ANALISA SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO PADA PISTON MITSUBISHI L 300 DENGAN UNJUK KERJA km

TUGAS AKHIR

ANALISA SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO PADA PISTON MITSUBISHI L 300 DENGAN UNJUK KERJA 14000 km

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Dalam Menempuh Gelar Sarjana Strata Satu (S1)

Disusun Oleh : YUDI SYARIFUDIN 01301-115

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2008

LEMBAR PENGESAHAN

Laporan Tugas Akhir Analisa Sifat Mekanik Dan Struktur Mikro Pada Piston Mitsubishi L 300 Dengan Unjuk Kerja 14000 km

Disusun oleh : Nama

: Yudi Syarifudin

NIM

: 01301-115

Program Studi

: Teknik Mesin

Fakultas

: Teknologi Industri

Tugas ini telah diperiksa dan disetujui oleh, Mengetahui :

Pembimbing

Koordinator Tugas Akhir

( Ir Fatah Nurdin, MM )

( Nanang Ruhyat. ST.MT )

ii

ABSTRAK

Energi mekanis yang terjadi pada mesin diperoleh dari hasil pemakaian bahan bakar dengan udara di ruang pembakaran. Kekuatan tekanan ini dirubah menjadi kerja yang baik melalui piston, batang piston dan poros engkol. Piston merupakan satu komponen yang digunakan pada mesin yang menggunakan bahan bakar bensin maupun solar. Piston berlapis alumunium standar mengandung 9% sampai 12% silikon dan disebut dengan eutektik, untuk menambah kekuatan, kandungan silikon dinaikkan menjadi sekitar 16% dan disebut piston hypereutektik. Pengujian yang mendasar dari penelitian ini meliputi pengujian komposisi kimia (spektrometri), pengamatan metalografi, pengujian ketahanan aus dan pengujian kekerasan. Berdasarkan dari data hasil uji komposisi kimia didapat pada material uji piston mitsubishi L300 dengan unjuk kerja 14000 km : Hasil komposisi kimia pada piston mitsubishi L300 Komposisi kimia alumunium (Al) sebesar 84,83% Komposisi kimia silikon (Si) sebesar 10,3885% Dari hasil penelitian kekerasan diperoleh nilai kekerasan rata-rata pada piston mitsubishi L300 sebesar HV = 111,6 kgf/mm 2. Dari hasil pengujian ketahanan aus diperoleh nilai keausan pada piston mitsubishi L300 dengan unjuk kerja 14000 km = 667.10-7 mm2. Di lihat dari struktur mikro dan hasil pengamatan metalografi terlihat pada struktur mikro piston mitsubishi L300 mempunyai batas butir yang cukup banyak dan merata sehingga mempunyai kekerasan yang baik pada suhu rendah. Keadaan ini akan terbalik pada suhu tinggi. Pada suhu tinggi pergerakan atom menjadi cukup berarti, batas butir merupakan sumber kelemahan bahan karena pada suhu tinggi energi getaran thermal akan meningkat sehingga akan terjadi pergeseran butir yang akan mengakibatkan suatu material berdeformasi. Pada struktur mikro piston mitsubishi L300 terlihat endapan silikon inilah yang akan memiliki ketahanan deformasi pada suhu tinggi.

iii

KATA PENGANTAR

Bismillahirrohmanirrohim. Syukur alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat, hidayah, serta ilmu yang bermanfaat, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini, serta tidak lupa salawat dan salam pada junjungan kita Nabi Besar Muhammad SAW, beserta keluarga, sahabat dan para pengikut beliau yang setia hingga akhir jaman. Penyusunan laporan tugas akhir yang berjudul

ANALISA SIFAT

MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO PADA PISTON MITSUBISHI L 300 DENGAN UNJUK KERJA 14000 km

ini dilakukan untuk memenuhi salah

satu persyaratan dalam meraih gelar Sarjana Strata Satu (S1) pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana. Penulis menyadari tidak mungkin dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini tanpa adanya petunjuk, pengarahan, bimbingan serta dorongan dan semangat dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Kedua orang tua, kakak, adik dan keponakan tercinta yang telah memberikan dukungan baik moral maupun materil. 2. Bapak Ir. Yuriadi Kusuma. MSc sebagai Dekan Fakultas Teknologi Industri. 3. Bapak Ir. Rully Nutranta. M.Eng sebagai Ketua Program Studi Teknik Mesin. 4. Bapak Ir. Fatah Nurdin, MM sebagai Dosen Pembimbing Pertama tugas akhir. 5. Bapak Ir. Ariosuko sebagai Dosen Pembimbing Kedua tugas akhir.

iv

6. Bapak Nanang Ruhyat, ST, MT sebagai Kordinator Tugas Akhir. 7. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin yang telah memberikan ilmu dan pengetahuannya selama ini. 8. Bapak Firman dan Bapak Sumantri selaku Staff Laboratorium Proses Produksi.. 9. Kepada rekan-rekan Teknik Mesin 2001, penulis ucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya karena telah banyak memberikan bantuannya kepada penulis semasa perkuliahan berlangsung dan dukungannya yang berarti pula, baik itu berupa ide-ide, motivasi maupun arahan selama pembuatan Tugas Akhir ini. 10. Annisa Ramadhani, terima kasih sudah setia mendampinggi. 11. Seluruh pihak yang telah sangat banyak membantu saya selama ini, yang mungkin luput dari ingatan saya. Semoga Allah SWT senantiasa memberikan kemudahan kepada kalian semua, Amin. Penulis menyadari dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir ini masih banyak terdapat kekurangan dan keterbatasan pengetahuan yang penulis miliki, oleh karna itu, kritik dan saran sangat di harapkan untuk penyempurnaan tugas akhir ini dalam rangka mendapatkan hasil yang lebih baik di masa-masa yang akan datang.

Jakarta,

Agustus 2008

Yudi syarifudin

v

DAFTAR ISI

LEMBAR PERNYATAAN ............................................................................. i LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................. ii ABSTRAK ....................................................................................................... iii KATA PENGANTAR ...................................................................................... iv DAFTAR ISI .................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... ix DAFTAR TABEL ............................................................................................ xi NOMENKLATUR ........................................................................................... xii BAB I

PENDAHULUAN .......................................................................... 1 1.1 Latar Belakang Masalah ......................................................... 1 1.2 Maksud dan Tujuan ................................................................ 2 1.3 Ruang Lingkup Penelitian ...................................................... 2 1.3.1 Jenis Matrial ................................................................. 2 1.3.2 Jenis Pengujian ............................................................. 2 1.4 Pembatasan Masalah .............................................................. 3 1.5 Sistematika Penulisan ............................................................. 3

BAB II

TEORI DASAR .............................................................................. 5 2.1 Piston ...................................................................................... 5 2.1.1 Kerja Piston .................................................................. 6 2.1.2 Rusuk Piston ................................................................. 7 2.1.3 Heat Dams Piston ......................................................... 8

vi

2.1.4 Piston Hypereutektik .................................................... 9 2.1.5 Penghalusan Dinding Piston ......................................... 10 2.1.6 Pengikatan Dinding Piston ........................................... 11 2.2 Sejarah Alumunium ................................................................ 12 2.2.1 Pengetahuan Tentang Alumunium ............................... 13 2.2.2 Proses Pembentukan Alumunium ................................ 15 2.2.3 Paduan Alumunium ...................................................... 20 2.2.4 Klasifikasi Paduan Alumunium .................................... 21 2.2.5 Pengaruh Elemen-elemen Pemadu ............................... 23 2.2.6 Paduan Al-Si ................................................................. 25 2.3 Struktur Mikro dan Heat Treatment ....................................... 27 2.4 Pengujian Komposisi Kimia ................................................... 28 2.5 Pengujian Metalografi ............................................................ 28 2.6 Pengujian Ketahanan Aus ...................................................... 29 2.7 Pengujian Kekerasan .............................................................. 30 BAB III

PROSEDUR PENELITIAN ........................................................... 33 3.1 Diagram Alir Piston ................................................................ 33 3.2 Material Penelitian ................................................................. 34 3.3 Pengujian Spektrometri .......................................................... 34 3.4 Pengujian Metalografi ............................................................ 35 3.5 Pengujian Ketahanan Aus (Wear) .......................................... 36 3.6 Pengujian Kekerasan .............................................................. 37 3.7 Alat-alat yang Dipergunakan .................................................. 38

vii

BAB IV

HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN ............................... 39 4.1 Data Hasil Pengujian .............................................................. 39 4.1.1 Data Hasil Pengujian Spektrometri .............................. 39 4.1.2 Data Hasil Pengujian Metalografi ................................ 41 4.1.3 Data Hasil Pengujian Keausan ..................................... 43 4.1.4 Data Hasil Pengujian Kekerasan .................................. 45

