Studi Eksperimental Pengaruh Type Gating System Terhadap Mechanical Properties Dan Mikrostruktur Pada Pengecoran Aluminium A356 – SiC Menggunakan Metode Stir Casting

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH

TYPE GATING SYSTEM

TERHADAP

MECHANICAL PROPERTIES

DAN

MIKROSTRUKTUR PADA PENGECORAN ALUMINIUM 356

–

SiC MENGGUNAKAN METODE

STIR CASTING

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

DISUSUN OLEH : ABDUL RAHMAN

100401019

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

STUDI

_{EKSPERIMENTAL PENGARUII}

_TYPE

_GATING

SYSTEM

TERHADAP MECHANICHAL

PROPERdTTS

DAN

MIKROSTRUKTUR PADA

PENGECORAN

ALUMIMUM

356

-

SiC

MENGGUNAKAN METODE

STIR

CASTING

ABDUL

RAE}Ifu\

100401019

Telah _{Diperbaiki/Diperiksa dari Hasil Seminar Skripsi} Periode KeS2{rPada Tanggal30 September 2015

Telah disetujui oleh Pembimbing

ffi,"'*l

Suprianto. ST. MT.

STUDI

EKSPERIMENTAL PENGARUH

TYPE

GATING

SYSTEM

TERHADAP

MECHANICIUL

PROPERTIES

DAN

MIKROSTRUKTUR

PADA PENGECORAN

ALUMINTTIM

356.

SiC

MENGGUNAKAN METODE,STIft

CASTING

ABDI]L RAHMAN 100401019

Telah DiperbaikilDiperiksa dari Hasil Seminar Skripsi

Periode KeS}4rPada Tanggal30 September 2015

Ir. Tueiman. MT

EI/AI,SASI

_{SEMINAR SKRIPSI}

DEPARTEIUENJEKNIK

_{MESIN .FAKULTAS}

_TEKMK

_USU

PERIODE KE-. UJ*,..IIARI/TANGGAL

_:

_{.,19...YJ1Wfu}

_.?!5...

l

KANDIDAT I

NilnaNIM

Tugas Surjana Judrd Tugas Sarjana

filln

Dosea Peiribimbing

Dosen Pembanding

'i:' :

Penilaian Terhadap Semirtar Skripsi.Mahasiswa tersebut adalah :

I,CATATAN I{ASIL SEI{I}IAR. 1. Judul

2. Sistematika

3. Bahas4/Tulisan 4. Materi yang dikoreksi

AMUL

Qahwn

Memenuhi / Perlu perbaikan *) Memenuhi / Perlu Perbaikan *) Memenuhi / Perlu perbaikan *)

khep

5,Gambar

II.SETELAH SE}{INAR DIDISKUSIKA}I DAN EVALUASI ANTARA DOSEN PEMBA}IDING

DAN DOSEN PEMBIMBING, MAKA HASILSEMINAR ADALAH :

/A

Dapat langsung *eogitoti Sidang Skripsr.

!

O ;:#[Hff

sebagian catatan seminar dan akan dibimbing oteu posen Pembanding sebelum

'

_3'

_{Pgrlu pe$aikan}

yang menrJasar dan akan dibimbing qleh Dosen Pemban{ing setelah terlebih

dahulu melalui timbingan ulang dari Dosen pembimbing.

t

/F/aor

F*diog,

Dosq4 Pembimbing,

ffila*/

,fffi*."n.6..w.;..,.

,/

l,f 'Turirnwr

,

ur

tahuioleh:

EVALUASI

_{SEMINAR SKRIPSI}

DEPARTE}IETV

_TEKMK

_MESIN

_AKUT,TAS

_TEKI\IK

USU

PERTODE

KE-.

_{.fika,genlmANcGAl}

r,,,3.d.W,/y.{..

KANDIDAT _I

Nacu1}.IIM

Tugas Sarjana

,

Iudul Tirges Sarjaua

DosenPetuibimbirrg Dosen PembaodirLg

'i:' :.

Pgnilaian Terhada'p _{Seminm Slaipsi.Mahasiswa tersebut adalah}

:

1. Dapat larigsung

mengikuti Sidane Skripsi.

)

O

Perlu perbaikan sebagian catatan seminar dan akan dibimbing oleh Dosen pembanding sebelum

/

_{Sidang Skripsi.}

3'

Perlu perbaikan yang _{menrJasa dan akao dibimbing oleh Dosen Pemban{ine setelah terlebih} dahulu _{melnlui bimbingan ulang dari Dosen} pembimbing.

I,CATATAN _{HASIL sE\,{u\{AR"}

1.

Judul

_{: Ulenienuhi dqoperbaikan *)}

2.

Sisternatika

_{: V1emenuh.i}

dUr"r;;;

-;

3.

Batras4/Tulisan

_{: Memenuhi}

_&r:"*;orft*

-;

4. Materi yang _dikoreksi

5,Gambar

II.SETELAH SE}'{II.IAR DIDISKUSIKAN DAN EVALUASI _{ANTARA DosEN PEMBA}{DING}

DAN DOSEN IPEMBIMBINC}, _{MAKA HASILSEMINARADALA}I :}

'ffi[,";flo*'

ili[*wi,

rr:ur

etahui oleh:

Medan,

ABSENSI

PEMBANDING

BEBAS

MAHASISWA

PADA SEMINAR SKRIPSI MAHASISWA

DEPARTEMEN

TEKNIK

MESIN FT

USU

NAMA NIM

PERIODE

Hr{RYTANGGAL

,l

824

Rabu / 30 September 2015

Abdul Rahman

100401019

Medan, 30 September 2015 Ketua Seminar,

ffitol

Suprianto.ST.MT

NIP. 197909082008 12 100 1

NO NAMA MAFIASISWA

/NIM

TANDA TANGAN

A

t

H"*l

eu,,rr^h

/

l-

I

a.

hU,

_Nt\qontcr

''i''

r

M

3 Yl.

l"zu"ldt

s

{

W

{

_W

_Buq;

_(,,e

_fi""r,a^

.

-frrr/

STI]DI EKSPERIMENTAL PENGARUH TYPE GATING SYSTEM

TERTIADA" MECHANICAL PROPERTIES DAN MIKROSTRTTKTUR PADA

PENGECORAN ALTIMINIUM 356

_-

SiC MENGGUNAKAN METODE STIR

CASTING

ABDUL RAHMAN

100401019

Diketahui / Disahkan :

Dtpartemen Teknik Mesin

Fakultas teknikUSU

Disetujui Oleh:

Dosen Pembimbing,

&t(lp"*-1

Suprianto. ST.MT

NIP. I 97909082008121001 ^

DEPARTtr,\,{EN TEKNIK FAKUL,'i"AS ]'EKNIK

h{[D,4N

Iv{ESIN

tisli

2265 I TS

lil

I 07 ,i 2t)15i 201 5

T{.1c4$

sA&r4Ng

: AItDtiL R,{HS{AN

:10{}40101q

:l)[NGECO]tA]'j Lt)fiAM

: _{l.akukan Studi Eksperimental Pengaruh I':,pe}

{-' irri ing

^\},,.r-rr#}'f*rhadap l,.{schanic*l 1)r"opart it:s

llan

ir4lkr*str*ktur Pada Pengecomn Ah-rminiuni

356

SiC menggunakan h,ietode Stu"{ttstrng.

[,tntr:k itu :

1.

Sebi:lr:mnv;i iakukan pelrl-Tuatau pala cetakan

pasir dan lanjutkan proses pengecorati dengan 3

l.y'lttt gi;l{tn1g

2.

L,akulian pengujian keksr$-r*n, prngu.jian impak, pengu.lian rnikro :truktur terhadap sampel hasil c0ran.

;.

Lakukar: p*ngujian _{k*kasarari ciar ketaltarla* ails}

:

15 .luii 2015

:

l8 Sept*r.ntrer2015

MEDAI'I" tr5 iuii 2015.

IX}SEN I}F,MBIMBINC,

ffitu**

{

Sqpri€r+t0,.ST.il{J

NIp. t 979fi90S2S08I 21 001

AGENDA

DITERIMA TGI,

PA[iAF

I'iAh4A

t'* I Lrl

MA'IA PEI-.{JARi\N

SI,F,STTIKASI

DIBERIKAN TT\N$CAL

SBt.lrSAI TANGfiAi.

KT:TUA

RTITMEN TEKNIK &{ESiN"

qbr

-\a-1

^rrrrtr

)f,

,,ffi

ii/

mr

,[tri

rIilHa

fi(lrh, uESm

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK USU

MEDAN

KARTT] BIMBINGAN

TUGAS

_SARJANA

hIAHA

SISWA

No : 2265

ITS 12015

Sub. Prograrn Studi Bidang Tugas Judul Tugas

Diberikan tanggal Dosen Penrbimbing

:

Proses Produksi

:

PengecoranLogam

.

Studi Eksperimental Pengarub Type Gating System Terhada p _{Mechanicetl Properties} Dan Mikrostru ktu

r

Pada Pengecoran Aluminium 356

_-

Sic Menggunakan Metode Stir Casting

: 15 Juli

2015

Selesai

Tgl

: 23 Sept 2015

: Suprianto,

ST.MT

Nama

Mhs

: Abdul Rahman

NrM

. 100401019

CATATAN:

1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada Dosen Pe.mbimbin g setiap Asi stensi

2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi

3. Kartu im harus dikenrbalikan ke

Departemen, bila kegiatan Asistensi Telah selesai.

