BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Waktu penelitian ini direncanakan selama delapan bulan, dimulai dari bulan Juni 2014 sampai Februari 2015. Tempat dilaksanakannya penelitian ini
adalah di Laboratorium Pengecoran, Laboratorium Teknologi Mekanik, Laboratorium Metalurgi, dan Laboratorium Getaran, Kebisingan. Departemen
Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Khusus untuk pengujian kekasaran permukaan dilakukan di
Laboratorium Material Test Pendidikan Teknologi Kimia Industri PTKI dan uji komposisi kimia dilakukan
di Laboratorium dan 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. Kemudian masuk kedalam proses peleburan. pada bagian ini, benda
corran tersebut dipotong untuk dan diuji ke 5 parameter pengujian yang telah ditentukan.
kemudian masuk ke tahap proses pengujian getas, uji kekerasan, uji keausan, uji mikro struktur, dan uji kekasaran. Data yang didapat kemudian
dianalisa untuk mengetahui kekuatan, ketahanan dan keausan pada produk kampas rem.
3.3 Metode Pengumpulan Data
Metode dan teknik yang digunakan dalam pembuatan spesimen adalah sebagai berikut.
3.3.1 Persiapan Bahan
Bahan yang digunakan dalam pembuatan spesimen untuk pengujian adalah sebagai berikut.
1. Velg Mobil
Penelitian ini menggunakan bahan yaitu velg mobil yang telah dipotong berbasis logam aluminium alloy sebagai bahan dasar pengecoran seperti yang
terlihat pada gambar 3.1.
Gambar 3.1 Velg mobil bekas jenis Aluminium Alloy
2. Silikon Karbida
Penelitian ini menggunakan bahan keramik yaitu silikon karbida berbentuk serbuk berwarna kelabu dan digunakan sebagai pengeras bahan. Seperti yang
terlihat pada gambar 3.2
Gambar 3.2 Silikon karbida SiC
3. Palm Oil Fly Ash POFA
Penelitian ini menggunakan bahan tambahan yaitu palm oil fly ash PKS berbentuk Serbuk hitam dan digunakan sebagai penguat. Aluminium akan
dicampurkan dengan Palm oil fly ash bersamaan saat penuangan aluminium cair. Yang terlihat pada gambar 3.3.
Gambar 3.3 Palm oil fly ash
4. Cover Fluks
Setelah seluruh material aluminium melebur seluruhnya, kemudian cover flux ke atas permukaan aluminium cair dengan tujuan untuk mengikat kotoran-
kotoran berupa oksida-oksida dan impurities lainnya yang terdapat di dalam aluminium cair. Kotoran yang telah berikatan dengan fluxing agent dibuang
dengan cara drossing di permukaan aluminium dengan menggunakan sendok plat besi yang telah di-coating dan selanjutnya dibuang. Cover fluks dapat dilihat pada
gambar 3.4.
Gambar 3.4 Cover Fluks
5. Arang Kayu Laut
Banyak sekali bahan bakar yang digunakan dalam proses peleburan di dapur krusibel, baik itu batubara, briket, kerosin, kayu maupun arang kayu. Dalam
penelitian ini, bahan bakar yang digunakan adalah arang kayu laut. Selain harga yang lebih murah, arang kayu laut juga dapat menghasilkan panas yang baik untuk
peleburan. Bahan bakar arang dapat dilihat pada gambar 3.5.
Gambar 3.5 Arang Kayu Laut
3.3.2 Persiapan Alat
Alat yang digunakan dalam pembuatan spesimen untuk pengujian adalah sebagai berikut.
1. Mesin Gerinda Tangan
Alat ini digunakan untuk memotong velg mobil menjadi menjadi kecil ukurannya agar dapat dilebur didalam wadah krusible seperti ditunjukkan pada
gambar 3.6. Spesifikasi:
Merk = TOKYU
Putaran = 11.000 rpm
D max = 100 mm
Daya = 450 Watt
Gambar 3.6 Mesin Gerinda Tangan
2. Ragum
Alat ini digunakan untuk menjepit spesimen agar mudah ketika dilakukan pemotongan dengan menggunakan mesin gerinda tangan. Ragum ini terlihat pada
gambar 3.7.
