KARAKTERISASI KOMPOSIT MATRIKS LOGAM Al-SiC PADA PRODUK KANVAS REM KERETA API

Jurnal

e-Dinamis, Volume. 6, No.2 September 2013

ISSN 2338-1035

KARAKTERISASI KOMPOSIT MATRIKS LOGAM Al-SiC PADA PRODUK KANVAS REM KERETA API Albin Moniago Simanjuntak(21), Syahrul Abda(2), Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU Jl.Almamater, Kampus Padang Bulan, 20155 Medan, Sumatera Utara Email : [email protected] (1,2)

Abstrak Salah satu komponen yang termasuk penting pada kereta api sebagai kendaraan rel adalah rem. Rem berfungsi sebagai alat untuk mengatur laju kendaraan, khususnya mengurangi dan menghentikan kendaraan. Komposit Matriks Logam Al-SiC (KML Al-SiC) menggunakan aluminium sebagai matriks dan partikel SiC sebagai penguat. Alumunium dipanaskan sampai ke titik leleh, lalu dicampur dengan serbuk SiC, selanjutnya dituang ke dalam cetakan. Material komposit matrik aluminium dengan penguat keramik SiC yang juga disebut komposit isotropik Al-SiC merupakan kombinasi yang sangat sesuai dalam peningkatan performansi mekanik dan ketahanan dalam kerusakan korosif. Adapun pemilihan logam Al sebagai matrik dikarenakan logam ini memiliki berat jenis yang ringan sehingga dapat digunakan sebagai substitusi komponen pembuatan kampas rem kereta api. Penelitian ini hanya di batasi dengan jumlah pencampuran Al 82 % dengan SiC 18 %, yang bertujuan untuk mencari dan memperoleh alternatif bahan kanvas rem kereta api yang lebih baik dari bahan besi cor yang digunakan saat ini. Pengujian yang di lakukan adalah uji kekerasan, keausan, dan uji tarik. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kondisi optimum yang diperoleh pada komposisi 18% SiC dan suhu sintering 600 oC dengan karakteristik sebagai berikut: kekerasan 88,96 HRB, keausan 2,575 x -5 2 2 10 gram/mm .s, kuat tarik 19,77 Kgf/mm . Dari segi kualitas, dengan MMC Al-SiC 18% dimungkinkan dapat menjadi bahan alternatif sebagai pengganti Besi Cor pada bahan kanvas rem kereta api. Kata kunci: Komposit matriks logam, Al-SiC, Kanvas rem kereta api

1. Pendahuluan Pengembangan awal komposit matrik logam (Metal Matrix Composite, MMC) telah dimulai sejak tahun tujuh puluhan. Secara umum pengembangan teknologi komposit bertujuan untuk meningkatkan efisiensi struktur dan karakterisasi sifat material yang signifikan, seperti untuk aplikasi material yang ringan tetapi sangat kuat [1]. Material komposit adalah dua material atau lebih yang digabungkan sehingga menghasilkan sifat mekanis yang merupakan gabungan dari komponen penyusunnya.Teknologi ini terus diaplikasikan demi memenuhi tuntutan efisiensi produk industri yang membutuhkan material yang kuat, ringan, tahan aus, dan tahan pada temperatur tinggi. Material komposit yang sedang diteliti secara serius saat ini adalah Metal Matrix Composite. MMC adalah teknologi komposit dengan

logam sebagai matriksnya. MMC biasanya perpaduan dengan keramik. Salah satu kerugian dengan memanfaatkan paduan keramik tersebut adalah besarnya rentang nilai CTE (Thermal Expansion Coefficient) metal dengan keramik. Besarnya perbedaan tersebut menyebabkan ikatan antarmuka (interface) pada paduan tersebut sangat rendah. Kemudian dikembangkan MMC dengan logam sebagai matriks dan logam juga sebagai penguatnya. Adapun salah satu MMC yang sudah sering dikembangkan adalah MMC Al-based, dengan Aluminium sebagai matriksnya, seperti; Al/SiC, Al/TiO2, Al/BN, Al/TiC, dan lain-lain. Pembentukan komposit matriks logam dapat dilakukan dengan berbagai cara, salah satu diantaranya pembentukan dengan metode metalurgi serbuk. Keuntungan metode metalurgi serbuk dapat langsung dihasilkan tanpa perlu dilakukan 61

