Document

PENGARUH PERSENTASE FRAKSI BERAT SERBUK E-GLASSTERHADAP MIKROSTRUKTUR DAN KEKERASAN PADA Al-6061HASIL SQUEEZE CASTING DAN AGING TREATMENTMAKALAH SEMINAR HASILKONSENTRASI TEKNIK MATERIALDiajukan untuk memenuhi persyaratanMemperoleh gelar Sarjana TeknikDisusun oleh :MOHAMMAD EMIL SALIMNIM. 105060200111049-62KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAANUNIVERSITAS BRAWIJAYAFAKULTAS TEKNIKMALANG2015

LEMBAR PERSETUJUANPENGARUH PERSENTASE FRAKSI BERAT SERBUK E-GLASSTERHADAP MIKROSTRUKTUR DAN KEKERASAN PADA Al-6061HASIL SQUEEZE CASTING DAN AGING TREATMENTMAKALAH SEMINAR HASILKONSENTRASI TEKNIK MATERIALDiajukan untuk memenuhi persyaratanMemperoleh gelar Sarjana TeknikDisusun oleh:MOHAMMAD EMIL SALIMNIM. 105060200111049-62Telah diperiksa dan disetujui oleh : Dosen Pembimbing IIDr.Eng. Anindito Purnowidodo, ST., M.EngNIP.19710310 199802 1 001 Dosen Pembimbing IDr. Eng Yudy Surya Irawan, ST., M. EngNIP. 19750710 199903 1 004

1PENGARUH PERSENTASE FRAKSI BERAT SERBUK E-GLASSTERHADAP MIKROSTRUKTUR DAN KEKERASAN PADA Al-6061HASIL SQUEEZE CASTING DAN AGING TREATMENTMohammad Emil Salim, Yudy Surya Irawan, Anindito PurnowidodoJurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas BrawijayaJalan MT. Haryono 167, Malang 65145, IndonesiaE-mail: mohammademilsalim@gmail.com, yudysir@ub.ac.id,anindito01@yahoo.comABSTRAKBahan komposit matriks logam (KML) adalah kombinasi rekayasa dua atau lebih bahan (salahsatunya logam), dengan perwujudan aneka sifat yang dikehendaki dilakukan secara kombinasisistematik kandungan-kandungannya yang berbeda. Pengecoran ini menggunakan variasi fraksiberat penguat berupa e-glass dengan ukuran serbuk 50-60m dengan Al6061. Metode yangdigunakan adalah metode pengecoran stir casting untuk mencampur serbuk e-glass denganAl6061, serta squeeze casting dengan tekanan 100 MPa. Setelah produk hasil pengecoran selesai,maka akan dilanjutkan proses aging treatment. Aging treatment adalah proses yang dilakukanuntuk meningkatkan kekerasan dengan mengkondisikan suhu lingkungan sesuai yang dinginkandengan waktu tertentu, yaitu pada suhu 530 C selama 8 jam pada solution treatment, dan 185 Cooselama 8 jam pada precipitation hardening. Setelah dilakukan penelitian, seiring bertambahnyafraksi berat e-glass, maka akan menurunkan nilai kekerasan, ini dikarenakan E-glass yangmenggumpal pada Al6061.Keyword : komposit matriks logam, aluminium, E-glass, squeeze casting, aging treatment,kekerasan, mikrostruktur.PENDAHULUANDi era globalisasi saat ini,industri yang berbasis logam sepertiindustriyangbergerakdibidangproduksi, misalnyapiston untukindustri otomotif, mesin turbin, bodypesawat terbang, peralatan mekanikdan lain lain. Biasanya di negaraIndonesiamisalnya,masihmengimpor bahan jadi atau bahanmentah dari luarnegeri karenabeberapa faktor, selain karena barangimpor mempunyai kualitas yanglebih baik daripada di Indonesia jugakarena bahan baku yang dijual diIndonesiamasihrelatifmahal.Umumnya, material untuk membuatpiston, velg dan komponen lainyaterbuat dari material casting berbasisbesi (ferro), padahal ada beberapamaterialalternatifbaruyangharganyalebihmurahjikadibandingkan casting berbasis ferronamun kekuatannya bisa disetarakanataubahkanlebihkuat,yaitukomposit logam, walaupun pada saatini masih belum banyak digunakankarenahambatan teknik fabrikasiatau kendala teknis lainnya. Padahalsebenarnyamaterialberbasiskompositmemilikibanyakkeunggulan bila diaplikasikan dalamdunia industri secara jangka panjangakanmemberikanberagamkeuntungan, seperti : reduksi beratkomponen, anti korosi, tahan gesek,konduktifitas panas yang rendah dankeunggulanmekanisdanfisislainnya. Komposit bisa dikatakansalah satu bahan alternatif yangbanyakdigunakanuntukmenggantikan bahan-bahan membuatsuatu produk karena alasan bahanbaku mahal dengan tujuan untukmeningkatkan kualitas dan kualitasbahan yang akan dihasilkan.Komposit terdiri dari dua ataulebih komponen yang menyatu darisuatubahan.Termasukdalamkelompok ini:bahan yangdiberi

