Tempat dan Waktu Diagram Alir

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini berisikan metode yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan pada skripsi ini. Penelitian ini terdiri dari beberapa tahapan yaitu : Pembuatan dapur krusibel kapasitas 4 kg, pembuatan spesimen uji kekerasan, uji impak, uji tarik, dan foto mikro dengan menggunakan bahan Aluminium–Palm Oil fly ash.

3.1. Tempat dan Waktu

Pembuatan dapur krusibel kapasitas 4 kg dilakukan di Laboratorium Teknologi Mekanik Teknik Mesin, Pelaksanaan penelitian ini dilakukan di Laboratorium Foundry Teknik Mesin, Teknik Mesin dan pembuatan sampel uji di Laboratorium Teknologi Mekanik, Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan. Penelitian dilakukan dengan pertama kali melebur bahan baku aluminium dan Fly ash di Laboratorium Foundry, Teknik Mesin. Selanjutnya proses pengujian dan pengamatan dilakukan di Laboratorium Ilmu Logam Fisik, Teknik Mesin dan Laboratorium Fenomena Teknik Mesin , Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Waktu penelitian ini dimulai dari bulan juni 2013 sampai dengan bulan oktober 2013.

3.2. Bahan, Peralatan dan Metode

3.2.1. Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain adalah :

1. Aluminium Ingot Tipe A356

Pada peleburan ini Aluminium yang digunakan adalah Aluminium ingot tipe A356. Sebelum dilakukan proses peleburan, Aluminium ini dipotong sesuai ukuran yang diinginkan terlebih dahulu agar memudahkan proses peleburan. Adapun Aluminium batangan bisa dilihat pada gambar dibawah ini : 24 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Gambar 3.1 Aluminium Ingot Tipe A356 a sebelum dipotong b sesudah dipotong

2. Palm Oil Fly ash POFA

Pada penelitian ini digunakan palm oil fly ash PKS Pagar Merbau Lubuk Pakam berbentuk Serbuk hitam dan digunakan sebagai penguat. Aluminium akan dicampurkan pada saat aluminium telah mencair. Gambar 3.2 Palm oil fly ash

3. Cover Fluks

Setelah seluruh material aluminium melebur seluruhnya, kemudian menaburkan cover flux ke atas permukaan aluminium cair dengan tujuan untuk mengikat kotoran-kotoran berupa oksida-oksida dan impurities lainnya yang terdapat di dalam aluminium cair. Kotoran yang telah berikatan dengan fluxing agent dibuang dengan cara drossing di permukaan Aluminium dengan menggunakan sendok plat besi yang telah di a b 25 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA coating dan selanjutnya dibuang. Cover fluks dapat ditunjukkan pada gambar 3.3. Gambar 3.3 Cover Fluks

4. Magnesium

Pada peleburan ini juga digunakan Magnesium dalam bentuk batangan ingot yang akan dilebur dengan Aluminium ingot yang berfungsi sebagai meningkatkan wetability dari palm oil fly ash itu sendiri. Sebelum dilakukan proses peleburan, Magnesium ini juga dipotong terlebih dahulu sesuai ukuran yang diinginkan agar memudahkan proses peleburan. Magnesium batangan bisa dilihat pada gambar 3.4. Gambar 3.4 Magnesium

5. Arang Kayu

Banyak sekali bahan bakar yang digunakan dalam proses peleburan di dapur krusibel, baik itu batubara, briket, kerosin, kayu maupun arang kayu. Pada eksperimen ini memakai bahan bakar berupa arang kayu laut. Arang kayu laut merupakan bahan bakar pengganti kerosin. Selain 26 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA harga yang lebih murah, arang kayu laut juga dapat menghasilkan panas yang baik untuk peleburan serta tidak terlalu memiliki asap yang terlalu tebal. Bahan bakar arang kayu dapat dilihat pada gambar 3.5. Gambar 3.5 Bahan Bakar arang kayu

3.2.2. Alat 1.

Dapur Peleburan Dapur ini terbuat dari batu bata tahan api dan semen tahan api . Dapur peleburan ini juga dilengkapi dengan motor DC yang putarannya konstan 200 rpm dan dapur krusibel yang terbuat dari grafit. Gambar 3.6 Dapur Peleburan 27 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2. Krusibel

Krusibel berbentuk silinder yang terbuat dari grafit dipakai sebagai wadah untuk melelehkan paduan aluminium dengan Palm Oil Fly ash. Gambar 3.7 Krusibel Grafit

3. Thermokopel tipe-K

Alat ini digunakan sebagai pengukur suhu aluminium cair. Spesifikasi: 1. Dimensi : 165 x 76 x 43 mm. 2. Berat : 403 gr. 3. Single type K thermocouple with direct or differential measurement to 0,10. 4. Up to 1400 C. Gambar 3.8 Termokopel Type-K 28 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

