JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: ( Print) 1

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)

1

PENGARUH TEMPERATUR DAN WAKTU TAHAN SINTERING TERHADAP KEKERASAN DAN MODULUS ELASTISITAS MMCs Pb-Sn MENGGUNAKAN PROSES METALURGI SERBUK UNTUK APLIKASI CORE PROYEKTIL PELURU Taufik Akbar dan Widyastuti Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail: [email protected]

Abstrak—Proyektil peluru pada umumnya terbuat dari Timbal karena beratnya harus mencukupi untuk menimbulkan momentum besar dan jarak tembak yang jauh. Peluru konvensional memiliki kelemahan karena mengakibatkan terjadinya pantulan balik (backsplash) yang dapat menyebabkan cedera bagi penembak. Maka dalam penelitian ini dilakukan pembuatan core proyektil komposit Pb-Sn dengan proses lain yaitu metalurgi serbuk untuk membuat peluru Advance Energy Transfer. Proses metalurgi serbuk ini dilakukan dengan variasi temperatur sintering 150, 200, dan 250°C, dan waktu tahan selama 1, 2, dan 3 jam. Kemudian dilakukan pengujian XRD, SEM–EDX, uji kekerasan dengan microhardness test, dan uji tekan untuk mendapatkan nilai modulus elastisitas. Komposit Pb-Sn yang disinter dengan temperatur 200°C selama 3jam memiliki densitas sinter terbesar yaitu 10.695 g/cm3 dan porositas terkecil yaitu 2.2%. Komposit Pb-Sn yang disinter dengan temperatur 150 °C selama 3 jam dari hasil uji mekanik memiliki kekerasan tertinggi yaitu 10.1 HV, dan memiliki modulus elastisitas paling tinggi yaitu, 25.636 GPa Kata Kunci—Proyektil, Pb-Sn, Metalurgi Serbuk, Temperatur dan Waktu Sintering.

P

I. PENDAHULUAN

eluru konvensional sering bertanggung jawab dalam cedera serius bahkan hingga kematian ketika proyektil menghantam permukaan yang keras dan menyebabkan pantulan kembali (backsplash and richocet) berkecepatan tinggi. Sehingga saat ini dikembangkan peluru yang mampu pecah menjadi serbuk yang halus yang biasa disebut frangible bullet/ammunition. Dalam proses manufaktur peluru jenis ini digunakan dibuat dengan menggunakan metalurgi serbuk. Peluru jenis ini disebut juga peluru Advance Energy Transfer (AET). [1] Berdasarkan penemuan John Worrel dan Ross Tyler dari Dynamic Research Technologies tentang frangible bullet, rongga luka yang dihasilkan peluru pada blok gelatin terbukti bahwa serbuk yang pecah terdistribusi merata dan nampak tidak terdapat kehilangan energi. Inti proyektil peluru terbuat dari campuran serbuk logam (seperti wolfram, dan baja) yang dikompresi. Timah digunakan untuk mengikat serbuk inti. Peluru yang berdensitas tinggi mampu stabil hingga pada putaran 160.000 rpm sehingga menghasilkan akurasi yang lebih baik. Peluru ini tidak memiliki impuritas yang menyebabkan peluru oleng dan menyimpang dari sasaran. [2] Sehingga dalam penelitian ini akan diketahui temperatur dan waktu tahan sintering untuk menghasilkan

