STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH KOMPOSISI SiC TERHADAP MIKROSTRUKTUR DAN SIFAT MEKANIS PADA PEMBUATAN METAL MATRIX COMPOSITE Al-SiC DENGAN METODE CENTRIFUGAL CASTING SKRIPSI

  

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH KOMPOSISI SiC

TERHADAP MIKROSTRUKTUR DAN SIFAT MEKANIS

PADA PEMBUATAN METAL MATRIX COMPOSITE

Al-SiC DENGAN METODE CENTRIFUGAL CASTING

  

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  

DISUSUN OLEH :

FADEL MUHAMMAD HARAHAP

100401112

  

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena berkat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan baik. Skripsi ini adalah salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan Program Studi Strata-1 di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  Adapun Skripsi ini diambil dari mata kuliah Teknik Pengecoran Logam dengan judul

  “Studi Eksperimental Pengaruh Komposisi SiC Terhadap

Microstruktur Dan Sifat Mekanis Pada Pembuatan Metal Matrix Composite

AL-SiC Dengan Metode Centrifugal Casting

  ”.

  Skripsi ini disusun berdasarkan survei dan data

• – data praktis dari lapangan serta melalui pembahasan dan studi literatur. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar - besarnya kepada : 1.

  Orang tua saya tercinta, Ayahanda Edy Rachmad Hrp SH, MH dan Ibunda Nurlela Yusuf SH, dan Adik tersayang Farahdila Hrp yang telah membesarkan penulis, membimbing, memberikan kasih sayang, perhatian baik spiritual maupun material serta semangat yang begitu besar kepada penulis mulai awal kuliah hingga penyelesaian Skripsi ini.

  2. Bapak Ir. Tugiman, MT Dosen Pembimbing Skripsi yang telah meluangkan waktu dan pikiran serta kesabaran dalam membimbing dan mengajar penulis untuk menyelesaikan Skripsi ini.

  3. Bapak Suprianto, ST. MT yang banyak memberi arahan, bimbingan, motivasi, nasehat, dan pelajaran yang sangat berharga selama proses penyelesaian Skripsi ini.

4. Bapak Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri sebagai Ketua Departemen Teknik Mesin

  USU dan Bapak Ir. M Syahril Gultom, MT. sebagai Sekretaris Departemen Teknik Mesin USU.

  5. Seluruh Staf Pengajar DTM FT USU yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai administrasi DTM FT USU, juga kepada staf Fakultas Teknik.

  6. Teman satu tim (Aji Prastia) yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk bergabung dalam penyelesaian tugas sarjana ini.

  7. Seluruh rekan - rekan mahasiswa Departemen Teknik Mesin USU Angkatan 2010, khususnya khususnya (Abdul Rahman, Chandra Andrika, Rama Sanjaya, Nursuci Adek) yang banyak memberikan motivasi kepada penulis dalam menyusun skripsi ini, atas masukan dan bantuannya dalam menyelesaikan Skripsi ini.

  Penulis sadar bahwa Skripsi ini masih belum sempurna dikarenakan keterbatasan penulis. Untuk itu penulis tetap mengharapkan saran dan kritik yang sifatnya membangun untuk kesempurnaan Skripsi ini.

  Akhir kata penulis berharap semoga Skripsi ini bermanfaat bagi siapa saja yang membaca, baik sebagai bahan masukan ataupun sebagai bahan perbandingan.

  Medan, Mei 2015 Penulis

  Fadel Muhammad Harahap NIM : 100401112

  

