Studi Pengaruh Temperatur Tuang Terhadap Sifat Mekanis Dan Mikrostruktur Pada Pembuatan Metal Matrix Composite Menggunakan Metode Stir Casting
STUDI PENGARUH TEMPERATUR TUANG TERHADAP SIFAT
MEKANIS DAN MIKROSTUKTUR PADA PEMBUATAN “METAL
MATRIX COMPOSITE” MENGGUNAKAN METODE STIR CASTING
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat
Syarat Memperoleh Sarjana Teknik
Oleh :
FEBRIAL YASMAN NST
(090401008)
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
STUDI PENGARUH TEMPERATUR TUANG TERHADAP SIFAT
MEKANIS DAN MIKROSTUKTUR PADA PEMBUATAN “METAL
MATRIX COMPOSITE” MENGGUNAKAN METODE STIR CASTING
FEBRIAL YASMAN NST
NIM. 090401008
Telah diperiksa dan disetujui dari Hasil Seminar Tugas Skripsi
Periode ke 676, pada Tanggal 08 Januari 2014
Pembanding I,
Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri
NIP. 196412241992111001
Pembanding II,
Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc
NIP. 194910121981031002
Universitas Sumatera Utara
STUDI PENGARUH TEMPERATUR TUANG TERHADAP
SIFAT MEKANIS DAN MIKROSTUKTUR PADA
PEMBUATAN “METAL MATRIX COMPOSITE”
MENGGUNAKAN METODE STIR CASTING
FEBRIAL YASMAN NST
NIM. 090401008
Telah diperiksa dan disetujui dari Hasil Seminar Tugas Skripsi
Periode ke 676, pada Tanggal 08 Januari 2014
Telah Disetujui Oleh
Dosen Pembimbing
Ir. Tugiman, MT.
NIP. 195704121985031004
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
i
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT, Tuhan semesta alam. 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 untuk dapat lulus menjadi Sarjana
Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera
Utara. Adapun judul skripsi yang dipilih diambil dari mata kuliah Pengecoran
Logam, yaitu “STUDI PENGARUH TEMPERATUR TUANG TERHADAP
SIFAT MEKANIS DAN MIKROSTRUKTUR PADA PEMBUATAN
METAL MATRIX COMPOSITE 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.
Kedua orang tua tercinta, Ayahanda H. Asran Nst, dan Ibunda Hj. Marlida
Nelly (alm), adik (Mhd Rizky Oktaranda) atas doa, kasih sayang,
pengorbanan, tanggung
jawab yang
selalu
menyertai penulis, dan
memberikan penulis semangat yang luar biasa sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini.
2.
Bapak Ir. Tugiman, MT sebagai Dosen Pembimbing Skripsi yang banyak
memberi arahan, bimbingan, motivasi, nasehat, dan pelajaran yang sangat
berharga selama proses penyelesaian Skripsi ini.
3.
Bapak Suprianto, ST. MT yang banyak memberi arahan, bimbingan,
motivasi, nasehat, dan pelajaran yang sangat berharga selama proses
penyelesaian Skripsi ini.
4.
Bapak Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri dan Ir.Syahril Gultom, MT selaku
Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.
Universitas Sumatera Utara
ii
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 (Ramadhan Daulay) yang telah memberikan kesempatan
kepada penulis untuk bergabung dalam penyelesaian tugas sarjana ini.
7.
Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin stambuk 2009, khususnya (Indro
Pramono, Tri Septian Marsah, Harri Rusadi, Nazaruddin, Wahyu Hamdani,
Guruh Andryan, Habib, rahmad hidayat) yang banyak memberi motivasi
kepada penulis dalam menyusun skripsi ini.
Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan sebagai
pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat
kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini
sebagai manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan
dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir
kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi
seluruh kalangan yang membacanya. Amin Ya Rabbal Alamin.
Medan,
Januari 2014
Penulis,
Febrial Yasman Nst
NIM : 090401008
Universitas Sumatera Utara
iii
ABSTRACT
The processing of palm oil in the PKS utilizes energy resource derived from palm
oil shell and fiber in which the process of fuel combustion shell and fiber in the
boiler combustion chamber produces the combustion remaining results in the form
of palm oil combustion fly ash which is quite plenty . Palm oil fly ash is usually
left alone in the area of oil palm mills that certainly can cause environmental
pollution and inconvenience to workers . Therefore, this study aims to look into
the utilization of fly ash as a reinforcing material in the manufacture of metal
matrix composite ( MMC ) with variations of pouring temperature of palm oil fly
ash . The palm oil fly ash used in this study were drawn from Palm Oil Factory (
PKS in the Deli Serdang, North Sumatra with a size 74 ) µm and before being
used palm oil fly ash is heated to 850oC in a furnace to remove moisture and
fractions are still can be burned . In the manufacture of MMC variation of casting
temperature are done from 685oC , 710oC , 735oC , 760oC , 785oC fly ash mixing
process is done at the time when aluminum was melted in a crusibel graphite
followed by the stirring for 5 minutes , addition of about 1.5 % Mg is done on the
fluid to improve wettability . The research result shows that 82.64 BHN which is
the highest hardness was obtained at the temperature of 760oC and lowest casting
temperature 685oC . The impact test result also shows the highest impact strength
occurs at the temperature of 760oC cast . at each point of the tensile test,
variations of temperature decrease . The increasement only occurs at the casting
temperature of 735oC . From the microstructure test result,it can be seen that the
palm oil fly ash exists between the aluminum matrix , but the distribution of the
fly ash is not uniform in all of the parts and the higher the temperature the greater
the Dendrite growth rate due to the longer freezingrate.