"

Diketahui,

KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

ilt

Kegiatan Asistensi Bimbingan fulenerima Spesifikasi T

n Pembimbi 15-07-20t 5

l7-47-2Ats Studi Literatur dan Pencarian Referensi Asistensi Bab I dan tsab II

Asistensi Perbaikan Bab I dan Bab II Asistensi Bab

lll

Asistensi Perbaikan Bab III

s

i3l -08-20r s

08-2015

1 2-08-20 I 5 Asistensi Hasil Pensuiian Impak" Kekerasan

Asrstensi Hasil Pengujian

Mikrostruktur

Keausan dan Asistensi Bab IV

19-08-2015 5-08-20 r 5

1-08-2015 Asistensi Perbaikan Bab IV

t 0-09-2015 Asistensi Bab V dan Daftar Pustaka

I4-09-20

l5

lAsistensi ikan Bab V dan Daftar Pustaka

Asistensi keseluruhan 1-09-2015

3-0q-2015 ACC Seminar

6uF*Jrusu

ansvah Isranuri

r#,

3t

i

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT, Tuhan Yang Maha Esa. Tiada daya dan kekuatan selain dari-Nya. Shalawat dan salam kepada Rasulullah Muhammad SAW. Alhamdulillah, atas izin-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Skripsi ini adalah salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan Program Studi Strata-1 di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun Skripsi ini diambil dari mata kuliah Teknik Pengecoran Logam dengan judul “Studi Eksperimental Pengaruh Type Gating System Terhadap Mechanical Properties Dan Mikrostruktur Pada Pengecoran Aluminium A356 – SiC Menggunakan Metode Stir Casting”

Dalam penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan, motivasi, pengetahuan, dan lain-lain dalam penyelesaian skripsi ini.Penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur, serta bimbingan dan arahan dari Bapak Ir. Tugiman, MT sebagai Dosen Pembimbing.

Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Orang tua saya tercinta, Ayahanda Ahmad Syafwan dan Ibunda Nila Wati serta kakak, abang, dan adik - adik saya ( Rahmatul Hijrah S.Pd, Ahmad Satriadi, SE, Ifandri dan Rahmi Siska Sari ) dan juga abang ipar saya ( Arifdal Alamsyah Lubis ) yang telah membesarkan penulis, membimbing, memberikan kasih sayang, memberikan nasehat memberikan perhatian baik spiritual maupun material serta semangat yang begitu besar kepada penulis mulai awal kuliah hingga penyelesaian skripsi ini.

2. Bapak Suprianto, ST. MT Dosen Pembimbing Skripsi yang telah meluangkan waktu dan pikiran serta kesabaran dalam membimbing dan mengajar penulis untuk menyelesaikan skripsi ini.

3. Bapak Ir. Tugiman, MT yang banyak memberi arahan, bimbingan, motivasi, nasehat, dan pelajaran yang sangat berharga selama proses penyelesaian skripsi ini.

ii 4. Bapak Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri sebagai Ketua Departemen Teknik Mesin

USU dan Bapak Ir. M Syahril Gultom, MT. sebagai Sekretaris Departemen Teknik Mesin USU.

5. Seluruh Staf Pengajar DTM FT USU yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai administrasi DTM FT USU, juga kepada staf Fakultas Teknik.

6. Teman satu tim ( Rama Sanjaya ) yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk bergabung dalam penyelesaian tugas sarjana ini.

7. Seluruh rekan - rekan mahasiswa Departemen Teknik Mesin USU Angkatan 2010, khususnya ( Chandra Andrika, Rama Sanjaya, Nursuci Adek) yang banyak memberikan motivasi kepada penulis dalam menyusun skripsi ini, atas masukan dan bantuannya dalam menyelesaikan skripsi ini.

Penulis sadar bahwa skripsi ini masih belum sempurna dikarenakan keterbatasan penulis. Untuk itu penulis tetap mengharapkan saran dan kritik yang sifatnya membangun untuk kesempurnaan skripsi ini.

Akhir kata penulis berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi siapa saja yang membaca, baik sebagai bahan masukan ataupun sebagai bahan perbandingan.

Medan, September 2015 Penulis

Abdul Rahman NIM. 10 04 01 019

iii

ABSTRAK

Metal Matrix Composite merupakan material yang banyak digunakan di bidang teknik dikarenakan kekuatannya cukup baik, kekuatan ini dipengaruhi oleh elemen penyusun dari komposit tersebut juga mikrostruktur yang terbentuk. Pembuatan Komposit menggunakan metode pengecoran dapat menghasilkan distribusi elemen – elemen penyusun komposit yang tidak homogen, kehomogenan mikrostruktur ini di pengaruhi oleh banyak faktor diantaranya metode pengecoran, jenis cetakan juga gating system. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh type gating system terhadap struktur mikro dan kekerasan. Penelitian ini dilakukan dengan memvariasikan tiga type gating

dengan temperatur tuang 735°C pada pembuatan komposit menggunakan Aluminium A356 sebagai matrix diperkuat SiC. Hasil Pengujian kekerasan memperlihatkan bahwa kekerasan yang paling tinggi di dapat pada gating type C sebesar 52,192 BHN. Untuk nilai impact tertinggi didapat pada gating C yaitu sebesar 0,235 dan nilai impact terendah diperoleh pada gating C yaitu sebesar 0,228. Daa hasil uji kekasaran memperlihatkan bahwa permukaan yang paling kasar terlihat pada gating C yaitu sebesar 0,50 μm. Hasil dari laju kehausan memperlihatkan bahwa laju keausan paling besar terjadi pada gating A yaitu sebesar 3,310 mm³/s secara teori dan secara eksperimen sebesar 1,126 mm³/s dan hasil pengujian mikrostruktur memperlihatkan bahwa dari ketiga type gating. Gating C lebih sedikit cacat porositas dibanding A dan B. pengujian kekerasan memperlihatkan bahwa gating B memiliki kekerasan paling tinggi pada bagian tengah coran yaitu sebesar 52,581 BHN.

Kata Kunci : Metal Matrix Composite, Gating System, Mechanical Properties

iv

ABSTRACT

Metal Matrix Composite is a material that is widely used in engineering because of its good strength, is influenced by the constituent elements of the composite also by formed microstructur. Manufacture of com posites using the casting method can produce a distribution of elements - a constituent element of the composite is not homogeneous, microstructural homogeneity is influenced by many factors, including the method of casting, the type of mold also gating system. This study aims to determine the effect of type of gating system on the microstructure and hardness. This research was conducted by varying the gating with three types of castings temperature 735 ° C in the manufacture of composites using Aluminium A356 as a matrix reinforced SiC. Test results showed that the hardness of violence highest in the gating can type C of 52.192 BHN. The highest value obtained for the impact on the gating C is equal to 0.235 and lowest impact values obtained in gating C is equal to 0.228. DAA test results show that the surface roughness of the most rugged looks at gating C is equal to 0.50 lm. Results from thirst rate showed that the wear rate is greatest at the gating A is equal to 3.310 mm³ / s theoretically and experimentally for 1,126 mm³ / s, and the test results show that the microstructure of a third type of gating. Gating C less than the porosity defects A and B. The hardness testing shows that gating B has the highest hardness in the central part of castings in the amount of 52.581 BHN.

Keywords : Metal Matrix Composite, Gating System, Mechanical Properties,

v

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... ...i

ABSTRAK ...iii

ABSTRACT ...iv

DAFTAR ISI ... ..v

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... .xi

DAFTAR LAMPIRAN ...xii

DAFTAR NOTASI ...xiii

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... .1

1.2. Perumusan Masalah ... .2

1.3. Tujuan Penelitian ... .2

1.4. Batasan Masalah... .3

1.5. Manfaat Penelitian...3

1.6. Sistematika Penulisan... .4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Aluminium ... .5

2.1.1. Sifat – Sifat Mekanik Aluminum...6

2.1.2. Macam – Macam Paduan Aluminium...9

2.2. Metal Matrix Composite. ... 16

2.3. Silikon Karbida ( SiC ) ... 18

2.4 Stir Casting...22

2.5. Cetakan Pasir...24

2.6 Jenis – Jenis Keausan...27

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu...30

3.2. Bahan dan Alat Penelitian ... 30

3.2.1.Bahan Penelitian ... 30

3.2.2.Alat Penelitian ... 32

vi

3.3.1. Proses Pengecoran Logam...41

3.3.2. Pengujian Kekerasan ( Hardness Test )...41

3.3.5. Pengujian Getas ( Impact Test )...42

3.3.6. Pengujian Kekasaran ( Roughness Test ) ...43

3.3.7. Pengujian Keausan ( Wear Test )...43

3.3.8. Pengujian Metalografi ( Metallography Test )...44

3.4 DiagramAlir ...45

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Uji Komposisi...46

4.2. Hasil Pengecoran Type Gating Sysytem...47

4.3. Hasil Pengujian Kekerasan ( Hardness Test )...48

4.5. Hasil Pengujian Getas ( Impact Test )...51

4.6. Hasil Pengujian Kekasaran ( Roughness Test ) ...54

4.7. Hasil Pengujian Keausan ( Wear Test )...56

4.8. Hasil Pengujian Metalografi ( Metallography Test )...71

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan...74

5.2. Saran...75

DAFTAR PUSTAKA...76 LAMPIRAN

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Diagram fasa Al-Si ...9

Gambar 2.2 Daerah Diagram Fasa Al-Si...10

Gambar 2.3 (a) Struktur mikro paduan hypoeutectic. (b) Struktur mikro Paduan eutectic. (c) Struktur mikro paduan hypereutectic...11

