Waktu dan Tempat Prosedur Penelitian Diagram Alir Penelitian Uji Komposisi Kimia

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat

Waktu penelitian ini direncanakan selama enam bulan yang dimulai dari bulan Agustus 2013 sampai dengan Januari 2014. Tempat dilaksanakannya penelitian ini adalah di Laboratorium Teknologi Mekanik dan Laboratorium Metalurgi Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Khusus untuk pengujian komposisi kimia dilakukan di Workshop Teknik Mesin, Universitas Negeri Medan.

3.2 Prosedur Penelitian

Dalam penelitian ini dilakukan beberapa proses pembuatan spesimen sebelum masuk kepada pengujian inti. Dari bahan awal berupa velg mobil bekas berbasis logam aluminium alloy, hal yang pertama dilakukan adalah pemotongan velg tersebut pada bagian yang masih bagus dan bagian yang mengalami penyok menjadi bentuk spesimen uji komposisi, uji kekerasan dan foto mikro. Barulah kemudian masuk kepada proses pengujian komposisi, uji kekerasan dengan metode brinell, dan foto mikro. Data yang didapat kemudian dianalisa dan disimulasikan dengan software Ansys untuk mengetahui distribusi tegangan dan memodifikasi bentuk dari velg aluminium alloy tersebut agar tidak terjadi kegagalan pada velg.

3.3 Metode Pengumpulan Data

Metode dan teknik yang digunakan dalam pembuatan spesimen adalah sebagai berikut. Universitas Sumatera Utara

3.3.1 Persiapan Bahan

Dalam penelitian ini bahan yang digunakan adalah velg mobil Toyota Corolla Altis berbasis logam aluminium alloy dengan diameter 17,5 inci 444,5 mm dan lebar 7 inci 177,8 mm seperti yang terlihat pada gambar 3.1. Gambar 3.1 Velg mobil bekas Toyota Corolla Altis jenis Aluminium Alloy A413.0 Karakteristik dari material velg aluminium jenis A413.0 terlihat pada tabel 3.1. Tabel 3.1 Karakteristik paduan A413.0 Sifat Jenis Sifat Nilai Sifat Fisik Densitas gcm 3 2,66 Sifat Tarik Tensile Ultimate Tensile Strength MPa 290 Sifat Tarik Tensile Tensile Yield Strength MPa 131 Sifat Tarik Tensile Elongasi Tarikan 3,5 Sifat Elastis Shear Modulus GPa 26,7 Sifat Elastis Shear Strength MPa 170 Sifat Kekerasan Brinell HardnessHB 80 Sumber:http:www.matweb.comsearchDataSheet.aspx?MatGUID=641c712320 4a4c6bb81190f8685cf60d Universitas Sumatera Utara

3.3.2 Persiapan Alat

Alat yang digunakan dalam pembuatan spesimen untuk pengujian adalah sebagai berikut.

3.3.2.1 Mesin Gerinda Tangan

Alat ini digunakan untuk memotong velg mobil menjadi bentuk strip untuk menyesuaikan dengan kondisi alat uji yang kecil, seperti ditunjukkan pada gambar 3.2. Spesifikasi: Merk = METABO Putaran = 11.000 rpm D max = 100 mm Daya = 350 Watt Gambar 3.2 Mesin gerinda tangan

3.3.2.2 Ragum

Alat ini digunakan untuk menjepit spesimen agar mudah ketika dilakukan pemotongan dengan menggunakan mesin gerinda tangan. Ragum ini terlihat pada gambar 3.3. Universitas Sumatera Utara Gambar 3.3 Ragum

3.3.2.3 Mesin Sekrap Datar

Alat ini digunakan untuk meratakan spesimen yang berbentuk strip menjadi bentuk yang diinginkan, seperti terlihat pada gambar 3.4. Spesifikasi: Merk : CMZ Type : L-150 Made in : Spain Gambar 3.4 Mesin sekrap datar Universitas Sumatera Utara