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................... 50 5.1 Kesimpulan ............................................................................. 50 5.2 Saran ....................................................................................... 51

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Klasifikasi Paduan Alumunium Tempaan ...................................... 22 Tabel 4.1. Data Hasil Pengujian Spektrometri Pada Piston Mitsubishi L300 .................................................................. 39 Tabel 4.2. Data Hasil Pengujian Kekerasan Piston Mitsubishi L300 dengan Unjuk Kerja 14000 km ................................................................... 48

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Perbedaan Temperature Dalam Piston ....................................... 7 Gambar 2.2. Rusuk Dibagian Bawah Kepala Piston ....................................... 8 Gambar 2.3. Lubang Penampang Panas yang Berada di Bawah Celah Ring Minyak Pelumas dan Lubang Pembuangan ....................... 9 Gambar 2.4. Permukaan Pembungkus Piston ................................................. 10 Gambar 2.5. Tahapan Proses Pemurnian Bauksit menjadi Alumina .............. 16 Gambar 2.6. Proses Peleburan Alumina menjadi Alumunium dengan cara Elektrolisis .............................................................. 17 Gambar 2.7. Diagram Fasa Al

Si ................................................................. 26

Gambar 2.8. Tahapan Proses Perlakuan Panas ............................................... 28 Gambar 2.9. Jejak Indentor Kekerasan Brinnel .............................................. 30 Gambar 2.10. Jejak Indentor Kekerasan Vickers .............................................. 31 Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian Piston Mitsubishi L300 dengan Unjuk Kerja 14000 km .................................................. 33 Gambar 3.2. Piston Kendaraan Mitsubishi L300 dengan Unjuk Kerja 14000 km ............................................................... 34 Gambar 4.1. Grafik Piston Mitsubishi L300 dengan Jumlah Unsur Dalam (%) .................................................................................. 40 Gambar 4.2. Struktur Mikro dengan Perbesaran 100 X .................................. 41 Gambar 4.3. Struktur Mikro dengan Perbesaran 500 X .................................. 42 Gambar 4.4. Jejak Uji Keausan Perbesaran 100 X ......................................... 44

ix

Gambar 4.5. Jejak Uji Keausan Perbesaran 500 X ......................................... 44 Gambar 4.6. Jejak Kekerasan Perbesaran 100 X ............................................ 46 Gambar 4.7. Grafik Uji Kekerasan .................................................................. 49

x

NOMENKLATUR

Simbol

Besaran

Satuan

B

Tebal cincin revolving dies

[mm]

bo

Lebar jarak keausan

[mm]

d2

Panjang diagonal rata-rata

[mm]

d1

Panjang diagonal pertama

[mm]

d2

Panjang diagonal kedua

[mm]

HV

Hardness Vickers

Lo

Jarak luncur

[m]

P

Beban penekanan

[kgf]

Po

Beban uji

[kg]

r

Jari-jari cincin revolving dies

[mm]

V

Kecepatan

[m/det]

WS

Ketahanan aus

xii

Tugas Akhir

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah Dalam

menghadapi

era

perdangan

bebas,

masyarakat

Indonesia

dihadapkan pada banyak produk dari luar negeri yang masih baru, sehingga kita dapat mengetahui secara baik kualitas dari produk yang masuk pasar Indonesia. Banyaknya produsen kendaraan bermotor yang masuk ke dalam pasar Indonesia, membuat masyarakat mempunyai pilihan yang disesuaikan dengan kebutuhannya. Maka dari itu sebagai produsen dituntut menghasilkan produk yang mempunyai kualitas dan kuantitas yang sangat baik sehingga dapat bersaing di pasar global. Salah satu bagian yang menunjang kualitas kendaraan bermotor adalah mesin motor, dimana pada mesin tersebut terdapat komponen penting yaitu piston. Dalam aplikasinya piston yang digunakan pada mesin kendaraan menggunakan bahan bakar bensin atau solar. Pada mesin diesel piston akan mengalami tekanan yang sangat besar dibandingkan dengan mesin yang berbahan bakar bensin. Piston adalah salah satu komponen yang menentukan kualitas kerja sebuah kendaraan, apabila sebuah piston memiliki sifat mekanis dan struktur mikro yang baik maka mesin kendaraan tersebut mempunyai daya kerja yang baik.

Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

1

Tugas Akhir

Untuk mengetahui kualitas dari sebuah piston maka diperlukan sebuah penelitian dengan cara melakukan pengujian-pengujian dari komponen bekas pakai (piston) yang digunakan oleh kendaraan Mitsubishi L 300.

1.2 Maksud dan Tujuan Maksud dan tujuan dari pengujian ini adalah : a. Untuk mengetahui komposisi kimia dan struktur mikro yang terkandung pada piston kendaran Mitsubishi L 300. b. Untuk mengetahui nilai kekerasan dari piston tersebut. c. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan dari produk yang dihasilkan oleh PT. Mitsubishi.

1.3 Ruang Lingkup Penelitian 1.3.1 Jenis Matrial Pada penelitian ini digunakan material bekas pakai dari piston Mitsubishi L 300 dengan unjuk kerja 14000 km. 1.3.2 Jenis Pengujian Untuk mencapai maksud dan tujuan di atas, maka perlu dilakukan pengujian dan pengamatan, yaitu : a. Pengujian komposisi kimia (spectrometri). b. Penelitian metalografi. c. Pegujian ketahanan aus. d. Pengujian kekerasan.


2

Tugas Akhir

1.4 Pembatasan Masalah Dalam penyusunan Tugas Akhir ini penulis membahas sebatas Komposisi Kimia, Pengamatan Metalografi, Nilai kekerasan, dan Ketahanan Aus pada piston Mitsubishi L 300 dengan unjuk kerja 14000 km.

1.5 Sistematika Penulisan Tugas akhir ini terdiri dari lima bab yang masing-masing menjelaskan atau membahas : BAB I PENDAHULUAN Berisikan tentang latar belakang penelitian, maksud dan tujuan penelitian, ruang lingkup penelitian, pembatasan masalah dan sistematika penulisan. BAB II TEORI DASAR Berisi tentang teori-teori yang menunjang penelitian ini : 2.1 Piston, yaitu kerja piston, rusuk piston, heat dams piston, piston hypereutektik, penghalusan dinding piston, pengikat dinding piston. 2.2 Alumunium,

yaitu,

sejarah

alumunium,

pengetahuan

tentang

alumunium, proses pembentukan alumunium, paduan alumunium, klasifikasi paduan alumunium tempa, pengaruh elemen-elemen terpadu, paduan Al Si. 2.3 Struktur mikro dan heat treadment 2.4 Pengujian komposisi kimia 2.5 Pengujian metalografi 2.6 Pengujian ketahanan aus


3

Tugas Akhir

2.7 Pengujian kekerasan BAB III PROSESDUR PENELITIAN Berisi tentang prosedur penelitian, material penelitian dan langkahlangkah pelaksanaan penelitian. BAB IV DATA HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN Berisi tentang data-data dari hasil pengujian dan hasil pembahasan penelitian. BAB V PENUTUP Berisikan tentang kesimpulan-kesimpulan yang didapat dari hasil penelitian. LAMPIRAN DAFTAR PUSTAKA


4

Tugas Akhir

BAB II TEORI DASAR

2.1 Piston Energi mekanis yang terjadi pada mesin diperoleh dari hasil pemakaian bahan bakar dengan udara diruang pembakaran. Panas yang ditimbulkan dari pembakaran menyebabkan tekanannya meningkat. Kekuatan tekanan ini dirubah menjadi kerja yang baik melalui piston, batang piston dan poros engkol. Piston

membentuk

dasar

yang

bisa

bergerak

menuju

ketempat

pembakaran. Piston dihubungkan pada batang piston dengan menggunakan sebuah piston pin atau wrist pin. Batang piston dihubungkan kebagian poros engkol. Ring piston diantara piston dan dinding silider menjaga tekanan diatas piston. Apabila terbentuk didalam tempat pembakaran, maka tekanan tesebut akan mendorong piston. Piston mendorong piston pin bagian atas dari batang piston. Bagian bawah batang piston mendorong poros engkol. Hal ini akan memberikan energi mekanis pada poros engkol. Energi mekanis poros engkol akan menggerakkan roda penerus. Perubahan energi ini merupakan kopel (torque). Pada saat poros engkol berputar, poros engkol akan membentuk inersi. Inersi adalah kekuatan yang menyebabkan poros engkol terus berputar. Aksi ini


5

Tugas Akhir

akan membawa piston ke posisi awal, dimana hal ini berarti piston siap untuk kekuatan gerak berikutnya. Pada saat mesin bekerja, siklus akan terus berputar berulang-ulang seperti piston yang bergerak keatas dan kebawah putaran poros engkol. Hal ini akan memberikan gerakan mekanis pada bagian-bagian mesin. Untuk mengantisipasi tekanan yang besar yang diakibatkan oleh proses yang terjadi diatas, maka diperlukan suatu piston yang memiliki material yang baik. Secara umum karakteristik piston yang baik adalah ringan, mempunyai kekerasan yang baik, karena tekanan yang terjadi pada piston relative tinggi dan berubah-rubah.

