4. HASIL DAN PEMBAHASAN. Tabel 4.1. Data Hasil Uji Kekerasan Spesimen Hasil Putaran 320 rpm

4.1. Nilai Kekerasan

Hasil pengujian kekerasan Rockwell B pada spesimen yang diaduk dengan kecepatan putaran 320 rpm menghasilkan data seperti pada tabel 4.1.

Tabel 4.1. Data Hasil Uji Kekerasan Spesimen Hasil Putaran 320 rpm

Kode

Spesimen Pusat

(HRB) Tengah

(HRB) Tepi (HRB)

Rata- rata (HRB)

N 33.8 34 34 33.93 M1 34.2 34.4 34.5 34.37 M2 34 34.3 34.4 34.23 M3 34.2 34.5 34.7 34.47 M4 34.02 34.38 34.6 34.33 M5 34.01 34.5 34.4 34.30 rata-rata 34.09 34.42 34.52 34.34

Hasil uji kekerasan pada spesimen putaran 500 rpm ditunjukkan pada tabel 4.2.

Tabel 4.2. Data Hasil Uji Kekerasan Spesimen Hasil Putaran 500 rpm

Kode

Spesimen Pusat

(HRB) Tengah

(HRB) Tepi (HRB)

Rata- rata (HRB)

M6 35.2 35.4 35.5 35.37 M7 35.5 35.5 35.5 35.50 M8 35.4 35.7 35.7 35.60 M9 35.6 35.5 35.8 35.63 M10 35.7 35.7 35.8 35.73 rata-rata 35.48 35.56 35.66 35.56

Hasil uji kekerasan pada spesimen putaran 700 rpm ditunjukkan pada tabel 4.3.

Kode

Spesimen Pusat

(HRB) Tengah

(HRB) Tepi (HRB)

Rata- rata (HRB) M11 35.9 36.1 36.3 36.17 M12 36.2 36.2 36.5 36.4 M13 36.1 36.4 36.4 36.3 M14 36 36.2 36.3 36.2 M15 35.9 36.3 36.3 36.17 Rata-rata 36.02 36.24 36.36 36.20

Tabel 4.3. Data Hasil Uji Kekerasan Spesimen Hasil Putaran 700 rpm

34.34

35.56

36.2

34 34.5 35 35.5 36 36.5

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Kecepatan Pengadukan (rpm)

Kekerasan (HRB)

Kekerasan rata-rata

Gambar 4.1. Grafik tabel kekerasan rata-rata tiap kecepatan adukan

Setelah pengambilan data kekerasan maka diadakan uji hipotesa untuk mengetahui apakah kenaikan kekerasan signifikan atau tidak. Dibawah ini adalah contoh perhitungan uji hipotesa antara spesimen kecepatan putaran pengadukan pertama dengan ingot. (H

0

: kekerasan sama dengan 33.93 HRB ; H

1

: kekerasan tidak sama dengan 33.93 HRB)

H

0

= µ = 33.93 H

1

= µ ≠ 33.93

1 1

1 1

2

−

 

 



− 

= ∑ ∑

= =

n n x x S

n i

n i

i i

( ) ( )

1 5

5

3 . 34 33 . 34 47 . 34 23 . 34 37 . 3 34 . 34 33 . 34 47 . 34 23 . 34 37 . 34

2 2

2 2 2

2

−

+ + +

− + +

+ + +

=

S

4

178 . 5896 21 . 5896 −

=

S

0079 .

= 0

S

S n t₀ x

− µ

⁰

=

0079 5 . 0

93 . 33 341 . 34

0

= −

t

0

=

t

116.3321

776 .

4

2

, 025 . 0 1 ,

2 ₋

=

t

=

t_{α n}

1 , 2 0

>

t _n−

t _α →

tolak Ho

8.57 > 2.776 →

tolak Ho

Jadi pada perhitungan diatas dapat diketahui bahwa µ (320 rpm) ≠ 33.93 atau nilai kekerasan berbeda signifikan antara ingot dengan spesimen hasil pengadukan 320 rpm. Pada tabel 4.4. dibawah ini akan ditunjukkan hipotesa kenaikan kekerasan antar kecepatan pengadukan.