produk komposit dengan modulus elastisitas (E) dan kekerasan yang optimal. Proyektil merupakan bagian peluru yang umumnya berbentuk silinder. Proyektil terdiri dari beberapa bagian yaitu ujung (nose), jaket, dan inti (core). Proyektil dioptimalkan untuk meminimalkan waktu pergerakan, dispersi minimum, energi kinetik maksimum, dan membatasi jangkauan maksimum.[3] Bagian inti (core) dari proyektil pada umumnya terbuat dari paduan timbal (Pb). Timbal dipilih karena berat jenisnya yang relatif lebih tinggi, sehingga mampu menghasilkan momentum yang besar dan jangkauan yang lebih jauh. Antimony serta unsur untuk menaikkan kekerasan seperti tembaga, seng, perak, cadmium, dan timah ditambahkan saat proses manufaktur untuk mendapatkan karakteristik yang diinginkan. [4] Metalurgi serbuk merupakan proses pembuatan benda komersial dengan menggunakan serbuk sebagai material awal sebelum proses pembentukan. Prinsip dalam pembentukan serbuk adalah memadatkan serbuk logam menjadi serbuk yang diinginkan kemudian memanaskannya di bawah temperatur lelehnya. Sehingga partikel-partikel logam memadu karena mekanisme transformasi massa akibat difusi atom antar permukaan partikel. Pemanasan dalam pembuatan serbuk dikenal dengan sinter yang menghasilkan ikatan partikel yang halus, sehingga kekuatan dan sifat fisisnya meningkat. [5] Komposit adalah material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material berbeda, tergabung atau tercampur secara makroskopik untuk menghasilkan material dengan sifat yang diinginkan, dengan syarat terjadi ikatan antara kedua material tersebut. [6] Komposit dibentuk dari dua komponen penyusun yang berbeda yaitu penguat (reinforcement) yang mempunyai sifat sulit dibentuk tetapi lebih kaku serta lebih kuat dan matriks yang umumnya mudah dibentuk tetapi mempunyai kekuatan dan kekakuan yang rendah. [7] Perbedaan dan penggabungan dari unsur-unsur yang berbeda menyebabkan daerah-daerah berbatasan. Daerah itu disebut interface. Sedangkan daerah ikatan antara material penyusun komposit disebut interphase. Aspek penting yang menunjukkan sifat mekanis dari komposit adalah optimasi dari ikatan antara reinforcement dan matriks yang digunakan. [6] F raksi volume, fraksi berat, modulus elastisitas komposit dapat dinyatakan dalam persamaan berikut ini : [8]

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)

𝑉𝑉𝑉𝑉 =

𝑚𝑚𝑚𝑚 𝜌𝜌𝑓𝑓.𝑉𝑉𝑉𝑉

𝑉𝑉𝑉𝑉 =

(1)

𝑚𝑚𝑚𝑚 𝜌𝜌𝑚𝑚 .𝑉𝑉𝑉𝑉

(2)

m f = V f . 𝜌𝜌𝑓𝑓 .V c

(3)

R

m m = V m . 𝜌𝜌𝑚𝑚 .V c

(4)

R

di mana: V m = Fraksi volume matrik Vf = Fraksi volume penguat V c = Fraksi volume komposit mf = Massa penguat (gr) m m = Massa matrik (gr) m c = Massa komposit (gr) Nilai modulus elastisitas didapatkan dengan dua metode yaitu model Voigt dengan konsep Rule of Mixture (ROM) yang dinyatakan: E c = E p .V p + E m .V m

(5)

1

(6)

𝐸𝐸𝑐𝑐

=

𝑉𝑉𝑚𝑚 𝐸𝐸𝑚𝑚

+

𝑉𝑉𝑝𝑝 𝐸𝐸𝑝𝑝

Model yang kedua yaitu model Reuss dengan konsep Inverse Mixture Rule (IMR) dinyatakan:

𝐸𝐸𝑐𝑐 = �

𝛷𝛷𝑚𝑚 𝐸𝐸𝐸𝐸

+

1−𝛷𝛷𝑝𝑝 2 𝐸𝐸𝑚𝑚

�

Di mana: E c = Modulus elastisitas komposit E p = Modulus elastisitas penguat E m = Modulus elastisitas matriks 𝚽𝚽 p = Vp= fraksi volume penguat V m = Fraksi volume matrik

(7)