2.1.1

Kerja Piston Pada saat mesin beroperasi, piston di start diatas silinder. Pada saat piston

mulai bergerak turun, piston akan melakukan akselerasi sampai piston mencapai kecepatan maksimum sebelum mencapai separuh gerakan turun. Piston akan berhenti pada dasar silinder perputaran poros engkol 180°. Selama perputaran poros engkol 180° berikutnya, piston akan bergerak keatas. Piston akan berakselerasi mencapai kecepatan maksimum diatas titik separuh gerakan keatas dan kemudian berhenti diatas stroke. Sehingga piston memulai berakselerasi dua kali pada setiap putaran poros engkol. Gerakan yang berulang-ulang ini akan menghasilkan kekuatan inersi. Semakin ringan piston maka akan semakin sedikit kekuatan inersi yang dibuat.


6

Tugas Akhir

Bagian atas piston berhubungan dengan ruang bakar yang menghasilkan panas tinggi, sementara di dinding piston melakukan kontak dengan dinding silinder. Hal ini mengakibatkan perbedaan temperature diantara piston dibagian atas dan bagian dasar. Perbedaan temperature antara bagian dari piston.

Gambar 2.1. Perbedaan Temperature dalam piston

Logam alumunium telah terbukti menjadi bahan yang terbaik untuk membuat piston. Tidak berat dan memberikan kekuatan yang sesuai. Kemudian piston

harus

mempunyai

control

tambahan

panas

agar

tidak

bising,

pengoprasianya bisa tahan lama.

2.1.2

Rusuk Piston Kepala piston membentuk suatu torsi diruang pembakaran dan bentuknya

sangat penting untuk proses pembakaran. Kepala piston harus mempunyai kekuatan yang cukup untuk mendukung tekanan akibat pembakaran. Oleh karna itu diperlukan rusuk. Rusuk (rib) serimg digunakan pada sisi bagian bawah


7

Tugas Akhir

kepala untuk mempertahankan kekuatan piston sementara pada saat mengurangi bahan untuk meringankan piston. Rusuk juga digunakan sebagai cooling fin untuk mentransfer panas piston keoli mesin. Rusuk khusus yang berada disisi bawah piston.

Gambar 2.2. Rusuk dibagian bawah kepala piston

2.1.3

Heat Dams Piston Semua piston memiliki slot pemisah horizontal yang berfungsi sebagai

heat dams. Slot ini mengurangi pemindahan panas dari kepala piston yang panas kedinding piston bawah. Hal ini, secara bergantian, menjaga temperatur dinding rendah sehingga hanya terjadi sedikit pengembangan pada dinding piston. Karena slot ditempatkan didalam oil ring groove, maka bisa digunakan untuk mengeringkan oli kembali seperti control pelumasan.


8

Tugas Akhir

Gambar 2.3. Lubang Penampang Panas yang Berada Di Bawah Celah Ring minyak pelumas dan lubang pembuangan

2.1.4

Piston Hypereutektik Piston berlapis alumunium standar mengandung 9 % sampai 12 % silikon

dan disebut dengan Eutektik. Untuk menambah kekuatan, kandungan silikon dinaikan menjadi sekitar 16 % dan disebut piston Hypereutektik . Keuntungan lain piston hyperuetektik adalah pengurangan berat sekitar 25 % dan tingkat pemuaiannya lebih rendah. Kerugian dari piston hypereutektik adalah biaya yang lebih tinggi, karena piston tersebut lebih sulit dibuat tuangnya. Piston hypereutektik pada umumnya dijual dipasaran sebagai suku cadang dan sebagai peralatan asli mesin turbo dan mesin super.


9

Tugas Akhir

2.1.5

Penghalusan Dinding Piston Untuk daya tahan maksimum, Penghalusan pembungkus piston sanagtlah

penting.

Gambar 2.4. Permukaan pembungkus piston

Alur atau gelombang yang melingkar sedalam 0,0005 inci ( 0,0125 mm ) pada permukaan dinding piston menghasilkan sebuah lapisan yang membawa oli untuk pelumasan. Permukaan dinding piston lain relatif halus. Permukaan yang dilapisi kaleng tipis ( ketebalan sekitar 0,00005 inci atau 0,00125 mm ) juga digunakan dalam beberapa piston almunium untuk membantu mengurangi lecet atau goresan selama priode pelumasan. Dinding piston normalnya berada diatas lapisan tipis minyak pelumas. Bila lapisan tipis minyak pelumas berkurang maka kontak logam dengan logam dapat terjadi, dan ini dapat mengakibatkan goresan pada piston.


10

Tugas Akhir

Apabila dua bagian logam yang bergerak kehilangan pelumas diantara keduanya, kemudian gesekan bisa terjadi. Goresan adalah proses dimana logamlogam bergesekan dan kemudian melonggar. Gesekan dapat terjadi diantara piston atau ring dan dinding silinder. Ketika piston berhenti ditengah-tengah pada bagian atas. Ketika piston mulai kembali kebawah dari TMA ( Titik Mati Atas ), gesekan ini terlepas. Permukaan yang kasar mengakibatkan arus pada dinding silinder dan pada ring piston atau pada piston itu sendiri. Goresan yang disebabkan karena kurangnya pelumasan atau karena ledakan yang mengakibatkan temperature dan tekanan diruang pembakaran jadi lebih tinggi. Goresan juga dapat terjadi ketika sistem pendinginan mengalami kerusakan yang menyebabkan mesin menjadi terlalu panas. Panas yang berlebihan dapat menyebabkan minyak pelumas menipis dan panas memuaikan piston. Aus yang terjadi dalam piston disebabkan karena buruknya kontrol minyak pelumas, daya tahan piston yang pendek, dan ring yang tergores.

2.1.6

Pengikatan Dinding Piston Piston mesin otomotif memiliki rancangan yang beralumunium. Dalam

pengoprasian, pistonn mendukung beban yang berat selama piston bergerak. Ini secara bertahap menyebabkan kerusakan pada dindimg piston. Dinding piston yang menggunakan alumunium yang rusak dan aus pada saatnya akan mengakibatkan getaran ketika piston bergerak keatas dan kebawah silinder. Getaran itu juga menggetarkan ring piston sehinga hubungan ring dan dinding


11

Tugas Akhir

silinder terus berubuh-ubah. Ring piston tidak dapat menjadi penutup gerakan yang baik jika tidak di pasang tegak lurus pada dinding silinder. Proses pengkondisian ulang yang paling baik adalah mengganti piston dengan piston yang baru. Ini diperlukan untuk pengaturan ukuran dinding piston ketika piston akan digunakan kembali agar piston tidak bergetar ketika beroprasi dalam silinder yang sudah sedikit aus.

2.2 Sejarah Alumunium Alumunium sebagai suatu unsur pertama kali ditemukan oleh Sir Humpry Davi seorang ahli dari Inggris sekitar tahun 1807. Pada tahun 1825, seorang ahli dari Denmark bernama Hans Cristian Oersted, berhasil membuat gumpalan logam alumunium yang tampak mukanya berwarna dan berkilau seperti timah putih. Kemudian seorang Jerman bernama Friendrich Wholer melakukan percobaan dengan cara seperti yang dilakukan oleh Oersted, selama delapan belas tahun bekerja dalam proyek itu hingga akhirnya membuat partikel logam alumunium sebesar kepala peniti. Sembilan tahun berikutnya, seorang Prancis bernama Hanri Sainte Claire Deville memperbaiki proses yang dikembangkan oleh Wholer dan dihasilkan logam alumunium sebesar kaleng. Pada tahun 1869, Deville berhasil membuat sekitar dua ton alumunium setiap tahunnya, tetapi dengan proses yang sangat mahal. Walupun dengan demikian penemuan Deville telah membuka pintu menuju suatu proses yang lebih praktis.


12

Tugas Akhir

Dengan meningkatnya permintaan terhadap alumunium, maka perhatian para ahli untuk menemukan cara baru pembuatan alumunium menjadi semakin bertambah. Keadaan ini mencapai puncaknya ketika meletusnya revolusi industri dimana usaha mekanisasi telah menciptakan berbagai mesin dan alat yang membutuhkan logam. Akhirnya tahun1886, dua orang penemu masing dalam usia dua puluhan yang satu di Oberlin, Ohio, Amerika dan yang satunya di Genttifly, Prancis, memperoleh cara praktis membuat alumunium. C.H. Hall dari Amerika dan Paul L.T. Heroult dari Prancis secara terpisah memecahkan kualitas yang pernah dialami oleh para ahli dunia selama 80 tahun lamanya. Teknik yang ditemukan adalah proses pemisah (reduksi)

secara elektrolit yang sekarang

banyak ditemukan di dunia.