Tabel 4.4. Hasil Uji Hipotesa

Perbandingan

kekerasan Hasil uji hipotesa 320 rpm-N Signifikan 500 rpm-320 rpm Signifikan 700 rpm-500 rpm Signifikan

Catatan: Signifikan jika µ≠33.93 ; Tidak signifikan jika µ=33.9

Untuk hasil uji hipotesa tiap lokasi spesimen ditampilkan dalam tabel 4.5.

dibawah ini.

Tabel 4.5. Hipotesa Perbandingan Kekerasan Tiap Lokasi

putaran

(rpm)

Tengah-

pusat tepi- tengah 320 TS TS 500 TS TS 700 TS TS

Catatan: S : Signifikan; TS : Tidak signifikan

Jika melihat hasil yang ditunjukkan oleh tabel 4.5. maka dapat diambil kesimpulan bahwa variasi lokasi pada pengujian kekerasan spesimen tidak berpengaruh, atau kekerasan pada tiap lokasi spesimen adalah homogen.

Kekerasan pada tiap lokasi spesimen yang homogen dapat terjadi dikarenakan oleh proses pengadukan yang dialami yang menyebabkan lebih homogen sehingga struktur mikro jika dilihat terhadap lokasi tidak jauh berbeda.

4.2. Pengamatan Struktur Mikro

4.2.1. Struktur Mikro Logam Induk

Sebelum membahas tentang hasil pengujian spesimen produk stir casting maka penting untuk mempelajari bahan baku yang dipakai dalam penelitian ini.

Bahan baku yang dipakai dalam penelitian ini adalah Al seri ADC-12 (SAE 383).

ADC-12 adalah suatu paduan Al-Si-Cu dengan perbandingan persentase berat

84,53 : 10,8 : 2,53. Nilai kekerasan dari ADC 12 adalah 75 HB atau sekitar 33.6

HRB (Davis, 1993). Dalam penelitian ini telah dilakukan pengujian kekerasan

ingot dan dihasilkan nilai kekerasan 33.93 HRB Dengan melihat kandungan Si

dalam paduan ADC-12 yang hanya 10,8% maka paduan ini merupakan paduan

Al-Si hipoeutektik. Pada gambar 4.2. diperlihatkan diagram fasa Al-Si serta foto

struktur mikro pada masing-masing tingkat paduan Al-Si.

Gambar 4.2. Diagram fasa Al-Si (Kathleen Mills, 2000)

Pada pengamatan metalografi dilakukan pengambilan foto struktur mikro ingot dengan menggunakan mikroskop optik dengan perbesaran berturut-turut 200x dan 400x. Foto yang diperoleh menunjukkan struktur mikro ingot memiliki bentuk struktur mikro Al-Si paduan hipoeutektik. (Bandingkan gambar 4.2.

dengan gambar 4.1. foto 8% Si)

(a)

(b)

Gambar 4.3. Foto ingot struktur mikro ADC-12

Karakteristik paduan Al-Si hipoeutektik adalah terdapatnya Si yang mengendap diantara batas butir Al. Pada foto struktur mikro ingot tersebut, struktur mikro ingot terdiri dari butir berwarna terang dan batas butir, dimana Si mengendap diantara batas butir Al. Dengan mengamati fasa diatas maka fasa yang terbentuk dalam logam induk ADC-12 adalah dua fasa yaitu larutan padat α yang berwarna terang, dan fase yang berwarna gelap. Fase yang berwarna gelap adalah fasa eutektik yang terdiri dari Si dan α.

Ingot inilah yang kemudian dilebur dan dibuat spesimen dengan menambahkan serbuk AG dengan menggunakan metode stir casting.Dalam proses pembuatan spesimen dengan stir casting dilakukan pengadukan dan kemudian perubahan dalam struktur mikronya diamati. Perubahan yang terjadi dapat diidentifikasi dengan mikroskop optik. Pada bagian selanjutnya dibahas perubahan struktur mikro yang terjadi pada setiap kecepatan pengadukan.

4.2.2. Struktur Mikro Hasil Kecepatan Pengadukan 320 rpm

Pembuatan spesimen pada penelitian ini pertama-tama divariasi pada

kecepatan pengadukan 320 rpm. Pada kecepatan pengadukan ini menghasilkan

perubahan struktur mikro Al. Foto struktur mikro spesimen hasil kecepatan

pengadukan 320 rpm dapat dilihat pada gambar 4.4.