Jurnal


permesinan dan dapat diproduksi dalam skala kecil maupun massal. Kelemahan metode metalurgi serbuk yaitu penggabungan antara bahan penyusun relatif sulit, karena keramik SiC memiliki tingkat kebasahan yang rendah dibandingkan logam Al dan kecenderungan keramik SiC untuk mengelompok. Salah satu komponen yang termasuk penting pada kereta api sebagai kendaraan adalah rem. Rem berfungsi sebagai alat untuk mengatur laju kendaraan, khususnya mengurangi dan menghentikan kendaraan. Berdasarkan pengamatan yang telah dilakukan di beberapa DAOP PT.KAI (Daerah Operasi) PT. Kereta Api Indonesia ditemukan bahwa umur pakai kanvas rem untuk kereta api yang beroperasi di daerah tersebut sangat singkat, yaitu sekitar dua minggu operasi atau sekitar 252 jam operasi. Secara visual kerusakan yang terjadi bukan hanya sekadar aus atau menipis tetapi juga pecah, robek bahkan terlepas dari pelat pemegangnya [2]. Komposit Matriks Logam Al-SiC (KML Al-SiC) menggunakan aluminium sebagai matriks dan partikel SiC sebagai penguat. Aluminium dipanaskan sampai ke titik lelehnya, lalu dicampur dengan SiC serbuk, selanjutnya dituang ke dalam cetakan. Material komposit matrik aluminium dengan penguat keramik SiC atau disebut komposit isotropik Al-SiC merupakan kombinasi yang sangat sesuai dalam peningkatan performa mekanik dan ketahanan dalam kerusakan korosif. Adapun pemilihan logam Al sebagai matrik dikarenakan logam ini memiliki berat jenis yang ringan, yaitu 2,7 gr/cm3 sehingga dapat digunakan sebagai substitusi komponen pembuatan kampas rem kereta api. 2. Tinjauan Pustaka Pemakaian blok rem komposit menggantikan blok rem berbahan besi cor untuk kanvas kereta api di Indonesia sudah dimulai sejak dasa warsa terakhir. Blok rem komposit pada mulanya diperkenalkan di Indonesia oleh para importir asing dengan blok rem merek Fituris (Australia), Ferodo (Inggris), Marquist (China), Nabco (Jepang) dan dari Sideria [3]. Baru sejak tahun 2002

ISSN 2338-1035

blok rem komposit diproduksi di tanah air, dan saat ini sudah ada sekurang-kurangnya 3 pabrik blok rem komposit lokal dan 2 diantaranya telah mendapat sertifikasi dari PT. KAI [2]. Blok rem yang terbuat dari material besi cor mempunyai berat 11-12 kg. Blok rem seberat ini dapat mempersulit proses pemasangan atau biaya pemasangan yang tinggi. Umur pemakaian hanya mencapai satu bulan dan nilai jual bahan bekasnya masih relatif tinggi [2]. Berbagai macam usaha dilakukan untuk mencari alternatif material yang mempunyai sifat ringan, keras dan tahan aus sebagai pengganti blok rem berbahan besi cor. Namun demikian hasil yang diperoleh belum bisa seperti yang diharapkan. Salah satu upaya yang telah ditempuh adalah menggabungkan dua material penyusunnya, yaitu matriks dan penguat [3]. Keunggulan dari blok rem berbahan komposit adalah tidak memiliki salvage value atau nilai jual bahan bekasnya tidak ekonomis, sehingga anti pencurian. Disamping itu gesekan dengan roda tidak menimbulkan percikan api sehingga sangat layak untuk applikasi di kereta barang (kereta parcel) khususnya kereta yang mengangkut bahan yang explosive seperti minyak atau gas dan lain lain. Penggantian blok rem metalik (Cast Iron) menjadi blok rem komposit dengan mempertimbangkan aspek ekonomis dimana kanvas rem komposit memiliki keunggulan dibanding rem metalik. Keunggulan blok rem komposit adalah sebagai berikut : 1. Rem komposit memiliki umur ekonomis 3 kali lipat disbanding blok rem besi cor (bisa bertahan 3 bulan). 2. Rem komposit lebih ringan, sehingga memudahkan penggantian (replacement). 3. Rem komposit memiliki harga lebih murah , karena usia pakai lebih panjang. 4. Rem komposit tidak rawan pencurian karena tidak bisa dijual kiloan seperti rem besi (metalik). 5. Rem komposit tidak memercikan api yang terjadi saat pengereman (gesekan) sehingga aman jika digunakan untuk kerena yang mengangkut bahan bakar 62

