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

Dokumen yang terkait

Studi Eksperimental Pengaruh Komposisi Sic Terhadap Mikrostruktur Dan Sifat Mekanis Pada Pembuatan Metal Matrix Composite Al-Sic Dengan Metode Centrifugal Casting

2 85 102

Studi Eksperimental Pengaruh Komposisi Sic Terhadap Ketahanan Aus Pada Pembuatan Metal Matrix Composite Al – Sic Menggunakan Metode Stir Casting

7 97 106

Pengaruh Jumlah Palm Oil Fly Ash Terhadap Microstruktur Dan Sifat Mekanis Metal Matrix Composite (MMC) Dengan Metode Stir Casting

1 49 105

Studi Pengaruh Temperatur Tuang Terhadap Sifat Mekanis Dan Mikrostruktur Pada Pembuatan Metal Matrix Composite Menggunakan Metode Stir Casting

0 0 1

Studi Pengaruh Temperatur Tuang Terhadap Sifat Mekanis Dan Mikrostruktur Pada Pembuatan Metal Matrix Composite Menggunakan Metode Stir Casting

0 0 4

Studi Pengaruh Temperatur Tuang Terhadap Sifat Mekanis Dan Mikrostruktur Pada Pembuatan Metal Matrix Composite Menggunakan Metode Stir Casting

0 0 20

Studi Pengaruh Temperatur Tuang Terhadap Sifat Mekanis Dan Mikrostruktur Pada Pembuatan Metal Matrix Composite Menggunakan Metode Stir Casting

0 0 2

Studi Pengaruh Temperatur Tuang Terhadap Sifat Mekanis Dan Mikrostruktur Pada Pembuatan Metal Matrix Composite Menggunakan Metode Stir Casting

0 0 7

BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Studi Eksperimental Pengaruh Komposisi Sic Terhadap Mikrostruktur Dan Sifat Mekanis Pada Pembuatan Metal Matrix Composite Al-Sic Dengan Metode Centrifugal Casting

0 0 27

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH KOMPOSISI SiC TERHADAP MIKROSTRUKTUR DAN SIFAT MEKANIS PADA PEMBUATAN METAL MATRIX COMPOSITE Al-SiC DENGAN METODE CENTRIFUGAL CASTING SKRIPSI

0 0 14