2lapisan, bahan yang diperkuat dankombinasi lain yang memanfaatkansifat khusus beberapa bahan yangada.Aluminiumdanpaduanaluminium termasuk logamringanyang mempunyai kekuatan tinggi,tahan terhadap karat dan merupakankonduktor listrik yang cukup baik.Tabel 1 Sifat Mekanis Al-Mg-Si Sifat Nilai Density2.71g/cm3 Composition1Mg; 0.6Si,0,27Cu, 0.2Cr Modulus of Elasticity67Gpa Yield Strenght241MPa Tensile Strenght290MPa Elongation10% Sumber : Smith, 1993Seratgelasmempunyaikarakteristik yangberbedaantarasatudenganyanglain.Padapenggunaannya,seratgelasdisesuaikandengansifatataukarakteristik yang dimilikinya. Seratgelas terbuat dari silica, alumina,lime,magnesiadanlain-lain.Keunggulan serat gelas terletak padarasio(perbandingan)hargadanperformanceyaitu biaya produksirendah,prosesproduksisangatsederhana,seratgelasbanyakdigunakandiindustri-industriotomotif.Tabel 2 Sifat dari beberapa penguatSumber : Matthews and Rawlings,1994: 31Squeeze casting adalah salahsatuprosespenekananyangdilakukan pada logam cair dengantujuan menambah kekuatan ataukepadatan dari spesimen. Pengecoransqueeze sering digambarkan sebagaisuatu proses dimanalogam cairdibekukandibawahtekananeksternal yang relatif tinggi. Prosesinimengkombinasikanprosesforging dan casting.Gambar1MekanismeDirectSqueeze CastingSumber : Taufikurrahman, 2013 : 2Mikrostruktur adalah bahandalam orde kecil (mikro). Adapunmanfaatdaripengamatanmikrostruktur sendiri adalah: untukmempelajari hubungan antara sifat-sifat bahan dengan struktur dan cacatpada bahan. Hasil dari pengamatanstrukturmikro ini akan diperlihatkanberbagai fase untuk diidentifikasi.Penyebaran dan bentuk fase dapatdipelajaridanjikasifat-sifatnyadiketahuidapatdigunakanuntuk mengetahui informasi tentangsifat-sifat spesimen.PadametodepengujianVickersdigunakanindentorberbentuk piramidadengan sudutsebesar 136. Jejak yang dihasilkanberbentuk bujur sangkar berdiagonal.Panjangdiagonal diukur denganskalapadamikroskoppengukurjejak.Pengerasanmaterialdapatdicapai dengan temperatur ruangan(natural aging) atau pun percepatan