Gambar 3.7 Ragum
3. Termokopel type - K
Alat ini digunakan sebagai pengukur temperatur dari cetakan dengan cara meletakkan ujung kawat pada cetakan yang dipanaskan. Pada gambar 3.8.
Termokopel ini memiliki spesifikasi : Dimensi
: 165 x 76 x 43 mm Berat
: 403 gr Max. tempt. : 1400° C
Gambar 3.8 Termokopel type- K
4. Jangka Sorong
Jangka sorong digunakan untuk mengukur dimensi pada saat pembuatan spesimen. Alat ini terlihat pada gambar 3.9.
. Gambar 3.9 Jangka sorong
5. Selang, gas, Blender gas, dan regulator
Blender gas, selang, gas 3 kg, dan regulator pada gambar 3.10 adalah satu komponen setelah pemasangan. Nyala api dari gas digunakan untuk memanaskan
cetakan hingga temperatur yang diinginkan.
Gambar 3.10 Selang, gas, Blender gas, dan regulator
6. Timbangan
Digunakan untuk mengukur berat Aluminium, cover fluks, fly ash, air, bentonit, pasir, dan silikon karbida yang akan digunakan dalam proses peleburan
dan pembuatan cetakan pasir. Timbangan tersebut dapat dilihat pada gambar 3.11 di bawah ini.
Gambar 3.11 Timbangan
7. Blower
Panas pada tungku dijaga dengan terus menyuplai udara pada bagian belakang tungku pembakaran , untuk itu digunakan blower. alat ini digunakan
untuk menjaga panas yang dihasilkan dari hasil pembakaran arang. Tanpa alat ini, maka panas yang dihasilkan dari arang tidak akan optimal. Gambar 3.12
memperlihatkan gambar blower.
Gambar 3.12 Blower
8. OES Optical Emission Spectrometer
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 3.13.
Gambar 3.13 OES Optical Emission Spectrometer Sumber: Laboratorium dan workshop Teknik Mesin Universitas Negeri Medan
9. Tungku Pembakaran Furnace
Tungku ini terbuat dari batu bata tahan api dan semen tahan api. Tungku Pembakaran ini digunakan untuk tempat membakar krusibel. Tungku pembakaran
dapat dilihat pada gambar 3.14.
Gambar 3.14 Tungku Pembakaran
10. Mesin Sekrap Datar
Alat ini digunakan untuk meratakan spesimen menjadi bentuk yang diinginkan, seperti terlihat pada gambar 3.15.
Mesin Sekrap Datar ini memiliki spesifikasi : Merk
: CMZ Type
: L-150 Made in
: Spain
Gambar 3.15 Mesin sekrap datar
11. Mesin Bubut
Mesin bubut adalah suatu mesin perkakas yang digunakan untuk memotong benda yang diputar. Bubut sendiri merupakan suatu proses pemakanan
benda kerja yang sayatannya dilakukan dengan cara memutar benda kerja kemudian dikenakan pada pahat yang digerakkan secara translasi sejajar dengan
sumbu putar dari benda kerja. Mesin bubut ini digunakan untuk mengurangi tebal spesimen. Gambar mesin bubut dapat dilihat pada gambar 3.16
Gambar 3.16 Mesin Bubut
12. Mesin Gergaji
Mesin gergaji adalah suatu mesin perkakas yang digunakan untuk memotong benda. Gergaji sendiri merupakan suatu proses pemakanan benda kerja
yang sayatannya dilakukan dengan cara memotong benda kerja secara bolak –
balik sampai benda tersebut terpotong sesuai yang diinginkan. Mesin gergaji dapat dilihat pada gambar 3.17
Gambar 3.17 Mesin Gergaji
13. Mesin Centrifugal datar
Alat ini digunakan untuk memutar aluminium cair didalam cetakan agar komposisi didalam coran merata, seperti terlihat pada gambar 3.18.