Sintering merupakan proses pemanasan produk awal hasil kompaksi pada suatu temperatur yang dilakukan untuk membentuk suatu ikatan antar partikel melalui mekanisme difusi atom sehingga kekuatan produk awal meningkat. Proses sintering ini hanya melibatkan fasa padat dari campuran serbuk. Temperatur sintering berada di bawah temperatur cair serbuk yaitu 0,6 – 0,85 dari temperatur leleh serbuk atau biasanya 2/3 temperatur leleh serbuk. Adapun parameter proses sintering meliputi temperatur, waktu, ukuran partikel serbuk, densitas green, dan tekanan kompaksi. [9] Selama sintering terdapat dua fenomena utama yaitu penyusutan (shrinkage) dan pertumbuhan butir (grain growth). Penyusutan dominan apabila pemadatan belum mencapai kejenuhan sedangkan pada pertumbuhan butir dominan setelah pemadatan mencapai kejenuhan. Tahapan sintering yang terdiri dari tiga tahap. Tahapan awal (initial stage) dimana partikel akan mengalami pengaturan kembali posisinya sehingga bidang kontak antar partikel akan menjadi lebih baik. Tahapan menengah (intermediate stage) dimana pada tahap ini pertumbuhan butir terjadi sehingga struktur porositas menjadi lebih halus, tetapi tetap saling berhubungan hingga akhir sintering. Tahapan Akhir (Final stage) dimana porositas yang tertutup akan mengecil sebagai hasil dari proses difusi dan memungkinkan terjadinya transformasi fasa. Peristiwa

2

tersebut akan mengakibatkan material komposit mengalami penyusutan. Densitas relatif di atas 0,95 [10] II. METODOLOGI PENELITIAN Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah serbuk Pb coarse (Merck, Jerman) dengan kemurnian 98% dan serbuk Sn (Merck, Jerman) dengan kemurnian 98%. Zinc stearate (Merck, Jerman) digunakan sebagai pelumas. Distribusi serbuk Pb yang digunakan yaitu yang berukuran 900 mikron dan serbuk Sn berukuran 150 mikron. Serbuk Pb dan Sn ditimbang dengan komposisi 10 % wt Sn, 89.25 %wt Pb, dan 0.25 % wt Zinc Stearate. Serbuk yang telah ditimbang dicampur dalam baker glass dan dicampur dengan menggunakan magnetic stirrer selama 45 menit. Campuran tersebut dimasukkan ke dalam dies kompaksi uniaxial. Proses kompaksi dilakukan dengan menggunakan tekanan 10 M pa dan waktu tahan selama 10 menit. Hasil proses kompaksi adalah sampel green berbentuk silinder berdiameter 14 m m dan tinggi 14 mm sesuai standard ASTM E 9. Pengukuran densitas green dilakukan dengan menimbang sampel dengan neraca digital dan mengukur volume sampel dengan menggunakan jangka sorong. Proses sintering sampel dilakukan dengan menggunakan furnace dengan temperatur sintering 100, 150, dan 200°C selama 1, 2, dan 3 jam untuk masing-masing temperatur di lingkungan udara ambient dan pendinginan di dalam furnace. Selanjutnya pengukuran densitas sampel setelah sintering menggunkan prinsip Archimedes dalam distill water dan densitas teoritis dihitung berdasarkan Rule of Mixture. Pengujian Scanning Electron Microscope (SEM) dilakukan untuk mengetahui morfologi dengan menggunakan mesin SEM yang dilengkapi energy dispersive sebesar 20eV (EDAX). Pengujian X-Ray Diffraction (XRD) dilakukan pada temperatur kamar, pada range 10° – 90° (2θ) (step size = 0,0170°, scanning rate = 10.0114 - 89,9968s/step) dengan menggunakan radiasi Cu Kα untuk menentukan transformasi fasa. Pengujian kekerasan microhardness menggunakan skala Vickers dengan beban sebesar 25 g f sesuai dengan standar ASTM E384-11. Pengujian tekan dilakukan menggunakan alat UTM (Universal Testing Machine) tipe UPD-20 dengan cara pembebanan hingga sampel mengalami kerusakan sesuai dengan standar ASTM E 9. III. HASIL DAN DISKUSI A. Karakterisasi Material Core Proyektil Kaliber 5.56 Proyektil peluru kaliber 5.56 merupakan proyektil full metal jacket dengan ujung baja pada nose tip-nya. Peluru ini ada tiga bagian penyusun yaitu jaket kuningan (brass) yang terbuat dari paduan Cu-Zn, ujung peluru (nose tip) yang terbuat dari baja, dan inti (core) yang terbuat dari paduan Pb. Penelitian ini menganalisa inti (core) proyektil peluru kaliber 5.56. Gambar 1 menunjukkan hasil pengujian SEM-EDX dan XRD sebagai berikut :

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)

3

proses sintering terjadi proses degassing. Parameter yang berpengaruh dalam proses sintering diantaranya adalah temperatur dan waktu tahan sintering.

