Studi Pengaruh Proses Kompaksi Terhadap Munculnya Retakan Pada Green Body Dan Hasil Sinter Magnet Barium-Strontium Hexaferrite
STUDI PENGARUH PROSES KOMPAKSI TERHADAP
MUNCULNYA RETAKAN PADA GREEN BODY DAN HASIL
SINTER MAGNET BARIUM-STRONTIUM HEXAFERRITE
SKRIPSI
ATARAN HADIMAN MARPAUNG
100801067
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
i
Universitas Sumatera Utara
STUDI PENGARUH PROSES KOMPAKSI TERHADAP
MUNCULNYA RETAKAN PADA GREEN BODY DAN HASIL
SINTER MAGNET BARIUM-STRONTIUM HEXAFERRITE
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Sains
ATARAN HADIMAN MARPAUNG
100801067
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
ii
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
: Studi Pengaruh Proses Kompaksi Terhadap
Munculnya Retakan Pada Green Body Dan Hasil
Sinter Magnet Barium-Strontium Hexaferrite
Kategori
: Skripsi
Nama
: Ataran Hadiman Marpaung
Nomor Induk Mahasiswa
: 100801067
Program Studi
: Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, Juli 2014
Disetujui Oleh
iii
Universitas Sumatera Utara
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
Pembimbing,
Dr.Marhaposan Situmorang
Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc
NIP. 195510301980031003
NIP. 196506171993031009
iv
Universitas Sumatera Utara
v
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
STUDI PENGARUH PROSES KOMPAKSI TERHADAP
MUNCULNYA RETAKAN PADA GREEN BODY DAN HASIL
SINTER MAGNET BARIUM-STRONTIUM HEXAFERRITE
vi
Universitas Sumatera Utara
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, yang di
dalammya terdapat beberapa kutipan dan ringkasan sebagai referensi yang masing
masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2014
ATARAN HADIMAN MARPAUNG
100801067
vii
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa yang telah
memberikan Rahmat, Karunia dan Bimbingan-Nya sehingga penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul Studi Pengaruh Proses Pencetakan
Terhadap Munculnya Retakan Pada Green Body dan Hasil Sinter Magnet
Barium-StrontiumHexaferrite. Laporan tugas akhir ini diajukan untuk memenuhi
salah satu syarat mencapai gelar sarjana fisika. Penelitian skripsi ini dilakukan di
Laboratorium Pusat Penelitian Fisika (P2F) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia
(LIPI) di kawasan PUSPIPTEK Serpong Tangerang, sesuai dengan waktu yang
ditetapkan.
Penulis juga menyampaikan banyak terima kasih kepada :
1. Bapak Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng sebagai Kepala Pusat
viii
Universitas Sumatera Utara
Penelitian Fisika (P2F) LIPI Kawasan PUSPIPTEK Serpong,
Tangerang yang telah memberikan izin untuk melaksanakan penelitian.
2. Bapak Dr. Agus Sukarto Wismogroho, M. Eng, selaku dosen pembimbing
di P2F LIPI yang telah memberikan bimbingan, waktu dan tenaga
dalam penyelesaian skripsi ini.
3. Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku dosen pembimbing di USU
yang
telah
memberikan
bimbingan,
waktu dan
tenaga
dalam
penyelesaian skripsi ini.
4. Bapak Prof.Drs. Pardamean Sebayang, M.Si, Bapak Jandjani, Amd
selaku pembimbing di lapangan yang telah memberikan bimbingan,
waktu dan tenaga kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
5. Bapak Bapak Dr. Sutarman, M.Sc sebagai dekan Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) USU. Bapak Dr. Marhaposan
Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika FMIPA USU, Bapak Drs.
Syahrul Humaidi, M. Sc selaku sekretaris Departemen Fisika FMIPA
USU beserta seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Fisika
FMIPA USU.
6. Ayahanda Krisman Marpaung dan Ibunda tercinta Rulia Sitorus,
Saudaraku Apang Herbeth Marpaung, Asong Rikson Marpaung,
Ferdinan Abo Marpaung, Kakakku Hermin Marpaung, Silvia Chandra
Marpaung, Arjuna
Tarmiji
Usman
Marpaung,
Argo Basten
Marpaung dan nenek saya M. Barimbing beserta keluarga besar yang
memberikan dukungan dan semangat dalam penyelesaian skripsi ini.
7. Seluruh sahabat-sahabat tersayang Aven Tampubolon, Lerin Riwanti,
Roselina Silalahi, Nurianti, Feby Tambunan, Maliza, Duma, Desi, dan
teman-teman di “PASADA” BINTANG TIMUR BALIGE beserta
seluruh adik-adik junior saya di BTB yang selalu memberikan semangat
kepada saya dalam penyelesaian skripsi ini.
