SKRIPSI
PENGARUH TEMPERATUR RENDAH TERHADAP KETANGGUHAN DAN STRUKTUR MIKRO PADA MATERIAL PERUNGGU TIMAH PUTIH GAMELAN
Oleh : I Wayan Andre Atmaja NIM : 1104305032
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2016
Scanned by CamScanner
Scanned by CamScanner
PENGARUH TEMPERATUR RENDAH TERHADAP KETANGGUHAN DAN STRUKTUR MIKRO PADA MATERIAL PERUNGGU TIMAH PUTIH GAMELAN Oleh
: I Wayan Andre Atmaja
Dosen Pembimbing
: Dr. Ir. I Gusti Ngurah Priambadi, MT. Dr. Ir. I Ketut Gede Sugita, MT.
ABSTRAK
Gamelan Bali adalah instrument sebagai pendukung dalam upacara keagamaan serta budaya bagi umat Hindu di Bali. Keberadaan instrumen ini dikenal secara nasional bahkan sampai ke mancanegara. Desa Tihingan yang terletak di kecamatan Banjarangkan kabupten Klungkung merupakan icon Desa yang dikenal sebagai perajin gamelan Bali. Material gamelan Bali adalah paduan dari material Tembaga dan Timah Putih yang dikenal dengan nama perunggu. Bilah gamelan ini sering mengalami kerusakan yang diakibatkan oleh kesalahan dalam proses pengerjaan, penggunaan dalam fungsinya maupun akibat kondisi lingkungan. Kondisi lingkungan terutama di mancanegara yang mempunyai temperatur ekstrim, tentu akan memberikan pengaruh terhadap kualitas dari material gamelan. Berdasarkan kondisi tersebut, maka pada penelitian ini diamati pengaruh temperatur yang rendah hingga ekstrim rendah terhadap ketangguhan material. Material uji yang digunakan dalam penelitian diperoleh di perajin gamelan setempat. Material uji tersebut selanjutnya dijadikan spesimen uji impak sesuai dengan standar ASTM E23-82. Spesimen kemudian dikondisikan pada temperatur 0oC, -10oC ,-20oC dan -30oC untuk mengetahui pengaruh temperatur rendah terhadap ketangguhan material. Pengujian yang dilakuan adalah uji SEM-EDS, uji impak, uji struktur mikro dan uji foto makro. Hasil pengujian SEM-EDS menunjukkan prosentase paduan untuk Cu berkisar antara 61,69 - 68,18% dan Sn adalah antara 17,24 – 31,16% yang sisanya adalah unsur Karbon. Pada range temperatur 26oC hingga -30oC, ketangguhan material yang terbaik ditemukan pada temperatur lingkungan (26oC) dengan nilai 0,0571 Nm/mm2. Pada temperatur uji antara 0oC hingga -30oC menunjukkan ukuran dendrit α semakin mengecil dan jaraknya semakin melebar. Berdasarkan foto makro bentuk permukaan patahan adalah datar, yang menunjukkan sifat material cenderung getas.
Kata kunci : Gamelan Bali, Temperatur Ekstrim, Ketangguhan impak.
iii
THE EFFECT OF LOW TEMPERATURE ON TOUGHNESS AND MICRO STRUCTURE IN TIN BRONZE AS GAMELAN MATERIALS
Author
: I Wayan Andre Atmaja
Supervisor
: Dr. Ir. I Gusti Ngurah Priambadi, MT. Dr. Ir. I Ketut Gede Sugita, MT.