Jurnal


seperti minyak, gas, batubara dan lainlain. 2.1 Material Rem Kereta Api 2.1.1 Aluminium Aluminium ditemukan oleh Sir Humphrey Davy pada tahun 1809 sebagai suatu unsur dan pertama kali direduksi dengan logam oleh H. C. Oersted pada tahun 1825. Secara industri tahun 1886, Paul Herould di Prancis dan C. N. Mall di Amerika Serikat secara terpisah telah memperoleh logam aluminium dari alumina dengan cara elektrolisa dari garamnya yang terfusi. Sampai sekarang proses Herould Hall masih dipakai untuk memproduksi aluminium. Bahan dasar pembuatan aluminium adalah bauksit (biji aluminium) yang kemudian di ubah menjadi Alumina. Alumina inilah yang akan dielektrolisa membentuk aluminium ingot. Biji Aluminium biasanya berupa senyawa oksida berupa Bayerit , Gibbsit atau hidrargilat , diaspor , Bohmit. Aluminium merupakan unsur yang sangat reaktif sehingga mudah teroksidasi. Karena sifat kereaktifannya maka aluminium tidak ditemukan di alam dalam bentuk unsur melainkan dalam bentuk senyawa baik dalam bentuk oksida alumina maupun silikon. Sumber aluminium yang sangat ekonomis adalah bauksit. Bauksit adalah biji yang banyak mengandung alumina (Al2O3) yakni 30 – 60% serta 12 – 30% adalah air. Makin banyak oksida besi yang mengotori maka akan semakin gelap warnanya. Bauksit dapat berwarna putih, krem, kuning, merah atau coklat dapat sekeras batu. Namun ada pula yang selembek tanah lempung. Paduan aluminium mengandung 99% aluminium dan 1% mengandung mangan, besi, silikon, tembaga, magnesium, seng, krom, dan titanium. Menurut Schenk, paduan aluminium mengandung logam lain, seperti: besi 0,5%, Silikon 2 – 3 %, tembaga 1 – 2%, seng 0,9%, Mangan 0,5 – 0,8% , Magnesium 0,7%, Krom 0,3%, dan Titanium 0,3%. Aluminium juga memiliki sifat yang lebih unggul dibandingkan dengan sifat logam lain. Sifat-sifat aluminium yang lebih

ISSN 2338-1035

unggul bila dibandingkan dengan logam lain adalah sebagai berikut: 1. Ringan Massa jenis Aluminium pada suhu kamar 29 oC sekitar 2,7 gr/cm3. 2. Kuat Aluminium memiliki daya renggang 8 kg/mm3, tetapi daya ini dapat berubah menjadi lebih kuat dua kali lipat apabila Aluminium tersebut dikenakan proses pencairan atau roling. Aluminium juga menjadi lebih kuat dengan ditambahkan unsur-unsur lain seperti Mg, Zn, Mn, Si. 3. Ketahanan terhadap korosi Aluminium mengalami korosi dengan membentuk lapisan oksida yang tipis dimana sangat keras dan pada lapisan ini dapat mencegah karat pada Aluminium yang berada di bawahnya. Dengan demikian logam Aluminium adalah logam yang mempunyai daya tahan korosi yang lebih baik dibandingkan dengan besi dan baja lainnya. 4. Daya hantar listrik yang baik Aluminium adalah logam yang paling ekonomis sebagai penghantar listrik karena massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis tembaga, dimana kapasitas arus dari aluminium kira-kira dua kali lipat dari kapasitas arus pada tembaga. 5. Anti magnetis Aluminium adalah logam yang anti magnetis. 6. Toksifitas Aluminium adalah logam yang tidak beracun dan tidak berbau. 7. Kemudahan dalam proses Aluminium mempunyai sifat yang baik untuk proses mekanik dari kemampuan perpanjangannya, hal ini dapat dilihat dari proses penuangan, pemotongan, pembengkokan, ekstrusi dan penempaan aluminium 8. Sifat dapat dipakai kembali Aluminium mempunyai titik lebur yang rendah, oleh karena itu kita dapat memperoleh kembali logam aluminium dari scrap. Aluminium merupakan logam ringan yang mempunyai sifat ketahanan korosi yang baik. Material ini digunakan dalam bidang yang luas bukan hanya untuk peralatan rumah tangga saja tetapi juga 63