Mesin Sentrifugal Datar ini memiliki spesifikasi : Putaran
: 381 rpm, 485 rpm, 667 rpm Ukuran cetakan
: 70 mm Dimensi
: 63cm x 63 cm x 67 cm.
Gambar 3.18 Mesin Sentrifugal datar
14. Krusibel Crucible
Peralatan ini dugunakan untuk melebur logam yang dirancang sedemikian rupa agar efektif dalam pembakaran, krusibel yang digunakan pada penelitian ini
memiliki kapasitas 1500 gr. Yang dapat dilihat pada gambar 3.19
Gambar 3.19 Krusibel
15. Hardness Test
Pengujian kekerasan dilakukan di Laboratorium Metalurgi Fisik, Departemen Teknik Mesin USU dengan menggunakan alat Brinell Hardness
Tester, yang terlihat pada gambar 3.20. Spesifikasi:
Type : BH-3CF
Kapasitas max : 3000 Kgf Bola indentasi : 3,5 mm -10 mm
Gambar 3.20 Brinell Hardness Tester
16. Impact Tester
Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Fisika Terpadu FMIPA Universitas Sumatera Utara Medan USU, dengan menggunakan Impact Tester
seperti yang terlihat pada gambar 3.21. Spesifikasi :
Model : JB
– W 300A Tahun Pembuatan
: 2015 Max. Impact Energy : 300 J
Min. Impact Energy : 150 J Max. Sudut pemukulan : 150°
Pembacaan Skala : Digital komputer dan Manual
Gambar 3.21 Impact Tester
17. Surftest Tester
Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Material Test Pendidikan Teknologi Kimia Industri PTKI dengan menggunakan alat Surftest402 yang
terdapat pada gambar 3.22. Spesifikasi:
Dimensi Alat : 140 x 57 x 48 mm
Berat : 420 gram
Panjang cutoff L : 0,25 mm 0,8 mm 2,5 opsional Sensor
: Uji Prinsip jenis induktansi Kecepatan Pengukuran : Panjang Sampel 0,25 mm Vt = 0,135 mms
Panjang Sampel 0,8 mm Vt = 0,5 mms Panjang Sampel 2,5 mm Vt = 1 mms
Gambar 3.22 Surftest Tester
18. Mikroskop Optic
Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Metalurgi Fisik Departemen Teknik Mesin USU, dengan menggunakan mikroskop optik seperti yang terlihat
pada gambar 3.23. Spesifikasi:
Merk : Rax Vision Material Plus
Pembesaran optik : 50X, 100X, 200X, dan 500X
Gambar 3.23 Mikroskop optik
19. Mesin polish
Polishing Machine
Pemolesan bertujuan untuk memperoleh permukaan sampel yang halus bebas goresan dan mengkilap seperti cermin dan menghilangkan ketidakteraturan
sampel. Permukaan sampel yang akan diamati di bawah mikroskop harus benar- benar rata
seperti yang terlihat pada gambar 3.24.
Gambar 3.24 Polishing machine
20. Mesin Keausan Pin On Disk
Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Research Center for Noise Vibration Control and Knowladge Based in Engineering Departemen Teknik
Mesin USU, dengan menggunakan alat uji keausan dengan standar ASTM G 99- 04 tipe Pin on disk seperti yang terlihat pada gambar 3.25.
Spesifikasi: Putaran Motor
: 60 – 600 rpm
Diameter Piring Putar : 160 mm Ketebalan Spesimen Uji : 2 - 10 mm
Diameter Spesimen Uji : 30 – 100 mm
Gambar 3.25 Pin on disk ASTM G 99-04
3.4 Metode Pembuatan Cara Pembuatan
Langkah – langkah dilakukan selama proses pembuatan Metal Matrix
Composite mmc yaitu:
1. Karakterisasi Awal Bahan
Bahan yang digunakan untuk proses pembuatan Metal Matrix Composite aluminium pada eksperimen ini terdiri dari paduan aluminium alloy dari velg
mobil bekas, Silikon karbida dan fly ash dari bahan batang kelapa sawit yang berasal dari salah satu pabrik minyak kelapa sawit PTPN 2, Pagar Merbau yang
berada di daerah Lubuk Pakam Deli Serdang dilakukan di laboratorium FMIPA Universitas Sumatera Utara. Pengecoran dilakukan di Laboratorium Pengecoran
Logam Foundry Teknik Mesin USU.
