STUDI SIFAT FISIS DAN MEKANIS KOMPOSIT ALUMINIUM / FLY ASH DENGAN VARIASI FRAKSI BERAT DAN TEMPERATUR SINTERING Zulfikar (1) (1)
Staf Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang ABSTARCT
Composite materials made from aluminum powder as matrix and fly ash as reinforcement are known as Al-MMCs. They can be produced with powder metallurgy technique. This research is aim to study physical and mechanical properties of aluminum/fly ash composite with various weight fractions and sintering temperatures.The aluminum powder was obtained from Merck Germany that has irregular shape and fine particle size. The fly ash was collected from PLTU Suralaya and it has spherical shape with particle size of <53m. Fly ash powder was calcined in temperature of 800oC for 3 hours to eliminate compounds that are evaporable in sintering process. Various weight fractions of fly ash as reinforcement are 7.5%, 5%, 2.5% and 0%. Each composition of aluminum powder and fly ash was mixed for 5 hours, and then they were uniaxially pre-compacted to produce greenbody of cylinder specimens and rectangular cross-section bar specimens using a pressure of 100 MPa. The green compacts were further compacted with cold isostatic pressing using media of lubricating oil with a pressure of 100 MPa. Then the specimens were pressureless sintered with various temperatures of 500oC, 525oC, 550oC, and 575oC in argon environment for 1 hour. The sintered specimens were tested include bending strenght (MOR), Vickers hardness (Hv), wear resistance (Wa) and density (). The results of the research indicate that the optimum mechanical properties are obtained in specimens containing 5% weight fly ash sintered at temperature of 550oC. The optimum properties of bending strength, Vickers hardness, wear resistance and density are 73.03 MPa, 40.5 kg/mm2, 0.0021 mm3/Nm and 2.504 gram/cm3 respectively. Keywords: Al-MMCs fly ash, weight fractions, sintering, physical & mechanical properties. 1. PENDAHULUAN Komposit adalah material yang diperoleh dengan penggabungan dua atau lebih bahan penyusun yang berbeda dalam bentuk dan komposisi bahannya, masing-masing dari bahan tidak larut satu sama lain. Selalu yang diperlukan Aluminium merupakan salah satu material yang digunakan sebagai matrik pada pembuatan komposit yang disebut Aluminium Metal Matrix Composite (Al-MMCs). Al-MMCs Alumenium – Fly Ash (ALFA) telah berkembang penggunaannya beberapa tahun terakhir ini, sekarang sudah banyak dikembangkan dengan berbagai bahan penguat seperti SiC, Al2O3, B4C berupa whisker ataupun serat pendek (Van den Bergh, 1998). Dalam penelitiannya Bienas, dkk. (2003) melaporkan ada kekurang seragaman distribusi fly ash pada komposit aluminium-fly ash yang dibuat dengan teknik gravity dan squeezes casting. Oleh karena itu penulis mencoba meneliti komposit yang dibuat dari serbuk aluminium sebagai matrik, fly ash sebagai penguat yang dengan cara pressureless sintering (kompaksi dan sintering dilakukan tidak secara bersamaan). Pressureless sintering terhadap serbuk aluminium pernah dilakukan oleh Sukanto (2003) dengan material serbuk aluminium hasil atomisasi air serta Setyana dan Wildan (2004) dengan material serbuk
