komposisi dilakukan pada spesimen menggunakan mesin uji komposisi. Spesimen pengujian diberi kode A1 untuk raw material yang terdiri dari 1 spesimen dan diberi kode yang diambil secara acak. Untuk pengecoran ulang I diberi kode B1 juga terdiri dari 1 spesimen yaituseperti terlihat pada Gambar 3.22
1
3 1
Langkah-langkah pengujian komposisi Kimia Metalscan adalah sebagai berikut :
1. Nyalakan semua peralatan pendukung dan sambungkan dengan arus listrik (Argon, printer, dan lain-lain).
2. Tunggu beberapa saat sampai spectrometer siap dilakukan pengujian
(kurang lebih 60 menit).
3. Setelah ada keterangan spektro Ready (Temperatur OK) pilih program yang akan diuji (Al, Al-SI-Cu, atau Gun Metal) sesuai barang yang akan diuji.
4. Lakukan standarisasi alat uji.
5. Setelah selesai standarisasi lakukan pengujian pada sempel uji (sempel uji sebelumnya harus dipreparasi Al dengan dibubut dan Gun Metal dengan digerinda).
6. Lakukan analisa sempel uji :
• Letakkan sempel pada kedudukan kerja.
• Tekan start pada alat dimana analisa sempel mulai dilakukan, penekanan tombol start jangan dilepas sampai bunyi spark terdengar.
• Lakukan penembakan minimal 3 kali pada tempat yang berbeda.
• Setiap selesai penembakan lakukan pembersihan pada pin penembakan.
• Print hasil uji yang didapatkan. 7. Proses analisa selesai.
b. Pengujian Kekerasan
Pengujian kekerasan dilakukan pada spesimen menggunakan mesin uji Portable Hardnes (Brinell) dengan penetrator 10 mm pada pembebanan 3000 kg. Spesimen pengujian diberi kode A2 untuk raw material yang terdiri dari 1 spesimen dan diberi kode yang diambil
secara acak. Untuk pengecoran ulang I diberi kode B2 juga terdiri dari 1 spesimen. Seperti terlihat pada Gambar 3.23
1
3 1
Gambar 3.23. Spesimen Uji Kekerasan.
Langkah-langkah pengujian Kekerasan Portabel Hardness adalah sebagai berikut :
1. Lakukan standarisasi Portable Harness (Brinell): • Siapkan semua peralatan.
• Tekan atau uji block standart alat uji.
• Jika sudah sesuai dengan nilai standart lakukan pengujian pada sempel uji.
2. Langkah pengujian :
• Preparasi sempel yang akan diuji (sempel uji harus rata).
• Tempatkan sempel uji pada tempat yang rata dan kuat terhindar dari getaran dan goncangan.
• Siapkan alat uji kemudian letakkan diatas sempel uji sdengan posisi tegak lurus pada benda uji.
• Tekan alat uji dengan kekuatan tangan sampai maksimum. • Lepaskan alat uji dan ukur diameter bekas penekanan alat uji
dengan mikroskop kecil.
• Konversikan hasil pengamatan diameter tersebeut pada table konversi yang sudah dipersiapkan.
• Lakukan kegiatan diatas minimal 3 kali pada setiap sampel uji. • Proses pengujian selasai.
c. Pengujian Strukturmikro
Pengujian strukturmikro dilakukan pada spesimen menggunakan mesin uji strukturmikro. Spesimen pengujian diberi kode A3 untuk raw material yang terdiri dari 1 spesimen dan diberi kode yang diambil secara acak. Untuk pengecoran ulang I diberi kode B3 juga terdiri dari 1 spesimen seperti terlihat pada Gambar 3.24 .
1
3 1
Gambar 3.24. Spesimen Uji Strukturmikro.