2. Proses Penimbangan Aluminium dan Pencampuran Bahan
Sebelum dicor velg aluminium dipotong sesuai dengan ukuran Crusible, kemudian ditimbang sesuai kebutuhan pengecoran. Paduan Al-Sic yang dibuat
yaitu aluminium dengan presentase 97,5, 96,5, 95,5 dan Sic 1,5, 2,5, dan 3,5, serta penambahan fly ash 1 dengan suhu pengecoran konstan 735°C.
3. Proses Pembuatan MMC Aluminium SiC dan Fly ash
Setelah melakukan tahapan penyiapan proses penimbangan, mulai dari alat sampai bahan yang akan digunakan, maka proses pembuatan MMC aluminium-
SiC dapat segera dimulai, aluminium sebagai komposit matriks logam yang menggunakan Silikon Karbida dan fly ash sebagai penguatnya. Pembuatan MMC
ini menggunakan metode Centrifugal Casting. Artinya, mencampurkan bahan penguat ke dalam cetakan yang berputar, campurannya harus dilebur dengan
temperatur yang di kontrol yaitu memakai temperatur 735°C dan pengadukan Centrifugal menggunakan kecepatan putar konstan yaitu 381 rpm. Setelah
persiapan selesai dilakukan, maka tahap selanjutnya adalah aluminium alloy yang sudah dipotong dan ditimbang dimasukkan ke dalam crusibel grafit, setelah
aluminium mencair dituang cover fluks untuk menghilangkan kerak atau kotoran, setelah aluminium sudah bersih dari kotoran dituangkan bahan Silikon Karbida
dan fly ash 1.
4. Proses Penuangan Logam Cair
Sebelum penuangan cetakan sentrifugal dipanaskan hingga mencapai 450 °C yang dilihat dengan menggunakan Termokopel. Pemanasan dilakukan dengan
menggunakan gas Elpiji. Setelah cetakan sentrifugal dipanaskan, kemudian aluminium alloy diangkat dari kursibel dan dituang kedalam cetakan sentrifugal
yang dipanaskan bersamaan fly ash yang dicampur kedalamnya. Setelah itu
saluran masuk coran ditutup dan dimatikan pembakaran gas elpiji, lalu dihidupkan motor listrik untuk memutar cetakan hingga merata.
3.5 Metode Pengujian Bahan
Setelah dilakukan proses peleburan secara menyeluruh, dengan menggunakan metode centrifugal casting maka setelah itu dilakukan pengujian berupa pengujian
kekerasan, uji impact getas, uji kekasaran, uji keausan, serta pengujian struktur mikro dari material.
3.5.1 Uji Metallograpy
Pengujian Metallograpy bertujuan untuk mengetahui bentuk dari struktur mikro suatu material. Mikroskop optik ini memiliki pembesaran 50X, 100X,
200X, dan 500X. pengujian ini dilakukan di Laboratorium Ilmu Logam Teknik Mesin USU.
Adapun prosedur pengujian pada uji mikro metallography adalah sebagai berikut:
1. Menyiapkan benda uji dengan menghaluskan pada spesimen benda yang akan
dilakukan pengujian. 2.
Benda uji digosok dengan kertas amplas menggunakan mesin polish diatas pemukaan yang rata dan penggosokan dilakukan dengan menggunakan kertas
amplas tahan air yang dialiri air. Ukuran kertas amplas yang digunakan adalah kekasaran 240, 800, 1000, dan 1200 permukaan yang dihaluskan dengan
amplas hanya satu permukaan saja. 3.