ABSTRAK

  Komposit matriks logam memiliki sifat yang tahan terhadap korosi dan keausan dibandingkan dengan logam tanpa penguat. Semakin meningkat penggunaan komposit disebabkan memiliki densitas yang rendah dan penguat dengan biaya relatif rendah. Aluminium matrix komposit memiliki kekuatan, modulus yang spesifik dan ketahanan keausan yang baik dibandingkan dengan paduan aluminium tanpa penguat. Tujuan penelitian ini dilakukan untuk dapat mengetahui sifat mekanik dan mikrostruktur Al-SiC dengan pengujian eksperimental. Komposit Silikon karbida (SiC) disusun dengan fraksi berat sebesar 1,5%, 2,5% dan 3,5%. Metode pengecoran yang digunakan adalah Centrifugal Casting dengan temperatur penuangan 735°C, lama pengadukan selama 2 menit dan putaran 381 rpm. Hasil pengujian yang diperoleh pada komposisi Al-SiC yang paling baik terhadap sifat mekanik dan mikrostruktur adalah kandungan SiC 3,5%. Nilai kekerasan maksimum sebesar 62,03 BHN dan nilai kekerasan minimum sebesar 48,42 BHN, impact maksimum sebesar 45,42 joule dan impact minimum sebesar 31,08 joule dengan nilai impact maksimum sebesar 0,454 joule/ dan nilai impact minimum sebesar 0,310 joule/ , ketahanan laju keausan SiC 3,5% secara teori sebesar 0,311

  , secara eksperimen sebesar 0,320 dan laju keausan pada Raw material secara teori sebesar 0,401 , secara eksperimen 0,415

  . Dapat disimpulkan bahwa kandungan Al-SiC 3,5% memiliki kekerasan, impact dan ketahanan aus lebih tinggi dibanding dengan Raw material. Hal ini sesuai dengan foto mikro struktur kandungan SiC lebih banyak terdapat pada variasi 3,5% dibanding dengan variasi komposisi Raw material.

  

Kata Kunci: Aluminium, Komposit matriks logam, centrifugal casting, sifat

mekanik, mikrostruktur.

  

ABSTRACT

  Metal matrix composites have properties that are resistant to corrosion and wear compared to metal without reinforcement. Increased use of composites is due to have a low density and relatively low-cost amplifier. Aluminum matrix composites have strength, specific modulus and good wear resistance compared to aluminum alloys without reinforcement. The purpose of this study to better understand the mechanical properties and microstructure of Al-SiC with experimental testing. Composite Silicon carbide (SiC) is prepared with the weight fraction of 1.5%, 2.5% and 3.5%. Casting method used is Centrifugal Casting by pouring temperature 735 ° C, stirring for 2 minutes long and 381 rpm rotation. The test results obtained on the composition of Al-SiC most excellent on mechanical properties and microstructure are SiC content of 3.5%. The maximum value of 62.03 BHN hardness and a minimum value of 48.42 BHN hardness, impact a maximum of 45.42 joules and a minimum of 31.08 joule impact with maximum impact value of 0. joule/ and the minimum impact value of 0.310 joule/ , resistance SiC wear rate of 3.5% in theory at 0,311

  , experimentally by 0.320 and the rate of wear and tear on the theoretical

  Raw material of 0.401 , as experiments 0.415 . It can be concluded that the content of Al-SiC 3.5% have hardness, impact and wear resistance is higher than the Raw material. This is in accordance with the micro-structure photograph SiC content more widely available on the variation of 3.5% compared with the variation Raw material composition.

  

Keywords: Aluminum, metal matrix composites, centrifugal casting, mechanical

properties, microstructure.

  

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ........................................................................................ i

ABSTRAK .......................................................................................................... iii

ABSTRACT ......................................................................................................... iv

DAFTAR ISI ....................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... viii

DAFTAR TABEL .............................................................................................. xii

DAFTAR NOTASI ............................................................................................. xiii

  

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1

1.1. Latar Belakang...............................................................................1 1.2. Perumusan Masalah.......................................................................2 1.3. Tujuan Penelitian...........................................................................2 1.4. Batasan Masalah............................................................................3 1.5. Manfaat Penelitian.........................................................................3 1.6. Sistematika Penulisan....................................................................3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA.......................................................................5

  2.1. Aluminium.....................................................................................5

  2.1.1. Sifat

• – Sifat Aluminium......................................................6

  2.1.2. Mikrostruktur Aluminium...................................................8

  2.1.3. Macam

• – Macam Paduan Aluminium…......................... 10

  2.1.4. Metal Matrix Composite (MMC)..................................... 14

  2.2. Silikon Karbida........................................................................... 16

  2.2.1. Proses Pembuatan Silikon Karbida.................................. 17

  2.2.2. Aplikasi Silikon Karbida.................................................. 19

  2.3. Fly Ash.........................................................................................21

  2.3.1. Palm Oil Fly Ash ( POFA )...............................................22

  2.4. Pengecoran Logam.......................................................................23

  2.4.1. Teori Pengecoran..............................................................24

  2.4.2. Proses Pengecoran.............................................................25

  2.4.3. Pengecoran Sentrifugal.....................................................27

  2.4.4. Pembuatan Cetakan...........................................................29

  2.4.5. Pembuatan Corran.............................................................29

  2.4.6. Pengecoran Metal Matrix Composite (MMC) Dengan Metode Centrifugal Casting..............................................30