2.2.1

Pengetahuan Tentang Alumunium Dalam tiga dasawarsa terakhir ini alumunium telah menjadi salah satu

logam industri yang paling luas penggunaannya di dunia. Alumunium merupakan suatu masukan dalam sektor industri, seperti angkutan, konstruksi, listrik, peti kemas dan kemasan, alat rumah tangga serta perlatan mekanis. Alumunium juga digunakan hampir disemua bidang produksi dan dalam bidang ekonomi. Luasnya penggunaan ini disebabkan alumunium mempunyai sifat-sifat yang lebih baik dari logam lainnya, seperti di bawah ini :


13

Tugas Akhir

Ringan Memiliki sekitar sepertiga dari bobot besi dan baja atau tembaga. Karena bobotnya yang ringan, sehingga banyak digunakan dalam industri transportasi. Kuat Alumunium akan mempunyai struktur yang kuat apabila dipadu dengan logam lain. Digunakan untuk industri pembuatan rangaka pada pasawat terbang, kapal laut, kendaraan dan lainnya.. Mudah dibentuk Alumunium sangat mudah dibentuk terutama dengan proses semua pengerjaan logam. Tahan korosi Sehingga baik digunakan untuk lingkungan yang dipengaruhi oleh alam, seperti air, udara, suhu dan unsur-unsur kimia lainnya. Konduktor panas Sifat ini sangat baik untuk digunakan pada mesin-mesin sehingga dapat memberikan penghematan energi. Pemantul sinar panas Memantulakan sinar panas sedemikian rupa sehingga memiliki kemampuan pantul yang tinggi : Sifat pantul ini menjadikan alumunium sangat baik sebagai penahan radiasi panas.


14

Tugas Akhir

Tidak beracun Sangat baik penggunaannya pada industri makanan, minuman dan obat-obatan, yaitu untuk peti kemas dan pembungkus. Mampu diproses ulang Yaitu dengan mengolahnya kembali melalui proses peleburan dan selajutnya dibentuk menjadi produk yang diinginkan. Proses daur ulang ini dapat menghemat energi modal dan bahan baku yang berharga.

2.2.2

Proses Pembentukan Alumunium Abad ke-20 ditandai dengan inovasi terbaru yang banyak mengubah pola

kerja dibidang teknologi alumunium. Peningkatan teknologi pengolahan alumunium itu terjadi disemua tingkat pemprosesan, melalui pengolahan bauksit hingga pengolahan bahan alumunium setengah jadi produk-produk yang berguna. Pengolahan alumunium itu umumnya terjadi dari empat tahap proses yaitu : penambangan, kemurnian, peleburan dan pabrikasi. Berikut ini dijelaskan secara singkat masing-masing tahap proses tersebut. a. Penambangan Sebanyak

8 % dari kulit bumi terdiri dari alumunium yang

mene,pati urutan ketiga setelah oksigen dan Si disusul oleh Fe 5 %, Mg 2 %, Cu 0,01 %. Bijih alumunium yang disebut bauksit banyak ditemukan pada permukaan bumi terutama dinagara tropis. Untuk keperluan industri bauksit yang di tambang biasanya berkadar alumunium yang tinggi yaitu berkisar antara 40-60 %. Setelah ditambang kemudian bijih bauksit


15

Tugas Akhir

digiling dan dihancurkan sehingga diperoleh ukuran ya ng lebih halus dan merata. Selanjutnya dilakukan proses pemanasan untuk menghilangkan kandsungan air yang ada di dalam bijih bauksit sebelum dibawa ketahap proses pemurnian.

b. Pemurnian Proses pemurnian ini diparlukan untuk mengubah bauksit menjadi alumunia. Tahapan proses pemurnian ini adalah sebagai berikut lihat gambar 2.5.

Gambar 2.5. Tahapan proses pemurnian bauksit menjadi alumina

Pertama-tama bauksit yang telah dihaluskan dan dikeringkan dicampur dengan larutan kimia yang keras seperti kostik soda. Campuran bauksit dengankostik soda tersebut kemudian dipompa masuk ke tabung tekan dan selanjutnya dipanaskan. Setelah itu dilakukan penyaringan sehingga sisa-sisa yang tidak larut (insoleble residu) akan tertinggal berupa lumpur merah yang mengandung oksida besi dan silikon.


16

Tugas Akhir

Selanjutnya adalah proses penyemaian (seeding) sehingga terjadi pengendapan dan endapan tersebut berbentuk kristal yang disebut hydrated alumunia (alumunia basah). Hidrated alumunia ini selanjutnya dicuci dan dipanaskan hingga 1200 ºC guna menghilangkan sisa-sisa kotoran dan kandungan air. Hasil adalah partikel-partikel halus yang berwarna putih, disebut alumunia dan bentuk pesenyawaan kimianya adalah Al2O3.

c.

Peleburan (Smelting) Untuk memperoleh logam alumunium, alumunia atau Al 2O3 harus mengalami proses reduksi secara elektrolit untuk memisahkan alumunium dan oksigen. Proses peleburan ini disebut dengan proses Hall Heroult, berasal dari nama kedua penemu tersebut. (lihat gambar 2.6)

Gambar 2.6. Proses peleburan alumina menjadi alumunium dengan cara elektrolisis


17

Tugas Akhir

Proses peleburan ini dilakukan dengan melarutkan alumunia ke dalam cairan kimia yang disebut kriolik dalam sebuah tungku reduksi yang disebut dengan pot, berdinding karbon, tempat terjadinya elekrolisa. Pot ini biasanya mempunyai kedalaman 1 m, panjang 6 m dan lebar 2 m, bagian luarnya dibuat dari baja, dihubungkan dengan aliran listrik searah dalam seri sehingga sejumlah pot dapat bekerja pada waktu yang bersamaan. Sejumlah 170-180 pot biasanya disambung menjadi satu deretan, umumnya pabrik alumunium memliki beberapa deretan pot. Untuk memperoleh proses reduksi diperlukan karbon yang direduksikan dengan alumunia. Karbon ini diambil dari anoda yang dicelupkan kelarutan campuran alumunia dengan kriolt. Arus listrik searah sebesar 50-150 kiloampare dialirkan melalui anoda, menuju katoda, yaitu alumunium cair dan dasar pot. Arus listrik mempengaruhi terjadinya proses elektrolisa sehingga molekul alumunia dipisahkan menjadi alumunium dan aksigen. Se4lanjutnya oksigen diikat dan bersenyawa dengan kaorbon berbentu CO2, sedangkan alumunium cair oleh karena lebih berat dari larutan akan turun ke dasar pot. Panas yang dihasilkan oleh aliran listrik menjaga agar larutan dan cairan alumunium tetap cair sehingga proses peleburan dapat berjalan secara kesinambungan. Cairan alumunium kemudian dialirkan ke krusibel yang kemudian diangkut oleh truk untuk dimuat di dalam tungku pengatur ( holding furnce).


18

Tugas Akhir

Operasi pot selama proses dapat diatur dengan bantuan komputer, sehingga diperoleh proses yang optimal. Di samping hal ini juga sejalan dengan usaha penghematan pemakaian energi listrik selama proses produksi. Di jaman perang dunia kedua produksi alumunia memerlukan sekitar 24 kwh listrik untuk setiap satu kilogram alumunium. Dewasa ini pabrik-pabrik peleburan alumunium dapat bekerja lebih efisien yaitu untuk setiap satu kilogram produksi alumunium hanya diperlukan sekitar 12-15 kwh listrik, suatu penurunan sekitar 50%. Dari penjelasan di atas terlihat bahwa pabrik peleburan alumunium membutuhkan energi listrik yang tinggi. Karena itu pemilikan lokasi pabrik sangat ditentukan oleh penyediaan sumber energi yang murah seperti PLTA (pembangkit listrik tenaga air). Selain energi listrik, untuk membuat 1 kg alumunium diperlukan sekitar 2 kg alumina dan sekitar ½ kg karbon, sesuai dengan reaksi yang terjadi : 9700 C 2A12O3 + 3C

4 A1 + 3 CO 2 kriolit

Sebab kebutuhan akan karbon ini cukup tinggi maka pabrik peleburan alumunium biasanya dilengkapi pula dengan pabrik pembuat anoda yang diperoleh dari bahan-bahan dengan kadar karbon yang tinggi, seperti petroleum coke, atau lainnya.


19

Tugas Akhir

d.