Jurnal


dipakai untuk kepentingan industri, misalnya untuk industri pesawat terbang, mobil, kapal laut dan konstruksi-konstruksi yang lain. Untuk mendapatkan peningkatan kekuatan mekanik, biasanya logam aluminium dipadukan dengan unsur Cu, Si, Mg, Ti, Mn, Cr, Ni, dan sebagainya. Aluminium didapat dalam keadaan cair dengan elektrolisa, umumnya mencapai kemurnian hingga 99,85% berat, tetapi untuk mengolah biji logam menjadi aluminium memerlukan energi yang besar, sedangkan sumber biji aluminium semakin berkurang. Salah satu usaha untuk mengatasi hal ini adalah dengan melakukan daur ulang. Pada perusahaan pengecoran industri kecil kebanyakan tidak semua menggunakan bahan aluminium murni, tetapi memanfaatkan sekrap ataupun rijek materials dari peleburan sebelumnya. Proses pengecoran dengan menggunakan bahan baku yang sebelumnya pernah dicor dinamakan remelting. 2.1.2 Material Keramik SiC Keramik mempunyai ikatan ionik yang tinggi, keadaan sedemikian menyebabkan bahan ini dikategorikan sebagai bahan yang bersifat kuat dan rapuh. Selain material keramik bersifat rapuh, tetapi juga mempunyai kelebihan, antara lain : koefisien ekspansi termalnya rendah sehingga lebih tahan terhadap kejut suhu. Ketahanannya pada suhu tinggi merupakan sifat penting dan menjadi faktor utama untuk dipertimbangkan dalam pemilihan bahan baru keramik yang berkekuatan tinggi. Kelemahan dari material keramik adalah sifat rapuhnya, sehingga bila terjadi retak mikro, maka akan mudah menjalar retakan tersebut dan dapat menyebabkan kerusakan (failure). Silikon karbida dengan formula SiC tergolong salah satu jenis material keramik non oksida. SiC membentuk struktur tetrahedral dari ikatan atom karbon C dan atom Si. Material ini tergolong material yang sangat keras dan tahan terhadap abrasive. Serbuk keramik SiC ada dua macam, dapat di bagi berdasarkan bentuknya, yaitu: partikulat dan serabut (whiskers). Silikon karbida (SiC) memiliki kurang lebih 70 bentuk kristal, dan yang paling terkenal adalah struktur kristal heksagonal

ISSN 2338-1035

dengan komponen alpha silikon karbida (αSiC) dan mulai terbentuk pada suhu sekitar 2000oC. selain α-SiC juga ada struktur beta silikon karbida (β-SiC), fasa ini terbentuk dibawah suhu 2000oC, dan terbanyak yang beredar dipasaran adalah β-SiC [4]. Silikon karbida SiC memiliki densitas sekitar 3.2 g/cm3, memiliki temperatur sublimasi o sekitar 2700 C sehingga banyak dipergunakan sebagai bearings dan sparepart untuk tungku. Silikon karbida tidak mudah melebur pada berbagai kondisi tekanan, dan relatif lebih tahan terhadap bahan kimia. Pada gambar di bawah diperlihatkan (a) struktur kubus β-SiC, dan (b) struktur heksagonal α-SiC [5]. Keramik SiC memiliki kuat tekan sebesar 4600 Mpa, dan koefisien ekspansi termal yang relatif rendah, yaitu: 4.51 – 4.73 µm/m oC [6]. Sifat-sifat SiC yang paling istimewa, antara lain: daya hantar panas tinggi, tahan pada temperatur tinggi, nilai kekerasan tinggi, tahan kejutan termal dan tahan terhadap korosi. Ketahanan SiC terhadap korosi ditunjukkan dengan adanya abu batubara, slag asam, dan slag netral pada saat material tersebut diaplikasikan. Ketahanan panas SiC ditunjukkan dari suhu pemakaian yang dapat mencapai 2200 – 2700 oC. Pada 1000 oC terbentuk lapisan oksidasi berupa SiO2. Material SiC mempunyai ketahanan oksidasi di udara terbuka mampu mencapai suhu 1700 oC [7]. Silikon karbida dibuat melalui proses reduksi silika dengan karbon pada suhu tinggi. Untuk mendapatkan SiC dengan kemurnian tinggi maka terlebih dahulu silika dicuci dengan hydrofluoric acid [8]. 2.2 Material Komposit Komposit merupakan gabungan material multifasa yang memiliki interface makroskopis yang dapat dibedakan secara makro dan memiliki sifat-sifat yang merupakan penggabungan sifat positif material penyusunnya. Komposit berdasarkan jenis penguatnya dibagi menjadi 3 macam yaitu komposit partikulat, komposit fiber dan komposit structural. Berdasarkan sifat penguatnya, komposit dibagi menjadi dua yaitu komposit isotropik dan anisotropik. Komposit isotropik adalah komposit yang penguatnya memberikan penguatan yang sama untuk berbagai arah 64

