PENGARUH VOLUME FRAKSI 5%, 7,5% DAN 10% ALUMINA (Al2O3) DENGAN UKURAN PARTIKEL 140, 170 DAN 200 MESH TERHADAP SIFAT MEKANIK MATERIAL KOMPOSIT MATRIKs Al-4.5%Cu-4%Mg Gugun Gumilar Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Mesin Universitas Gunadarma Depok
Abstraksi Telah dilakukan proses pembuatan komposit matrik logam yaitu Al-4,5%Cu-4%Mg dengan penguat Al2O3 secara bervariasi yaitu : 5%, 7,5% dan 10% volume fraksi, pembuatan komposit dilakukan dengan metoda stircasting dengan menggunakan pengaduk manual dengan batang grafit setelah logam paduan tersebut mencair hingga menjadi bubur (molten), dan dilanjutkan dengan proses penempaan yang selanjutnya akan dilakukan pengujian. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian tarik, pengujian kekerasan, pengujian abrasif, dan pengujian metalografi. Hasil pengujian pada komposit matrik logam paduan Al-4.5%Cu-4%Mg dengan penguat Al2O3 yang bervariasi diperoleh nilai tegangan tarik maksimum sebesar 187,1 N/mm2 dan tegangan tarik minimum sebesar 87,6 N/mm2, kekerasan maksimum sebesar 123,8 HB dan untuk nilai kekerasan minimum sebesar 83,5 HB, kehilangan berat maksimum sebesar 0,5 gr dan kehilangan berat minimum sebesar 0,2 gr.
1. Pendahuluan Komposit
Matrik
Logam
(KML)
keunggulan sifat-sifat tersebut, KML
adalah material rekayasa yang dibuat
merupakan material subtitusi dimana
dari penggabungan dua atau lebih
salah satunya cocok digunakan pada
material konvensional dan mempunyai
industri
sifat-sifat yang lebih unggul bila
meningkatkan
dibandingkan
dengan
penghematan
pembentuknya.
Keunggulan
material dari
komposit ini antara lain mempunyai
unjuk energi,
kerja, menurunkan
Dengan semakin meningkatnya jumlah
temperatur
berbagai
temperatur
dapat
didaur ulang dan lain-lain.
stiffness/berat dan kekuatan/berat pada dan
karena
emisi dari kendaraan bermotor, dapat
kombinasi yang bagus dari ratio kamar
otomotif,
kendaraan merk,
bermotor maka
dari
semakin
tinggi. Selain itu juga mempunyai
meningkat pula kebutuhan akan bahan
modulus
komponen
spesifik,
kekuatan
lelah
(fatigue strength), tahan aus (wear resistance), ketahanan
ketahanan mulur
(anti
yang
akan
mempunyai sifat unggul dibandingkan
abrasi,
dengan
creep),
diantaranya
koefisien muai yang rendah dan
otomotif bahan yang
konvensional, berbahan
KML
dipasaran. [1]
konduktifitas panas yang tinggi. Dari 2. Proses Pembuatan Matriks a. Perhitungan material balance untuk
material balance terlebih dahulu untuk
paduan matriks (Al-4.5%Cu-4%Mg)
mendapatkan hasil yang sesuai dengan
Sebelum dilakukan proses pembuatan
target yang diinginkan, seperti yang
matriks
ditunjukkan pada Tabel dibawah ini.
dilakukan
perhitungan
Tabel Persentase Campuran Paduan Matriks Al-Cu-Mg
no 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
W total Matriks Al-4.5%Cu-4%Mg (gr) 448,77 445,77 444,66 449,55 451,33 451,22 457,33 445,44 448,55 455,22
Cu4.5% (gr) 20,19 20,06 20,01 20,23 20,31 20,20 20,58 20,05 20,18 20,48
Al95.5% (gr) 428,58 425,71 424,65 429,32 432,02 430,91 436,75 425,39 428,37 434,73
Mg4% (gr) 17.95 17.83 17.78 17.98 18.05 18.04 18.29 17.81 17.94 18.20
b. Pemotongan dan penimbangan
dituang secara manual ke dalam
Setelah dilakukan perhitungan material
cetakan dengan menggunakan gayung
balance, bahan yang telah disediakan
yang tahan panas ke dalam cetakan.
seperti Al, Cu dan Mg di potong dan di
Proses penuangan ini dilakukan secara
timbang sesuai dengan data yang
kontinu
diperoleh selanjutnya dilakukan proses
pembekuan matriks dari paduan Al-
peleburan
Cu-Mg di dalam tungku peleburan,
dan
pemaduan.
untuk
membuat matriks paduan.
untuk
menghindari
apabila hasil leburan membeku karena proses penuangan yang lama maka
c. Proses peleburan dan pemaduan
paduan Al-Cu-Mg harus dilebur ulang.
