Selanjutnya dilakukan penimbangan masing – masing bahan, dengan komposisi dalam persentase berat yakni 75 Cu, 15 Pb dan 10 Sn. Kemudian tanur kruss
crussible dipanaskan dengan bahan bakar minyak solar, pada suhu diatas 100
o
C selama 15 menit agar tidak terjadi kejutan pertambahan panas. Bahan yang pertama dimasukkan
adalah tembaga dalam jumlah yang kecil ke dalam tanur. Karena tembaga cenderung mengandung gas H
2
yang cukup banyak, maka sebelum dicairkan terlebih dahulu dipanaskan untuk menghilangkan gas tersebut. Lalu sisa tembaga yang ada dimasukkan
ke dalam tanur hingga mencair T = ± 1100
o
C, selanjutnya timah hitam dimasukkan ke dalam tanur ke dalam tanur. Kemudian setelah 15 menit ditambahkan timah putih, lalu
diaduk dari atas ke bawah dengan pengaduk khusus ● Penuangan logam cair ke dalam cetakan
Setelah semua logam sudah dilebur, maka kotoran – kotoran yang terapung dikeluarkan dan selanjutnya penuangan logam cair kedalam cetakan yang dilakukan
setelah temperatur mencapai 1130
o
C selanjutnya dibiarkan selama ± 1 hari. Tahapan temperatur peleburan dapat di lihat pada gambar 3.3 ,
T
o
C 1130
o
C penuangan logam cair ke dalam cetakan
1080
o
C Penambahan
Tembaga Pb dan Sn 32
o
C dicairkan lebih dahulu
0 30 45 60 t menit Gambar 3.3. Diagram peleburan CuPbSn
3.5. Temperatur Pemanasan Sampel
Universitas Sumatera Utara
Temperatur pemanasan sampel atau perlakuan panas untuk paduan logam CuPbSn ditunjukkan pada diagram alir pada gambar 3.4.,
- impact Charpy - kekerasan Brinnel
- kuat tarik - koefisien ekspansi thermal
-
analisa XRD
- analisa mikroskop meta - lurgy
Gambar 3.4. Diagram alir temperatur pemanasan dan pendinginan paduan logam CuPbSn dan pengujiannya
Temperatur pemanasan perlakuan panas dilakukan setelah sampel paduan CuPbSn
dibubut atau dibentuk sesuai dengan uji yang akan dilakukan.
3.6. Pengujian Sampel
Sampel paduan CuPbSn yang sudah dibubut akan di uji impact Charpy, kekerasan, kuat tarik, koefisien ekspansi termal, analisa struktur mikro dengan X – Ray Diffraction
XRD dan Mikroskop Metallurgy.
3.6.1. Impact Charpy Impact Test
Sampel paduan CuPbSn yang telah dibubut
Temperatur pemanasan perlakuan panas pada temperatur 200
o
C, 400
o
C dan 600
o
C selama 1 jam di dalam furnace
Pendinginan dalam media air dan furnace
Pengujian
Universitas Sumatera Utara
Ketangguhan atau ketahanan terhadap gaya kejut pada sampel paduan logam CuPbSn di uji dengan menggunakan Impact Tester metode Charpy seperti yang diperlihatkan
pada gambar 3.5 dan pengujiannya mengacu pada standar ASTM E 23 – 07.
Gambar 3.5. Impact Tester metode Charpy Spesimen memiliki ukuran ASTM E-23 55 X 10 X 10 mm dan takik pada bagian
tengah dengan sudut 45
o
dan kedalaman 2 mm, seperti yang diperlihatkan pada gambar III.6,
10 mm 55 mm 10 mm
Gambar 3.6. Spesimen pengujian impact Charpy
Proses uji impact adalah sebagai beikur : a. Bersihkan permukaan sampel dengan kertas pasir sampai halus dan karatnya hilang
Universitas Sumatera Utara
b. Takikan spesimen berada ditengah spesimen tersebut dengan sudut takikan 45
o
dan kedalaman 2 mm
c. Letakkan spesimen pada landasan Impact Tester dan disesuaikan letaknya dengan mal ukur
d. Lakukan pengujian dengan palu pukulan menggunakan metode Charpy, dengan sudut pukulan awal 147
o
dan beban 300 J e. Catat sudut pemukulan akhir
Besarnya nilai uji impact dari sampel paduan CuPbSn dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.1.