Jurnal


(baik dalam arah transversal maupun longitudinal) sehingga segala pengaruh tegangan atau regangan dari luar akan mempunyai nilai kekuatan yang sama. Sebaliknya komposit anisotropik adalah komposit yang penguatnya memberikan penguatan tidak sama terhadap arah yang berbeda, sehingga segala pengaruh tegangan atau regangan dari luar akan mempunyai nilai kekuatan yang tidak sama (baik arah transversal maupun longitudinal). Salah satu contoh komposit isotropik adalah komposit dengan penguat partikel atau lebih dikenal dengan sebutan (komposit partikulit), partikel dikatagorikan sebagai partikulit bila tidak mempunyai dimensi panjang (nonfibrous). Bahan komposit partikulit pada umumnya lebih lemah ketahanan terhadap kerusakan dibanding komposit berserat panjang. Tetapi dari segi yang lain, bahan ini sering lebih unggul, seperti dalam hal ketahanan terhadap aus. Bahan komposit partikulit terdiri dari partikel-partikel yang diikat matrik. Bentuk partikel ini dapat bermacammacam seperti bulat, kubik tetragonal atau bahkan bentuk-bentuk yang tidak beraturan secara acak, tetapi secara rata-rata berdimensi sama. Partikel-partikel ini pada umumnya digunakan sebagai pengisi dan penguat bahan komposit bermatrik keramik. Pada jenis ini keramik merupakan bahan yang keras dan getas, juga mudah retak dan pecah. Disinilah fungsi partikel tersebut berada. Mekanisme penguatan tertentu, partikel ini berguna untuk mencegah perambatan retak yang terjadi, dengan demikian akan menaikkan keuletannya. 2.2.1 Komposit Matriks Logam Al-SiC Logam aluminium yang telah dicampur dengan partikel silicon carbida (SiC) untuk membentuk komposit bermatriks logam akan mengalami perubahan beberapa sifat fisik dan ketahanan korosinya. Nilai kekuatan spesifik komposit ini lebih unggul dibandingkan dengan logam aluminium murni, baik pada suhu kamar ataupun suhu tinggi (< 200oC). Nilai kekuatan spesifik dengan unit Gpa/g cm-3, merupakan perbandingan nilai modulus young dengan berat jenis. Komposit ini memiliki ketahanan korosi yang rendah bila dibandingkan dengan aluminium murni. Semakin tinggi

ISSN 2338-1035

kandungan SiC, kecepatan korosi meningkat. Metode pembuatan komposit bermatriks logam dengan bahan penguat berbentuk partikel ialah vortek dan compocasting. Pada metode vortek, logam matriks dileburkan terlebih dahulu dan dilanjutkan pada pengadukan sehingga memunculkan pusaran (vortek). Metode compocasting disebut juga dengan rheocasting dimana logam dengan wujud campuran padatan dan cair (lumpur) dituang kedalam cetakan. Proses compocasting sebagai berikut. Pertama logam matriks dileburkan sehingga cair dan kemudian didinginkan sampai cairan logam berubah wujud seperti lumpur logam. Tahap kedua adalah pengadukan lumpur logam dan pemasukan bahan penguat partikel. Setelah partikel tersebar merata, pengadukan dihentikan dan lumpur logam dituang dalam cetakan. Proses pelapisan permukaan partikel SiC dengan perlakuan panas diatas suhu 878,52oC meningkatkan terbentuknya fase oksida dengan semakin tingginya suhu yang diberikan. Pengaruh pelapisan oksida pada partikel SiC berkorelasi terhadap kenaikan nilai densitas dan penurunan nilai porositas komposit Al-SiC. Berdasarkan pengamatan SEM (Scanning Electron Microscope) dan XRD (X-Ray Difragtion) fase-fase yang terbentuk pada komposit AlSiC didaerah antarmuka antara SiC dan Al adalah SiO2, Al2O3 dan mullit. Dimana fase-fase tersebut berperan sebagai pengikat antara matrik Al dan penguat SiC pada komposit Al-SiC. Pengujian Upper dan lower bound pada komposit Al-SiC dengan penguat SiC terlapisi, pada semua fraksi volume penguat nilai modulus elastisitas komposit masuk dalam zona Upper dan lower bound, sedangkan komposit Al-SiC dengan penguat SiC tanpa terlapisi mempunyai nilai modulus elastisitas diluar Upper dan lower bound. Kenaikan nilai kekerasan komposit dipengaruhi oleh penambahan fraksi volum penguat dan suhu pelapisan oksida logam pada permukaan SiC dalam komposit Al-SiC. Silicon carbida (SiC) merupakan senyawa kristalin yang mempunyai sifat mekanik dengan kekerasan paling tinggi dan mempunyai titik leleh tinggi yaitu sekitar 65