Gambar 2.4 Pembagian komposit berdasarkan jenis penguat...17

Gambar 2.5 diagram phase dari SiC...20

Gambar 2.6 mesin stir casting...22

Gambar 2.7 Proses pembuatan cetakan...26

Gambar 2.8 Jenis – Jenis Sistem Saluran ...27

Gambar 2.9 Sprue Tegak Lurus...28

Gambar 2.10 Ukuran Pengalir ...28

Gambar 2.11 Saluran Pengalir dengan Jebakan Kotoran...29

Gambar 2.12 Ukuran Gate...29

Gambar 2.13 Macam – macam Gate...29

Gambar 2.14 Ukuran Panjang Gate yang Baik...30

Gambar 2.15 Pengujian keausan dengan metode pin on disk...31

Gambar 3.1 Aluminium 356 (Ingot)...34

Gambar 3.2 Silikon karbida (SiC)...34

Gambar 3.3 Cover Fluks...35

Gambar 3.4 Arang kayu Laut...35

Gambar 3.5 Mesin Gerinda Tangan...36

Gambar 3.6 Ragum...36

Gambar 3.7 Termokopel type- K...37

Gambar 3.8 Mesin Stir Casting...37

Gambar 3.9 Krusibel...38

Gambar 3.10 Desain Silinder ...38

Gambar 3.11 Pola gating system type A...39

Gambar 3.12 Pola gating system type B ...39

viii Gambar 3.14 a) Cetakan Pasir bagian atas

b) Cetakan Pasir Bagian Bawah...40

Gambar 3.15 Mesin Bubut...41

Gambar 3.16 Mesin Gergaji...41

Gambar 3.17 Pin on disk...42

Gambar 3.18 Brinell Hardness Tester...42

Gambar 3.19 Impact Tester...43

Gambar 3.20 Surface Roughness Tester...43

Gambar 3.21 Mikroskop optik...44

Gambar 3.22 Polishing machine...44

Gambar 3.23 Diagram alir penelitian...45

Gambar 4.1 (a) Hasil pengecoran gating type A (b) Hasil pengecoran gating type B (c) Hasil pengecoran gating type C...50

Gambar 4.2 (a) Spesimen uji kekerasan sebelum diuji. (b) Spesimen uji kekerasan yang sudah diuji ...51

Gambar 4.3 Grafik Type gating Vs Kekerasan...52

Gambar 4.4 Grafik Type gating Vs Kekerasan...53

Gambar 4.5 (a) Spesimen sebelum diuji. (b) Spesimen sudah diuji...54

Gambar 4.6 Sampelpenampang patahan impact pada type gating A...54

Gambar 4.7 Sampelpenampang patahan impact pada typegating B...55

Gambar 4.8 Sampelpenampang patahan impact pada type gating C...55

Gambar 4.9 Grafik Type Gating Vs Energi yang diserap...57

Gambar 4.10 Grafik type gating Vs nilai impak...58

Gambar 4.11 Spesimen Uji Kekasaran...58

Gambar 4.12 Nilai kekasaran vs type gating...59

Gambar 4.13 Spesimen sebelum di uji keausan...60

Gambar 4.14Spesimen sudah di uji keausan...60

Gambar 4.15 Lebar jejak untuk aluminum 356 diperkuat SiC pada gating type A (Pembesaram50x)...61

Gambar 4.16 Kedalaman jejak bahan aluminum 356 diperkuat SiC pada gating type A (pembesaran 50x) ...61

ix Gambar 4.17 Lebar jejak untuk aluminium 356 diperkuat SiC pada

gating type B (pembesaran 50x) ...63

Gambar 4.18 Kedalaman jejak bahan aluminum 356 diperkuat SiC pada

gating type B ( pembesaran 50x)...63 Gambar 4.19 Lebar jejak untuk aluminium 356 diperkuat SiC pada

gating type C ( pembesaran 50x) ...65 Gambar 4.20 Kedalaman jejak bahan aluminum 356 pada

gating type C ( pembesaran 50x )...65 Gambar 4.21 Skematis spesimen hasil uji keausan...70 Gambar 4.22 Grafik laju keausan vs Type Gating...74 Gambar 4.23 Gambar 4.23 Foto mikro type gating A1

(pembesaran 50x dan 100x)...75 Gambar 4.24 Gambar 4.23 Foto mikro type gating A2

(pembesaran 50x dan 100x)...75 Gambar 4.25 Gambar 4.23 Foto mikro typegating A3

(pembesaran 50x dan 100x)...75 Gambar 4.26 Gambar 4.23 Foto mikro type gating B1

(pembesaran 50x dan 100x)...76 Gambar 4.27 Gambar 4.23 Foto mikro type gating B2

(pembesaran 50x dan 100x)...76 Gambar 4.28 Gambar 4.23 Foto mikro typegating B3

(pembesaran 50x dan 100x)...76 Gambar 4.29 Gambar 4.23 Foto mikro type gating C1

(pembesaran 50x dan 100x)...76 Gambar 4.30 Gambar 4.23 Foto mikro type gating C2

(pembesaran 50x dan 100x)...77 Gambar 4.31 Gambar 4.23 Foto mikro typegating C3

x

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sifat - sifat fisik aluminium...8

Tabel 2.2. Kandungan Si terhadap temperatur titik beku paduan aluminium...12

Tabel 2.3 Sifat - sifat fisik dari Silikon Karbida...19

Tabel 2.4 Pebandingan Berat Coran dengan Ukuran Diameter Saluran...27

Tabel 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian...33

Tabel 3.2 komposisi aluminium 356...34

Tabel 4.1 Data hasil pengujian kekerasan...52

Tabel 4.2 Data hasil pengujian impak...57

Tabel 4.3 Data hasil pengujian kekasaran...59

Tabel 4.4 Lebar jejak dan kedalaman jejak bahan Aluminuium 356 yang diperkuat SiC pada gating type A...62

Tabel 4.5 Lebar jejak dan kedalaman jejak bahan Aluminuium 356 yang diperkuat SiC pada gating type B...64

Tabel 4.6 Lebar jejak dan kedalaman jejak bahan Aluminuium 356 yang diperkuat SiC pada gating type C...66

xi

DAFTAR LAMPIRAN

xii

DAFTAR NOTASI

Simbol Keterangan Satuan

P Beban BHN N

Db Diameter Bola Indentasi mm

db Diameter Indentasi mm

E Energi Joule

PL Berat Pendulum N

DL Jarak Lengan Pengayun m

Cos Sudut pemukulan akhir ° Cos Sudut pemukulan awal °

Ki Nilai Impak Joule/mm²

Ai Luas penampang mm²

r Jari-jari lintasan mm

̿ Lebar jejak rata-rata μm dp Diameter pengujian mm

L Panjang lintasan m

n putaran rpm

t waktu keausan s

VT Volume Keausan Teori mm³

K Koefisien Keausan

W Beban N

H Kekerasan Material N/m²

ѰT Laju keausan teori mm³/s

r

p1 Jari – jari dalam lintasan mm

r

p2 Jari – jari luar lintasan mm

Ap1 Luas dalam lintasan mm²

Ap2 Luas Luar Lintasan mm²

V

P Volume keausan experimen mm³

̅

Kedalaman rata – rata μm

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Metal matrix composites (MMC) adalah material teknik yang dibentuk menggunakan dua material atau lebih untuk memperoleh material baru yang mempunyai sifat fisis dan mekanis yang lebih baik dibanding material pembentuknya. Matrik yang digunakan untuk membuat MMC biasanya menggunakan logam lunak dan ringan yaitu aluminium, magnesium, dll. sedangkan penguat MMC biasanya menggunakan partikel SiC, Al2O3, dll. Salah satu partikel yang sering digunakan sebagai penguat MMC adalah Silikon Karbida (SiC) (Krainer 2006).

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. Unsur Silikon termasuk salah satu campuran yang paling baik untuk Aluminium. karena dapat meningkatkan kekerasan dan meningkatkan ketahanan aus. Faktor-faktor yang mempengaruhi keausan adalah kecepatan, pembebanan dan Komposisi bahan (Yuwono, 2008). Faktor – faktor tersebut telah dibuktikan dengan beberapa pengujian yang telah dilakukkan.

Wendy dkk ( 2011 ) melakukan pengujian keausan tehadap aluminium sekrap, Al-Si 3,76% dan Al – Si 9,12% dengan variasi pembebanan. Dari hasil uji keausan bahwa kenaikan laju keausan akan terus meningkat seiring dengan penambahan beban. Jamil dkk ( 2011 ) melakukan pengujian keausan tehadap aluminium sekrap, Al-Si 3,76% dan Al – Si 9,12% dengan variasi kecepatan putaran. Dari hasil uji keausan bahwa kenaikan laju keausan akan terus meningkat seiring dengan meningkatnya kecepatan putaran. Kurniawan dkk ( 2011 ) melakukan pengujian terhadap Al – SiC dengan variasi komposisi SiC sebesar 5%, 10 % dan 15 %. Dari hasil uji keausan bahwa kenaikan laju keausan akan terus menurun seiring dengan meningkatnya komposisi SiC. MMC dapat dibuat dengan berbagai proses pengecoran salah satunya yaitu proses stir casting.

Proses stir casting yaitu proses pencairan dan pengadukan (stiring) material di dalam furnace, dilanjutkan proses penuangan ke dalam cetakan pasir dengan

2 memanfaatkan gaya gravitasi. Proses ini lebih murah dibanding prosess pembuatan MMC lainnya. Permasalahan yang muncul pada pembuatan MMC Al-SiC menggunakan proses stir casting yaitu terjadi pengelompokan partikel SiC pada matrik. Pengelompokan partikel SiC mengurangi kuatnya ikatan antara matrik aluminium dengan partikel SiC, permasalahan lain yang juga muncul adalah terjadinya porositas (Hashim 2001 ). Menurut Aqida ( 2010 ), porositas terbentuk akibat adanya gelembung udara yang terjebak di dalam cairan komposit Al-SiC pada saat pengadukan. Porositas dapat menurunkan sifat-sifat mekanis komposit Al-SiC.

Berdasarkan penelitian – penelitian diatas terdapat beberapa penelitian tentang metal matrix composite yang memadukan aluminium dengan silikon karbida sebagai penguat tetapi masih jarang yang menggunakan metode stir casting serta uji keausan terhadap aluminium yang diperkuat dengan silikon karbida dalam pembuatan metal matrix composite tersebut. Maka, tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisis pengaruh gating system pada proses stir casting terhadap mechanical properties dan mikrostruktur.

1.2 Perumusan Masalah

Permasalahan yang akan menjadi pokok bahasan dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh gating system terhadap mechanical properties dan mikrostruktur

pada produk coran aluminium menggunakan cetakan pasir dengan metode stir casting.

