PENGARUH KADAR MAGNESIUM TERHADAP DENSITAS, KEKERASAN (HARDNESS) DAN KEKUATAN TEKAN ALUMINIUM ALLOY FOAMYANG MENGGUNAKAN CaCO3 SEBAGAIBLOWING AGENT
PENGARUH KADAR MAGNESIUM TERHADAP DENSITAS, KEKERASAN ( HARDNESS) DAN KEKUATAN TEKAN ALUMINIUM
SEBAGAI ALLOY FOAMYANG MENGGUNAKAN CaCO
3 BLOWING AGENT SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
WICAHYA INDRA AGUSTIAN NIM. 070401006 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-Nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul“PENGARUH PENAMBAHAN MAGNESIUM TERHADAP
DENSITAS, KEKERASAN ( HARDNESS) DAN KEKUATAN TEKAN
ALUMINIUM ALLOY FOAMYANG MENGGUNAKAN
CaCO
3 SEBAGAI BLOWING AGENT”.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub bidang Proses Produksi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, do’a, dan bantuan baik materiil, moril, maupun spiritual dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu sebagai manusia yang harus tahu terimakasih, dengan penuh ketulusan hati penulis mengucapkan terimakasih yang tak terhingga kepada : 1.
Bapak Dr –Ing, Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Dosen pembimbing sekaligus Ketua Jurusan Departemen Teknik Mesin yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.
2. Kedua orang tua penulis, Agus Ali, S.S dan Sulistiyani, adik serta abang penulis M. Ilan Jauhari dan Ella Agustian, yang tidak pernah putus- putusnya memberikan dukungan, do’a serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis.
3. Bapak Suprianto, ST, MT yang telah banyak memberikan saran dan masukan kepada penulis selama proses penelitian dan penulisan laporan.
4. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah.
5. Seluruh rekan mahasiswa angkatan 2007 khususnya Darwin R Hsb, Masniarman, Fuad Affiz, Arifin F. Lubis, M. Mirsal Lubis, Amin ‘al Binjawi, Alfis Syahri, Ricky S William Hill Miraza, M. Fadhillah Putra,
Palvis Syafri serta semua rekan mahasiswa Teknik Mesin yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis.
6. Asisten dan Laboran Lab. Proses Produksi yang selalu memberikan dukungan serta semangat kepada penulis dalam mengerjakan tugas akhir ini.
7. Tim NVC Research Center Departemen Teknik Mesin khususnya abangda Fadly A.K Nst. ST, Felix Asade, Rahman dan Batara GD. Srg yang banyak membantu selama penelitian.
8. Olive Arsenally yang selalu menginspirasi dan memberikan semangat serta dukungan kepada penulis.
Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis akan sangat berterimakasih dan dengan senang hati menerima saran, usul, dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca, Terima kasih.
Medan, September 2012 WICAHYA INDRA AGUSTIAN
ABSTRACT
The current state of the art with regards to the production of metallic foams is
reviewed, with melt-based processes identified as the most promising for cost-effective large-scale production. The potential for metal carbonates as an
alternative to currently-used titanium hydride foaming agents is explored, with
calcium carbonate identified as the most suitable. Characteristic features of the
compressive deformation of metallic foams based on magnesium as alloying agentare described in the context of use as an impact-absorbing material, from the
experiment has knowncompressive strength aluminium for each 4% Mg, 6% Mg
and 8% Mg is 38.95 MPa, 45.19 MPa and 50.82 Mpa. And density for each
3
3
3
composition is 2.62 gr/cm , 1.94 gr/cm and3.44gr/cm . Research about
magnesium contained on alluminium alloy persue to investigating influenced for
mechanical strength and phisical charcter of aluminium foam product, and make
some variable for magnesium content having involved in strentgh of product and
phisical characterization. By the product of aluminium foam investigated that
aluminium with 4 % content of Mg have good cells rather than aluminium with 6 % and 8 % content of Mg.Keyword : alluminium foam, CaCO , aluminium magnesium, celullars metal
3
ABSTRAK
Produksi aluminium foam dengan menggunakan kalsium karbonat sebagai
blowing agent melalui metode melt based processmenjanjikan pembuatan
aluminium dengan skala besar yang murah. Kalsium karbonat sangat berpotensi untuk menggantikan titanium hidrida karena terbukti memiliki kesesuaian, karakteristik deformasi tekan dari aluminium foam dengan magnesium sebagai alloying agent dijelaskan dalam konteks sebagai material peredam impak, dari hasil pengujian diketahui gaya tekan untuk aluminium dengan 4% Mg, 6% dan 8% adalah 38.95 MPa, 45.19 MPa dan 50.82 Mpa. Sedangkan densitas untuk
3
3
3
setiap komposisi adalah 2.62 gr/cm , 1.94 gr/cm and3.44gr/cm .Penelitianini bertujuan untuk meneliti bagaimanamagnesiumyang terkandungpada paduanaluminiummempengaruhi kekuatanmekanik dansifat fisis produkbusa aluminium, dan membuatbeberapa variabeluntuk kadarmagnesium yang dapat jugamempengaruhi kekuatan produksertasifatfisis. Dari produk yang dihasilkan diketahui bahwa aluminium dengan kadar Mg 4% memiliki sel yang lebih baik apabila dibandingkan dengan aluminium dengan kadar Mg 6% dan 8%.
