REKAYASA PEMBUATAN KOMPOSIT PADUAN
ALUMINIUM – MAGNESIUM MENGGUNAKAN KARBON
DENGAN ANALISA UJI TARIK DAN MIKROSTRUKTUR
TUGAS SARJANA
Tugas Sarjana yang Diajukan untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
SYARIFUDDIN SIREGAR NIM. 120421021
ABSTRAK
Aluminium dengan persentase kemurnian hampir seratus persen mempunyai kekuatan yang rendah dan kekerasan yang kecil. Untuk meningkatkan kekuatan dan beberapa sifat mekanisnya, maka aluminium sebagai bahan industri dalam pembentukannya dipadukan dengan beberapa unsur logam. Menentukan sifat – sifat mekanik material komposit seperti kekuatan tarik, pertambahan panjang, tegangan, regangan, modulus elastisitas dan struktur mikro dari unsur paduan aluminium. Objek pengujian adalah paduan aluminium dan magnesium menggunakan karbon. Variasi persentase bahan ada 3 komposisi yaitu pertama 94% aluminium, 5% magnesium, 1% karbon, kedua 94% aluminium, 4% magnesium, 2% karbon dan ketiga, 94% aluminium, 3% magnesium, 3% karbon.Pengujian kekuatan tarik dilakukan dengan menggunakan Microcomputer Screendisplay Hydraulic Universal Testing Machine Model : 300D, Made in Peoples Republic of China Time Group Inc. Pada proses pengujian tarik dari ke-3 komposisi tersebut didapat tegangan tertinggi pada komposisi 94% aluminium, 5% magnesium, 1% karbon yaitu 105,515 MPa dan regangan tertinggi pada komposisi 94% aluminium, 4% magnesium, 2% karbon yaitu 0,0022 mm/mm sedangkan tegangan terendah pada komposisi 94% aluminium, 4% magnesium, 2% karbon yaitu 79,565 MPa dan regangan terendah pada komposisi 94% aluminium, 3% magnesium, 3% karbon yaitu 0,00124 mm/mm.
ABSTRACT
The percentagepurityaluminumwithalmostone hundredpercenthavelow strengthandhardnessaresmall. Toimprove thestrengthandsomemechanical
properties, thealuminumindustryas aningredientin theformationcombinedwithsomemetalelements. Determine
theproperties-mechanical propertiessuch astensile strengthcomposite material, the length, stress, strain, modulus ofelasticityandmicrostructureofaluminumalloyelements. Test objectisaluminumandmagnesiumalloyusingcarbon. Nomaterialvariation in the percentagecomposition ofwhichthe first394% aluminum, magnesium5%, 1% carbon, the second94% of aluminum, 4% magnesium, 2% carbonand athird, 94% aluminum, 3% magnesium, 3% karbon.Pengujiantensilestrengthperformed usingScreendisplayMicrocomputerHydraulicUniversal Testing MachineModel: 300D, made inthe PeoplesRepublic of ChinaTimeGroupInc.In theprocessof testing3rdpullofthe compositionobtainedthe highest voltageinthe composition of94% aluminum, magnesium5%, 1% carbonis105.515MPaandthe higheststrainonthe composition of94% aluminum, 4% magnesium, 2% carbonis0.0022mm/mmwhile thelowest voltageinthe composition of94% aluminum, 4% magnesium, 2% carbonis79.565MPaandlowstrainon the composition of94% aluminum, 3% magnesium, 3% carbonis0.00124mm/mm.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang senantiasa melimpahkan Rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan selesai.
Tugas sarjana ini berjudul “Rekayasa Pembuatan Komposit Paduan Aluminium-Magnesium Menggunakan Karbon dengan Analisa Uji Tarik dan Mikrostruktur” dari mata kuliah Metallurgi Fisik , tugas sarjana ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara guna menyelesaikan pendidikan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik.
Selama penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan moral dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada :
1. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku kepala Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya untuk membimbing penulis hingga skripsi ini dapat terselesaikan.
