Analisa Pengaruh Heat Treatment Terhadap Sifat Mekanik Dan Mikrostruktur Material Metal Matrix Composite Aluminium – Palm Oil Fly Ash Menggunakan Metode Cetrifugal Casting
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kemajuan teknologi dan ilmu pengetahuan saat ini semakin pesat, hal ini
sejalan dengan kemajuan industri yang semakin banyak dan kompleks.
Perkembangan teknologi saat ini diharapkan menggunakan kekayaan alam dengan
hemat tetapi tetap dapat menghasilkan sebuah produk dengan kualitas baik. Baik
buruknya kualitas produk salah satunya ditentukan oleh material penyusunnya,
usaha untuk mendapatkan material yang baik dapat dilakukan dengan cara
pengembangan.
Di
bidang
material
banyak
dilakukan
pengembangan-
pengembangan untuk mendapatkan material dengan sifat yang diinginkan. Salah
satu metode yang dapat digunakan untuk meningkatkan sifat mekanik dari suatu
bahan yaitu dengan membentuk material Metal Matrix composite . Material jenis
ini merupakan kombinasi antara logam sebagai penyusun utama ( matrix ) dengan
material lainnya sebagai penguat. Aluminium merupakan salah satu dari beberapa
jenis material yang sering dijadikan bahan utama pembentukan metal matrix
composite hal ini dikarenakan aluminium banyak dipergunakan dalam bidang
keteknikan sebab aluminium memiliki sifat yang ringan dan tahan korosi tetapi
aluminium memiliki kelemahan yaknik kekerasan yang rendah sehingga tidak
tahan terhadap gesekan (Yasman,F.2014)
Aluminium yang dikenal sebagai logam yang memiliki tahan korosi, sifat
ringan, penghantar listrik yang baik digunakan sebagai matriks sedangkan palm
oil fly ash berfungsi sebagai penguat. Penggunaan palm oil fly ash sebagai
penguat untuk menghasilkan aluminium komposit dengan sifat mekanik yang baik
dan biaya murah yang dapat bersaing dengan komposit sejenis lainnya
Metal matrix composite adalah material yang terdiri dari gabungan dua
atau lebih fasa yang berbeda baik secara fisika ataupun kimia dan memiliki
karakteristik yang lebih unggul dari masing – masing komponen penyusunnya.
Material komposit terdiri dari dua fasa, satu disebut sebagai matriks dengan masa
2
continuous dan penguat dengan fasa discontinuous. Terdapat 5 faktor umum dari
penguat yang mempengaruhi sifat dari material komposit yaitu konsentrasi,
ukuran, bentuk, distribusi, dan orientasi. Metal Matrix Composite rmemiliki
keunggulan dibandingkan dengan logam tunggalnya karena Metal Matrix
Composite dapat memiliki sifat yang diinginkan, seperti peningkatan kekuatan
dengan berat yang lebih rendah.
Perlakuan panas merupakan salah satu cara yang dapat dilakukan untuk
merubah fasa bahan komposit sehingga dapat menambah kekuatan dari sifat
mekanis logam tersebut. Perlakuan panas yang terjadi pada logam dapat
mengubah struktur mikro dari logam sehingga akan berpengaruh terhadap sifat
mekanisnya. Pada peningkatan sifat mekanik paduan Aluminium A356 dengan
heat treatment T6 diperoleh hasil bahwa sifat mekanik paduan naik akibat adanya
heat treatment T6, yaitu terjadi perubahan bentuk butiran dari lonjong menjadi
bulat, sehingga terjadi kenaikan UTS dan kekerasan yang signifikan (Anzip dkk.,
2006). Berdasarkan penelitian yang pemah dilakukan tentang paduan aluminium
yaitu Penelitian perlakuan pada alumunium diantaranya Fauad Abdillah (2010).
Meneliti alumuinim pada piston bekas Hijet 1000 dengan menambah beberapa
fariasi persentase ADC12 yang dicor kembali dipilih perbandingan komposisi
matrial piston bekas dengan ADC12 yang paling efisien yaitu 50 % PB dan 50 %
kemudian diteruskan dengan perlakuan panas dengan fariasi temperature
penungan 7000C, 7500C, 8000C dan temperatur artificial aging 1000C, 1500C,
2000C serta penahanan waktu holding time 2 jam, 4 jam, 5 jam pada proses age
hardening setelah mendapat perlakuan panas terjadi peningkatan nilai kekerasan,
nilai kekerasan yang paling bagus pada
temperatur penuangan 700oC dan
temperatur artificial aging 200oC dengan waktu penahanan aging 5 jam , sebesar
80,5 HRB ( Abdillah F., 2010).