Langkah-langkah pengujian Metalografi adalah sebagai berikut : 1. Persiapan material :
a) Tentukan bidang pengujian, kemudian bidang tersebut digerinda kasar dengan gerinda meja, Chamber sisi-sisi tajam. Untuk menghindari panas benda uji dicelupkan ke wadah air secara periodic selama proses penggerindaan.
b) Lakukan pengamplasan kering (No amplas 60), gunakan air untuk pendingin benda uji, sampai didapatkan alur goresan segaris dan alur hasil gerinda sebelumnya hilang.
c) Lakukan proses pengamplasan basah, yaitu mulai amplas no 120 s/d no 1000, dan hal-hal yang perlu diperhatikan adalah : ¾ Aliran air untuk pendingin harus kontinyu dan cukup. ¾ Tekan benda sehingga terasa memotong dan memakan
bidang benda uji.
¾ Arah alur minimum 2 kali berubah.
¾ Sebelum ganti amplas biarkan dulu air mengalir pada kertas amplas dan benda uji cuci dengan air lalu keringkan.
¾ Kertas amplas diganti setelah alur sisa amplas sebelumnya sudah hilang.
d) Ganti piringan untuk amplas dengan piringan poleshing, lakukan poleshing sampai didapatkan permukaan benda uji yang rata mengkilat, tidak ada bekas amplas dan yang harus diperhatikan adalah :
¾ Polishing dilakukan tanpa air mengakir.
¾ Media polesh yang digunakan Alumna/ Autosol dan cukup diberikan sedikit (secukupnya).
¾ Setelah permukan benda uji halus dan mengkilat tanpa goresan, bersihkan permukaan benda uji dengan alcohol , kemudian dengan aseton.
e) Keringkan permukaan benda uji dengan pengering, jangan disentuh dengan tangan karena lemak dari tangan dapat menempel / mengotori permukaan benda uji.
2. Posisi pengambilan spesimen :
a) Pengambilan dilakukan dengan gerinda potong dengan hati-hati supaya :
¾ Tidak terjadi perubahan struktur akibat panas yang timbul saat pemotongan.
¾ Tidak terjadi perubahan bentuk specimen akibat beban alat potong.
b) Untuk arah pemotongan specimen yaitu arah memanjang , menyilang dan sejajar.
c) Buat benda uji dengan ukuran cukup idealnya 15 x 15 x 10 mm.
d) Jika benda uji kecil maka dapat dilakukan pembingkaian specimen dengan resin.
3. Pengetsaan spesimen :
a) Pembuatan bahan etsa yatu Netal :
¾ Siapkan larutan HNO3 : 98% sebanyak besarnya % Nital
¾ Siapkan alcohol/aquadest sebagai pencampur larutan HNO3 sebanyak 100% HNO3 (missal : 100 - 3 = 97).
¾ Campurkan kedua larutan tersebut dan gunakan untuk etsa. b) Bahan etsa yang dipakai yaitu Nital :
¾ Untuk besi cor, besi cor nodular dietsa pada setengah permukaan.
c) Proses pengetsaan specimen :
¾ Bersihkan specimen / dilap dengan tissue setelah specimen dipoles.
¾ Celupkan specimen kedalam larutan Nital dengan konsentrasi tertentu selama ± 5-10 detik.
¾ Cuci specimen dengan air bersih / aquadest.
¾ Bersihkan specimen dengan mengusap specimen dengan kapas yang telah dibasahi dengan alcohol atau aseton. ¾ Keringkan specimen dengan hair hair dryer.
¾ Lihat struktur mikro specimen pada mikroskop metalografi.