3.3.2.4 Jangka Sorong

Jangka sorong digunakan untuk mengukur dimensi pada saat pembuatan spesimen. Alat ini terlihat pada gambar 3.5. Gambar 3.5 Jangka sorong

3.3.3 Pembuatan Spesimen

Pembuatan spesimen yang akan dibuat adalah sebanyak 6 buah. Bagian velg yang akan dibuat spesimen dapat dilihat pada gambar 3.6. Gambar 3.6 Bagian velg yang akan dibuat spesimen untuk pengujian Bagian velg terdeformasi plastis yang akan dibuat Bagian velg normal yang akan dibuat spesimen Universitas Sumatera Utara Untuk berikutnya, spesimen ini akan diproses lagi untuk menjadi spesimen uji komposisi, uji kekerasan, dan foto mikro. Adapun proses pembuatan spesimen adalah sebagai berikut: 1. Semua alat dan bahan disiapkan. 2. Dilakukan pemotongan pada sirip velg yang tidak mengalami penyok dengan menggunakan mesin gerinda tangan hingga sirip tersebut terlepas dari velg. 3. Sirip yang sudah terlepas dari velg tersebut, kemudian dijepit menggunakan ragum untuk dipotong lagi sesuai dengan panjang yang diinginkan. 4. Sirip tersebut kemudian dijepit di meja ragum mesin sekrap datar untuk meratakan spesimen dan dibentuk sesuai ukuran spesimen uji kekerasan yang ditentukan. 5. Diulangi dari langkah ke-2 sampai dengan langkah ke-4 untuk pembuatan spesimen uji komposisi, spesimen uji metalografi, dan spesimen uji tarik pada sirip velg yang tidak mengalami penyok. 6. Dilakukan pemotongan pada sirip velg yang mengalami penyok dengan menggunakan mesin gerinda tangan hingga sirip tersebut terlepas dari velg. 7. Sirip yang sudah terlepas dari velg tersebut, kemudian dijepit menggunakan ragum untuk dipotong lagi sesuai dengan panjang yang diinginkan. 8. Sirip tersebut kemudian dijepit di meja ragum mesin sekrap datar untuk meratakan spesimen dan dibentuk sesuai ukuran spesimen uji kekerasan yang ditentukan. 9. Diulangi dari langkah ke-6 sampai dengan langkah ke-8 untuk pembuatan spesimen uji komposisi, spesimen uji metalografi, dan spesimen uji tarik pada sirip velg yang mengalami penyok. Universitas Sumatera Utara

3.4 Pengujian

Pengujian yang dilakukan pada spesimen meliputi uji komposisi, uji kekerasan, uji metalografi, dan uji tarik.

3.4.1 Uji Komposisi

Tujuan dari pengujian ini adalah mengetahui komposisi dari suatu material. Pengujian ini dilakukan di Laboratorium dan workshop Teknik Mesin Universitas Negeri Medan dengan menggunakan alat OES Optical Emission Spectrometer. Dimana, sebelum pengujian alat tersebut dikalibrasi terlebih dahulu. OES tersebut dapat dilihat pada gambar 3.7. Gambar 3.7 OES Optical Emission Spectrometer Sumber: Laboratorium dan workshop Teknik Mesin Universitas Negeri Medan

3.4.2 Uji Kekerasan

Pengujian kekerasan dilakukan di Laboratorium Metalurgi Fisik, Departemen Teknik Mesin USU dengan menggunakan Brinell Hardness Tester, seperti terlihat pada gambar 3.8. Spesifikasi: Type : BH-3CF Kapasitas max : 3000 Kgf Bola indentasi : 3,5, dan 10 mm Universitas Sumatera Utara Gambar 3.8 Brinell Hardness Tester Prosedur pengujian uji kekerasan adalah sebagai berikut: a. Siapkan spesimen dan alat uji. b. Ganti bola indentasi dengan ukuran 5 mm. c. Letakkan spesimen di meja uji. d. Tutup katup hidrolik. e. Tekan tuas hingga 500 kg, dan tahan selama 15 detik. F .Buka katup hidrolik dan lepaskan spesimen. g. Amati jejak yang terjadi dan konversikan ke-Brinell Hardness Number kemudian dicatat.

