17 Gambar 2.4 Pembagian komposit berdasarkan jenis penguat widyastuti, 2009.
Setiap proses atau teknik tersebut memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Adapun kelebihan M
etal Matrix Composites
MMC adalah :
Kelebihan MMC : 1 Transfer tegangan dan regangan yang baik.
2 Ketahanan terhadap temperatur tinggi 3 Tidak menyerap kelembapan.
4Tidak mudah terbakar. 5 Kekuatan tekan dan geser yang baik.
6 Ketahanan aus dan muai termal yang lebih baik.
Kekurangan MMC : 1 Biaya mahal.
2 Standarisasi material dan proses yang sedikit.
Aplikasi
metal matrix composite mmc
pada kehidupan sehari-hari dan dalam dunia keteknikan, yaitu :
1 Komponen
automotive
blok-silinder-mesin,
pully
,poros gardan,dll
18 2 Peralatan militer sudu turbin,cakram kompresor,dll
3
Aircraft
rak listrik pada pesawat terbang 4 Peralatan Elektronik.
2.3 Silikon Karbida SiC
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. Silikon karbida merupakan salah satu material keramik non-oksida paling penting, dihasilkan pada skala besar dalam bentuk
bubuk
powder
, bentuk cetakan, dan lapisan tipis. Teknik untuk membentuk bubuk SiC menjadi bentuk keramik dengan menggunakan agen pengikat,
kemudian memberi pengaruh yang besar terhadap nilai komersial SiC. Sekarang ini, SiC merupakan salah satu material yang memiliki kegunaan yang besar dan
memiliki peranan penting dalam berbagai industri seperti industri penerbangan, elektonik, dan industri-industri komponen mekanik berkekuatan tinggi. Silikon
karbida SiC memiliki densitas sekitar 3.2 gcm³ dan memiliki temperatur sublimasi sekitar 2700 °C. Umumnya, industri metalurgi dan refraktori
merupakan pengguna SiC dalam jumlah paling besar Kirk dan Othmer, 1981. Aplikasi silikon karbida SiC dalam industri karena sifat mekaniknya
yang sangat baik, konduktivitas listrik dan termal tinggi, ketahanan terhadap oksidasi kimia sangat baik, dan SiC berpotensi untuk fungsi keramik atau
semikonduktor temperatur tinggi. SiC juga memiliki sifat-sifat penting sebagai berikut unggul tahan oksidasi, unggul tahan rayapan, kekerasan tinggi, kekuatan
mekanik baik, Modulus Young sangat tinggi, korosi baik dan tahan erosi serta berat relatif rendah. Material-material mentah SiC relatif murah, dan dapat dibuat
dalam bentuk-bentuk kompleks, dimana memungkinkan disiasati melalui proses fabrikasi konvensional. Hasil akhir mempunyai harga kompetitif disamping
menawarkan keuntungan-keuntungan teknis yang unggul dan berdaya guna lebih dari material - material penyusunnya Suparman, 2010.