Keywords : Palm Oil Fly Ash , stir casting , MMC
Universitas Sumatera Utara
iv
ABSTRAK
Proses pengolahan kelapa sawit di PKS memanfaatkan sumber energi yang
berasal dari cangkang dan fiber kelapa sawit dimana proses pembakaran bahan
bakar cangkang dan fiber di ruang bakar boiler menghasilkan sisa hasil
pembakaran berupa palm oil fly ash yang jumlahnya cukup banyak. Palm oil Fly
ash ini biasanya dibiarkan begitu saja di areal pabrik kelapa sawit yang tentunya
dapat menyebabkan pencemaran lingkungan dan ketidaknyamanan terhadap para
pekerja. Oleh sebab itu penelitian ini bertujuan untuk melihat peluang
pemanfaatan fly ash sebagai bahan pemerkuat pada pembuatan metal matrix
composite (MMC) dengan berbagai variasi temperatur tuang palm oil fly ash.
Palm oil Fly ash yang digunakan pada penelitian ini diambil dari Pabrik kelapa
Sawit (PKS) di daerah kabupaten Deli Serdang Sumatera Utara dengan ukuran
74µm dan sebelum digunakan palm oil fly ash ini dipanaskan hingga 850oC di
dalam furnace untuk menghilangkan moisture dan fraksi yang masih bisa
terbakar. Pada pembuatan MMC variasi temperatur tuang dilakukan mulai dari
685oC, 710oC, 735oC, 760oC, 785oC proses pencampuran fly ash dilakukan pada
saat aluminium telah mencair di dalam crusibel grafit diikuti proses pengadukan
selama 5 menit, penambahan Mg sekitar 1,5% dilakukan pada cairan untuk
memperbaiki wettability. Hasil penelitian memperlihatkan bahwa dimana
kekerasan tertinggi 82,64 BHN diperoleh pada temperatur tuang 760oC dan
terendah pada
temperatur
tuang
685oC.
Hasil
pengujian
impak
juga
memperlihatkan kekuatan impak yang paling tinggi terjadi pada temperatur tuang
760oC. pada uji tarik tiap titik variasi temperatur turun. Kenaikan hanya terjadi
pada temperatur tuang 735oC. Dari hasil pengujian mikrostruktur dapat dilihat
bahwa palm oil fly ash terdapat diantara matrik aluminium tetapi distribusi fly ash
tersebut belum merata pada semua bagian dan semakin tinggi temperatur maka
pertumbuhan Dendrit semakin besar disebabkan laju pembekuannya lebih lama.
Kata kunci : Palm Oil Fly Ash, stir casting, MMC
Universitas Sumatera Utara
v
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR
................................................................................................
i
ABSTRAK
..................................................................................................................
iii
ABSTRACT
.................................................................................................................
iv
..............................................................................................................
v
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL...........................................................................................................
viii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................................
ix
DAFTAR NOTASI.........................................................................................................
xiii
BAB I
....................................................................................
1
1.1 Latar Belakang Masalah ............................................................................
1
1.2 Perumusan Masalah
..................................................................................
2
1.3 Tujuan Penelitian
......................................................................................
2
1.4 Batasan Masalah
.......................................................................................
3
......................................................................................................
3
1.6 Sistematika Penulisan ..................................................................................
4
PENDAHULUAN
1.5 Manfaat
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
.........................................................................
5
2.1 Alumunium .................................................................................................
5
2.1.1 Sifat-sifat Alumunium
....................................................................
6
2.1.2 Alumunium-Si ...................................................................................
7
2.1.3 Paduan Alumunium Silicon
8
2.2 Fly Ash
............................................................
......................................................................................................
10
2.2.1 Fly Ash Batubara (ALFA) ..................................................................
11
2.2.1.1 Sifat Kimia dan Sifat Fisika Fly Ash Batubara ............................
12
2.2.2 Palm Oil Fly Ash (POFA)
..............................................................
13
2.3. Teori Pengecoran ........................................................................................
15
2.3.1. Pembuatan Coran
...........................................................................