2. Bapak Ir. Syahril Gultom Msc selaku sekertaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang memberikan izin atas jalannya tugas akhir penulis.
5. Kedua orang tua, Nasbon Siregar dan Sariah Ujung yang telah memberikan segala dukungan moral dan materil yang tak terhingga. Kepada ayah dan ibu skripsi ini penulis dedikasikan.
6. Abanganda Alm.Amiruddin Siregar, Adinda Nurhalis Siregar,Ranto Manda Siregar dan Atika Ramadhani yang memberikan semangat dan motivasinya. 7. Rekan – rekan mahasiswa Ekstension stambuk 2012 yang telah bersama –
sama menempuh pendidikan baik suka maupun duka.
8. Semua pihak yang telah mendukung di dalam menyelesaikan tugas sarjana ini. Akhirnya penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna baik dari segi teknis maupun materi. Untuk itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang besifat konstruktif dari para pembaca demi penyempurnaan skripsi ini. Besar harapan penulis semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca pada umumnya dan penulis sendiri pada khusunya. Sekian dan terima kasih.
Medan, 17 November 2014 Penulis
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR NOTASI ... xiii
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah ... 1
1.2. Ruang Lingkup Penelitian... 2
1.3. Tujuan Penelitian ... 2
1.4. Manfaat Penelitian ... 2
1.5. Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Aluminium ... 4
2.2.2. Sifat Fisik Magnesium ... 12
2.2.3.Magnesium dan Paduan Magnesium ... 12
2.2.4. Penerapan Magnesium Paduan ... 14
2.2.5.Manfaat Magnesium ... 14
2.2.6.Efek Samping Penggunaan Magnesium ... 14
2.2.7.Penyimpanan dan Penanganan Magnesium ... 15
2.3. Karbon... 15
2.3.1. Kegunaan Karbon ... 17
2.4. Uji Tarik ... 20
2.4.1. Hukum Hooke (Hooke’s Law) ... 19
2.4.2. Detail Profil Tarik dan Sifat Mekanik Logam ... 21
2.4.3. Interpretasi hasil uji tarik ... 24
2.5. Klasifikasi Aluminium ... 26
2.5.1. Aluminium Murni ... 26
2.5.2. Aluminium Paduan ... 26
2.5.3. Pengelompokan Jenis Paduan Aluminium... 26
2.5.4. Teori Mikrostruktur Aluminium – Magnesium ... 31
2.6. Material Komposit ... 39
2.6.1. Pengertian Material Komposit ... 39
2.6.2. Tujuan Pembuatan Material Komposit ... 39
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat ... 50
3.2. Bahan Penelitian ... 51
3.3. Alat – Alat Penelitian ... 53
3.4. Proses Pembuatan dan Pengujian... 59
3.5. Metodologi Penelitian ... 64
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN PENELITIAN 4.1. Pengujian Komposisi(Spectrometry) ... 65
4.2. Pengujian Tarik (Tensile Strength) ... 68
4.3. Pengujian Mikrostruktur (Microstructure Test) ... 83
4.4. Perbandingan ketiga komposisi berbeda dari struktur mikro sebelum di etsa ... 90
4.5. Perbandingan ketiga komposisi berbeda dari struktur mikro setelah di etsa ... 93
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 95