Silikon karbida memiliki beberapa sifat – sifat fisik seperti yang
ditunjukkan pada tabel 2.3 berikut ini :
19
Tabel 2.3 Sifat - sifat fisik dari Silikon Karbida Property
Unit Typical Value
Composition -
SiC Grain Size
μm 4
– 10 Density
gcm3 3.10
Hardnees Knoop kgmm2
2800 Flexural Strengh 4 pt RT
MPa 380
x 10 3 lbin2 55
Flexural Strenght 3pt RT MPa
550 x 10 3 lbin2
80 Compressive strenght RT
MPa 3900
x 10 3 lbin2 560
Modulus of Elasticity RT GPa
410 x 106 lbin2
59 Welbull Modulus 2 Parameter
8 Poisson Ratio
0,14 Fracture Toughness RT
MPa x m12 4,60
Double Torsion SEN B x 103 lbin2 x in12
4,20 Coefficient of Thermal Expansion x 104 mmmmk
4,02 RT to 700 °C
x 104 inin °F 2,20
Maximum Service Temp. oC
1900 Air
oF 3450
Mean Specific Heat RT Jgmk
0,67 Thermal Conductivity RT
WmK 125,6
Btuft h °f 72,6
200 °C WmK
102,6 Btuft h °f
59,3 400 °C
WmK 77,5
Btuft h °f 44,8
Permeability RT to 1000 °C Impervious to gases over
31 MPa Electrical Resistivity RT
Ohm-cm 102 - 1011
1000 °C Ohm-cm
0.001 – 0.2
Emissivity 0,9
Sumber : Khairul Sakti 2009
Keramik SiC memiliki kuat tekan sebesar 4600 Mpa, dan koefisien ekspansi termal yang relatif rendah, yaitu: 4.51
– 4.73 μmm °C Sifat-sifat SiC merupakan sifat yang paling istimewa. Ketahanan SiC terhadap korosi
ditunjukkan dengan adanya abu batubara,
slag
asam, dan
slag
netral pada saat material tersebut diaplikasikan. Ketahanan panas SiC ditunjukkan dari suhu
pemakaian yang dapat mencapai 2200 – 2700 °C. Pada 1000 °C terbentuk lapisan
oksidasi berupa SiO2. Material SiC mempunyai ketahanan oksidasi di udara terbuka mampu mencapai suhu 1700 °C Peter,T.B, 1990.
20 SiC memiliki titik lebur yang tinggi sekitar 1415 °C sampai dengan 2830
°C yang dapat dilihat pada gambar 2.5 berikut ini :
Gambar 2.5 diagram
phase
dari SiC Tairov dan Tsvetkov 1988
Silikon Karbida termasuk dalam bahan keramik dan memiliki beberapa kelebihan yang digunakan dalam bidang industri dan otomotif. Kelebihan silikon
karbida dari jenis keramik yang lain yaitu tahan korosi, gesekan, dan memiliki temperatur yang tinggi. Berikut adalah aplikasi dari penggunaan bahan Silikon
Karbida yaitu :
1.
Furnace
Proses - proses industri kebanyakan selalu membutuhkan temperatur tinggi dan bahan yang tetap stabil pada temperatur dan kondisi lingkungan tertentu. Pada
kasus pembentukan logam diperlukan suatu bahan yang mampu bertahan pada sifat kimia yang korosif, temperatur, dan tekanan tinggi. Satu-satunya bahan
yang mampu memenuhi syarat diatas adalah bahan keramik seperti SiC.
21 2. Alat Penukar Panas
Alat penukar panas atau
heat exchanger
memiliki tujuan untuk menggunakan kembali panas yang merupakan buangan untuk memanaskan udara yang akan
digunakan untuk proses pembakaran. Dengan menggunakan bahan keramik dapat dihasilkan pengurangan bahan bakar yang digunakan sampai 50.
3. Bahan Abrasif
SiC merupakan bahan keramik yang juga bersifat abrasive sehingga dapat digunakan untuk berbagai keperluan industri seperti mengikis, menghaluskan,
membuat kasar ataupun memotong permukaan benda kerja.
4. Seal
Seal
adalah suatu alat untuk mencegah kebocoran pada dua permukaan material yang bersinggungan. Pemakaian
seal
biasanya banyak digunakan pada mesin- mesin yang bertemperatur dan bertekanan tinggi. Oleh karena itu, karateristik
material
seal
haruslah bertahan baik pada temperatur dan tekanan tinggi.
5. Ceramic Ball
C
eramic ball
biasanya digunakan pada
bearing, valve
, dan sebagai
grinding ball
pada temperatur dan tekanan yang tinggi. SiC merupakan bahan yang mampu memenuhi syarat diatas karena bahan SiC memiliki ketahanan terhadap
temperatur yang tinggi dan tahan terhadap tekanan yang tinggi.
6. Motor Bakar
Salah satu contoh penggunaan SiC dalam motor bakar adalah
turbine inlet guide vanes.
Komponen
turbine inlet guide vanes
digunakan untuk menghasikan aliran udara pendingin gas
turbine engine.