4. Timbangan Digital

Digunakan untuk menimbang aluminium, Palm Oil fly ash, dan magnesium agar sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan. Gambar 3.9 Timbangan Digital

5. Blower

Digunakan sebagai penghembus angin agar nyala api tetap terjaga sehingga panas yang dihasilkan dapat meningkat dan stabil sesuai dengan kebutuhan untuk mencairkan aluminium. Gambar 3.10 Blower 29 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

6. Mesin polish Polishing Machine

Pemolesan bertujuan untuk memperoleh permukaan sampel yang halus bebas goresan dan mengkilap seperti cermin dan menghilangkan ketidakteraturan sampel. Permukaan sampel yang akan diamati di bawah mikroskop harus benar-benar rata. Gambar 3.11 Polishing Machine

7. Mikroskop Optic

Mikroskop optik digunakan untuk mengamati struktur mikro dari Aluminium Silikon dengan pembesaran di atas seratus kali. Pengujian ini menggunakan Reflected Metallurgical Microscope dengan type Rax Vision No.545491, MM-10A,230V-50Hz. Mikroskop optic dapat dilihat pada gambar 3.13. Gambar 3.12 Mikroskop Optic 30 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

8. OES Optical Emission Spectrometer

Tujuan dari pengujian ini adalah mengetahui komposisi dari suatu material. Pengujian ini dilakukan di Laboratorium dan workshop Teknik Mesin Universitas negeri medan dengan menggunakan alat OES Optical Emission Spectrometer. Dimana, sebelum pengujian alat tersebut dikalibrasi terlebih dahulu. OES tersebut dapat dilihat pada gambar 3.13. Gambar 3.13 OES Optical Emission Spectrometer Sumber: Laboratorium dan workshop Teknik Mesin Universitas Negeri Medan

9. Tensile Test

Alat yang digunakan untuk mengetahui kemampuan bahan tersebut menahan beban maksimum dan sejauh mana material tersebut bertambah panjang. Gambar 3.14 Alat uji tarik Torsion Type AMU-10 31 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Spesifikasi: Type : AMU-10 Beban max : 10 Ton Force Tahun :1989

10. Hardness Test

Alat yang digunakan untuk mengetahui kekerasan pada benda uji yang akan diteliti. Gambar 3.15 Alat uji Brinell

11. Alat Uji Impak

Alat yang digunakan untuk mengetahui ketangguhan pada benda uji yang akan diteliti. Alat impak ini menggunakan metode charpy dengan sudut pemukulan awal adalah 147 º, kapasitas 300 joule. Gambar 3.16 Alat uji impak 32 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

12. Mesin Pemotong

Mesin potong digunakan untuk memotong Aluminium dan Magnesium yang berbentuk batangan untuk mempermudah proses peleburan. Aluminium dan Magnesium dipotong hingga menjadi potongan kecil agar dapat ditimbang sesuai variasi yaang dikerjakan. Mesin potong dapat dilihat pada gambar 3.17. Gambar 3.17 Mesin Pemotong

13. Electric Muffle Furnaces

Electric Muffle furnace ini digunakan untuk memanaskan fly ash supaya meminimalisir coal-coal yang ada pada fly ash. Gambar 3.18 electric muffle furnaces 33 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

3.2.3. Metode cara pembuatan 1.

Karakterisasi Awal Bahan Bahan yang digunakan untuk proses pembuatan Metal Matrix Composite aluminium fly ash pada eksperimen ini terdiri dari paduan aluminium ingot yang bertipe aluminium A356 yang komposisinya di uji di Laboratorium dan workshop Teknik Mesin Universitas negeri medan dengan menggunakan alat OES Optical Emission Spectrometer. Sedangkan Pengujian komposisi palm oil fly ash yang berasal dari salah satu pabrik minyak kelapa sawit PTPN 2, Pagar Merbau yang berada di daerah Lubuk Pakam Deli Serdang dilakukan di laboratorium FMIPA Universitas Sumatera Utara. Setelah dilakukan uji komposisi terhadap fly ash selanjutnya dilakukan pengayakan untuk mendapatkan ukuran yang diinginkan, pada penelitian ini digunakan pada eksperimen ini adalah 74 m proses pengayakan fly ash dapat dilihat pada gambar 3.19. Gambar 3.19 Pengayakan Fly ash Sebelum fly ash di campurkan dengan leburan alumnium dilakukan juga proses pemanasan terhadap fly ash dipanaskan hingga 850 o C di dalam furnace untuk menghilangkan moisture dan coal-coal yang masih bisa terbakar. Proses pemanasan fly ash dapat dilihat pada gambar 3.20. 34 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Gambar 3.20 Pemanasan Palm Oil Fly ash