Jurnal


2837oC. SiC yang memiliki kemurnian paling tinggi. Memiliki berat atom 40,1 gram, terdiri atas 70,04% Si dan 39,06% C. Sifat lainnya adalah tidak larut dalam air dan pelarut lainnya, lebih dikenal dengan nama carborundum dan moissanite.

ISSN 2338-1035

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 3. Uji tarik (Tensile Test). Mesin uji tarik universal testing machine tipe R AT-50 kapasitas: 50 ton Mfg.No: 20278 tahun 1979 buatan Jepang, yang dikalibrasi pada 1 Agustus 2012.

3. Metodologi Penelitian 3.3 Prosedur Pembuatan 3.1 Metodologi Pada penelitian ini menggunakan aluminium billet hasil remelting velg mobil bekas sebagai matrik dan serbuk SiC (400 mesh = 35 µm) sebagai penguat dengan spesifikasi proanalis. Velg mobil bekas dipotong-potong agar memudahkan proses peleburan pada tungku. Hasil pengecoran velg mobil bekas dijadikan billet untuk pengujian komposisi kimia. Peleburan billet aluminium dilakukan pada temperatur 600 s/d 660oC, kemudian dimasukkan flux, degasser, dan serbuk SiC seiring dilakukannya pengadukan selama 10 menit dengan putaran 610 rpm menggunakan pengaduk (stirr casting). Sebelum proses penuangan, cetakan dipanaskan terlebih dahulu pada temperatur 200 oC. Material untuk pengaduk yang digunakan adalah stainless steel agar terhindar dari korosi disaat pengadukan berlangsung. Tungku peleburan yang digunakan adalah tanur krusibel kapasitas 60 kg, berbahan bakar solar dilengkapi dengan blower. 3.2 Alat dan Bahan Adapun alat produksi yang digunakan untuk melakukan peleburan aluminium dengan SiC antara lain Tanur krusibel kapasitas 60 kg, Blower, Pengaduk (stirr casting), Ladel, Pola, Cetakan, Tungku Pemanas, Timbangan Digital, Jangka Sorong, Pengukur Suhu Pengujian sampel hasil penelitian menggunakan alat uji sebagai berikut: 1. Uji kekerasan (Rockwell Hardnes Tester FR-3e). 2. Uji keausan (Pin on Disc). Alat uji keausan tipe pin on disk dimensi 50 cm x 60 cm x 70 cm kecepatan putar maksimum 1800 rpm buatan Departemen Teknik Mesin

3.3.1 Pembuatan Cetakan Cetakan adalah rongga atau ruang di dalam pasir cetak yang akan diisi dengan logam cair. Pembuatan cetakan dari pasir cetak dilakukan pada sebuah rangka cetak. Cetakan terdiri dari kup dan drag. Kup adalah cetakan yang terletak di atas dan drag adalah cetakan yang terletak di bawah. Hal yang perlu diperhatikan pada kup dan drag adalah penentuan permukaan pisah yang tepat. Rangka cetak yang dapat terbuat dari kayu ataupun logam adalah tempat untuk memadatkan pasir cetak yang sebelumnya telah diletakkan pola di dalamnya. Pada proses pengecoran dibutuhkan dua buah rangka cetak yaitu rangka cetak untuk kup dan rangka cetak untuk drag. Pola digunakan untuk memproduksi cetakan. Pada umumnya, dalam proses pembuatan cetakan, pasir cetak diletakkan di sekitar pola yang dibatasi rangka cetak kemudian pasir dipadatkan dengan cara ditumbuk sampai kepadatan tertentu. Pada lain kasus terdapat pula cetakan yang mengeras/menjadi padat sendiri karena reaksi kimia dari perekat pasir tersebut. Pada umumnya cetakan dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian atas dan bagian bawah sehingga setelah pembuatan cetakan selesai pola akan dapat dicabut dengan mudah dari cetakan. Pasir cetakan dicampur dengan Air kaca (Water Glass/Natrium Silikat), kemudian direaksikan dengan gas CO2 sehingga menjadi padat dan keras. Kemudian cetakan diasembling dan diklem. Berikut tahapan pencampuran pasir dengan water glass : 1. Sediakan pasir silika sebanyak 50 kg 2. Masukkan pasir silika kedalam wadah mesin mixer 3. Masukkan water glass kedalam wadah mesin mixer sebanyak 5 kg 66


