ANALISA PENGARUH PENAMBAHAN CU PADA MATRIKS KOMPOSIT ALUMINIUM REMELTING PISTON BERPENGUAT PASIR SILIKA TERHADAP KEKUATAN IMPAK DAN STUKTUR MIKRO PADA KOMPOSIT MATRIK ALUMINIUM DENGAN METODE STIR CASTING.
ANALISA PENGARUH PENAMBAHAN CU PADA MATRIKS
KOMPOSIT ALUMINIUM REMELTING PISTON
BERPENGUAT PASIR SILIKA TERHADAP KEKUATAN
IMPAK DAN STUKTUR MIKRO PADA KOMPOSIT MATRIK
ALUMINIUM DENGAN METODE STIR CASTING
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh :
FAJAR PAUNDRA
NIM. I1413011
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2016
ii
iii
ANALISA PENGARUH PENAMBAHAN CU PADA MATRIKS
KOMPOSIT ALUMINIUM REMELTING PISTON
BERPENGUAT PASIR SILIKA TERHADAP KEKUATAN
IMPAK DAN STUKTUR MIKRO PADA KOMPOSIT MATRIK
ALUMINIUM DENGAN METODE STIR CASTING
Fajar Paundra
Jurusan Teknik Mesin
Universitas Sebelas Maret Surakarta
E-mail : fajarpaundra@gmail.com
Abstrak
AMC (Aluminium Matrix Composites) merupakan material yang memiliki
potensi besar untuk dikembangkan. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui
pengaruh penambahan variasi Cu terhadap kekuatan impak dan struktur mikro
pada komposit Al-Si. Fraksi massa pasir silika yang digunakan sebanyak 3% dan
penambahan Cu dengan variasi 0, 1, 2, 3 dan 4%. Proses pembuatan komposit
menggunakan metode stir casting dengan kecepatan pengadukan 600 rpm selama
5 menit pada temperatur semi solid. Spesimen diuji menggunakan mikroskop
optik dan alat uji impak charpy. Nilai kekuatan impak komposit aluminium tanpa
penambahan Cu sebesar 0,333 j/mm2, setelah ditambahkan Cu kekuatannya terus
menurun hingga penambahan Cu 4% nilai kekuatan impak menjadi 0,104 j/mm2.
Pengamatan mikroskop optik memperlihatkan porositas dan persebaran yang
semakin merata antara matriks dengan penguat SiO2 seiring dengan penambahan
Cu pada komposit. Dari hasil pengujian diketahui bahwa kekuatan impak
menurun seiring dengan penambahan fraksi massa Cu. Hal ini disebabkan karena
penambahan Cu dapat meningkatkan porositas dan terbentuk fasa CuAl2 yang
bersifat getas.
Kata Kunci : Komposit, pasir silika, Cu, stir casting, impak, struktur mikro
iv
ANALYSIS EFFECT CU ADDING AT ALUMINIUM MATRIX
COMPOSITE PISTON REMELTING REINFORCED SILIKA
SAND ON IMPACT STRENGHT AND MICRO STRUCTURE
AT ALUMINIUM MATRIX COMPOSITE WITH STIR
CASTING METHOD
Fajar Paundra
Mechanical Engineering
Sebelas Maret University
E-mail : fajarpaundra@gmail.com
Abstract
AMC (Aluminium Matrix Composite) is material which has a great potential
for being developed. This research was done to find effect added of Cu variation
for impact strength and microstructure on Al-Si composite. Mass fractions of sand
silika is 3% and Cu variation adding is 0, 1, 2, 3 & 4%. Composite manufacture is
using stir casting method with stirring 600 rpm during of 5 minutes on semi solid
temperature. Speciments were tested using optical microscope and impact charpy
testing machine. The value impact of composite without adding Cu is 0,333 J/mm2
after added Cu value down. Until adding Cu 4% the value impact is 0,104 J/mm2.
Micro photograph showed the result of porosity and SiO2 unform distribution with
the adding of Cu to the composite. From the test results it is known that the
strength of the impact decreases with mass fraction addition Cu. This is because
the addition of Cu can increase the porosity and formed CuAl 2 phase which are
brittle.
Keywords :Composite, silika sand, Cu, stir casting impact,micro structure
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan kenikmatan
kepada kita semua sehingga laporan tugas akhir ini dapat penulis selesaikan.