2. Penimbangan dan Pencampuran Bahan

Pembuatan coran aluminium fly ash dengan menggunakan metode stir casting menggunakan variasi persentase berat fly ash sebesar 2,5, 5, 7,5, 10 , 12,5 dan dengan suhu kecepatan pengadukan konstan 760ºC dan 200 rpm serta di setiap variasi ditambahkan pula magnesium 1,5 yang bertujuan meningkatkan wetability dari aluminium itu sendiri. Adapun berat aluminium yang digunakan pada proses peleburan ini adalah sampel impak sekitar 400-500 gram sedangkan sampel Tensil 600-700 gram. Proses pemotongan aluminium dan penimbangan aluminium - fly ash di tampakkan pada gambar 3.21. Gambar 3.21 Pemotongan dan Penimbangan aluminium-fly ash

3. Proses Pembuatan MMC Aluminium-Fly ash

Setelah melakukan tahapan penyiapan proses, mulai dari alat sampai bahan yang akan digunakan, maka proses pembuatan MMC aluminium-fly ash dapat segera dimulai, aluminium sebagai komposit matriks logam yang menggunakan fly ash sebagai penguatnya. Pembuatan MMC aluminum fly ash yang digunakan menggunakan metode stir 35 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA casting. Artinya, mencampurkan bahan penguat ke dalam leburan aluminium dengan cara mengaduknya, campurannya harus dilebur dengan temperatur yang di kontrol yaitu memakai temperatur 760°C dan stir pengadukan menggunakan kecepatan putar konstan yaitu 200 rpm, penuangan campuran fly ash, pengadukan, lalu penuangan ke cetakan. Setelah persiapan selesai dilakukan maka tahap selnjutnya adalah aluminium ingot yang sudah dipotong dan ditimbang dimasukkan ke dalam crusibel grafit, setelah aluminium mencair dituang cover fluks untuk menghilangkan kerak atau kotoran, setelah aluminium sudah bersih dari kotoran dituangkan magnesium 1,5 untuk meningkatkan wetability dari aluminium tersebut. Gambar 3.22 Tahapan Proses Pembuatan Metal matrix composit 36 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

3.3. Metode Pengujian

Setelah dilakukan proses peleburan secara menyeluruh, dengan menggunakan metode stir casting maka setelah itu dilakukan pengujian berupa pengujian kekerasan,uji tarik, serta pengujian struktur mikro dari material. 3.3.1 Uji Metallograpy Tujuan dilakukannya pengujian metallography adalah untuk mengetahui bentuk struktur mikro dari suatu material.

1. Set Up Pengujian Metallography

Gambar 3.23 Set up pengujian metallography Adapun keterangan gambar pada gambar 3.23 adalah sebagai berikut: a. Alat untuk memperbesar zoom pada lensa optik. b. Optik. c. Alat untuk memutar spesimen pada kaca optik. d. Alat untuk menggganti kaca optik. e. Kaca Optik f. Spesimen

2. Prosedur Pengujian

Adapun prosedur pengujian metallography adalah sebagai berikut: a. Menyiapkan benda uji dengan menghaluskan pada spesimen benda yang akan dilakukan pengujian. a b e f c d 37 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA b. 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, 800, 1000, dan 1500 permukaan yang dihaluskan dengan amplas hanya satu permukaan saja. c. Kemudian dibersihkan dan digosok menggunakan pasta poles autosol sampai mengkilap kemudian menyiapkan alat etsa yang diperlukan yaitu : tabung reaksi, gelas ukur dan pipet. Kemudian bahan yang dipergunakan yaitu: Alcohol 98 , hf 2. d. 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 200 X.

3.3.2 Uji Tarik

Tujuan dilakukannya pengujian tarik adalah untuk mengetahui kemampuan bahan tersebut menahan beban maksimum dan sejauh mana material tersebut bertambah panjang. Pengujian tarik sudah mempunyai standar yang sesuai, yaitu standar E8 ASTM volume 3.

1. Set Up Pengujian Tarik

Gambar set up pengujian tarik dapat dilihat pada gambar 3.24. Gambar ini menerangkan nama dan kegunaan masing-masing bagian dari mesin uji tarik tensile test. 38 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Gambar 3.24 Set up pengujian tarik Adapun keterangan gambar 3.24 diatas adalah: a. Chuck berfungsi mengikat spesimen uji. b. Spesimen uji c. Hidrolik berfungsi menaik turunkan pencekam atas dan bawah. d. Alat penunjuk beban berfungsi menunjukkan beban pada waktu pengujian. e. Strain recorder berfungsi sebagai tempat diletakkannya kertas grafik. f. Panel control berfungsi sebagai alat yang menghidupkan dan mematikan mesin uji tarik. g. Motor yang berfungsi untuk menggerakkan mesin uji tarik.