Kata Kunci : aluminium foam, CaCO , aluminium magnesium, metal seluler
3
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ........................................................................................ i ABSTRAK ........................................................................................................... iii DAFTAR ISI ....................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... ix DAFTAR TABEL .............................................................................................. xii
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ............................................................................ 1 1.2. Tujuan ......................................................................................... 5 1.2.1. Tujuan Umum Penelitian .................................................. 5 1.2.2. Tujuan Khusus Peneliti ...................................................... 5 1.3. Manfaat Penelitian ...................................................................... 5 1.4. Ruang lingkup penelitian ............................................................ 6 1.5. Batasan Masalah ......................................................................... 7 1.6. Sistematika Penulisan ................................................................. 8 BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Aluminium .................................................................................. 8
2.1.1. Kandungan Atom atau Unsur ........................................... 10
2.1.2. Sifat-sifat Teknis Aluminium ........................................... 11
2.2. Magnesium .................................................................................. 12
2.2.1. Pembuatan Magnesium .................................................... 14
2.3. Paduan Aluminium – Magnesium ............................................... 16
2.4. Logam Busa (Metal Foam) ........................................................ 17
2.1.1. Penambahan Gas Secara Langsung ................................... 20
TM
2.1.2. Metode Pemanfaatan Blowing Agent (Alporas ) ............ 22
2.1.3. Solid-Gas Eutectic Solidification (Gasar) ......................... 23
2.1.4. Metode Kompaksi Antara Serbuk Aluminium Dengan
Bowing Agent .................................................................... 24
2.1.5. Foaming of Ingots Containing Blowing Agents (Formgrip) ....... 25
2.2. Senyawa Penghasil Gas (Blowing Agent) ................................... 26
2.2.1. Titanium Hidrida (TiH ) .................................................... 27
2
2.2.2. Kalsium Karbonat (CaCO
3 ) ............................................... 28
2.2.3. Dolomite (CaMg(CO
3 ) 2 ) .................................................... 29
2.2.4. Zirkonium Hidrida (ZrH
2 ) ................................................. 29
2.3. Tahapan Pembentukan Struktu Foam ......................................... 30
2.3.1. Pertumbuhan Sel ................................................................ 30
2.3.2. Faktor yang Mempengaruhi Stabilitas Foam .................... 31
2.3.2.1. Difusi Gas ............................................................. 31
2.3.2.2. Pengaturan Sel ...................................................... 32
2.3.2.3. Viskositas ............................................................. 32
2.3.2.4. Tegangan Permukaan ........................................... 33
2.3.2.5. Oksidasi pada Aluminium .................................... 33
2.4. Karakteristik Mekanik pada Aluminium Foam ........................... 34
2.4.1. Tingkat Skala ..................................................................... 34
2.4.2. Deformasi Tarik dan Tekan ............................................... 35
2.4.3. Deformasi Metal Foam pada Pembebanan Tekan ............. 36
2.4.3.1. Sifat pada Regangan Rendah ................................ 36
2.4.3.2. Keluluhan dan Plastisitas Metal Foam ................. 37
2.4.4. Modus Kegagalan Getas dan Ulet ..................................... 39
2.4.5. Modus Kegagalan untuk Energy Absorber ....................... 40
2.5. Aplikasi-Aplikasi Aluminium Foam ........................................... 40
2.5.1. Aplikasi Struktur Ringan ................................................... 42
2.5.2. Penyerap Energi Mekanik (Impak) .................................... 43
2.5.3. Pengontrol Panas ............................................................... 44
2.6. Uji Kekerasan (Hardness Test) ................................................... 45
2.6.1. Brinnel (HB/BHN) ............................................................ 46
2.6.2. Rockwell (HR/RHN) ......................................................... 47
2.6.3. Vickers (HV/VHN) ............................................................ 50
2.6.4. Micro Hardness (Knoop Hardness) ................................... 52
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu ...................................................................... 53 3.2. Bahan, Peralatan dan Metode ...................................................... 53 3.2.1. Bahan .............................................................................. 53 3.2.2. Alat .................................................................................. 56 3.2.3. Metode ............................................................................. 61 3.3. Diagram Alir Penelitian .............................................................. 70 BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1. Analisa Proses Foaming Produk Aluminium Magnesium Foam Dengan Blowing Agent CaCO 3 .................................................. 71 4.1.1.
Pola Struktur Hasil Foaming ........................................... 72 4.2. Analisa Kadar Mg pada Aluminium Foam Terhadap Densitas
Produk ......................................................................................... 73 4.3. Analisa Kadar Mg paad Alumninium Foam Terhadap Kekuatan
Tekan (Compressive Strength) .................................................... 76 4.3.1.
Analisa Patahan pada Sel Aluminium Foam Akibat Pembebanan Tekan ......................................................... 80 4.4.
Analisa Kadar Mg Terhadap Kekerasan (Hardness) Aluminium Foam ............................................................................................ 84
4.5. Pembahasan ................................................................................ 86