STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH KOMPOSISI SiC TERHADAP KETAHANAN AUS PADA PEMBUATAN METAL MATRIX COMPOSITE Al – SiC MENGGUNAKAN METODE STIR CASTING SKRIPSI

  

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH KOMPOSISI SiC

TERHADAP KETAHANAN AUS PADA PEMBUATAN

METAL MATRIX COMPOSITE Al

• – SiC MENGGUNAKAN

  

METODE STIR CASTING

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  

DISUSUN OLEH :

AJI PAJAR PRASTIA

100401096

  

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2015

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 Experimental Pengaruh

Komposisi SiC terhadap Ketahanan Aus pada Pembuatan Metal Matrix

Composite Al-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:

• – kakak saya ( Khamisah dan Setti Ayumna Ningsih, SH ) dan juga abang abang ipar saya ( edi hermanto dan yuzhi afri 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 Ir. Tugiman, MT Dosen Pembimbing Skripsi yang telah meluangkan waktu dan pikiran serta kesabaran dalam membimbing dan mengajar penulis untuk menyelesaikan 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. 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 (Fadel Muhammad Hrp) 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 (Abdul Rahman, 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, Mei 2015 Penulis

  Aji Pajar Prastia NIM. 10 04 01 096

  

ABSTRAK

Material komposit merupakan jenis material yang banyak dikembangkan saat ini.

  Jenis komposit yang banyak diteliti adalah komposit berjenis MMC (metal matrix

  

composite ). MMC (metal matrix composite) merupakan komposit yang memiliki

  matriks logam. Aplikasi MMC banyak dijumpai saat ini misalnya saja pada kanvas rem kereta api yang berpenguat silikon karbida ( SiC ). Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh kandungan SiC dengan variasi 1,5 %, 2,5 %, dan 3,5 % serta penambahan 1% Fly Ash terhadap densitas, kekerasan, impak, kekasaran, keausan dan mikrostruktur. Sebelum diuji, spesimen dibuat dengan proses pengecoran dengan menggunakan metode stir casting dengan putaran konstan 175 rpm selama 1 menit dan temperatur ± 735 °C. Untuk mengetahui laju keausan material MMC tersebut dilakukkan pengujian keausan dengan metode pin on the disk. Untuk nilai densitas tertinggi didapat pada variasi SiC 3,5 % dan fly ash 1% yaitu 2,80 gr/cm³ secara teori dan 2,78 gr/cm³ secara experimen. Untuk nilai kekerasan tertinggi didapat pada variasi SiC 3,5 % dan fly

  

ash 1% yaitu sebesar 60,38. Untuk nilai impak tertinggi didapat pada variasi SiC

  3,5 % dan fly ash 1% yaitu 0,398 J/mm². Untuk nilai kekasaran tertinggi didapat pada variasi SiC 3,5 % dan fly ash 1% yaitu 0,61μm. Hasil mikrostruktur memperlihatkan bahwa Silikon yang paling banyak terikat pada matrix adalah variasi SiC 3,5 % dan fly ash 1%. Nilai keausan terendah didapat pada variasi SiC 3,5 % dan fly ash 1% yaitu sebesar 0,319 mm³/s secara teori dan secara eksperimen sebesar 0,325 mm³/s atau menurun 18% secara teori dan 23% secara eksperimen dibandingkan raw material. Hasil pengujian keausan menunjukkan bahwa laju keausan akan menurun seiring dengan penambahan SiC.

  Kata kunci: Aluminium, Silikon Karbida, Komposit, keausan, stir casting

  

ABSTRACT

The composite material is a type of material that has been developed at this time.

  Composites are widely studied is a composite manifold MMC (metal matrix composite). MMC (metal matrix composite) is a composite that has metal ’s matrix. MMC applications are often found today for example in railway brake pads reinforced by silicon carbide (SiC). This study aimed to analyze the influence of the content of SiC with a variation of 1.5%, 2.5%, and 3.5% and the addition of 1% Fly Ash to hardness, impact, roughness, wear and microstructure.

