STUDI PENGARUH PROSES KOMPAKSI TERHADAP MUNCULNYA RETAKAN PADA GREEN BODY DAN HASIL SINTER MAGNET BARIUM-STRONTIUM HEXAFERRITE SKRIPSI

STUDI PENGARUH PROSES KOMPAKSI TERHADAP MUNCULNYA RETAKAN PADA GREEN BODY DAN HASIL SINTER MAGNET BARIUM-STRONTIUM HEXAFERRITE

SKRIPSI

ATARAN HADIMAN MARPAUNG 100801067

DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

i Universitas Sumatera Utara


SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains


DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

ii Universitas Sumatera Utara

PERSETUJUAN

Judul

: Studi Pengaruh Proses Kompaksi Terhadap Munculnya Retakan Pada Green Body Dan Hasil Sinter Magnet Barium-Strontium Hexaferrite

Kategori

: Skripsi

Nama

: Ataran Hadiman Marpaung

Nomor Induk Mahasiswa

: 100801067

Program Studi

: Sarjana (S1) Fisika

Departemen

: Fisika

Fakultas

: Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Disetujui di Medan, Juli 2014

Disetujui Oleh iii Universitas Sumatera Utara

Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,

Pembimbing,

Dr.Marhaposan Situmorang

Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc

NIP. 195510301980031003

NIP. 196506171993031009

iv Universitas Sumatera Utara

v Universitas Sumatera Utara

PERNYATAAN


vi Universitas Sumatera Utara

SKRIPSI

Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, yang di dalammya terdapat beberapa kutipan dan ringkasan sebagai referensi yang masing masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juli 2014


vii Universitas Sumatera Utara

PENGHARGAAN

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa yang telah memberikan Rahmat, Karunia dan Bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang berjudul Studi Pengaruh Proses Pencetakan Terhadap Munculnya Retakan Pada Green Body dan Hasil Sinter Magnet Barium-StrontiumHexaferrite. Laporan tugas akhir ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat mencapai gelar sarjana fisika. Penelitian skripsi ini dilakukan di Laboratorium Pusat Penelitian Fisika (P2F) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) di kawasan PUSPIPTEK Serpong Tangerang, sesuai dengan waktu yang ditetapkan. Penulis juga menyampaikan banyak terima kasih kepada : 1. Bapak Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng sebagai Kepala Pusat

viii Universitas Sumatera Utara

Penelitian Fisika (P2F) LIPI Kawasan PUSPIPTEK Serpong, Tangerang yang telah memberikan izin untuk melaksanakan penelitian. 2. Bapak Dr. Agus Sukarto Wismogroho, M. Eng, selaku dosen pembimbing di P2F LIPI yang telah memberikan bimbingan, waktu dan tenaga dalam penyelesaian skripsi ini. 3. Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku dosen pembimbing di USU yang

telah

memberikan

bimbingan,

waktu dan

tenaga

dalam

penyelesaian skripsi ini. 4. Bapak Prof.Drs. Pardamean Sebayang, M.Si, Bapak Jandjani, Amd selaku pembimbing di lapangan yang telah memberikan bimbingan, waktu dan tenaga kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini. 5. Bapak Bapak Dr. Sutarman, M.Sc sebagai dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) USU. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika FMIPA USU, Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M. Sc selaku sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU beserta seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Fisika FMIPA USU.

6. Ayahanda Krisman Marpaung dan Ibunda tercinta Rulia Sitorus, Saudaraku Apang Herbeth Marpaung, Asong Rikson Marpaung, Ferdinan Abo Marpaung, Kakakku Hermin Marpaung, Silvia Chandra Marpaung, Arjuna

Tarmiji

Usman

Marpaung,

Argo Basten

Marpaung dan nenek saya M. Barimbing beserta keluarga besar yang memberikan dukungan dan semangat dalam penyelesaian skripsi ini. 7. Seluruh sahabat-sahabat tersayang Aven Tampubolon, Lerin Riwanti, Roselina Silalahi, Nurianti, Feby Tambunan, Maliza, Duma, Desi, dan teman-teman di “PASADA” BINTANG TIMUR BALIGE beserta seluruh adik-adik junior saya di BTB yang selalu memberikan semangat kepada saya dalam penyelesaian skripsi ini. 8. Sahabat- sahabat tersayang “TTLAS” (Tari, Tere, Lya, Samuel), bantukku (Juliana Sitorus) dan Gunawan sitorus. 9. Sahabat-sahabat tersayang Irawati, Desari, Devi, Nur Alpiani, Marisa ix Universitas Sumatera Utara

,Lamhot, Rahel, Amin, Melisa, Riki Efendi, Ikhwan, Jejen, Cibun beserta seluruh teman-teman “PHYSIC INSIDE 2010” dan adik-adik junior 2011, 2012, 2013 yang selalu memberikan semangat kepada saya dalam penyelesaian skripsi ini.


x Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh kompaksi terhadap munculnya retakan pada green body dan hasil sinter magnet Ba-Sr Heksaferrit, yang bertujuan untuk memperbaiki sifat mekanik dari magnet Ba-Sr Heksaferrit. Pembuatan magnet Ba-Sr Hexaferrit diawali dengan desain alat cetak kasar dengan standart kekasaran 0,64mm dan alat cetak halus dengan standart kehalusan 0,13mm. Selanjutnya serbuk Ba-SrO.6Fe2O3 dikeringkan pada suhu 800C selama 24 jam, kemudian dicetak dengan variasi tekanan, waktu penahanan, massa sampel, struktur permukaan alat cetak, diameter penekan,dan arah penekanan. Hasil cetakan berupa pelet, selanjutnya dilakukan observasi crack dengan pengujian drop test. Diperoleh pellet terbaik dan terburuk masing-masing 20 buah untuk disintering pada suhu 11000C, ditahan selama 2 jam, dengan variasi kecepatan pemanasan 50C/min - 150C/min dengan interval 50C/min, suhu awal sintering yang digunakan adalah 250C dan 2500C. Diuji mikrostruktur, kekerasan dan densitas bulknya. Dari Analisis uji mikrostruktur diketahui bahwa semakin tinggi kecepatan pemanasan maka semakin mudah terbentuk cracking pada pellet hasil sinter. Nilai kekerasan optimum sekitar (184,338 – 216,3411)VHN (Vickers Hardness Number)dan nilai densitas bulk sekitar (4,64 – 5,01)gr/cm3.

KATA KUNCI : Ba-Sr Heksaferrit, Kompaksi, Retakan, Drop Test, Sintering

xi Universitas Sumatera Utara

STUDY ON EFFECT OF COMPACTING PROCESS TO INITIAL CRACKS IN GREEN BODY AND SINTERING PRODUCTS OF BARIUM-STRONTIUM HEXAFERRITE MAGNETS

ABSTRACT

A research on effect of compacting to initial crack in green body and sintering product of Ba-Sr Hexaferrite magnets, which order to repairing mechanical properties of Ba-Sr Hexaferrite magnets has been done. Fabrication of Ba-Sr Hexaferrite magnets begins with designed of rugged molding with 0,64 mm roughness standart and smoothed molding with 0,13mm standard fineness. Futhermore, the powder of Ba-Sr Hexaferrite is dried at temperatures 800C for 24 hours. Then, compacted with many variations are pressure, time pressure, sample mass, molding surface, pressuring diameter, pressuring direction. The moulding product is pellets, futhermore cracks observation with drop test. 20 best pellets and worst have been obtained for sintering at temperatures 1100 0C, holding for 2 xii Universitas Sumatera Utara

hours, heating rate varitions is rate 5 0C/min-15 0C/min with intervals of 50C/min. Initial temperatures of sintering is 250C and 2500C. Microstructure analyzed, hardness, and its bulk density. From microstrucutre analyzed results obtained that the higher ofheating rate, more easily formed cracking at pellets of sintering product. Optimum hardness value is approximate (184,338 – 216,3411)VHN (Vickers Hardness Number)and bulk density value is approximate (4,64 – 5,01)gr/cm3.

KEYWORDS: Ba-Sr Hexaferrite, Compacting, Cracking, Drop test, Sintering

xiii Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

Halaman Persetujuan

i

Pernyataan

ii

Pengesahan

iii

Penghargaan

iv

Abstrak

vi

Abstract

vii

Daftar Isi

viii

Daftar Tabel

x

Daftar Gambar

xi

Daftar Lampiran

xiii

Bab 1. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang 1.2 Perumusan Masalah 1.3 Batasan Masalah 1.4 Tujuan Penelitian 1.5 Manfaat Penelitian 1.6 Tempat Penelitian 1.7 Sistematika Penulisan

1 3 4 4 5 5 5

Bab 2. Tinjauan Pustaka 2.1 Magnet Keramik

7

2.2 Sifat- Sifat Magnet Keramik

8

14 Universitas Sumatera Utara

2.3 Barium Heksaferrite

11

2.4 Kompaksi

13

2.4.1 Karakteristik Serbuk

13

2.4.2 Pencampuran

15

2.4.3 Proses Kompaksi

15

2.5 Sintering 2.5.1 Tahapan Sintering

18

2.5.2 Klasifikasi Sintering

20

2.6 Retakan (cracking) 2.6.1 Mekanisme Penjalaran Retak

23

2.6.2 Laju Pertumbuhan Retak

26

2.6.3 Pola Retak

27

2.7 Drop Test

28

2.8 Mikrostruktur

28

2.9 Makrostruktur

29

2.10 Kekerasan Vickers

29

2.11 Densitas

31

Bab 3. Metodologi Penelitian 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 3.1.1 Tempat Penelitian