3perlakuan panas (artificial aging).Dalam beberapa paduan, percepatandapat berlangsungbeberapahari,dalamtemperaturruanguntukmenghasilkan produk stabil dengansifatyangbaikuntuk berbagaiaplikasi.Perlakuanaginginibiasanyadilakukanuntukmemberikan peningkatankekuatandan kekerasan pada produk tempaatau coran. Pada beberapa paduandenganreaksiyanglamapadatemperatur ruang, selalu dilakuakanperlakuan panas sebelumprodukdigunakan. (Brook dkk. 1991: 1915)METODE PENELITIANPenelitian ini dilaksanakan diLaboratoriumPengujianBahan,JurusanTeknikMesin,FakultasTeknik, Universitas Brawijaya danLaboratoriumPengecoran Logam,JurusanTeknikMesin,FakultasTeknik, Universitas Brawijaya.Variabel-variabelyangdigunakan dalam penelitian ini antaralain adalah:1.Variabel bebasVariasi komposisiE-glass,yaitu 0 wt%, 5 wt%, 7,5 wt%, dan 10wt%.2.Variabel terikatNilaikekerasandanmikrostruktur.3.Variabel terkontrolProses solution treatment padasuhu 530 C holding selama 8 jam0danprosesprecipitationhardeningpadasuhu185oCholding selama 8 jam.Besar tekanan (Pplunger= 100 MPa)padasaat melakukansqueezecasting.Suhu burner 150 C-170 C.ooUkuran serbuk E-glass 50-60 m.Temperatur tuang logam cair =900oC.Time delay = 5 menit.Langkah kerja dalam penelitianini adalah:1.Persiapanpercobaan,yaitumenyiapkandapurpeleburan,menyiapkan bahan dan cetakanlogam, menyiapkan alat-alat yangdigunakan.2.Menyiapkan serbuk E-glass yangsudah di ayak 50-60 m untukkemudiandicampurbersamaAluminium paduan Al-Mg-Si.3.Membuat cetakan produk yangakan digunakan.Plunger dan cetakan produkpada squeeze castingGambar2 Dimensi Plunger danCetakan Produk Squeeze CastingGambar instalasi squeeze castingGambar 3 Instalasi Squeeze Casting.

44.Meleburkan Al-Mg-Si hinggamencair dengan suhu900Cpada dapur listrik.5.MencampurserbukE-glassketika aluminium sudah mulaicair untuk kemudiandiadukbersamaanmenggunakanboryangdisambungkandenganporosstainlesssteelyangterdapatimpellersebagaipengadukselama5menitdengan putaran 2900-3000 rpm,denganvariasifraksiberatsebagai berikut:100% Al-Mg-Si : 0 wt% serbukE-glass95% Al-Mg-Si : 5 wt% serbukE-glass90% Al-Mg-Si : 7,5 wt% serbukE-glass85% Al-Mg-Si : 10 wt% serbukE-glass6.Menghitungtekananplunger100 MPa menjadi tekanan padahydraulic.7.Memasang cetakan logam padaalat squeeze casting.8.Memanaskancetakanlogammenggunakanalatpemanas(burner) hingga suhu 150-170Ckemudianmenelitidenganinfraredthermometerpadasemua titik cetakan.9.Mematikanalatpemanas(burner), kemudian menuangkanlogamcairkedalamsaluranmasuk dari alat squeeze castingsecukupnya.10.Memberikantekananmenggunakan hidrolis sebesar100 MPa, dengan time delay 5menit.11.Membukacetakannyadanmelepasbendakerjasecaraperlahan setelah temperatur padalogam cair sudah turun.Berikutlangkah-langkahproses aging treatment:Gambar 5 Grafik Hubungan AntaraWaktu dan Temperatur dalam ProsesSolution Treatment dan Precipitationhardening.1.Mendinginkan produk coran hasilsqueezecasting sampai padasuhu ruangan.2.Memasukkankedalamdapurpemanas produk coran untukdilakukansolutiontreatment,memanaskan dapur sampai suhu530C dan holding selama 8 jam.3.Melakukanprosesquenchingpada produk hasil coran dengancaramerendamkedalamairdengan suhu 27C.4.Melakukanperlakuanpanaskembali(precipitationhardening) dengan suhu 185 Codan holding selama 8 jam.5.Didinginkan padapadadapurpemanas sampai mencapai suhuruangan.Dalampenelitianinidilakukanpengujiankekerasandengan langkah langkah sebagaiberikut :1.Pengambilan data:a.Menyiapkan alat uji kekerasan(Vickers Hardness Tester).b.Menyiapkanspesimenyangakan diuji dengan dimensiseperti pada gambar