8. Sahabat- sahabat tersayang “TTLAS” (Tari, Tere, Lya, Samuel),
bantukku (Juliana Sitorus) dan Gunawan sitorus.
9. Sahabat-sahabat tersayang Irawati, Desari, Devi, Nur Alpiani, Marisa
ix
Universitas Sumatera Utara
,Lamhot, Rahel, Amin, Melisa, Riki Efendi, Ikhwan, Jejen, Cibun
beserta seluruh teman-teman “PHYSIC INSIDE 2010” dan adik-adik
junior 2011, 2012, 2013 yang selalu memberikan semangat kepada saya
dalam penyelesaian skripsi ini.
STUDI PENGARUH PROSES KOMPAKSI TERHADAP
MUNCULNYA RETAKAN PADA GREEN BODY DAN HASIL
SINTER MAGNET BARIUM-STRONTIUM HEXAFERRITE
x
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh kompaksi terhadap munculnya
retakan pada green body dan hasil sinter magnet Ba-Sr Heksaferrit, yang bertujuan
untuk memperbaiki sifat mekanik dari magnet Ba-Sr Heksaferrit. Pembuatan
magnet Ba-Sr Hexaferrit diawali dengan desain alat cetak kasar dengan standart
kekasaran 0,64mm dan alat cetak halus dengan standart kehalusan 0,13mm.
Selanjutnya serbuk Ba-SrO.6Fe2O3 dikeringkan pada suhu 800C selama 24 jam,
kemudian dicetak dengan variasi tekanan, waktu penahanan, massa sampel,
struktur permukaan alat cetak, diameter penekan,dan arah penekanan. Hasil
cetakan berupa pelet, selanjutnya dilakukan observasi crack dengan pengujian
drop test. Diperoleh pellet terbaik dan terburuk masing-masing 20 buah untuk
disintering pada suhu 11000C, ditahan selama 2 jam, dengan variasi kecepatan
pemanasan 50C/min - 150C/min dengan interval 50C/min, suhu awal sintering yang
digunakan adalah 250C dan 2500C. Diuji mikrostruktur, kekerasan dan densitas
bulknya. Dari Analisis uji mikrostruktur diketahui bahwa semakin tinggi
kecepatan pemanasan maka semakin mudah terbentuk cracking pada pellet hasil
sinter. Nilai kekerasan optimum sekitar (184,338 – 216,3411)VHN (Vickers
Hardness Number)dan nilai densitas bulk sekitar (4,64 – 5,01)gr/cm3.
KATA KUNCI : Ba-Sr Heksaferrit, Kompaksi, Retakan, Drop Test, Sintering
xi
Universitas Sumatera Utara
STUDY ON EFFECT OF COMPACTING PROCESS TO
INITIAL CRACKS IN GREEN BODY AND SINTERING
PRODUCTS OF BARIUM-STRONTIUM
HEXAFERRITE MAGNETS
ABSTRACT
A research on effect of compacting to initial crack in green body and sintering
product of Ba-Sr Hexaferrite magnets, which order to repairing mechanical
properties of Ba-Sr Hexaferrite magnets has been done. Fabrication of Ba-Sr
Hexaferrite magnets begins with designed of rugged molding with 0,64 mm
roughness standart and smoothed molding with 0,13mm standard fineness.
Futhermore, the powder of Ba-Sr Hexaferrite is dried at temperatures 800C for 24
hours. Then, compacted with many variations are pressure, time pressure, sample
mass, molding surface, pressuring diameter, pressuring direction. The moulding
product is pellets, futhermore cracks observation with drop test. 20 best pellets
and worst have been obtained for sintering at temperatures 1100 0C, holding for 2
xii
Universitas Sumatera Utara
hours, heating rate varitions is rate 5 0C/min-15 0C/min with intervals of 50C/min.
Initial temperatures of sintering is 250C and 2500C. Microstructure analyzed, hardness, and its bulk density. From microstrucutre analyzed results obtained that the
higher ofheating rate, more easily formed cracking at pellets of sintering product.
Optimum hardness value is approximate (184,338 – 216,3411)VHN (Vickers
Hardness Number)and bulk density value is approximate (4,64 – 5,01)gr/cm3.