ABSTRACT
Gamelan is an instrument to support in religious ceremonies and culture for Hindus in Bali. The existence of this instrument nationally known even to foreign countries. Tihingan village is located in Banjarangkan district Klungkung regency is an icon of villages that known as Balinese gamelan craftsmen.. Material on gamelan is an alloy of Copper and Tin that known as Tin Bronze. The gamelan blades frequently experience damage caused by errors in the process, the use of the function well as a result of environmental conditions. Environmental conditions, especially in many countries which have extreme temperatures, would give effect to the quality of the gamelan material. Based on that condition, so in this research observed the effect of low temperatures to extreme lows against the material toughness. The Specimen used in this research was obtained at the local of gamelan craftsmen. The Specimen used as a further impact test specimens in accordance with ASTM E23-82. The specimen then conditioned at a temperature of 0°C, -10oC, -20°C and -30°C to determine the effect of low temperature on material toughness. Testing that was done is a SEM-EDS test, impact test, microstructure test and macro photos test. The test results show that the percentage of SEM-EDS for Cu alloys ranged from 61.69 to 68.18% and Sn is between 17.24 to 31.16%, which rest is the element carbon. In the temperature range 26°C to -30°C , the material toughness is the best found at ambient temperature (26oC) with a value of 0.0571 Nm/mm2. In the temperatures between 0°C to -30°C showed α dendrite size is getting smaller and the distance is widened. Based on the shape macro photos test fracture surface is flat, indicating the material properties tend to be brittle.
Keywords: Gamelan, Extreme temperatures, Impact toughness.
iv
KATA PENGANTAR
Om Swastiastu, Om Awighnam Astu Namo Sidham. Puji syukur dipanjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat-Nya sehingga skripsi yang berjudul “PENGARUH TEMPERATUR RENDAH TERHADAP KETANGGUHAN DAN STRUKTUR MIKRO PADA MATERIAL PERUNGGU TIMAH PUTIH GAMELAN”
dapat diselesaikan sebagai persyaratan untuk memperoleh Gelar Sarjana di Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana. Penyusunan skripsi ini tidaklah terlepas dari dukungan, saran, dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini sudah sepantasnya penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada:
1. Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT., Ph.D. Selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana yang sekaligus selaku Dosen Pembimbing Akademik yang selalu memberikan arahan untuk tetap maju dan berhasil. 2. Dr. Ir. I Ketut Gede Sugita, MT. Selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana serta Selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan penulis bimbingan, saran, serta dorongan dalam penyusunan Proposal Skripsi ini. 3. Dr. Ir. I Gusti Ngurah Priambadi, MT. Selaku Dosen Pembimbing I yang telah membimbing serta memeberikan masukan-masukan yang sangat bermanfaat kepada penulis dalam penyusunan Proposal Skripsi ini. 4. Seluruh dosen dan staf pegawai Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana yang telah memberikan bantuan, bimbingan serta membagikan banyak pengetahuan kepada penulis selama penyusunan skripsi ini. 5. Keluarga yang selalu mendukung dan membantu dalam perkuliahan hingga penyusunan proposal skripsi yang memberikan semangat dukungan moral dalam penulisan skripsi ini. 6. Para sahabat (Sekberholic) di lingkungan Fakultas Teknik Maupun alumni yang selalu memberikan inspirasi, ide-ide baru serta kritikan yang konstuktif mengenai penyusunan skipsi ini. v
7. Sahabat serta rekan-rekan di lingkungan Jurusan Teknik Mesin yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi ini. 8. Semua pihak yang telah membantu penulis baik secara langsung maupun tidak langsung dalam penyelesaian skripsi ini yang tidak dapat disebutkan satu-persatu.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan mengingat keterbatasan pengetahuan dan refrensi yang penulis miliki. Oleh karena itu, kritik dan saran yang sifatnya konstruktif sangat diharapkan dari berbagai pihak sehingga dapat menjadi lebih baik lagi di masa depan. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang memerlukan. Penulis mengucapkan terima kasih dan penulis mohon maaf apabila ada kekurangan atau kesalahan dalam penulisan skripsi ini.
Bukit Jimbaran, 2016 Penulis
vi
DAFTAR ISI
Halaman LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................................
i
LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................................
ii
ABSTRAK ........................................................................................................................
iii
ABSTRACT ......................................................................................................................
iv
KATA PENGANTAR ......................................................................................................
v
DAFTAR ISI ..................................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................
x
DAFTAR TABEL ............................................................................................................ xii
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................................
1
1.1
Latar Belakang… .............................................................................
1
1.2
Rumusan Masalah ............................................................................
