ANALISA SIFAT MEKANIK PROPELLER KAPAL BERBAHAN DASAR ALUMINIUM DENGAN PENAMBAHAN UNSUR Cu Ricky Eko Prasetiyo1, Mustaqim2, Drajat Samyono3 1. Mahasiswa, Fakultas Teknik Universitas Pancasakti Tegal 2. Staf Pengajar, Fakultas Teknik Universitas Pancasakti Tegal 3. Staf Pengajar, Fakultas Teknik Universitas Pancasakti Tegal Kontak Person Ricky Eko Prasetiyo Jl. Gemahsari, Ds. Pekiringan Kab. Tegal. Kode Pos: 52193 Telp: 085799770210, E-mail:
[email protected]
Abstrak Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan unsur Cu (8%, 10%, 12%) pada propeller kapal berbahan dasar Al terhadap nilai kekerasan dan kekuatan tarik. Pengujian dilakukan dengan memadukan aluminium bekas (bahan dari baling-baling kapal) dengan beberapa variasi (aluminium bekas + 0%Cu), (8%Cu), (10%Cu) dan (12%Cu), unsur penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh penambahan unsur Cu terhadap sifat mekanis, yang mana akan dikenai uji komposisi, uji kekerasan dan uji kekuatan tarik. Hasil pengujian dari proses pengecoran material aluminium dengan variasi penambahan unsur Cu menunjukan nilai kekerasan tertinggi sebesar 38,72 kg/mm2 (HB) dan nilai kekerasan terendah sebesar 38,43 kg/mm2 (HB), sedangkan nilai kekuatan tarik tertinggi sebesar 208,1 N/mm2 dan nilai kekuatan tarik terendah sebesar 155,04 N/mm2. Kata kunci: Aluminium, pengecoran, paduan, kekerasan, kekuatan tarik
PENDAHULUAN Permasalahan yang sering terjadi pada propeller kapal umumnya dikarenakan oleh benturan antara daun baling-baling dengan benda keras (misalnya balok kayu, batu atau besi), kavitasi (Cavitasi) fenomena penguapan air karena penurunan ekstrim tekanan pada daun baling-baling (fenomena ini menyebabkan cekungan-cekungan kecil pada permukaan daun baling-baling), faktor usia (mengakibatkan baling-baling menjadi rentan sehingga mudah patah, dalam bentuk retakan, cavitasi bakan patah). Permintaan pasar akan produk propeller kapal yang banyak tidak di imbangi dengan peningkatan kualitas produk, seperti yang terjadi pada UD. Jaya Baru Kebasen Tegal. UD. Jaya Baru merupakan industri kecil
Volume 13 No. 2 Oktober 2016
yang bergerak dibidang pengecoran logam. Salah satu produk pengecoran yang dibuat adalah propeller kapal dengan menggunakan material aluminium bekas seperti pelek, panci, tutup blok mesin bekas. Peningkatan kualitas produk menjadi prioritas utama dalam upaya meningkatan daya saing di pasar domestik maupun global. Kualitas propeller kapal sangat di tentukan oleh sifat mekanisnya, salah satu upaya untuk memperbaiki sifat mmekanisnya yaitu dengan penambahan unsur-unsur paduan ke dalam aluminium. Unsur paduan tersebut dapat berupa tembaga (Cu), mangan (Mn), silicon (Si), magnesium (Mg), seng (Zn) dan lain sebagainya. (Tata dan Saito, 2013). Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan unsur Cu
11
(8%, 10%, 12%) pada propeller kapal berbahan dasar Al terhadap nilai kekerasan dan kekuatan tarik. Manfaat penelitian ini adalah: pertama, dapat menjadi masukan bagi industri-industri kecil atau UKM dalam pembuatan propeller kapal berbasis material aluminium bekas. Kedua, membantu dalam usaha mendapatkan kekuatan tarik serta tingkat kekerasan pada paduan aluminium yang sesuai dengan kebutuhan melalui variasi penambahan unsur Cu. Pengecoran Pengecoran adalah suatu proses manufaktur yang menggunakan logam cair dan cetakan untuk menghasilkan bagian dengan bentuk yang mendekati bentuk geometri akhir produk jadi. Logam cair akan dituangkan atau ditekan ke dalam cetakan yang memiliki rongga sesuai dengan bentuk yang diinginkan setelah logam cair memenuhi rongga dan kembali ke bentuk padat, selanjutnya cetakan dipisahkan dan hasil coran dapat digunakan untuk proses sekunder. Cetakan Logam Cetakan logam