Al-Si yang dibuat dengan pengikiran sebagai matrik dan serbuk grafit sebagai penguat Fly ash (abu terbang) merupakan sisa dari hasil pembakaran batu bara pada power plants. Permanfaatan abu terbang sebagai penguat pada matrik paduan aluminium yang disebut dengan Metal Matrix Composites (MMCs) sangat menguntungkan dilihat dari sudut pandang lingkungan, karena banyaknya abu yang dihasilkan dari proses pembakaran batu bara akan menyebabkan polusi lingkungan berupa pencemaran udara dan air tanah. Fly ash mempunyai titik lebur sekitar 1300oC (Erol, dkk, 2000) dan berdasarkan uji komposisi kimia fly ash mengandung CAS (CaO-Al2O3-SiO2) dalam jumlah besar[4] yang merupakan pembentuk utama network glass[5]. Fly ash mempunyai precipitator dengan kerapatan massa massa (densitas) antara 2,0 – 2,5 gcm3 yang mempunyai kandungan air dan berat yang rendah[4], sehingga dapat meningkatkan sifat mekanis dari material yang digunakan yaitu aluminium, di antaranya kekuatan, kekakuan dan ketahanan aus. Pemanfaatan fly ash juga sangat menguntungkan dilihat dari sudut pandang lingkungan, karena banyaknya abu yang dihasilkan dari proses
Studi Sifat Fisis dan Mekanis Komposit Aluminium / Fly Ash dengan Variasi Fraksi Berat dan Temperatur Sintering (Zulfikar)
Penelitian ini meneliti tentang pengaruh fraksi berat penguat dan temperatur sintering terhadap sifat fisis dan mekanis Al-MMCs dengan penguat fly ash. Ejiofor dan Reddy (1997) meneliti komposit paduan Al-Si (hyper-entectoid Al-Si)/Al2O3 dengan metode tuang. Penambahan 3% berat alumeniumAl2O3 menyebabkan kekerasan meningkat dari 27 BHN menjadi 37 BHN dan UTSnya naik dari 75 MPa menjadi 93 MPa. Kemudian Wildan, dkk (2005) meneliti pengaruh kandungan serbuk alumina terhadap kekerasan dan kekuatan bending komposit paduan Al-Si / alumina. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekerasan dan kekuatan bending akan optimal pada 6% berat Al2O3 dan akan menurun bila kandungan lebih dari 6% berat.pa. Sedangkan Wu dkk (2000) meneliti komposit matrik (Al-12%Si) diperkuat 30% volume whiskers K2O.nTiO2. Penguat tersebut dapat memperbaiki kekuatan tarik Al-Si pada temperatur tinggi. Selanjutnya Zhang, dkk (2004) melakukan penelitian tentang komposit matrik aluminium 6092 dengan penguat 5% dan 15% B4C yang menghasilkan kekuatan komposit meningkat dengan bertambahnya fraksi volume dari partikel penguat. Arik dan Cengiz (2001) meneliti komposit serbuk Al/ 3% berat C yang dikompaksi dengan variasi tekanan dan variasi temperatur sinter. Hasil analisa XRD menunjukkan adanya fase Al, Al2O3 dan Al4C3 pada spesimen hasil sinter. Hasil pengujian kekerasan dan transverse rupture strength meningkat dengan bertambahnya temperatur sinter dan tekanan kompaksi. Penelitian serupa Zhang, dkk (2004), melakukan penelitian tentang komposit alumenium 6092 dengan penguat 5% dan 15% faksi volume B4C. Kekuatan komposit meningkat dengan bertambahnya fraksi volume dari partikel penguat. Untuk semua fraksi volume penguat, komposit menunjukkan laju regangan yang signifikan, berbanding terbalik dengan laju regangan kuasi statik.pernah Wildan dan Handayani (2004) meneliti tentang pressureless sintering paduan Al 9% Si. Pembuatan spesimen dengan variasi tekanan kompaksi 300, 400 dan 500 MPa dan Variasi Suhu Sinter 4500C, 5000C dan 5500C selama 2 jam dalam lingkungan gas argon. Hasil penelitian menunjukkan bahwa meningkatnya tekanan kompaksi dan suhu sinter akan meningkatkan kekerasan dan densitas dari spesimen. Wildan, Rusianto dan Rochardjo (2005) meneliti pengaruh kandungan serbuk alumina terhadap kekerasan dan kekuatan bending komposit paduan Al-Si/Alimuna. Dari hasil penelitian disimpulkan