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram fasa magnesium, suhu (℃) vs Mg (%) ... 9
Gambar 2.2 Karbon ... 15
Gambar 2.3 Mesin Uji Tarik ... 18
Gambar 2.4 Hasil dan kurva pengujian tarik ... 19
Gambar 2.5 Kurva tegangan – regangan ... 20
Gambar 2.6 Dimensi spesimen standard uji tarik E8 ASTM Volume 3 ... 21
Gambar 2.7 Profil data hasil uji tarik ... 22
Gambar 2.8 Penentuan tegangan luluh (yield stress) untuk kurva tanpa daerah linier ... 24
Gambar 2.9 Tegangan dan regangan berdasarkan panjang bahan sebenarnya ... 25
Gambar 2.10 Fase paduan Al-Si, temperatur vs persentase paduan ... 27
Gambar 2.11 Diagram fase Al-Cu, temperatur vs persentase paduan ... 27
Gambar 2.12 Diagram fase paduan Al-Mg, temperatur vs persentase Mg ... 28
Gambar 2.13 Diagram fase Al-Mn, temperatur vs kosentrasi Mn ... 29
Gambar 2.14 Diagram fase Al-Zn, temperatur vs persentase Zn... 30
Gambar 2.15 Gambar perlakuan panas pada produk logam Al-7075 ... 34
Gambar 2.16 Gambar struktur mikro logam A-7075 dengan komposisi Jenis B ... 35
Gambar 2.17 Gambar struktur mikro logam A-7075 dengan komposisi Jenis C ... 36
Gambar 2.18 Gambar struktur mikro logam A-7075 dari setiap jenis (A, B dan C) tanpa perlakuan panas... 37
Gambar 2.19 Gambar struktur mikro logam A-7075 dari setiap jenis (A, B dan C) diberikan perlakuan panas ... 38
Gambar 2.20 Salah satu penggunaan material komposit ... 39
Gambar 2.21 Salah satu contoh penyusun komposit ... 40
Gambar 2.22 Komposit berdasarkan jenis penguatnya ... 45
Gambar 3.8 Crucible dan Penutupnya ... 55
Gambar 3.9 Blower ... 56
Gambar 3.10 Cetakan ... 56
Gambar 3.11 Mesin Bubut ... 57
Gambar 3.12 Mesin Uji Tarik ... 58
Gambar 3.13 Kamera foto struktur mikro ... 59
Gambar 3.14 Spesimen Uji Tarik standard ASTM E8 ... 60
Gambar 3.15 Persiapan Komputer dan Mesin Uji Tarik ... 61
Gambar 3.16 Penempatan benda uji ... 61
Gambar 3.17 Contoh grafik pada layar komputer... 62
Gambar 3.18 Skema langkah kerja penelitian analisa komposisi aluminium ... 64
Gambar 4.1 Spesimen sebelum dilakukan pengujian ... 68
Gambar 4.2 Grafik Gaya (Force) KN vs Waktu (Time) s ... 69
Gambar 4.3 Grafik Gaya (Force) KN vs Pertambahan Panjang (Deformation) mm ... 69
Gambar 4.4 Grafik Gaya (Force) KN vs Waktu (Time) s ... 70
Gambar 4.5 Grafik Gaya (Force) KN vs Pertambahan Panjang (Deformation) mm ... 70
Gambar 4.6 Grafik Gaya (Force) KN vs Waktu (Time) s ... 71
Gambar 4.7 Grafik Gaya (Force) KN vs Pertambahan Panjang (Deformation) mm ... 71
Gambar 4.8 Grafik Gaya (Force) KN vs Waktu (Time) s ... 72
Gambar 4.9 Grafik Gaya (Force) KN vs Pertambahan Panjang (Deformation) mm ... 72
Gambar 4.10 Grafik Gaya (Force) KN vs Waktu (Time) s ... 73
Gambar 4.11 Grafik Gaya (Force) KN vs Pertambahan Panjang (Deformation) mm ... 73
Gambar 4.12 Grafik Gaya (Force) KN vs Waktu (Time) s ... 74