3.4.3 Uji Metalografi

Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Metalurgi Fisik Departemen Teknik Mesin USU, dengan menggunakan mikroskop optik seperti yang terlihat pada gambar 3.9. Spesifikasi: Merk : Rax Vision 3 Pembesaran optik : 50X, 100X, 200X, 500X, dan 800X Universitas Sumatera Utara Gambar 3.9 Mikroskop optik Langkah pengerjaannya adalah sebagai berikut.

3.4.3.1 Pengamplasan Spesimen Uji Metalografi

Proses ini menggunakan kertas amplas yang kasar sampai halus. Tingkat kehalusan kertas amplas ini ditentukan oleh ukuran serbuk silicon carbida yang menempel pada kertas tersebut. Misalnya ada amplas yang memiliki tingkat kehalusan hingga 220, angka 220 menunjukkan bahwa serbuk silicon carbida pada kertas amplas itu bisa lolos dari ayakan hingga mencapai 220 lubang pada luas 1 inchi 2 sekitar 625 mm 2 . Untuk langkah pertama penggosokkan menggunakan amplas no. 240 dalam satu arah pada permukaan specimen yang akan diteliti keadaan strukturnya. Setelah itu menggosok kasar lanjutan permukaan spesimen tersebut dengan kertas amplas no. 800 dengan arah lurus arah penggosokkan pertama arah kedua, dilanjutkan penggosokan halus permukaan tersebut dengan amplas no. 1000 dengan arah sama dengan arah pertama. Dilanjutkan no. 1200 dengan arah sama dengan arah penggosokkan kasar lanjut. Pengamplasan dilakukan di Laboratorium Metalurgi Departemen Teknik Mesin USU dengan menggunakan polishing machine terlihat pada gambar 3.10. Universitas Sumatera Utara Gambar 3.10 Polishing machine

3.4.3.2 Polishing Spesimen Uji Metalografi

Benda uji yang telah melewati proses penggerindaan diteruskan ke proses pemolesan. Mesin yang digunakan adalah mesin poles metallografi. Mesin ini terdiri dari piringan yang berputar diatasnya diberi kain poles terbaik. Kain ini dikenal dengan kain selvyt beludru. Cara pemolesannya, benda uji diletakkan diatas piringan yang berputar, kain poles diberi sedikit pasta oles. Pasta oles yang biasa digunakan adalah alumina Al 2 O 3 . Dalam istilah perdagangan diberi nama autosol atau gama alumina terlihat pada gambar 3.11. Bila garis-garis bekas amplasan masih terlihat, pemolesan diteruskan dan bila tampak sudah rata, spesimen dibersihkan. Gambar 3.11 Metal polish

3.4.3.3 Proses Observasi Spesimen Uji Metalografi

Setelah melalui proses pengamplasan, polishing, dan etsa maka spesimen siap untuk diobservasi untuk melihat mikrostrukturnya. Adapun prosedur dari observasi metalografi adalah sebagai berikut: Universitas Sumatera Utara a. Siapkan spesimen yang telah di amplas, polishing, dan etsa. b. Hidupkan Mikroskop Optik, sambungkan dengan komputer yang telah ter- install software di dalamnya. c. Letakkan spesimen di meja pengujian. d. Pilih ukuran lensa yang akan digunakan. e. Amati gambar pada layar. f. Simpan gambar yang diperlukan untuk nantinya akan dianalisa.