(a.)

(b.)

Gambar 2 Grafik Hubungan antara Temperatur dan Waktu Tahan Sintering terhadap Densitas Sinter Komposit Pb-Sn

(c.) Gambar 1. Core Proyektil Kaliber 5.56 Die Cast Pb-2%Sb (a.) Morfologi Permukaan (SEM 5000x), (b) Analisa Komposisi Kimia (EDX) , dan (c.) Identifikasi Fasa (XRD)

Hasil pengujian SEM-EDX menunjukkan bahwa unsur yang terdapat pada core proyektil kaliber 5.56 adalah unsur Pb sebesar 65%wt dan Sb 5.73%wt. Berdasarkan analisa dari hasil XRD fasa yang terdapat pada core proyektil kaliber 5.56 adalah Pb dengan intensitas puncak tertinggi. Selain itu dari terdapat senyawa oksida PbO. Senyawa ini dimungkinkan terjadi pada proses pengecoran akibat permukan Pb cair yang bereaksi dengan udara. Unsur Sb tidak terdeteksi dalam hasil XRD, hal ini dikarenakan unsur Sb membentuk solid solution dengan unsur Pb dimana atom Sb menyisip secara interstisial maupun substitusional. Dari hasil karakterisasi diketahui bahwa bahan core proyektil kaliber 5.56 adalah paduan Pb-Sb dengan komposisi 5.73%wt Sb. B. Pengaruh Temperatur dan Waktu Tahan Sintering terhadap Densitas Sinter, Porositas, dan Shrinkage Untuk meningkatkan kepadatan serbuk maka dilakukan proses sintering, karena dengan proses ini terdapat perlakuan thermal dan dapat menimbulkan terjadinya proses difusi karena adanya driving force berupa thermal. Pada awal proses sintering (inisiasi) terjadi pengaturan kembali partikel yang bersetuhan sehingga bidang kontak antar partikel akan menjadi lebih baik. Pertumbuhan neck mulai terjadi pada daerah kontak antar partikel. S elanjutnya pada tahap pertumbuhan butir struktur porositas menjadi lebih halus, tetapi tetap saling berhubungan hingga akhir sintering. Butir yang tumbuh akan menekan satu sama lain sehingga menyebabkan ruang kosong untuk porositas mengecil. Dan pada tahap akhir ini terjadi porositas yang tertutup akan mengecil sebagai hasil dari proses difusi. Selain itu pada

Berdasarkan Gambar 2 didapatkan pengaruh temperatur dan waktu tahan sintering terhadap nilai densitas sinter. Densitas tertinggi ditunjukkan oleh komposit Pb-Sn yang disinter pada temperatur 200°C selama 3 jam yaitu 10.695 g/cm3. Seiring dengan peningkatan temperatur dan waktu tahan sintering maka densitas sinter akan semakin meningkat. Namun pada temperatur sinter 150°C terjadi penurunan drastis pada densitas sinternya, dari 10.624 g/cm3 pada temperatur 100°C menjadi 10.611 g/cm3, namun pada temperatur sintering 200°C densitas komposit kembali naik menjadi 10.662 g/cm3. Fenomena penurunan densitas sinter ini dapat terjadi salah satu penyebabnya karena terbentuknya keretakan (cracking) pada komposit. Faktor yang lainnya yang menjadi penyebab adalah homogenitas dari sampel tersebut tidak merata sehingga menyebabkan densitasnya semakin menurun. Hal ini dapat disebabkan karena proses pencampuran mixing yang kurang sempurna.