A

Lengan dendrit Al

(a)

Si diantara batas butir

(b)

Struktur eutektik Si - α

(c)

Gambar 4.4. (a) Foto struktur mikro spesimen kecepatan pengadukan 320 rpm.

(a) lokasi tepi (b) lokasi tengah (c) lokasi pusat.

(A) Si yang menyerupai serat mengendap diantara batas butir Al. (B) Bentuk butiran Al berupa dendrit

Hasil foto struktur mikro spesimen ini sama dengan foto yang

ditunjukkan oleh ingot, dimana masih terlihatnya batas butir Al yang berstruktur

dendriktik dan unsur Si yang mengendap diantara batas butir Al tersebut. Namun

sedikit perbedaan adalah ukuran lengan dendrit Al yang lebih kecil dibanding

ingot. Pengecilan lengan dendrit disebabkan oleh waktu pendinginan spesimen

lebih cepat daripada ingot, karena spesimen mengalami proses pengadukan sehingga terjadi perpindahan panas yang lebih besar dibanding ingot. Dari hasil pengujian kekerasan yang menggunakan Rockwell B didapat bahwa kekerasan adalah 34.34 HRB. Berarti ada peningkatan kekerasan sekitar 1.18 % dibanding kekerasan ingot. Faktor penyebab naiknya kekerasan pada spesimen ini salah satunya dikarenakan perbedaan ukuran lengan dendrit yang lebih kecil pada struktur mikro (Kalpakjian, 2001). Pembekuan yang terjadi pada spesimen lebih cepat dapat terjadi karena spesimen mengalami proses pengadukan sehingga perpindahan panas antara logam cair dengan udara lebih besar.

4.2.3. Struktur Mikro Hasil Kecepatan Pengadukan 500 rpm

Variasi kecepatan pengadukan yang kedua adalah 500 rpm. Gambar 4.4.

menunjukkan hasil pengamatan struktur mikrokecepatan pengadukan 500 rpm.

Selain itu juga dilakukan pengamatan struktur mikro menggunakan mikroskop

elektron Scanning Electron Microscope (SEM). Untuk mengidentifikasi

komposisi kimia maka dalam spesimen ini dilakukan analisa titik menggunakan

EDAX.

Al tidak dendritik

(a)

Si terpatah-patah

(b) Al tidak dendritik

Si tersebar

(c)

Gambar 4.5. Foto struktur mikro spesimen kecepatan pengadukan 500 rpm. (a)

Foto lokasi tepi,(b) Foto lokasi tengah.(c) Foto lokasi pusat.

Pada kecepatan pengadukan 500 rpm ini menunjukkan hasil bahwa Si tidak lagi terdapat dalam batas butir Al, dan perubahan struktur butir pada Al yang tidak lagi dendritik. Jika dibandingkan dengan hasil foto struktur mikro kecepatan 320 rpm, hasil foto struktur mikro diatas tidak lagi sama. Jika pada foto putaran 320 rpm struktur mikro Al secara umum berbentuk dendritik dan butiran Si mengendap antara butir, maka pada putaran 500 rpm struktur mikro telah mengalami perubahan seperti yang dijelaskan diatas.

Pengamatan fasa struktur mikro (SEM) dilakukan di Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi Kelautan (PPPGL) Bandung. Gambar 4.5. adalah hasil pengambilan gambar spesimen putaran 500 rpm dengan menggunakan SEM.

Pengambilan gambar berturut-turut dengan perbesaran 150x, 1000x, 2000x.

Al

Si

Si

Kaya Al

(a) (b)

Si

A

Kaya

Al

(c)

Gambar 4.6. Foto SEM sampel M7. (a) ; (b) ; (c) foto SEM perbesaran 2000x

Dari hasil SEM spesimen 500 rpm ini dapat dilihat semakin jelas pada perbesaran 1000x dan 2000x ini bahwa susunan Si tidak lagi terdapat dalam batas butir Al yang dendritik, melainkan berstruktur patah-patah (needle like) dan tersebar.