  

BAB III METODOLOGI PENELITIAN........................................................32

3.1. Waktu dan Tempat ...................................................................... 32 3.2. Prosedur Penelitian...................................................................... 32 3.3. Metode Pengumpulan Data ......................................................... 32 3.3.1. Persiapan Bahan .............................................................. 32 3.3.2. Persiapan Alat ................................................................. 35 3.4. Metode Pembuatan (Cara Pembuatan) ........................................ 46 3.5. Metode Pengujian Bahan ........................................................... 48

  3.5.1. Uji Metallograpy ............................................................. 48

  3.5.2. Uji Kekerasan .................................................................. 49

  3.5.3. Uji Impak ........................................................................ 50

  3.5.4. Uji Kekasaran Permukaan (Surface Roughness) ........... 50

  3.5.5. Uji Keausan ..................................................................... 51

  3.6. Diagram Alir Penelitian...............................................................52

  

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN ....................................................53

  4.1.Hasil Pembuatan Spesimen dari Proses Peleburan .........................53

  4.2. Hasil Pengujian ………………………………………………..54

  4.2.1. Hasil Pengujian Densitas………..……………………...54

  4.2.2. Hasil Pengujian Komposisi Kimia…………..……….....54

  4.2.3. Hasil Pengujian Kekerasan (Hardness Test ) ……...…...56

  4.2.4. Hasil Pengujian Impak (Impact Test ) …………..……...58

  4.2.5. Hasil Pengujian Kekasaran (Roughness Test ) …..……..61

  4.2.6. Hasil Pengujian Keausan (Weathering Test)

  4.2.7. Hasil Pengujian foto Mikro struktur ..….………………77

  4.2.8 Hasil Perbandingan foto mikrostruktur pada bagian kulit coran ………………………………………81

  

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ..........................................................83

5.1. Kesimpulan .................................................................................. 83 5.2. Saran ............................................................................................ 84

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 85

LAMPIRAN

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Struktur mikro dari aluminium murni

  ………………………………9

Gambar 2.2 Struktur mikro dari paduan aluminium-silikon

  ……………………...9

Gambar 2.3 Diagram fasa Al-Si

  C……………………………….……………....10

Gambar 2.4 Daerah Diagram Fasa Al-Si

  ………………………………………..11

Gambar 2.5 (a) Struktur mikro paduan hypoeutectic (b) Struktur mikro

  Paduan eutectic (c) Struktur mikro paduan hypereutectic ………..12

Gambar 2.6 Pembagian komposit berdasarkan jenis penguat

  …………………...15

Gambar 2.7 Palm oil fly ash

  ……………………………………………………..22

Gambar 2.8 Pengecoran Centrifugal Vertikal........................................................28Gambar 2.9 Mesin Centrifugal Vertikal.................................................................28Gambar 2.10 Diagram alir proses pengecoran......................................................30Gambar 2.11 Mesin Sentrifugal datar ...................................................................31Gambar 3.1 Velg mobil bekas jenis Aluminium Alloy..........................................33Gambar 3.2 Silikon karbida (SiC)

  ………………………………………………..33

Gambar 3.3 Palm oil fly ash

  ……………………………………………………...34

Gambar 3.4 Cover Fluks

  ………………………………………………………....34

Gambar 3.5 Arang Kayu Laut

  ……………………………………………………35

Gambar 3.6 Mesin Gerinda Tangan

  ……………………………………………..36

Gambar 3.7 Ragum

  ………………………………………………………………36

Gambar 3.8 Termokopel type- K

  ……………………………………………….37

Gambar 3.9 Jangka sorong

  ……………………………………………………....37

Gambar 3.10 Selang, gas, Blender gas, dan regulator

  …………………………..38

Gambar 3.11 Timbangan …………………………………………………………38Gambar 3.12 Blower ……………………………………………………………..39Gambar 3.13 OES (Optical Emission Spectrometer)

  ……….……………………39

Gambar 3.14 Tungku Pembakaran

  ………………………….……………………40

Gambar 3.15 Mesin sekrap datar

  ………………………………………………...40

Gambar 3.16 Mesin Bubut

  ……………………………………………………....41

Gambar 3.17 Mesin Gergaji

  ……………………………………………………..41

Gambar 3.18 Mesin Sentrifugal datar

  …………………………………………...42

Gambar 3.19 Krusibel

  ……………………………………………………...........42

Gambar 3.20 Brinell Hardness Tester

  …………………………………………...43

Gambar 3.21 Impact Tester

  ……………………………………………………..44

Gambar 3.22 Surftest Tester

  …...……………………………………………….44

Gambar 3.23 Mikroskop optik

  …………………………………………………..45

Gambar 3.24 Polishing machine

  ………………………………………………...45

Gambar 3.25 Pin on disk ASTM G 99-04

  ………………………………………..46

Gambar 3.26 Diagram alir penelitian

  …………………………………………...52

Gambar 4.1 Spesimen Uji

  …………………………………………………….....53

Gambar 4.2 Grafik Densitas Metal Matrix Composite (MMC)

  …………….…...54

Gambar 4.3 Spesimen uji komposisi kimia……………………....……………...55Gambar 4.4 Sampel uji Hardness (a) Bagian tengah pusat (b) Bagian tengah atas (c) Bagian tepi atas (d)

  Bagian kulit pinggir…………………..56

Gambar 4.5 Grafik Komposisi Silikon Karbida Vs Kekerasan

  …………………57

Gambar 4.6 a) Sampel impak sebelum di uji, b) Sampel impak setelah di uji,

  c) Penampang patahan ……………………….……………………..58

Gambar 4.7 Grafik Komposisi Silikon Karbida Vs Energi yang diserap

  ………..59

Gambar 4.8 Grafik Komposisi Silikon karbida Vs Nilai impak

  ………………...60 Gambar 4.9 A) Raw B) Al-SiC 1.5% (C) Al-SiC 2.5% (D) Al-SiC 3.5% .

  ……61

Gambar 4.10 Komposisi Silikon Karbida Vs % Kekasaran (Roughness)

  ..……...61

Gambar 4.11 Spesimen uji (A) Raw Material (B) Al-SiC 1,5% (C) Al-SiC

  2,5% (D) Al-SiC 3,5% sebelum dilakukan uji keausan ………….63

Gambar 4.12 Spesimen uji (A) Raw Material, (B) Al-SiC 1,5%, (C) Al-SiC

  2,5% (D) Al- SiC 3,5% setelah dilakukan uji keausan …………63

Gambar 4.13. Lebar jejak Raw Material (A) Bagian atas (B) Bagian tengah

  (C) Bagian bawah dengan beban 10N (pembesaran 50x) ………64

Gambar 4.14. Kedalaman jejak bahan Raw material

  ……………………………65

Gambar 4.15. Lebar jejak Pofa (A) Bagian atas (B) Bagian tengah

  (C) Bagian bawah dengan beban 10N (pembesaran 50x) ….……68

Gambar 4.16. Kedalaman jejak bahan

  Pofa………...……………………………67

Gambar 4.17. Lebar jejak Al-SiC 1,5% (A) Bagian atas (B) Bagian tengah

  (C) Bagian bawah dengan beban 10N (pembesaran 50x) ….……70

Gambar 4.18. Kedalaman jejak bahan Al-SiC 1,5%

  ……………………………70

Gambar 4.19. Lebar jejak Al-SiC 2,5% (A) Bagian atas (B) Bagian tengah

  (C) Bagian bawah dengan beban 10N (pembesaran 50x) ……….72

Gambar 4.20. Kedalaman jejak bahan Al-SiC 2,5%

  …………………………...72

Gambar 4.21. Lebar jejak Al-SiC 3,5% (A) Bagian atas (B) Bagian tengah

  (C) Bagian bawah dengan beban 10N (pembesaran 50x) ……….74

Gambar 4.22. Kedalaman jejak bahan Al-SiC 3,5%............................................74Gambar 4.23. Grafik Laju keausan VS Variasi Komposisi..................................76Gambar 4.24 Mikrostruktur Raw Material (a) Bagian tengah corran