Gambar 3 Grafik Hubungan antara Temperatur dan Waktu Tahan Sintering terhadap Porositas Komposit Pb-Sn

Berdasarkan Gambar 3 tersebut dapat terlihat bahwa porositas terendah ditunjukkan oleh komposit Pb-Sn yang disinter pada temperatur 200°C selama 3 jam yaitu sebesar 2.2%. Kemudian porositas semakin menurun seiring dengan peningkatan temperatur sintering. Nilai porositas yang tinggi menunjukkan laju dari kepadatan butir relatif terhadap porositas yang terjadi pada tahapan akhir

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) sintering. Pada proses ini terjadi eliminasi porositas sehingga menghasilkan bahan yang semakin padat dimana kepadatan bahan setelah proses sintering lebih besar daripada sebelum mengalami proses sintering. [11] Porositas terjadi karena perbedaan bentuk morfologi antara serbuk penguat dan matrik. Akan tetapi hal yang sangat penting adalah kehomogenan campuran, karena hal ini pula yang akan mempengaruhi tingkat porositas komposit. Seperti yang dijelaskan sebelumnya bahwa densitas sinter yang naik akan menyebabkan porositas menurun. Dalam penelitian ini menunjukkan hasil yang sejalan dengan teori yakni semakin tinggi temperatur dan semakin lama waktu tahan sintering maka tingkat porositas akan menurun. Hal ini disebabkan karena semakin lama waktu tahan dan semakin tinggi temperatur sintering akan meningkatkan energi aktivasi sehingga daya dorong pertumbuhan butir semakin tinggi pula. Semakin banyak pertumbuhan butir yang terjadi maka eliminasi porositas semakin tinggi pula, sehingga densitas setelah sinter meningkat.

4

elastisitas komposit terbagi menjadi dua macam yakni modulus elastisitas teoritik dan modulus elastisitas experimental. Modulus elastisitas eksperimental komposit didapatkan dari data pengujian tekan (compression test). Sedangkan modulus elastisitas teoritik didapatkan melalui perhitungan menggunakan konsep persamaan Rule of Mixture (ROM). Dari hasil perhitungan berdasarkan konsep persamaan Rule of Mixture (ROM) didapatkan modulus elastisitas teoritik sebesar 23.179 GPa, dimana modulus elastisitas teoritik untuk semua variabel sama. Hal ini dikarenakan komposisi semua sampel seragam yaitu dengan serbuk Pb sebanyak 85.28% dan serbuk Sn sebanyak 14.72% volume sampel.

Gambar 5 Grafik Hubungan antara Temperatur dan Waktu Tahan Sintering terhadap Modulus Elastisitas Komposit Pb-Sn

Gambar 4 Grafik Hubungan antara Temperatur dan Waktu Tahan Sintering terhadap Penyusutan Komposit Pb-Sn

Dari Gambar 4 didapatkan pengaruh temperatur dan waktu tahan sintering terhadap persentase penyusutan sampel setelah mengalami proses sintering. Persentase penyusutan tertinggi ditunjukkan oleh komposit Pb-Sn yang mengalami proses sintering pada temperatur 200°C selama 3 jam yaitu 3.13 %. Seiring dengan peningkatan temperatur sinter maka persentase penyusutan akan semakin meningkat. Peningkatan ini dapet dilihat pada sampel yang mengalami waktu tahan sintering selama 3 jam. Pada temperatur 100°C persentase penyusutannya hanya 1.76 %, namun pada temperatur 200°C mencapai 3.13 %. Penyusutan (shrinkage) didasarkan pada perubahan dimensi sampel setelah sintering. Selama sintering, proses transport bulk akan menimbulkan perubahan jarak antarpartikel akibat dari adanya pertumbuhan neck (pada innitial dan intermediate stage). Hal ini menimbulkan adanya penyusutan (shrinkage) pada serbuk yang telah terkompaksi. [8] C. Pengaruh Temperatur dan Waktu Tahan Sintering terhadap Sifat Mekanik Modulus elastisitas dapat menyatakan nilai kekakuan (stiffness) suatu material. Kekakuan adalah kemampuan suatu bahan untuk menerima tegangan/ beban tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk atau deformasi. Modulus