3.6.2. Kekerasan Brinell Hardness Test
Kekerasan paduan logam CuPbSn diuji dengan menggunakan Brinell Hardness Tester yang diperlihatkan pada gambar 3.7 dan pengujiannya mengacu pada standar ASTM E
10,
Gambar 3.7. Hardness Tester metode Brinell Bentuk dan ukuran spesimen diperlihatkan pada gambar 3.8,
Universitas Sumatera Utara
3 cm
0,5 cm Gambar 3.8. Spesimen pengujian kekerasan Brinell
Prosedur uji kekerasan adalah sebagai berikut : a. Permukaan benda uji terlebih dahulu dipoles hingga rata dan halus dengan
menggunakan alat poles. Amplas yang digunakan mulai dari ukuran kasar sampai ke yang paling halus untuk menghilangkan kotoran – kotoran dan korosi.
b. Spesimen diberi tanda 3 titik pada permukaan yang halus tadi dengan spidolpulpen c. Spesimen diletakkan pada landasan spesimen yang ada pada mesin Brinell
Hardness Tester d. Bola baja sebagai penetrator diset pada titik yang akan diuji dengan kondisi
bersinggungan bola baja hanya menyentuh titik e. Kemudian diberi beban dengan menggunakan handle hingga 1500 kg dan tahan
selama 15 detik f. Setelah 15 detik, katup pembuang dibuka dengan pelan
g. Diameter indentasi jejak bola baja diukur dengan menggunakan teropong untuk ketiga titik
h. Diameter yang diperoleh dikonversikan dengan nilai diameter dan beban dalam hal ini beban 1500 kg
Besarnya nilai kekerasan dari paduan logam CuPbSn dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.2.
Universitas Sumatera Utara
3.6.3. Kuat Tarik Besarnya kuat tarik dari paduan logam CuPbSn yang telah di bubut, diuji dengan
menggunakan Univesal Tensile Testing Machine yang diperlihatkan pada gambar 3.9 dan prosedur pengujiannya mengacu pada standar ASTM B208-58T,
Gambar 3.9. Universal Tensile Testing Machine Bentuk dan ukuran spesimen diperlihatkan pada gambar 3.10,
60 mm 16 mm
Gambar 3.10. Spesimen pengujian kuat tarik
Prosedur pengujian kuat tarik adalah sebagai berikut : a. Sampel berbentuk silinder diukur panjang dan diameternya, kemudian jepitkan
sampel sampel pada dudukan yang telah tersedia, berupa penjepit atas dan bawah pada alat yang dikendalikan dengan kontrol penjepit.
b. Sebelum pengujian berlangsung, alat ukur gaya terlebih dahulu dikalibrasi dengan jarum penunjuk tepat pada angka nol, selanjutnya atur tegangan supply dan putar
kontrol penjepit sehingga penjepit atas dan bawah bergerak bersamaan
Universitas Sumatera Utara
c. Dengan bergeraknya penjepit atas dan bawah, maka jarum penunjuk yang menunjukkan berat beban bergerak juga hingga pembebanan maksimum.
d. Dicatat berapa kgf pada saat benda menerima beban maksimum dan beban putus Besarnya kuat tarik maksimum dan elongasi dari paduan logam CuPbSn dapat dihitung
dengan menggunakan persamaan 2.3 dan 2.4 .
3.6.4. Koefisien Ekspansi Termal
Pengukuran koefisien ekpansi termal dilakukan dengan menggunakan alat Termo Mecanikal Analis TMA Shimadzu yang diperlihatkan pada gambar III.11 dan prosedur
pengujiannya mengacu pada standar ASTM E831 - 06,
Gambar 3.10. Termo Mecanikal Analis TMA Shimadzu Bentuk dan ukuran spesimen diperlihatkan pada gambar 3.12,
d = 0,5 cm t = 1 cm
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.12. Spesimen pengujian koefisien termal ekspansi Prosedur pengukurannya sebagai berikut :
a.Main swicht ON, TMA swicht ON dan tunggu selama 30 menit b.Ukur panjang sampel 10 mm – 15 mm dengan menggunakan jangka sorong dan
letakkan pada tempat sampel sampel holder c.Set Detector pada posisi TMA dan Thermocouple CA
d.Set program : mode UP dan rate 10
o
C menit e.Set Recorder :
- set pulpen temperature pada posisi nol pada kertas recorder - set tombol temperatur pada posisi 50 mV
- tentukan posisi pulpen TMA dan set 20 mV
- pilih chart speed yang diinginkan misal 5mm menit f.Set start temperatur 3
o
C dibawah temperatur awal dan set limit temperatur sesuai temperatur percobaan
g.Swicht ST By ON h.Swicht start ON
i.Amati perubahan yang terjadi pada chart recorder Dari grafik pada chart recorder akan diperoleh pertambahan panjang
ΔL serta melalui persamaan II.5 dapat ditentukan nilai koefisien ekspansi termal paduan logam CuPbSn.