Universitas Sumatera Utara
16
vi
2.3.2. Proses Pengecoran ............................................................................... 16
2.3.3. Pembuatan Cetakan ......... .................................................................
19
2.3.4. Pengecoran Metal Matrix Composite Dengan Metode Stir Casting. 20
2.4 Matriks ..........................................................................................................
22
2.4.1 Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composite ......................
23
METODE PENELITIAN .........................................................................
25
3.1 Tempat dan Waktu .......................................................................................
25
3.2 Bahan, Peralatan dan Metode.......................................................................
25
3.2.1 Bahan ..................... .............................................................................
25
3.2.2 Alat ....................... ...............................................................................
28
3.2.3 Metode (Cara Pembuatan)
............................................................
35
3.2.3.1 Karakterisasi Awal Bahan ...................................................
35
3.2.4 Metode Pengujian ..............................................................................
38
BAB III
3.2.4.2 Uji Tarik .................................................................................... 40
3.2.4.3 Uji I............................................................................................. 41
3.2.4.4 Uji Metallogrpy ....................................................................... 42
3.3 Diagram Alir .................................................................................................. 44
BAB IV
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN ................................................. 45
4.1. Uji Komposisi Fly Ash ........................................................................
45
4.1.1. Komposisi Raw Material ..................................................................
45
4.2 Dimensi Dari Palm Oil Fly Ash ............................................................
46
4.3 Hasil komposisi Pembuatan Spesimen dari Proses Peleburan .........
47
4.4 Hasil Pembuatan Spesimen dari Proses Pelebur.................................
48
4.5 Hasil Pengujian ....................................................................................
48
4.5.1 Uji Kekerasan ....................................................................................
49
4.5.2Uji Impak ............................................................................................
49
4.5.3 Uji Tarik ..............................................................................................
57
4.5.4 Uji Metallograpy ( photo mikro) ......................................................
74
Universitas Sumatera Utara
vii
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
................................................................
79
5.1 Kesimpulan .................................................................................................
79
5.2 Saran
........................................................................................................
80
DAFTAR PUSTAKA ........................,............................................................................
xiv
LAMPIRAN
.............................................................................................................. xvi
Universitas Sumatera Utara
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1.
Komposisi Kimia Salah Satu Jenis Abu Terbang ....................... 14
Tabel 2.2.
Chemical Composition Of OPC and Palm Oil Fuel Ash …….... 16
Tabel 4.1.
Hasil Uji Komposisi Fly Ash ………...............…………........... 43
Tabel 4.2.
Komposisi Aluminium A356 ………….……………………...... 43
Tabel 4.3.
Komposisi Pencampuran Sampel Uji Tarik ................................ 47
Tabel 4.4.
Komposisi Pencampuran Sampel Uji Impak ............................... 47
Universitas Sumatera Utara
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Diagram fasa Al-Si (Surdia,1992) ...............................................8
Gambar 2.2. Daerah Diagram Fasa Al-Si (Surdia,1992)...................................9
Gambar 2.3. (a) Mikrostruktur Al-Si hipoeutektik .............................................10
Gambar 2.3. (b) Mikrostruktur Al-Si eutektik ....................................................10
Gambar 2.3. (c) Mikrostruktur Al-Si hipereutektik.............................................10
Gambar 2.4. Diagram Alir Terbentuknya sisa pembakaran batubara .............. 12
Gambar 2.5. Abu Terbang (Palm Oil Fly Ash)...................................................15
Gambar 2.6. (a) Bottom ash sesudah di grinding...............................................15
Gambar 2.6. (b) Bottom ash sebelum di grinding...............................................15
Gambar 2.6. Dapur peleburan (www.dcu.ie) ........................................................ 21
Gambar 2.7. Ilustrasi matriks pada komposit .....................................................22
Gambar 3.1. Aluminium Ingot Tipe A356 (a) sebelum dipotong.......................25
Gambar 3.1. Aluminium Ingot Tipe A356 (a) sebelum dipotong.......................25
Gambar 3.2. Palm Oil Fly ash.............................................................................25
Gambar 3.3. Cover Fluks....................................................................................26
Gambar 3.4. Magnesium.....................................................................................26
Gambar 3.5. Bahan bakar (arang Kayu)..............................................................27