Gambar 5 menunjukkan nilai modulus elastisitas dari komposit Pb-Sn dimana modulus elastisitas maksimum terdapat pada komposit Pb-Sn dengan temperatur sintering 150°C dan waktu tahan selama 3 jam yaitu sebesar 25.636 GPa. Modulus Minimum komposit Pb-Sn terdapat pada komposit Pb-Sn yang disintering dengan temperatur 100°C dan waktu sintering selama 1 jam yaitu sebesar 23.280 GPa. Berdasarkan Gambar 5 terlihat bahwa semakin tinggi temperatur dan waktu tahan sintering maka modulus elastisitasnya relatif akan meningkat. Meningkatnya modulus elastisitas tersebut disebabkan oleh tingkat porositas yang semakin menurun seiring dengan kenaikan temperatur dan waktu tahan sintering. Salah satu penyebab kegagalan suatu material adalah keberadaan porositas. Porositas bisa diakibatkan oleh penyusutan atau gas yang terperangkap. Penyusutan yang terjadi pada saat kompaksi merupakan sumber utama pembentukan porositas, hal ini dihasilkan dari pengurangan volume yang diikuti oleh pengerasan, sedangkan porositas akibat gas dihasilkan dari penurunan daya larut gas dalam padatan. Porositas akan mempengaruhi sifat mekanik komposit, struktur berpori akan menurunkan kekuatan dan kekerasan jika dibandingkan dengan struktur padat. Porositas juga sangat merusak permukaan setelah proses permesinan (machining). [12] Jika dibandingkan dengan modulus elastisitas teoritik yaitu, 23.179 G Pa, semua komposit Pb-Sn memiliki nilai yang melebihi modulus elastisitas teoritik. Hal ini mengindikasikan bahwa selain modulus elastisitas dari masing-masing komposit

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) yang menahan beban tekan/kompresi, kekuatan antar muka dari serbuk juga menambah efek penguatan. Keterkaitan sifat fisis seperti densitas dan porositas berkorelasi terhadap nilai mekanik dari material komposit. Hal tersebut berkaitan dengan kualitas ikatan antarmuka antara matrik dan penguat yang mempengaruhi aspek transmisi tegangan dari matrik ke penguat saat mendapatkan beban eksternal. [13] Selain melalui pegukuran modulus elastisitas, sifat mekanik juga dapat dilihat dengan menggunakan pengujian kekerasan (hardness). Pengujian ini menggunakan mesin microhardness vickers dengan beban 0.025 kgf (ASTM E 384-11, 2011). Pengujian kekerasan digunakan untuk mengetahui nilai kekerasan komposit Pb-Sn dengan skala vickers. Nilai kekerasan sebanding dengan kekuatan dari suatu bahan. Dari nilai kekerasan ini nantinya dapat diperkirakan kekuatan dari komposit Pb-Sn.

Gambar 6 Grafik Hubungan antara Temperatur dan Waktu Tahan Sintering terhadap Nilai Kekerasan Komposit Pb-Sn

Berdasarkan Gambar 6 diperoleh nilai kekerasan dari komposit Pb-Sn, dimana nilai kekerasan maksimum terdapat pada temperatur sintering 150°C dengan waktu tahan sintering selama 3 jam, yaitu sebesar 10.1 Hv. Sedangkan nilai kekerasan minimum terdapat pada komposit Pb-Sn yang disinter dengan temperatur 100°C dan waktu tahan sintering 1 jam. Dari hubungan tersebut terlihat bahwa semakin tinggi temperatur dan waktu tahan sintering maka nilai kekerasannya akan relatif semakin meningkat. Hal ini disebabkan karena semakin tinggi densitas sinter dan kepadatan maka semakin tinggi pula nilai kekerasan komposit Pb-Sn. Pergerakan atomik mengakibatkan pembentukan weld bonds ikatan antar partikel. Semakin tinggi temperatur sentering maka semakin besar ikatan antar partikel weld bond. Hal ini menimbulkan ikatan antar partikel menjadi semakin kuat dengan peningkatan temperatur sintering sehingga sifat mekaniknya meningkat. D. Analisa Antarmuka pada Komposit Pb-Sn Kualitas ikatan antara matriks dan penguat dapat diamati melalui pengamatan SEM/EDX dan XRD. Gambar menunjukkan pengamatan struktur mikro dengan menggunakan SEM dari sampel yang telah disintering.