  (b) Bagian kulit corran (pembesaran 100x) ………...…................77

Gambar 4.25 Mikrostruktur Pofa 1% Fly ash (a) Bagian tengah corran

  (b) Bagian kulit corran (pembesaran 100x )…...…...……...……..78

Gambar 4.26 Mikrostruktur 1,5% SiC, 1% Fly ash (a) Bagian tengah corran

  (b) Bagian kulit corran (pembesaran 100x )…...…......…………..79

Gambar 4.27 Mikrostruktur 2,5% SiC, 1% Fly ash (a) Bagian tengah corran

  (b) Bagian kulit corran (pembesaran 100x )…..…..…………......79

Gambar 4.28 Mikrostruktur 3,5% SiC, 1% Fly ash (a) Bagian tengah corran

  (b) Bagian kulit corran (pembesaran 100x) ……………………...80

Gambar 4.29 Mikrostruktur bagian kulit (a) raw material (b) SiC 1,5% (c) SiC 2,5% (d) SiC 3,5% (pembesaran 100x)...

  ….…………….81

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sifat

• – sifat fisik Aluminium ....................................................................... 8

Tabel 2.2 Daftar seri paduan aluminium tempa ........................................................ 11Tabel 2.3. Kandungan Si terhadap temperatur titik beku ......................................... 14Tabel 2.4. Komposisi Kandungan pembuatan Silikon Karbida ............................... 17Tabel 2.5 Sifat - sifat fisik dari Silikon Karbida ...................................................... 19Tabel 2.6 Komposisi Kimia Palm Oil Fuel Ash (POFA) .......................................... 23Tabel 4.1 Hasil uji komposisi kimia ......................................................................... 55Tabel 4.2 Hasil uji kekerasan pada spesimen Aluminium Silikon Karbida .............. 57Tabel 4.3 Hasil uji energi yang diserap pada spesimen Aluminium Silikon (SiC) ... 59Tabel 4.4 Hasil uji nilai impact pada spesimen Aluminium Silikon (SiC) ............... 60Tabel 4.5 Hasil uji kekasaran pada spesimen Aluminium Silikon (SiC) .................. 61Tabel 4.6 Lebar jejak dan kedalaman jejak bahan Raw material .............................. 67Tabel 4.7 Lebar jejak dan kedalaman jejak bahan Pofa 1% ..................................... 69Tabel 4.7 Lebar jejak dan kedalaman jejak bahan Al-SiC 1,5% .............................. 71Tabel 4.8 Lebar jejak dan kedalaman jejak bahan Al-SiC 2,5% .............................. 73Tabel 4.9 Lebar jejak dan kedalaman jejak bahan Al-SiC 3,5% .............................. 75Tabel 4.10 Hasil laju keausan dengan variasi komposisi pada bahan Al-SiC .......... 76

DAFTAR NOTASI

  

Simbol Keterangan Satuan

  P Beban Penekan kg Diameter Bola Identasi mm Diameter Identasi mm

  E Energi Serap joule Berat Pendulum N Jarak Lengan Pengayun L

  Cos β Sudut Akhir Pemukulan °

  Cos α Sudut Awal Pemukulan ° Nilai Impak joule/mm² Luas Penampang mm²

  BHN Kekerasan HB Ra Roughness/kekasaran µm a Lebar jejak µm

  ā Rata - rata lebar jejak µm b Kedalam jejak µm

  Ƃ Rata - rata kedalam jejak µm

  W Beban N H Kekerasan Material

  Pa. N/ t Waktu s d Diameter Pengujian mm n Putaran rpm

  K Koefisien keausan - L Panjang lintasan m

  Jari-jari Dalam Lintasan mm Jari-jari Luar Lintasan mm Luas dalam lintasan mm²

  Luas luar lintasan mm² Vt Volume keausan teori mm³

  VP Volume keausan eksperimen mm³ Laju keausan teori mm³/s Laju keausan eksperimen mm³/s

  Ψp