Tujuan penulisan skripsi ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna
mencapai gelar sarjana teknik di Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Sebelas Maret Surakarta. Tugas akhir ini memaparkan pengaruh penambahan Cu
pada komposit matriks aluminium remelting piston berpenguat silika terhadap
kekuatan impak dan struktur mikro.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah
membantu dalam penelitian dan penulisan laporan tugas akhir ini, khususnya
kepada :
1. Ayah, Ibu dan keluarga tercinta atas segala dukungan, doa dan bimbingan
sehingga penulis bisa menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Bapak Teguh Triyono, ST, MEng dan Bapak Wahyu Purwo Raharjo, ST.,
MT selaku dosen pembimbing yang telah memberikan arahan dan
masukan selama penyusunan tugas akhir ini.
3. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, ST., MT selaku Ketua Jurusan Teknik
Mesin Fakultas Teknik UNS.
4. Ibu Indri Yaningsih, ST., MT, Bapak Heru Sukanto, ST., MT dan Bapak
Dr. Joko Trijono, ST., MT, selaku dosen penguji.
5. Bapak Eko Prasetya Budiana, ST., MT selaku dosen pembimbing
akademik.
6. Semua dosen Teknik Mesin FT UNS yang telah membuka wacana
keilmuan penulis.
7. Teman-teman S1 Teknik Mesin UNS dan Annisa Indah Setyawati yang
telah memberikan dukungan dan motivasi dalam menyelesaikan tugas
akhir ini.
8. Serta semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas bantuan
dan dorongan semangat serta doanya. Terima kasih, semoga Allah SWT
membalas budi baik anda semuanya.
vi
Penulis menyadari, bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak
kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran, koreksi dan kritik demi
kesempurnaan skripsi ini, akan penulis terima dengan ikhlas dan dengan ucapan
terima kasih.
Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap skripsi ini dapat
digunakan sebagaimana mestinya.
Surakarta, Februari 2016
Penulis
vii
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL .......................................................................................... i
SURAT TUGAS ................................................................................................ ii
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ iii
ABSTRAK ......................................................................................................... iv
ABSTRACT ....................................................................................................... v
KATA PENGANTAR ....................................................................................... vi
DAFTAR ISI ...................................................................................................... viii
DAFTAR TABEL .............................................................................................. x
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xi
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .............................................................................. 2
1.3 Batasan Masalah ................................................................................ 2
1.4 Tujuan Penelitian ............................................................................... 2
1.5 Manfaat Penelitian ............................................................................. 3
1.6 Sistematika Penulisan ........................................................................ 3
BAB II. LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka ................................................................................ 4
2.2 Dasar Teori ........................................................................................ 5
2.2.1 Komposit ................................................................................. 5
2.2.2 Klasifikasi Komposit ............................................................... 6
2.2.3 Komposit Bermatrik Logam .................................................... 6
2.2.4 Bahan Penyusun Komposit Matrik Logam ............................. 7
2.2.5 Fabrikasi Komposit Matrik Logam ......................................... 11
2.2.6 Proses Pembuatan Komposit AlSi............................................ 14
2.2.7 Pengujian Impak ....................................................................... 15
2.2.8 Pengujian Densitas dan Porositas ............................................. 16
2.2.9 Pengujian Metalografi .............................................................. 18
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat Penelitian ............................................................................... 19
3.2 Alat dan Bahan .................................................................................. 19
3.2.1 Alat .......................................................................................... 19
3.2.2 Bahan ....................................................................................... 22
3.3 Proses Pembuatan Komposit AlSi ..................................................... 23
3.4 Karakteristik AlSi .............................................................................. 24
3.4.1 Pengujian Impak ...................................................................... 24
3.4.2 Pengujian Densitas dan Porositas ............................................ 24
3.4.3 Pengujian Foto Makro ............................................................. 25
3.4.4 Pengujian Metalografi Mikro .................................................. 25
3.4.5 Pengamatan SEM .................................................................... 26
3.5 Diagram Alir Penelitian ..................................................................... 27
BAB IV. HASIL DAN ANALISA
4.1 Kekuatan Impak Komposit Matrik Alumunium ................................ 28
4.1.1 Pengaruh Fraksi Massa Cu Terhadap Kekuatan Impak ........... 28
4.1.2 Pengujian Densitas dan Porositas .............................................. 30
viii
4.1.3 Pengamatan Makro Terhadap Penampang Patahan..................
4.2 Pengamatan Struktur Mikro................................................................
4.3 Pengamatan SEM ...............................................................................
BAB V. PENUTUP
5.1 Kesimpulan ........................................................................................
5.2 Saran ..................................................................................................
DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................