Pada penggunaan keramik SiC yang lebih tahan terhadap temperatur tinggi dapat membuat sistem
pendingin bekerja dengan baik bila dibandingkan dengan material lainnya. 7.
Elemen Panas Beberapa bahan keramik memiliki suatau derajat tingkat hantaran elektrik
terbatas dengan hambatan listrik tertentu. Pada saat listrik berusaha untuk
22 melewatinya, panas akan dihasilkan. Contoh keramik yamg dapat digunakan
elemen pemanas adalah SiC. Kirk dan Othmer, 1981.
2.4
Stir Casting
Stir casting
adalah proses pengecoran dengan cara menambahkan suatu logam murni biasanya aluminium dengan suatu unsur penguat, dengan cara
melebur logam murni tersebut kemudian logam murni yang sudah mencair tersebut diaduk-aduk secara terus menerus hingga terbentuk sebuah pusaran,
kemudian unsur penguat berupa serbuk tersebut dicampurkan sedikit demi sedikit melalui tepi dari pusaran yang telah terbentuk itu. Mesin
stir casting
dapat dilihat pada gambar 2.6 berikut ini:
Gambar 2.6 mesin
stir casting
Sebuah proses
stir casting,
bahan penguat didistribusikan kedalam logam paduan yang mencair dengan pengadukan mekanik.
Stir casting
dari
metal matrix composite
dimulai pada 1968, ketika S.Ray memperkenalkan partikel – partikel
alumina yang terdapat pada peleburan aluminium yang dicampur pada proses pencampuran
aluminium alloys
yang mengandung serbuk keramik pada proses pengadukan. Pengadukan mekanik dalam
furnance
adalah elemen kunci dari
23 proses ini. Proses pencampuran logam paduan dengan serbuk keramik dapat
digunakan pada
die casting
,
permanent mold casting
atau
sand casting
Komposit coran kadang – kadang dapat menurunkan porositas,
memperhalus mikrostruktur dan keseragaman distribusi dari proses penguatan logam paduan. Perhatian sekarang ini yang dihubungkan dengan proses stir
casting adalah terpisahnya partikel – partikel penguat dari logam paduan yang
disebabkan oleh permukaan atau keadaan dari partikel – partikel penguat selama
peleburan dan proses pengecoran. Distribusi terakhir dari partikel – partikel pada
saat pembekuan bergantung pada sifat – sifat material dan parameter – parameter
proses seperti kondisi cair dari partikel – partikel pada saat pencampuran,
kekuatan dari pengadukan,
density
, dan waktu pembekuan. Distribusi dari partikel – partikel pada saat pencampuran
matrix
bergantung pada
geometry
dari pengadukan mekanik, parameter pengadukan, letak dari pengaduk mekanik pada
saat pencampuran, temperatur peleburan dan karakteristik dari partikel yang ditambahkan.
Sebuah perkembangan yang menarik dalam
stir casting
adalah proses pencampuran dua langkah. Dalam proses ini material utama dipanaskan diatas
temperatur cairnya sehingga logam benar – benar tercampur. Campuran
kemudian didinginkan pada temperatur antara titik cair dan padat dan dan dijaga tetap pada sebuah temperatur tersebut . pada langkah ini, partikel
– partikel yang sudah dipanaskan di tambahkan dan dicampur. Hasil pencampuran dipanaskan
lagi ke bentuk cair yang sempurna dan dicampurkan secara menyeluruh PradeepSharma dkk 2011
. Ada beberapa keuntungan dari proses
stir casting
, diantaranya adalah : 1. Dapat memperoleh suatu material tertentu yang sulit dan tidak mungkin
didapatkan dengan proses lain memadukan suatu logam dengan suatu bahan penguat.
2. Proses
stir casting
mempunyai prospek yang sangat baik dalam bidang pekerjaan karena produk dari
stir casting
tersebut relatif lebih baik sifat mekaniknya bila dibandingkan dengan hasil-hasil
casting
yang lain.