merupakan cetakan yang dapat memberikan hasil coran dengan ketelitian ukuran coran yang sangat baik kalau dibanding pengecoran dengan cetakan pasir dan memiliki permukaan coran yang halus, menghasilkan struktur yang rapat serta sifat mekanis dan sifat tahan tekanan yang sangat baik. Secara metalurgi pengaruh pendinginan cetakan logam menghasilkan logam coran dengan butir-butir yang halus, sehingga memberikan kekuatan maksimum, hal ini karena semakin cepat pendinginannya maka semakin halus butir kristal dendrit sehingga semakin kuat baik kekerasan maupun kekuatan tariknya. Disamping itu kekurangan dari cetakan logam adalah tidak sesuai dengan jumlah produksi yang kecil karena biaya produksi yang mahal, sukar untuk membuat coran yang berbentuk rumit, pembutan cetakan logam sukar dan mahal,
12
ukuran benda kerja terbatas, serta tidak dapat dipakai untuk pengecoran baja. Bahan yang lazim dipakai untuk pola logam adalah besi cor. Biasanya dipakai besi cor kelabu karena sangat tahan aus, tahan panas, dan tidak mahal. Pola logam dipergunakan agar dapat menjaga ketelitian ukuran benda coran, termasuk masa produksinya. Bila dibandingkan dengan pola kayu, pola logam lebih lama pembuatannya dan sulit dibetuk. Aluminium Aluminium adalah logam yang sangat ringan (berat jenis aluminium 2.56 atau 1/3 berat jenis tembaga). Tahanan jenis 2.8 x 10 8 atau 1.25 x tahanan tembaga. Sifat tahan tarik maksimum dalam keadaaan dingin dingin 17 – 20 kg/mm2. Aluminium tidak baik untuk dipatri, tetapi dapat dilas. Sayangnya, karena las itu tegangan tariknya menjadi turun oleh panas yang timbul. Oleh karena itu hantaran teganagan aluminium dengan sambungan patri atau las harus diberi jepitan. Titik cair aluminium 660 °C dan titik didihnya 1800 °C. untuk bahan penghantar kemurniannya mencapai 99,5% dan sisanya terdiri dari unsure besi, silicon, dan tembaga. Aluminium murni sangat lemah dan lunak. Untuk menambah kekauatan biasanya dibuat dengan logam campuran. (Sumanto, 1994). Tembaga (Cu) Tembaga merupakan salah satu logam yang paling penting di dunia dan diolah dalam keadaan murni, dalam bentuk campuran-campuran dan sebagai elemen tambahan untuk mengubah sifat dari logam yang lain. Tembaga adalah logam yang mempunyai sifat lunak dan liat, penghantar panas dan listrik yang baik, memiliki kesiapan untuk membentuk campurancampuran, lebih merata pada waktu pendinginan, dapat dikerjakan dalam keadaan panas maupun dingin, memiliki ketahanan terhadap efek-efek korosi dari udara melalui formasi dari suatu lapisan oksida karena terjadinya lapisan pelindung yang berwarna hijau, yaitu
Volume 13 No. 2 Oktober 2016
CuSO4.3Cu(OH)2, oleh sebab itu tembaga sangat berguna untuk pengerjaan perubahan bentuk dan antara lain dipergunakan untuk gelang paking. Kekuatan tarik tembaga kirakira 200 N/mm2 lebih dari logam yang lain, tembaga mempunyai kekuatan-tarik yang lebih besar pada suhu yang lebih rendah. Pengujian Kekerasan Pada penelitian ini peneliti menggunakan pengujian kekerasan Brinell, pengujian kekerasan dengan metode Brinell bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap bola baja (identor) yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut (spesimen). Idealnya, pengujian Brinell diperuntukkan untuk material yang memiliki permukaan yang kasar dengan uji kekuatan berkisar 500-3000 kgf. Idensor (bola baja) biasanya telah dikeraskan dan diplating ataupun terbuat dari bahan Karbida Tungsten. Uji kekerasan Brinell dirumuskan dengan: Dimana: D d P HB
= = = =
Diameter penetrator (mm) Diameter injakan penetrator (mm) Beban yang menekan (kg) Brinell Result (HB)
