BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Hasil penelitian dan pembahasan yang akan diuraikan meliputi : karakterisasi piston original Daiatsu Hi-Jet 1000, identifikasi kualitas hasil peleburan piston bekas, dan pengaruh komposisi campuran komposit dengan tekanan konstan. 4.1 Karakterisasi dan Sifat Mekanik Material Piston Daihatsu HiJet-1000 Penelitian ini studi awal dalam rangka untuk membuat piston Daihatsu dengan menggunakan bahan limbah piston bekas dimulai dengan melakukan studi karakterisasi material piston Daihatsu Hi-Jet 1000. Tujuan studi karekterisasi material piston Daihatsu Hi-Jet 1000 adalah untuk mendapatkan data-data yang berkaitan dengan kondisi dan sifat meterial piston Daihatsu asli. Data – data yang diperoleh dari studi karakterisasi material piston asli Daihatsu Hi-Jet 1000 tersebut selanjutnya digunakan sebagai bahan acuan dalam membuat piston baru dengan bahan limbah piston bekas. Hasil yang diperoleh dari studi karakterisasi material piston Daihatsu Hi-Jet 1000 adalah sebagai berikut ini:
4.1.1 Kekerasan material piston Daihatsu HiJet-1000 Hasil pengujian kekerasan material piston asli Daihatsu Hi-Jet 1000 didapatkan hasil seperti pada Tabel 4.1 berikut ini. Dari uji kekerasan material piston Daihatsu Hi-Jet 1000 didapatkan harga kekerasan sebesar 76 HRB. Tabel 4.1 Nilai kekerasan Rockwell B material piston Daihatsu Hi-Jet 1000 ̅̅̅̅̅
No
Nilai Kekerasan HRB
1
76,50
0,25
2
75,00
1
3
78,00
4
4
74,00
4
5
76,50
0,25
Total
̅̅̅̅̅=76,0
9,5
54
4.1.2 Komposisi kimia material piston asli Daihatsu Hi-Jet-1000 Hasil uji komposisi kimia menunjukkan bahwa material piston Daihatsu Hi-Jet 1000 mempunyai paduan unsur utama 84,19 % Al dan 10,7% Si . Adapun hasil lengkap pengujian komposisi material piston Daihatsu Hi-Jet-1000 disajikan pada Tabel 4.2 dan Lampiran. Tabel 4.2 Hasil uji komposisi kimia material piston Daihatsu Hi-Jet-1000 Unsur
persentase
Deviasi
Al
84,19
0,8298
Si
10,7
0,807
Fe
0,465
0,0504
Cu
0,981
0,0830
Mn
0,0410
0,0057
Mg
1,15
0,136
Cr
0,0318
0,0039
Ni
2,29
0,238
Zn
0,00
0,00
Sn
0,016
0,000
Ti
0,0784
0,0049
Pb
0,0007
0,000
Be
0,00
0,000
Ca
0,0162
0,0026
Sr
0,00
0,00
V
0,0070
0,00
Material piston Daihatsu Hi-Jet 1000 dengan paduan komposisi kimia dapat dikelompokkan kedalam paduan aluminium AA.333.0 (ASM Vol 15, 1998). Paduan aluminium AA.333.0 merupakan paduan aluminium yang digunakan untuk komponen-komponen otomotif seperti piston. Dimana paduan aluminium AA.333.0 atau JIS AC8B mempunyai komposisi kimia dan sifat mekanis yang diperlihatkan pada Tabel 4.3 dan Tabel 4.4.
55
Tabel 4.3 Komposisi paduan AA. 333.0 Paduan
Si
Fe
Cu
1,0 AA.333.0 8-10 AC8B 8,5-10,5 < 1
Mn
Mg
3-4 0,5 0,05-0,5 2,0-4,0 < 0,5 0,5 – 1,5
Cr -
Ni
Zn
0,5 <0,1 0,1<1 <0,5
Tabel 4.4 Sifat mekanik paduan AA. 333.0
Alloy
333.0
Ultimate tensile Temper strength MPa ksi T6
290
42
0.2% offset yield stenth MPa
ksi
Elongation in 50mm (2in),%
207
30
1,5
Hardness (HB)
(HRB)
105
67
4.1.3 Strukturmikro material piston Daihatsu Hi-Jet 1000 Hasil pengujian struktur mikro pada material piston Daihatsu Hi-Jet-1000 ditunjukan pada Gambar 4.1. Unsur Si berbentuk seperti serpihan memanjang dan tersebar merata dan unsur Al berwarna putih.