KEYWORDS: Ba-Sr Hexaferrite, Compacting, Cracking, Drop test, Sintering
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan
i
Pernyataan
ii
Pengesahan
iii
Penghargaan
iv
Abstrak
vi
Abstract
vii
Daftar Isi
viii
Daftar Tabel
x
Daftar Gambar
xi
Daftar Lampiran
xiii
Bab 1. Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
1.2 Perumusan Masalah
1.3 Batasan Masalah
1.4 Tujuan Penelitian
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Tempat Penelitian
1.7 Sistematika Penulisan
1
3
4
4
5
5
5
Bab 2. Tinjauan Pustaka
2.1 Magnet Keramik
7
2.2 Sifat- Sifat Magnet Keramik
8
14
Universitas Sumatera Utara
2.3 Barium Heksaferrite
11
2.4 Kompaksi
13
2.4.1 Karakteristik Serbuk
13
2.4.2 Pencampuran
15
2.4.3 Proses Kompaksi
15
2.5 Sintering
2.5.1 Tahapan Sintering
18
2.5.2 Klasifikasi Sintering
20
2.6 Retakan (cracking)
2.6.1 Mekanisme Penjalaran Retak
23
2.6.2 Laju Pertumbuhan Retak
26
2.6.3 Pola Retak
27
2.7 Drop Test
28
2.8 Mikrostruktur
28
2.9 Makrostruktur
29
2.10 Kekerasan Vickers
29
2.11 Densitas
31
Bab 3. Metodologi Penelitian
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
3.1.1 Tempat Penelitian
33
3.1.2 Waktu Penelitian
33
3.2 Peralatan dan Bahan
3.2.1 Peralatan
33
3.2.2 Bahan
35
15
Universitas Sumatera Utara
3.3 Diagram Alir Penelitian
36
3.4 Prosedur Penelitian
3.4.1 Pembuatan Alat Cetak
37
3.4.2 Persiapan Bahan baku
37
3.4.3 Proses Drying
37
3.4.4 Proses Kompaksi
3.4.4.1 Variasi Tekanan
38
3.4.4.2 Variasi Waktu Penahanan
38
3.4.4.3 Variasi Massa Sampel
39
3.4.4.4 Variasi Permukaan Alat Cetak
39
3.4.4.5 Variasi Diameter Alat Penekan
39
3.4.4.6 Variasi Arah Penekanan
3.4.4.6.1 Double Uniaxial Pressing
40
3.4.4.6.2 Single Uniaxial Pressing
40
3.4.5 Sintering
41
3.5 Karakterisasi Sampel
3.5.1 Pengujian Drop Test dan Observasi Retakan
41
3.5.2 Pengujian Mikrostruktur
41
3.5.3 Pengujian Kekerasan Vickers
42
3.5.4 Pengujian Densitas
44
Bab 4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Hasil Desain Alat Cetak
45
4.2 Data dan Analisa Hasil Observasi Crack dengan Uji Drop Test
46
4.2.1 Variasi Tekanan dengan Cetakan Kasar
47
4.2.2 Variasi Waktu Penahanan dengan Cetakan Kasar
48
16
Universitas Sumatera Utara
4.2.3 Variasi Massa Sampel dengan Cetakan Kasar
49
4.2.4 Variasi Permukaan Alat Cetak
51
4.2.5 Variasi Diameter Alat Penekan
52
4.2.6 Variasi Arah Penekanan
53
4.2.7 Pola-Pola Retak yang terbentuk dari hasil observasi
crack dengan pengujian drop test
56
4.3 Hasil dan Analisa Pengujian Mikrostruktur
57
4.4 Data dan Analisa Hasil Uji Kekerasan Vickers
71
4.5 Data dan Analisa Hasil Uji Bulk Density
78
Bab 5. Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
81
5.2 Saran
82
Daftar Pustaka
83
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
Tabel 2.1
Sifat berbagai Magnet Keras
10
Tabel 2.2
Hubungan Kehalusan Permukaan terhadap Ketahanan
Tabel
Fatigue
27
17
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.1
Hasil Drop Test dengan Variasi Arah Penekanan
Tabel 4.2
Data Hasil Uji Kekerasan pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terbaik Sintering 11000C, ΔT = 50C/min, T0 = 250C
Tabel 4.3
76
Data Hasil Uji Bulk Density pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terbaik
Tabel 4.9
75
Data Hasil Uji Kekerasan pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terburuk Sintering 11000C, ΔT = 150C/min, T0 = 250C
Tabel 4.8
74
Data Hasil Uji Kekerasan pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terbaik Sintering 11000C, ΔT = 150C/min, T0 = 250C
Tabel 4.7
73
Data Hasil Uji Kekerasan pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terburuk Sintering 11000C, ΔT =100C/min, T0 = 250C
Tabel 4.6
72
Data Hasil Uji Kekerasan pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terbaik Sintering 11000C, ΔT = 100C/min, T0 = 250C
Tabel 4.5
71
Data Hasil Uji Kekerasan pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terburuk Sintering 11000C, ΔT = 50C/min, T0 = 250C
Tabel 4.4
53
78
Data Hasil Uji Bulk Density pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terburuk
79
18
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
Gambar
Gambar 2.1
Kurva Saat Proses Magnetisasi
8
Gambar 2.2
Kurva Histeresis Material Magnetik
Gambar 2.3
Kurva yang Menunjukkan Perbandingan Sifat Magnet
10
dari Beberapa Jenis Magnet Permanen
11
Gambar 2.4
Struktur Kristal BaO.6Fe2O3
Gambar 2.5
Distribusi Penekanan Serbuk pada Single Uniaxial
Pressing dan Double Uniaxial Pressing
12
17
19
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6
Hubungan Tekanan Kompaksi dengan Densitas Serbuk
Yang Dikompaksi dan Tahapan Kompaksi Partikel
17
Gambar 2.7
Proses Sinter Padat
21
Gambar 2.8
Kurva Sintering dengan Variasi Kecepatan Pemanasan
22
Gambar 2.9
Mekanisme Fatah Fatik Model Wood
24
Gambar 2.10 Foto Mikroskop Ekstrusi dan Intrusi
24
Gambar 2.11 Panjang Retak Versus Siklus
25
Gambar 2.12 Skematik Laju Pertumbuhan Retak
26
Gambar 2.13 Macam Pola Retak
27
Gambar 2.14 Drop Test
28
Gambar 2.15 Tipe-Tipe Lekukan Piramid Intan pada Uji Kekerasan Vickers
30
Gambar 3.1
Skema Pengujian Kekerasan Vickers
42
Gambar 4.1
Foto Alat Cetak Kasar , Halus, Single Uniaxial Pressing
dan Double Uniaxial Pressing
45
Gambar 4.2
Skema Drop Test,danfoto pellet hasil cetakan
45
Gambar 4.3
Hasil Drop Test dengan Variasi Tekanan
47
Gambar 4.4
Hasil Drop Test dengan Variasi Waktu Penahanan
48
Gambar 4.5
Hasil Drop Test dengan Variasi Tekanan Jumlah Sampel
49
Gambar 4.6
Hasil Drop Test dengan Variasi Tekanan Permukaan Alat
Cetak
Gambar 4.7
51
Hasil Drop Test dengan Variasi Tekanan Diameter Alat
Penekan
52
Gambar 4.8
Grafik Persentase Keberhasilan Proses Pencetakan
56
Gambar 4.9
Pola-pola retak yang terbentuk dari hasil pengujian drop test56
Gambar 4.10 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terbaik Sebelum dan
Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 50C/Min,
20
Universitas Sumatera Utara
T0 = 250C
58
Gambar 4.11 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk Sebelum dan
Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 50C/Min,
T0 = 250C
60
Gambar 4.12 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terbaik Sebelum dan
Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 100C/Min,
T0 = 250C
62
Gambar 4.13 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk Sebelum dan
Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT =100C/Min,
T0 = 250C
63
Gambar 4.14 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terbaik Sebelum dan
Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 150C/Min,
T0 = 250C
65
Gambar 4.15 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk Sebelum dan
Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 150C/Min,
T0 = 250C
67
Gambar 4.16 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terbaik Sebelum dan
Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 150C/Min,
T0 = 2500C
68
Gambar 4.17 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk Sebelum dan
Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 150C/Min,
T0 = 2500C
70
Gambar 4.18 Grafik Kekerasan vickers pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
terbaiksintering 11000C, ΔT = 50C/Min, T0 =250C
71
Gambar 4.19 Grafik Kekerasan vickers pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
terburuksintering 11000C, ΔT = 50C/Min, T0 =250C
72
21
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.20 Grafik Kekerasan vickers pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
terbaiksintering 11000C, ΔT =100C/Min, T0 =250C
73
Gambar 4.21 Grafik Kekerasan vickers pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
terburuksintering 11000C, ΔT = 100C/Min, T0 =250C
74
Gambar 4.22 Grafik Kekerasan vickers pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
terbaiksintering 11000C, ΔT =150C/Min, T0 =250C
75
Gambar 4.23 Grafik Kekerasan vickers pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
terburuksintering 11000C, ΔT = 150C/Min, T0 =250C
76
Gambar 4.24 Grafik Hubungan Kecepatan Pemanasan dengan Nilai
Kekerasan Vickers Pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terbaik
77
Gambar 4.25 Grafik Hubungan Kecepatan Pemanasan dengan Nilai
Kekerasan Vickers Pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk
78
Gambar 4.26 Grafik Hubungan Kecepatan Pemanasan dengan Nilai
Bulk Density Pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3Terbaik
79
Gambar 4.27 Grafik Hubungan Kecepatan Pemanasan dengan Nilai
Bulk Density Pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk
80
22
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul
Halaman
Lamp
1.
2.
3.
4.
Dokumentasi Peralatan yang digunakan dalam Penelitian
Contoh Perhitungan Energi Drop Test, Kecepatan Drop Test dan
Bulk Density
Data Hasil Pengujian Bulk Density
Standard Spesifications For Permanent Magnet Materials
85
94
97
100
23
Universitas Sumatera Utara
MUNCULNYA RETAKAN PADA GREEN BODY DAN HASIL
SINTER MAGNET BARIUM-STRONTIUM HEXAFERRITE
SKRIPSI
ATARAN HADIMAN MARPAUNG
100801067
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
i
Universitas Sumatera Utara
STUDI PENGARUH PROSES KOMPAKSI TERHADAP
MUNCULNYA RETAKAN PADA GREEN BODY DAN HASIL
SINTER MAGNET BARIUM-STRONTIUM HEXAFERRITE
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Sains
ATARAN HADIMAN MARPAUNG
100801067
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
ii
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
: Studi Pengaruh Proses Kompaksi Terhadap
Munculnya Retakan Pada Green Body Dan Hasil
Sinter Magnet Barium-Strontium Hexaferrite
Kategori
: Skripsi
Nama
: Ataran Hadiman Marpaung
Nomor Induk Mahasiswa
: 100801067
Program Studi
: Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, Juli 2014
Disetujui Oleh
iii
Universitas Sumatera Utara
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
Pembimbing,
Dr.Marhaposan Situmorang
Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc
NIP. 195510301980031003
NIP. 196506171993031009
iv
Universitas Sumatera Utara
v
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
STUDI PENGARUH PROSES KOMPAKSI TERHADAP
MUNCULNYA RETAKAN PADA GREEN BODY DAN HASIL
SINTER MAGNET BARIUM-STRONTIUM HEXAFERRITE
vi
Universitas Sumatera Utara
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, yang di
dalammya terdapat beberapa kutipan dan ringkasan sebagai referensi yang masing
masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2014
ATARAN HADIMAN MARPAUNG
100801067
vii
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa yang telah
memberikan Rahmat, Karunia dan Bimbingan-Nya sehingga penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul Studi Pengaruh Proses Pencetakan
Terhadap Munculnya Retakan Pada Green Body dan Hasil Sinter Magnet
Barium-StrontiumHexaferrite. Laporan tugas akhir ini diajukan untuk memenuhi
salah satu syarat mencapai gelar sarjana fisika. Penelitian skripsi ini dilakukan di
Laboratorium Pusat Penelitian Fisika (P2F) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia
(LIPI) di kawasan PUSPIPTEK Serpong Tangerang, sesuai dengan waktu yang
ditetapkan.
Penulis juga menyampaikan banyak terima kasih kepada :
1. Bapak Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng sebagai Kepala Pusat
viii
Universitas Sumatera Utara
Penelitian Fisika (P2F) LIPI Kawasan PUSPIPTEK Serpong,
Tangerang yang telah memberikan izin untuk melaksanakan penelitian.
2. Bapak Dr. Agus Sukarto Wismogroho, M. Eng, selaku dosen pembimbing
di P2F LIPI yang telah memberikan bimbingan, waktu dan tenaga
dalam penyelesaian skripsi ini.
3. Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku dosen pembimbing di USU
yang
telah
memberikan
bimbingan,
waktu dan
tenaga
dalam
penyelesaian skripsi ini.
4. Bapak Prof.Drs. Pardamean Sebayang, M.Si, Bapak Jandjani, Amd
selaku pembimbing di lapangan yang telah memberikan bimbingan,
waktu dan tenaga kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
5. Bapak Bapak Dr. Sutarman, M.Sc sebagai dekan Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) USU. Bapak Dr. Marhaposan
Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika FMIPA USU, Bapak Drs.
Syahrul Humaidi, M. Sc selaku sekretaris Departemen Fisika FMIPA
USU beserta seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Fisika
FMIPA USU.
6. Ayahanda Krisman Marpaung dan Ibunda tercinta Rulia Sitorus,
Saudaraku Apang Herbeth Marpaung, Asong Rikson Marpaung,
Ferdinan Abo Marpaung, Kakakku Hermin Marpaung, Silvia Chandra
Marpaung, Arjuna
Tarmiji
Usman
Marpaung,
Argo Basten
Marpaung dan nenek saya M. Barimbing beserta keluarga besar yang
memberikan dukungan dan semangat dalam penyelesaian skripsi ini.
7. Seluruh sahabat-sahabat tersayang Aven Tampubolon, Lerin Riwanti,
Roselina Silalahi, Nurianti, Feby Tambunan, Maliza, Duma, Desi, dan
teman-teman di “PASADA” BINTANG TIMUR BALIGE beserta
seluruh adik-adik junior saya di BTB yang selalu memberikan semangat
kepada saya dalam penyelesaian skripsi ini.
8. Sahabat- sahabat tersayang “TTLAS” (Tari, Tere, Lya, Samuel),
bantukku (Juliana Sitorus) dan Gunawan sitorus.
9. Sahabat-sahabat tersayang Irawati, Desari, Devi, Nur Alpiani, Marisa
ix
Universitas Sumatera Utara
,Lamhot, Rahel, Amin, Melisa, Riki Efendi, Ikhwan, Jejen, Cibun
beserta seluruh teman-teman “PHYSIC INSIDE 2010” dan adik-adik
junior 2011, 2012, 2013 yang selalu memberikan semangat kepada saya
dalam penyelesaian skripsi ini.
STUDI PENGARUH PROSES KOMPAKSI TERHADAP
MUNCULNYA RETAKAN PADA GREEN BODY DAN HASIL
SINTER MAGNET BARIUM-STRONTIUM HEXAFERRITE
x
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh kompaksi terhadap munculnya
retakan pada green body dan hasil sinter magnet Ba-Sr Heksaferrit, yang bertujuan
untuk memperbaiki sifat mekanik dari magnet Ba-Sr Heksaferrit. Pembuatan
magnet Ba-Sr Hexaferrit diawali dengan desain alat cetak kasar dengan standart
kekasaran 0,64mm dan alat cetak halus dengan standart kehalusan 0,13mm.
Selanjutnya serbuk Ba-SrO.6Fe2O3 dikeringkan pada suhu 800C selama 24 jam,
kemudian dicetak dengan variasi tekanan, waktu penahanan, massa sampel,
struktur permukaan alat cetak, diameter penekan,dan arah penekanan. Hasil
cetakan berupa pelet, selanjutnya dilakukan observasi crack dengan pengujian
drop test. Diperoleh pellet terbaik dan terburuk masing-masing 20 buah untuk
disintering pada suhu 11000C, ditahan selama 2 jam, dengan variasi kecepatan
pemanasan 50C/min - 150C/min dengan interval 50C/min, suhu awal sintering yang
digunakan adalah 250C dan 2500C. Diuji mikrostruktur, kekerasan dan densitas
bulknya. Dari Analisis uji mikrostruktur diketahui bahwa semakin tinggi
kecepatan pemanasan maka semakin mudah terbentuk cracking pada pellet hasil
sinter. Nilai kekerasan optimum sekitar (184,338 – 216,3411)VHN (Vickers
Hardness Number)dan nilai densitas bulk sekitar (4,64 – 5,01)gr/cm3.
KATA KUNCI : Ba-Sr Heksaferrit, Kompaksi, Retakan, Drop Test, Sintering
xi
Universitas Sumatera Utara
STUDY ON EFFECT OF COMPACTING PROCESS TO
INITIAL CRACKS IN GREEN BODY AND SINTERING
PRODUCTS OF BARIUM-STRONTIUM
HEXAFERRITE MAGNETS
ABSTRACT
A research on effect of compacting to initial crack in green body and sintering
product of Ba-Sr Hexaferrite magnets, which order to repairing mechanical
properties of Ba-Sr Hexaferrite magnets has been done. Fabrication of Ba-Sr
Hexaferrite magnets begins with designed of rugged molding with 0,64 mm
roughness standart and smoothed molding with 0,13mm standard fineness.
Futhermore, the powder of Ba-Sr Hexaferrite is dried at temperatures 800C for 24
hours. Then, compacted with many variations are pressure, time pressure, sample
mass, molding surface, pressuring diameter, pressuring direction. The moulding
product is pellets, futhermore cracks observation with drop test. 20 best pellets
and worst have been obtained for sintering at temperatures 1100 0C, holding for 2
xii
Universitas Sumatera Utara
hours, heating rate varitions is rate 5 0C/min-15 0C/min with intervals of 50C/min.
Initial temperatures of sintering is 250C and 2500C. Microstructure analyzed, hardness, and its bulk density. From microstrucutre analyzed results obtained that the
higher ofheating rate, more easily formed cracking at pellets of sintering product.
Optimum hardness value is approximate (184,338 – 216,3411)VHN (Vickers
Hardness Number)and bulk density value is approximate (4,64 – 5,01)gr/cm3.