4. Proses pengujian :
a) Proses ini merupakan lanjutan dari proses persiapan benda uji metalografi.
b) Siapkan benda uji dan pastikan benda uji bersih dan telah dietsa.
c) Letakkan dan tempelkan benda uji pada malam yang berada pada plat landasan agar benda uji berada pada posisi horizontal.
d) Ratakan benda uji dengan perata sempel, lindungi permukaan benda uji dengan tissue agar permukaan tidak tergores.
e) Letakkan benda uji dibawah lensa obyektif dari mikroskop. f) Hidupkan lampu mikroskop.
g) Arahkan pandangan mikroskop pada bagian benda uji yang akan diamati dengan cara memutar posisi maju – mundur dan kanan – kiri.
h) Fokuskan pandangan sehingga struktur terlihat dengan jelas. i) Lakukan pengamatan dan bandingkan dengan Tabel metal
handbook volume 7.
j) Lakukan pemotretan specimen. 5. Proses pemotretan specimen :
a) Cek baterai yang digunakan kamera (dengan menghidupkan kamera).
b) Lepaskan kamera dengan menekan kunci pengencang dengan diputar dan ditarik keatas.
c) Pasang negatife film (Fuji Asa 100 B & W). d) Pasang kembali kamera pada tempat semula. e) Hidupkan tustel.
f) Lakukan pengesetan tustel agar proses pemotretan dapat berjalan lancer.
g) Fokuskan benda uji dibawah lensa obyektif.
h) Lakukan penekanan tombol untuk proses pemotretan sesuai dwngan pwmbwsaran yang diinginkan.
i) Pada setiap pemotretan kembalikan tombol foto keposisi semula.
j) Setelah negatife film habis untuk pemotretan lakukan penggulungan film.
k) Cucikan negatife film. l) Cetak negatife film.
m) Proses selesai dan kembalikan peralatan ketempat semula.
d. Pengujian Porositas
Pengujian Porositas dilakukan pada spesimen menggunakan Alat Uji porositas. Spesimen pengujian diberi kode A4 untuk raw material yang terdiri dari 1 spesimen dan diberi kode yang diambil secara acak. Untuk pengecoran ulang I diberi kode B4 juga terdiri dari 1 spesimen. Seperti terlihat pada Gambar 3.25
1
3 1
Gambar 3.25. Spesimen Uji Porositas.
3.3.6. Teknik Pengambilan Data Dalam pengambilan data, metode yang digunakan adalah metode
observasi yaitu mengamati dan mencatat langsung hasil penelitian dan pengujian. Untuk mempermudah jalannya pengambilan data, sebelum melakukan penelitian diperlukan lembar pengamatan. Lembar pengamatan dalam penelitian ini seperti terlihat pada Tabel 3.1 dan Tabel 3.2 adalah sebagai berikut :
Tabel 3.1. Contoh format tabel pengujian kekerasan No HR (HR- )2 1 2 3 4 5 ∑
Tabel 3.2 Contoh Lembar Pengamatan Pengujian Komposisi Kimia
HASIL UJI KEKERASAN 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 sesudah remelting sebelum remelting BH N 3.3.6. Analisa Data
Analisa data adalah suatu tahapan yang dilakukan setelah selesai melaksanakan penelitian. Analisis data yang dilakukan menggunakan analisis deskriptif yaitu mengamati data hasil eksperimen kemudian menyimpulkan dan menentukan hasil penelitian yang paling baik. Cara menyimpulkan data yaitu dengan mengambil angka dari data-data yang diperoleh kemudian ditabulasikan dalam bentuk diagram batang.
Analisa data dengan model mekanis yaitu mengambil angka dari sata yang diperoleh kemudian dimasukkan kedalam progam komputer dan hasilnya dalam bentuk grafik. Seperti pada Gambar 3.26 dan Gambar 3.27
Hasil uji porositas
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 ADC 12 sebelum remelting ADC 12 setelah remelting %
Gambar 3.26 Grafik Hasil uji kekerasan Gambar 3.27 Grafik Hasil uji Porositas
3.3.7. Tempat Penelitian
Tempat yang digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Pengecoran dilakukan di Ceper Klaten
2. Pembuatan spesimen dan pemolesan dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Semarang.
3. Pengujian Kekerasan, Strukturmikro dan Komposisi Kimia dilakukan di Laboratorium Logam Politeknik Manufaktur Ceper, Klaten.