1.3 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini antara lain : a. Secara umum

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh type gating system

pada pembuatan metal matrix composite dengan matrik aluminium 356 yang diperkuat silikon karbidadengan metode stir casting.

b. Secara khusus

3 1. Mengetahui proses pembuatan metal matrix composite Aluminium 356 – SiC

menggunakan metode stir casting dengan variasi type gating system.

2. Mengetahui pengaruh bentuk type gating system terhadap sifat mekanis metal matrix composite dengan matrik Aluminium 356 yang diperkuat SiC.

3. Mengetahui pengaruh bentuk type gating system terhadap struktur mikro metal matrix composite dengan matrik Aluminium 356 yang diperkuat SiC.

1.4 Batasan Masalah

Dalam penelitian ini, ada beberapa batasan masalah yang diharapkan dapat memberikan hasil yang maksimal, diantaranya:

1. Material yang digunakan Aluminium 356 yang diperkuat SiC. 2. Temperatur tuang dipilih 735 °C dengan putaran pengaduk 125 rpm 3. Penelitian ini digunakan cetakan pasir silika

4. Pengujian yang dilakukan adalah uji kekasaran, uji keausan, uji kekerasan dan uji impact.

5. Melakukan pengujian struktur mikro menggunakan mikroskop optik dengan pembesaran 50x dan 100x.

1.5 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penelitian ini adalah: a. Pengembangan Akademis

1. Bagi peneliti, penelitian ini dapat menambah pengetahuan, wawasan dan pengalaman tentang metal matrix composite yang diperkuat SiC.

2. Bagi akademik, penelitian ini bermanfaat sebagai referensi untuk penelitian lebih lanjut mengenai metal matrix composite yang diperkuat SiC.

b. Pengembangan Industri

penelitian ini diharapkan bermanfaat sebagai referensi bagi pengembangan industri khususnya yang bergerak dalam bidang pembuatan metal matrix composite.

4

1.6 Sistematika Penulisan

Penelitian ini dijadikan dalam bentuk laporan hasil penelitian skripsi. Pada Bab 1 ( pendahuluan ) menjelaskan tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, manfaat penelitian dan sistematika penulisan tugas akhir. Pada bab berikutnya yaitu pada bab 2 ( tinjauan pustaka ) berisi tentang Berisi tentang literatur dan referensi yang diperlukan berkenaan dengan bahan aluminium, silikon karbida, dan pengecoran stir casting.

Pada Bab 3 ( Metodologi Penelitian ) menjelaskan tentang urutan dan tata cara penelitian yang dilakukan. Dimulai dari waktu dan tempat, persediaan alat bahan, prosedur penelitian dan proses yang dilaksanakan. Selanjutnya pada bab 4 (analisa data dan pembahasan ) berisi berisi tentang menampilkan data yang diperoleh dari penelitian dan hasil pengujian berupa tabel maupun hasil pengamatan mikro dan makro.

Pada Bab 5 ( kesimpulan dan saran ) berisi tentang kesimpulan yang diambil setelah dilakukannya analisa serta saran penulis yang diharapkan bisa memberikan masukan untuk analisis yang lebih baik di masa yang akan datang. Terakhir adalah daftar pustaka dan lampiran yang menampilkan seluruh informasi dan dokumen tertulis yang dijadikan landasan dan pengembangan penelitian.

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Alumunium

Alumunium adalah logam yang banyak digunakan dalam kehidupan sehari

– hari, material ini dipergunakan dalam bidang yang luas bukan saja untuk peralatan rumah tangga tapi juga dipakai untuk keperluan kontruksi pesawat terbang, mobil dan lain – lain. Aluminium sangat menarik bagi dunia industri, karena memiliki sifat yang ringan, ketahanan korosi yang tinggi, densitasnya rendah, dapat dibentuk dengan baik, serta memiliki daya konduktifitas yang tinggi, baik konduktivitas panas maupun listrik. Namun,kelemahan dari aluiminium ini adalah kekuatannya yang kurang, sehingga jarang sekali dijumpai logam aluminium murni dalam pemanfaatannya ( Arifin, S, 2004 )

Secara umum, jenis logam yang banyak digunakan untuk pembuatan produk cor adalah aluminium. Aluminium murni mempunyai sifat mampu cor dan sifat mekanik yang jelek. Oleh karena itu dipergunakan paduan aluminium untuk memperbaiki sifat – sifat mekaniknya dengan menambahkan Silikon karbida , tembaga, silisium, magnesium, mangan, nikel, dan sebagainya (surdia, 2000).

Aluminium yang telah dipadukan dengan unsur lain mempunyai sifat mekanik yang baik, sehingga logam aluminium paduan banyak digunakan untuk kontruksi. Aluminium paduan seri 5083 adalah salah satu jenis aluminium paduan dengan paduan utama magnesium (Mg) 4.5 %. Paduan seri 5000 adalah tipe paduan aluminium yang tidak dapat diperbaiki sifat mekaniknya dengan pelakuan panas sehingga dinamakan non heat treatable alloy. Aluminium paduan seri 5083 adalah jenis aluminium yang banyak digunakan dalam dunia industri, karena mempunyai sifak mekanik ( mechanical Properties ) dan kemampuan las (weldability ) yang baik. Paduan aluminium-magnesium umumnya digunakan sebagai bahan pembuat badan kapal. Paduan lainnya akan mudah mengalami korosi ketika berhadapan dengan larutan alkali seperti air laut. Paduan aluminium-tembaga-lithium digunakan sebagai bahan pembuat tangki bahan bakar pada pesawat ulang-alik milik NASA. Uang logam juga terbuat dari aluminium yang diperkeras. Hingga saat ini, sulit dicari apa bahan paduan untuk membuat uang

6 logam berwarna putih keperakan ini, kemungkinan dirahasiakan untuk mencegah pemalsuan uang logam. Piston mobil juga menggunakan bahan aluminium yang dipadu dengan magnesium, silicon, atau keduanya, dan dibuat dengan cara ekstrusi atau dicor. Beberapa jenis roda gigi menggunakan paduan Al-Cu. Penggunaan paduan Cu untuk mendapatkan tingkat kekerasan yang cukup dan memperpanjang usia benda akibat fatigue ( makalah aluminium 2009 ).

2.1.1 Sifat-Sifat Mekanik Aluminium

Sifat dari bahan aluminium murni dan aluminium paduan dipengaruhi oleh konsentrasi bahan dan perlakuan yang diberikan terhadap bahan tersebut. Aluminium dikenal sebagai bahan yang tahan terhadap korosi. Hal ini disebabkan oleh fenomena pasivasi, yakni proses pembentukan lapisan aluminium oksida di permukaan logam aluminium setelah logam terpapar oleh udara bebas. Lapisan aluminium oksida ini mencegah terjadinya oksidasi lebih jauh. Namun, pasivasi dapat terjadi lebih lambat jika dipadukan dengan logam yang bersifat lebih katodik, karena dapat mencegah oksidasi aluminium. Adapun sifat-sifat Aluminium antara lain sebagai berikut:

a. Ringan

Logam Aluminium Memiliki bobot sekitar 1/3 dari bobot besi dan baja, atau tembaga. Logam aluminium banyak digunakan didalam industri, alat berat dan transportasi.

b. Mudah dibentuk

Proses pengerjaan Aluminium mudah dibentuk karena dapat disambung dengan logam/material lainnya dengan pengelasan, brazing, solder, adhesive bonding, sambungan mekanis, atau dengan teknik penyambungan lainnya.

c. Kekuatan Tarik

Kekuatan tarik adalah besar tegangan yang didapatkan ketika dilakukan pengujian tarik. Kekuatan tarik ditunjukkan oleh nilai tertinggi dari tegangan pada kurva tegangan-regangan hasil pengujian, dan biasanya terjadi ketika terjadinya necking. Kekuatan tarik bukanlah ukuran kekuatan yang sebenarnya

7 dapat terjadi di lapangan, namun dapat dijadikan sebagai suatu acuan terhadap kekuatan bahan. Kekuatan tarik pada aluminium murni pada berbagai perlakuan umumnya sangat rendah, sehingga untuk penggunaan yang memerlukan kekuatan tarik yang tinggi, aluminium perlu dipadukan.

d. Modulus Elastisitas

Aluminium memiliki modulus elastisitas yang lebih rendah bila dibandingkan dengan baja maupun besi, tetapi dari sisi strength to weight ratio, aluminium lebih baik. Aluminium yang memiliki titik lebur yang lebih rendah dan kepadatan. Dalam kondisi yang dicairkan dapat diproses dalam berbagai cara. Hal ini yang memungkinkan produk-produk dari aluminium yang akan dibentuk, pada dasarnya dekat dengan akhir dari desain produk.

e. Recyclability (Mampu untuk didaur ulang)

Aluminium adalah 100% bahan yang didaur ulang tanpa penurunandari kualitas awalnya, peleburannya memerlukan sedikit energi, hanya sekitar 5% dari energi yang diperlukan untuk memproduksi logam utama yang pada awalnya diperlukan dalam proses daur ulang.

f. Ductility (Liat)

Ductility didefinisikan sebagai sifat mekanis dari suatu bahan untuk menerangkan seberapa jauh bahan dapat diubah bentuknya secara plastis tanpa terjadinya retakan. Dalam suatu pengujian tarik, ductility ditunjukkan dengan bentuk neckingnya, material dengan ductility yang tinggi akan mengalami

necking yang sangat sempit, sedangkan bahan yang memiliki ductility rendah, hampir tidak mengalami necking. Pada logam aluminium paduan memiliki

ductility yang bervariasi, tergantung konsentrasi paduannya, namun pada umumnya memiliki ductility yang lebih rendah dari pada aluminium murni.

g. Kuat

Aluminium memiliki sifat yang kuat terutama bila dipadukan dengan logam lain. Digunakan untuk pembuatan komponen yang memerlukan kekuatan

8 tinggi seperti: pesawat terbang, kapal laut, bejana tekan, komponen mesin dan lain-lain.

h. Reflectivity (Mampu pantul)

Aluminium adalah reflektor yang baik dari cahaya serta panas, dan dengan bobot yang ringan, membuatnya ideal untuk bahan reflektor.

i. Tahan terhadap korosi

Aluminium memiliki sifat durable, sehingga baik dipakai untuk lingkungan yang dipengaruhi oleh unsur-unsur seperti air, udara, suhu dan unsur-unsur kimia.