bahwa penambahan partikel Al2O3 menurunkan densitas dari kompasit paduan Al-Si/Al2O3. Kekerasan dan kekuatan bending akan optimal pada 6% berat Al2O3 dan akan menurun bila kandungan Al2O3 lebih dari 6% berat. Sukanto (2004) terhadap aluminium akibat pengaruh tekanan kompaksi dan temperatur sinter. Hasil penelitian menunjukkan densitas maksimum setelah sintering sebesar 2,306 gr/cm3 terjadi pada suhu 5000C dan tekanan 435 MPa. Begitu juga kekerasan maksimum sebesar 44, 541 BHN dan kekuatan patah melintang maksimum sebesar 20,726 MPa pun terjadi pada suhu 500 °C dan tekanan 435 MPa. 2. DASAR TEORI Komposit dapat diartikan sebagai penggabungan dua bahan atau lebih yang memiliki phase berbeda. Komposit yang diteliti ini adalah penggabungan antara alumenium dengan abu terbang sebagai penguat. Alumenium (Al) merupakan unsur logam yang cukup banyak terdapat dalam alam. Alumenium ditemukan oleh Sir Humpherey Davy pada tahun 1809, dan pertama kali direduksi sebagai logam oleh Hans Christian Oerted tahun 1825. Pada tahun 1886, Paul Heroult di Perancis dan C.M. Hall di Amerika Serikat secara terpisah telah memperoleh logam aluminium dari alumina dengan cara elektrolisa dari garamnya yang terfusi. Penggunaan aluminium sebagai logam setiap tahunnya adalah pada urutan kedua setelah besi dan baja, yang tertinggi diantara logam non ferro. Sifat fisis dan mekanis komposit aluminium / fly ash yang diteliti adalah densitas; kekuatan bending, kekerasan dan ketahanan aus. Densitas aktual diuji menggunakan teori Archimedes[3].
Wudara x fluida (Wudara W fluida )
… (1)
Pengujian kekuatan bending dilakukan untuk mengetahui flexural strength material, pengujian dilakukan dengan metode Four Point Bending dengan standar pengujian JlS R 1601 (Somiya,1989) seperti skema “Gambar (1)” Ffail/2 F fail/2
F fail/2 S2
B
W
W
pembakaran batubara akibat kecenderungan industri mulai mengalihkan sumber energi dari minyak ke batubara, sehingga akan menyebabkan polusi lingkungan berupa pencemaran udara dan air tanah.
Ffail/2 fail/2 S1
S1
Ffail/2 fail/2
Gambar 1 Skema pengujian four point bending
107
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 7, No.2,Desember 2010
ISSN 1829-8958
Hasil pengujian four point bending dapat dihitung dengan persamaan berikut:
σMOR
My 3(S1 S2 )Ffail I 2BW2
… (2)
Metode pengukuran kekerasan dilakukan dengan uji Vickers dengan mengacu pada ASTM Standard E 9282 Volume 03.01 (2003). Angka kekerasan Vickers dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut:
Hv 1,8544
P d2
… (3)
Gambar 2 Pengujian Vickers
Pengujian laju keausan dilakukan dengan metode pin on abrasive disc dengan mengacu pada standar ASTM (ASTM, G99, 203). Laju keausan dihitung dengan persamaan (Izeiler dan Muratoglu, 2003)
Wa
V (mm 3 / Nm) F .S
… (4)
3 METODOLOGI PENELITIAN Mulai
Fly Ash (FA) Kalsinasi (8000C,3jam) Serbuk Aluminium (SA) Sieving (<53 µm) Uji komposisi Mixing dengan variasi fraksi berat 92,5% SA + 7,5% FA; 95% SA + 5% FA; 97,5% SA + 2,5% FA; 100% SA + 0% FA Kompaksi pada tekanan 120 MPa
Sintering dengan variasi temperatur 500 oC, 525 oC, 550 oC, 575 oC,…
Uji Komposisi
Pengamatan Struktur Mikro/SEM
Uji Kekerasan
Uji Bending
Uji Density
Uji Keausan
Analisis Data Kesimpulan Selesai
Gambar 3 Diagram Alir Penelitian 108
4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Bahan 4.1.1. Serbuk Aluminium Serbuk aluminium Alumunium silikat, yang berwarna silver digunakan sebagai matrik diperoleh dari Merck Germany melalui PT Kimia Raya Semarang. Berdasarkan foto SEM, serbuk aluminium berbentuk serpihan yang irreguler seperti ditunjukkan pada “Gambar (4)”.