2. Prosedur Pengujian

Adapun prosedur pengujian pada pengujian tarik adalah sebagai berikut: a. Mesin dihidupkan. b. Spesimen dijepit pada chuck. c. Kertas grafik diletakkan pada strain recorder. d. Jarum pada load dial gouge diletakkan pada angka nol dandiberikan beban pada spesimen hingga mencapai beban maksimum. e. Amati besarnya beban pada load dial gouge sewaktu melakukan pengujian. a b c d e f g 39 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA f. Setelah spesimen putus, maka pena pada strain recorder dilepaskan.

3.3.3. Uji Kekerasan

Pengujian kekerasan bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu material. Pengujian ini dilakukan di beberapa titik yang di indentasi setelah dilakukan penambahan fly-ash terhadap material Aluminium. sisa kemasan minuman kaleng. Pengujian kekerasan terhadap spesimen Aluminium coran menggunakan metode Brinell hardness test dan dilakukan di Laboratorium Ilmu Logam Teknik Mesin USU. Adapun prosedur yang dilakukan pada pengujian kekerasan hardness adalah sebagai berikut: 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 5 titik pada permukaan yang halus tadi dengan spidolpulpen. 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 15 detik. 7. Setelah 15 detik, katup pembuang dibuka dengan pelan. 8. Diameter indentasijejak 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. Proses uji kekerasan dapat dilihat pada gambar 3.25. 40 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Gambar 3.25 Uji Kekerasan 3.3.4. Uji Impak Pengujian impak dilakuan pada sampel uji dengan menggunakan metode charpy, pengujian impak dilakukan untuk mengetahui ketangguhan material MMC yang dinyatakan dalam energy joule yang diserap sampel uji pada saat pengujian. Adapun prosedur yang dilakukan pada pengujian impak adalah sebagai berikut: 1. Siapkan semua peralatan dan bahan yang digunakan. 2. Bersihkan permukaan kedua specimen dengan kertas pasir sampai halus. 3. Dimensi kedua specimen diukur. 4. Kedua specimen memiliki takikan yang berada di tengah specimen tersebut dengan sudut takikan 45 o , takikan berbentuk V dan kedalaman takikan 2 mm. 5. Letakkan salah satu specimen pada landasan Impact Tester dan disesuaikan letaknya dengan mal ukur. 6. Lakukan pengujian dengan palu pukulan menggunakan metode Charpy. Sudut pukulan awal 147 o dan beban 300 joule. 7. Catat sudut pemukulan akhir . 41 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

3.4 Diagram Alir

Tidak ya Proses Pembuatan MMC-Aluminium Fly ash, variasi 2,5,5,7,5,10,12,5 fly ash Analisa Data Kesimpulan Selesai Uji Kekerasan Uji Impak Uji Tarik Metallograpy Pengujian Spesimen Penyiapan Bahan Karakterisasi awal Bahan Penimbangan Pencampuran Bahan Penyiapan Alat Mulai Penyiapan Bahan Proses Studi Literatur Uji Komposisi Aluminium Uji Komposisi Palm Oil Fly ash 42 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Uji Komposisi 4.1.1 Pengujian Komposisi Palm Oil Fly Ash Pengujian komposisi palm oil fly ash yang berasal dari salah satu pabrik minyak kelapa sawit yang berada di daerah Lubuk Pakam, Deli Serdang dilakukan di laboratorium FMIPA Universitas Sumatera Utara dengan hasil diperlihatkan pada table 4.1, berikut ini : Tabel 4.1 Hasil uji komposisi palm oil fly ash sumber FMIPA SiO 2 FeO Al 2 O 3 CaO MgO Na 2 O SO 2 K 2 O Missing 70,36 3,18 10,55 1,12 0,44 0,60 2,95 2,89 7,91 Hasil pengujian komposisi palm oil fly ash di laboratorium FMIPA memperlihatkan bahwa komposisi utama terdiri dari SiO 2 , FeO, Al 2 O 3, dan pada pengujian dilakukan di FMIPA ini masih terdapat sekitar 7,91 elemen yang tidak terdeteksi, hasil ini jika dibandingkan dengan beberapa jurnal terdahulu relative sama yaitu pada tabel 2.2 Abdullah, K dan Hussin, 2010, perbedaan hanya berada pada persentasinya karena akan bergantung kepada dimana fly ash diambil.

4.1.2 Hasil Uji Komposisi Raw Material

Material yang digunakan sebagai matrik pada pembuatan Metal Matrix Composite MMC ini berasal dari aluminium A356 dengan komposisi sebagai berikut ; Tabel 4.2 Komposisi Aluminium A356 Al Si Fe Cu Mn Mg Zn Ni Pb Sn Other 92 7,5 0,15 0,002 0,01 0,09 0,01 0,004 0,001 0,02 Balance 43 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA