BAB III METODE PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian 1. Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan di: a. Laboratorium Logam Politeknik Manufaktur Ceper yang
beralamat di
Batur, Tegalrejo, Ceper, Klaten untuk pembuatan spesimen dan uji komposisi. b. Laboratorium Bahan Teknik, Program Diploma Teknik Mesin, Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada (UGM) yang beralamatkan di Jl. Grafika No. 2 Yogyakarta untuk pengujian kekerasan dan pengujian struktur mikro. 2. Waktu Penelitian Penelitian ini secara keseluruhan dilaksanakan dalam waktu 11 bulan mulai dari pengajuan judul sampai penulisan laporan. Penelitian ini dimulai dari bulan September 2014 sampai bulan 10 Desember 2015. Adapun jadwal pelaksanaan penelitian sebagai berikut: a.
Pengajuan judul
= 14 September 2014
b.
Pembuatan proposal = 17 September 2014 s/d 13 Oktober 2014
c.
Seminar proposal
= 15 Oktober 2014
d.
Revisi proposal
= 27 Oktober 2014 s/d 16 Nopember 2014
e.
Perijinan
= 17 Nopember 2014 s/d 16 Desember 2014
f.
Penelitian
= 1 Juni 2015 s/d 15 Juni 2015
g.
Analisis data
= 15 Juli 2015 s/d 17 September 2015
h.
Penulisan laporan
= 10 Oktober 2015 s/d 10 Desember 2015 B. Rancangan Penelitian
Pada penelitian ini, metode yang digunakan adalah metode eksperimen dan merupakan penelitian deskriptif. Dimana metode eksperimen merupakan penelitian yang dilakukan dengan mengadakan manipulasi terhadap obyek penelitian serta adanya kontrol (Soejanto, 2009). Suatu penelitian eksperimen
32
33 didesain dimana variabel bebas diperlakukan secara terkontrol dan pengaruhnya terhadap variabel terikat dipantau dengan teliti. Penelitian dengan pendekatan eksperimen merupakan suatu penelitian yang berusaha mencari pengaruh variabel tertentu terhadap variabel yang lain dalam kondisi yang terkontrol secara ketat, dan penelitian ini biasanya dilakukan di laboratorium (Sugiyono, 2008:72). Jenis penelitian ini merupakan penelitian deskriptif Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh panambahan unsur magnesium (Mg) pada pengecoran Aluminium terhadap Ketangguhan Impak, tingkat kekerasan dan struktur mikro dengan menggunakan pengujian impak, kekerasan brinell dan struktur mikro, dengan asumsi kekerasan awal dari Aluminium yang digunakan sebelum mengalami perlakuan adalah sama. C. Populasi dan Sampel 1. Populasi Penelitian Menurut Sugiyono pengertian populasi adalah wilayah generalisasi yang terdiri atas: obyek/subyek yang mempunyai kualitas dan karakteristik tertentu yang ditetapkan oleh peneliti untuk dipelajari dan kemudian ditarik kesimpulannya (Sugiyono, 2011:80). Populasi penelitian ini adalah Aluminium cor. 2. Sampel Penelitian Menurut Sugiyono sampel adalah bagian atau jumlah dan karakteritik yang dimiliki oleh populasi tersebut. Bila populasi besar, dan peneliti tidak mungkin mempelajari semua yang ada pada populasi, missal karena keterbatan dana, tenaga dan waktu, maka peneliti akan mengambil sampel dari populasi itu. Apa yang dipelajari dari sampel itu, kesimpulannya akan diberlakukan untuk populasi. Untuk itu sampel yang diambil dari populasi harus betul-betul representative (Sugiyono, 2011). Sampel pada penelitian ini sejumlah 3 buah spesimen hasil pengecoran Aluminium dengan penambahan magnesium (Mg) masing-masing
34 sebesar 2% dan 5% dengan ukuran 25 mm x 25 mm x 25 mm sehingga didapat variasi komposisi yang berbeda-beda pada setiap sampel. D. Teknik Pengambilan Sampel Pengambilan sampel pada penelitian ini didapat dengan cara purposive sample atau sampel bertujuan. Sampel bertujuan dilakukan dengan cara mengambil subjek bukan berdasarkan atas strata, random atau daerah tetapi didasarkan atas adanya tujuan tertentu (Suharsimi Arikunto 2010: 183). Sementara menurut Sugiyono (2009: 85) purposive sample