Gambar 6 Foto SEM fly ash setelah kalsinasi dan sieving
Pada “Tabel (2)” dan “Tabel (3)” berikut dapat dilihat hasil EDX fly ash; Tabel 2. Unsur kimia yang terkandung pada fly ash sebelum kalsinasi Unsur
Gambar 4 Foto SEM Serbuk Aluminium.
Berdasarkan uji EDX, serbuk aluminium memiliki unsur kimia seperti “Tabel (1)” berikut; Tabel 1 Unsur kimia yang terkandung pada serbuk aluminium. Unsur C O Al Total
Hasil Uji EDX (% Elemen) I II III 1,03 0,66 0,83 1,07 3,34 1,48 97,90 96,00 97,69 100 100 100
Rerata (%) 0,84 1,96 97,20 100
C O Na Mg Al Si S K Ca Ti Fe Total
Fly ash berbentuk spherical dengan gumpalan halus digunakan sebagai penguat. Warna fly ash sebelum kalsinasi abu-abu dan sesudah kalsinasi berwarna pink. Pada “Gambar (5)” dapat dilihat foto SEM fly ash sebelum kalsinasi dan pada “Gambar (6)” foto SEM fly ash setelah kalsinasi dan sieving.
Rerata (%) 2,59 42,56 0,91 0,92 17,87 13,08 0,87 1,15 6,80 0,49 12,76 100
Tabel 3 Unsur kimia yang terkandung pada fly ash setelah kalsinasi dan sieving Unsur
4.1.2. Serbuk Fly ash
Hasil Uji EDX (% Elemen) I II III 2,08 2,75 2,93 44,23 41,67 41,79 0,88 0,99 0,85 1,23 0,74 0,78 15,04 18,99 19,57 11,49 13,41 14,35 2,13 0,49 1,07 1,25 1,14 9,24 5,65 5,52 1,46 11,15 14,06 13,06 100 100 100
C O Na Mg Al Si S K Ca Ti Fe Total
Hasil Uji EDX (% Elemen) I II III 1,98 1,99 1,84 44,45 43,12 45,38 1,18 0,95 0,65 0,85 0,77 0,64 18,97 19,94 18,79 13,92 13,67 12,39 0,43 0,53 0,44 1,63 1,70 1,62 4,79 5,41 5,65 1,12 11,80 11,92 11,48 100 100 100
Rerata (%) 1,94 44,32 0,93 0,75 19,23 13,33 0,47 1,65 5,28 0,37 11,73 100
4.2 Hasil Pengujian dan Pembahasan 4.2.1. Pengujian Densitas Densitas aktual komposit dapat diperoleh dari “Persamaan (1)”. Pengujian densitas dilakukan dengan teori Archimedes. Hasil pengujian densitas Gambar 5 Foto SEM fly ash sebelum kalsinasi
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 7, No.2,Desember 2010
dapat dilihat pada “Tabel (4)” dan “Gambar (7)” berikut;
Tabel 5 Rerata Hasil Pengujian Bending Al-MMCs dengan penguat Fly-Ash Persentase berat penguat 7,5 5 2,5 0
Tabel 4 Rerata uji Densitas Al-MMCs dengan penguat fly ash Persentase berat penguat 7,5 5 2,5 0
Densitas pada Suhu Sinter (0 C) 500
525
550
575
2,391 2,467 2,4 2,377
2,41 2,491 2,42 2,395
2,424 2,504 2,434 2,407
2,418 2,498 2,428 2,403
ISSN 1829-8958
Tegangan Bending pada Suhu Sinter (0 C) 500
525
550
575
27,93 57,58 32,56 25,02
35,15 69,51 39,7 29,92
39,98 73,03 45,97 34,55
37,01 71,94 43,06 31,28
80
3
Densitas (gram/cm )
2,500 2,480 2,460
500 oC 525 oC 550 oC 575 oC
2,440 2,420
K ekuatan B ending (M P a)
70 2,520
60 50
500 oC 525 oC 550 oC 575 oC
40 30 20
2,400
10
2,380
0 0
2,360 0
2,5
5
7,5
2,5
5
7,5
Persen Berat Penguat fly ash
Persen berat penguat fly ash
Gambar 7 Grafik hubungan densitas vs % berat penguat fly ash