LAMPIRAN .......................................................................................................
ix
32
34
35
38
38
39
41
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 3.1
Gambar 3.2
Gambar 3.3
Gambar 3.4
Gambar 3.5
Gambar 3.6
Gambar 3.7
Gambar 3.8
Gambar 4.1
Gambar 4.2
Gambar 4.3
Gambar 4.4
Gambar 4.5
Gambar 4.6
Gambar 4.6
Halaman
Diagram fasa Al-Si......................................................................... 9
Tetahedron silika-oksigen .............................................................. 10
Penataan silikon dan oksigen atom dalam satuan sel
kristobalit, polimorf dari SiO2 ................................................................................. 11
Skema proses stir casting............................................................... 13
Dimensi spesimen uji impak charpy .............................................. 15
Ilustrasi skematis pengujian impak ................................................ 15
Skema pengujian densitas .............................................................. 17
Peralatan stir casting ...................................................................... 19
Alat uji mikro Euromex.................................................................. 20
Alat uji makro Olympus................................................................. 20
Alat uji impak charpy..................................................................... 21
Timbangan digital .......................................................................... 21
Pasir silika ...................................................................................... 22
Serbuk tembaga .............................................................................. 23
Diagram alir penelitian................................................................... 27
Grafik hubungan antara fraksi massa Cu dengan
kekuatan impak .............................................................................. 29
Grafik hubungan antara penambahan Cu dengan nilai porositas..... 31
Penampang patahan....................................................................... 33
Struktur mikro komposit ................................................................ 34
Hasil uji SEM pada komposit tanpa penambahan Cu .................... 36
Hasil uji SEM pada penambahan Cu 2% ....................................... 36
Hasil uji SEM pada penambahan Cu 4% ....................................... 36
x
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1 Hasil uji spektro .................................................................................. 22
Tabel 4.1 Hasil pengujian impak ........................................................................ 29
Tabel 4.2 Data hasil pengijian densitas dan porositas......................................... 31
xi
KOMPOSIT ALUMINIUM REMELTING PISTON
BERPENGUAT PASIR SILIKA TERHADAP KEKUATAN
IMPAK DAN STUKTUR MIKRO PADA KOMPOSIT MATRIK
ALUMINIUM DENGAN METODE STIR CASTING
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh :
FAJAR PAUNDRA
NIM. I1413011
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2016
ii
iii
ANALISA PENGARUH PENAMBAHAN CU PADA MATRIKS
KOMPOSIT ALUMINIUM REMELTING PISTON
BERPENGUAT PASIR SILIKA TERHADAP KEKUATAN
IMPAK DAN STUKTUR MIKRO PADA KOMPOSIT MATRIK
ALUMINIUM DENGAN METODE STIR CASTING
Fajar Paundra
Jurusan Teknik Mesin
Universitas Sebelas Maret Surakarta
E-mail : fajarpaundra@gmail.com
Abstrak
AMC (Aluminium Matrix Composites) merupakan material yang memiliki
potensi besar untuk dikembangkan. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui
pengaruh penambahan variasi Cu terhadap kekuatan impak dan struktur mikro
pada komposit Al-Si. Fraksi massa pasir silika yang digunakan sebanyak 3% dan
penambahan Cu dengan variasi 0, 1, 2, 3 dan 4%. Proses pembuatan komposit
menggunakan metode stir casting dengan kecepatan pengadukan 600 rpm selama
5 menit pada temperatur semi solid. Spesimen diuji menggunakan mikroskop
optik dan alat uji impak charpy. Nilai kekuatan impak komposit aluminium tanpa
penambahan Cu sebesar 0,333 j/mm2, setelah ditambahkan Cu kekuatannya terus
menurun hingga penambahan Cu 4% nilai kekuatan impak menjadi 0,104 j/mm2.