24 3. Proses
stir casting
lebih ekonomis karena material paduan yang ditambahkan merupakan material sisa-sisa dari suatu produksi yang pada umumnya sudah
tidak dipakai lagi. 4. Dengan adanya proses pengadukan dalam
stir casting
maka hasil produk cor akan menjadi lebih baik. Karena memungkinkan gelembung-gelembung udara
yang terperangkap dalam logam cair selama proses penuangan untuk naik ke permukaan logam cair, sehingga cacat akibat terjebaknya udara dalam produk
cor dapat berkurang hashim 2001
.
2.5 Cetakan Pasir
Proses pembentukan benda kerja dengan metode penuangan logam cair ke dalam cetakan pasir
sand casting
, secara sederhana cetakan pasir ini dapat diartikan sebagai rongga hasil pembentukan dengan cara mengikis berbagai
bentuk benda pada bongkahan dari pasir yang kemudian rongga tersebut diisi dengan logam yang telah dicairkan melalui pemanasan
molten metals
. Cetakan pasir untuk pembentukan benda tuangan melalui pengecoran
harus dibuat dan dikerjakan sedemikian rupa dengan bagian-bagian yang lengkap sesuai dengan bentuk benda kerja sehingga diperoleh bentuk yang sempurna
sesuai dengan yang kita kehendaki. Bagian-bagian dari cetakan pasir ini antara lain meliputi :
1
.
Pola, mal atau model
pattern
2. Inti
core 3. Cope dan Drag,
4.
Gate dan Riser
Cetakan pasir merupakan cetakan yang paling banyak digunakan, karena memiliki keunggulan :
a. Dapat mencetak logam dengan titik lebur yang tinggi, seperti baja, nikel dan titanium
b. Dapat mencetak benda cor dari ukuran kecil sampai dengan ukuran besar c. Jumlah produksi dari satu sampai jutaan.
25 Ada beberapa syarat bagi pasir untuk cetakan yang harus dipenuhi agar
hasil coran tersebut sempurna, antara lain: 1. Kemampuan pembentukan
sifat ini memungkinkan pasir cetak bisa mengisi semua sisi dari ujung dan pola sehingga menjamin bahwa hasil coran memiliki dimensi yang benar.
2. Plastisitas Plastisitas bisa bergerak naik maupun turun mengisi rongga-rongga yang
kosong. Sifat plastisitas ini berkait erat dengan kandungan air pada pasir cetak yang bertindak sebagai pelumas sehingga memungkinkan pasir cetak mudah
bergerak antara satu dengan lainnya.
3. Kekuatan basah kekuatan ini menjamin cetakan tidak hancurrusak ketika diisi dengan cairan
logam ataupun ketika dipindah-pindahkan. Kekuatan ini tergantung pada jumlah dan jenis pengikat dari pasir cetak.
4. Kekuatan kering kekuatan ini diperlukan pada saat cetakan mengering karena perpindahan panas
dengan cairan logam. Kekuatan ini juga tergantung pada jumlah dan jenis pengikat.
5. Permeabilitas sifat ini memungkinkan udara dan uap atau gas-gas lain dari evaporasi air dan
pengikat. Jika bahan-bahan ini menempati rongga cetakan maka akan menjadi hasil pengecoran yang kurang baik terutama bila terjebak pada hasil coran yang
menjadikan cacat pada coran.
26 Gambar 2.7. Proses pembuatan cetakan Surdia.T, 1996.
Pasir cetak yang lazim digunakan dalam proses pengecoran adalah sebagai berikut:
1. Pasir Silika Pasir silika didapat dengan cara menghancurkan batu silika, kemudian disaring
untuk mendapatkan ukuran butiran yang diinginkan.
2. Pasir Zirkon Pasir Zirkon berasal dari pantai timur australia yang mempunyai daya yahan
api yang efektif untuk mencegah sinter
3. Pasir Olivin Pasir Olivin didapat dengan cara menghancurkan batu yang membentuk
2MgO, SiO2 dan 2FeO.SiO2. Pasir olivin mempunyai daya hantar panas yang lebih besar dibanding pasir silika. Simanjuntak dkk 2013