Paryono dkk (2011) melakukan proses perlakuan panas pada alumunium
ADC12 hasil proses high pressure die casting (HPDC). Solution treatment untuk
semua variasi ditetapkan 4900C selama 15 menit didalam
muffle furnace,
kemudian dilakukan pendinginan dalam air, selanjutnya dilakukan tempering T6
(pemanasan artificial) 1600C, 1800C, 2000C, dan 2200C, ditahan selama: 1 jam, 3
3
jam, 5 jam, 7 jam, dan 10 jam. Hasil dari pengujian kekerasan, kekerasan benda
meningkat seiring dengan bertambahnya waktu aging dengan waktu tertentuakan
turun kembali jika waktu aging ditambah. Aging dengan temperatur 2000C,
memberikan nilai kekerasan yang paling bagus yaitu 71,5 dengan wakrtu aging
selama 7 jam.(Paryono dkk, 2011).
Proses heat treatment pada sebuah aluminium umumnya merupakan
sebuah perlakuan panas untuk precipitation hardening. Tahapan proses heat
treatment awalnya material dipanaskan dan selanjutnya dilakukan pendinginan
cepat (quenching). Setelah dilakukan quenching, pada struktur aluminium
terbentuk Super Saturated Solid Solution (SSSS). Setelah itu proses berlanjut
dengan penuaan (aging), yaitu pemberian panas yang tidak terlalu tinggi yang
berguna untuk membuat SSSS semakin mengeras dan membentuk presipitat yang
tujuannya menghalangi dislokasi. Dengan terhambatnya dislokasi, maka
kekerasan dari aluminium akan semakin meningkat (Callister, 2007).
Berdasarkan penelitian – penelitian diatas sudah terdapat beberapa
penelitian tentang bagaimana heat treatment terhadap material MMC khususnya
aluminium paduan. Maka, tujuan dari penelitian ini adalah menganalisa pengaruh
laju pendinginan pada proses solution treatment terhadap kekerasan dan
mikrostruktur material metal matrik composite berbahan aluminium sebagai
matrik dan Palm Oil Fly Ash sebagai penguatnya.
1.2 Perumusan Masalah
Terdapat beberapa cara untuk meningkatkan sifat mekanik paduan metal
matrix composite salah satunya adalah Heat Treatment yang bertujuan melarutkan
fase-fase unsur terlarut untuk memperkaya larutan padat α -aluminium, untuk
memperoleh larutan padat super jenuh, menempatkan sejumlah atom pengeras
semaksimalnya, sehingga nantinya akan diperoleh peningkatan kekuatan mekanik.
Oleh karena itu dalam penelitian ini permasalahan yang diangkat adalah
bagaimana pengaruh heat treatment terhadap struktur mikro dan sifat mekanik
coran metal matrix composte.
4
1.3 Tujuan Penelitian
1.3.1 Tujuan Umum
Penelitian ini dilakukan untuk membuat metal matrix composite dari
bahan coran aluminium tipe A356 yang diperkuat palm oil fly ash dengan metode
centrifugal casting dan
meningkatkan sifat mekanik metal matrix composite
aluminium – palm oil fly ash dengan menggunakan metode heat treatment.
1.3.2 Tujuan Khusus
Secara terperinci , penelitian ini memiliki tujuan khusus yang terdiri atas
beberapa poin yaitu :
1. Mengetahui proses heat treatment pada material metal matriks composite
aluminium - palm oil fly ash.
2. Mengetahui pengaruh heat treatment terhadap sifat mekanik material metal
matriks composite aluminium-palm oil fly ash.
3. Mengetahui pengaruh heat treatment terhadap mikrostruktur dari material
metal matrix composite aluminium – palm oil fly ash.
1.4 Batasan Masalah
Adapun penelitian ini dibatasi oleh beberapa hal yaitu sebagai berikut :
1. Bahan yang digunakan adalah aluminium A 356 dalam bentuk ingot sebagai
matrik, dan palm oil fly ash sebagai penguat. Bahan di cor menggunakan
metode centrifugal casting dengan menvariasikan penambahan persentase
berat palm oil fly ash yaitu 2.5, 5%, 7.5%, 10%, dan 12.5%. proses
pengecoran dilakukan di laboratorium Foundy Departemen Teknik Mesin
Universitas Sumatera Utara.