Gambar 4.13 Grafik Gaya (Force) KN vs Pertambahan Panjang (Deformation) mm ... 74
Gambar 4.23 Pembesaran 500 kali ... 85
Gambar 4.24 Pembesaran 100 kali ... 86
Gambar 4.25 Pembesaran 200 kali ... 86
Gambar 4.26 Pembesaran 500 kali ... 86
Gambar 4.27 Pembesaran 100 kali ... 87
Gambar 4.28 Pembesaran 200 kali ... 87
Gambar 4.29 Pembesaran 500 kali ... 87
Gambar 4.30 Pembesaran 100 kali ... 88
Gambar 4.31 Pembesaran 200 kali ... 88
Gambar 4.32 Pembesaran 500 kali ... 88
Gambar 4.33 Pembesaran 100 kali ... 89
Gambar 4.34 Pembesaran 200 kali ... 89
Gambar 4.35 Pembesaran 500 kali ... 89
Gambar 4.36 Al 94% - Mg 5% - C 1% pembesaran 100 kali ... 90
Gambar 4.37 Al 94% - Mg 5% - C 1% pembesaran 200 kali ... 90
Gambar 4.38 Al 94% - Mg 4% - C 2% pembesaran 100 kali ... 91
Gambar 4.39 Al 94% - Mg 4% - C 2% pembesaran 200 kali ... 91
Gambar 4.40 Al 94% - Mg 3% - C 3% pembesaran 100 kali ... 92
Gambar 4.41 Al 94% - Mg 3% - C 3% pembesaran 200 kali ... 92
Gambar 4.42 Al 94% - Mg 5% - C 1% pembesaran 500 kali ... 93
Gambar 4.43 Al 94% - Mg 4% - C 2% pembesaran 500 kali ... 93
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram fasa magnesium, suhu (℃) vs Mg (%) ... 9
Gambar 2.2 Karbon ... 15
Gambar 2.3 Mesin Uji Tarik ... 18
Gambar 2.4 Hasil dan kurva pengujian tarik ... 19
Gambar 2.5 Kurva tegangan – regangan ... 20
Gambar 2.6 Dimensi spesimen standard uji tarik E8 ASTM Volume 3 ... 21
Gambar 2.7 Profil data hasil uji tarik ... 22
Gambar 2.8 Penentuan tegangan luluh (yield stress) untuk kurva tanpa daerah linier ... 24
Gambar 2.9 Tegangan dan regangan berdasarkan panjang bahan sebenarnya ... 25
Gambar 2.10 Fase paduan Al-Si, temperatur vs persentase paduan ... 27
Gambar 2.11 Diagram fase Al-Cu, temperatur vs persentase paduan ... 27
Gambar 2.12 Diagram fase paduan Al-Mg, temperatur vs persentase Mg ... 28
Gambar 2.13 Diagram fase Al-Mn, temperatur vs kosentrasi Mn ... 29
Gambar 2.14 Diagram fase Al-Zn, temperatur vs persentase Zn... 30
Gambar 2.15 Gambar perlakuan panas pada produk logam Al-7075 ... 34
Gambar 2.16 Gambar struktur mikro logam A-7075 dengan komposisi Jenis B ... 35
Gambar 2.17 Gambar struktur mikro logam A-7075 dengan komposisi Jenis C ... 36
Gambar 2.18 Gambar struktur mikro logam A-7075 dari setiap jenis (A, B dan C) tanpa perlakuan panas... 37
Gambar 2.19 Gambar struktur mikro logam A-7075 dari setiap jenis (A, B dan C) diberikan perlakuan panas ... 38
Gambar 2.20 Salah satu penggunaan material komposit ... 39
Gambar 2.21 Salah satu contoh penyusun komposit ... 40
Gambar 3.8 Crucible dan Penutupnya ... 55
Gambar 3.9 Blower ... 56
Gambar 3.10 Cetakan ... 56
Gambar 3.11 Mesin Bubut ... 57
Gambar 3.12 Mesin Uji Tarik ... 58
Gambar 3.13 Kamera foto struktur mikro ... 59
Gambar 3.14 Spesimen Uji Tarik standard ASTM E8 ... 60
Gambar 3.15 Persiapan Komputer dan Mesin Uji Tarik ... 61
Gambar 3.16 Penempatan benda uji ... 61