3.3.2 Pembuatan Kanvas Rem dan Sampel Pengujian Al-SiC Aluminium dari velg mobil bekas dipotong-potong agar mempermudah proses peleburan. Dilebur pada temperatur 600oC hingga 660oC dan dijadikan billet untuk pengujian komposisi kimia. Peleburan berikutnya dalam proses pencampuran dilakukan perhitungan perbandingan jumlah berat billet dan SiC. Bertujuan untuk mendapatkan nilai pencampuaran SiC 18% dan aluminium 82 % dari 21 kg jumlah pencampuran material yang dilebur. Dimana berat SiC 18% adalah 3,78 kg dan aluminium 82% adalah 17,22 kg. Aluminium billet yang sudah ditimbang dilebur kembali hingga menjadi cairan logam pada temperatur 600oC hingga 660oC. Seiring peleburan aluminium, pemanasan partikel SiC dilakukan pada temperatur 200oC ditahan selama 1 jam sebelum dicampur dengan cairan logam aluminium. Adapun pemanasan SiC dilakukan agar menghindari temperatur kejut pada penguat SiC yang mengakibatkan hasil coran tidak baik. Setelah itu partikel SiC 18%, degasser dan flux dicampur kedalam cairan logam aluminium pada temperatur 660oC. Diaduk selama 10 menit menggunakan pengaduk / stirr casting dengan kecepatan 610 rpm. Pencampuran degasser dan flux bertujuan untuk membuang gas-gas dan kotoran yang membuat hasil coran rusak. Pengecoran dilakukan dalam dua bentuk yaitu pengecoran dengan cetakan kanvas rem kereta api dan cetakan sampel pengujian. 4. Hasil Penelitian 4.1 Kekerasan (Rockwell Hardness Test) Hasil uji kekerasan seperti terlihat pada gambar berikut;

ISSN 2338-1035

92

Kekerasan ( HRB )

4. Hidupkan mesin lalu tekan tombol ON, mesin akan berputar dan mengaduk pasir yang sudah dicampur water glass. 5. Tunggu pengadukan hingga merata. Setelah merata, angkat pasir dari wadah bentuk didalam rangka cetakan sesuai dengan pola kanvas rem dan sampel pengujian.

90

91 89

88

88.5

89.1 87.2

86 83.5

84

82.5

82

83.2

82.6

81.1

80

Al-SiC18%

78

Besi cor

76 Sp 1

Sp 2

Sp 3

Sp 4

Sp 5

Gambar 1: Grafik perbandinga Al-SiC 18% dengan besi cor terhadap nilai kekerasan

Kekerasan ( HRB )

Jurnal

100

Pengaruh %SiC Terhadap Kekerasan 88.96

82.58

78

80 56

60

61

40 20 0 Besi Cor

Al-SiC Al-SiC Al-SiC Al-SiC 5% 10% 15% 18%

Gambar 2 : Grafik pengaruh %SiC terhadap nilai kekerasan Untuk nilai 5%, 10% dan 15% SiC di dapat dari literatur hasil penelitian Ipung kurniawan dan Amat umron (2011). Maka didapat grafik pengaruh %SiC terhadap nilai kekerasan seperti pada gambar 2. Besarnya nilai kekerasan material Al-SiC 18% secara umum dapat dinyatakan bahwa korelasi penambahan komposisi SiC terhadap kekerasan adalah linier (berbanding lurus). Penguatan 18% SiC nilai kekerasan sudah melampaui besi cor hal ini membuktikan material komposit AlSiC mampu menggantikan kedudukan besi cor untuk material blok rem kereta api di tinjau dari nilai kekerasannya.