Aluminium memiliki sifat – sifat fisik seperti yang ditunjukkan pada tabel 2.1 berikut ini:

Tabel 2.1 Sifat - sifat fisik aluminium

Aluminium Hasil Fisik Aluminium

Jari-jari atom 125 pm

Density ( 20 °C) 2,6989 gr/cm³

Kapasitas panas (25 °C) 5,38 cal/mol °C

Tensile strength 700 Mpa

Hantaran panas (25 °C) 0,49 cal/det °C

Panas peleburan 10,71 kJ•mol−1

Massa atom 26,98 gr/mol

Density (660 °C) 2,368 gr/cm³

Potensial elektroda (25 °C) -1,67 volt

Panas pembakaran 399 cal/gr mol

Kekerasan brinnel 245 Mpa

Kekentalan (700 °C) 0,0127 poise

Panas uap 294,0 kJ•mol−1

Titik lebur

Struktur kristal kubus

660 °C

FCC

9

2.1.2 Macam–Macam Paduan Aluminium

Klasifikasi pada paduan aluminium yang biasanya digunakan pada proses pembuatan piston dapat kita lihat sebagai berikut ;

a. Paduan Al - Si

Aluminium merupakan unsur kimia golongan IIIA dalam sistim periodik unsur, dengan nomor atom 13 dan berat atom 26,98 gram per mol. Struktur kristal aluminium adalah struktur kristal FCC, sehingga aluminium tetap ulet meskipun pada temperatur yang sangat rendah. Keuletan yang tinggi dari aluminium menyebabkan logam tersebut mudah dibentuk atau mempunyai sifat mampu bentuk yang baik. Aluminium memiliki beberapa kekurangan yaitu kekuatan dan kekerasan yang rendah bila dibanding dengan logam lain seperti besi dan baja. Aluminium memiliki karakteristik sebagai logam ringan dengan densitas 2,7 g/cm³. Selain sifat - sifat tersebut, Aluminium mempunyai sifat-sifat yang sangat baik dan bila dipadu dengan logam lain bisa mendapatkan sifat - sifat yang tidak bisa ditemui pada logam lainnya. Paduan logam Al-Si sangat cocok untuk penggunaan pada pengecoran HPDC (High Pressure Die Casting). Diagram fasa paduan Al-Si ditunjukkan pada Gambar 2.1 dimana diagram fasa ini digunakan sebagai pedoman umum untuk menganalisa perubahan fasa pada proses pengecoran Al-Si.

10 Paduan logam Aluminium memiliki daerah sistem biner, mulai dari sistem yang paling sederhana hingga sistem yang paling kompleks. Secara garis besar paduan Aluminium-Si dibagi 3 daerah utama, seperti terdapat pada gambar 2.2 yaitu :

Gambar 2.2 Daerah Diagram Fasa Al-Si (Rahmawati, Z.S 2010 )

1. Daerah Hypoeutectic

Padual Al-Si disebut Hypoeutectic yaitu apabila pada paduan tersebut terdapat kandungan silicon < 11.7% dimana struktur akhir yang terbentuk pada fasa ini adalah struktur ferrite (alpha) yang kaya akan aluminium dengan struktur eutektik sebagai tambahan.

2. Daerah Eutectic

Paduan Al-Si disebut Eutectic yaitu apabila pada paduan tersebut terdapat kandungan silicon sekitar 11.7% sampai 12.5%. Pada komposisi ini paduan Al-Si dapat membeku secara langsung (dari fasa cair ke fasa padat).

11 3. Daerah Hypereutectic

Paduan Al-Si disebut Hypereutectic yaitu apabila pada paduan tersebut terdapat kandungan silikon lebih dari 12.2% sehingga kaya akan kandungan silikon dengan fasa eutektik sebagai fasa tambahan. Dimana struktur Kristal silikon primer pada daerah ini mengakibatkan karakteristik sebagai berikut:

1. Ketahanan aus paduan meningkat. 2. Ekspansi termal rendah.

3. Memiliki ketahanan retak panas yang baik.

(A) (B) (C)

Gambar 2.3 (a) Struktur mikro paduan hypoeutectic. (b) Struktur mikro Paduan eutectic. (c) Struktur mikro paduan hypereutectic.

(Rahmawati, Z.S 2010)

Tipe paduan tergantung pada presentase kandungan silikon ini akan berpengaruh terhadap titik beku (freezing point) yang dipakai pada proses pengecoran aluminium yang dapat dilihat pada tabel 2.2.

12

Tabel 2.2. Kandungan Si terhadap temperatur titik beku paduan aluminium

Alloy Si conten BS alloy Typical freezing range (0C) Low silicon 4 – 6 % LM 4 625 – 525 Medium Silicon 7,5 – 9,5 % LM 25 615 – 550 Eutectic alloys 10 – 13 % LM 6 575– 565 Special hypereutectic alloys >16 % LM 30 650 – 505

(Sumber: ASM International, 2004)

b. Paduan Al-Cu dan Al-Cu-Mg

Paduan Al-Cu dan Al-Cu-Mg ditemukan oleh A.Wilm dalam usaha mengembangkan paduan alumunium yang kuat dinamakan duralumin ini sering diaplikasikan pada rangka sepeda motor, pulley, roda gigi, velg mobil. Paduan Al-Cu-Mg adalah paduan yang mengandung 4% Cu dan 0,5% Mg dapat ditingkatkan kekerasanya dengan prosesnatural aging setelah solution heat treatment dan quenching.

c. Paduan Al-Mn

Mangan (Mn) adalah unsur yang memperkuat Aluminium tanpa mengurangi ketahanan korosi dan dipakai untuk membuat paduan yang tahan terhadap korosi. Paduan Al-Mn dalam penamaan standar AA adalah paduan Al 3003 dan Al 3004. Komposisi standar dari paduan Al 3003 adalah Al, 1,2 % Mn, sedangkan komposisi standar Al 3004 adalah Al, 1,2 % Mn, 1,0 % Mg. Paduan Al 3003 dan Al 3004 digunakan sebagai paduan tahan korosi tanpa perlakuan panas.

d. Paduan Al-Mg

Paduan dengan 2–3% Mg dapat mudah ditempa, dirol dan diekstrusi, paduan Al 5052 adalah paduan yang biasa dipakai sebagai bahan tempaan. Paduan Al 5052 adalah paduan yang paling kuat dalam sistem ini, dipakai setelah dikeraskan oleh pengerasan regangan apabila diperlukan kekerasan tinggi.

13 Paduan Al 5083 yang dianil adalah paduan antara (4,5% Mg) kuat dan mudah dilas oleh karena itu sekarang dipakai sebagai bahan untuk tangki LNG .

e. Paduan Al-Mg-Si

Sebagai paduan Al-Mg-Si dalam sistem klasifikasi AA dapat diperoleh paduan Al 6063 dan Al 6061. Paduan dalam sistem ini mempunyai kekuatan kurang sebagai bahan tempaan dibandingkan dengan paduan–paduan lainnya, tetapi sangat liat, sangat baik mampu bentuknya untuk penempaan, ekstrusi dan sebagainya. Paduan 6063 dipergunakan untuk rangka–rangka konstruksi, maka selain dipergunakan untuk rangka konstruksi juga digunakan untuk kabel tenaga.

f. Paduan Al-Mn-Zn

Permulaan tahun 1940 Iragashi dan kawan-kawan ( jepang ) mengadakan studi dan berhasil dalam pengembangan suatu paduan dengan penambahan kira– kira 0,3% Mn atau Cr dimana butir kristal padat diperhalus dan mengubah bentuk presipitasi serta retakan korosi tegangan tidak terjadi. Pada saat itu paduan tersebut dinamakan ESD atau duralumin super ekstra. Selama perang dunia ke dua di Amerika serikat dengan maksud yang hampir sama telah dikembangkan pula suatu paduan yaitu suatu paduan yang terdiri dari: Al, 5,5 % Zn, 2,5 % Mn, 1,5% Cu, 0,3 % Cr, 0,2 % Mn sekarang dinamakan paduan Al-7075. Pengggunaan paduan ini paling besar adalah untuk bahan konstruksi pesawat udara, disamping itu juga digunakan dalam bidang konstruksi (Surdia, 2006).

Aluminium memiliki kelas atau Grade yang tergantung pada unsur paduan dan perlakuan panas yang dilakukkan terhadap paduan aluminium tersebut. Grade

( kelas ) dari aluminium dapat menunjukkan berbagai sifat mekanik dari aluminium tersebut dari penampilan yang baik, kemudahan fabrikasi, ketahanan korosi yang baik, mampu las yang baik dan ketangguhan retak tinggi. Pemilihan grade ( kelas ) aluminium yang tepat tergantung pada aplikasi yang diperlukan dan kondisi kerja.

14

Grade aluminium Seri 1xxx

Grade dari aluminium ini (1050, 1060, 1100, 1145, 1200, 1230, 1350 dll) ditandai dengan ketahanan korosi yang sangat baik, konduktivitas termal dan elektrik yang tinggi, sifat mekanik yang rendah, dan kemampuan kerja yang sangat baik. Grade aluminium ini memiliki kandungan Besi dan silikonyang besar.