2. Proses perlakuan panas (heat treatment) yang dilakukan adalah heat treatment
T6 dengan temperatur 540oC dengan holding time 4 jam, quenching selama
20 detik dan artificial aging dengan temperatur 155oC holding time 2 jam.
Media pendingin yang digunakan adalah air.
3. Pengujian yang dilakukan adalah uji kekerasan (hardness test), Uji foto
struktur mikro (metallography), uji impak, dan uji SEM -EDS.
5
1.5 Manfaat
Manfaat penilitian ini:
1. Bagi peneliti dapat menambah pengetahuan, wawasan dan pengalaman
tentang metalurgi logam.
2. Bagi akademik, penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi tambahan
untuk penelitian tentang metal matrix composite.
3. Bagi industri dapat digunakan sebagai acuan atau pedoman dalam pembuatan
bahan metal matrix composite. Dengan memanfaatkan palm oil fly ash
sehingga dapat mengurangi biaya produksi sekaligus meningkatkan kualitas
produk khususnya sifat mekanisnya.
1.6 Metode Penelitian
Penelitian ini dijadikan dalam bentuk laporan hasil penelitian skripsi yang
dibagi atas lima bab, yang masing – masing bab terdiri dari sub bab, yaitu :
Bab 1 : Pendahuluan
Berisi tentang Pendahuluan yang terdiri dari latar belakang, perumusan masalah,
tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.
Bab 2 : Tinjauan Pustaka
Berisi tentang literatur dan referensi yang diperlukan berkenaan dengan bahan
aluminium, metal matrix composite, palm oil fly ash, centrifugal casting dan heat
treatment
Bab 3 : Metodologi Penelitian
Berisi tentang urutan dan tata cara yang dilakukan. Dimulai dari waktu dan
tempat, persediaan alat bahan, prosedur penelitian dan proses yang dilaksanakan.
Bab 4 : Analisa Data dan Pembahasan
Berisi tentang menampilkan data yang diperoleh dari penelitian dan hasil
pengujian berupa tabel maupun hasil pengamatan mikro dan makro.
6
Bab 5 : Kesimpulan dan Saran
Berisi tentang penutup yang terdiri dari : kesimpulan dan saran. Dalam bab ini
diuraikan tentang kesimpulan yang merupakan resume dari bab - bab sebelumnya.
Terutama jawaban atas permasalahan yang diajukan, selanjutnya diberikan saran
berkaitan dengan hasil penelitian.
Daftar Pustaka
Lampiran
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kemajuan teknologi dan ilmu pengetahuan saat ini semakin pesat, hal ini
sejalan dengan kemajuan industri yang semakin banyak dan kompleks.
Perkembangan teknologi saat ini diharapkan menggunakan kekayaan alam dengan
hemat tetapi tetap dapat menghasilkan sebuah produk dengan kualitas baik. Baik
buruknya kualitas produk salah satunya ditentukan oleh material penyusunnya,
usaha untuk mendapatkan material yang baik dapat dilakukan dengan cara
pengembangan.
Di
bidang
material
banyak
dilakukan
pengembangan-
pengembangan untuk mendapatkan material dengan sifat yang diinginkan. Salah
satu metode yang dapat digunakan untuk meningkatkan sifat mekanik dari suatu
bahan yaitu dengan membentuk material Metal Matrix composite . Material jenis
ini merupakan kombinasi antara logam sebagai penyusun utama ( matrix ) dengan
material lainnya sebagai penguat. Aluminium merupakan salah satu dari beberapa
jenis material yang sering dijadikan bahan utama pembentukan metal matrix
composite hal ini dikarenakan aluminium banyak dipergunakan dalam bidang
keteknikan sebab aluminium memiliki sifat yang ringan dan tahan korosi tetapi
aluminium memiliki kelemahan yaknik kekerasan yang rendah sehingga tidak
tahan terhadap gesekan (Yasman,F.2014)
Aluminium yang dikenal sebagai logam yang memiliki tahan korosi, sifat
ringan, penghantar listrik yang baik digunakan sebagai matriks sedangkan palm
oil fly ash berfungsi sebagai penguat. Penggunaan palm oil fly ash sebagai
penguat untuk menghasilkan aluminium komposit dengan sifat mekanik yang baik
dan biaya murah yang dapat bersaing dengan komposit sejenis lainnya
Metal matrix composite adalah material yang terdiri dari gabungan dua
atau lebih fasa yang berbeda baik secara fisika ataupun kimia dan memiliki
karakteristik yang lebih unggul dari masing – masing komponen penyusunnya.