Hasil pengujian densitas seperti yang terlihat pada “Gambar (7)” memperlihatkan temperatur sinter berpengaruh terhadap densitas. Densitas akan cendrung naik apabila temperatur sinter dinaikkan sampai 550oC, tetapi akan turun bila temperatur sinter dinaikkan menjadi 575oC. Hal ini menunjukkan bahwa pada temperatur 550oC proses sinter telah terjadi dengan sempurna dengan terbentuknya batas butir (grain boundary) antar partikel didaerah necks yang ditandai dengan berkurangnya porositas seperti juga terlihat foto struktur mikro. Disamping itu fraksi berat penguat mempunyai pengaruh terhadap densitas. Bila fraksi berat penguat dinaikkan sampai 5%, maka densitas akan naik. Tetapi bila fraksi penguat dinaikkan lagi menjadi 7,5%, maka densitas akan turun. Hal ini menunjukkan penambahan penguat fly ash yang berlebihan akan menghambat terjadinya proses sinter. Dengan demikian dapat dikatakan, bahwa densitas yang optimum terjadi pada temperatur sinter 550oC dan fraksi berat penguat fly ash 5% yaitu sebesar 2,504 gr/cm3. 4.2.2 Pengujian Bending Pengujian bending dilakukan untuk mengetahui Fracture Strength Maximum ( MOR). Dengan menggunakan “Persamaan (2)” hasil MOR dapat dilihat pada “Tabel (5)” dan grafiknya dapat dilihat pada “Gambar (8)” berikut;
Gambar 8 Grafik hubungan MOR vs % berat penguat
Hasil pengujian bending seperti yang ditunjukkan pada “Gambar (8)” bahwa spesimen yang dilakukan dengan proses cold isostatic pressure, permukaan spesimen telah mendapat tekanan permukaan yang merata. Temperatur sinter mempunyai pengaruh yang besar terhadap MOR, karena temperatur sinter akan dapat meningkatkan ikatan antar partikel, sehingga kekuatan akan meningkat pula. MOR cenderung selalu naik, apabila green compact di sinter sampai temperatur 550oC, tetapi MOR akan turun pada spesimen yang disinter pada temperatur 575oC. Hal ini disebabkan terjadinya grain growth pada partikel matrik, sehingga porositas kembali terajadi yang akan melemahkan spesimen. Disamping itu penambahan % berat penguat akan berpengaruh terhadap MOR. MOR akan terus naik sampai 5 % berat penguat, tetapi akan turun bila penguat dinaikkan menjadi 7.5 % berat penguat. Hal ini disebabkan oleh penguat fly ash menghambat terjadinya proses sinter. Dengan demikian MOR yang optimum terjadi pada temperatur sinter 550oC dengan fraksi berat penguat 5 % fly ash yaitu sebesar 73,03 MPa. Hasil penelitian ini menunjukkan peningkatan MOR bila dibandingkan dengan hasil penelitian Sukanto (2004) yang menggunakan serbuk aluminium hasil otomisasi dengan MOR sebesar 20,726 MPa. Dan juga lebih tinggi bila dibandingkan dengan hasil penelitian Setyana (2004) yang menggunakan Al-9% Si sebagai matrik dan graphite 0% sebagai penguat, dimana MOR hanya sebesar 42,02 MPa. 110
Studi Sifat Fisis dan Mekanis Komposit Aluminium / Fly Ash dengan Variasi Fraksi Berat dan Temperatur Sintering (Zulfikar)