Pada proses ini bahan-bahan yang telah di potong kemudian dimasukan
d. Analisa komposisi kimia
kedalam crucible yang selanjutnya
Setelah as cast dari paduan Al-Cu-
dilakukan peleburan di dalam tungku
Mg diperoleh, kemudian di potong
muffle selama ±2 jam dengan suhu
dengan ukuran (20 x 20) mm untuk
700oC sampai menjadi cair. Setelah
dilakukan
logam tersebut mencair kemudian
Apabila komposisi tidak sesuai dengan
uji
komposisi
kimia.
target yang telah ditentukan, maka
tersebut. Namun bila hasilnya sesuai
dilakukan perhitungan komposisi dan
dengan target, maka bisa dilanjutkan
proses
pada
peleburan
ulang
dengan
menambahkan bahan yang dianggap kurang
sesuai
dengan
proses
selanjutnya
dalam
pembuatan komposit.
persentase
3. Proses Pembuatan KML Pada
proses
logam
pembuatan
menggunakan
metoda
merupakan
stircasting pembuatan
komposit
komposit
penuangan
yang
proses
dengan
cara
sebelumnya
balance MMCs seperti ditunjukan dalam Tabel 3.3 di bawah ini. Tahap kedua, yaitu pada tahap ini adalah
tahap
melakukan
dimana proses
kita
akan
pembuatan
mengalami proses pengadukan pada
Komposit Matriks Logam (KML).
kondisi penahanan temperatur konstan.
Pertama kali yang dilakukan adalah
Pada proses pembuatan KML ini
memasukan paduan Al-Cu-Mg yang
menggunakan
sebagai
telah dipotong-potong dan ditimbang
matriks paduan serta Al2O3 (Alumina)
kedalam crucible beserta Alumina
sebagai
penguat.
(Al2O3) yang telah dilakukan proses
Dimana pada proses pembuatan KML
pengayakan dan penimbangan terlebih
ini adalah untuk mengetahui kekuatan
dahulu.
dari bahan yang telah mengalami
dimasukan kedalam crucible kemudian
proses
tungku
Al-Cu-Mg
reinforced
pencampuran
atau
atau
setelah
Setelah
semua
dipanaskan
bahan
dengan
suhu
menjadi KML. Pada proses pembuatan
pemanasan yang digunakan adalah
KML ini ada beberapa tahap yang
7000C dengan waktu ± 2jam. Setelah
dilakukan seperti :
itu
Tahap awal, yaitu pada tahap ini
tungku
adalah persiapan bahan baku dan alat,
peleburan, dan menyiapkan batang
serta melakukan perhitungan material
pengaduk yang terbuat dari grafit yang
crucible stirrer
dimasukan untuk
tahan terhadap suhu tinggi.
kedalam dilakukan
Tabel Persentase Campuran Pembuatan MMCs Al-4,5%Cu-4%Mg/Al2O3(P) W total Matriks Al-4.5%Cu-4%Mg (gr)
no 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
5%
448,77 445,77 444,66 449,55 451,33 451,22 457,33 445,44 448,55 455,22
22.43 22.28 22.23
maka
kita
siap
-
10% -
33.85 33.84 34.3 44.54 44.85 45.52
Setelah semua persiapan telah selesai
Penguat (gr) 7,5%
untuk
melakukan proses pembuatan metal
Gerus/ayak (Mesh) 140 170 200 140 170 200 140 170 200
crucible dan menahannya selama 2 jam hingga mencair, lalu glass wool tersebut
diangkat
dan
crucible
yang
dikeluarkan didalam tungku dengan
adalah
menggunakan penjepit lalu diaduk
memanaskan tungku stirrer hingga
menggunakan batang yang terbuat dari
matrix
composite
pertama mencapai
(MMCs),
dilakukan suhu
700
o
C
dengan
menutup bagian atasnya dengan glass wool yang terbuat dari serat kaca agar oksigen tidak masuk dalam ruangan
grafit hingga sampai kondisi bubur (molten).