adalah teknik
penentuan sampel dengan pertimbangan tertentu. E. Pengumpulan Data 1. Identifikasi Variabel Variabel penelitian adalah sebagai objek penelitian, atau apa yang menjadi titik perhatian (Suharsimi Arikunto, 1993:91). Selain itu Sugiyono juga mendefinisikan bahwa variabel penelitian adalah segala sesuatu yang berbentuk apa saja yang ditetapkan oleh peneliti untuk dipelajari, sehingga diperoleh informasi tentang hal tersebut, kemudian ditarik kesimpulannya (Sugiyono, 2008:38). Di dalam variabel terdapat gejala yang mungkin terdiri dari berbagai aspek atau unsur sebagai bagian yang tidak terpisahkan. Dari pengertian di atas secara garis besar variabel dalam penelitian ini ada tiga variabel, yang secara lengkap dapat dijelaskan sebagai berikut: a. Variable Bebas (Variabel Independen) Variabel bebas atau disebut juga variabel independen merupakan variabel yang mempengaruhi atau yang menjadi sebab perubahannya atau timbulnya variabel dependen (terikat) (Sugiyono, 2008: 39), sehingga dapat terjadi bahwa jika variabel bebas berubah, maka akan muncul variabel terikat yang berbeda atau yang lain. Dalam penelitian ini variabel bebasnya adalah penambahan unsur magnesium (Mg). b. Variabel Terikat (Variabel Dependen) Variabel terikat merupakan variabel yang dipengaruhi atau yang menjadi akibat karena adanya variabel bebas (Sugiyono, 2008: 39). Dalam
35 penelitian ini variabel terikatnya adalah Ketangguhan Impak, tingkat kekerasan dan struktur mikro pada pengecoran Aluminium. c. Variabel Kontrol Variabel kontrol adalah himpunan sejumlah gejala yang memiliki berbagai
aspek
atau
unsur
di
dalamnya,
yang
berfungsi
untuk
mengendalikan agar variabel terikat yang muncul bukan karena variabel lain, tetapi benar-benar karena variabel bebas yang tertentu. Pengendalian variabel ini dimaksudkan agar tidak merubah atau menghilangkan variabel bebas yang akan diungkap pengaruhnya. Adapun variabel kontrol pada penelitian ini adalah. 1) Aluminium 2) Suhu peleburan 720 °C ± 10 °C 3) Suhu tuang 720 °C ± 10 °C 4) Pasir cetak 5) Ukuran spesimen 25 mm x 25 mm x 25 mm 2. Instrumen Penelitian Instrumen penelitian terdiri dari bahan dan peralatan yang digunakan dalam proses penelitian. Instrumen penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah: a. Bahan Penelitian 1) Aluminium Aluminium yang digunakan merupakan Aluminium murni dengan komposisi kimia yang telah diketahui sebelumnya. Gambar 3.1 berikut merupakan gambar dari Aluminium yang dijadikan sebagai bahan baku penelitian dan Tabel 3.2 merupakan tabel komposisi kimia dari Aluminium yang digunakan.
36
Gambar 3.1. Velg Aluminium Tabel 3.1. Komposisi Kimia Aluminium yang Digunakan Unsur Al Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn Sn Ti Pb Be Ca Sr V Zr
inium
Persentase kandungan (%) 93.76 5,68 0.106 <0.0500 <0.0200 0.0939 0.0670 <0.0200 0.0107 <0.0500 0.0206 <0.0300 <0.0001 0.0290 0.0546 0.0146 <0.0030
2) Magnesium (Mg) Magnesium (Mg) merupakan unsur yang sengaja ditambahkan pada leburan Aluminium. Penambahan magnesium (Mg) akan meningkatkan nilai kekuatan, kekerasan dan menghaluskan butiran kristal secara efektif pada Aluminium, supaya paduan cepat tercampur magnesium (Mg) yang
37 digunakan berupa serbuk. Gambar serbuk magnesium (Mg) dapat dilihat pada Gambar 3.2 berikut.