Pengujian Tarik Kekuatan tarik adalah salah satu uji stress-strain mekanik yang bertujuan untuk mengetahui kekuatan bahan terhadap gaya tarik. Dalam pengujiannya, bahan uji ditarik nyampe putus. Banyak hal yang dapat kita pelajari dari hasil uji tarik. Biasanya yang menjadi fokus perhatian adalah kemampuan maksimum bahan tersebut dalam menahan beban tarik. Kemampuan ini biasanya disebut “Ultimate Tensile Strength” dalam bahasa indonesia disebut kekuatan tarik maksimum. Tegangan normal tersebut akibat beban tekan statik dapat ditentukan berdasarkan persamaan:
Volume 13 No. 2 Oktober 2016
Dimana: t = tegangan normal akibat beban tarik statik (N/m2) P = beban tarik (N) A0 = luas penampang patah (m2)
METODE PENELITIAN Metode penelitian yang digunakan adalah metode eksperimen (uji coba langsung), dimana dalam penelitian ini akan memadukan aluminium bekas (bahan dari baling-baling kapal) dengan beberapa variasi (aluminium bekas + 0%Cu), (8%Cu), (10%Cu) dan (12%Cu), penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh penambahan unsur Cu terhadap sifat mekanis, yang mana akan dikenai uji komposisi, uji kekerasan dan uji kekuatan tarik. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Uji Komposisi Uji komposisi dilakukan untuk mengetahui presentase unsur kimia yang terkandung dalam spesimen. Setiap spesimen diuji untuk mengetahui homogenitas material Al yang ditambahkan dengan material Cu dalam proses cor. Hasil uji komposisi tersebut tertera pada tabel di bawah ini: Uns ur Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn Ti Bi
Al+0% Cu 8,1 0,67 0,95 0,12 0,09 0,04 0,09 0,75 0,08 0,01
Komposisi (%) Al+8% Al+10% Cu Cu 8,09 8,09 0,66 0,65 8,93 10,93 0,10 0,11 0,07 0,08 0,02 0,02 0,08 0,08 0,73 0,70 0,06 0,06 0,01 0,01
Al+12 %Cu 8,08 0,66 12,94 0,10 0,08 0,02 0,07 0,72 0,06 0,01
13
Ga Pb Sn Al
0,01 0,05 0,02 89,2
0,01 0,05 0,01 81,1
0,01 0,05 0,02 79,2
0,01 0,05 0,02 77,1
Uji Kekerasan Pengujian kekerasan menghasilkan data dari nilai kekerasan 4 kondisi sampel, yaitu pada spesimen aluminium dan variasi penambahan unsur Cu (8%, 10%, 12%). Parameter yang diperoleh dari uji kekerasan ini adalah kekerasan dalam satuan HB. Hasil uji kekerasan tersebut tertera pada tabel di bawah ini: Variasi Unsur Cu Raw material Al+8%Cu Al+10%Cu Al+12%Cu
Rata-rata Hasil Kekerasan Brinell (Kg/mm2) 38,43 38,7 38,52 38,43
Uji Kekuatan Tarik Untuk bahan penelitian menggunakan Cu-Zn-Sn dengan presentase penambahan yang mana akan dianalisa sifat mekaniknya, dalam hal ini adalah sifat kekuatan tariknya. Hasil uji kekuatan tarik tersebut tertera pada tabel di bawah ini: Variasi Unsur Cu Raw material Al+8%Cu Al+10%Cu Al+12%Cu
14
Rata-rata Hasil Kekuatan Tarik (N/mm2) 161,38 208,10 161,16 155,04
PEMBAHASAN Uji Kekerasan Dari hasil pengujian kekerasan diperoleh hasil kekerasan rata-rata seperti pada tabel 4.2 dan grafik 4.1, dimana nilai setiap spesimennya, yaitu: raw material sebesar 38,43 kg/mm2 (HB), Al+8%Cu sebesar 38,72 kg/mm2 (HB) terjadi peningkatan dari raw material sebesar 0,29 kg/mm2 (HB), Al+10%Cu sebesar 38,52 kg/mm2 (HB) terjadi kenaikan sebesar 0,09 kg/mm2 (HB), Al+12%Cu mempunyai ratarata nilai yang sama dengan raw material yaitu sebesar 38,43 kg/mm2 (HB) sehingga nilai kekerasan tertinggi terdapat pada spesimen Al+8%Cu dan nilai kekerasan terendah terdapat pada spesimen raw materil dan Al+12%Cu. Unsur Cu melebihi 8% pada paduan aluminiuum mengalami penurunan pada nilai kekerasan. Dalam pengujian ini tidak ada perbedaan pengaruh yang signifikan antara variasi penambahan tembaga (Cu) terhadap tingkat kekerasan paduan alumunium, dikarnakan faktor-faktor sebagai berikut: a. Pencampuran yang tidak merata, berat jenis tembaga yang lebih berat dari aluminium menyebabkan saat proses penuangan tembaga berada dibawah aluminium dan permukaan diatas yang dikenai uji kekerasan. b. Proses Penuangan, jarak antara dapur dengan cetakan mempengarui suhu tuang, dimana logam cair akan mengeras