3.4.4 Uji Tarik

Alat yang digunakan untuk mengetahui kemampuan bahan tersebut menahan beban maksimum dan sejauh mana material tersebut bertambah panjang. Gambar 3.12 memperlihatkan alat uji tarik. Gambar 3.12 Alat uji tarik Torsee Type AMU-10 Spesifikasi: Type : AMU-10 Beban max : 10 Ton Force Tahun :1989 Universitas Sumatera Utara

3.5 Simulasi Numerik

Dalam simulasi ini software yang digunakan yaitu Ansys 14.0 Workbench yang berbasis Metode Elemen Hingga MEH. Simulasi ini bertujuan untuk mengetahui distribusi tegangan akibat beban statik. Dalam permodelan gambar seperti material uji tekan statik aksial terlebih dahulu dibuat bentuk geometri dan dimensi dan software yang digunakan adalah AutoCAD 3D. Simulasi komputer dilakukan untuk mengklarifikasi perilaku mekanik yang terjadi akibat pengujian secara eksperimental.

3.5.1 Tampilan Pembuka Ansys 14.0

Tampilan awal Ansys 14.0 ditunjukkan seperti pada gambar 3.13. Gambar 3.13 Tampilan awal Ansys 14.0 Software program ini mampu melakukan analisa pembebanan statik aksial dan dinamis, analisa temperatur, deformasi, defleksi, tegangan pada truss, dan sebagainya. Pada gambar merupakan tampilan awal Ansys 14.0 Workbench. Universitas Sumatera Utara

3.5.2 Mendefinisikan Sistem Analisa

Untuk mendefinisikan sistem analisa, maka langkah prosesnya adalah: pilih menu pada toolbox Static Structural seperti pada gambar 3.14. Gambar 3.14 Tampilan sistem analisa Selanjutnya juga dipilih Engineering Data ketikkan Aluminium Alloy 413.0 pada kolom “Click here for a new material”. Proses ini terlihat pada gambar 3.15. Gambar 3.15 Tampilan Engineering Data Universitas Sumatera Utara

3.5.3 Mendefinisikan Material Properties

Langkah selanjutnya adalah menentukan sifat properties material seperti material Aluminium Alloy A413.0. Langkah mendefenisikan material properties adalah: physical properties density linear elastic isotropic elasticity. Lalu masukan nilai modulus elastisitas, masa jenis dan poisson ratio ke dalam kotak dialog material. Kemudian pilih return to project dan pilih satuan millimeter untuk pemodelan gambar. Proses ini terlihat pada gambar 3.16 Gambar 3.16 Tampilan material properties

3.5.4 Tampilan Gambar Velg

Untuk simulasi, maka gambar yang akan dibuat terlebih dahulu melalui software AutoCAD 3D. Software ini digunakan untuk pembuatan gambar, karena gambar yang dihasilkan akan lebih akurat. Langkah untuk mengimport gambar dari AutoCAD 3D adalah: File import external geometry file pilih lokasi file gambar tersebut pilih open pilih generate. Hal ini ditunjukkan pada gambar 3.17. Universitas Sumatera Utara Gambar 3.17 Tampilan pembuatan velg dari AutoCAD 3D Setelah itu pilih close designmodeler untuk mengakhiri pemodelan gambar dan selanjutnya untuk memberikan pembebanan.

3.5.5 Proses Meshing

Ukuran mesh sangat mempengaruhi hasil dalam analisa ini. Namun dalam skripsi ini tidak dibahas lebih lanjut mengenai pengaruh ukuran tersebut. Hal ini dikarenakan keterbatasan sistem komputer yang digunakan. Disini proses menerapkan ukuran mesh sesuai kemampuan komputer yaitu dengan langkah sebagai berikut: pilih menu model geometry part 1 material assignment ganti structural steel menjadi Aluminium Alloy A413.0 pilih mesh generate mesh seperti diperlihatkan oleh gambar 3.18. Universitas Sumatera Utara Gambar 3.18 Tampilan gambar velg hasil meshing