5Gambar 6 Spesimen Uji Kekerasan.c.Melakukanpengujiankekerasanpada3titiksepanjangdiameterluaspenampang.2.Melakukan pengulangan langkahasampaicpadaspesimenAl6061 pada penampang atas,tengah dan bawah pada variasikomposisi serbuk E-glass 0wt%,5wt%, 7,5wt%, dan 10wt%.3.Mengolah data hasil pengujian.4.Melakukananalisadanpembahasan dari data-data yangdiperoleh.5.Mengambil kesimpulan.Pada penelitian ini dilakukanpengambilan struktur mikro denganlangkah-langkah sebagai berikut :1.Pemotongandanpembuatanspesimenuji,samasepertiditunjukan gambar 6.2.Menyiapkanalat(mikroskoplogam).3.Menghalusanpermukaanspesimen uji menggunakan kertasgosok tahan air dengan nomor80,150, 220, 500, 800, 1000 dan1200danterakhirdenganAutosol.4.PengujiandilakukandenganmemberilarutanHydroflouricAcid (HF), ditahan selama1menit.5.Menganalisastrukturmikrodenganmikroskoplogam,kemudianhasilnyadisimpandalam file berformat jpg.HASIL DAN PEMBAHASANDarihasilpengujiankekerasanmenggunakanVickersHardness Tester (VHN)didapatgrafik seperti berikut :Gambar 8 Grafik Nilai KekerasanRata-ratapadaMasing-masingPenampang Variasi E-glass 0wt%;5wt%; 7,5wt% dan 10wt% HasilSqueezeCastingdanAgingTreatment.Dapat dilihat dari gambar 8bahwa sumbu xadalah spesimenvariasi E-glass pada Al6061 denganvariasi fraksi berat 0wt%; 5wt%;7,5wt%;10wt%dansumbuymenunjukkan nilai kekerasan rata- 02040608010012002,557,510Kekeeasan(VHN)Variasi E-glass (wt%) Penampang Atas Penampang Tengah Penampang Bawah Kekerasan Rata-rata

6rata pada masing-masing penampangdengan satuan VHN. Kecenderungannilaikekerasanmenurun hinggavariasi 10wt% ini dikarenakan padasetiap penambahan fraksi berat E-glass, E-glass hanya menjadi sebuahgumpalan yang diakibatkan prosesstir casting yang kurang sempurnadan juga suhu peleburan yang lebihdari 770 C, karena kandungan Al O023yang berfungsi sebagai selimut untukmelidungi logam cair menjadi pecahakibatoverheat,sehinggaadakontaminasi dari hidrogen (H ) yang2masukdanmembuatbeberaparongga yang berisi gumpalan E-glassyang tidak berikatan, membuat E-glass yang mempunyai sifat mekanikyangsangatbaik,tidakdapatmemberikan fungsi penguat padamatriksAl6061.Sehinggapadapengujian kekerasan vickers, saatindentor memberikan gayatekanpada permukaan spesimen yang diisioleh penguat E-glass, E-glass yangdiharapkan mampu menjadi penguatmenambahkekuatanmatrix(Al6061),justrutidakberfungsikarena menggumpal, membuat yangbekerja menerima gaya tekan dariindentor adalah matrix itu sendiri,dan menyebabkan nilai kekerasanmenurun. Ini berlaku pada setiappenambahan fraksi berat E-glass,semakin banyak fraksi berat E-glassyang ditambahkan, maka gumpalanE-glass akan semakin banyak danmenyebabkan terjadinya rongga padasetiap penambahan variasi E-glassjugasemakinbanyak,sehinggakekerasannyajuga ikutmenurun.Dapatdilihatfotospesimenpengujian kekerasan berikut ini :0wt%5wt%7,5wt%10wt%Gambar9FotoMakrostrukturSpesimen Kekerasan.Berikut foto SEM (ScanningElectron Microscope) pada spesimenvariasi E-glass 10wt% pada ronggayang menujukkan bahwa partikel-partikel E-glass tidak berikatan danmenggumpal :(a) 8,5 mm8,5 mm8,5 mm8,5 mm