Grade aluminium Seri 2xxx

Paduan aluminium ini (2011, 2014, 2017, 2018, 2124, 2219, 2319, 201,0; 203,0; 206,0; 224,0; 242,0 dll) memerlukan solution heat treatment untuk mendapatkan sifat yang optimal, didalam kondisi solution heat treatment , sifat mekanik yang mirip dengan baja karbon rendah dan kadang-kadang melebihi sifat mekanik baja karbon rendah. Dalam beberapa contoh, proses perlakukan panas (aging) digunakan untuk lebih meningkatkan sifat mekanik. Paduan aluminium dalam seri 2xxx tidak memiliki ketahanan korosi yang baik ketimbang kebanyakan paduan aluminium lainnya, dan dalam kondisi tertentu paduan ini mungkin akan terjadi korosi pada antar butir. Grade aluminium dalam seri 2xxx ini baik untuk bagian yang membutuhkan kekuatan yang bagus yaitu pada suhu sampai 150 ° C (300 ° F). Kecuali untuk kelas 2219, paduan aluminium ini sudah memiliki mampu las tetapi masih terbatas. beberapa paduan dalam seri ini memiliki kemampuan mesin yang baik.

Grade aluminium Seri3xxx

Paduan aluminium ini (3003, 3004, 3105, 383,0; 385,0; A360; 390,0) umumnya memiliki ketidakmampuan panas tetapi memiliki kekuatan sekitar 20% lebih dari paduan aluminium seri 1xxx karena hanya memiliki presentase mangan yang sedikit (sampai sekitar 1,5%) yang dapat ditambahkan ke aluminium. mangan digunakan sebagai elemen utama dalam beberapa paduan.

Grade aluminium Seri 4xxx

Unsur paduan utama dalam paduan seri 4xxx (4032, 4043, 4145, 4643 dll) adalah silikon, yang dapat ditambahkan dalam jumlah yang cukup (hingga 12%)

15 menyebabkan substansial menurunkan rentang lebur. Untuk alasan ini, paduan aluminium-silikon yang digunakan dalam kawat las dan sebagai paduan untuk menyolder digunakan untuk menggabungkan aluminium, di mana titik lebur lebih rendah dari logam dasar yang digunakan.

Grade aluminium Series 5xxx

Unsur paduan utama grade aluminium ini adalah magnesium, bila digunakan sebagai elemen paduan utama atau digabungkan dengan mangan, hasilnya adalah paduan yang memiliki kekerasan sedang hingga kekuatan yang tinggi. Magnesium jauh lebih efektif daripada mangan sebagai pengeras - sekitar 0,8% Mg sama dengan 1,25% Mn dan dapat ditambahkan dalam jumlah yang jauh lebih tinggi. Paduan aluminium dalam seri ini (5005, 5052, 5083, 5086, dll) memiliki karakteristik pengelasan yang baik dan ketahanan yang relatif baik terhadap korosi dalam atmosfer laut. Namun, pada pekerjaan dingin harus dilakukkan pembatasan dan suhu operasi (150 ° F) diperbolehkan untuk paduan aluminium yang memiliki magnesium tinggi untuk menghindari kerentanan terhadap korosi retak.

Grade aluminium Seri 6xxx

Paduan aluminium dalam seri 6xxx (6061, 6063) mengandung silikon dan magnesium sekitar dalam proporsi yang diperlukan untuk pembentukan magnesium silisida (Mg2Si), sehingga membuat paduan ini memiliki mampu perlakukan panas yang baik. Meskipun tidak sekuat pada paduan 2xxx dan 7xxx, paduan aluminium seri 6xxx memiliki sifat mampu bentuk yang baik, mampu las , mampu mesin, dan ketahanan korosi yang relatif baik dengan kekuatan sedang.

Grade aluminium Seri 7xxx

Zinc jumlah dari 1% sampai 8% ) merupakan unsur paduan utama dalam paduan aluminium seri 7xxx (7075, 7050, 7049, 710,0; 711,0 dll) dan ketika digabungkan dengan persentase magnesium yang lebih kecil didalam perlakuan panas yang cukup maka paduan ini akan memiliki kekuatan yang sangat tinggi. Biasanya unsur-unsur lain, seperti tembaga dan kromium, juga ditambahkan

16 dalam jumlah kecil. paduan seri 7xxx digunakan dalam struktur badan pesawat, peralatan besar yang bergerak dan bagian lainnya memiliki tekanan yang sangat tinggi.

Grade aluminium Seri 8xxx

Seri 8xxx (8006; 8111; 8079; 850,0; 851,0; 852,0) dicadangkan untuk paduan unsur selain yang digunakan untuk seri 2xxx sampai 7xxx. Besi dan nikel yang digunakan untuk meningkatkan kekuatan tanpa kerugian yang signifikan dalam konduktivitas listrik, dan begitu juga berguna dalam paduan konduktor seperti 8017. Aluminium-lithium paduan 8090, yang memiliki kekuatan dan kekakuan yang sangat tinggi, dikembangkan untuk aplikasi ruang angkasa. Paduan aluminium dalam seri 8000 sesuai dengan Sistem Penomoran A98XXX dll.

2.2 Metal Matrix Composites (MMC)

Metal matrix composite mewakili material yang sangat luas, termasuk didalamnya adalah metallic foam, cermets, juga partikel-partikel yang bersifat lebih konvensional, dan fiber yang diperkuat metal. Teknik pembuatan MMC tergantung pada matrix dan penguat yang digunakan, yang diklasifikasikan berdasarkan apakah matrix tersebut berada pada fasa padat, cair atau gas, ketika akan digabungkan dengan penguatnya.

Matrix Composite merupakan gabungan material yang berbahan dasar logam dengan keramik. Hasil penggabungan material ini terdiri dari dua atau lebih bahan, dimana sifat masing - masing bahan tersebut berbeda antara satu dengan yang lainnya. Baik itu sifat kimia maupun fisikanya dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut (bahan komposit). Dengan adanya perbedaan dari material penyusunnya maka komposit antar material harus berikatan dengan kuat.

Komposit berdasarkan jenis penguatnya dibagi menjadi 3 macam yaitu komposit partikulat, komposit fiber dan komposit struktural. Setiap jenis – jenis komposit tersebut memiliki beberapa sub bagian lainnya. Adapun pembagian komposit berdasarkan penguatnya dapat secara jelas dapat dilihat pada Gambar 2.4 berikut ini:

17 Gambar 2.4 Pembagian komposit berdasarkan jenis penguat (widyastuti, 2009).

Setiap proses atau teknik tersebut memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Adapun kelebihan Metal Matrix Composites (MMC)adalah : Kelebihan MMC :

1) Transfer tegangan dan regangan yang baik. 2) Ketahanan terhadap temperatur tinggi 3) Tidak menyerap kelembapan.

4)Tidak 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 :

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 g/cm³ 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 g/cm3 3.10

Hardnees (Knoop) kg/mm2 2800 Flexural Strengh 4 pt @ RT MPa 380

x 10 3 lb/in2 55 Flexural Strenght 3pt @ RT MPa 550

x 10 3 lb/in2 80 Compressive strenght @ RT MPa 3900

x 10 3 lb/in2 560 Modulus of Elasticity @ RT GPa 410 x 106 lb/in2 59 Welbull Modulus (2 Parameter) 8

Poisson Ratio 0,14

Fracture Toughness @ RT MPa x m1/2 4,60 Double Torsion & SEN B x 103 lb/in2 x in1/2 4,20 Coefficient of Thermal Expansion x 104 mm/mmk 4,02 RT to 700 °C x 104 in/in °F 2,20 Maximum Service Temp. oC 1900

Air oF 3450

Mean Specific Heat @ RT J/gmk 0,67 Thermal Conductivity @ RT W/mK 125,6

Btu/ft h °f 72,6 @ 200 °C W/mK 102,6

Btu/ft h °f 59,3 @ 400 °C W/mK 77,5 Btu/ft 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 μm/m °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

Ceramic 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 hancur/rusak 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 )

27

2.6 Sistem Saluran

Saluran tuang merupakan saluran untuk mengalirnya logam cair ke ronga cetakan. Sistem saluran terdiri dari cawan tuang, saluran turun (sprue), saluran pengalir (runner), dan saluran masuk (ingate). Jenis – jenis sistem saluran dapat dilihat paga gambar 2.8. Besarnya diameter saluran ditentukan berdasarkan berat coran yang akan digunakan untuk mengetahui perbandingan berat coran dengan ukuran diameter saluran dapat dilihat pada tabel 2.4.

Gambar 2.8 Jenis – Jenis Sistem Saluran (Abrianto Akuan, 2010: 33)

Tabel 2.4. Perbandingan Berat Coran dengan Ukuran Diameter Saluran

(Sumber: Hardi Sudjana, 2008: 208 )

1. Saluran turun (sprue)

Sprue merupakan saluran vertical tempat penuangan logam cair turun. Bentuk saluran turun ada beberapa macam diantaranya adalah sprue

28 bawah dan sprue yang tegak lurus dengan irisan lingkaran yang memeiliki ukuran saluran sama dari atas ke bawah. Standar ukuran sprue tegak lurus seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.9.

Pertimbangan untuk menentukan lokasi sprue diantaranya; a. Distribusi logam cair dapat merata kedalam cetakan. b. Panjang runner dari sprue

Gambar 2.9 Sprue Tegak Lurus (sumber: Abrianto Akua, 2010:35) 2. Saluran pengalir (runner)

Pengalir umumnya memiliki bentuk trapesium atau setengah ligkaran. Pengalir dipilih sesuai dengan panjangnya seperti gambar 2.10 (Surdia, Kenji. 1986). Pengalir ada beberapa macam diantaranya pengalir dengan saluran penjebak kotoran (dross) seperti gambar 2.11 dan pengalir tanpa penjebak kotoran. Pengalir dengan penjebak kotoran memeiliki keuntungan yaitu menyaring logam cair dari kotoran yang terbawa sebelum memasuki rongga pengecoran.

Gambar 2.10 Ukuran Pengalir (Surdia, Kenji 1986: 67)

29 Gambar 2.11 Saluran Pengalir dengan Jebakan Kotoran

(Abrianto Akuan, 2010:37)

3. Saluran masuk (Ingate)

Ingate merupakan yang langsung trhubung dengan rongga cor yang berfungsi untuk mengalirkan logam cair kedalam rongga cetak. Beberapa pertimbangan desain gate dapat dilihat pada gambar 2.12. Desain gate

memeiliki beberapa macam desain seperti gambar 2.13.

