STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH KOMPOSISI SiC TERHADAP SIFAT MEKANIS CORAN AlZn MENGGUNAKAN CETAKAN PASIR.

(1)

1

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH KOMPOSISI SiC TERHADAP SIFAT MEKANIS CORAN AlZn

MENGGUNAKAN CETAKAN PASIR Tri Sandi Syahputra1, Ir. Tugiman, MT2 1,2

Jurusan Teknik Mesin Sekolah Tinggi Teknik Harapan Medan 2015 E-mail: trisandi.syahputra@yahoo.com

ABSTRAK

Material komposit merupakan jenis material yang banyak dikembangkan saat ini. Jenis komposit yang banyak diteliti adalah komposit berjenis MMC (metal matrix composite). MMC merupakan komposit bermatrik logam, dalam hal ini AlZn merupakan bahan utama matrik yang digunakan dan SiC merupakan bahan yang dipergunakan sebagai penguat. Aluminium merupakan salah satu logam yang banyak digunakan dalam industri saat ini. Aluminium memiliki sifat ringan, tahan terhadap korosi dan mudah dibentuk. Namun aluminium memiliki kekuatan dan kekerasan yang rendah. Dan SiC merupakan jenis bahan keramik yang kelebihanya yaitu dapat meningkatkan kekerasan material. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kekerasan dan mikrostruktur material komposit AlZn yang diperkuat SiC dengan variasi 0%, 2%, 4%, 6% dan 8%. Sebelum diuji, spesimen dibuat dengan proses pengecoran dengan menggunakan metode stir casting dengan putaran konstan 125 rpm selama 1 menit dan temperatur 735°C ± 5°C serta menggunakan cetakan pasir. Untuk mengetahui kekerasan dan mikrostruktur material dilakukan pengujian yaitu uji kekerasan ( Hardness Test ) dan uji mikrografi. Hasil uji kekerasan menunjukkan bahwa kekerasan tertinggi didapat pada variasi 8% sebesar 47,772 BHN. Hasil pengujian kekerasan menunjukkan bahwa dengan semakin banyaknya SiC yang ditambahkan ke dalam AlZn maka akan meningkatkan kekerasan AlZn. Hasil mikrostruktur memperlihatkan bahwa Silikon yang paling banyak terikat pada matrik adalah variasi SiC 8%. Hasil pengujian mikrostruktur menunjukkan bahwa semakin banyak SiC yang ditambahkan di dalam matrik maka semakin banyak SiC yang terikat di dalam matrik.

Kata Kunci : Aluminium Zinc, kekerasan, pengecoran, mikrostuktur, silikon karbida

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 is a composite metal bermatrik, in this case AlZn is the main material used and SiC matrix is used as a reinforcement material. Aluminum is a metal that is widely used in the industry today. Aluminium has a mild nature, resistant to corrosion and easily formed. However, aluminum has a low strength and hardness. And SiC is a type of ceramic material that kelebihanya which can increase the material hardness. This study aims to determine the hardness and microstructure of composite materials reinforced AlZn SiC with a variation of 0%, 2%, 4%, 6% and 8%. Before the test, the specimen was made by casting processes using casting stir with constant speed of 125 rpm for 1 minute and a temperature of 735 ° C ± 5 ° C and using sand molds. To determine the hardness and microstructural testing material that hardness (Hardness Test) and micrographic test. Hardness test results show that the highest hardness obtained on the variation of 8% by 47.772 BHN. Hardness test results show that with the increasing number of SiC were added to the AlZn it will increase violence AlZn. Results show that the microstructure of Silicon most dependent on variations in the SiC matrix is 8%. The \ test results show that the microstructure of a growing number of SiC added in the matrix, the more SiC-bound in the matrix.

Keywords: Aluminum Zinc, violence, casting, mikrostuktur, silicon carbide

1. Pendahuluan

Metal matrix composites (MMC) adalah material teknik yang dibentuk menggunakan dua material atau lebih untuk memperoleh material baru yang mempunyai sifat fisis dan mekanis yang lebih baik dibanding material pembentuknya. Matrik

yang digunakan untuk membuat MMC biasanya menggunakan logam lunak dan ringan yaitu aluminium, magnesium, dll. sedangkan penguat MMC biasanya menggunakan partikel SiC, Al2O3, dll. Salah satu partikel yang sering digunakan

(2)

2

sebagai penguat MMC adalah Silikon Karbida (SiC) (Krainer, 2006 ).

Silkon karbida atau juga dikenal dengan carborundum adalah suatu turunan senyawa silikon dengan rumus molekul SiC, terbentuk melalui ikatan kovalen antara unsur Si dan C. Unsur Silikon termasuk salah satu campuran yang paling baik untuk Aluminium. Karena dapat meningkatkan kekerasan dan meningkatkan ketahanan aus. (Kirk dan Othmer, 1981).