3
1.3
Tujuan Penelitian .............................................................................
3
1.4
Batasan Masalah ...............................................................................
3
1.5
Manfaat Penelitian ...........................................................................
4
BAB II LANDASAN TEORI ..........................................................................................
5
2.1
Gamelan Bali ..................................................................................
5
2.2
Karakteristik Paduan Tembaga .......................................................
5
2.3
Jenis-Jenis Cacat Produk Hasil Pengecoran ....................................
7
2.4
Pengujian SEM-EDS (Electron Diversive Spectroscopy) .............. 12
2.5
Uji Ketangguhan (Impact Test) ....................................................... 12
2.6
2.7
2.5.1
Metode Charpy .................................................................. 13
2.5.2
Faktor Penyebab Perpatahan Uji Impak ............................ 16
2.5.3
Jenis-Jenis Perpatahan Uji Impak ..................................... 17
Uji Metalografi
........................................................................... 19
2.6.1
Uji Foto Makro .................................................................. 19
2.6.2
Uji Struktur Mikro ............................................................. 19
Uji Hipotesis 2.7.1
........................................................................... 20
Uji t berpasangan (paired t-test) ........................................ 20 vii
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................................. 22
3.1
Metode Penelitian ........................................................................... 22
3.2
Variabel Penelitian .......................................................................... 22 3.2.1
Variabel Bebas (Independent Variables) .......................... 22
3.2.2
Variabel Terikat (Dependen Variables) ............................. 23
3.2.3
Variabel Kontrol ................................................................ 23
3.3
Hipotesis ......................................................................................... 23
3.4
Tempat Penelitian ........................................................................... 23
3.5
Langkah Penelitian ......................................................................... 24
3.6
Bahan dan Alat Penelitian ............................................................... 25
3.7
3.6.1
Bahan Penelitian ................................................................ 25
3.6.2
Alat Penelitian ................................................................... 26
Prosedur Penelitian ......................................................................... 31 3.7.1
Pembuatan dan Uji Spesimen Impak ................................. 31
3.7.2
Pembuatan dan Uji Spesimen Struktur Mikro & Makro .... 33
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 36 4.1
Data Hasil Uji SEM-EDS ................................................................ 36
4.2
Data Hasil Uji Impak ...................................................................... 37
4.3
Uji Hipotesis .................................................................................... 40 4.3.1
4.4
Data Struktur Makro Spesimen Uji Impak ...................................... 44 4.4.1
4.5
4.6
Pembahasan Uji Hipotesis ................................................. 43
Pembahasan Gambar Struktur Makro ............................... 50
Data Hasil Uji Struktur Mikro ......................................................... 50 4.5.1
Atlas Struktur Mikro ......................................................... 57
4.5.2
Pembahasan Gambar Struktur Mikro ................................ 58
Pembahasan Uji Struktur Makro Dan Mikro ................................. 58
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 59 5.1
Kesimpulan ..................................................................................... 59
5.2
Saran
............................................................................................ 60
viii
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 61 LAMPIRAN .......................................................................................................... 64
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Gamelan Bali ....................................................................................
5
Gambar 2.2
Diagram Phase Cu-Sn .....................................................................
6
Gambar 2.3
Struktur mikro paduan 80%Cu-20%Sn ............................................
6
Gambar 2.4
Porositas gas & porositas srinkage ...................................................
7
Gambar 2.5
Hot Tear and Crack ........................................................................
7
Gambar 2.6
Inclusion ..........................................................................................
8
Gambar 2.7
Misruns ............................................................................................
8
Gambar 2.8
Cold Shut ..........................................................................................