7(b)Gambar 10 Foto SEM (a)variasi E-glass10wt% perbesaran250 kali (b) variasi E-glass 10wt%perbesaran 500 kali.Setelahmelakukanpengujian mikrostruktur, didapat fotomikro dengan perbesaran 400 kaliseperti pada gambar dibawah ini :0wt%5wt%7,5wt%10wt%Gambar11FotoMikrostrukturvariasi E-glass 0wt%, 5wt%, 7,5wt%dan 10wt% pada Penampang Atas.Setelahdidapatfotomikrostruktur,dapat dilihat padagambar11fotomikropadapenampangatasdenganvariasi0wt%; 5wt%; 7,5wt% dan 10wt%,seiring bertambahanya variasi fraksiberatE-glass,butirantampakterlihat semakin berukuran kecil, inikarena semakin banyak fraksi beratE-glassyangditambahkan dapatmembuat kekentalan dari logam cairsemakintinggi,sehinggadapatberakibat terjadinya solidifikasi diniatau pembekuan logam cair yangcepat akibat efek campuran partikelE-glass, dimana berdasarkan tinjauanpustaka tentang pembekuan logam,daerah yang mengalami pembekuanlogamyangcepatcenderungmemiliki ukuran butir yang kecil,sehingga mempunyai kekerasan ataukekuatanyangbaik.Namunberdasarkan data kekerasan yangdidapat, dengan ukuran butir yangsemakin keciljustru menurunkankekerasannya. Berdasarkan analisapadapengujian kekerasan, terjadipenggumpalan serbuk E-glass danmembuat rongga di beberapa daerahpada matriks Al6061 terutama padabagian permukaan, sehingga walauE-glassmembuat efekkekentalanlogam cair tinggi dan membuatpembekuan cepat, namun karenamenggumpaljustrumembuatkekerasan Al6061 turun.KESIMPULANDari hasil penelitian yangdilakukan,makadapatditarikkesimpulan sebagai berikut :1.Semakin bertambahnya E-glassakanmempengaruhinilaikekerasanAl6061semakinturun,karenasemakinbertambahnyaE-glassakanmembuat banyak rongga yangterjadi yang terisi oleh gumpalanE-glass, sehingga menyebabkankekuatanmatrixAl6061berkurang. 62,5 m62,5 m62,5 m62,5 m

82.Padapengujian mikrostruktur,semakinbertambahnyafraksiberat E-glassakan membuatukuran butir semakin kecil, inidisebabkan semakin bertambahE-glassakanmembuatkekentalan semakin tinggi danmengalamipembekuanyangcepat, mengakibatkan butir tidakberkembangsehingga butiranyang dihasilkan kecil.3.Kekerasan rata-rata tertinggi adapadavariasiE-glass0wt%dengan nilai kekerasan rata-rata103,95VHN.Sedangkanterendah adalah variasi E-glass10wt% dengan nilai kekerasanrata-rata 64,64 VHN.DAFTAR PUSTAKABrookC.R.,CramptonD.K.,MatsudaT., Heyer R.H.,Samans C.H., Mehl R.F.,MarzkeG.T. 1991.ASMHandbookvol.4HeatTreating.Detroit:ASMInternational.Matthews, F. L. & Rawlings, R. D.,1994. CompositeMaterial:EngineeringandScience.London,UK:ImperialCollegeofScience,Technology and Medicine.Smith,WilliamF.,1993.FoundationsofMaterialScienceandEngineering.McGrawHillInternationalEdition. Orlando, Florida.Taufikurrahman. 2013. Effect of ThePressureoftheSqueezeProcess on the Hardness andMicro Structure of RecycledAluminumMaterials.Indonesia:SriwijayaUniversity