5 Interfacial

Pb

Pb Sn

Interfacial Sn (a)

(b)

Gambar 7 Hasil Pengamatan Morfologi Weld Bonds (SEM 500x) di Daerah Antarmuka Komposit Pb-Sn dengan (a) Temperatur Sintering 100°C dan Waktu Tahan Selama 1 Jam (b) Temperatur Sintering 200°C dan Waktu Tahan Selama 3 Jam

Pada pengamatan SEM seperti pada gambar 7 (a) terlihat bahwa permukaan antarfasa masih belum begitu sempurna. Daerah ikatan antar partikelnya (weld bond) masih terlihat adanya bagian yang belum menyatu dan kurang rapat. Pada pengamatan SEM seperti pada gambar 7 (b) terlihat bahwa permukaan antarfasa sudah terbentuk rapat. Daerah ikatan antar partikelnya (weld bond) terlihat panjang. Antarbutir sudah terlihat menyatu satu dengan yang lain.

Element OK SnL PbL Matrix

Wt% 31.53 47.37 21.10 Correction

At% 79.73 16.15 04.12 ZAF

Gambar 8 Komposisi Kimia pada Komposit Pb-Sn (EDAX) dengan Temperatur Sintering 200°C dan Waktu Tahan Selama 3 Jam

Berdasarkan hasil EDAX yang terlihat pada gambar 8, terlihat bahwa unsur yang terdapat pada permukaan antarmuka tersebut adalah Pb, Sn, dan O. Teridentifikasi bahwa di daerah tersebut unsur Sn lebih dominan dibandingkan unsur Pb. Hal ini menunjukkan bahwa pada permukaan antar fasa Sn sudah banyak berdifusi ke dalam fasa Pb. Pada proses sintering, memungkinkan terjadinya ikatan antara matriks dan penguat. Dari hasil uji XRD dapat diidentifikasi kristal maupun fasa yang terbentuk pada komposit Pb-Sn. Pengujian XRD dilakukan menggunakan alat PAN Analytical. Sampel yang digunakan tingginya kurang dari 10 mm dan harus rata kemudian diletakan pada holder sebelum dilakukan pengujian sinar X (XRD). Pengujian dilakukan dengan sinar X menggunakan range sudut 10o – 90o dan menggunakan panjang gelombang CuKα sebesar 1.540598 Å.

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)

Gambar 9 Hasil Uji XRD Komposit Pb-Sn dengan Temperatur Sintering Selama 200°C Selama 1 Jam, 2 Jam, dan 3 Jam.

6

mencapai temperatur optimum 150°C. 2. Semakin lamanya waktu tahan sintering maka nilai modulus elastisitas akan meningkat, dimana pada waktu tahan sintering selama 3 jam dan temperatur sintering 150°C menghasilkan nilai modulus elastisitas sebesar 25.636 GPa. 3. Semakin naiknya temperatur sintering maka nilai kekerasan akan meningkat, dimana pada temperatur sintering 150°C dan waktu tahan sintering selama 3 jam menghasilkan nilai kekerasan sebesar 10.1 HV. Dengan menggunakan variasi temperatur ini telah mencapai temperatur optimum 150°C. 4. Semakin lamanya waktu tahan sintering maka nilai kekerasan akan meningkat, dimana pada waktu tahan sintering selama 3 jam dan temperatur sintering 150°C menghasilkan nilai kekerasan sebesar 10.1 HV. UCAPAN TERIMA KASIH

Gambar 10 Hasil Uji XRD Komposit Pb-Sn dengan Temperatur Sintering Selama 200°C, 150°C, dan 100°C Selama 3 Jam.