3.6.5. Analisa Struktur Mikro
Analisa struktur mikro dilakukan dengan menggunakan X-Ray Diffraction XRD dan Mikroskop metalurgi. Perubahan struktur kristal untuk sampel – sampel yang tanpa
Universitas Sumatera Utara
dan diberi temperatur pemanasan dianalisa komponen – komponen yang terbentuk dengan menggunakan diffraksi sinar-X XRD. Untuk mengetahui mikrostruktur
digunakan observasi dengan mikroskop metalurgi. 3.6.5.1. X Ray Diffraction XRD
Analisa struktur kristal diperlukan untuk mengetahui perubahan fase struktur bahan dan dilakukan dengan menggunakan metode difraksi sinar – X XRD. XRD adalah suatu
peralatan yang dapat memberikan data – data difraksi dan besar kuantitas intensitas difraksi pada sudut – sudut dfraksi 2
θ. Secara umum prinsip kerja XRD dapat diperlihatkan pada gambar 3.13,
C D
θ 2
θ E
F
Gambar 3.13. Skema alat uji XRD Smallman,R.E.,1991
Pada prinsipnya prosedur kerja XRD adalah : 1. A adalah generator tegangan tinggi yang berfungsi sebagai catu daya sumber sinar-x
B. 2. Sampel C diletakkan pada tatakan D yang dapat diputar.
3. Sinar – X dari sumber B didifraksi oleh sampel menjadi berkas sinar konvergen yang terfokus dicelah E, kemudian masuk ke alat pencacah F.
A B
G
H
Universitas Sumatera Utara
4. D dan F dihubungkan secara mekanis. Jika F berputar sebesar 2 θ maka D akan
berputar sebesar θ.
5. Intensitas difraksi sinar – X yang masuk dalam alat pencacah F di konversikan dengan alat kalibrasi G dalam signal tegangan yang sesuai dan direkam oleh alat
rekam H dalam bentuk kurva. Dari pengujian ini diperoleh grafik hubungan sudut 2
θ dengan intensitas pola struktur dari berbagai puncak. Nilai – nilai d yang telah dihitung dicocokan dengan nilai – nilai d
pada ICDD yang sesuai dengan komponen – komponen kristal yang terbentuk pada file material paduan logam CuPbSn.
3.6.5.2. Mikroskop Metallurgi
Mikroskop metallurgi sangat cocok untuk mengamati permukaan objek non- transparan. Mikroskop ini dilengkapi dengan stage vertikal, plan akromatik objektif dan
teropong pengamatan dengan medan yang luas, seperti yang diperlihatkan pada gambar 3. 14. Mikroskop ini sangat ideal dalam penelitian metalltograpi, mineralogi, penelitian
saintis, dll.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.14. Mikroskop Metallurgi Mekanisme alat ukur Mikroskop dapat dijabarkan sebagai berikut :
1. Permukaan sampel dihaluskan dengan kertas pasir seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.15,
Gambar 3.15. Penghalusan permukaan sampel paduan logam CuPbSn Selanjutnya sampel di etcha sesuai dengan ASTM E407 – 7, untuk paduan logam
CuPbSn menggunakan : - 25 gr FeCl
- 25 mL HCl - 100 mL etanol
2. Setelah dietcha, sampel diletakkan pada stage mikroskop dan diberi pencahayaan yang sudah diatur.
3. Gambar yang dihasilkan dapat dilihat pada eyepiece mikroskop dan dapat juga melalui bantuan komputer yang sudah di instal.