Gambar 3.2. Serbuk Magnesium (Mg) 3) Pasir Cetak Pasir cetak merupakan bahan baku dalam membuat cetakan pasir, sebelum pasir cetak siap digunakan pasir terlebih dalulu dicampur dengan bentonit dan air supaya pasir cetak mudah di bentuk. Gambar 3.3 berikut menunjukkan gambar dari pasir cetak.
Gambar 3.3. Pasir Cetak b. Peralatan Penelitian 1) Pola Pola merupakan tiruan dari benda asli yang akan dibuat coran. Pola biasanya dibuat sedikit lebih besar dari benda aslinya untuk mengantisipasi penyusutan dan pengerjaan pemesinan. Untuk Aluminium
38 penyusutan sebesar 6%. Gambar 3.4 berikut menunjukkan gambar dari pola yang digunakan.
Gambar 3.4. Pola 2) Penumbuk Penumbuk merupakan alat bantu untuk memadatkan pasir cetak dengan tujuan memudahkan pasir dibuat pola. Penumbuk dapat terbuat dari kayu maupun besi dengan bentuk yang sesuai. Gambar penumbuk
dapat
dilihat pada Gambar 3.5 berikut.
Gambar 3.5. Penumbuk 3) Thermocouple Thermocouple merupakan alat pengukur suhu yang digunakan pada saat peleburan Aluminium dalam tungku peleburan. Gambar 3.6 merupakan gambar thermocouple.
39
Gambar 3.6. Thermocouple. 4) Dapur Peleburan Dapur peleburan digunakan untuk melebur Velg Sprint 17″ adalah dapur Krus. Bagian dalam dapur terbuat dari batu tahan panas dan bagian luar terbuat dari baja. Dapur peleburan ditunjukkan oleh Gambar 3.7 sebagai berikut.
Gambar 3.7. Dapur Peleburan 5) Panci Tuang / Ladle Panci tuangan (ladle) digunakan untuk memindahkan logam cair dari dapur peleburan dan menuangkannya kedalam cetakan, panci ini dibuat dari baja dengan lapisan tahan panas pada bagian dalamnya. Panci tuangan (ladle) ditunjukkan oleh Gambar 3.8 berikut.
40
Gambar 3.8. Panci Tuangan (Ladle) 6) Kompresor Kompresor merupakan alat yang digunakan untuk membersihkan benda kerja waktu pembongkaran dengan tekanan yang disesuaikan. Gambar 3.9 menunjukkan gambar kompresor.
Gambar 3.9. Kompresor 7) Timbangan Timbangan merupakan alat yang digunakan untuk mengetahui berat Aluminium dan magnesium sebelum dimasukkan ke dalam tungku peleburan. Gambar 3.10 berikut merupakan gambar timbangan yang digunakan.
41
Gambar 3.10. Timbangan 8) Cangkul Cangkul digunakan untuk memindahkan pasir cetak kedalam rangka cetak dan dapat digunakan untuk membongkar cetakan. Gambar cangkul ditunjukkan oleh Gambar 3.11 berikut.
Gambar 3.11. Cangkul 9) Rangka Cetak Rangka cetak digunakan sebagai tempat untuk memadatkan pasir cetak yang kemudian akan dibuat pola. Rangka cetak yang digunakan terbuat dari kayu. Gambar rangka cetak ditunjukkan oleh Gambar 3.12 sebagai berikut.
42
Gambar 3.12. Rangka Cetak 10) Ampelas Ampelas digunakan untuk menghaluskan permukaan spesimen. Proses ini menggunakan kertas ampelas yang berjenjang dimulai dari ampelas yang kasar sampai dengan yang halus. Tingkat kehalusan kertas ampelas ini ditentukan oleh ukuran serbuk silikon karbida yang menempel pada kertas tersebut. Gambar ampelas ditunjukkan oleh Gambar 3.13 berikut.