Kemudian dibersihkan dan digosok menggunakan pasta poles autosol sampai mengkilap kemudian menyiapkan alat etsa yang diperlukan yaitu :
tabung reaksi, gelas ukur dan pipet. Kemudian bahan yang dipergunakan yaitu: Alcohol 98 , hf 2.
4. Larutan bahan etsa tersebut dicampur dan diaduk, lalu teteskan ke benda uji
selama ± 10detik. Kemudian permukaan benda yang akan diuji dengan etsa dibersihkan dengan cairan alkohol dan cuci benda uji dengan air bersih
kemudian keringkan. Benda uji yang telah dietsa diletakkan diatas landasan anvil tegak lurus dengan lensa mikroskop dan diambil gambar dengan
pembesaran yang dipakai 100 X.
3.5.2 Uji Kekerasan
Pengujian kekerasan bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu material.
Pengujian ini dilakukan di beberapa titik yang di indentasi setelah dilakukan penambahan SiC dan fly-ash terhadap material Aluminium. Pengujian kekerasan
terhadap spesimen Aluminium coran menggunakan metode Brinell hardness test dan dilakukan di Laboratorium Ilmu Logam Teknik Mesin USU.
Adapun prosedur yang dilakukan pada pengujian kekerasan hardness adalah sebagai berikut:
1. Dipersiapkan spesimen untuk uji kekerasan.
2. Spesimen dilakukan proses polishing dengan menggunakan kertas pasir
dengan variasi nomor 240, , 800, 1000, 1200 3.
Spesimen diberi tanda 1 titik pada permukaan yang halus tadi dengan spidolpulpen.
4. Spesimen diletakkan pada landasan spesimen yang ada pada mesin Brinell
Hardness Tester. 5.
Bola baja sebagai penetrator diset pada titik yang akan diuji dengan kondisi bersinggungan bola baja hanya menyentuh titik.
6. Kemudian diberi beban dengan menggunakan handle hingga 500 kg dan tahan
selama 15 detik. 7.
Setelah 15 detik, katup pembuang dibuka dengan pelan. 8.
Diameter indentasijejak bola baja diukur dengan menggunakan teropong untuk ketiga titik.
9. Diameter yang diperoleh dikonversikan dengan nilai diameter dan beban
dalam hal ini beban 500 kg.
3.5.3 Uji Impak
Pengujian impak dilakuan pada sampel uji dengan menggunakan metode charpy, pengujian impak dilakukan untuk mengetahui ketangguhan material
MMC yang dinyatakan dalam energy joule yang diserap sampel uji pada saat pengujian. Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Fisika Terpadu FMIPA
Universitas Sumatera Utara Medan USU. Adapun prosedur yang dilakukan pada pengujian impak adalah sebagai
berikut: 1.
Dipersiapkan semua peralatan dan bahan yang digunakan. 2.
Permukaan specimen dibersihkan dengan kertas pasir sampai halus. 3.
Dimensi specimen diukur. 4.
Spesimen yang berada dikikir hingga membuat sudut berbentuk V dengan takikan 45
o
, dan kedalaman takikan 2 mm. 5.
Letakkan salah satu spesimen pada landasan Impact Tester dan disesuaikan letaknya dengan mal ukur.
6. Lakukan pengujian dengan palu pukulan menggunakan metode Charpy. Sudut
pukulan awal 140
o
dan beban 150 joule. 7.
Catat sudut pemukulan akhir .
3.5.4 Uji Kekasaran Permukaan Surface Roughness
Pengujian kekasaran permukaan bertujuan untuk
mengukur tingkat kekasaran permukaan
pada suatu material bahan uji. Pengujian ini dilakukan
di Laboratorium Material Test Pendidikan Teknologi Kimia Industri PTKI
dengan menggunakan alat Surftest 402.
Adapun prosedur yang dilakukan pada pengujian kekasaran permukaan adalah sebagai berikut:
1. Siapkan semua peralatan dan bahan yang digunakan.
2. Spesimen dilakukan proses polishing dengan menggunakan kertas pasir
dengan nomor 1200. 3.