4.2.3 Hasil Pengujian Kekerasan Pengujian kekerasan masing-masing dilakukan terhadap 3 buah spesimen yang berbentuk selindris dengan diameter 8 mm yang masing-masing spesimen 3 titik pengujian. Angka kekerasan vickers (Hv) diperoleh dengan memberi beban sebesar 25 gram. Hasil pengujian kekerasan Vickers (Hv) diperoleh dengan menggunakan “Persamaan (3)” seperti yang terlihat pada “Tabel (6) dan “Gambar (9)”. Tabel 6 Rerata Hasil Uji VHN dari AL-MMCs dengan penguat Fly-Ash Harga VHN pada Suhu Sinter (0 C)
Persentase berat penguat 7,5 5 2,5 0
500
525
550
575
220,1 284,9 235,5 204
241,4 338,5 266,5 218,7
270,1 397,5 299,9 245,1
250,2 360,3 274,5 229,6
Tabel 7 Harga Rerata Laju Keausan Al-MMCs dengan penguat Fly-Ash
45 40
2
Hv (kg/mm )
35 30
500 oC 525 oC 550 oC 575 oC
25 20 15
diamplas agar permukaan spesimen rata dan mengacu pada standard ASTM ( ASTM, G 99-95a, 2003). Keausan relatif diukur dengan menghitung berat spesimen yang hilang akibat abrasi dari disc yang mempunyai kekasaran permukaan 7,336 µm, dengan putaran 80 rpm dan besar beban yang diberikan 5100 gram (50,031N). Volume spesimen yang hilang terabrasi pin dihitung sebagai perbandingan antara berat yang hilang dengan densitas. Sedangkan laju keausan (Wa) dihitung berdasarkan rumus (4) yang merupakan perbandingan volume terabrasi (ΔV) dengan gaya yang bekerja pada spesimen (F) dan jarak lintasan yang ditempuh (S). Nilai keausan bersifat relatif karena bahan yang terabrasi tergantung dari sifat mekanis kedua bahan yang bergesekkan, beban dan jarak luncur. Hasil pengujian laju keausan dapat dilihat pada “Tabel (7)” dan “Gambar (10)”.
10
Persentase berat penguat 7,5 5 2,5 0
Laju Keausan setelah di Sinter (0 C) 500
525
550
575
0,0101 0,0042 0,0069 0,0131
0,0091 0,0029 0,005 0,0119
0,0082 0,0021 0,0041 0,0111
0,0086 0,0026 0,0046 0,0116
5 0 0
2,5
5
7,5
0,014
% Berat Penguat fly ash
Hasil pengujian kekerasan vickers seperti yang ditunjukkan pada “Gambar (9)”, bahwa temperatur sinter mempunyai pengaruh yang besar terhadap Hv, karena temperatur sinter dapat mempengaruhi ikatan antar partikel. Ikatan yang kuat terjadi pada green compact yang disinter pada temperatur 550oC.Penambahan fraksi berat penguat fly ash berpengaruh terhadap Hv. Bila fraksi berat penguat ditambahkan sampai 5%, maka Hv akan cenderung naik. Tetapi bila penguat dinaikkan sampai 7,5%, maka Hv akan turun. Hal ini disebabkan penambahan penguat fly ash yang berlebihan akan menghambat terjadinya proses sinter. Proses sinter hanya terjadi pada matrik aluminium saja, sedangkan pada penguat fly ash tidak terjadi proses sinter, karena perbedaan titik lebur yang terlalu jauh (aluminium 660oC dan fly ash 1300oC). Dengan demikian Hv yang optimum terjadi pada temperatur sinter 550oC dengan fraksi berat penguat fly ash 5% yaitu sebesar 40,5 kg/mm2. 4.2.4 Hasil Pengujian Keausan Pengujian keausan dilakukan dengan menggunakan pin abrasive disc pada spesimen yang berbentuk selindris dengan diameter 8mm yang terlebih dahulu