Untuk mengidentifikasi kandungan kimia dalam logam maka pada spesimen ini juga dilakukan analisis titik menggunakan EDAX (Energy

Dispersive Analysis X-Ray). Ada 3 (tiga) buah titik dengan lokasi yang berlainan

yang dianalisa. Hasil dari analisa berturut-turut akan ditunjukkan pada gambar 4.6.

Si

Logam induk

(a) (b)

Si

(c)

Gambar 4.7. Lokasi analisis EDAX spesimen. (a) Lokasi di logam induk Al (b) Lokasi di serat Si (c) Lokasi di serat Si

Tabel 4.6. Komposisi Kimia Unsur Hasil EDAX

Unsur %massa

Al 82,06%

C 9,07%

Pt 8,88%

(a)

Unsur %massa Si 89,25%

Al 0,76%

Pt 9,99%

(b)

Unsur %massa Si 80,85%

C 8,83%

O 0,99%

Pt 9,34%

(c)

(a) titik pertama ; (b) titik kedua ; (c) titik ketiga

Unsur-unsur penyusun yang tampil dari analisis EDAX logam induk (a) ini adalah karbon (C) 9,07%, Aluminium (Al) 82,06%, Platina (Pt) 8,88%. Unsur Al, melihat hasil analisa titik ini bahwa Al terdapat dalam jumlah 82,06% hal ini berarti kandungan Al dalam ingot pengalami penurunan, dimana kandungan Al dalam ingot pada awalnya adalah 84,6%. Penurunan komposisi Al disebabkan oleh adanya proses pengambilan slag dimana sebagian kandungan Al masuk dalam slag tersebut. Platina (Pt) diperoleh dari pelapisan spesimen saat preparasi SEM hal ini dimaksudkan supaya didapat permukaan yang konduktif terhadap elektron yang akan ditembakkan ke permukaan spesimen. Pada uji EDAX yang dicantumkan pada tabel diatas (a) terdapat hal yang menarik, yaitu tidak terdapatnya kandungan Si sama sekali. Padahal pada awal kandungan Si dalam ingot adalah 10,78%. Dalam pembahasan analisa titik EDAX lebih lanjut akan diketahui terjadinya pemisahan antara Al dengan Si yang cederung berdiri sendiri dan membentuk kristal murni.

Analisa EDAX pada titik kedua (b) Unsur-unsur penyusun yang tampil

dari lokasi titik kedua ini adalah Aluminium (Al) 0,76%, Silikon (Si) 89,25%, dan

Platina (Pt) 9,99% Dalam analisa titik kedua ini menunjukkan kandungan Si yang

sangat besar yaitu sekitar 89,25% Dimana seharusnya kandungan Si yang terdapat

hanya sekitar 10,78%. Terdeteksinya kandungan Si yang sangat besar dikarenakan

analisa pada EDAX adalah analisa titik, sedangkan lokasi yang terpilih dalam analisa merupakan tempat di mana Si berdiri sebagai kristal murni.

Analisa EDAX pada titik ketiga (c). Analisis titik ketiga yaitu analisis yang dilakukan pada lokasi unsur yang menyerupai serat yang terdapat diatas logam induk. Dari ketiga hasil analisa EDAX menunjukkan bahwa matriks pada struktur adalah fasa yang kaya Al, dan unsur yang terkandung di dalam matriks yang mirip seperti serat adalah fasa bebas yang diperoleh dari pengendapan Si dan eutektik α dalam paduan Al-Si. Hal ini dikarenakan kelarutan Si dalam Al yang terbatas.

Pada hasil analisa spesimen menggunakan EDAX, tidak didapati adanya unsur Ca. Hal ini disebabkan oleh Ca yang dimasukkan berperan sebagai fluks.

Fluks tersebut mengikat kotoran dalam logam Al sehingga terbentuk slag. Karena dalam proses peleburan dilakukan pengambilan slag, maka serbuk AG yang mengandung Ca tadi ikut terambil saat pengambilan slag. Hal ini terbukti setelah slag yang diambil diuji kandungan kimianya menggunakan metode ICP (Inductively Coupled Plasma). Dari ICP menghasilkan bahwa kandungan unsur Ca dalam slag sebesar 0,9%.