  Before the test, the specimen is made with casting process and with using stir casting method with constant speed 175 rpm for 1 minute and temperature of ± 735 ° C. To determine the wear rate of the MMC material done wear testing the pin on the disk method. For the highest density values obtained on SiC variation of 3.5% and 1% of fly ash that is equal to 2,80 gr/cm³ theoretically and experimentally by 2,78 gr/cm³. For the highest hardness values obtained on SiC variation of 3.5% and 1% of fly ash that is equal to 60.38. To the highest impact value obtained on SiC variation of 3.5% and 1% of fly ash is 0.398 J / mm². For the highest roughness values obtained on SiC variation of 3.5% and 1% of fly ash is 0,61μm. The results showed that the silicon microstructure most tied to the SiC matrix is a variation of 3.5% and 1% of fly ash. Low wear values obtained on SiC variation of 3.5% and 1% of fly ash that is equal to 0.319 mm³ / s theoretically and experimentally by 0.325 mm³ / s or decreased 18% in theory and 23% in experimentally just than raw material. The results show that the wear rate decreases with the addition of SiC Keywords: Aluminium, Silicon carbide, composite, wear, stir casting

  

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. Palm Oil Fly Ash ( POFA )..........................................................22

  2.5 Stir Casting...................................................................................23

  2.6. Cetakan Pasir................................................................................25

  2.7 Jenis

• – Jenis Keausan...................................................................28

  BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu.......................................................................31 3.2. Bahan dan Alat Penelitian ........................................................... 31 3.2.1. Bahan Penelitian .............................................................. 31 3.2.2. Alat Penelitian .................................................................. 33

  3.3. Prosedur Pengujian ..................................................................... 41

  4.1. Hasil Uji Komposisi.....................................................................47

  4.8. Hasil Pengujian Metalografi ( Metallography Test )...................77

  4.7. Hasil Pengujian Keausan ( Wear Test )........................................59

  4.6. Hasil Pengujian Kekasaran ( Roughness Test ) ...........................57

  4.5. Hasil Pengujian Getas ( Impact Test )..........................................54

  4.4. Hasil Pengujian Kekerasan ( Hardness Test )..............................52

  4.3. Hasil Pengujian Densitas.............................................................50

  4.2. Hasil Pengecoran Logam Al-SiC.................................................48

  BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

  3.3.1. Pengujian Komposisi.........................................................41

  3.4 Diagram Alir................................................................................46

  3.3.8. Pengujian Metalografi ( Metallography Test )...................45

  3.3.7. Pengujian Keausan ( Wear Test ).......................................44

  3.3.6. Pengujian Kekasaran ( Roughness Test ) ..........................44

  3.3.5. Pengujian Getas ( Impact Test ).........................................43

  3.3.4. Pengujian Kekerasan ( Hardness Test ).............................42

  3.3.3. Pengujian Densitas.............................................................42

  3.3.2. Proses Pengecoran Logam.................................................41

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan..................................................................................85 5.2. Saran............................................................................................86

DAFTAR PUSTAKA.........................................................................................88

LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Diagram fasa Al-Si ..........................................................................9Gambar 2.2 Daerah Diagram Fasa Al-Si..............................................................10Gambar 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..............................17Gambar 2.5 diagram phase dari SiC......................................................................20Gambar 2.6 Palm oil fly ash.................................................................................22Gambar 2.7 mesin stir casting...............................................................................24Gambar 2.8 Proses pembuatan cetakan.................................................................27Gambar 2.9 Pengujian keausan dengan metode pin on disk..................................29Gambar 3.1 Velg mobil bekas jenis Aluminium Alloy...........................................31Gambar 3.2 Silikon karbida (SiC)..........................................................................32Gambar 3.3 Palm oil fly ash...................................................................................32Gambar 3.4 Cover Fluks........................................................................................33Gambar 3.5 Mesin Gerinda Tangan......................................................................33Gambar 3.6 Ragum................................................................................................34Gambar 3.7 Termokopel type- K..........................................................................34Gambar 3.8 Mesin Stir Casting..............................................................................35Gambar 3.9 Krusibel..............................................................................................35Gambar 3.10 a) Cetakan Pasir bagian atas

  b) Cetakan Pasir bagian bawah .......................................................36