Si
Al
Gambar 4.1 Struktur mikro material piston Daihatsu Hi-Jet 1000 dengan perbesaran mikroskop 1000X.
56
4.2 Kualitas Hasil Peleburan Piston Bekas 4.2.1 Hasil identifikasi kualitas hasil peleburan piston bekas Pada tahapan ini, untuk mengetahui kualitas material hasil peleburan limbah piston bekas, dilakukan 2x peleburan. Limbah piston bekas yang digunakan adalah piston bekas kendaraan bensin dari bermacam – macam merek. Setelah dilakukan pengecoran terhadap limbah material piston kemudian dilakukan pengujian kekerasan, komposisi dan struktur mikro. Hasil pengujian tersebut adalah sebagai berikut ini: a.
Kekerasan hasil pengecoran material limbah piston bekas Hasil pengujian kekerasan untuk mengetahui kualitas pengecoran limbah
piston bekas dihasilkan data seperti pada Tabel 4.5 berikut Tabel 4.5 Nilai pengujian kekerasan Rockwell B material limbah piston bekas PENGECORAN I No
Nilai Kekerasan
PENGECORAN II ̅̅̅̅̅
Nilai Kekerasan
HRB
̅̅̅̅̅
HRB
1
53,00
6,76
50,00
0,01
2
48,50
3,61
46,50
10,89
3
50,00
0,16
51,00
1,21
4
51,00
0,36
48,00
3,61
5
49,50
0,90
54,00
16,81
̅̅̅̅̅=50,4
11,79
̅̅̅̅̅=49,9
32,53
Total
b. Komposisi kimia hasil pengecoran material limbah piston bekas Hasil pengujian komposisi kimia untuk mengetahui kualitas pengecoran limbah piston bekas dihasilkan data seperti pada Tabel 4.6 berikut Tabel 4.6 Hasil uji komposisi material limbah piston bekas Paduan
Al
Si
Pengecoran I 86,27 7,98
Fe
1,50
Cu
Mn
Mg
Cr
Ni
Zn
1,40 0,421 0,954 0,0784 0,694 0,922
Pengecoran II 87,82 7,76 0,775 1,40 0,368 0,353
57
0,036
0,005
1,23
c.
Strukturmikro hasil pengecoran material limbah piston bekas Hasil pengujian strukturmikro pada hasil pengecoran material limbah piston
bekas diperlihatkan pada Gambar 4.2. Menunjukan bahwa unsur Si tersebar tidak merata dan jumlahnya tidak banyak. Sedangkan unsur Al lebih dominan dan merata dibandingkan dengan strukturmikro pada material piston Daihatsu Hijet 1000. Porositas Si
Al
a. Pengecoran I.
Porositas Si
Dendrit Al
b. Pengecoran II. Gambar 4.2 Strukturmikro hasil pengecoran material limbah piston bekas pada pengecoran I & II dengan perbesaran mikroskop 1000X
58
4.2.2 Pembahasan Identifikasi kualitas hasil peleburan piston bekas Berdasarkan hasil uji kekerasan diketahui bahwa material hasil pengecoran limbah piston bekas mempunyai harga kekerasan yang lebih rendah jika dibandingkan dengan material piston Daihatsu. Pada pengecoran I rata-rata kekerasan 50,4 HRB, pengecoran II 49,9 HRB sedangkan material piston Daihatsu mempunyai kekerasan 76 HRB. Dari hasil uji komposisi terdapat perbedaan komposisi Al dan Si antara hasil pengecoran limbah piston bekas dengan meterial piston Daihatsu. Pada pengecoran I mempunyai 87,82 % Al dan 7,76 % Si, pengecoran II mempunyai 86,27 % Al dan 7,98 % Si, sedangkan material piston Daihatsu mempunyai 84,19 % Al dan 10,7 % Si. Perbedaan ini cukup signifikan, karena pada pengecoran I dan II belum masuk dalam batas standar paduan aluminium AA. 333.0 (ASM Vol 15, 1992). Seperti halnya hasil pengujian kekerasan dan pengujian komposisi, pengujian strukturmikro juga menunjukkan hasil yang masih belum sesuai dengan bentuk strukturmikro piston Daihatsu. Kekerasan hasil pengecoran ulang limbah piston bekas masih dibawah kekerasan piston Daihatsu. Komposisi kimia hasil pengecoran ulang limbah piston bekas khususnya untuk kandungan % Si juga masih dibawah komposisi piston Daihatsu dan standar paduan aluminium AA. 333.0. Pengamatan struktur mikro hasil pengecoran ulang limbah piston bekas memiliki unsur Si yang lebih sedikit dan tersebar tidak merata. Hal ini berbeda sekali dengan bentuk struktur mikro piston Daihatsu yang memiliki matrik Si yang tersebar merata. Hasil ini menunjukkan bahwa limbah piston bekas tidak bisa didaur ulang secara langsung