Gambar 3.6. Dapur Peleburan.............................................................................28
Gambar 3.7. Krusibel Grafit...............................................................................28
Gambar 3.8. Termokopel Type –K.....................................................................29
Gambar 3.9. Timbangan Digital..........................................................................29
Gambar 3.11. Polishing........................................................................................30
Universitas Sumatera Utara
x
Gambar 3.12. Mikroskop Optik............................................................................30
Gambar 3.13. OES (Optical Emission Spectrometer)......................................... 31
Gambar 3.14. Alat uji tarik Torsion Type AMU-10...............................................31
Gambar 3.15. Alat uji Brinell................................................................................32
Gambar 3.16. Alat uji impak.................................................................................32
Gambar 3.17. Mesin Pemotong.............................................................................33
Gambar 3.18. Electric Muffle Furnaces.................................................... ..........33
Gambar 3.19. Pengayakan Fly ash ....................................................................34
Gambar 3.20. Pemanasan Fly ash .....................................................................35
Gambar 3.21. Pemotongan dan Penimbangan Aluminium-Fly Ash................... 35
Gambar 3.22. Tahapan Proses Pembuatan Metal Matrix Composit ..................36
Gambar 3.23. Uji Kekerasan.............................................................................38
Gambar 3.24. Set Up Pengujian Tarik...............................................................39
Gambar 3.25. Uji impak ...................................................................................39
Gambar 3.26. Set Up Pengujian Metallography ................................................37
Gambar 4.1. Dimensi Butir Fly Ash Vs Volume ............................................46
Gambar 4.2. Dimensi Butir Fly Ash Vs Massa ................................................ 46
Gambar 4.3. Grafik Butir Fly Ash Vs Kekerasan ............................................ 47
Gambar 4.4. Spesimen Uji ............................................................................... 48
Gambar 4.5. Fly Ash temperature tuang Vs Kekerasan ...................................49
Gambar 4.6. (a) Sampel Impak Sebelum di Uji ................................................50
Gambar 4.6. (b) Sampel Impak Setelah di Uji .................................................50
Gambar 4.6. (c) Penampang Patahan ..............................................................50
Gambar 4.7. (a) Sampel Impak sebelum di Uji ...............................................51
Universitas Sumatera Utara
xi
Gambar 4.7. (b) Sampel Impak Setelah di Uji ................................................51
Gambar 4.7. (c) Penampang Patahan ................................................................ 51
Gambar 4.8. (a) Sampel Impak Sebelum di Uji ...............................................52
Gambar 4.8. (b) Sampel Impak Setelah di Uji .................................................52
Gambar 4.8. (c) Penampang Patahan ..............................................................52
Gambar 4.9. (a) Sampel Impak Sebelum di Uji ...............................................53
Gambar 4.9. (b) Sampel Impak Setelah di Uji .................................................53
Gambar 4.9. (c) Penampang Patahan ..............................................................53
Gambar 4.10. (a) Sampel Impak Sebelum di Uji ...............................................54
Gambar 4.10. (b) Sampel Impak Setelah di Uji .................................................54
Gambar 4.10. (c) Penampang Patahan ..............................................................54
Gambar 4.11. (a) Sampel Impak sebelum di Uji ...............................................55
Gambar 4.11. (b) Sampel Impak Setelah di Uji ................................................55
Gambar 4.11. (c) Penampang Patahan ............................................................... 55
Gambar 4.12. Grafik Temperatut tuang vs Energi Yang Diserap .......................56
Gambar 4.13. Grafik temperatur tuang vs Nilai Impak ......................................57
Gambar 4.14. (a) Sampel Uji Tarik sebelum Ditarik ........................................58
Gambar 4.14. (b) Sampel Uji Tarik Setelah Ditarik ..........................................58
Gambar 4.15. Kurva Hasil Uji Tarik temperatur tuang 685oC............................ 58
Gambar 4.16. Kurva Hasil Uji Tarik temperatur tuang 710oC ...........................59
Gambar 4.17. Kurva Hasil Uji Tarik temperatur tuang 735oC ...........................60
Gambar 4.18. Kurva Hasil Uji Tarik temperatur tuang 760oC ...........................60
Gambar 4.19. Kurva Hasil Uji Tarik temperatur tuang 785oC .........................61
Gambar 4.20. Kurva Hasil Uji Tarik Raw Material Al-Si................................... 61
Universitas Sumatera Utara
xii
Gambar 4.21. Grafik Hasil Uji Tarik Kekuatan vs temperatur tuang .................66
Gambar 4.22. Grafik Kekuatan Material Vs temperatur Tuang ......................... 66
Gambar 4.23. Grafik temperatur tuang vs % Elongation ..................................68
Gambar 4.24. Grafik temperatur tuang vs Modulus Elastisitas........................... 71
Gambar 4.25. Mikrostruktur temperatur tuang 685oC .......................................72
Gambar 4.26. Mikrostruktur temperatur tuang 710oC .......................................73
Gambar 4.27. Mikrostruktur temperatur tuang 735oC .......................................73