KEYWORDS: Ba-Sr Hexaferrite, Compacting, Cracking, Drop test, Sintering
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan
i
Pernyataan
ii
Pengesahan
iii
Penghargaan
iv
Abstrak
vi
Abstract
vii
Daftar Isi
viii
Daftar Tabel
x
Daftar Gambar
xi
Daftar Lampiran
xiii
Bab 1. Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
1.2 Perumusan Masalah
1.3 Batasan Masalah
1.4 Tujuan Penelitian
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Tempat Penelitian
1.7 Sistematika Penulisan
1
3
4
4
5
5
5
Bab 2. Tinjauan Pustaka
2.1 Magnet Keramik
7
2.2 Sifat- Sifat Magnet Keramik
8
14
Universitas Sumatera Utara
2.3 Barium Heksaferrite
11
2.4 Kompaksi
13
2.4.1 Karakteristik Serbuk
13
2.4.2 Pencampuran
15
2.4.3 Proses Kompaksi
15
2.5 Sintering
2.5.1 Tahapan Sintering
18
2.5.2 Klasifikasi Sintering
20
2.6 Retakan (cracking)
2.6.1 Mekanisme Penjalaran Retak
23
2.6.2 Laju Pertumbuhan Retak
26
2.6.3 Pola Retak
27
2.7 Drop Test
28
2.8 Mikrostruktur
28
2.9 Makrostruktur
29
2.10 Kekerasan Vickers
29
2.11 Densitas
31
Bab 3. Metodologi Penelitian
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
3.1.1 Tempat Penelitian
33
3.1.2 Waktu Penelitian
33
3.2 Peralatan dan Bahan
3.2.1 Peralatan
33
3.2.2 Bahan
35
15
Universitas Sumatera Utara
3.3 Diagram Alir Penelitian
36
3.4 Prosedur Penelitian
3.4.1 Pembuatan Alat Cetak
37
3.4.2 Persiapan Bahan baku
37
3.4.3 Proses Drying
37
3.4.4 Proses Kompaksi
3.4.4.1 Variasi Tekanan
38
3.4.4.2 Variasi Waktu Penahanan
38
3.4.4.3 Variasi Massa Sampel
39
3.4.4.4 Variasi Permukaan Alat Cetak
39
3.4.4.5 Variasi Diameter Alat Penekan
39
3.4.4.6 Variasi Arah Penekanan
3.4.4.6.1 Double Uniaxial Pressing
40
3.4.4.6.2 Single Uniaxial Pressing
40
3.4.5 Sintering
41
3.5 Karakterisasi Sampel
3.5.1 Pengujian Drop Test dan Observasi Retakan
41
3.5.2 Pengujian Mikrostruktur
41
3.5.3 Pengujian Kekerasan Vickers
42
3.5.4 Pengujian Densitas
44
Bab 4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Hasil Desain Alat Cetak
45
4.2 Data dan Analisa Hasil Observasi Crack dengan Uji Drop Test
46
4.2.1 Variasi Tekanan dengan Cetakan Kasar
47
4.2.2 Variasi Waktu Penahanan dengan Cetakan Kasar
48
16
Universitas Sumatera Utara
4.2.3 Variasi Massa Sampel dengan Cetakan Kasar
49
4.2.4 Variasi Permukaan Alat Cetak
51
4.2.5 Variasi Diameter Alat Penekan
52
4.2.6 Variasi Arah Penekanan
53
4.2.7 Pola-Pola Retak yang terbentuk dari hasil observasi
crack dengan pengujian drop test
56
4.3 Hasil dan Analisa Pengujian Mikrostruktur
57
4.4 Data dan Analisa Hasil Uji Kekerasan Vickers
71
4.5 Data dan Analisa Hasil Uji Bulk Density
78
Bab 5. Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
81
5.2 Saran
82
Daftar Pustaka
83
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
Tabel 2.1
Sifat berbagai Magnet Keras
10
Tabel 2.2
Hubungan Kehalusan Permukaan terhadap Ketahanan
Tabel
Fatigue
27
17
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.1
Hasil Drop Test dengan Variasi Arah Penekanan
Tabel 4.2
Data Hasil Uji Kekerasan pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terbaik Sintering 11000C, ΔT = 50C/min, T0 = 250C
Tabel 4.3
76
Data Hasil Uji Bulk Density pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terbaik
Tabel 4.9
75
Data Hasil Uji Kekerasan pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terburuk Sintering 11000C, ΔT = 150C/min, T0 = 250C
Tabel 4.8
74
Data Hasil Uji Kekerasan pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terbaik Sintering 11000C, ΔT = 150C/min, T0 = 250C
Tabel 4.7
73
Data Hasil Uji Kekerasan pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terburuk Sintering 11000C, ΔT =100C/min, T0 = 250C
Tabel 4.6
72
Data Hasil Uji Kekerasan pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terbaik Sintering 11000C, ΔT = 100C/min, T0 = 250C
Tabel 4.5
71
Data Hasil Uji Kekerasan pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terburuk Sintering 11000C, ΔT = 50C/min, T0 = 250C
Tabel 4.4
53
78
Data Hasil Uji Bulk Density pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
Terburuk
79
18
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
Gambar
Gambar 2.1
Kurva Saat Proses Magnetisasi
8
Gambar 2.2
Kurva Histeresis Material Magnetik
Gambar 2.3
Kurva yang Menunjukkan Perbandingan Sifat Magnet
10
dari Beberapa Jenis Magnet Permanen
11
Gambar 2.4
Struktur Kristal BaO.6Fe2O3
Gambar 2.5
Distribusi Penekanan Serbuk pada Single Uniaxial
Pressing dan Double Uniaxial Pressing