sebagai material piston. Agar limbah piston bekas dapat dimanfaatkan menjadi material piston perlu dilakukan usaha perbaikan kualitas hasil coran, khususnya kualitas kekerasan, komposisi kimia dan strukturmikro yang merupakan struktur dasar material piston. Salah satu usaha yang bisa dilakukan adalah dengan penambahan material silikon karbida (SiC) dan Magnesium (Mg) untuk meningkatkan kekuatan mekanis, sehingga terbentuk material piston komposit. Piston komposit memiliki kelebihan, selain ringan juga memiliki kekuatan sifat mekanis tinggi. Kekuatan sifat mekanis dapat dikontrol dengan pengaturan komposisi campuran pada material limbah piston, silikon karbida (SiC) dan Magnesium (Mg).
59
4.3 Karakterisasi dan Sifat Mekanik Material Piston Komposit Material komposit digunakan untuk membuat piston komposit. Campuran material komposit yang paling baik, selanjutnya dibentuk piston dengan metode stir casting dan squeeze casting. Spesimen material piston komposit diuji karakteristik dan sifat mekanik diantaranya uji kekerasan, uji SEM, Uji densitas, dan porositas. Proses pembuatan piston komposit dengan variasi komposisi campuran 90% piston bekas + 5 % SiC + 5% Mg kode A1, 80% piston bekas + 11% SiC + 9 % Mg kode A2, 70% piston bekas + 18 % SiC + 12% Mg kode A3, dan piston asli kode A. Tekanan squeeze casting pada pembuatan piston komposit memakai tekanan 200 MPa. Proses peleburan pada suhu 725oC, tetapi waktu memasukan serbuk SiC dengan ukuran butir 40 µm pada suhu 600oC. Sebelumnya SiC dipanaskan dulu pada suhu 700oC untuk menghilangkan kandungan air (H2O). Preheating cetakan pada suhu 450oC, dan putaran pengadukan pada mesin stir casting 200 rpm. Spesimen piston komposit ditunjukan pada Gambar 4.3, hasil yang paling optimal dari komposisi campuran yang nantinya digunakan untuk pembuatan prototipe piston komposit. Pengujian karakteristik dan sifat mekanik piston komposit dikomparasikan dengan piston asli Daihatsu Hijet-1000. Pembuatan spesimen berbentuk silinder dengan ukuran diameter 20 mm dan tinggi 80 mm. Pemotongan spesimen dibagi tiga, yaitu atas, tengah, dan bawah sehingga mewakili seluruh spesimen komposit.
Gambar 4.3 Spesimen Piston komposit
60
4.3.1 Uji Metalurgrafi Uji metalurgrafi digunakan untuk menganalisa strukturmikro sampai topografi permukaan dengan pembesaran yang ditentukan. Pada penelitian ini pengujian metalurgrafi menggunakan Scanning electron microscope (SEM) merk JOEL tipe JSM-6510LA yang dilakukan di Laboratorium Terpadu Undip Semarang yang ditunjukan pada Gambar 4.4.
Gambar 4.4 SEM merk JOEL tipe JSM-6510LA Metalurgrafi piston komposit digunakan untuk mengamati penyebaran komposisi campuran yang terdiri dari Al-Si, SiC, dan Mg. Spesimen di foto dengan SEM dan untuk memperjelas foto sampai pembesaran 900x. Hasil foto strukturmikro pada komposisi campuran A1 pada Gambar 4.5. Nampak butiran SiC yang berbentuk butiran tidak seragam dengan ukuran butir rata-rata 40 µm. Ikatan permukaan SiC dengan aluminium kurang kuat dan butiran tidak diselimuti matrik aluminium yang diperlihatkan pada Gambar 4.5a dengan pembesaran 500x. Ini disebabkan antarmuka matrik tidak memiliki wetting agent atau reaksi pengikat antara interface aluminium dan SiC. Walaupun sudah ada penambahan magnesium sebagai wetting agent tetapi tidak mampu membasahi butiran SiC (Anastasia Sahari, 2009). Gambar 4.5b dengan pembesaran 900x memperlihatkan dengan jelas dominasi penguat butiran SiC lebih besar dibanding matrik aluminium, dan hanya sedikit matrik aluminium yang mampu menyelimuti butiran SiC. Peningkatan tekanan squeeze casting sampai 200 MPa tidak mampu menyatukan antarmuka antara penguat dan
61
matrik, namun tekanan squeeze casting dapat meningkatkan kekerasan dan densitas piston komposit (Hasan Z, 2008).