Gambar 3.13. Ampelas 11) Autosol Autosol digunakan untuk menghilangkan bekas-bekas pengampelasan serta memberikat efek mengkilap pada permukaan spesimen. Gambar 3.14 berikut merupakan gambar dari autosol.
43
Gambar 3.14. Autosol 12) Jangka Sorong Jangka sorong digunakan untuk mengukur dimensi spesimen dengan tujuan memperoleh ukuran spesimen yang sesuai. Gambar 3.15 berikut merupakan gambar dari jangka sorong.
Gambar 3.15. Jangka Sorong 13) Larutan Etsa Spesimen yang sudah selesai diautosol kemudian dicelupkan dalam larutan etsa
yaitu NaOH 50% dengan tujuan memperjelas susunan
struktur mikro pada saat pengujian struktur mikro. Gambar 3.16 berikut merupakan gambar dari larutan etsa yang digunakan untuk Aluminium.
44
Gambar 3.16. Larutan Etsa 14) Peralatan Keselamatan Kerja Peralatan keselamatan kerja digunakan untuk melindungi diri dari kecelakaan kerja atau kejadian yang tidak diinginkan. Peralatan keselamatan yang digunakan ditunjukkan oleh gambar 3.17 berikut.
Gambar 3.17. Peralatan Keselamatan Kerja 15) Alat Uji Komposisi Alat uji komposisi digunakan untuk mengetahui komposisi kimia dari bahan baku yang akan digunakan. Alat uji komposisi yang digunakan adalah Spectrometer
Metal Scan Merk Arun Technologi Type 2500
Series tahun 2005. Gambar 3.18 menunjukkan gambar Spectrometer Metal Scan Merk Arun Technologi Type 2500 Series tahun 2005.
45
Gambar 3.18. Spectrometer Metal Scan Merk Arun Technologi Type 2500 Series Tahun 2005. 16) Alat Uji Kekerasan Alat uji kekerasan digunakan untuk mengetahui tingkat kekerasan dari spesimen yang dihasilkan. Metode pengujian yang digunakan adalah metode pengujian kekerasan Brinell dengan menggunakan alat Universal Hardness Tester. Universal Hardness Tester ditunjukkan oleh Gambar 3.19 berikut.
Gambar 3.19. Universal Hardness Tester 17) Alat Uji Struktur Mikro Alat uji struktur mikro digunakan untuk mengetahui struktur mikro dari spesimen yang dihasilkan. Alat uji struktur mikro yang digunakan adalah
46 Metallurgical Microscop With Inverted (Olympus PME). Metallurgical Microscop With Inverted (Olympus PME) ditunjukkan oleh Gambar 3.20 berikut.
Gambar 3.20. Metallurgical Microscop With Inverted (Olympus PME)
F. Desain Eksperimen Desain eksperimen adalah suatu rancangan percobaan dengan setiap langkah tindakan yang terdefinisikan, sehingga informasi yang berhubungan dengan atau diperlukan untuk persoalan yang akan diteliti dapat dikumpulkan secara faktual. Dengan kata lain, desain sebuah eksperimen merupakan langkalangkah lengkap yang perlu diambil jauh sebelum eksperimen dilakukan agar data yang semestinya diperlukan dapat diperoleh. Penelitian ini menggunakan desain eksperimen faktorial, pada penelitian ini terdapat satu variabel bebas yang kemudian pada desain eksperimen ini disebut faktor. Faktor tersebut adalah variasi penambahan unsur magnesium (Mg) yang terdiri dari tiga taraf, yaitu penambahan unsur komposisi unsur magnesium (Mg) sebesar 2%, dan 5% dengan bentuk spesimen berukuran 25 mm x 25 mm x 25 mm seperti pada Gambar 3.21. Dengan demikian terdapat empat kombinasi
47 perlakuan yang berbeda. Desain eksperimen penelitian dapat dilihat pada Tabel 3.3 berikut. Tabel 3.2. Desain Eksperimen Penelitian No
Bahan Aluminium
1
Faktor (Penambahan Unsur Magnesium) Velg Aluminium (Al5,68 Si) (Raw material)
Aluminium 2
2% Aluminium
3
5%
Pengujian yang Dilakukan Ketangguhan Impak, Kekerasan brinell dan Struktur Mikro Ketangguhan Impak, Kekerasan brinell dan Struktur Mikro Ketangguhan Impak, Kekerasan brinell dan Struktur Mikro