3.5.6 Proses Static Structural

Pada proses ini langkah perintahnya adalah dengan pilih menu static structural insert fixed support pilih permukaan tumpuan yaitu pada empat lubang baut pilih apply seperti ditunjukkan pada gambar 3.19. Gambar 3.19 Tampilan gambar velg hasil fixed support Universitas Sumatera Utara Selanjutnya pilih static structural insert force pilih vertex pembebanan titik pilih bagian yang diberi beban apply masukkan besar beban pilih definition pilih define by ubah vector menjadi components masukkan beban pada komponen sumbu Y bernilai negatif. Proses ini diperlihatkan pada gambar 3.20. Gambar 3.20 Tampilan velg yang dikenai beban Berat dari mobil Toyota Corolla Altis adalah 1.610 kg. Diasumsikan mobil berisi penuh 5 penumpang dewasa dengan masing-masing penumpang memiliki berat 78 kg. Maka, berat keseluruhan mobil adalah 2.000 kg. jadi, setiap velg menerima beban sebesar 500 kg atau 5.000 N. Beban sebesar 5.000 N dikalikan impact factor 1,3 menghasilkan 6.500 N.

3.5.7 Proses Solution

Pada proses solution langkahnya adalah pilih solution insert pilih deformation total. Pilih solution insert pilih strain equivalent von-Mises. Pilih solution insert pilih stress equivalent von-Mises. Pilih solution Universitas Sumatera Utara kemudian pilih solve untuk mendapatkan hasil. Pada gambar 3.21 memperlihatkan tampilan proses solution. Gambar 3.21 Tampilan proses solution Universitas Sumatera Utara

3.6 Diagram Alir Penelitian

Konsep dari penelitian ini adalah seperti pada gambar 3.9. Gambar 3.23 Diagram alir penelitian Mendapatkan velg aluminium alloy Pembuatan spesimen Pengujian secara mekanik meliputi: • Uji komposisi kimia • Uji kekerasan • Uji metalografi • Uji tarik Mulai Data Modelling dan Simulasi software Ansys Hasil Kesimpulan Selesai Ya Tidak Ya Tidak Universitas Sumatera Utara BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Pada bab ini akan ditampilkan hasil dari pengujian dan simulasi numerik. Hasil pengujian dianalisa untuk mendapatkan sifat mekanik dari spesimen.

4.1 Uji Komposisi Kimia

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui unsur-unsur yang terkandung didalam material uji. Hasil pengujian dapat dilihat pada tabel 4.1. Hasil pembuatan spesimen uji komposisi kimia dapat dilihat pada gambar 4.1. Gambar 4.1 Spesimen uji komposisi kimia Dimensi spesimen: Panjang = 68,25 mm, lebar = 22,15 mm, tinggi = 3,55 mm Tabel 4.1 Hasil uji komposisi kimia Unsur Standar Titik 1 Titik 2 Titik 3 Rata-rata Al 82,9 – 89 87,0 87,2 87,0 87,1 Si 11 – 13 11,1 11,6 11,6 11,4 Mg 0,1 0,0702 0,0579 0,0599 0,0626 Fe 1,3 0,558 0,173 0,332 0,355 Cu 1,0 0,884 0,762 0,729 0,792 Ni 0,50 0,0020 0,0020 0,0020 0,0020 Zn 0,50 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010 Mn 0,35 0,0030 0,0010 0,0010 0,0012 Sn 0,15 0,0020 0,0020 0,0020 0,0020 Universitas Sumatera Utara Dari uji komposisi, diperoleh hasil bahwa material tersebut merupakan aluminium A413.0. Analisa kimia dilakukan dengan menggunakan metode OES Optical Emission Spectrometer. Tujuan dari pengujian komposisi kimia adalah untuk mengetahui apakah komposisi material sesuai dengan standar material A413.0. Dari hasil pengujian komposisi kimia didapat data seperti pada tabel 4.1 Pada tabel 4.1 terlihat bahwa semua komposisi unsur pada velg masuk ke dalam standar material A413.0, sehingga unsur tidak mempengaruhi penyebab terjadinya deformasi plastis pada velg.

4.2 Uji Kekerasan