Material komposit terdiri dari dua fasa, satu disebut sebagai matriks dengan masa
2
continuous dan penguat dengan fasa discontinuous. Terdapat 5 faktor umum dari
penguat yang mempengaruhi sifat dari material komposit yaitu konsentrasi,
ukuran, bentuk, distribusi, dan orientasi. Metal Matrix Composite rmemiliki
keunggulan dibandingkan dengan logam tunggalnya karena Metal Matrix
Composite dapat memiliki sifat yang diinginkan, seperti peningkatan kekuatan
dengan berat yang lebih rendah.
Perlakuan panas merupakan salah satu cara yang dapat dilakukan untuk
merubah fasa bahan komposit sehingga dapat menambah kekuatan dari sifat
mekanis logam tersebut. Perlakuan panas yang terjadi pada logam dapat
mengubah struktur mikro dari logam sehingga akan berpengaruh terhadap sifat
mekanisnya. Pada peningkatan sifat mekanik paduan Aluminium A356 dengan
heat treatment T6 diperoleh hasil bahwa sifat mekanik paduan naik akibat adanya
heat treatment T6, yaitu terjadi perubahan bentuk butiran dari lonjong menjadi
bulat, sehingga terjadi kenaikan UTS dan kekerasan yang signifikan (Anzip dkk.,
2006). Berdasarkan penelitian yang pemah dilakukan tentang paduan aluminium
yaitu Penelitian perlakuan pada alumunium diantaranya Fauad Abdillah (2010).
Meneliti alumuinim pada piston bekas Hijet 1000 dengan menambah beberapa
fariasi persentase ADC12 yang dicor kembali dipilih perbandingan komposisi
matrial piston bekas dengan ADC12 yang paling efisien yaitu 50 % PB dan 50 %
kemudian diteruskan dengan perlakuan panas dengan fariasi temperature
penungan 7000C, 7500C, 8000C dan temperatur artificial aging 1000C, 1500C,
2000C serta penahanan waktu holding time 2 jam, 4 jam, 5 jam pada proses age
hardening setelah mendapat perlakuan panas terjadi peningkatan nilai kekerasan,
nilai kekerasan yang paling bagus pada
temperatur penuangan 700oC dan
temperatur artificial aging 200oC dengan waktu penahanan aging 5 jam , sebesar
80,5 HRB ( Abdillah F., 2010).
Paryono dkk (2011) melakukan proses perlakuan panas pada alumunium
ADC12 hasil proses high pressure die casting (HPDC). Solution treatment untuk
semua variasi ditetapkan 4900C selama 15 menit didalam
muffle furnace,
kemudian dilakukan pendinginan dalam air, selanjutnya dilakukan tempering T6
(pemanasan artificial) 1600C, 1800C, 2000C, dan 2200C, ditahan selama: 1 jam, 3
3
jam, 5 jam, 7 jam, dan 10 jam. Hasil dari pengujian kekerasan, kekerasan benda
meningkat seiring dengan bertambahnya waktu aging dengan waktu tertentuakan
turun kembali jika waktu aging ditambah. Aging dengan temperatur 2000C,
memberikan nilai kekerasan yang paling bagus yaitu 71,5 dengan wakrtu aging
selama 7 jam.(Paryono dkk, 2011).
Proses heat treatment pada sebuah aluminium umumnya merupakan
sebuah perlakuan panas untuk precipitation hardening. Tahapan proses heat
treatment awalnya material dipanaskan dan selanjutnya dilakukan pendinginan
cepat (quenching). Setelah dilakukan quenching, pada struktur aluminium
terbentuk Super Saturated Solid Solution (SSSS). Setelah itu proses berlanjut
dengan penuaan (aging), yaitu pemberian panas yang tidak terlalu tinggi yang
berguna untuk membuat SSSS semakin mengeras dan membentuk presipitat yang
tujuannya menghalangi dislokasi. Dengan terhambatnya dislokasi, maka
kekerasan dari aluminium akan semakin meningkat (Callister, 2007).
Berdasarkan penelitian – penelitian diatas sudah terdapat beberapa
penelitian tentang bagaimana heat treatment terhadap material MMC khususnya
aluminium paduan. Maka, tujuan dari penelitian ini adalah menganalisa pengaruh
laju pendinginan pada proses solution treatment terhadap kekerasan dan
mikrostruktur material metal matrik composite berbahan aluminium sebagai
matrik dan Palm Oil Fly Ash sebagai penguatnya.