Gambar 3.21. Bentuk dan Ukuran Spesimen Uji Brinell dan Struktur Mikro
Gambar 3.22. Bentuk dan Ukuran Spesimen Uji Impact
48 G. Pelaksanaan Penelitian 1.
Diagram Alir Penelitian Tahap eksperimen pada penelitian ini dapat digambarkan oleh diagram alir eksperimen sebagai berikut: Mulai
Studi Literatur Menyiapkan Alat dan Bahan Membuat Cetakan (Mold)
Peleburan Aluminium dengan Penambahan Unsur Magnesium (Mg) Sebesar 2%
Peleburan Aluminium Velg Aluminium (Al5,68 Si)
Peleburan Aluminium dengan Penambahan Unsur Magnesium (Mg) Sebesar 5%
Proses Pengecoran Aluminium Persiapan Spesimen Untuk Diuji
Pengamatan Struktur Mikro
Uji Ketangguhan Impak
Hasil Pengujian Analisis Data dan Pembahasan Kesimpulan Selesai
Gambar 3.23. Diagram Alir Penelitian
Uji Kekerasan
49 2.
Urutan Langkah Penelitian Sebelum penelitian dimulai terlebih dahulu dilakukan pengujian komposisi kimia terhadap Aluminium yang akan digunakan. Setelah uji komposisi kimia dilakukan barulah proses pengecoran logam dapat dimulai untuk menghasilkan spesimen yang diinginkan, kemudian dapat dilakukan pengujian terhadap spesimen yang dihasilkan. Urutan penelitian yang akan dilakukan adalah: a. Mempersiapkan pekerjaan pengecoran. b. Membuat cetakan dengan ukuran 25 mm x 25 mm x 25 mm. c. Melebur material pada tungku peleburan berkapasitas 10 kg pada suhu 720 °C ± 10 °C kemudian melakukan variasi penambahan komposisi unsur magnesium (Mg) sebesar 2% dan 5%. d. Melakukan penuangan logam cair pada cetakan yang sudah dibuat. e. Melakukan pembongkaran cetakan. f. Mengulangi langkah “b” sampai langkah “e” sebanyak dua kali dengan penambahan komposisi unsur magnesium sebesar (Mg) 2% dan 5% pada tiap-tiap leburan. g. Membersihkan material coran dari pasir cetak. h. Memisahkan material coran dengan sisa coran yang tidak diinginkan. i. Melakukan persiapan pengujian Ketangguhan Impak,tingkat kekerasan dan struktur mikro. j. Melakukan pengamatan dibawah mikroskop optic, pengujian impact dan melakukan pengujian kekerasan Brinell dengan alat uji kekerasan. k. Menyajikan data dan melakukan analisa data. l. Kesimpulan.