Pengamatan mikroskop optik memperlihatkan porositas dan persebaran yang
semakin merata antara matriks dengan penguat SiO2 seiring dengan penambahan
Cu pada komposit. Dari hasil pengujian diketahui bahwa kekuatan impak
menurun seiring dengan penambahan fraksi massa Cu. Hal ini disebabkan karena
penambahan Cu dapat meningkatkan porositas dan terbentuk fasa CuAl2 yang
bersifat getas.
Kata Kunci : Komposit, pasir silika, Cu, stir casting, impak, struktur mikro
iv
ANALYSIS EFFECT CU ADDING AT ALUMINIUM MATRIX
COMPOSITE PISTON REMELTING REINFORCED SILIKA
SAND ON IMPACT STRENGHT AND MICRO STRUCTURE
AT ALUMINIUM MATRIX COMPOSITE WITH STIR
CASTING METHOD
Fajar Paundra
Mechanical Engineering
Sebelas Maret University
E-mail : fajarpaundra@gmail.com
Abstract
AMC (Aluminium Matrix Composite) is material which has a great potential
for being developed. This research was done to find effect added of Cu variation
for impact strength and microstructure on Al-Si composite. Mass fractions of sand
silika is 3% and Cu variation adding is 0, 1, 2, 3 & 4%. Composite manufacture is
using stir casting method with stirring 600 rpm during of 5 minutes on semi solid
temperature. Speciments were tested using optical microscope and impact charpy
testing machine. The value impact of composite without adding Cu is 0,333 J/mm2
after added Cu value down. Until adding Cu 4% the value impact is 0,104 J/mm2.
Micro photograph showed the result of porosity and SiO2 unform distribution with
the adding of Cu to the composite. From the test results it is known that the
strength of the impact decreases with mass fraction addition Cu. This is because
the addition of Cu can increase the porosity and formed CuAl 2 phase which are
brittle.
Keywords :Composite, silika sand, Cu, stir casting impact,micro structure
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan kenikmatan
kepada kita semua sehingga laporan tugas akhir ini dapat penulis selesaikan.
Tujuan penulisan skripsi ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna
mencapai gelar sarjana teknik di Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Sebelas Maret Surakarta. Tugas akhir ini memaparkan pengaruh penambahan Cu
pada komposit matriks aluminium remelting piston berpenguat silika terhadap
kekuatan impak dan struktur mikro.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah
membantu dalam penelitian dan penulisan laporan tugas akhir ini, khususnya
kepada :
1. Ayah, Ibu dan keluarga tercinta atas segala dukungan, doa dan bimbingan
sehingga penulis bisa menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Bapak Teguh Triyono, ST, MEng dan Bapak Wahyu Purwo Raharjo, ST.,
MT selaku dosen pembimbing yang telah memberikan arahan dan
masukan selama penyusunan tugas akhir ini.
3. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, ST., MT selaku Ketua Jurusan Teknik
Mesin Fakultas Teknik UNS.
4. Ibu Indri Yaningsih, ST., MT, Bapak Heru Sukanto, ST., MT dan Bapak
Dr. Joko Trijono, ST., MT, selaku dosen penguji.
5. Bapak Eko Prasetya Budiana, ST., MT selaku dosen pembimbing
akademik.
6. Semua dosen Teknik Mesin FT UNS yang telah membuka wacana
keilmuan penulis.
7. Teman-teman S1 Teknik Mesin UNS dan Annisa Indah Setyawati yang
telah memberikan dukungan dan motivasi dalam menyelesaikan tugas
akhir ini.
8. Serta semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas bantuan
dan dorongan semangat serta doanya. Terima kasih, semoga Allah SWT
membalas budi baik anda semuanya.
vi
Penulis menyadari, bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak
kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran, koreksi dan kritik demi
kesempurnaan skripsi ini, akan penulis terima dengan ikhlas dan dengan ucapan
terima kasih.
Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap skripsi ini dapat
digunakan sebagaimana mestinya.