Proses pencampuran partikel keramik ke dalam matriks cair mempunyai dua kelemahan utama yaitu partikel keramik biasanya tidak terbasahi permukaannya oleh matriks cair, dan yang kedua adalah adanya kecendrungan partikel keramik untuk mengendap atau terapung, tergantung dari berat jenisnya apakah lebih besar atau lebih kecil dibanding matriks cair. Hal tersebut menyebabkan distribusi partikel keramik tidak seragam. Masalah tersebut dapat diatasi dengan proses cair stir casting, menggunakan pengadukan dengan putaran tinggi dan dengan pemanasan awal terhadap partikel keramik agar bisa terbasahi oleh matriks cair, sebelum dicampurkan ke dalam matriks (Stefanescu, 1993).

Pada saat perencanaan pengecoran harus memperhatikan proses pengeluaran panas yang terjadi. Contohnya pada perpotongan dari dua bagian coran yang tebal, dimana luas permukaannya kecil sehingga pendinginan pada bagian dalam akan semakin lambat dan memungkinkan terjadi porositas. Laju pembekuan yang terjadi pada proses pengecoran sangat berpengaruh terhadap kekuatan mekanik dari suatu bahan. Hal ini berkaitan dengan pembentukan struktur mikro yang terjadi selama proses pembekuan. Pembekuan yang cepat akan menghasilkan struktur yang halus dan meningkatkan nilai kekerasannya. Pada proses pengecoran sand casting sering kali ditemui bentuk coran yang rumit sehingga kesulitan untuk mengontrol struktur mikro yang terbentuk sehingga berpengaruh terhadap kekuatan mekaniknya ( Dobrzański, 2006 ).

Penelitian ini difokuskan pada pembuatan MMC dengan metode stir casting untuk mendapatkan sebaran partikel penguat berupa SiC yang homogen di dalam matriks AlZn serta menggunakan cetakan pasir untuk mengetahui struktur dari permukaan hasil pengecoran. Penambahan unsur paduan SiC dilakukan untuk mengetahui pengaruhnya terhadap kekerasan dan mikrostruktur matrik AlZn.

1. Material yang digunakan Aluminium AlZn dengan pengikat Silikon Karbida dengan variasi 0%, 2%, 4%, 6%, dan 8%.

2. Pengujian yang dilakukan adalah uji kekerasan dan uji metalografi.

3. Melakukan pengujian kekerasan dengan pembebanan 500 kgf dengan durasi selama 5 detik.

2. METODOLOGI PENELITIAN 2.1 Tempat dan Waktu

Persiapan alat dan bahan dilakukan di Laboratorium teknologi Mekanik Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara, selanjutnya pengujian komposisi bahan dilakukan di Laboratirium FMIPA Universitas Sumatera Utara, kemudian Penimbangan dan peleburan dilakukan di Laboratorium Foundry teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. Pembuatan sampel uji di lakukan di Laboratorium teknologi mekanik teknik mesin Universitas Sumatera Utara pada, Pengujian kekerasan dan Mikro dilakukan di Laboratorium Metalurgi Universitas Sumatera Utara pada tanggal. Pengujian komposisi dilakukan di

Laboratorium dan workshop Teknik Mesin Universitas Negeri Medan .

2.2 Bahan dan Alat Penelitian

Adapun bahan yang dipergunakan dalam penelitian ini sebagai berikut :

1. Aluminium AlZn Tipe A356 2. Cover Fluks

3. Silikon Karbida (SiC) 4. Bentonit

5. Arang Kayu

Peralatan yang dipergunakan dalam penelitian ini sebagai berikut :

1. Mesin Stir Casting 2. Krusibel

3. Thermokopel 4. Cetakan Pasir

5. Timbangan Digital 6. Blower

7. Mesin polish (Polishing Machine

8. Alat Uji Metalografi 9. Brinell Hardness Tester 10. Mesin Pemotong

(3)

3

2.3 Prosedur Penelitian

Karakteristik Awal Bahan

Bahan yang digunakan untuk proses pembuatan Metal Matrix Composite pada eksperimen ini terdiri dari paduan AlZn yang komposisinya di uji di Laboratorium dan workshop

Teknik Mesin Universitas negeri medan dengan menggunakan alat OES (Optical Emission Spectrometer). Dan penguatnya adalah SiC. Pengujian Kekerasan

Pengujian kekerasan bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu material. Pengujian ini dilakukan di beberapa titik yang di indentasi setelah dilakukan penambahan SiC terhadap material Aluminium. Pengujian kekerasan terhadap spesimen Aluminium coran menggunakan metode Brinell hardness test dan dilakukan di Laboratorium Metalurgi USU. Standar yang digunakan untuk pengujian kekerasan mengacu pada standar ASTM E-10 dengan persamaan sebagai berikut dan pengujian kekerasan.