Gambar 2.12 Ukuran Gate

(Surdia & Kenji, 1986:77) Dimana :

H1 < 0,5 H2

W1 > 2H1

P < 8T

Gambar 2.13 Macam – macam Gate

(Sumber : Abrianto Akuan,2010:39)

Jarak gate, runner dan cetakan yang sempit menyebabkan cetakan mudah rusak tertekan logam cair, akan tetapi jarak antara runner dengan rongga cor yang terlalu jauh menyebabkan porositas mudah terjadi pada

30 gate. Akuan (2010) menyatakan bahwa gate yang baik yaitu berjarak min 25 mm, seperti terlihat pada gambar 2.14

Gambar 2.14 Ukuran Panjang Gate yang Baik (sumber: Abrianto Akuan, 2010:42)

2.7 Jenis – Jenis Keausan

Material jenis apapun akan mengalami keausan dengan mekanisme yang beragam, yaitu: keausan abrasi, adhesi, oksidasi, erosi dan friting. Di bawah ini diberikan penjelasan ringkas dari mekanisme-mekanisme tersebut.

a) Keausan Abrasif

Keausan yang terjadi pada pengujian tipe pin on disk adalah Keausan Abrasif (Abra sive wear). Terjadi bila suatu partikel keras (asperity) dari material tertentu meluncur pada permukaan material lain yang lebih lunak sehingga terjadi penetrasi atau pemotongan material yang lebih lunak. Tingkat keausan pada mekanisme ini ditentukan oleh derajat kebebasan (degree of freedom) partikel keras atau asperity tersebut. Abrasif dan kontak lelah (fatigue cantact) adalah hal yang paling penting dalam perhitungan keausan pada permesinan. Bisa diperkirakan bahwa total keausan yang terjadi pada elemen-elemen mesin dapat kisarkan antara 80-90% adalah keausan abrasif dan dalam 8% adalan keausan lelah (fatigue wear).

Besarnya jejak permukaan dari material tergesek itulah yang dijadikan dasar penentuan tingkat keausan pada material. Semakin besar dan dalam jejak keausan maka semakin tinggi volume material yang terkelupas dari benda uji. Ilustrasi skematis dari kontak permukaan antara revolving disc dan benda uji diberikan oleh gambar 2.15.

31 Gambar 2.15 Pengujian keausan dengan metode pin on disk

(Sumber: ASTM G 99-04)

Keterangan:

F = gaya yang diberikan pada pin (N) R = jarak antara disk dengan pin (mm) d = diameter bola/pin (mm)

D = diameter disk (mm) W = putaran (rpm)

Laju keausan Wear rate digunakan untuk menghitung laju keausan per satuan waktu. Unit yang digunakan tergantung pada jenis keausan dan sifat

tribosystem yang terjadi. Laju keausan dapat dinyatakan sebagai:

1. Volume material yang dibuang per satuan waktu, per unit jarak luncur, per putaran dari komponen atau per osilasi dari tubuh (yaitu, di keausan sliding). 2. Volume rugi per unit normal gaya per satuan jarak luncur (mm³/N.m, yang

kadang-kadang disebut faktor keausan). 3. Massa rugi per satuan waktu.

4. Perubahan dalam dimensi tertentu per satuan waktu.

5. Perubahan relatif dalam dimensi atau volume sehubungan dengan perubahan yang sama di lain substansi.

32 b ) Keausan Adhesi

Keausan adhesive terjadi bila kontak permukaan dari dua material atau lebih mengakibatkan adanya perlekatan satu sama lain dan pada akhirnya terjadi pelepasan/pengoyakan salah satu material. Keausan adhesive biasanya terjadi pada piston yang bergesek pada dinding silinder.

c ) Keausan Oksidasi

Keausan oksidasi: seringkali disebut sebagai keausan korosif. Pada prinsipnya mekanisme ini dimulai dengan adanya perubahan kimiawi material di bagian permukaan oleh faktor lingkungan. Kontak dengan lingkungan ini akan menghasilkan pembentukan lapisan pada permukaan dengan sifat yang berbeda dengan material induk. Sebagai konsekuensinya, material pada lapisan permukaan akan mengalami keausan yang berbeda Hal ini selanjutnya mengarah kepada perpatahan interface antara lapisan permukaan dan material induk dan akhirnya seluruh lapisan permukaan itu akan tercabut.

d ) Keausan Erosi

Keausan yang terjadi akibat gesekan logam dengan cairan yang mengalir terutama cairan yang mengandung partikel keras. Keausan ini dapat terjadi akibat partikel cair yang terdapat dalam gas yang bergerak dengan cepat. Keausan erosi biasanya terjadi pada pipa-pipa pengalir minyak dan pipa-pipa keluar dari turbin uap.

e ) Keausan Friting

Keausan yang terjadi akibat kombinasi dari gesekan dan getaran, sepertipada poros dan bearing. Kerusakan akan dipercepat dengan adanya partikel yang lepas dari permukaan yang terperangkap diantara kedua permukaaan tersebut,sehingga keausan yang terjadi juga disebabkan oleh keausan abrasi (Aditya 2011).

33

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini berisikan metode yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan pada skripsi ini. Dalam penelitian ini berisikan beberapa tahapan yang dilakukan yaitu pembuatan spesimen uji kekerasan, uji impact, uji, kekasaran, uji keausan dan uji foto mikrostruktur dengan menggunakan bahan Aluminium 356 yang diperkuat SiC.

3.1 Tempat dan Waktu

Tempat dan waktu penelitian seperti terlihat pada tabel 3.1 berikut : Tabel 3.1 Tempat dan waktu penelitian

No Kegiatan Tempat Waktu

1 Persiapan Alat dan Bahan

Laboratorium Teknologi Mekanik Teknik Mesin USU

15 Juli 2015 s/d 20 Juli 2015

2 Penimbangan dan Peleburan

Laboratorium Foundry Teknik Mesin USU

22 Juli 2015 s/d 25 Juli 2015

3 Pembuatan Sampel Uji Laboratorium Teknologi Mekanik Teknik Mesin USU

27 Juli 2015 s/d 1 Agust 2015

4 Pengujian kekerasan dan Pengujian Mikrostruktur

Laboratorium Metalurgi Teknik Mesin USU

03 agust 2015 s/d 11 Agust 2015

5 Pengujian Impak Laboratorium Fisika Terpadu MIPA USU

13 Agust 2015

6 Pengujian Kekasaran Laboratorium Material Test Pendidikan Teknologi Kimia Industri ( PTKI )

20 Agust 2015

7 Pengujian Keausan Laboratorium Getaran, Kebisingan USU

34

3.2 Bahan dan Alat Penelitian

Terdapat beberapa bahan dan alat yang digunakan untuk melakukan penelitian. Bahan dan alat penelitian tersebut adalah sebagai berikut :

3.2.1 Bahan Penelitian a. Aluminium 356

Dalam penelitian ini bahan yang digunakan adalah Aluminium dalam bentuk ingot dengan komposisi kandungan didalamnya seperti ditunjukkan pada tabel 3.2 dan terlebih dahulu dipotong sebelum dilebur. Adapun aluminium yang digunakan dalam penelitian terlihat pada gambar 3.1

Tabel 3.2 Komposisi Aluminium A356

Al Si Fe Cu Mn Mg Zn Ni Cr Pb

92 7,44 0,147 0,0098 0,044 0,135 0,012 0,004 0,001 0,002

Gambar 3.1Aluminium 356 (Ingot)

b. Silikon Karbida (SiC)

Dalam penelitian ini bahan keramik yang digunakan adalah silikon karbida berbentuk serbuk berwarna kelabu dan digunakan sebagai pengeras bahan. Seperti yang terlihat pada gambar 3.2

35

c. Cover Fluks

Setelah seluruh material aluminium melebur seluruhnya, kemudian 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-coating dan selanjutnya dibuang. Cover fluks dapat dilihat pada gambar 3.3.

Gambar 3.3 Cover Fluks d. Arang Kayu Laut

Arang kayu laut digunakan sebagai bahan bakar tungku peleburan aluminum. Adapun arang kayu laut ditunjukkan pad gambar 3.4

36

3.3.2 Alat Penelitian a. Mesin Gerinda Tangan

Alat ini digunakan untuk memotong ingot menjadi ukuran yang sesuai dengan Crusible agar dapat dilebur didalam wadah Crusible seperti ditunjukkan pada gambar 3.5.

Gambar 3.5 Mesin Gerinda Tangan

b. Ragum

Alat ini digunakan untuk menjepit spesimen agar mudah ketika dilakukan pemotongan dengan menggunakan mesin gerinda tangan. Ragum ini terlihat pada gambar 3.6 berikut ini.

37

c. Termokopel type - K

Alat ini digunakan sebagai pengukur temperatur dari cetakan dengan cara meletakkan ujung kawat pada cetakan yang dipanaskan dan untuk mengukur panas pada aluminium yang sedang di cairkan. Pada gambar 3.7.

Gambar 3.7 Termokopel type- K

d. Mesin Stir Casting

Alat ini digunakan untuk memutar aluminium cair yang sudah dicampur dengan silikon karbida didalam Crusible agar komposisi didalam coran merata. Kecepatan putar yang digunakan pada penelitian ini adalah 175 rpm dengan waktu pengadukan 1 menit. Mesin Stir Casting dapat dilihat pada gambar 3.8 berikut ini.

38

e. Krusibel (Crucible)

Peralatan ini dugunakan untuk melebur Aluminium dirancang sedemikian rupa agar efektif dalam pembakaran, krusibel yang digunakan pada penelitian ini memiliki kapasitas 1500 gr. Krusibel dapat dilihat pada gambar 3.9 berikut ini.

Gambar 3.9 Krusibel

f. Pembuatan Pola

Pola yang dipilih pada pengecoran aluminium 356 yang diperkuat SiC dari bahan kayu dengan jenis kayu jenis pola sislinder. Pola kayu yang dipilih karena cepat pembuatannya, pengolahannya mudah dan biayanya murah. Sedangkan ukuran silinder yang dibuat dapat dilihat pada gambar 3.10.