SiC
Mg Mg Al
Al
a) Pembesaran 500 x
b) Pembesaran 900 x
SiC
Gambar 4.5. Strukturmikro material piston komposit A1 a) pembesaran 500x dan b) pembesaran 900x Bertambahnya kandungan magnesium sebesar 9% wt Mg pada komposisi campuran A2 yaitu 80% piston bekas + 11% SiC dengan tekanan squeeze casting 200 MPa mampu meningkatkan ikatan antarmuka matrik dan penguat, dimana diperlihatkan pada Gambar 4.6a dengan pembesaran 500x. Terlihat unsur magnesium membasahi permukaan silikon karbida dengan warna hitam dan mengikilat. Magnesium (Mg) mampu sebagai wetting agent pada komposisi campuran A2. Magnesium meningkatkan pembasahan antara matrik dan penguat dengan cara menurunkan tegangan permukaaan antara keduanya (Lutfi & Sukron., 2010). Gambar 4.6b dengan pembesaran 900x menampakan matrik aluminium dari piston bekas menyelimuti seluruh permukaan SiC. Dibandingkan dengan komposisi campuran A1, untuk komposisi campuran A2 lebih baik. Strukturmikro komposisi campuran A3 menampakan ikatan antarmuka matrik dan penguat lebih sempurna yang terlihat pada Gambar 4.7a dengan pembesaran 500x. Bertambahnya kandungan unsur magensium sebesar 12% wt Mg mampu membasahi permukaan SiC. Gambar 4.7b hampir seluruh permukaan SiC diselubungi matrik aluminium yang berwarna putih. 62
SiC SiC Al Al Mg
Mg
a) Pembesaran 500 x
b) Pembesaran 900 x
Gambar 4.6 Strukturmikro material piston komposit A2, a) pembesaran 500x dan b) pembesaran 900x Penambahan magnesium (Mg) pada pembuatan aluminium matrik komposit dapat meningkatkan pembasahan dan daya lekat antara matrik dan penguat dengan membentuk fasa spinel MgAl2 O4 dan MgO pada daerah antarmuka matrik aluminium dan panguat SiC (Sanggahaleh et,al., 2009). Fasa spinel dapat meruduksi tegangan permukaan antara matrik dan penguat, sehingga dapat meningkatkan daya lekatnya. Daya lekat antara matrik dan penguat berkaitan dengan kemampuan komposit mendistribusikan gaya luar dari matrik menuju penguat secara merata. Daya lekat dipengaruhi penambahan Mg untuk meningkatkan sifat mekanis aluminium matrik komposit (Geng lin et.al., 2010). Unsur ini menempel diseluruh permukaan butiran SiC. Mampu basah antamuka penguat terhadap matrik merupakan aspek penting dalam menentukan kekuatan material komposit (Vahlas et, al., 1999). Mampu basah membentuk ikatan kimia yang kuat pada antarmuka dan perilaku mampu basah dapat diketahui dengan menghitung sudut kontak dan tegangan permukaan. Penguat SiC dapat menahan indentasi pada pengujian kekerasan, sehingga nilai kekerasan komposit Al/SiC sangat potensial pada aplikasi struktural di industri transportasi. Tetapi material tersebut memiliki
63
keuletan dan ketangguhan yang rendah diakibatkan ikatan interfece yang lemah (Ortega et, al., 2007).