Gambar 4.28. Mikrostruktur temperatur tuang 760oC ......................................74
Gambar 4.29. Mikrostruktur temperatur tuang 785oC....................................... . 74
Universitas Sumatera Utara
xiii
DAFTAR NOTASI
Simbol
Arti
Satuan
P
Beban
kgf
D
Diameter
cm
σ
Tegangan
MPa
ε
Regangan
%
E
Modulus Elastisitas
MPa
Lf
Panjang Akhir
cm
Lo
Panjang Awal
cm
∆L
Pertambahan Panjang
cm
A
Luas Penampang
cm2
Universitas Sumatera Utara
MEKANIS DAN MIKROSTUKTUR PADA PEMBUATAN “METAL
MATRIX COMPOSITE” MENGGUNAKAN METODE STIR CASTING
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat
Syarat Memperoleh Sarjana Teknik
Oleh :
FEBRIAL YASMAN NST
(090401008)
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
STUDI PENGARUH TEMPERATUR TUANG TERHADAP SIFAT
MEKANIS DAN MIKROSTUKTUR PADA PEMBUATAN “METAL
MATRIX COMPOSITE” MENGGUNAKAN METODE STIR CASTING
FEBRIAL YASMAN NST
NIM. 090401008
Telah diperiksa dan disetujui dari Hasil Seminar Tugas Skripsi
Periode ke 676, pada Tanggal 08 Januari 2014
Pembanding I,
Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri
NIP. 196412241992111001
Pembanding II,
Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc
NIP. 194910121981031002
Universitas Sumatera Utara
STUDI PENGARUH TEMPERATUR TUANG TERHADAP
SIFAT MEKANIS DAN MIKROSTUKTUR PADA
PEMBUATAN “METAL MATRIX COMPOSITE”
MENGGUNAKAN METODE STIR CASTING
FEBRIAL YASMAN NST
NIM. 090401008
Telah diperiksa dan disetujui dari Hasil Seminar Tugas Skripsi
Periode ke 676, pada Tanggal 08 Januari 2014
Telah Disetujui Oleh
Dosen Pembimbing
Ir. Tugiman, MT.
NIP. 195704121985031004
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
i
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT, Tuhan semesta alam. 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 untuk dapat lulus menjadi Sarjana
Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera
Utara. Adapun judul skripsi yang dipilih diambil dari mata kuliah Pengecoran
Logam, yaitu “STUDI PENGARUH TEMPERATUR TUANG TERHADAP
SIFAT MEKANIS DAN MIKROSTRUKTUR PADA PEMBUATAN
METAL MATRIX COMPOSITE 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.
Kedua orang tua tercinta, Ayahanda H. Asran Nst, dan Ibunda Hj. Marlida
Nelly (alm), adik (Mhd Rizky Oktaranda) atas doa, kasih sayang,
pengorbanan, tanggung
jawab yang
selalu
menyertai penulis, dan
memberikan penulis semangat yang luar biasa sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini.
2.
Bapak Ir. Tugiman, MT sebagai Dosen Pembimbing Skripsi yang banyak
memberi arahan, bimbingan, motivasi, nasehat, dan pelajaran yang sangat
berharga selama proses penyelesaian Skripsi ini.
3.
Bapak Suprianto, ST. MT yang banyak memberi arahan, bimbingan,
motivasi, nasehat, dan pelajaran yang sangat berharga selama proses
penyelesaian Skripsi ini.
4.
Bapak Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri dan Ir.Syahril Gultom, MT selaku
Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.
Universitas Sumatera Utara
ii
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 (Ramadhan Daulay) yang telah memberikan kesempatan
kepada penulis untuk bergabung dalam penyelesaian tugas sarjana ini.
7.
Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin stambuk 2009, khususnya (Indro
Pramono, Tri Septian Marsah, Harri Rusadi, Nazaruddin, Wahyu Hamdani,
Guruh Andryan, Habib, rahmad hidayat) yang banyak memberi motivasi
kepada penulis dalam menyusun skripsi ini.
Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan sebagai
pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat
kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini
sebagai manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan
dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir
kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi
seluruh kalangan yang membacanya. Amin Ya Rabbal Alamin.
Medan,
Januari 2014
Penulis,
Febrial Yasman Nst
NIM : 090401008
Universitas Sumatera Utara
iii
ABSTRACT
The processing of palm oil in the PKS utilizes energy resource derived from palm
oil shell and fiber in which the process of fuel combustion shell and fiber in the
boiler combustion chamber produces the combustion remaining results in the form
of palm oil combustion fly ash which is quite plenty . Palm oil fly ash is usually
left alone in the area of oil palm mills that certainly can cause environmental
pollution and inconvenience to workers . Therefore, this study aims to look into
the utilization of fly ash as a reinforcing material in the manufacture of metal
matrix composite ( MMC ) with variations of pouring temperature of palm oil fly
ash . The palm oil fly ash used in this study were drawn from Palm Oil Factory (
PKS in the Deli Serdang, North Sumatra with a size 74 ) µm and before being
used palm oil fly ash is heated to 850oC in a furnace to remove moisture and
fractions are still can be burned . In the manufacture of MMC variation of casting
temperature are done from 685oC , 710oC , 735oC , 760oC , 785oC fly ash mixing
process is done at the time when aluminum was melted in a crusibel graphite
followed by the stirring for 5 minutes , addition of about 1.5 % Mg is done on the
fluid to improve wettability . The research result shows that 82.64 BHN which is
the highest hardness was obtained at the temperature of 760oC and lowest casting
temperature 685oC . The impact test result also shows the highest impact strength
occurs at the temperature of 760oC cast . at each point of the tensile test,
variations of temperature decrease . The increasement only occurs at the casting
temperature of 735oC . From the microstructure test result,it can be seen that the
palm oil fly ash exists between the aluminum matrix , but the distribution of the
fly ash is not uniform in all of the parts and the higher the temperature the greater
the Dendrite growth rate due to the longer freezingrate.