3
Laju Keausan (mm /Nm)
0,012
Gambar 9 Grafik hubungan kekerasan vickers (Hv) vs % berat penguat
500 oC 525 oC 550 oC 575 oC
0,01 0,008 0,006 0,004 0,002 0 0,0
2,5
5,0
7,5
Persen Berat Penguat fly ash
Gambar 10 Grafik hubungan laju keausan vs % berat penguat
Laju keausan terendah terjadi pada 5% berat penguat dengan temperatur 5500C yaitu sebesar 0,0021 mm3 / Nm, yang menunjukkan ketahanan aus terbesar pada material tersebut. Hal tersebut sesuai dengan hasil pengujian kekerasan dan densitas, yang menunjukkan kekerasan dan densitas tertinggi juga terjadi pada 5% berat penguat dan temperatur sinter 5500C. Ketahanan aus akan meningkat bila penambahan penguat sampai 5% berat penguat dan akan turun kembali bila penguat ditambahkan 7,5% .Hal tersebut sesuai dengan pendapat Miyajima (2003) yang menyatakan bahwa penguat jenis partikel keramik sangat efektif untuk meningkatkan ketahanan aus 111
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 7, No.2,Desember 2010
pada komposit logam dengan matrik aluminium. Permukaan fly ash yang keras dan bentuknya yang bulat (spherical) dengan ukuran yang lebih kecil dari aluminium sangat menguntungkan, karena dapat mengisi kekosongan pada matrik aluminium. Menurut German (1994), kerapatan yang tinggi dapat menurunkan laju keausan, sehingga ketahanan aus akan meningkat. 4.2.5 Pengamatan Struktur Mikroskop Optik
Mikro
Dengan
Berdasarkan hasil pengujian diatas, bahwa sifat fisis dan mekanis yang optimum terjadi pada spesimen yang di sinter pada temperatur 550oC dengan fraksi berat penguat 5% fly ash. Hal tersebut dapat diperkuat dengan hasil foto struktur mikro yang ditunjukkan pada “Gambar (11)”. Pada foto struktur mikro (11.b), terlihat bahwa porositas yang terjadi pada temperatur sinter 550oC dengan fraksi berat penguat 5% fly ash sudah sedikit, sehingga sifat mekanisnya akan meningkat.
sampai 550 C, tetapi akan turun kembali bila proses sinter dilakukan pada temperatur 575oC. 2.
Fraksi berat penguat fly ash berpengaruh terhadap sifat fisis dan mekanis Al-MMCs, karena penambahan fly ash akan memperkuat ikatan antar partikel bila penguat fly ash sampai 5%. Tetapi sifat fisis dan mekanis akan turun bila fly ash ditambahkan sampai 7,5%
3.
Sifat fisis dan mekanis yang optimum terjadi pada temperatur sinter 550oC dengan fraksi berat penguat 5% fly ash yaitu densitas () sebesar 2,504 gr/cm3, kekuatan bending σ MOR sebesar 73,03 MPa, kekerasan Vickers (Hv) sebesar 40,5 kg/mm2 dan laju keausan minimum (Wa min) sebesar 0,0021 mm3/Nm.
PUSTAKA 1.
ASTM Standards, Metals Test Methods and Analytical Procedures, Volume 03.01, 2003.
2.
Arik, H. dan Chengiz, B, Investigation of Influences of Pressing and Sintering Temperature on the Mechanical Properties of Al-AlC4O3 Composite Materials, Turkish J. Eng. Env. Sei, 53-58, 2001.
3.
Barsoeum, M.W, Fundamentals of Ceramices, Mc.Graw Hill Companies, New York, 1997.