39

g. Desain TypeGating System

Ukuran type gating system dengan diameter 25mm sedangkan tinggi

gating system type A yaitu 50mm, type B 100mm dan type C 150mm. Desain gating system dibuat dalam tiga bentuk, yaitu :

1. Pola gating system type A

Pola gating system type A disebut juga gating system langsung dimana coran dihubungkan langsung melalui saluran turun. Pola gating system type A dapat dilihat pada gambar 3.11

Gambar 3.11 Pola gating system type A

2. Pola gating system type B

Pola gating system type B disebut juga dengan gating system pisah dengan penambah dimana gating system terpisah dari coran dan penambah yang berfungsi untuk menambah jika terjadi penyusutan pembekuan dan sebagai kontrol bahwa cairan logam telah penuh masuk kedalam rongga cetakan. Pola saluran B dapat dilihat pada gambar 3.12

78 Hasil pengujian mikro struktur 50x dan 100× pembesaran pada aluminium 356 yang diperkuat SiC dapat terlihat bahwa silikon karbida ( SiC ) tampak berbentuk panjang tak beraturan dengan warna abu-abu sedangkan yang berwarna putih terang merupakan aluminium dan jarak molekul - molekulnya lebih dekat

Gambar 4.31 jarak antara molekulnya lebih dekat dibandingkan coran sebelumnya. Menurut Van der walls (dalam aditya dkk 2011 ) semakin dekat molekul – molekul didalam suatu material maka sifat kekerasan material tersebut semakin meningkat.

Hasil foto mikrostruktur pada spesimen – spesimen hasil coran yang dapat dilihat pada gambar 4.31 terlihat bahwa pada aluminium yang diperkuat SiC pada gating type C memiliki SiC yang lebih banyak terikat didalam matriks dibandingkan dengan spesimen lainnya.

79 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

1. Pembuatan Metal Matrix Composite Aluminium 356 yang diperkuat SiC dapat dibuat melalui beberapa metode, salah satunya yaitu dengan metode stir casting. Pada metode ini SiC dituang ke aluminium yang telah mencair dan kemudian diaduk agar SiC dapat larut secara homogen pada aluminium cair.

2. Berikut ini merupakan kesimpulan untuk hasil pengujian, kekerasan, impact, kekasaran permukaan dan mikrostruktur yaitu:

2.1 Penambahan tinggi pada gating dapat meningkatkan kekerasan dan kekerasan tertinggi diperoleh pada gating system type C yaitu sebesar 52,192 BHN

2.2 Penambahan tinggi gating dapat menurunkan kekuatan impak sebesar 31,017 joule dan kekuatan impak terendah diperoleh pada gating system type C yaitu 39,804 joule.

2.4 Penambahan tinggi gating dapat meningkatkan kekasaran permukaan dan kekasaran permukaan yang paling tinggi diperoleh pada gating type C sebesar 0,61 μm.

2.5 Hasil pengujian mikrostruktur memperlihatkan bahwa SiC terdistribusi secara merata didalam paduan aluminium sehingga dapat meningkatkan nilai kekerasan dari aluminium tersebut.

3. Penambahan tinggi gating dapat menurunkan laju keausan dan laju keausan yang terendah diperoleh pada type C sebesar 3,080 mm³/s secara teori dan sebesar 0,787 mm³/s secara experimen.

80 5.2. Saran

Berikut ini merupakan saran yang berguna bagi penelitian di masa mendatang, mengingat masih banyaknya kekurangan pada penelitian sebelumnya.

1. Dalam pembuatan Metal Matrix Composite Alumnium diperkuat SiC sebaiknya cetakan dilengkapi thermocouple untuk dapat melihat pengaruh gating system terhadap kecepatan pendinginan.

2. Untuk penelitian berikutnya sebaiknya divariasikan komposisi SiC yang ditambahkan ke aluminium untuk mendapatkan sifat mekanik yang lebih tinggi atau sesuai dengan keinginan.

3. Dalam proses pembuatan Metal Matrix Composite Aluminium yang diperkuat SiCini perlu didesain ulang penutup krusibelnya agar logam cair tidak keluar ketika pengadukan dilakukan dengan kecepatan tinggi.

4. Dapur crucible perlu dimodifikasi dari bahan bakar arang supaya dapat memakai bahan bakar lain seperti oli bekas supaya mengemat bahan bakar dan panas yang didapat lebih merata.

5. Dalam penelitian berikutnya sebaiknya material penambah atau penguat dapat memanfaatkan material dari alam atau sisah pembakaran seperti palm oil fly ash, tempurung kelapa dan lain-lain.

81

DAFTAR PUSTAKA

Aditya wendy dkk, 2011 “ Analisa Pengaruh Variasi Pembebanan Terhadap aju Keausan Bahan Aluminium Sekrap dan Al-Si dengan menggunakan Alat Uji Keausan Tipe Pin On The Disk”. Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Medan

Anilkumar,HC,dkk,2010, “ Mechanical Properties of Aluminium Alloy (Al6061) Composites”, International Journal of Mechanical and Materials Engineering (IJMME), Vol.6 (2011), No.1, 41-45

Aqida, SN, dkk, 2010, “ The Effects of Stirring Speed and Reinforcement Perticles on Porosity Formation in Cast MMC” Jurnal Mekanikal, 16, 22-30.

ASM International, 2004, “ ASM Metal Handbook Composites”, United State of America

ASTM G99-04, 2004, “Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on Disk Apparatus”. Philadelphia, PA : American Society for Testing and Materials.

Douglas M. Considin P. E., 1983. “Scientific Encyclopedia”, Australia, Van Mostran Reinold Company.

Graille, J., Lozano, P., Pioch,D. & Geneste,p. 1985. “ Essais d’alcoolsye d’huiles

Vegetales avec des Catalyseurs Naturels pour la Production de Carburants Diesel. Oleagineux, 40(5) : 271-276.

Hafizh Abdul, dkk 2009. “Aluminum Murni dan Paduannya” Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

Hartomo, A. J,1992,”Komposit Metal”. Yogyakarta: Andi Offset

Hashim, J, 2001, “The Production of Cast Metal Matrix Composite by A Modified Stir Casting Method”, Jurnal Teknologi, Universiti Teknologi Malaysia. Ipung Kurniawan., Amat Umron, 2011. “Karakterisasi Blok Rem Kereta Api

Berbahan Al-Sic Berdasarkan Komposisi Material”. Infotekmesin Volume 3, Jurnal, Cilacap.

Jamil, dkk, 2011. “Pengaruh Putaran Terhadap Laju Keausan Al-Si Alloy Menggunakan Metode Pin On Disk Test”. Jurnal Dinamis,Volume.II, No.8,Januari 2011 ISSN 0216-7492

82 Kainer, K. U., 2006, “Metal Matrix Composites”, Wiley-VCH Verlag GmbH &

Co. KgaA, Weinheim, Chap. 1.

Khairul Sakti., 2009. “ Pembuatan Komposit Metal Al Alloy Nano Keramik SiC dan Karakterisasinya”. Tesis. Sekolah Pascasarjana. USU Medan.

Kirk, R.E dan Othmer, D.F. 1981. “ Encyclopedia of Chemical Engineering Technology”. New York : John Wiley and Sons Inc.

Meena, K. L., Manna, A., Banwait, S. S. dan Jaswanti, 2013, “An Analysis of Mechanical Properties of the Developed Al/SiC-MMC’s”, American Journal of Mechanical Engineering, vol. 1, pp. 14-19.

Oliver, B, 2002, “Metal Matrix Composite (MMC’s) ”, Empa, Swiss Federal Laboratories for Material Research and Testing . Dept Material and technology. Swiss

PradeepSharma, Gulshan Chauhan, Neeraj Sharma . 2011 ”PRODUCTION OF AMC BY STIR CASTING- AN OVERVIEW” International Journal of Contemporary Practises Vol.2 Issue1

Rahmawati Sari Zulaina, 2010, “Analisis Pengaruh Sr Terhadap Ketahanan Korosi pada Paduan Aluminium”, FT Universitas Indonesia, Jakarta

Silalah Marzuki dkk, 1997, “Pembuatan dan Karakterisasi Komposit AI(6061)/SiC” Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi

Simanjutak, Albin Moniago dkk, 2013.” karakterisasi komposit matriks logam Al - SiC pada produk kanvas rem kereta api”. Departemen teknik mesin, fakultas teknik, USU

Suparman, 2010. “ Sintetis Silika Karbida ( SiC ) dari Sekam Padi dan Karbon Kayu dengan Metode Reaksi Fasa Padat”, ( Tesis ), IPB, Bogor, Hal 1-95 Surdia Tata, 1996. “ Teknik Pengecoran Logam”. PT. Pradnya Paramita, Jakarta Surdia, Tata, Saito, S, 2006. Pengetahuan Bahan Teknik. Edisi kesembilan.

Jakarta: PT. Pradnya Paramita.

Suyanto, Sulardjaka, Sri Nugroho.2014. “ Pengaruh komposisi Mg dan SiC Terhadap sifat Kekerasan Komposit AlSi-SiC yang Dibuat dengan Proses

Semi Solid Stir Casting” , Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro

Tairov, Yu.M., V.F.Tsvetkov, in Handbook on electrotechnical Materials eds.Koritskii,Yu.V., V.V. Pasynkov, B.M Tareev, vol 3 , sec.19,

83 “Semiconductor Compounds AIV BIV” , energomashizdat, leningrad, 1988, 446-471.

Widyastuti, 2009. “Rekayasa Proses”. Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Jurnal, Jakarta.

Ye,H, 2002, “ An Overview of the Development of Al-Si-Alloy Based Material for

Engine Application”, JMEPEG, 12-288-297, ASM International.

Yuwono H.A, 2008, “Buku Panduan Praktikum Karakterisasi Material 1 Pengujian Merusak (Destruktive Testing)”, Departemen Metalurgi Dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia,Jakarta.