Pada Gambar 9 menunjukkan komposit Pb-Sn yang disinter pada temperatur 200°C selama 1 jam, 2 j am, dam 3 jam dan pada Gambar 10 menunjukkan komposit Pb-Sn yang disinter pada temperatur 200°C, 150°C, dan 100°C selama 3 jam t idak memunculkan terjadinya fasa maupun senyawa baru di komposit Pb-Sn. Pada daerah komposit ini masih didominasi oleh fasa Pb. Fasa Sn intensitasnya masih sedikit muncul. Tidak ditemukan identifikasi senyawa dan fasa baru selain Pb dan Sn. Berdasarkan Gambar 9 maupun Gambar 10 pada komposit Pb-Sn tidak ditemukan adanya oksida. Hal ini berdasarkan analisa dari hasil XRD menggunakan software Match! dan berdasarkan pencocokan data dengan database JCPDF 040686 untuk Pb dan JCPDF 040673 untuk Sn. Dari pengamatan hasil SEM-EDX maupun hasil XRD tidak didapati adanya atau terbentuknya fasa ketiga atau fasa intermetalik. Maka, komposit Pb-Sn tidak mengalami penguatan yang dikarenakan fasa ketiga. Ikatan yang terjadi di antarmuka partikel Pb dan Sn hanya berupa ikatan mekanik. IV. KESIMPULAN/RINGKASAN 1. Semakin naiknya temperatur sintering maka nilai modulus elastisitas akan meningkat, dimana pada temperatur sintering 150°C dan waktu tahan sintering selama 3 jam menghasilkan nilai modulus elastisitas sebesar 25.636 GPa. Dengan menggunakan variasi temperatur ini telah

Penulis T.A. mengucapkan terima kasih kepada Direktorat Pendidikan Tinggi, Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan melalui Hibah Penelitian Prioritas Nasional Masterplan Percepatan dan Perluasan Pembangunan Ekonomi Indonesia 2011-2025 (PENPRINAS MP3EI 2011-2025) tahun 2012 yang telah memberikan dukungan berupa dana penelitian pada penulis. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada dosen pembimbing Dr. Widyastuti,S.Si., M.Si. atas dukungan dan motivasi beserta kedua orang tua tercinta yang telah membuat penulis semangat mengerjakan penelitian ini. DAFTAR PUSTAKA [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12]

[13]

K. R. Murray, Training at The Speed of Life Vol 1. Orlando, Florida : Armiger Publication (2004) 312 Mikko, D. 2000. U.S. Millitary “Green Bullet”. Feature Article. Petraco, N., DeForest. P. “Trajectory Reconstructions I: Trace Evidence in Flight”. Journal of Forensic Sci. 35 (1990), 1284-1296. Duffose, Thiery. 1998. “ Comparison of bullet alloys by chemical analysis: use of ICP–MS Method”. Forensic Science International 91 (1998) 197–206 Jones, W.D. 1960.Fundamental Principles of Powder Metallurgy. Edward Aronold. London. Gibson, F. Ronald, Principles of Composite Material Mechanics, Singapura: McGraw-Hill, (1994) Schwartz,M.M.1984. Composite Materials Handbook. New York: Mc.Graw Hill Inc. Chawla, K. Khrishan. Composite Material: Science and Engineering. London: Springer-Verlag, (1987) German, R. M., Powder Metallurgy Science. Princeton : Metal powder Industries Federation (1984) M.B. Waldron dan B. L. Daniel, Sintering, London : Hayden & Sons (1978) Suk Joong dan Lee Kang. Sintering : Densification, Grain Growth, and Microstructure. Oxford : Elsevier Butterworth-Heinemann (2005) Sahari,G.N.Anastasia, Anne Zulfia, dan Eddy S Siradj. “Pengaruh Temperatur terhadap Densitas dan Porositas Komposit Al2O3/Al Produk Directed Metal Oxidation”. Metalurgi Volume 23 No.2 (Des 2008) p7578 Fahmi dan M Zainuri. “Pengaruh Gaya Kompaksi terhadap Kualitas Ikatan Material Komposit Al/SiC Terlapisi ZnO”. Seminar Nasional Fisika (2011). ISSN- 2088-4176