12
17
19
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6
Hubungan Tekanan Kompaksi dengan Densitas Serbuk
Yang Dikompaksi dan Tahapan Kompaksi Partikel
17
Gambar 2.7
Proses Sinter Padat
21
Gambar 2.8
Kurva Sintering dengan Variasi Kecepatan Pemanasan
22
Gambar 2.9
Mekanisme Fatah Fatik Model Wood
24
Gambar 2.10 Foto Mikroskop Ekstrusi dan Intrusi
24
Gambar 2.11 Panjang Retak Versus Siklus
25
Gambar 2.12 Skematik Laju Pertumbuhan Retak
26
Gambar 2.13 Macam Pola Retak
27
Gambar 2.14 Drop Test
28
Gambar 2.15 Tipe-Tipe Lekukan Piramid Intan pada Uji Kekerasan Vickers
30
Gambar 3.1
Skema Pengujian Kekerasan Vickers
42
Gambar 4.1
Foto Alat Cetak Kasar , Halus, Single Uniaxial Pressing
dan Double Uniaxial Pressing
45
Gambar 4.2
Skema Drop Test,danfoto pellet hasil cetakan
45
Gambar 4.3
Hasil Drop Test dengan Variasi Tekanan
47
Gambar 4.4
Hasil Drop Test dengan Variasi Waktu Penahanan
48
Gambar 4.5
Hasil Drop Test dengan Variasi Tekanan Jumlah Sampel
49
Gambar 4.6
Hasil Drop Test dengan Variasi Tekanan Permukaan Alat
Cetak
Gambar 4.7
51
Hasil Drop Test dengan Variasi Tekanan Diameter Alat
Penekan
52
Gambar 4.8
Grafik Persentase Keberhasilan Proses Pencetakan
56
Gambar 4.9
Pola-pola retak yang terbentuk dari hasil pengujian drop test56
Gambar 4.10 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terbaik Sebelum dan
Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 50C/Min,
20
Universitas Sumatera Utara
T0 = 250C
58
Gambar 4.11 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk Sebelum dan
Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 50C/Min,
T0 = 250C
60
Gambar 4.12 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terbaik Sebelum dan
Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 100C/Min,
T0 = 250C
62
Gambar 4.13 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk Sebelum dan
Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT =100C/Min,
T0 = 250C
63
Gambar 4.14 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terbaik Sebelum dan
Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 150C/Min,
T0 = 250C
65
Gambar 4.15 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk Sebelum dan
Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 150C/Min,
T0 = 250C
67
Gambar 4.16 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terbaik Sebelum dan
Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 150C/Min,
T0 = 2500C
68
Gambar 4.17 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk Sebelum dan
Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 150C/Min,
T0 = 2500C
70
Gambar 4.18 Grafik Kekerasan vickers pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
terbaiksintering 11000C, ΔT = 50C/Min, T0 =250C
71
Gambar 4.19 Grafik Kekerasan vickers pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
terburuksintering 11000C, ΔT = 50C/Min, T0 =250C
72
21
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.20 Grafik Kekerasan vickers pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
terbaiksintering 11000C, ΔT =100C/Min, T0 =250C
73
Gambar 4.21 Grafik Kekerasan vickers pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
terburuksintering 11000C, ΔT = 100C/Min, T0 =250C
74
Gambar 4.22 Grafik Kekerasan vickers pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
terbaiksintering 11000C, ΔT =150C/Min, T0 =250C
75
Gambar 4.23 Grafik Kekerasan vickers pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3
terburuksintering 11000C, ΔT = 150C/Min, T0 =250C
76
Gambar 4.24 Grafik Hubungan Kecepatan Pemanasan dengan Nilai
Kekerasan Vickers Pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terbaik
77
Gambar 4.25 Grafik Hubungan Kecepatan Pemanasan dengan Nilai
Kekerasan Vickers Pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk
78
Gambar 4.26 Grafik Hubungan Kecepatan Pemanasan dengan Nilai
Bulk Density Pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3Terbaik
79
Gambar 4.27 Grafik Hubungan Kecepatan Pemanasan dengan Nilai
Bulk Density Pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk
80
22
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul
Halaman
Lamp
1.
2.
3.
4.
Dokumentasi Peralatan yang digunakan dalam Penelitian
Contoh Perhitungan Energi Drop Test, Kecepatan Drop Test dan
Bulk Density
Data Hasil Pengujian Bulk Density
Standard Spesifications For Permanent Magnet Materials
85
94
97
100
23
Universitas Sumatera Utara