4.
Bienias, J., Walezak, M., Surowska, B., dan Sobezak, J, Micristructure and Corrosion Behavior of Aluminium Fly Ash Composites, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, Vol.5, No.2, June 2003, pp.493-502, 2003.
5.
Cheng, T. W., dan Chen, Y.S, On Formation of CaO-Al2O3-SiO2 Glass-Ceramics by Vitrification of Incinator Fly Ash, Journal Chemosphere, 51, 817-824, 2003.
6.
Ejioftor, J.U. dan Reddy R.G, Development in the Processing and Properties of Particulate AlSi Composites, Journals JOMom is Published of the minerals, Metals & Materials Society, 49 (11), pp 31-37, 1997.
7.
Erol, M., Genc, A., Overcoglu, M.L., Yucelen,U., Kucukbayrak,S., dan Taptik,Y, Characterization of Glass Ceramic Produced from Thermal Power Plant Fly Ash, Journal of the European Ceramic Society, 20, 2209-2214, 2000.
8.
German R.M, Powder Mettalurgy Science, 2nd edition, Metal Powder Industries Federation, Princenton, New Jersey, 1994.
9.
Izeiler, M. dan Muratoglu, M, Wear Behavior of SiC Reinforced 2124 Al Alloy Composite in
Porositas
Porositas
Fly ash Fly ash
(a)
(b)
Porositas Porositas
ISSN 1829-8958 o
Porositas
Fly ash
(c)
(d)
Gambar 11 Foto struktur mikro Al-MMCs yang disinter pada temperatur 550oC dengan fraksi berat penguat fly ash: (a) 7,5 %, (b) 5%, (c) 2,5%, (d) 0%
5. KESIMPULAN Berdasarkan hasil dan pembahasan diatas, dapat disimpulkan; 1.
Temperatur sinter pada spesimen Al-MMCs dengan penguat fly ash berpengaruh terhadap sifat fisis dan mekanis, karena temperatur sinter sangat mempengaruhi ikatan antar partikel. Sifat fisis dan mekanis akan mengalami kenaikan bila proses sinter dilakukan pada temperatur 500oC
112
Studi Sifat Fisis dan Mekanis Komposit Aluminium / Fly Ash dengan Variasi Fraksi Berat dan Temperatur Sintering (Zulfikar)
RWAT System, Journal of Materials Processing Technology 132, pp.67-72, 2003. 10. Kim, J.M., Kim, H.S, Processing and Properties of a glass from Coal Fly Ash a Thermal Power Plant Thought an Economic Process, Journal of The European Ceramic, Society, 24, 2825-2833, 2004. 11. Setyana, L.D. dan Wildan, M.W, Pengaruh Tekanan Kompaksi dan Kandungan Grafit Terhadap Sifat Fisis dan Mekanis pada Komposit Al / Grafit, Prosiding Seminar Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri, Yogyakarta, 2004. 12. Somiya, S, Advance Technical Academic Press Inc, Tokyo, 1998.
Ceramics,
13. Sukanto, H, Pengaruh Tekanan Kompaksi dan Suhu Sintering terhadap Densitas dan Sifat Mekanis Aluminium, Thesis S2, Teknik Mesin UGM, 2003. 14. Wildan, W.M., dan Handayani, F, Pressureless Sintering Serbuk Paduan Al-Si, Jurnal Mesin dan Industri, Volume 1(2) , 2004. 15. Wildan, W.M., Rusianto, T., dan Rochardjo, B.S.H, Pengaruh Kandungan Serbuk Alumina Terhadap Kekerasan dan Kekuatan Bending Komposit Paduan Al-Si / Alumina, Jurnal Mesin dan Industri, Volume 2(1) , 2005. 16. Zhang, H., Ramesh, K.I., Chin E.S.C, High Strain Rate Response of Aluminium 6092/B4C Composites, Materials Science and Engineering A 384, 26-34, 2004.
113