Keywords : Palm Oil Fly Ash , stir casting , MMC
Universitas Sumatera Utara
iv
ABSTRAK
Proses pengolahan kelapa sawit di PKS memanfaatkan sumber energi yang
berasal dari cangkang dan fiber kelapa sawit dimana proses pembakaran bahan
bakar cangkang dan fiber di ruang bakar boiler menghasilkan sisa hasil
pembakaran berupa palm oil fly ash yang jumlahnya cukup banyak. Palm oil Fly
ash ini biasanya dibiarkan begitu saja di areal pabrik kelapa sawit yang tentunya
dapat menyebabkan pencemaran lingkungan dan ketidaknyamanan terhadap para
pekerja. Oleh sebab itu penelitian ini bertujuan untuk melihat peluang
pemanfaatan fly ash sebagai bahan pemerkuat pada pembuatan metal matrix
composite (MMC) dengan berbagai variasi temperatur tuang palm oil fly ash.
Palm oil Fly ash yang digunakan pada penelitian ini diambil dari Pabrik kelapa
Sawit (PKS) di daerah kabupaten Deli Serdang Sumatera Utara dengan ukuran
74µm dan sebelum digunakan palm oil fly ash ini dipanaskan hingga 850oC di
dalam furnace untuk menghilangkan moisture dan fraksi yang masih bisa
terbakar. Pada pembuatan MMC variasi temperatur tuang dilakukan mulai dari
685oC, 710oC, 735oC, 760oC, 785oC proses pencampuran fly ash dilakukan pada
saat aluminium telah mencair di dalam crusibel grafit diikuti proses pengadukan
selama 5 menit, penambahan Mg sekitar 1,5% dilakukan pada cairan untuk
memperbaiki wettability. Hasil penelitian memperlihatkan bahwa dimana
kekerasan tertinggi 82,64 BHN diperoleh pada temperatur tuang 760oC dan
terendah pada
temperatur
tuang
685oC.
Hasil
pengujian
impak
juga
memperlihatkan kekuatan impak yang paling tinggi terjadi pada temperatur tuang
760oC. pada uji tarik tiap titik variasi temperatur turun. Kenaikan hanya terjadi
pada temperatur tuang 735oC. Dari hasil pengujian mikrostruktur dapat dilihat
bahwa palm oil fly ash terdapat diantara matrik aluminium tetapi distribusi fly ash
tersebut belum merata pada semua bagian dan semakin tinggi temperatur maka
pertumbuhan Dendrit semakin besar disebabkan laju pembekuannya lebih lama.
Kata kunci : Palm Oil Fly Ash, stir casting, MMC
Universitas Sumatera Utara
v
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR
................................................................................................
i
ABSTRAK
..................................................................................................................
iii
ABSTRACT
.................................................................................................................
iv
..............................................................................................................
v
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL...........................................................................................................
viii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................................
ix
DAFTAR NOTASI.........................................................................................................
xiii
BAB I
....................................................................................
1
1.1 Latar Belakang Masalah ............................................................................
1
1.2 Perumusan Masalah
..................................................................................
2
1.3 Tujuan Penelitian
......................................................................................
2
1.4 Batasan Masalah
.......................................................................................
3
......................................................................................................
3
1.6 Sistematika Penulisan ..................................................................................
4
PENDAHULUAN
1.5 Manfaat
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
.........................................................................
5
2.1 Alumunium .................................................................................................
5
2.1.1 Sifat-sifat Alumunium
....................................................................
6
2.1.2 Alumunium-Si ...................................................................................
7
2.1.3 Paduan Alumunium Silicon
8
2.2 Fly Ash
............................................................
......................................................................................................
10
2.2.1 Fly Ash Batubara (ALFA) ..................................................................
11
2.2.1.1 Sifat Kimia dan Sifat Fisika Fly Ash Batubara ............................
12
2.2.2 Palm Oil Fly Ash (POFA)
..............................................................
13
2.3. Teori Pengecoran ........................................................................................
15
2.3.1. Pembuatan Coran
...........................................................................
Universitas Sumatera Utara
16
vi
2.3.2. Proses Pengecoran ............................................................................... 16
2.3.3. Pembuatan Cetakan ......... .................................................................
19
2.3.4. Pengecoran Metal Matrix Composite Dengan Metode Stir Casting. 20
2.4 Matriks ..........................................................................................................
22
2.4.1 Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composite ......................