Volume 13 No. 2 Oktober 2016
sebelum penuangan karna jarak dapur dengan cetakan terlampau jauh. c. Proses pengadukan, saat logam mulai cair keduanya tidak tercampur dengan sendirinya maka dari itu proses pengadukan sangat menentukan pencampuran yang merata dan permukaan hasil cor. d. Material yang digukan, bahan bekas akan mengalami penurunan kekerasan jika dicor ulang. Uji Kekuatan Tarik Dari hasil pengujian kekuatan tarik diperoleh hasil rata-rata seperti pada tabel 4.3 dan grafik 4.2, dimana nilai setiap spesimennya, yaitu: raw material sebesar 161,38 N/mm2, Al+8%Cu sebesar 208,1 N/mm2 terjadi kenaikan sebesar 46,62 N/mm2, Al+10%Cu sebesar 161,16 N/mm2 terjadi penurunan sebesar 0,22 N/mm2, Al+12%Cu sebesar 155,04 N/mm2 terjadi penurunan sebesar 6,34 N/mm2 sehingga nilai kekuatan tarik tertinggi terdapat pada spesimen Al+8%Cu yaitu sebesar 208,1 N/mm2, sedangkan nilai kekuatan terendah terdapat pada spesimen Al+12%Cu yaitu sebesar 155,04 N/mm2. Unsur Cu melebihi 8% pada paduan aluminiuum mengalami penurunan pada nilai kekuatan tarik. Dalam pengujian ini ada perbedaan pengaruh yang signifikan antara variasi penambahan tembaga (Cu) terhadap nilai kekuatan tarik paduan alumunium. Hal ini dapat dilihat pada hasil uji kekuatan tarik dimana hasil tertinggi terdapat pada spesimen Al+8%Cu dengan nilai 208,1 N/mm2 mempunyai selisih nilai dengan spesimen raw material sebesar 46,62 N/mm2. KESIMPULAN Dari pengolahan data dan analisa dapat dihasilkan kesimpulan sebagai berikut : a. Dari hasil proses pengecoran material aluminium dengan variasi penambahan unsur Cu, menunjukan nilai kekerasan tertinggi sebesar 38,72 kg/mm2 (HB) dan nilai kekerasan terendah sebesar 38,43 kg/mm2 (HB), sedangkan nilai kekuatan
Volume 13 No. 2 Oktober 2016
tarik tertinggi sebesar 208,1 N/mm2 dan nilai kekuatan tarik terendah sebesar 155,04 N/mm2. b. Penambahan Unsur Cu melebihi 8% mengalami penurunan terhadap nilai kekerasan dan kekuatan tarik, sehingga penambahan unsur Cu idealnya 8% dan yang paling bagus untuk digunakan sebagai propreller kapal pada kondisi penambahan Al+8%Cu. DAFTAR PUSTAKA Latief, 2008, Pengaruh Logam dan Sifat Mekanikanya. Angkasa Bandung. Lawrence H. Van Vlack dan Sriati Djaprie, 1985, Ilmu dan Teknologi Bahan. Erlangga, Jakarta. Harmanto Sri, 2013, Pengaruh Temperatur Penuangan Terhadap Porositas pada Cetakan Logam dengan Bahan Aluminium Bekas. Jurnal Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang, Semarang. Nur Aziz , 2012, Analisis Sifat Fisis dan Mekanis Aluminium Paduan Al-Si-Cu dengan Menggunakan Cetakan Pasir. (Skripsi). Surakarta: Universitas Muhammadiyah Surakarta. Raharjo Samsudi, 2011, Analisa Pengaruh Pengecoran Ulang Terhadap Sifat Mekanik Paduan Alumunium ADC 12. Jurnal Teknik Mesin Universitas Wahid hasyim Semarang, Semarang. Setyawan, S. 2006, Pengaruh Variasi Penambahan Unsur Tembaga (Cu) dan Jenis cetakan Pada Proses Pengecoran Terhadap Tingkat Kekerasan Pada Aluminium Silikon (Al-Si). (skripsi). Surakarta: Universitas Sebelas Maret. Setiawan Hera, 2014, Pengujian Kekerasan dan Komposisi Produk Cor Propeller Aluminium. Jurnal Teknik Mesin Universitas Wahid Hasyim, Semarang. Soeparno dan Aladin, 2014, Analisa Kekerasan Al-Cu dengan Variasi prosentase Paduan Cu pada Proses Pengecoran dengan Penambahan Serbuk Degasser. Jurnal Flywheel,
15
Volume 9, Nomor 1, Juni 2014. Malang. Sugiyono, 2006, Metodologi Penelitian Dalam Sebuah penelitian. Angkasa, Bandung.
16
Tata
Surdia, Shinroku Saito. 2013. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta: Pradya Paramita. Tata Surdia, Kenji Chijiwa. 2013. Teknik Pengecoran Logam. Jakarta: Pradnya Paramita
Volume 13 No. 2 Oktober 2016