50 H. Analisis Data Analisis data diartikan sebagai upaya mengolah data menjadi informasi, sehingga karakteristik atau sifat-sifat data tersebut dapat dengan mudah dipahami dan bermanfaat untuk menjawab masalah-masalah yang berkaitan dengan kegiatan penelitian Salah satu bagian terpenting dalam suatu penelitian adalah melakukan kegiatan analisis terhadap data-data yang sudah terkumpul. Teknik analisis data yang dipakai dalam penelitian ini menggunakan data diskriptif yang dilakukan dengan cara melukiskan dan merangkum hasil pengamatan dari hasil penelitian yang dilakukan. Data yang dihasilkan digambarkan dengan histogram dan grafik sehingga lebih mudah untuk dibaca. Analisis data hasil pengujian variasi penambahan unsur magnesium (Mg) yang dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut. 1. Analisis Pengujian Impact Beberapa bahan dapat tiba-tiba menjadi getas dan patah karena perubahan temperatur dan laju regangan, walaupun pada dasarnya logam tersebut liat. Gejala ini biasa disebut transisi liat getas, yang merupakan hal penting ditinjau dari penggunaan praktis bahan (Surdia dan Saito, 1995). Pengujian impact charpy banyak dipergunakan untuk menentukan kualitas bahan. Batang uji dengan takikan 2 mm V notch, paling banyak dipakai. Di samping itu lebih dari 30 jenis batang uji diusulkan termasuk jenis yang memancing retak lelah. Pada pengujian kali ini akan dipergunakan batang uji berbentuk bulat berdiameter 8 mm dengan takikan bentuk V (V notch). Pengujian impact charpy dilakukan untuk mengetahui sifat liat dari bahan yang ditentukan dari banyaknya energi yang dibutuhkan untuk mematahkan batang uji dengan sekali pukul. Ketangguhan Impak (KI) =
51 2. Analisis Pengujian Kekerasan Brinell Uji kekerasan logam bertujuan untuk mengetahui angka kekerasan logam tersebut. Nilai kekerasan Aluminium diukur dengan metode kekerasan Brinnell, terdapat 3 buah spesimen hasil pengecoran Aluminium dengan penambahan unsur magnesium (Mg) masing-masing sebesar 2%, dan 5% dengan berukuran 25 mm x 25 mm x 25 mm. Masing-masing spesimen akan mengalami uji kekerasan sebanyak 3 kali pada bagian yang berbeda yang telah ditetapkan sebelumnya. Kemudian setelah dilakukan pengujian kekerasan pada semua spesimen hasilnya akan dirata-rata untuk menghindari kesalahan dalam pengujian.Sebagai acuan tingkat kekerasan dari masing-masing spesimen maka digunakanlah Velg Aluminium (Al-5,68 Si) (Raw material) sebagai pembandingnya. Uji kekerasan Brinell digunakan untuk menentukan nilai kekerasan dengan melihat seberapa jauh bahan tersebut dapat menahan beban yang diberikan pada setiap satuan luas penampang (mm2) bidang benda uji (test piece) yang kita lakukan. Dengan indentor yang berbentuk bola maka indentasi yang terbentuk pada permukaan benda uji (test piece) akan berbentuk tembereng, jadi bidang yang menahan beban tersebut ialah sebuah tembereng lingkaran dengan ukuran diameter bola baja (D), ukuran bekas penekanan relative kecil sehingga tidak menimbulkan kerusakan pada benda uji tersebut. Pemilihan indentor disesuaikan dengan spesifikasi alat yang digunakan, pada pengujian ini menggunakan indentor berdiameter (D) 2.5 mm dengan perbandingan konstanta 5D2, dengan demikian beban yang diberikan oleh indentor terhadap masing-masing spesimen sebesar 31.5 kgf dengan lama penekanan selama 5 detik dengan alat Universal Hardness Tester. 3. Analisis Struktur Mikro Pada analisis struktur mikro Aluminium cor menggunakan alat pengamat struktur mikro yaitu Metallurgical Microscop With Inverted (Olympus PME). Manfaat dari analisi ini adalah untuk mempelajari hubungan antara sifat-sifat bahan dengan struktur dan cacat pada bahan, memperkirakan sifat bahan jika hubungan tersebut sudah diketahui. Pemeriksaan struktur mikro
52 memberikan informasi tentang, ukuran butir dan banyaknya bagian struktur yang berbeda. Hasil pengujian struktur mikro akan menunjukkan struktur mikro dari masing-masing spesimen, dengan membandingkan struktur mikro dari masing-masing spesimen dapat kita lihat perbandingkan ukuran butir masing-masing spesimen tersebut. Sebagai acuan besaran butir dari masingmasing spesimen maka digunakanlah Velg Aluminium (Al-5,68 Si) (Raw material) sebagai pembandingnya