SiC
Al SiC
Mg Al
Mg
a) Pembesaran 500 x
b) Pembesaran 900 x
Gambar 4.7. Strukturmikro piston komposit A3 tekanan menggunakan SEM , a) pembesaran 500x dan b) pembesaran 900x 4.3.2 Uji Kekerasan Pengujian kekerasan bertujuan untuk mengetahui kekerasan pada material piston komposi. Kekerasan piston komposit dipengaruhi penambahan silikon karbida (SiC) (Vaillant, 1995). Pengujian kekerasan
menggunakan
Rockwell B dengan beban mayor 60 kg, penahanan 5 detik, dan menggunakan identer ball. Gambar 4.8a menunjukan pengujian spesimen dengan mesin Rockwell. Pengujian mikrohardness menggunakan Vickershardness dengan beban 0,3 gram selama 10 detik dignakan sebagai pembanding, bagaiman ditunjukan pada Gambar 4.8b. Pengujian dilakukan beberpa titik, sehingga mewakili seluruh permukaan spesimen uji kekerasan. Spesimen material piston komposit dengan variasi penambahan silikon karbida mulai dari 5, 11, dan 18% SiC dan penambahan Magnesium. Penambahan silikon karbida, maka magnesium juga bertambah mulai dari 5, 9, dan 12% Mg. Untuk hasil pengujian spesimen material piston komposit ditunjukan pada Tabel 4.7.
64
(a)
(b)
Gambar 4.8 Pengujian kekerasan a) Rockwell B, b) Vickershardness Hasil kekerasan piston komposit dipengaruhi penambahan silikon karbida. Komposisi campuran material piston komposit 70% piston bekas + 18 % SiC + 12% Mg kode A3 memiliki kekerasan yang paling optimal dan mendekati kekerasan spesimen piston Daihatsu Hijet-1000. Untuk campuran A1 dan A2 masih dibawah kekerasan material piston, dengan selisih kekerasan 23,9 HRB (31,4%) dan 10,6 HRB (13,9%). Tabel 4.7 Hasil pengujian kekerasan spesimen piston komposit Hasil Kekerasan Komposisi piston komposit HRB
HVN
90% PB + 5 % SiC + 5% Mg (A1)
52,1
101,0
80% PB + 11% SiC + 9% Mg (A2)
65,4
115,5
70% PB + 18 % SiC + 12% Mg (A3)
75,5
138
Kontrol (Piston Daihatsu Hijet -1000) (A)
76,0
139
Bertambahnya kanduang SiC dan magenesium menambah kekerasan spesien piston komposit (Zamheri A, 2011). Komposisi campuran A3 pada tekanan squeeze casting 200 MPa memiliki kekerasan mendekati kekerasan piston Daihatsu Hijet-1000 sebesar 75,5 HRB (138 HVN). Ini didukung hasil strukturmikro SEM menunjukan matrik aluminium mampu menyelimuti SiC
65
secara sempurna dibandingan komposisi campuran lainya. Ditemukan komposisi campuran yang paling optimimal, maka bisa direkomendasikan untuk pembuatan prototipe piston komposit. Tekanan squeeze casting proses pembuatan spesimen piston komposit berpengaruh terhadap kekerasan material (Duskiardi, 2002). Pada tekanan 200 MPa untuk komposisi campuran A3 mampu menyamai sifat mekanik piston Daihatsu Hijet-1000. Menambah kekerasan material piston komposit setiap penambahan penguat SiC rata-rata naik 16 %, yang mana bisa dilihat digrafik pada Gambar 4.9.
Nilai Kekerasan (HRB)
80 75
70 65 60 55 50 45 40 0
A1
2A2
A3
4 A
6
Komposisi Campuran Piston Komposit Gambar 4.9 Hasil Pengujian kekerasan material piston komposit Penambahan penguat SiC dapat meningkatkan kekerasan sifat mekanik 100 % (Mahadevan, 2008). Tetapi batas campuran volume fraksi penguat untuk proses stir casting tidak boleh lebih dari 20% karena dapat menyebabkan kerapuhan dan aliran cor rendah (Martin I ., 2011). Penambahan partikel penguat SiC sebanyak 18% SiC dan 12% Mg pada komposisi campuran penelitian ini sudah optimal. Didukung diameter partikel SiC yang kecil dengan ukuran butir 40 µm mampu mendukung kekerasan. Semakin kecil ukuran butir akan meningkatkan kekerasan dan mengurangi keausan piston (Z.F. Zhang, et.al., 2006). Unsur Magnesium berkorelasi dengan peningkatan SiC. Unsur magnesium bertambah dapat meningkatkan pembasahan antara matrik dan penguat dengan cara menurunkan tegangan permukaaan antara keduanya (Lutfi & Sukron., 2010). Unsur
66
magnesium memberi daya lekat antara matrik dan penguat berkaitan dengan kemampuan komposit mendistribusikan gaya luar dari matrik menuju penguat secara merata. Daya lekat dipengaruhi penambahan Mg untuk meningkatkan sifat mekanis aluminium matrik komposit (Geng lin et.al., 2010).