23
METODE PENELITIAN .........................................................................
25
3.1 Tempat dan Waktu .......................................................................................
25
3.2 Bahan, Peralatan dan Metode.......................................................................
25
3.2.1 Bahan ..................... .............................................................................
25
3.2.2 Alat ....................... ...............................................................................
28
3.2.3 Metode (Cara Pembuatan)
............................................................
35
3.2.3.1 Karakterisasi Awal Bahan ...................................................
35
3.2.4 Metode Pengujian ..............................................................................
38
BAB III
3.2.4.2 Uji Tarik .................................................................................... 40
3.2.4.3 Uji I............................................................................................. 41
3.2.4.4 Uji Metallogrpy ....................................................................... 42
3.3 Diagram Alir .................................................................................................. 44
BAB IV
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN ................................................. 45
4.1. Uji Komposisi Fly Ash ........................................................................
45
4.1.1. Komposisi Raw Material ..................................................................
45
4.2 Dimensi Dari Palm Oil Fly Ash ............................................................
46
4.3 Hasil komposisi Pembuatan Spesimen dari Proses Peleburan .........
47
4.4 Hasil Pembuatan Spesimen dari Proses Pelebur.................................
48
4.5 Hasil Pengujian ....................................................................................
48
4.5.1 Uji Kekerasan ....................................................................................
49
4.5.2Uji Impak ............................................................................................
49
4.5.3 Uji Tarik ..............................................................................................
57
4.5.4 Uji Metallograpy ( photo mikro) ......................................................
74
Universitas Sumatera Utara
vii
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
................................................................
79
5.1 Kesimpulan .................................................................................................
79
5.2 Saran
........................................................................................................
80
DAFTAR PUSTAKA ........................,............................................................................
xiv
LAMPIRAN
.............................................................................................................. xvi
Universitas Sumatera Utara
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1.
Komposisi Kimia Salah Satu Jenis Abu Terbang ....................... 14
Tabel 2.2.
Chemical Composition Of OPC and Palm Oil Fuel Ash …….... 16
Tabel 4.1.
Hasil Uji Komposisi Fly Ash ………...............…………........... 43
Tabel 4.2.
Komposisi Aluminium A356 ………….……………………...... 43
Tabel 4.3.
Komposisi Pencampuran Sampel Uji Tarik ................................ 47
Tabel 4.4.
Komposisi Pencampuran Sampel Uji Impak ............................... 47
Universitas Sumatera Utara
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Diagram fasa Al-Si (Surdia,1992) ...............................................8
Gambar 2.2. Daerah Diagram Fasa Al-Si (Surdia,1992)...................................9
Gambar 2.3. (a) Mikrostruktur Al-Si hipoeutektik .............................................10
Gambar 2.3. (b) Mikrostruktur Al-Si eutektik ....................................................10
Gambar 2.3. (c) Mikrostruktur Al-Si hipereutektik.............................................10
Gambar 2.4. Diagram Alir Terbentuknya sisa pembakaran batubara .............. 12
Gambar 2.5. Abu Terbang (Palm Oil Fly Ash)...................................................15
Gambar 2.6. (a) Bottom ash sesudah di grinding...............................................15
Gambar 2.6. (b) Bottom ash sebelum di grinding...............................................15
Gambar 2.6. Dapur peleburan (www.dcu.ie) ........................................................ 21
Gambar 2.7. Ilustrasi matriks pada komposit .....................................................22
Gambar 3.1. Aluminium Ingot Tipe A356 (a) sebelum dipotong.......................25
Gambar 3.1. Aluminium Ingot Tipe A356 (a) sebelum dipotong.......................25
Gambar 3.2. Palm Oil Fly ash.............................................................................25
Gambar 3.3. Cover Fluks....................................................................................26
Gambar 3.4. Magnesium.....................................................................................26
Gambar 3.5. Bahan bakar (arang Kayu)..............................................................27
Gambar 3.6. Dapur Peleburan.............................................................................28
Gambar 3.7. Krusibel Grafit...............................................................................28
Gambar 3.8. Termokopel Type –K.....................................................................29
Gambar 3.9. Timbangan Digital..........................................................................29
Gambar 3.11. Polishing........................................................................................30