Surakarta, Februari 2016
Penulis
vii
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL .......................................................................................... i
SURAT TUGAS ................................................................................................ ii
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ iii
ABSTRAK ......................................................................................................... iv
ABSTRACT ....................................................................................................... v
KATA PENGANTAR ....................................................................................... vi
DAFTAR ISI ...................................................................................................... viii
DAFTAR TABEL .............................................................................................. x
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xi
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .............................................................................. 2
1.3 Batasan Masalah ................................................................................ 2
1.4 Tujuan Penelitian ............................................................................... 2
1.5 Manfaat Penelitian ............................................................................. 3
1.6 Sistematika Penulisan ........................................................................ 3
BAB II. LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka ................................................................................ 4
2.2 Dasar Teori ........................................................................................ 5
2.2.1 Komposit ................................................................................. 5
2.2.2 Klasifikasi Komposit ............................................................... 6
2.2.3 Komposit Bermatrik Logam .................................................... 6
2.2.4 Bahan Penyusun Komposit Matrik Logam ............................. 7
2.2.5 Fabrikasi Komposit Matrik Logam ......................................... 11
2.2.6 Proses Pembuatan Komposit AlSi............................................ 14
2.2.7 Pengujian Impak ....................................................................... 15
2.2.8 Pengujian Densitas dan Porositas ............................................. 16
2.2.9 Pengujian Metalografi .............................................................. 18
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat Penelitian ............................................................................... 19
3.2 Alat dan Bahan .................................................................................. 19
3.2.1 Alat .......................................................................................... 19
3.2.2 Bahan ....................................................................................... 22
3.3 Proses Pembuatan Komposit AlSi ..................................................... 23
3.4 Karakteristik AlSi .............................................................................. 24
3.4.1 Pengujian Impak ...................................................................... 24
3.4.2 Pengujian Densitas dan Porositas ............................................ 24
3.4.3 Pengujian Foto Makro ............................................................. 25
3.4.4 Pengujian Metalografi Mikro .................................................. 25
3.4.5 Pengamatan SEM .................................................................... 26
3.5 Diagram Alir Penelitian ..................................................................... 27
BAB IV. HASIL DAN ANALISA
4.1 Kekuatan Impak Komposit Matrik Alumunium ................................ 28
4.1.1 Pengaruh Fraksi Massa Cu Terhadap Kekuatan Impak ........... 28
4.1.2 Pengujian Densitas dan Porositas .............................................. 30
viii
4.1.3 Pengamatan Makro Terhadap Penampang Patahan..................
4.2 Pengamatan Struktur Mikro................................................................
4.3 Pengamatan SEM ...............................................................................
BAB V. PENUTUP
5.1 Kesimpulan ........................................................................................
5.2 Saran ..................................................................................................
DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................
LAMPIRAN .......................................................................................................
ix
32
34
35
38
38
39
41
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 3.1
Gambar 3.2
Gambar 3.3
Gambar 3.4
Gambar 3.5
Gambar 3.6
Gambar 3.7
Gambar 3.8
Gambar 4.1
Gambar 4.2
Gambar 4.3
Gambar 4.4
Gambar 4.5
Gambar 4.6
Gambar 4.6
Halaman
Diagram fasa Al-Si......................................................................... 9
Tetahedron silika-oksigen .............................................................. 10
Penataan silikon dan oksigen atom dalam satuan sel
kristobalit, polimorf dari SiO2 ................................................................................. 11
Skema proses stir casting............................................................... 13
Dimensi spesimen uji impak charpy .............................................. 15
Ilustrasi skematis pengujian impak ................................................ 15
Skema pengujian densitas .............................................................. 17
Peralatan stir casting ...................................................................... 19
Alat uji mikro Euromex.................................................................. 20
Alat uji makro Olympus................................................................. 20
Alat uji impak charpy..................................................................... 21
Timbangan digital .......................................................................... 21
Pasir silika ...................................................................................... 22
Serbuk tembaga .............................................................................. 23
Diagram alir penelitian................................................................... 27
Grafik hubungan antara fraksi massa Cu dengan
kekuatan impak .............................................................................. 29
Grafik hubungan antara penambahan Cu dengan nilai porositas..... 31
Penampang patahan....................................................................... 33
Struktur mikro komposit ................................................................ 34
Hasil uji SEM pada komposit tanpa penambahan Cu .................... 36
Hasil uji SEM pada penambahan Cu 2% ....................................... 36
Hasil uji SEM pada penambahan Cu 4% ....................................... 36
x
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1 Hasil uji spektro .................................................................................. 22
Tabel 4.1 Hasil pengujian impak ........................................................................ 29
Tabel 4.2 Data hasil pengijian densitas dan porositas......................................... 31
xi