Alasan tidak masuknya Ca selain karena mengikat kotoran juga bisa dikarenakan kurangnya pembasahan Ca, sehingga Ca masih dalam keadaan kering, hal ini menyebabkan Ca sulit masuk ke dalam Al cair. Penyebab lain tidak masuknya Ca dalam matriks Al (diameter atom Al 1.47Å) adalah ukuran diameter atom Ca 1.97Å (Perry, 1992) dimana ukuran atom yang melebihi 1 angstrom tidak dapat membentuk larutan padat interstisial dan perbandingan ukuran antar atom Al dengan atom Ca adalah sekitar 34%. Padahal syarat supaya atom dapat saling membentuk paduan adalah perbedaan ukuran atom tidak boleh lebih dari 15%

(R.E. Smallman, 1985)

Pada pengadukan 500 rpm ini mengalami kenaikan kekerasan yaitu menjadi 35.56 HRB atau sekitar 1.22 HRB (3.55%) jika dibanding kekerasan spesimen 320 rpm.

4.2.4. Struktur Mikro Hasil Kecepatan Pengadukan 700 rpm

Gambar 4.7. Menunjukkan foto struktur mikro hasil stir casting dengan kecepatan pengadukan yang tertinggi (700 rpm).

Struktur Si menyerupai jarum

Strukur Al tidak dendritik

Struktur Si menyerupai jarum

Gambar 4.8. Foto struktur mikro hasil stir casting kecepatan pengadukan 700 rpm

(a)Tepi ; (b) Tengah ; (c) Pusat

Pada kecepatan adukan yang ketiga ini hasil yang didapat ada kesamaan dengan produk putaran kedua. Kesamaan yang dapat terlihat adalah kesamaan pada struktur mikro secara umum dimana butiran Al tidak lagi dendritik dan struktur Si tersebar. Perbedaan pada spesimen putaran yang ketiga ini struktur Al lebih homogen dan lebih bersih. Kekerasan rata-rata yang dimiliki oleh spesimen putaran ketiga ini adalah 36.207 HRB hal ini menunjukkan adanya kenaikan kekerasan sekitar 0.64 HRB (1.79%) dari kekerasan spesimen 500 rpm.

Naiknya kecepatan putaran adukan pada stir casting ternyata berpengaruh secara langsung pada struktur mikro yang terbentuk. Dapat dilihat dari gambar 4.5.- 4.7. bahwa dengan naiknya kecepatan adukan maka butiran Al yang awalnya dendritik tidak tampak lagi. Dimulai pada saat sistem mengalami kecepatan adukan 500 rpm dendrit mulai tidak dijumpai lagi, dan terus menunjukkan konsistensi pada putaran adukan 700 rpm.

Dari hasil pengujian kekerasan yang didapat diatas menunjukkan bahwa kekerasan spesimen mengalami kenaikan seiring dengan bertambahnya kecepatan putar adukan stir casting. Dari yang semula angka kekerasan ingot yang hanya berkisar 33.93 HRB pada kecepatan 320 rpm menjadi rata-rata 34.341 HRB (naik 1.17%), pada kecepatan 500 (3.55%) rpm menjadi 35.567 HRB, dan pada kecepatan 700 rpm menjadi 36.207 HRB (naik 1.79%). Jika dilihat perbedaan struktur mikro antara 320 rpm dan 500 rpm struktur yang dimiliki kedua spesimen ini sangat berbeda yaitu Al yang tidak lagi dendritik dan Si tidak lagi mengendap diantara batas butir Al.

Dari hasil diatas dapat disimpulkan bahwa naiknya kekerasan pada spesimen 320 rpm bukan dikarenakan perbedaan struktur mikro tetapi dikarenakan adanya perbedaan ukuran lengan dendrit dimana ukuran lengan dendrit spesimen 320 rpm lebih kecil jika dibanding dengan ukuran dendrit ingot.

Namun setelah spesimen mengalami adukan 500 rpm struktur mikro juga

mengalami perubahan yang menyolok sehingga terjadi kenaikan kekerasan 1.226

HRB (3.55%) jika dibanding spesimen 320 rpm. Pada spesimen 700 rpm terjadi

kenaikan kekerasan 0.640 HRB (1.7%) dibanding spesimen 500 rpm dimana pada

spesimen pengadukan 700 rpm terjadi perubahan kecil pada struktur mikro

dimana serat Si (needle like) lebih terpatah-patah halus.