Universitas Sumatera Utara
x
Gambar 3.12. Mikroskop Optik............................................................................30
Gambar 3.13. OES (Optical Emission Spectrometer)......................................... 31
Gambar 3.14. Alat uji tarik Torsion Type AMU-10...............................................31
Gambar 3.15. Alat uji Brinell................................................................................32
Gambar 3.16. Alat uji impak.................................................................................32
Gambar 3.17. Mesin Pemotong.............................................................................33
Gambar 3.18. Electric Muffle Furnaces.................................................... ..........33
Gambar 3.19. Pengayakan Fly ash ....................................................................34
Gambar 3.20. Pemanasan Fly ash .....................................................................35
Gambar 3.21. Pemotongan dan Penimbangan Aluminium-Fly Ash................... 35
Gambar 3.22. Tahapan Proses Pembuatan Metal Matrix Composit ..................36
Gambar 3.23. Uji Kekerasan.............................................................................38
Gambar 3.24. Set Up Pengujian Tarik...............................................................39
Gambar 3.25. Uji impak ...................................................................................39
Gambar 3.26. Set Up Pengujian Metallography ................................................37
Gambar 4.1. Dimensi Butir Fly Ash Vs Volume ............................................46
Gambar 4.2. Dimensi Butir Fly Ash Vs Massa ................................................ 46
Gambar 4.3. Grafik Butir Fly Ash Vs Kekerasan ............................................ 47
Gambar 4.4. Spesimen Uji ............................................................................... 48
Gambar 4.5. Fly Ash temperature tuang Vs Kekerasan ...................................49
Gambar 4.6. (a) Sampel Impak Sebelum di Uji ................................................50
Gambar 4.6. (b) Sampel Impak Setelah di Uji .................................................50
Gambar 4.6. (c) Penampang Patahan ..............................................................50
Gambar 4.7. (a) Sampel Impak sebelum di Uji ...............................................51
Universitas Sumatera Utara
xi
Gambar 4.7. (b) Sampel Impak Setelah di Uji ................................................51
Gambar 4.7. (c) Penampang Patahan ................................................................ 51
Gambar 4.8. (a) Sampel Impak Sebelum di Uji ...............................................52
Gambar 4.8. (b) Sampel Impak Setelah di Uji .................................................52
Gambar 4.8. (c) Penampang Patahan ..............................................................52
Gambar 4.9. (a) Sampel Impak Sebelum di Uji ...............................................53
Gambar 4.9. (b) Sampel Impak Setelah di Uji .................................................53
Gambar 4.9. (c) Penampang Patahan ..............................................................53
Gambar 4.10. (a) Sampel Impak Sebelum di Uji ...............................................54
Gambar 4.10. (b) Sampel Impak Setelah di Uji .................................................54
Gambar 4.10. (c) Penampang Patahan ..............................................................54
Gambar 4.11. (a) Sampel Impak sebelum di Uji ...............................................55
Gambar 4.11. (b) Sampel Impak Setelah di Uji ................................................55
Gambar 4.11. (c) Penampang Patahan ............................................................... 55
Gambar 4.12. Grafik Temperatut tuang vs Energi Yang Diserap .......................56
Gambar 4.13. Grafik temperatur tuang vs Nilai Impak ......................................57
Gambar 4.14. (a) Sampel Uji Tarik sebelum Ditarik ........................................58
Gambar 4.14. (b) Sampel Uji Tarik Setelah Ditarik ..........................................58
Gambar 4.15. Kurva Hasil Uji Tarik temperatur tuang 685oC............................ 58
Gambar 4.16. Kurva Hasil Uji Tarik temperatur tuang 710oC ...........................59
Gambar 4.17. Kurva Hasil Uji Tarik temperatur tuang 735oC ...........................60
Gambar 4.18. Kurva Hasil Uji Tarik temperatur tuang 760oC ...........................60
Gambar 4.19. Kurva Hasil Uji Tarik temperatur tuang 785oC .........................61
Gambar 4.20. Kurva Hasil Uji Tarik Raw Material Al-Si................................... 61
Universitas Sumatera Utara
xii
Gambar 4.21. Grafik Hasil Uji Tarik Kekuatan vs temperatur tuang .................66
Gambar 4.22. Grafik Kekuatan Material Vs temperatur Tuang ......................... 66
Gambar 4.23. Grafik temperatur tuang vs % Elongation ..................................68
Gambar 4.24. Grafik temperatur tuang vs Modulus Elastisitas........................... 71
Gambar 4.25. Mikrostruktur temperatur tuang 685oC .......................................72
Gambar 4.26. Mikrostruktur temperatur tuang 710oC .......................................73
Gambar 4.27. Mikrostruktur temperatur tuang 735oC .......................................73
Gambar 4.28. Mikrostruktur temperatur tuang 760oC ......................................74
Gambar 4.29. Mikrostruktur temperatur tuang 785oC....................................... . 74
Universitas Sumatera Utara
xiii
DAFTAR NOTASI
Simbol
Arti
Satuan
P
Beban
kgf
D
Diameter
cm
σ
Tegangan
MPa
ε
Regangan
%
E
Modulus Elastisitas
MPa
Lf
Panjang Akhir
cm
Lo
Panjang Awal
cm
∆L
Pertambahan Panjang
cm
A
Luas Penampang
cm2
Universitas Sumatera Utara