Gambar 3.17 Contoh grafik pada layar komputer... 62
Gambar 3.18 Skema langkah kerja penelitian analisa komposisi aluminium ... 64
Gambar 4.1 Spesimen sebelum dilakukan pengujian ... 68
Gambar 4.2 Grafik Gaya (Force) KN vs Waktu (Time) s ... 69
Gambar 4.3 Grafik Gaya (Force) KN vs Pertambahan Panjang (Deformation) mm ... 69
Gambar 4.4 Grafik Gaya (Force) KN vs Waktu (Time) s ... 70
Gambar 4.5 Grafik Gaya (Force) KN vs Pertambahan Panjang (Deformation) mm ... 70
Gambar 4.6 Grafik Gaya (Force) KN vs Waktu (Time) s ... 71
Gambar 4.7 Grafik Gaya (Force) KN vs Pertambahan Panjang (Deformation) mm ... 71
Gambar 4.8 Grafik Gaya (Force) KN vs Waktu (Time) s ... 72
Gambar 4.9 Grafik Gaya (Force) KN vs Pertambahan Panjang (Deformation) mm ... 72
Gambar 4.10 Grafik Gaya (Force) KN vs Waktu (Time) s ... 73
Gambar 4.11 Grafik Gaya (Force) KN vs Pertambahan Panjang (Deformation) mm ... 73
Gambar 4.12 Grafik Gaya (Force) KN vs Waktu (Time) s ... 74
Gambar 4.13 Grafik Gaya (Force) KN vs Pertambahan Panjang (Deformation) mm ... 74
Gambar 4.14 Grafik Relepan Tegangan vs Regangan ... 79
Gambar 4.15 Grafik Modulus Elastisitas vs Stiffness ... 81
Gambar 4.23 Pembesaran 500 kali ... 85
Gambar 4.24 Pembesaran 100 kali ... 86
Gambar 4.25 Pembesaran 200 kali ... 86
Gambar 4.26 Pembesaran 500 kali ... 86
Gambar 4.27 Pembesaran 100 kali ... 87
Gambar 4.28 Pembesaran 200 kali ... 87
Gambar 4.29 Pembesaran 500 kali ... 87
Gambar 4.30 Pembesaran 100 kali ... 88
Gambar 4.31 Pembesaran 200 kali ... 88
Gambar 4.32 Pembesaran 500 kali ... 88
Gambar 4.33 Pembesaran 100 kali ... 89
Gambar 4.34 Pembesaran 200 kali ... 89
Gambar 4.35 Pembesaran 500 kali ... 89
Gambar 4.36 Al 94% - Mg 5% - C 1% pembesaran 100 kali ... 90
Gambar 4.37 Al 94% - Mg 5% - C 1% pembesaran 200 kali ... 90
Gambar 4.38 Al 94% - Mg 4% - C 2% pembesaran 100 kali ... 91
Gambar 4.39 Al 94% - Mg 4% - C 2% pembesaran 200 kali ... 91
Gambar 4.40 Al 94% - Mg 3% - C 3% pembesaran 100 kali ... 92
Gambar 4.41 Al 94% - Mg 3% - C 3% pembesaran 200 kali ... 92
Gambar 4.42 Al 94% - Mg 5% - C 1% pembesaran 500 kali ... 93
Gambar 4.43 Al 94% - Mg 4% - C 2% pembesaran 500 kali ... 93
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sifat Fisik Aluminium ... 6
Tabel 2.2 Sifat Fisik Magnesium ... 12
Tabel 3.1 Lokasi dan aktifitas penelitian ... 50
Tabel 4.1 Hasil Uji Komposisi (Spectrometry) ... 65
Tabel 4.2 Hasil gaya dan pertambahan panjang dari ketiga komposisi ... 75
Tabel 4.3 Hasil tegangan, regangan dan modulus elastisitas dari ketiga komposisi ... 78
DAFTAR NOTASI
Simbol Arti Satuan
Al = Aluminium Mg = Magnesium
C = Karbon
σ = Tegangan kg/mm2
F = Gaya N
ε = Regangan mm/mm
∆L = Pertambahan Panjang mm
E = Modulus Elastisitas MPa
A = Luas penampang m2
r = Jari – jari mm
𝑙𝑙0 = Panjang awal mm
𝑙𝑙1 = Panjang akhir mm
𝜌𝜌 = Massa Jenis kg/m3
m = Massa kg