Gambar 3.11 Mesin Bubut.....................................................................................36Gambar 3.12 Mesin Gergaji...................................................................................37Gambar 3.13 Pin on disk........................................................................................37Gambar 3.14 Brinell Hardness Tester...................................................................38Gambar 3.15 Impact Tester..................................................................................38Gambar 3.16 Surface Roughness Tester ................................................................39Gambar 3.17 Mikroskop optik..............................................................................39Gambar 3.18 Polishing machine...........................................................................40Gambar 3.19 OES (Optical Emission Spectrometer)............................................40Gambar 3.20 Diagram alir penelitian....................................................................46Gambar 4.1 Spesimen pengujian komposisi.........................................................48Gambar 4.2 Diagram fasa Al-Si (Rahmawati, Z.S 2010 )....................................46Gambar 4.3 a) Hasil pengecoran raw material. (b) Hasil pengecoran aluminium alloys yang diperkuat SiC 1,5% dan fly ash 1% .

  (c) Hasil pengecoran aluminium alloys yang diperkuat SiC 2,5% dan fly ash 1% . (d) Hasil pengecoran aluminium alloys yang diperkuat SiC 3,5% dan fly ash 1% . (e) Hasil pengecoran aluminium alloys yang diperkuat fly ash 1%................................49

Gambar 4.4 Spesimen pengujian densitas..............................................................50Gambar 4.5 variasi komposisi vs massa jenis........................................................51Gambar 4.6 (a) Spesimen uji kekerasan sebelum diuji. (b) Spesimen uji kekerasan yang sudah diuji ..............................................................52Gambar 4.7 BHN Vs Komposisi SiC & Fly Ash ..................................................53 Gambar 4.8 (a) Spesimen sebelum diuji. (b) Spesimen sudah diuji.

  (c) Penampang patahan spesimen......................................................54

Gambar 4.9 Grafik Komposisi SiC & Fly Ash Vs Energi yang diserap................56Gambar 4.10 Grafik nilai impak vs komposisi SiC & Fly ash..............................56Gambar 4.11 Spesimen Uji Kekasaran..................................................................57Gambar 4.12 Nilai kekasaran vs Komposisi SiC & Fly Ash..................................58Gambar 4.13 Spesimen sebelum di uji keausan.....................................................59Gambar 4.14 Spesimen sudah di uji keausan.........................................................59Gambar 4.15 Lebar jejak untuk Raw Material Aluminum Alloy

  ( pembesaran 50x)..............................................................................60

Gambar 4.16 Kedalaman jejak bahan raw material (pembesaran 50x) ................60Gambar 4.17 Lebar jejak untuk aluminum alloys ditambah Fly ash 1%

  ( pembesaran 50x).............................................................................62

Gambar 4.18 Kedalaman jejak bahan aluminum alloys ditambah Fly ash 1%

  ( pembesaran 50x )...........................................................................62

Gambar 4.19 Lebar jejak untuk Aluminum Alloys ditambah Sic 1,5% dan

  Fly ash 1% ( pembesaran 50x)........................................................64

Gambar 4.20 Kedalaman jejak bahan Aluminum Alloys ditambah Sic 1,5% dan Fly ash 1% ( pembesaran 50x ).................................................64Gambar 4.21 Lebar jejak untuk Aluminum Alloys ditambah Sic 2,5% dan

  Fly ash 1% ( pembesaran 50x)..........................................................66

Gambar 4.22 Kedalaman jejak bahan Aluminum Alloys ditambah Sic 2,5% dan Fly ash 1% ( pembesaran 50x )..................................................66Gambar 4.23 Lebar jejak untuk Aluminum Alloys ditambah Sic 3,5% dan

  

Fly ash 1% ( pembesaran 50x)...........................................................68