9
Gambar 2.9
Hasil pengujian EDS (Energy Diversive Spectroscopy) .................. 12
Gambar 2.10 Ilustrasi Pengujian Impak ................................................................. 14 Gambar 2.11 Spesimen uji impak charpy (ASTM E 23-82) .................................. 19 Gambar 2.12 Perpatahan Ulet ............................................................................... 18 Gambar 2.13 Perpatahan Getas ............................................................................. 18 Gambar 2.14 Skala pembesaran dari Microskop Optik, TEM dan SEM .............. 19 Gambar 2.15 Daerah penerimaan dan penolakan hipotesis dua arah ................... 21 Gambar 3.1
Bilah Gamelan Gangsa ..................................................................... 25
Gambar 3.2
Es Kering (Dry Ice) ......................................................................... 26
Gambar 3.3
Alkohol 95 % .................................................................................. 26
Gambar 3.4
Alat Uji SEM-EDS (Electron Diversive Spectroscopy) .................. 26
Gambar 3.5
Alat Uji Impak ................................................................................. 27
Gambar 3.6
Mikroskop Optik ............................................................................. 28
Gambar 3.7
Vernier Caliper ................................................................................ 28
Gambar 3.8
Gerinda Potong................................................................................. 28
Gambar 3.9
Mesin Frais ....................................................................................... 29
Gambar 3.10 Mesin Sekrap ................................................................................... 29 Gambar 3.11 Amplas ............................................................................................ 30 Gambar 3.12 Autosol ............................................................................................ 30 Gambar 3.13 Kain Beludru ................................................................................... 31 Gambar 3.14 Spesimen V Notch Impak ASTM E 23-82 ..................................... 31 Gambar 4.1
Hasil Pengujian SEM-EDS pada titik 1 .......................................... 36
x
Gambar 4.2
Hasil Pengujian SEM-EDS pada titik 2 .......................................... 36
Gambar 4.3
Hasil Pengujian SEM-EDS pada titik 3 .......................................... 37
Gambar 4.4
Skema Spesimen Uji Impak (ASTM E23-08) ................................ 38
Gambar 4.5
Grafik Nilai Kekuatan Impak Terhadap Temperatur ...................... 40
Gambar 4.6
Diagram Fase CuSn ......................................................................... 51
Gambar 4.7
Struktu Mikro Gamelan Jawa Nada Pitu (7) (Soni, 2010) .............. 57
Gambar 4.8
Struktur Mikro Gaenal Boanang Jawa Nada Siji (1) (Anjar, 2010) . 57
Gambar 4.9
Struktur Miro Perunggu (David, 1991) ........................................... 57
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Cacat-cacat Penggecoran .....................................................................
9
Tabel 3.1 Chemical Etching for Copper and Its Alloy ........................................ 34 Tabel 4.1 Hasil Uji SEM-EDS pada tiga titik yang berbeda pada spesimen ........ 37 Tabel 4.2 Data Ukuran Spesimen Impak ............................................................. 38 Tabel 4.3 Data Hasil Uji Impak ........................................................................... 39 Tabel 4.4 Perhitungan Nilai
Pada Pasangan 1 .................................................. 41
Tabel 4.5 Data Statistik Sampel Berpasangan (SPSS 20.0 .................................. 42 Tabel 4.6 Data Korelasi Sampel Berpasangan (SPSS 20.0) ................................. 43 Tabel 4.7 Data Uji T Sampel Berpasangan (SPSS 20.0) ...................................... 43 Tabel 4.8 Penerimaan dan Penolakan Hipotesis .................................................. 43 Tabel 4.9 Struktur Makro Pada Temperatur Lingkungan (26oC) Pembesaran 20x 45 Tabel 4.10 Struktur Makro Pada Temperatur 0oC ................................................ 46 Tabel 4.11 Struktur Makro Pada Temperatur -10oC .............................................. 47 Tabel 4.12 Struktur Makro Pada Temperatur -20oC .............................................. 48 Tabel 4.13 Struktur Makro Pada Temperatur -30oC .............................................. 49 Tabel 4.14 Struktur Mikro Pada Temperatur Lingkungan (26oC) Pembesaran 20x 52 Tabel 4.15 Struktur Mikro Pada Temperatur 0oC .................................................. 53 Tabel 4.16 Struktur Mikro Pada Temperatur -10oC ............................................... 54 Tabel 4.17 Struktur Mikro Pada Temperatur -20oC ............................................... 55 Tabel 4.18 Struktur Mikro Pada Temperatur -30oC ............................................... 56
xii