Proses Pembentukan / Fabrikasi Dari hasil proses peleburan berupa alumunium ingot berkadar kemurnian tinggi hingga 99,5%. Sebagian dari alumunium murni ini, oleh industri pelebur tersebut diproses lanjut sehingga diperoleh alumunium paduan dalam bentuk slab atau billet, sebagai bahan baku industri hilir yang membuat produk setengah jadi. Alumunium ingot lainnya langsung dijual ke industri hilir dan mengalami proses pemaduan disana. Paduan alumunium ini mengalami proses pembentukan berupa rolling, ekstrusi, casting atau proses lainnya yang menghasilkan bentukbentuk seperti : kawat, pelat / lembaran foil, produk cor, profil, dan lainlain. Produk-produk alumunium tersebut sering memerlukan proses fabrikasi lanjutan sehingga bermanfaat bagi kehidupan manusia.

2.2.3

Paduan Alumunium Alumunium merupakan jenis logam ringan yang mempunyai ketahanan

korosi yang baik dan hantaran listrik serta sifat-sifat yang baik lainnya sebagai sifat logam. Sebagai tambahan terhadap alumunium, kekuatan mekaniknya yang sangat meningkat dengan penambahan Cu, Mg, Si, Mn, Zn, Ni, dan sebagainya secara satu persatu atau bersamaan, dapat memberikan juga sifat baik lainnya seperti katahanan korosi, ketahanan aus, koefisien pemuaian rendah dan sebagainya.


20

Tugas Akhir

2.2.4

Klasifikasi Paduan Alumunium Pada alumunium di klasifikasikan dalam berbagai standar oleh berbagai

negara di dunia, saat ini klasifikasi yang sangat baik dan sempurna adalah standar Alumunium Association di Amerika (AA) yang didasarkan atas standar yang terdahulu dari ALCOA (Alumunium Company Of America) paduan tempa dinyatakan dengan 1 atau 2 angka S , sedangkan paduan coran dinyatakan 3 angka. Standar AA menggunakan penandaan dengan 4 angka sebagai berikut : angka pertama menyatakan sistim paduan dengan unsur-unsur yang ditambahkan, yaitu : 1 : Al murni, 2 : Al-Cu, 3 : Al-Mn, 4 : Al-Si, 5 : Al-Mg, 6 : Al-Mg-Si dan 7 : Al-Zn, sebagai contoh, paduan Al-Si. dinyatakan dengan angka 2000. Angka pada tempat kedua menyatakan kemurnian dalam paduan yang dimodifikasi dan Al murni sedangkan angka ketiga dan keempat dimaksudkan untuk tanda Alcoa terdahulu kecuali S, sebagai contoh, 3 S sebagai 3003 dan 63S sebagai 6063. Al dengan kemurnian 99,0% atau diatasnya dengan ketakmurnian terbatas (2S) dinyatakan sebagai 1100. Kumpulan paduan alumunium tempa : 1xxx : (min 99% Al) 2xxx : Al

Cu

3xxx

: Al Mn

4xxx

: Al Si

5xxx

: Al Mg

6xxx

: Al Mg

Si


21

Tugas Akhir

7xxx

: Al

Zn

8xxx : Al unsur-unsur lainnya Angka pada tempat x kedua menyatakan batas unsur pengotor sedangkan angka x ketiga dan keempat dimaksudkan kemurnian Al sebesar 99, xx% perbedaan tanda AL COA terdahulu dengan penomoran standar alumunium dapat dilihat pada tabel 2.1 di bawah ini : Tabel 2.1 Klasifikasi Paduan Alumunium Tempaan Standar Alcoa Standar AA

Keterangan Terdahulu

1001

1S

Al murni 99.5 % / di atasnya

1100

2S

Al murni 99.0 % / diatasnya

2010

2029

10 S

29 S

Cu merupakan unsur paduan utama

3003 3009

3S 9S

Mn merupakan unsur paduan utama

4030 4039

30 S

Si merupakan unsur paduan utama

69 S

5050 5086

Mg merupakan unsur paduan utama S0S

69 S

6061 6069 7070 7079

Mg2Si merupakan unsur paduan utama 70 S 79 S

Zn merupakan unsur paduan utama

Klasifikasi Paduan Alumunium Coran Paduan coran dinyatakan dengan tiga angka berikut ini adalah cast alloy . Grup : 1xx.x : Al (min 99% Al) 2xx.x : Al

Cu


22

Tugas Akhir

3xx.x : Al

Si dengan ditambah Cu atau Mg

4xx.x : Al Si 5xx.x : Al Mg 6xx.x : Al Zn 7xx.x : Al Sn

2.2.5

Pengaruh Elemen

elemen Pemadu

Maksud penambahan elemen-elemen / unsur ini untuk mendapat sifat-sifat yang diinginkan pada produk akhir. Elemen-elemen / unsur tersebut antara lain : Bismut Unsur ini dapat memperbaiki sifat mampu di mesin dari coran paduan alumunium dengan kadar lebih besar dari 0.1 %. Boron Unsur ini dapat meningkatkan daya konduksi listrik. Copper Unsur ini dapat memperbaiki kekuatan dan kekerasan dalam coran. Iron Unsur ini dapat memperbaiki ketahanan terhadap panas dan dapat meningkatkan kekuatan terutama pada temperatur tinggi, penambahan Fe akan mengurangi kemampuan bentuknya. Chromium Unsur ini dapat memperbaiki ketahanan terhadap korosi.


23

Tugas Akhir

Magnesium Unsur ini merupakan dasar dari kekuatan dan kekerasan pada paduan Al Si yang bekerja pada temperatur tinggi. Nickel Unsur ini bekerja bersama copper untuk meningkatkan sifat mekanis pada temperatur tinggi, unsur ini juga dapat mengurangi koefisien muai panas.

Titanium Unsur ini dapat memperbaiki butiran pada struktur coran alumunium paduan. Silicon Unsur ini dapat meningkatkan ketahanan kegetasan terhadap panas dan memiliki koefisien muai yang rendah. Mangan Mangan dalam alumunium penstabil austenit. Mangan merupakan pembentukan karbida yang sangat lemah, karbida yang sangat mungkin terbentuk adalah ( FeMn ). Kombinasi mangan ( Mn ) dan sulfur ( S ) membentuk mangan sulfida ( MnS ) akan meningkat sifat mampu keras dan juga sebagai oksidator. Besi Menurunkan unsur dalam paduan alumunium dan dapat menurunkan kekuatan dan kelenturan sehingga dapat memperoleh pengolahan. Unsur Fe mengandung 0,2 % Si mempengaruhi sifat kelarutan dan sifat ketahanan terhadap korosi.


24

Tugas Akhir

Seng Paduan ini dapat digunakan untuk perlindungan elektronik yang bisa menyebabkan terjadinya karat, apabila paduannya terlalu banyak, dapat menurunkan ketahanan tracking, oleh karena itu penambahan dibatasi sampai dibawah 3% Zn.

2.2.6

Paduan Al

Si

Apabila paduan ini didinginkan dicetakan logam, setelah coran logam diberi cairan natrium floorida kira-kira 0.05

1.1 % kadar logam natrium,

tampaknya temperatur eutektik bergeser ke daerah kaya Si, kira-kira 14 %. Hal ini bisa terjadi pada paduan hipereutektik seperti 11.7

14 % Si. Si mengkristal

sebagai kristal primer dan struktur eutektiknya menjadi

sangat halus. Ini

dinamakan struktur yang modifikasi. Gambar 2.7 menunjukan diagram fasa dari sistem ini. Ini merupakan tife eutektik yang sedehana yang mempunyai titik eutektik pada 577 °C, 11.7 % Si. Larutan padat pada sisi Al, karena batas kelarutan padat sangat kecil maka pengerasan penuaan sukar diharapkan.


25

Tugas Akhir

Gambar 2.7. Diagram Fasa Al

Paduan Al

Si

Si sangat baik kecairannya, yang mempunyai permukaan

bagus sekali, tanpa kegetasan panas, dan sangat baik untuk paduan coran. Sebagai tambahan ia memiliki ketahanan korosi yang baik sangat ringan, koefisien pemuaian yang kecil dan sebagai penghantar yang baik untuk listrik dan panas. Karena mempunyai kelebihan yang mencolok, paduan ini sangat banyak dipakai. Paduan Al

12 % Si sangat banyak dipakai untuk paduan cor cetak. Sifat-sifat

silumin sangat diperbaiki oleh perlakuan panas dan sedikit diperbaiki oleh unsur paduan. Paduan yang diberi perlakuan pelarutan dinamakan silumin Y dan yang hanya ditemper saja dinamakan silumin B. Paduanyang memerlukan paduan panas ditambah dengan Mg juga Cu serta Ni untuk memberikan kekerasan pada saat panas, bahan ini bisa digunakan untuk torak motor. Koefisien pemuaian termal dari Si sangat rendah, oleh karena itu paduannya mempunyai koefisien yang rendah apabila ditambah Si lebih banyak.