Berikut ini adalah prosedur percobaan yang dilakukan pada pengujian kekerasan dengan metode Brinell :

1. Dipersiapkan spesimen untuk uji kekerasan. 2. Spesimen dilakukan proses polishing dengan

menggunakan kertas pasir dengan variasi nomor 400, 500, 800, 1000.

3. Spesimen diberi tanda 3 titik pada permukaan yang halus tadi dengan spidol/pulpen.

4. Spesimen diletakkan pada landasan specimen yang ada pada mesin Brinell Hardness Tester. 5. Bola baja sebagai penetrator diset pada titik

yang akan diuji dengan kondisi bersinggungan (bola baja hanya menyentuh titik).

6. Kemudian diberi beban dengan menggunakan handle hingga 500 kg dan tahan selama 5 detik.

7. Setelah 5 detik, katup pembuang dibuka dengan pelan.

8. Diameter indentasi/jejak bola baja diukur dengan menggunakan teropong untuk ketiga titik.

9. Diameter yang diperoleh dikonversikan dengan nilai diameter dan beban (dalam hal ini beban 500 kg).

Pengujian Metalografi (Metallography Test) Pengujian metalografi dilakukan untuk melihat mikrostruktur yang ada dipermukaan spesimen. Pengujian ini menggunakan Reflected

Metallurgical Microscope dengan type Rax Vision No.545491, MM-10A,230V-50Hz dan dilakukan di Laboratorium Metalurgi USU.

Berikut ini adalah prosedur percobaan yang dilakukan pada pada pengujian Metallografi : 1. Menghaluskan permukaan pada sampel benda

yang akan dilakukan pengujian.

2. Benda uji digosok dengan kertas amplas menggunakan mesin polish diatas pemukaan yang rata dan penggosokan dilakukan dengan menggunakan kertas amplas tahan air yang dialiri air. Ukuran kertas amplas yang digunakan adalah kekasaran 400, 500, 800, dan 1000. Permukaan yang dihaluskan dengan amplas hanya satu permukaan saja.

3. Kemudian dibersihkan dan digosok menggunakan pasta poles (autosol) sampai mengkilap kemudian menyiapkan alat etsa. 4. Larutan bahan etsa tersebut dicampur dan

diaduk, lalu teteskan ke benda uji selama ± 10detik. Kemudian permukaan benda yang akan diuji dengan etsa dibersihkan dengan cairan alkohol dan cuci benda uji dengan air bersih kemudian keringkan. Benda uji yang telah dietsa diletakkan diatas landasan (anvil) tegak lurus dengan lensa mikroskop dan diambil gambar dengan pembesaran yang dipakai 50 X.

3. ANALISA DAN PEMBAHASAN 3.1 Uji Komposisi.

Pengujian Komposisi

Tabel 1. Hasil uji komposisi AlZn

Hasil pengujian dari spectrometer pada Tabel 1 memperlihatkan bahwa Aluminium AlZn memiliki kandungan Aluminium 94 % pada dan unsur alloy penembah utama yang terdapat pada panduan ini merupakan Si (Silikon) 0,244 %. Untuk hasil pengujian komposisi secara keseluruhan.

3.2 Hasil Pengujian Hasil Pengujian Kekerasan

Pengujian kekerasan bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu material. Pengujian kekerasan dilakukan terhadap semua sampel Metal Matrix Composite (MMC) dengan menggunakan

(4)

4

metode pengujian Brinell dengan beban sebesar 500 kgf dengan waktu penahanan 5 detik.

Setelah dilakukan pengujian spesimen menggunakan metode Brinell dan dihitung menggunakan persamaan Tabel 1 maka diperoleh hasil pengujian kekerasan seperti diperlihatkan pada Tabel 2.

Tabel 2. Data hasil Pengujian Kekerasan Tabel 2 menunjukkan hasil nilai BHN rata-rata pada uji kekerasan untuk bahan Aluminium AlZn dan Variasi SiC. Grafik kekerasan terhadap bahan Aluminium AlZn dan Variasi SiC bisa dilihat pada gambar 1.

Gambar 1. Grafik komposisi Kekerasan vs % SiC Dari hasil penelitian ini dapat dibuktikan bahwa SiC sebagai penguat dengan variasi SiC 0%,

2%, 4%, 6%, 8% dari Gambar diatas memperlihatkan bahwa penambahan SiC pada aluminium AlZn pada pembuatan Metal Matriks Composite (MMC) dapat meningkatkan nilai kekerasan hal ini terlihat pada 2% hingga 8% SiC. Pada penelitian ini nilai kekerasan maksimum dicapai pada komposisi 8% SiC sebesar 47.772 BHN. Nilai kekerasan pada specimen benda uji variasi SiC di 2% sebesar 45.625 BHN dan 4% sebesar 45.708 BHN tidak jauh berbeda.