Tungku listrik yang digunakan untuk melakukan proses peleburan MMCs dengan waktu ± 2 jam pada temperatur 7000C. 4. Proses Tempa Setelah Al murni + penguat alumina (Al 2O3) dirasa telah menyatu dan
telah
dilakukan
pengadukan
hingga merata sampai menjadi bubur (molten), kemudian paduan tersebut dilepas dari dalam crussible lalu diletakkan di dalam cetakan mesin
Mesin Tempa
tempa dan di tempa.
5. Proses Pengujian Kekerasan. Pengujian kekerasan adalah satu dari sekian banyak pengujian yang dipakai, karena dapat dilaksanakan pada benda uji
yang
kecil
tanpa
kesukaran
mengenai kesukaran spesifikasi Alat uji kekerasan Brinell
Menggunakan HB 10 Dimana
HB
10
atau adalah
kekutan
lebih
struktur
kristal,
pada
umumnya logam terdiri dari banyak
penekanan bola baja kedalam sampel.
kristal.
HB =
p
Dalam logam, pengertian kristal sering
(d)2
pula disebut sebagai butiran. Batas
62,5
pemisah antara dua kristal disebut
(2,5)2
batas butir (grain boundry). Dsan juga
HB = = 10
untuk mengetahui ikatan yang terjadi
Dimana : p
pada logam campuran.
=
Beban penekanan yang
diberikan (Kg) d
Diameter
=
bola
yang
digunakan (mm)
Metalography Adalah pengujian untuk mengetahui struktur mikro yang terdapat dalam logam,
dimana
struktur
logam
Alat uji metalography
merupakan penggabungan dari satu yang mempengaruhi terhadap keausan
Abrasif Keausan
logam
adalah
peristiwa
adalah :
suatu
•
Basar pembebanan
terjadi
•
Jenis material
permukaan dimensi dan massa, yang
•
Kekerasan material
dapat mengakibatkan terbatasnya umur
•
Jenis pelumasan
•
Temperatur pengoperasian
lepasnya permukaan
atau
daya
material
dari
sehingga
guna
suatu
perkakas.
Ketahanan aus akan bertambah akibat meningkatnya kekerasan. Factor-faktor
Adapun jenis-jenis keausan, antara lain: •
Keausan adhesi
•
Keausan abrasi
•
Keausan korosi
•
Keausan
karena
kelelahan
permukaan Alat uji abrasif
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pengujian kekuatan tarik dari material komposit matriks Al-4,5%Cu-4%Mg dengan penguat alumina (Al2O3) yang memvariasikan volume fraksi dan ukuran partikel, ditunjukkan pada Tabel di bawah ini. Data hasil pengujian kekuatan tarik Kode Sampel A-5 B-5 C-5 A-7,5 B7,5 C7,5 A-10 B-10 C-10
Kekuatan Tarik (N/mm2) 0,12 0,16 0,08 0,14 0,15 0,18 0,17 0,18 0,17
Regangan saat patah (%) 0,07 0,058 0,06 0,048 0,05 0,052 0,036 0,034 0,043
Grafik pengaruh volume fraksi partikel Al2O3 terhadap kekuatan tarik
1.2
Regangan, %
1 0.8 0.6 0.4 140 mesh 170 mesh 200 mesh
0.2 0 5%
7.50% Volume fraksi, %
10%
Grafik pengaruh volume fraksi partikel Al2O3 terhadap regangan
Hasil pengujian kekerasan dari material komposit matriks Al-4,5%Cu-4%Mg denganpenguat alumina (Al2O3) yang memvariasikan volume fraksi dan ukuranpartikel, ditunjukkan pada Tabel di bawah ini. Data hasil pengujian Kekerasan Brinell
Kode Sampel A-5 B-5 C-5 A-7,5 B7,5 C7,5 A-10 B-10 C-10
Kekerasan ratarata(HB) 83.5 98.4 108.4 102.9 116.4 116.4 112.8 106.8 123.8
SB 2.8625 5.0915 3.3698 3.7571 9.6289 9.84269 11.6242 3.22697 10.5239
Grafik pengaruh volume fraksi partikel Al2O3 terhadap kekerasan
Hasil pengujian abrasif dari material komposit matriks Al-4,5%Cu-4%Mg dengan penguat partikel alumina (Al2O3) yang memvariasikan fraksi volume dan ukuran partikel, ditunjukkan pada Tabel di bawah ini. Data hasil pengujian abrasif
Kode Sampel A-5 B-5 C-5 A-7,5 B7,5 C7,5 A-10 B-10 C-10
Kehilangan Berat Rata-rata (gr) 0,5 0,44 0,39 0,4 0,26 0,2 0,25 0,3 0,2
Ø (mm) 150 150 150 150 150 150 150 150 150
Keausan Abrasif (gr/m) 0,021 0,018 0,0165 0,0169 0,011 0,008 0,01 0,012 0,008
SB 23,562 18,891 10,719 26.846 18,762 17,892 15,245 17,864 18,825
Grafik pengaruh volume fraksi partikel Al2O3 terhadap kehilangan berat
Hasil pengamatan metalografi Paduan Al-Cu-Mg + Penguat 5% dengan pengerusan 200 mesh.