26

Tugas Akhir

Berbagai cara dicoba untuk menghalus butir primer Si, dan telah dikembangkan paduan hipereutektik Al-Si sampai 29 % Si. Dalam hal ini penghalusan kristal primer Si yang dijelaskan diatas tidaklah efektif tetapi dengan penambahan P oleh paduan Cu-P atau penambahan fosfor klorida (PCI 5) untuk mencapai presentasi 0,001% P, dapat tercapai penghalusan kristal primer dan homogenisasi. Paduan Al-Si banyak dipakai sebagai elektroda untuk pengelasan yaitu terutama yang mengandung 5% Si.

2.3 Struktur Mikro dan Heat Treatment Proses perlakuan panas ini dilakukan dengan memanaskan dan mendinginkan suatu logam dalam keadaan padat untuk mendapatkan perubahan fasa (struktur). Perubahan struktur tersebut akan merubah sifat-sifat mekanis dari logam tersebut. Proses ini tergantung dari pemakaian dapat digunakan untuk mengeraskan, melunakkan, menaikkan, ketangguhan, menghaluskan butiran logam dan lain-lain. Beberapa proses perlakuan panas adalah sebagai berikut : Proses pelarutan (solution treatment) : yaitu memanaskan paduan alumunium sehingga mencapai fasa tunggal dimana seluruh unsur-unsur pemadu larut secara sempurna ke dalam fasa tersebut. Melakukan

pendinginan

secara

cepat

(quenching),

misalkan

dengan

mencelupkan ke dalam air.


27

Tugas Akhir

Melakukan proses pengendapan (aging), yaitu memanaskan kembali paduan logam yang telah dicelup tadi hingga mencapai suhu tertentu untuk beberapa lama.

Gambar 2.8. Tahapan proses perlakuan panas

2.4 Pengujian Komposisi Kimia Pengujian komposisi kimia digunakan untuk menganalisa kandungan unsur-unsur kimia pada benda uji. Dengan mengetahui prosentase unsure-unsur kimia dalam benda uji kita dapat mengambil kesimpulan berdasarkan data-data yang diperoleh. Pengujian menggunakan mesin spectrometer.

2.5 Pengujian Metalografi Metalografi merupakan bagian dari ilmu logam mempelajari keadaan suatu struktur mikro bahan logam, hubungan antara stuktur mikro dengan sifat bahan logam serta paduannya dengan peraalatan mikroskop. Keadaan struktur


28

Tugas Akhir

mikro melakukan adanya cacat atau penyimpangan pada sturuktur mempunyai pengaruh terhadap sifat mekanis, separti sifat terhadap kekerasan, keuletan dan lain-lain. Struktur mikro akan mengungkapkan perlakuan mekanis dan panas dari logam dan memungkinkan untuk memperkirakan sifat-sifat yang diinginkan dengan suatu kondisi yang ditentukan. Prosedur penyiapan suatu pesimen memang relative sederhana tetapi harus melakukan latihan yang berulang-ulang agar terbiasa. Tujuan akhirnya adalah untuk menghasilkan permukaan serata mungkin, bebas dari goresan dan permukaan akhir harus tampak seperti cermin.

2.6 Pengujian Ketahanan Aus Pada pelaksanaan pungujian ketahanan aus bertujuan untuk mengetahui sifat keausan material uji, terutama pada bagian yang sering mengalami gesekan atau benturan, baik yang melalui proses pengerasan permukaan maupun yang tidak melalui proses pengerasan permukaan. Dalam melakukan ketahanan aus alat yang digunakan adalah mesin uji aus yaitu Ogoshi dan memakai benda pengujian dengan baja special steel ( K ), mesin Ogoshi dirancang agar dapat mengevaluasi ketahanan permukaan suatu material terhadap gesekan abrasi. Adapun cara kerjanya dengan gerakan kerja dari pengausan, dari vertical dengan putaran sliding dari dua penggosok. Roda tersebut digunakan oleh sample dalam arah yang berbeda yaitu pada sumbu tegak dan di desak bersinggungan sample.


29

Tugas Akhir

2.7 Pengujian Kekerasan Pengertian keras dan lunak merupakan hal yang jelas. Akan tetapi pengertian kekerasan merupakan hal yang sukar untuk dirumuskan sedemikian rupa, sehingga kita dapat mengukurnya, dan dapat membandingkan. Jaman dahulu dipakai cara pembandingan dan prosedurnya sebagai berikut. Dengan bahan tambang yang kerasnya berlainnan, dari talk ( lunak sekali ) sampai intan ( keras sekali ), kita membuat goresan pada sebuah benda. Semakin bahan dari benda itu bertambah keras harus dipilih bahan tambang lebih keras untuk dapat membuat goresan. Dalam dunia teknik dewasa ini, cara demikan terlalu kasar. Sekarang dalam mencari nilai kekerasan dapat diperoleh dengan metodemetode berikut : Metode Brinnel menggunakan peluru baja yang dikeraskan

P

d D

Gambar 2.9. Jejak indentor kekerasan Brinnel


30

Tugas Akhir

Uji kekerasan Vickers menggunakan penekan berbentuk piramide intan yang dasarnya bujur sangkar. Besar sudut antara permukaan piramide yang saling berhaadapan adalah 136° seperti yang terlihat pada gambar 2.10.

Gambar 2.10. Jejak indentor kekerasan Vickers

HV =

L=

1,854 P 1000 d2 d1

d2

2

Dimana : P : Beban penekanan (kgf) d1 : Panjang diagonal pertama (mm) d2 : Panjang diagonal Kedua (mm) d2 : Panjang diagonal rata-rata (mm)


31

Tugas Akhir

Metode Rockwell Pada metode Rockwell, pengukuran dapat dilakukan dengan menggunakan sebuah intan dengan sudut puncak 120° dan ujungnya yang dibualatkan sebagai benda penekan.

Cara Rockwell-C dinyatakan dengan nilai HRC.

Biasanya metode ini digunakan untuk bahan-bahan yang keras, misalnya baja. Pengukuran dapat juga dilakukan dengan sebuah peluru baja kecil yang dikerahkan dengan diameter 1/16 inci ( 1,59 milimeter ) sebagai penekan, cara Rockwell-B dinyatakan dengan nilai HRB. Rockwell-B terutama dipakai untuk behan-bahan yang lunak seperti paduan alumunium dan paduan magnesium.


32

Tugas Akhir

BAB III PROSEDUR PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Piston M u la i

P e r s ia p a n B e n d a U ji P a d a P is t o n M it s u b is h i L 3 0 0 D e n g a n U ju k K e r ja 1 4 0 0 0 k m

P e n g u jia n S p e k tro m e tri

P e n g a m a ta n M e t a lo g r a f i

P e n g u jia n Keausan

P e n g u jia n K e k e ra s a n

D a t a - d a t a h a s il P e n g u jia n d a n P e n e lit ia n

A n a lis a

K e s im p u la n

S e le s a i

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian Piston Mitsubishi L300 Dengan Unjuk Kerja 14000 km


33

Tugas Akhir

3.2 Material Penelitian Pada penelitian ini material yang digunakan adalah piston kendaraan Mitsubishi L300 yang sudah unjuk kerja 14000 km. Pada gambar ini menunjukan material yang akan diuji.

Gambar 3.2 Piston Kendaraan Mitsubishi L300 dengan Unjuk kerja 14000 km

3.3 Pengujian Spektrometri Pengujian ini dimaksudkan untuk mengetahui komposisi kimia dari bahan uji. Pada bagian ini dilakukan dengan mengambil contoh bahan uji, dan dipotong minimal 2x2cm lalu dimasukan kedalam mesin uji emission spectrometer, setelah dimasukan kedalam mesin uji spectrometer benda uji tersebut disinari dengan sinar X-Ray, sehingga di dapat hasil pengujian komposisi kimia dari bahan uji.