Spesimen diberi tanda angka pada permukaan yang halus tadi dengan spidolpulpen.
4. Spesimen diletakkan diatas meja atau permukaan yang rata.
5. Dial indikator berupa jarum diatur, sehingga ujung dari dial indikator berada
dalam posisi di tengah skala tekanan terhadap permukaan objek pengukur. 6.
Sebelum alat dijalankan terlebih dahulu memasukkan factor - faktor seperti panjang length dari permukaan objek yang ingin diperiksa, standar yang
ingin digunakan Ra dan parameter lainnya. 7.
Pada saat pengambilan data, posisikan dial indicator bergerak dengan konstan sesuai dengan sumbu horizontal dan sejajar benda uji.
8. Hitung Rmax yang digunakan untuk penghitungan dalam kelurusan dan
kedataran.
3.5.5 Uji Keausan
Pengujian keausan dilakuan pada sampel uji dengan menggunakan metode Pin on disk, pengujian ini dilakukan untuk mengetahui keausan pada material
MMC. Keausan terjadi apabila dua buah benda yang saling menekan dan saling bergesekan. Adapun prosedur yang dilakukan pada pengujian keausan adalah
sebagai berikut: 1.
Siapkan semua peralatan dan bahan yang digunakan. 2.
Bersihkan permukaan kedua specimen dengan kertas pasir ukuran 1200 sampai halus dan rata.
3. Spesimen diletakkan diatas permukaan piring putar.
4. Spesimen diikatkan diatas disk piringan putar dan dikunci dengan mur.
5. Dekatkan dan turunkan pemberat beban dengan berat 1kg diatas mata pahat
diatas permukaan spesimen. 6.
Hidupkan mesin putar selama 30 detik. 7.
Setelah 30 detik, mesin dimatikan, dan buka pengikat mur pada piringan putar tersebut.
8. Kemudian dibersihkan dari geram yang terdapat diatas permukaan spesimen
yang telah tergores akibat gesekan antara mata pahat dan spesimen. 9.
Ukur bekas injakan pin yang berbentuk lintasan melingkar pada spesimen dan diambil gambar dengan alat mikroskop optic pembesaran yang dipakai
50X.
3.6 Diagram Alir Penelitian
Konsep dari penelitian ini adalah seperti pada gambar 3.26.
Tidak Ya
Gambar 3.26 Diagram alir penelitian Mulai
Persiapan Bahan
Peleburan Bahan
Pembuatan Spesimen
Proses pembuatan MMC variasi : Komposisi 1,5 SiC 1 fly ash
Komposisi 2,5 SiC 1 fly ash Komposisi 3,5 SiC 1 fly ash
Pengujian mekanik : Uji komposisi Uji getasimpact Uji kekasaran
Uji metalografi Uji kekerasan Uji Keausan
Analisa Data
Kesimpulan
Selesai
Spesimen
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pembuatan Spesimen dari Proses Peleburan
Dari hasil penelitian ini dapat dibuktikan bahwa Silikon Karbida SiC dapat digunakan sebagai penguat reinforcement untuk membuat metal matrix
composite dari bahan aluminium yang kadar SiC 1,5, 2,5, 3,5, dan tambahan fly ash 1. Gambar 4.1 menunjukkan produk aluminium yang
berbentuk silinder untuk dijadikan spesimen uji.
Gambar 4.1 Spesimen Uji
Pada gambar 4.1 terlihat hasil benda coran terdapat porositas yang terjadi akibat logam cair dari paduan aluminium yang mudah teroksidasi dengan udara.
Oksida dalam logam cair atau yang dihasilkan pada waktu penuangan terkumpul sebagai dros pada permukaan kup atau di bagian dalam coran. terperangkapnya
gas didalam logam cair pada waktu proses penuangan terlalu lambat. Pada benda cor terdapat lubang - lubang baik pada permukaan maupun pada bagian dalam
benda cor. Jenis cacat porositas yang banyak terjadi adalah pinholes lubang jarum, blisters, dan body sears Surdia, 2006.
Kategori