1.2 Perumusan Masalah
Terdapat beberapa cara untuk meningkatkan sifat mekanik paduan metal
matrix composite salah satunya adalah Heat Treatment yang bertujuan melarutkan
fase-fase unsur terlarut untuk memperkaya larutan padat α -aluminium, untuk
memperoleh larutan padat super jenuh, menempatkan sejumlah atom pengeras
semaksimalnya, sehingga nantinya akan diperoleh peningkatan kekuatan mekanik.
Oleh karena itu dalam penelitian ini permasalahan yang diangkat adalah
bagaimana pengaruh heat treatment terhadap struktur mikro dan sifat mekanik
coran metal matrix composte.
4
1.3 Tujuan Penelitian
1.3.1 Tujuan Umum
Penelitian ini dilakukan untuk membuat metal matrix composite dari
bahan coran aluminium tipe A356 yang diperkuat palm oil fly ash dengan metode
centrifugal casting dan
meningkatkan sifat mekanik metal matrix composite
aluminium – palm oil fly ash dengan menggunakan metode heat treatment.
1.3.2 Tujuan Khusus
Secara terperinci , penelitian ini memiliki tujuan khusus yang terdiri atas
beberapa poin yaitu :
1. Mengetahui proses heat treatment pada material metal matriks composite
aluminium - palm oil fly ash.
2. Mengetahui pengaruh heat treatment terhadap sifat mekanik material metal
matriks composite aluminium-palm oil fly ash.
3. Mengetahui pengaruh heat treatment terhadap mikrostruktur dari material
metal matrix composite aluminium – palm oil fly ash.
1.4 Batasan Masalah
Adapun penelitian ini dibatasi oleh beberapa hal yaitu sebagai berikut :
1. Bahan yang digunakan adalah aluminium A 356 dalam bentuk ingot sebagai
matrik, dan palm oil fly ash sebagai penguat. Bahan di cor menggunakan
metode centrifugal casting dengan menvariasikan penambahan persentase
berat palm oil fly ash yaitu 2.5, 5%, 7.5%, 10%, dan 12.5%. proses
pengecoran dilakukan di laboratorium Foundy Departemen Teknik Mesin
Universitas Sumatera Utara.
2. Proses perlakuan panas (heat treatment) yang dilakukan adalah heat treatment
T6 dengan temperatur 540oC dengan holding time 4 jam, quenching selama
20 detik dan artificial aging dengan temperatur 155oC holding time 2 jam.
Media pendingin yang digunakan adalah air.
3. Pengujian yang dilakukan adalah uji kekerasan (hardness test), Uji foto
struktur mikro (metallography), uji impak, dan uji SEM -EDS.
5
1.5 Manfaat
Manfaat penilitian ini:
1. Bagi peneliti dapat menambah pengetahuan, wawasan dan pengalaman
tentang metalurgi logam.
2. Bagi akademik, penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi tambahan
untuk penelitian tentang metal matrix composite.
3. Bagi industri dapat digunakan sebagai acuan atau pedoman dalam pembuatan
bahan metal matrix composite. Dengan memanfaatkan palm oil fly ash
sehingga dapat mengurangi biaya produksi sekaligus meningkatkan kualitas
produk khususnya sifat mekanisnya.
1.6 Metode Penelitian
Penelitian ini dijadikan dalam bentuk laporan hasil penelitian skripsi yang
dibagi atas lima bab, yang masing – masing bab terdiri dari sub bab, yaitu :
Bab 1 : Pendahuluan
Berisi tentang Pendahuluan yang terdiri dari latar belakang, perumusan masalah,
tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.
Bab 2 : Tinjauan Pustaka
Berisi tentang literatur dan referensi yang diperlukan berkenaan dengan bahan
aluminium, metal matrix composite, palm oil fly ash, centrifugal casting dan heat
treatment
Bab 3 : Metodologi Penelitian
Berisi tentang urutan dan tata cara yang dilakukan. Dimulai dari waktu dan
tempat, persediaan alat bahan, prosedur penelitian dan proses yang dilaksanakan.
Bab 4 : Analisa Data dan Pembahasan
Berisi tentang menampilkan data yang diperoleh dari penelitian dan hasil
pengujian berupa tabel maupun hasil pengamatan mikro dan makro.
6
Bab 5 : Kesimpulan dan Saran
Berisi tentang penutup yang terdiri dari : kesimpulan dan saran. Dalam bab ini
diuraikan tentang kesimpulan yang merupakan resume dari bab - bab sebelumnya.
Terutama jawaban atas permasalahan yang diajukan, selanjutnya diberikan saran
berkaitan dengan hasil penelitian.
Daftar Pustaka
Lampiran