34

Tugas Akhir

3.4 Pengujian Metalografi Pengujian ini dimaksudkan untuk mengetahui bentuk dan jenis struktur mikro yang terkandung didalam benda uji. Proses pelaksanaan pengamatan ini dilakukan dengan prosedur sebagai berikut: 1. Potong benda uji terlebih dahulu sesuai dengan yang di perlukan. 2. Lalu benda uji diikat dan diberi bingkai atau dimouting dengan resin. 3. Kemudian benda uji di amplas dengan tingkat kekerasan yang berbedabeda yaitu:120,320,400,500,600,800,1000,1200,1500. 4. Setelah didapat benda uji yang halus dan rata dilakukan pemolesan dengan mengunakan alumina 0,05 micron. 5. Kemudian benda uji diesta. Larutan esta yang digunakan adalah jenis hasam florida, selama kurang lebih 30 sampai 45 detik. Komposisi larutan esta adalah sebagai berikut: HF 0,5 % Pengunaan etsa adalah untuk mengikis lapisan pada logam secara terkandali, sehingga memperjelas batas butir agar hasil-hasil pemotretan batas butir dapat terlihat dengan jelas. Selanjutnya benda uji yang dibersihkan dengan air dan alkohol dan dikeringkan denga hair dryer. 6. Siapkan mikroskop dan alat pemotretan. 7. Letakkan benda uji pada mikroskop. 8. Kemudian atur jenis pembesaran sesuai yang dibutuhkan pada benda uji 100X dan 500X.


35

Tugas Akhir

9. Kemudian dilakukan pengamatan. 10. Lalu dilakukan pemotretan.

3.5 Pegujian Ketahanan Aus (Wear) Pada pelaksanaan pengujian ketahanan aus pada alumunium alloy ini dilakukan dengan mesin Ogoshi dan memakai benda uji baja spesial steel (K). Pengujian metode ini penting untuk mendapatkan hasil yang diinginkan dari bahan uji tersebut. Untuk sampel alumunium alloy pada piston untuk jarak luncur 600 m, dan benda uji 12,64 kg, jari-jari cincin revolving dies 15 mm, tebal cincic revolving dies 3 mm dan untuk jarak antara pengujian keausan ini 0 - 30 mm tidak boleh melebihi dari lebar jarak uji keausan (bo). Jadi semakin rendah nilai indek aus semakin baik kualitas ketahanan abrasi statu material dan untuk perhitungannya memakai rumus sebagai berikut: WS

B bo 3 mm 2 / kg 8 r P L

WS = Ketahanan Aus B = Tebal Cincin Revolving Dies (mm) bo = Lebar Jarak Uji Keausan(mm) r

= Jari-jari Cincin Revolving Dies (mm)

L = Jarak Luncur (m) P = Benda Uji (kg)


36

Tugas Akhir

3.6 Pengujian Kekerasan Kekerasan adaalah kemampuan logam atau material untuk menerima beban dari luar tanpa terjadi deformasi. Kekerasan merupakan sifat mekanis dari suatu material. Terdapat tiga jenis metode pegujian kekerasan dengan penekanan, diantaranya yaitu: 1. Metode Rockwell 2. Metode Brinnel 3. Metode Vickers Pada penelitian ini pengujian yang di lakukan menggunakan metode Vickers. Metode Vickers dapat di gunakan pada bahan yang sangat keras, bahan yang sangat tipis dan pegukuran kekerasannya lebih teliti. Prinsip pengujian ini adalah memberikan beban dengan menekan benda uji. Penekanan benda uji ini dilakukan dengan menggunakan Indikator berupa intan yang berbentuk piramid dengan sudut puncak 136 dan dasar berbantuk segi empat kekerasan Vickers (HV) didefinisikan sebagai beban sebesar 300 gram. Luas dari jejakan dihitung dari pengukuran Mikroskopik panjang diagonal HV dapat ditentukan dari persamaan. HV

1,854 P 1000 kgf / mm 2 2 d

Dimana : P

: Beban yang digunakan (kgf)

d2

: Panjang diagonal rata-rata (mm)


37

Tugas Akhir

3.7 Alat-alat yang dipergunakan 1. Mesin potong. 2. Mesin grinding. 3. Mesin polishing. 4. Pasta poles dengan tingkat kehalusan :6

m,1 m dan 0,25 dengan

mengunakan media pendingin lubrikan blue. 5. Larutan esta nithal 2

3 % dan asam oksalat 15 % (2 ml HNO 3 65 % + 100

alkohol 95 %). 6. Resin dan hardener. 7. Cetakan sampel. 8. Pengepresan sampel. 9. Alat microskop Optik Olimpus. 10. Amplas Silikon Carbit ( Si C ) 11. Kertas perekat.


38

Tugas Akhir

BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN

Untuk mengetahui komposisi Kimia, sifat mekanis dan struktur mikro dari piston kendaraan Mitsubishi L300 dengan unjuk kerja 14000 km akan dibahas data hasil pengujian spektrometri, pengujian metalografi, pengujian keausan, pengujian kekerasan.

4.1

Data Hasil Pengujian Berikut ini adalah tabel data dari hasil pengujian Spekrometri pada piston Mitsubhishi L300 dengan unjuk kerja 14000 km.

4.1.1

Data Hasil pengujian Spekrometri

Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Spektrometri Pada Piston Mitsubhishi L300 Unsur Si Cu Fe Mn Mg Zn Ti Pb Bi

Kadar (%) 10.3885 2.4016 1.1638 0.6268 0.0624 0.6268 0.0012 0.0918 0.0024


Unsur Ni Cr V Na Sn B Ca Al

Kadar (%) 0.0763 0.0437 0.0000 0.0038 0.0476 0.0000 0.0012 84.83

39

3

Tugas Akhir

84 .8

90

80

70

60

50

40

12 0.0 0

00 0.0 0

38

0.0 47 6

00

Ni

0.0 0

Bi

37

0.0 76 3

Pb

0.0 0

0.0 02 4

Ti

0.0 4

0.0 91 8

68

0.0 01 2

0.6 2

24

68 0.6 2

0.0 6

38

2.4 0

10

1.1 6

16

10 .3

20

88 5

30

V

Na

Sn

B

Ca

0 Si

Cu

Fe

Mn

Mg

Zn

Cr

Al

Gambar 4.1. Grafik Piston Mitsubhisi L 300 Dengan Jumlah Unsur Dalam ( % ) Setelah dilakukan pengujian komposisi kimia maka dapat diketahui hasil pengujian komposisi kimia yang dapat dilihat pada tabel 4.1 dan grafik 4.1 di atas, Dimana pada pengujian ini merupakan salah satu jenis pengujian untuk mengetahui jenis material uji tersebut. Dari hasil pengujian komposisi kimia yang dilakukan pada material piston Miitsibishi L 300 didapat komposisi Al sebesar (84,83 %) selain Al terlihat juga Silikon (Si) yang terdapat pada material piston Mitsubishi L 300 sebesar ( 10,3885 % ) sehingga dengan jumlah silikon yang terdapat pada material piston berpengaruh terhadap struktur yang terdapat pada alumunium sehingga dapat efektif untuk koefisien muai yang rendah dan tahan terhadap kelelahan pada suhu panas sehinga baik untuk paduan coran. Setelah unsur Si maka unsur paduan lain yang cukup besar adalah Nikel ( Ni ) unsur Ni bekerjasama dengan unsur Si untuk mempertinggi sifat-sifat pada temperatur


40

Tugas Akhir

tinggi dan juga untuk meningkatkan kekerasan, kerapuhan, dan keuletan piston Mitsubishi L 300 mempunyai kadar (0,0763 %). Selain itu juga ada unsur yang berpengaruh terhadap piston Mitsubishi L300 dengan kadar (2,4016 %) dimana unsur tersebut sangat mempengaruhi sifat kekerasan serta kekuatan dan pengendapan unsur Cu ini untuk mengurangi koefisien terhadap alumunium. Dan terdapat juga unsur Ti dengan kadar (0,0012%) untuk piston Mitsubishi L 300 dimana unsur Ti tersebut berfungsi memperbaiki butiran struktur pada coran alumunium dan bertujuan untuk meningkatkan kekuatan luluh dan penurunan pada temperatur selain itu ada unsur yang terdapat pada piston Mitsubishi L 300 yaitu unsur Pb sebesar (0,0918%) dan unsur Sn sebesar (0,0476%).

4.1.2

Data Hasil Pengujian Metalografi Dari hasil pengujian Metalografi diperoleh gambar struktur mikro sebagai

berikut :

Gambar 4.2 Struktur Mikro Dengan Perbesaran 100 X Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

41

Tugas Akhir

Gambar 4.3 Struktur Mikro Dengan Perbesaran 500 X Berdasarkan hasil pengujian metalografi pada gambar diatas dengan perbesaran 100 X dan 500 X terlihat struktur mikro yang terbentuk lengan dendrite Al (coklat memanjang dan bercabang) dengan ukuran butir yang tidak sama satu dengan lainnya (tidak homogen) serta partikel silikon (abu-abu) partikel Mg2Si (hitam) yang mendominasi dan terdistribusi merata dalam matrik Al. Untuk bagian piston mitsubhisi L 300 seperti yang terdapat (pada gambar 4.2 dan gambar 4.3) terlihat struktur mikro yang berwarna abu-abu yang mengendap pada permukaan, dan partikel Mg2Si (hitam) dan NiAl2 (abu-abu) dan partikel bening CuAl2 yang terdispensi merata dalam matrik Al (putih) dimana ukuran butir dari endapan silikon eutektik (abu-abu) serta partikel Mg 2Si (hitam) dan NiAl3 (abuabu) terlihat tidak sama dan untuk ukuran butir dari struktur Al (putih) terlihat besar yang homogen dan mendominasi.