67

Jurnal


4.2 Keausan (Pin On Disk)

Laju Keausan ( gr/mm2.s

Hasil uji keausan seperti terlihat pada gambar berikut;

7 6 5 4 3 2 1 0

Laju Keausan Al-SiC18% dan Besi Cor 6.543 5.44

5.332 3.599

Untuk nilai 5%, 10% dan 15% SiC di dapat dari literatur hasil penelitian Senen dan AP.Bayuseno (2012). Maka didapat grafik pengaruh %SiC terhadap nilai kekerasan seperti pada gambar 4. Pengaruh 18% SiC terhadap nilai kuat tarik sudah menyamai besi cor. Hal ini membuktikan bahan material komposit AlSiC18% mampu menggantikan kedudukan besi cor untuk material kanvas rem kereta api, ditinjau dari nilai kuat tarik nya.

3.657

5. Kesimpulan

3.052 2.355

2.239

Sp 1

ISSN 2338-1035

Sp 2

Sp 3

3.052 2.181

Sp 4

Sp 5

Al-SiC18% Besi cor

Gambar 3 : Grafik perbandingan Al-SiC 18% dengan besi cor terhadap nila keausan. Kecilnya nilai keausan sudah membuktikan material komposit Al-SiC 18% mampu menggantikan kedudukan besi cor untuk material blok rem kereta api di tinjau dari nilai keausan.

Penelitian yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Telah dapat dibuat material kanvas rem kereta api Metal Matrix Composite (MMC) dengan matrix Aluminium dan penguat Silicon Carbida 18%. 2. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kondisi optimum yang diperoleh dari komposisi 18% SiC dengan suhu sintering 600 oC dengan karakteristik sebagai berikut: kekerasan 88,96 HRB, keausan 2.575 x 10-5 gram/mm2.s, kuat tarik 19,77 Kgf/mm2. 3. MMC Al-SiC 18% dimungkinkan dapat menjadi bahan alternatif sebagai pengganti Besi Cor pada bahan kanvas rem kereta api.

4.3 Kekuatan Tarik (Tensile Test)

Kuat Tarik ( kgf/mm2

Hasil uji tarik padagambar berikut;

25 20 15

seperti

terlihat

Daftar Pustaka [1]

Pengaruh %SiC Terhadap Kuat Tarik 19.77

19.22 12.96

13.9

[2]

10.93

10

[3]

5 0 Besi Cor Al-SiC 5%

Al-SiC 10%

Al-SiC 15%

Al-SiC 18%

Gambar 4: Grafik pengaruh %SiC terhadap nilai kuat tarik.

[4]

S. Deni, et.all, 2008. Analisis Pengaruh Komposisi Sic Terhadap Sifat Mekanis Komposit Serbuk Al/Sic Dengan Proses Single Compaction. Jurnal Makara Sains. Agung Suryadi Pamenang, 2009. Pengembangan Material Komposit Lokal Berbasis Polimer. Paper, Jakarta. Ipung Kurniawan., Amat Umron, 2011. Karakterisasi Blok Rem Kereta Api Berbahan Al-Sic Berdasarkan Komposisi Material. Infotekmesin Volume 3, Jurnal, Cilacap. Khairul Sakti., 2009. Pembuatan Komposit Metal Al Alloy Nano Keramik SiC dan Karakterisasinya. 68

Jurnal

[5] [6]

[7]

[8]


ISSN 2338-1035

Tesis. Sekolah Pascasarjana. USU Medan. Surdia Tata dan Shinroku, S., 1995. Pengetahuan Bahan Tekhnik. Pradnya Paramita, Jakarta. Zheng Ren and Sammy Lap Ip Chan., 2000. Mechanical Properties of Nanometric Particulate Reinforced AluminiumComposites, School of Material Sience and Engineering. UNSW. Peter,T.B., 1990. Engineering Properties of Carbides, Engineered Material Hand Book, vol 4, Ceramics and Glasess, Heather, L. F. and Nikki, W.D., ed., The Material Information Society. Dynacer, 2009. Silicon Carbide. http://www.dynacer.com. (Diakses 20 September 2012).

69

KARAKTERISASI KOMPOSIT MATRIKS LOGAM Al-SiC PADA PRODUK KANVAS REM KERETA API

Recommend Documents