Hasil Pengujian Metalografi (Metallography Test)

Pengujian metalografi dilakukan untuk melihat mikrostruktur yang ada dipermukaan spesimen. Pengujian ini menggunakan Reflected Metallurgical Microscope dengan type Rax Vision No.545491, MM-10A,230V-50Hz. Hasil Pengujian mikrostruktur ini dilakukan untuk aluminium AlZn yang telah dilakukan penambahan Silikon karbida (SiC). Hasil pengujian mikrostruktur seperti dilihat pada Gambar 2.

1. Hasil pengujian photo mikro 0%

Gambar 2. Hasil pengujian photo mikro 0% 2. Hasil pengujian photo micro 2%

(5)

5

Gambar 4. Hasil pengujian photo mikro 4%

4. KESIMPULAN

Kesimpulan yang didapat dalam penelitian ini adalah :

1. Bentuk dari hasil pengecoran paduan AlZn-SiC dengan menggunakan cetakan pasir terlihat bahwa permukaan paduan AlZn-SiC tidak rata dikarenakan oleh beberapa hal seperti bagian cetakan yang lemah runtuh, cetakan runtuh saat penarikan pola, kemiringan pola tidak cukup, cetakan kurang padat, dan kekuatan pasir cetak kurang baik.

2. Penambahan SiC dapat meningkatkan nilai kekerasan dari paduan AlZn-SiC dan pada penelitian ini, kekerasan tertinggi diperoleh pada penambahan fraksi SiC 8% sebesar 47,772 BHN

3. Hasil pengujian mikrostruktur memperlihatkan bahwa semakin banyak kadar SiC yang ditambahkan, maka semakin banyak juga SiC yang terikat didalam matriks.

5. DAFTAR PUSTAKA

1. Dobrzański,L. A., W. Borek, Maniara R., 2006, Influence of the crystallization condition on Al– Si–Cu casting alloys structure, Division of Materials Processing Technology and Computer Techniques in Materials Science, Institute of Engineering Materials and Biomaterials, Silesian University of Technology, ul. Konarskiego 18a, 44-100 Gliwice, Poland

2. Stefanescu D.M., in : M.A. Taha. N.A. El-Mahallawy (Eds), (1993), Advances in Metal Matrix Composites, Key Engineering Materials, 79-80, pp. 75-90.

3. Kainer, K. U., 2006, “Metal Matrix Composites”, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KgaA, Weinheim, Chap. 1.

4. Surdia, T. dan Saito, S., 1992, “Pengetahuan Bahan Teknik”, P.T Pradnya Paramitha, Jakarta.

5. Purnomo., 2004, “Pengaruh pengecoran ulang terhadap kekuatan tarik dan ketangguhan impak pada paduan Aluminium tuang 320”, Proceedings, Komputer dan system intelijen, Universitas Gunadarma, Jakarta.

6. http://digilib.unimus.ac.id/files/disk1/129/jtptun imus-gdl-yugohindra-6423-3-3.babii.pdf. BAB 2 yugohidra 2010

7. http://suryastematel.blogspot.com/2010/11/alu minium-adalah-logam-yang-berwaa.

8. Surdia, T. dan Chijiwa K., 1992, Teknik Pengecoran Logam, PT Pradnya Paramita,Jakarta.

9. Rahmawati Sari Zulaina, 2010, “Analisis Pengaruh Sr Terhadap Ketahanan Korosi pada Paduan Aluminium”, FT Universitas Indonesia, Jakarta

10. Kirk, R.E dan Othmer, D.F. 1981. “ Encyclopedia of Chemical Engineering

(6)

6

Technology”. New York : John Wiley and

Sons Inc.

11. Suparman, 2010. “ Sintetis Silika Karbida ( SiC ) dari Sekam Padi dan Karbon Kayu dengan Metode Reaksi Fasa Padat”, ( Tesis ), IPB, Bogor, Hal 1-95.

12. https://ml.scribd.com/doc/134492998/2013/K egiatan belajar 1-Pengecoran-logam

pandangan umum teknik pengecoran 13. - 2012 14. http://belajar.ditpsmk.net/wp- content/uploads/2014/09/TEKNIK- PENGECORAN-LOGAM-PERLAKUAN-PANAS-3.pdf. 15. http://edizenni.blogspot.co.id/2009/01/teknik-pengecoran-logam.html.

16. Teknik Permesinan untuk SMK Widarto, B Sentot Wijanarka, Sutopo, Paryanto ---- Jakarta : Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Departemen Pendidikan Nasional, 2008. 17.

http://www.indonesia-mekanikal.blogspot.co.id/2008/03/ Dendi Abdulah /teknik-pengecoran-logam.html