4.3.3 Uji Porositas Uji porositas menggunakan timbangan digital digital merk sarforious. Dengan cara menimbang pada keadaan kering dan dalam keadaan basah. Pengujian menggunakan standart ASTM C 373-88 yang mengacu pada hukum Archimedes (Singla et, al., 2009). Untuk pengujian porositas dilakukan di laboratorium bahan Teknik Mesin UGM Yogyakarta yang ditunjukan pada Gambar 4.10. Hasil uji porositas berbanding terbalik dengan pengujian kekerasan, semakin keras dari material piston komposit, maka porositas semakin menurun.
Gambar 4.10 Pengujian porositas Porositas paling tinggi dimiliki oleh komposisi campuran A1 sebesar 15,16%. Meningkatkan kandungan unsur penguat SiC menurunkan porositas yaitu pada campuran A2 sebesar 9,5% atau menurun 37%. Porositas paling rendah dimiliki oleh komposisi campuran A3 sebesar 6,37% atau mengalami penurunan porositas dari komposisi campuran A2 sebesar 32%. Komposisi campuran A3 memiliki komposisi campuran paling tinggi pada unsur SiC sebesar 18% wt SiC, dan unsur Mg sebesar 12% wt Mg. Hasil pengujian porositas material piston komposit ditampilkan pada Tabel 4.8.
67
Tabel 4.8 Hasil pengujian porositas spesimen material piston komposit Komposisi piston komposit
Hasil Uji Porositas (%)
90% PB + 5 % SiC + 5% Mg (A1)
15,16
80% PB + 11% SiC + 9% Mg (A2)
9,5
70% PB + 18 % SiC + 12% Mg (A3)
6,37
Kontrol (Piston Daihatsu Hijet -1000) (A)
2,357
Porositas yang terdapat pada spesimen material piston komposit AlSiSiC-Mg terbentuk dari berbagai hal, mulai dari porositas saat proses pengadukan dalam furnace stir casting. Proses stir casting pada lelehan alumunium paduan dan serbuk penguat SiC menyerap gas pada atmosfer dan masuk kedalam lelehan komposit. Gas terjebak menyebabkan porositas dan menurunkan sifat mekanis. Porositas bertindak sebagai daerah konsentrasi tegangan dan menjadi awal penyebab retak (Hashim J et.al, 2002). Porositas dapat dihilangkan dengan proses squeeze casting, tetapi pada proses ini tekanan terlalu kecil (Shasha et, al , 2012). Selain gas terjebak, faktor Particle pull-out juga berpengaruh pada porositas. Particle pull-out karena pembasahan dan kekuatan antarmuka yang kurang baik. Ikatan interface antara matrik dan penguat rawan untuk terlepas (pull-out), sehingga menimbulkan lubang yang mengakibatkan poros. Menurut Kwok JKM (1999), Particle pull-out disebabkan
karena
proses
gesekan
antarmuka,
seperti
pada
proses
pengamplasan. Partikel penguat SiC yang kurang baik berikatan dengan matrik dapat mudah terlepas yang menimbulkan porositas. Porositas semakin kecil menjadikan nilai kekuatan mekanis lebih tinggi. Pertambahnya penguat SiC dan unsur Mg mulai dari 5, 11, dan 18% wt SiC dan 5, 9, dan 12% wt Mg menurunkan porositas, dimana bisa dilihat pada Gambar 4.11. Porositas banyak terjadi pada daerah interface atau antarmuka matrik dan penguat yang ditampilkan pada Gambar 4.12a. Butiran SiC tidak terbasahi oleh matrik aluminium disebabkan partikel SiC berbentuk irreguler
68
dan bersudut (Gupta M, et,al, 1995), dan rendahnya unsur Mg sebagai wetting agent (Lutfi & Sukron., 2010). 16
Porositas (%)
14 12 10 8 6 4 2 0 0
A1
A22
A3
4 A
6
Komposisi Campuran Piston Komposit
Gambar 4.11 Hasil Pengujian porositas material piston komposit Clustering dapat menyebabkan porositas. Berkumpulnya butiran SiC menyebabkan wilayah tengah cluster tersebut tidak dapat terbasahi oleh matrik alumunium. Partikel penguat dalam suatu lelehan logam pada pengecoran material komposit cenderung membentuk cluster (Hashim J et.al, 2002). Cluster dihilangkan dengan meningkatkan kecepatan putaran stir casting, pada putaran 200 rpm belum mampu meratakan partikel SiC. Cluster memiliki daerah yang tidak mampu terbasahi matrik aluminium (daerah tengah), sehingga daerah ini banyak terjadi poros dan tidak memiliki daerah antarmuka. Porositas diakibatkan cluster diperlihatkan pada Gambar 4.12b.