Gambar 4.24 Kedalaman jejak bahan Aluminum Alloys ditambah Sic 3,5% dan Fly ash 1% ( pembesaran 50x )..................................................68Gambar 4.25 Skematis spesimen hasil uji keausan................................................73Gambar 4.26 Grafik laju keausan vs variasi komposisi.........................................77Gambar 4.27 a ) Foto mikro raw material sebelum etsa (pembesaran 100x)

  b) Foto mikro raw material sesudah etsa ( pembesaran 100x)........78

Gambar 4.28 a) Foto mikro aluminium alloys yang diperkuat fly ash 1% sebelum etsa (pembesaran 100x)

  b) Foto mikro aluminium alloys yang diperkuat fly ash 1% sesudah etsa (pembesaran 100x)..................................................79

Gambar 4.29 a) Foto mikro aluminium alloys yang diperkuat SiC 1,5% dan fly ash 1% sebelum etsa (pembesaran 100x)

  b) Foto mikro aluminium alloys yang diperkuat SiC 1,5% dan 1% sesudah etsa (pembesaran 100x) .............................80

   fly ash

Gambar 4.30 a) Foto mikro aluminium alloys yang diperkuat SiC 2,5% dan

   fly ash 1% sebelum dietsa (pembesaran 100x)

  b) Foto mikro aluminium alloys yang diperkuat SiC 2,5% dan

  

fly ash 1% sebelum dietsa (pembesaran 100x)............................81

Gambar 4.31 a) Foto mikro aluminium alloys yang diperkuat SiC 3,5% dan

   fly ash 1% sebelum etsa (pembesaran 100x)

  b) Foto mikro aluminium alloys yang diperkuat SiC 3,5% dan fly ash 1% sesudah etsa(pembesaran 100x)................................82

Gambar 4.32 (a) foto mikro raw material ( pembesaran 200 x ). (b) foto mikro aluminium alloys yang diperkuat fly ash 1%

  ( pembesaran 200 x ).(c) foto mikro aluminium alloys yang diperkuat SiC 1,5% (pembesaran 200 x ). (d) foto mikro aluminium alloys yang diperkuat SiC 2,5% (pembesaran 200 x ). (e) aluminium alloys yang diperkuat SiC 3,5% (pembesaran 200 x ).....................................................................83 Gambar 4.33 (a) foto mikro raw material ( pembesaran 200 x ). (b) foto mikro aluminium alloys yang diperkuat fly ash 1% (pembesaran 200x) (c) foto mikro aluminium alloys yang diperkuat SiC 1,5% (pembesaran 200 x ). (d) foto mikro aluminium alloys yang diperkuat SiC 2,5% (pembesaran 200 x ). (e) aluminium alloys yang diperkuat SiC 3,5% (pembesaran 200 x )......................................................................84

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sifat - sifat fisik aluminium..................................................................8Tabel 2.2. Kandungan Si terhadap temperatur titik beku paduan aluminium.......12Tabel 2.3 Sifat - sifat fisik dari Silikon Karbida...................................................19Tabel 2.4 Chemical composition Palm Oil Fuel Ash............................................23Tabel 4.1 komposisi material velg aluminium.......................................................47Tabel 4.2 Data hasil pengujian densitas.................................................................51Tabel 4.3 Data hasil pengujian kekerasan.............................................................53Tabel 4.4 Data hasil pengujian impak....................................................................55Tabel 4.5 Data hasil pengujian kekasaran..............................................................58Tabel 4.6 Lebar jejak dan kedalaman jejak bahan raw material............................61Tabel 4.7 Lebar jejak dan kedalaman jejak bahan Aluminum Alloys ditambah Fly ash 1%...............................................................................63Tabel 4.8 Lebar jejak dan kedalaman jejak bahan Aluminum Alloys ditambah Sic 1,5% dan Fly ash 1%........................................................65Tabel 4.9 Lebar jejak dan kedalaman jejak bahan Aluminum Alloys ditambah Sic 2,5% dan Fly ash 1%.......................................................67Tabel 4.10 Lebar jejak dan kedalaman jejak bahan Aluminum Alloys ditambah Sic 2,5% dan Fly ash 1%........................................................69Tabel 4.11 Laju keausan pada bahan Aluminium alloys (raw material),

  Aluminium alloys yang diperkuat SiC dengan komposisi 1,5%, 2,5%, dan 3,5% serta penambahan fly ash 1%.......................................76