42

Tugas Akhir

4.1.3

Data Hasil Pengujian Keausan Dengan menggunakan mesin Ogoshi dan menggunakan benda uji Baja

Spesial Steel (K). Dan untuk perhitungannya memakai rumus sebagai berikut:

WS

B bo 3 mm 2 / kg 8 r Po Lo

WS = Ketahanan Aus

B = Tebal Cincin Revolving Dies (mm)

bo = Lebar Jarak Uji Keausan(mm)

r = Jari-jari Cincin Revolving Dies (mm)

Lo = Jarak Luncur (m)

Po = Benda Uji (kg)

Sampel dari piston Mitsubhisi :


43

Tugas Akhir

Gambar 4.4 Jejak uji Keausan Perbesaran 100X

Gambar 4.5 Jejak uji Keausan Perbesaran 500X


44

Tugas Akhir

Pembahasan dari data pengujian keausan pada gambar 4.4 dan gambar 4.5 merupakan hasil perhitungan uji keausan piston misubishi L 300 dengan unjuk kerja 14000 km. Dengan hasil perhitungan nilai aus sebagai berikut:

WS

3.5,90 3 8.15.12,64.{600.1000}

=

616.137 1516,8.600000

=

616.137 =0.000000667 mm 2 / kg 910080000 Piston Mitsubishi L300 denngan unjuk kerja 14000 km nilai keausanya

sebesar 667.10-7 mm2/kg.

4.1.4 Data Hasil Pengujian Kekerasan Dengan menggunakan mesin uji Hardness Vickerc ( HV ). Dan untuk perhitungannya memakai rumus sebagai berikut :

HV

1,854.( P.1000) {Kgf / mm 2 } d2

Dimana : P

= Beban yang digunakan ( Kgf )

D1

= Panjang diagonal pertama ( mm )

D2

= Panjang diagonal kedua ( mm )


45

Tugas Akhir

d2

= Panjang diagonal rata-rata ( mm )

HV

= Hardness Vickers

Sampel untuk piston Mitsubhisi L 300.

Gambar 4.6 Jejak Kekerasan perbesaran 100X

Titik Pertama : HV

1,854.(300.1000) (70) 2

556,200 4900 113,5{Kgf / mm 2 }


46

Tugas Akhir

Titik Kedua :

HV

1,854.(300.1000) (71) 2

556,200 5041 110,3{Kgf / mm 2 }

Titik ketiga : HV

1,854.(300.1000) (70) 2

556,200 4900 113,5{Kgf / mm 2 }

Titik keempat : HV

1,854.(300.1000) (72) 2

556,200 5184 107,2{Kgf / mm 2 }

Titik kelima : HV

1,854.(300.1000) (70) 2

556,200 4900 113,5{Kgf / mm 2 }


47

Tugas Akhir

Setelah didapatkan hasil pertitik maka hasil Hardness Vickers ( HV ) dijumlahkan kemudian dibagi lima titik maka didapatkan nilai kekerasan rata-rata. Lihat tabel 4.2. Berikut ini tabel hasil uji kekerasan dari piston Mithsubishi L300 dengan unjuk kerja 14000 km : Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Kekerasan Piston Mithsubisi L300 dengan unjuk kerja 14000 km. Titik Pengujian

D

Kekerasan ( HV )

1

70

113,5

2

71

110,3

3

70

113,5

4

72

107,2

5

70

113,5

Nilai Kekerasan ( HV ) rata-rata

111,6

Alat uji kekerasan metode Hardness Vickers. Dilabtorium Metalurgy Universitas Indonesia.


48

Tugas Akhir

114 113.5

113.5

113.5

113

112

Kekerasan

111

110.3 110

109

108

107.2 107

106 0

1

2

3

4

5

6

Titik Pengujian

Gambar 4.7 Grafik Uji Kekerasan

Dari hasil pengujian kekerasan metode Vickers dengan beban penekanan 300 gram dan diameter indikator (1.854) diperoleh nilai kekerasan. Nilai kekerasan yang diambil dari piston mitsubhisi L 300 dibagi menjadi lima titik pengujian kekerasan. Nilai kekerasan rata-rata pada pengujian piston mitsubhisi L 300 sebesar HV = 111.6 kgf/mm2. Nilai kekerasan pada pengujian piston mitsubishi L300 dengan unjuk kerja 14000 km diperlukan untuk menghadapi tekanan kompresi yang terjadi pada saat mulai pembakaran. Perbedaan kekerasan pada tiap titik dapat dilihat pada tabel 4.2 dan gambar grafik 4.7.


49

Tugas Akhir

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan Berdasarkan pengujian-pengujian yang telah dilakukan terhadap benda uji. Pispon mitsubhisi L 300 dengan unjuk kerja 14000 km, maka dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Berdasarkan uji komposisi kimia pada piston mitsubhisi L 300 dapat dilihat bahwa jumlah terbesar adalah unsur Al, dimana unsur tersebut sangat mempengaruhi terhadap sifat kekerasan dan koefisien pemuaian bahan piston dan juga jumlah unsur Ni dimana unsur tersebut memberi sifat koefisien pemuaian yang rendah pada bahan piston. Sedangkan usnur Ti berfungsi memperbaiki butiran struktur pada coran bahan piston. Unsur Si dan Cu juga berfungsi saling mengimbangi satu sama lain dan mempunyai keterkaitan terhadap sifat kekerasan pada bahan piston. 2. Dari hasil pengamatan metalografi terlihat pada struktur mikro piston mitsubhisi L 300 memiliki endapan silikon yang lebih besar, dimana terlihat jumlah batas butir relatif lebih sedikit, sehingga kemungkinan terjadinya pergerakan atom dan pergeseran batas butir relatif lebih kecil dan jaga endapan silikon yang relatif besar inilah yang akan memiliki ketahanan deformasi yang lebih baik pada suhu tinggi.


50

Tugas Akhir

3. Dari hasil pengujian keausan terlihat bahwa nilai keausan dari benda uji piston mitsubishi L 300 dengan unjuk kerja 14000 km sebesar 667.10 -7 mm2. 4. Piston mitsubhisi L 300 mempunyai sifat kekerasan yang cukup baik, sifat kekerasan ini dibutuhkan pada piston yang kerjanya menerima tekanan kompresi, pada ruang pembakaran, menerima gesekan ketika bergerak naik turun dan meneruskan tekanan kompresi yang terjadi ke bagian batang piston. 5. Jadi piston produk mitsubhisi L 300 memiliki kualitas yang bagus. Sebab dilihat dari pengujian tersebut didukung karena pada piston mitsubhisi L 300 memiliki komposisi kimia yang terbesar adalah Al dimana unsur silikon mempengaruhi sifat terhadap kekerasan sehingga kekerasannya meningkat dan keuasannya lebih kecil dan didukung dengan struktur mikro yang lebih baik untuk bekerja pada suhu tinggi.

5.2 Saran Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disarankan hal-hal sebagai berikut : Didalam melakukan pengujian sebaiknya setiap sampel harus benar-benar bersih dari kotoran, goresan dan debu guna memperoleh keakuratan dalam hasil pengujian. Pada sampel yang akan diuji sebaiknya diberi tanda agar terjadi kekeliruan material yang akan berpengaruh pada hasil pengujian.


51

DAFTAR PUSTAKA

1. Adnyana, D.N.,

Tinjauan Tentang Proses Pengolahan dan Hubungan

Antara Struktur dengan Sifat Mekanis . 1993. 2. ASM Handbook, Metallography and Microstructures , Volume 9. 3. ASM Handbook, Non Ferrous Alloys and Special Purpose Materials , Volume. 4. Crouse, H. William, Automotive Mechanics , 8th Edition. 5. Harsono, Motor Bakar , Djambatan, Jakarta, 1984. 6. Surdia Tata,

Pengetahuan Bahan Teknik , Cetakan Ketiga, Pradnya

Paramita, Jakarta, 1992. 7. Surdia Tata,

Teknik Pengecoran Logam , Cetakan Ketiga, Pradnya

Paramita, Jakarta, 1992. 8. Van Vlack Lawrence H. Djaprie Sriati,

Ilmu dan Teknologi Bahan ,

Erlangga, Jakarta, 1992. 9. Van Villet J.L.G, Teknologi Untuk Bangunan Mesin , Erlangga, Jakarta, 1984.

ANALISA SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO PADA PISTON MITSUBISHI L 300 DENGAN UNJUK KERJA km

Recommend Documents