Cluster Porositas interface
(A)
Gambar 4.12 Penyebab porositas a) interface, dan b) Cluster
69
(b)
4.3.4 Uji Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX) Uji EDX untuk mengetahui senyawa kimia yang terkandung pada spesimen. Karakterisasi ini bergantung pada interaksi beberapa eksitasi sinar X dengan spesimen. Pengujian EDX diambil dari foto SEM dengan titik pengambilan yang sama. Pengamatan SEM pada komposisi campuran A1, A2, A3, dan A tampak adanya penguat SiC. Terdapat pula spektrum warna lain yang memungkinkan adanya endapan (persipitat).
20 20 µm µm
Gambar 4.13 Foto SEM untuk pengambilan titik uji EDX pada spesimen A1 Gambar 4.13 menunjukan titik pengambilan uji EDX pada spesimen A1 untuk mendapatkan hasil komposisi kimia. Kandungan unsur SiC mendominasi campuran komposisi sebesar 59,8. Unsur karbon (C) 28,29% , unsur Mg sebesar 2,89%, unsur Fe 6,65%, dan unsur Al 2,89%, hasil ini diperlihatkan pada Tabel 4.9. Spesimen A1dilihat dari grafik Gambar 4.14. Puncak –puncak menunjukan unsur elemen yang paling besar. Tabel 4.9 Hasil pengujian EDX spesimen material piston komposit Spesimen
Elemen % SiO2
C
MgO
Al2O3
FeO
O
Total
A1
59,28
28,89
2,29
2,89
6,65
-
100
A2
31,00
13.96
4,44
48,68
1,92
-
100
A3
44,26
20,42
0,22
33,88
1,22
-
100
A
20,03 (Si)
-
100
79,97 (Al)
70
Puncak –puncak pada grafik memperlihatkan senyawa silikon oksida (SiO2) paling tinggi pada energi 1.739 kiloelectron-volts (keV). Dibawahnya unsur karbon (C) dan unsur besi (Fe). Unsur alumunium oksida (Al2O3) dan unsur Magnesium oksida memiliki puncak paling rendah. Tinggi dan rendahnya puncak pada grafik sesuai dengan besarnya komposisi senyawa (ASM Vol 9, 2004).
800
500
300 200
FeKb
400
FeKesc
FeLl FeLa
Counts
600
FeKa
CKa
700
MgKa
OKa
900
SiKa
AlKa
1000
100 0 0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
keV
Gambar 4.14 Grafik hasil uji EDS pada komposisi spesimen A1 Pengambilan titik uji EDS pada spesimen A2 diperlihatkan pada foto SEM Gambar 4.15. Hasil foto SEM menampakan unsur SiC terselimuti unsur alumunium dan hampir merata, tetapi SiC masih sedikit yang terbuka permukaanya.
20 µm
Gambar 4.15 Foto SEM untuk pengambilan titik uji EDX pada spesimen A2
71
Puncak tertinggi menunjukan unsur Al2O3 dengan komposisi sebanyak 48,68%, kemudian tertinggi nomor dua dimiliki unsur SiO2 sebesar 31,00. Kandungan senyawa mendominasi komposisi campuran pada spesimen A2 dengan diperkuat hasil foto SEM pada grafik Gambar 4.16. Bertambahnya kandungan Mg yang diperlihatkan pada puncak grafik yang semakin tinggi, meningkatkan ikatan interface pada matrik dan penguat, karena Mg sebagai wetting agent (Lutfi & Sukron., 2010). Wetting agent pada unsur Mg meningkatkan terbentuknya unsur Al2O3 dan SiO2. Unsur karbon (C) puncaknya lebih rendah dari pada puncak pada spesimen A1, dimana unsur karbon memiliki komposisi sebesar 13.96%. Menurunya unsur karbon diikuti rendahnya unsur besi (Fe). Fe memiliki kandungan komposisi sebesar 1,92%.