Alumina Fasa α (Al)
Struktur mikro paduan Al-Cu-Mg + Al2O3 5% dan pengayakan 200 mesh dengan pembesaran 200 x Hasil pengamatan metalografi Paduan Al-Cu-Mg + Penguat 7,5% dengan pengerusan 200 mesh.
Alumina
Fasa α (Al)
Struktur mikro paduan Al-Cu-Mg + Al2O3 7.5% dan pengayakan 200 mesh dengan pembesaran 200 x
Hasil pengamatan metalografi Paduan Al-Cu-Mg + Penguat 10% dengan pengerusan 200 mesh.
Fasa α (Al) Alumina
Struktur mikro paduan Al-Cu-Mg + Al2O3 10% dan pengayakan 200 mesh dengan pembesaran 200 x
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Berdasarkan data hasil pengujian kekerasan, keausan abrasif dan metalografi maka dapat ditarik kesimpulan bahwa pada pembuatan komposit matrik logam adanya unsur magnesium (Mg) akan memberikan sifat mampu basah pada penguat Al2O3 sehingga Al2O3 akan lebih banyak terperangkap oleh matrik aluminium, hal ini dapat meningkatkan kekerasan, ketahanan abrasif dan meningkatkan tegangan tarik pada komposit matrik logam. Saran Kata kunci keberhasilan dalam pembuatan material komposit matriks logam terletak pada sifat mampu basah (wettability) dari logam matriks dan proses pengadukannya.
DAFTAR PUSTAKA 1. B. Romiyarso, Toni., Komposit Matrik Logam untuk Bahan Mobil, Seminar Material Metalurgi, Serpong, 2005. 2. Prosiding, Study Kemampuan Basah dan Pengaruh Reaksi Antar Muka Matrik Logam (Paduan Al) Dengan Material Penguatnya (SIC dan Al2O3) Pada pembuatan KML. 3. Lawrence H. Van Vlack, Ilmu dan Teknologi Bahan , Terjemahan Sriati Djaprie, Erlangga, Jakarta, 1985. 4. Hartono A.J., Komposit Metal, Andy offset, Yogyakarta, 1992. 5. Smallman, R.E. dan Bishop, R.J., Metalurgi Fisik Modern & Rekayasa Material, Terjemahan Bustanul Arifin dan Myrna, Edisi Keenam, Erlangga, Jakarta,2000. 6. Van Vliet G.L.J Both W, Bahan-Bahan, Terjemahan Haroen, Edisi I, Erlangga, Jakarta. 7. Laboratorium Teknik Mesin Lanjut, Material Teknik dan Pengecoran Logam, Pengujian Logam, Universitas Gunadarma, Jakarta, 2008. 8. Niemann, G, Elemen Mesin, Terjemahan Anton Budiman dan Bambang Priambodo, Edisi Kedua, Erlangga, 1999. 9. Harsono W. dan Toshie O. Teknologi Pengelasan Logam. Terjemahan Harsono Wiryosumarto, PT. Pradnya Paramita, Jakarta 10. Kustituanto, Bambang., dan Rudy Badrudin, Statistika I, Universitas Gajah Mada, Jakarta,1994. 11. ASTM, 2000 Annual Book of ASTM Standards Volume 02.02