4. Pemotretan dilakukan setalah dilakukan pengetesan pada bagian tertentu, dari objek dan perbesaran yang diinginkan
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pemaduan logam CuPbSn telah dibentuk dengan komposisi berat 75Cu15Pb10Sn dengan menggunakan bahan bakar minyak dalam tanur kruss crussible. Temperatur pemanasan
pada sampel dilakukan pada 200
o
C, 400
o
C dan 600
o
C masing – masing dengan waktu tahan holding time selama 1 jam serta dilanjutkan dengan pendinginan melalui media
air dan didalam furnace. Karakterisasi yang dilakukan pada paduan logam CuPbSn, yaitu impact charpy,
kekerasan, kuat tarik , perpanjangan elongation, analisa struktur mikro dengan X-Ray Diffraction XRD dan Mikroskop Metalurgi.
4.1. Impact Charpy
Hasil pengamatan uji impact Charpy dari paduan logam CuPbSn dengan temperatur pemanasan dan pendinginan melalui media air dan didalam furnace diperlihatkan seperti
pada gambar 4.1. Dari gambar 4.1 dapat terlihat bahwa dengan penambahan temperatur pemanasan diperoleh nilai impact Charpy dari paduan logam CuPbSn cenderung
meningkat. Hal ini tidak terlepas dari struktur paduan ketika diberi perlakuan panas. Atom Sn yang bersenyawa dengan Cu dan atom Pb akan larut, berdifusi dan
mengelompok dengan peningkatan temperatur, apalagi pada temperatur 400
o
C dan 600
o
C, mengakibatkan pergerakan dislokasi sehingga terjadi peningkatan kekuatan paduan.
Universitas Sumatera Utara
2 4
6 8
10 12
14 16
18 20
200 400
600 800
Suhu C Im
p a
c t C
h a
rp y
J
pemanasan dengan pendinginan media
air pemanasan dengan
pendinginan dalam media furnace
Gambar 4.1. Hubungan antara temperatur pemanasan terhadap impact Charpy dari paduan logam CuPbSn
Nilai impact Charpy paduan logam CuPbSn tanpa temperatur pemanasan diperoleh
8,71 J sedang melalui temperatur pemanasan dengan pendinginan media air diperoleh berkisar 10,5 J – 13,24 J dan pendinginan dengan furnace diperoleh berkisar 13,70 J –
17,52 J. Berdasarkan sumber matweb nilai impact charpy untuk kategori Bronze dengan
komposisi 55 – 100 Cu; 0,0007 – 26 Pb dan 0,02 – 13 Sn berkisar 2,70 J – 88,0 J. Dari data sumber, dapat dikatakan bahwa nilai Charpy paduan logam CuPbSn baik tanpa
temperatur pemanasan atau dengan pemanasan masih dapat dipakai pada bushing. 4.2. Kekerasan Brinell Hardness Test
Hasil pengamatan kekerasan, BH dari paduan logam CuPbSn dengan pemanasan dan pendinginan melalui media air dan di dalam furnace, diperlihatkan seperti pada gambar
4.2. Dari gambar tersebut, nilai kekerasan BH paduan logam CuPbSn tanpa temperatur pemanasan diperoleh 58,07 kgmm
2
, sedang yang melalui temperatur pemanasan dengan pendinginan media air diperoleh
Universitas Sumatera Utara
56 58
60 62
64 66
68 70
200 400
600 800
Suhu C K
e ker
as an
B H
kg m
m
pemanasan dengan pendinginan media
air pemanasan dengan
pendinginan dalam media furnace
Gambar 4.2. Hubungan antara temperatur pemanasan terhadap kekerasan,BH dari paduan logam CuPbSn
berkisar 58,07 kgmm
2
– 64,6 kgmm
2
dan pendinginan dengan furnace diperoleh berkisar .61,9 kgmm
2
– 69,1 kgmm
2
. Dari hasil tersebut secara umum dapat dinyatakan bahwa korelasi suhu dan kekerasan ,BH adalah berbanding lurus yang berarti nilai
kekerasan,BH cenderung naik dengan kenaikan suhu. Hal ini juga disebabkan larutnya Sn ke kisi Cu dan berdifusinya Pb serta terperangkap dalam batas butiran sehingga adanya
pergerakan dislokasi selama pemanasan yang mengakibatkan peningkatan kekerasan paduan.
Berdasarkan data
a b
c
Standard brass bronze casting alloys nilai kekerasan BH
untuk kategori sebagai bushing dengan komposisi 70 – 85 Cu, 7 – 25 Pb dan 5 – 10 Sn berkisar 40 BH – 70 BH. Dengan demikian nilai kekerasan dari penelitian dapat
dikatakan masih memenuhi standar sebagai bushing.
4.3. Kuat Tarik