800
MgKa
OKa
900
AlKa
700 600
200
FeKb
300
FeKesc
400
FeKa
500 CKa FeLl FeLa
Counts
SiKa
1000
100 0 0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
keV
Gambar 4.16 Grafik hasil uji EDS pada komposisi spesimen A2 Kandungan komposisi spesimen A3 memiliki kandungan 70% PB + 18 % SiC + 12% Mg. Hasil uji EDS memperlihatkan kandungan unsur SiC paling besar yaitu 44,26% yang ditampilkan pada Tabel 4.9, dan puncak lebih tinggi, bagaimana bisa dilihat pada Gambar 4.17. Puncak tertinggi kedua dimiliki unsur Al2O3 sebesar 33,88% dan ketiga unsur C sebesar 20,42%. Hasil uji EDS sesuai dengan bertambahnya kandungan unsur SiC dan Mg pada spesimen A1. Puncak paling rendah dimiliki unsur Fe dengan kandungan komposisi 1,22% dan unsur MgO sebesar 0,22%. Rendahnya kandungan unsur MgO disebabkan meratanya matrik alumunium yang menyelimuti penguat SiC, sehingga kandungan Mg
72
melapisi permukaan SiC untuk membentuk interface yang baik dan mengurangi tegangan permukaaan antara keduanya (Lutfi & Sukron., 2010) 1000
AlKa
900
SiKa
800 700
FeKb
200
FeKa
300
FeKesc
400
MgKa
500
CKa OKa FeLl FeLa
Counts
600
100 0 0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
keV
Gambar 4.17 Grafik hasil uji EDS pada komposisi spesimen A3 Pengambilan uji EDS pada titik foto uji SEM, sehingga mewakili komposisi campuran pada spesimen A3. Hasil foto SEM spesimen A3 yang diperlihatkan pada Gambar 4.18 menampakan unsur SiC hampir seluruhnya diselimuti unsur aluminium, dan ini lebih merat dibandingkan foto SEM pada spesimen A2. Unsur aluminium berwarna putih dan unsur SiC berwarna hitam berbentuk menyudut. Uji EDX posisi penembakan sinar X menganai dua unsur yang dominan pada komposisi campuran ini.
20 20 µm µm
Gambar 4.18 Foto SEM untuk pengambilan titik uji EDX pada spesimen A3
73
Hasil uji EDS pada piston Daihatsu Hijet-1000 untuk kandungan komposisi kimia tidak sesuai dengan hasil uji komposisi kimia dengan spektrometri. Ketidaksamaan komposisi kimia dikarenakan pengambilan pada titik uji yang berbeda. Titik uji EDS pada piston asli ditunjukan pada Gambar 4.19 yang merupakan hasil uji foto SEM.
100 100 µm µm
Gambar 4.19 Foto SEM untuk pengambilan titik uji EDX pada Piston Daihatsu Hijet-1000 Pengujian EDS waktu yang digunakan 78.92 sec dan energi sebesar 20.0 kV, untuk energi yang digunakan pada Al 1,486 dan Si 1,739 keV. Unsur yang dihasilkan terdiri dari unsur Al sebesar 79.97 % dan unsur Si sebesar 20.03 %. Unsur dua ini memiliki puncak-puncak paling tinggi yang ditunjukan pada Gambar 4.20, Semakin tinggi dari puncak pada grafik EDX memiliki unusr paling tinggi (ASM Vol 9, 2004). Unsur Al memiliki puncak paling tinggi dan dibawahnya unsur Si, hasil sesuai dengan kandungan komposisi kimia yang diperlihatkan pada tabel diatas. Analisis komposisi menggunakan EDS, unsur Si yang terkandung dalam suatu material, mempengaruhi nilai kekerasan. Nilai kandungan unsur Si pada piston asli pada daerah Hypoeutectic, daerah Eutectic dan daerah Hypereutectic nilai kekerasan yang dihasilkan berbeda, Sesuai dengan buku. (ASM International, 2004). Kompisisi Al-Si Hypoeutectic dimana memiliki fasa Primer dendritik α-aluminium. (Muhammad HH, 2008 ).
74
18000
AlKa
16000 14000
10000 8000 6000
SiKa
Counts
12000
4000 2000 0 0.00
3.00
6.00
9.00
12.00
15.00
18.00
21.00
keV
Gambar 4.20 Garfik hasil uji EDS pada komposisi piston Daihatsu Hijet1000
75