33

3.1.2 Waktu Penelitian

33

3.2 Peralatan dan Bahan 3.2.1 Peralatan

33

3.2.2 Bahan

35


3.3 Diagram Alir Penelitian

36

3.4 Prosedur Penelitian 3.4.1 Pembuatan Alat Cetak

37

3.4.2 Persiapan Bahan baku

37

3.4.3 Proses Drying

37

3.4.4 Proses Kompaksi 3.4.4.1 Variasi Tekanan

38

3.4.4.2 Variasi Waktu Penahanan

38

3.4.4.3 Variasi Massa Sampel

39

3.4.4.4 Variasi Permukaan Alat Cetak

39

3.4.4.5 Variasi Diameter Alat Penekan

39

3.4.4.6 Variasi Arah Penekanan 3.4.4.6.1 Double Uniaxial Pressing

40

3.4.4.6.2 Single Uniaxial Pressing

40

3.4.5 Sintering

41

3.5 Karakterisasi Sampel 3.5.1 Pengujian Drop Test dan Observasi Retakan

41

3.5.2 Pengujian Mikrostruktur

41

3.5.3 Pengujian Kekerasan Vickers

42

3.5.4 Pengujian Densitas

44

Bab 4. Hasil dan Pembahasan 4.1 Hasil Desain Alat Cetak

45

4.2 Data dan Analisa Hasil Observasi Crack dengan Uji Drop Test

46

4.2.1 Variasi Tekanan dengan Cetakan Kasar

47

4.2.2 Variasi Waktu Penahanan dengan Cetakan Kasar

48


4.2.3 Variasi Massa Sampel dengan Cetakan Kasar

49

4.2.4 Variasi Permukaan Alat Cetak

51

4.2.5 Variasi Diameter Alat Penekan

52

4.2.6 Variasi Arah Penekanan

53

4.2.7 Pola-Pola Retak yang terbentuk dari hasil observasi crack dengan pengujian drop test

56

4.3 Hasil dan Analisa Pengujian Mikrostruktur

57

4.4 Data dan Analisa Hasil Uji Kekerasan Vickers

71

4.5 Data dan Analisa Hasil Uji Bulk Density

78

Bab 5. Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan

81

5.2 Saran

82

Daftar Pustaka

83

DAFTAR TABEL

Nomor

Judul

Halaman

Tabel 2.1

Sifat berbagai Magnet Keras

10

Tabel 2.2

Hubungan Kehalusan Permukaan terhadap Ketahanan

Tabel

Fatigue

27


Tabel 4.1

Hasil Drop Test dengan Variasi Arah Penekanan

Tabel 4.2

Data Hasil Uji Kekerasan pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terbaik Sintering 11000C, ΔT = 50C/min, T0 = 250C

Tabel 4.3

76

Data Hasil Uji Bulk Density pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terbaik

Tabel 4.9

75

Data Hasil Uji Kekerasan pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk Sintering 11000C, ΔT = 150C/min, T0 = 250C

Tabel 4.8

74


Tabel 4.7

73

Data Hasil Uji Kekerasan pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk Sintering 11000C, ΔT =100C/min, T0 = 250C

Tabel 4.6

72


Tabel 4.5

71

Data Hasil Uji Kekerasan pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk Sintering 11000C, ΔT = 50C/min, T0 = 250C

Tabel 4.4

53

78

Data Hasil Uji Bulk Density pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk

79


DAFTAR GAMBAR

Nomor

Judul

Halaman

Gambar

Gambar 2.1

Kurva Saat Proses Magnetisasi

8

Gambar 2.2

Kurva Histeresis Material Magnetik

Gambar 2.3

Kurva yang Menunjukkan Perbandingan Sifat Magnet

10

dari Beberapa Jenis Magnet Permanen

11

Gambar 2.4

Struktur Kristal BaO.6Fe2O3

Gambar 2.5

Distribusi Penekanan Serbuk pada Single Uniaxial Pressing dan Double Uniaxial Pressing

12

17


Gambar 2.6

Hubungan Tekanan Kompaksi dengan Densitas Serbuk Yang Dikompaksi dan Tahapan Kompaksi Partikel

17

Gambar 2.7

Proses Sinter Padat

21

Gambar 2.8

Kurva Sintering dengan Variasi Kecepatan Pemanasan

22

Gambar 2.9

Mekanisme Fatah Fatik Model Wood

24

Gambar 2.10 Foto Mikroskop Ekstrusi dan Intrusi

24

Gambar 2.11 Panjang Retak Versus Siklus

25

Gambar 2.12 Skematik Laju Pertumbuhan Retak

26

Gambar 2.13 Macam Pola Retak

27

Gambar 2.14 Drop Test

28

Gambar 2.15 Tipe-Tipe Lekukan Piramid Intan pada Uji Kekerasan Vickers

30

Gambar 3.1

Skema Pengujian Kekerasan Vickers

42

Gambar 4.1

Foto Alat Cetak Kasar , Halus, Single Uniaxial Pressing dan Double Uniaxial Pressing

45

Gambar 4.2

Skema Drop Test,danfoto pellet hasil cetakan

45

Gambar 4.3

Hasil Drop Test dengan Variasi Tekanan

47

Gambar 4.4

Hasil Drop Test dengan Variasi Waktu Penahanan

48

Gambar 4.5

Hasil Drop Test dengan Variasi Tekanan Jumlah Sampel

49

Gambar 4.6

Hasil Drop Test dengan Variasi Tekanan Permukaan Alat Cetak

Gambar 4.7

51

Hasil Drop Test dengan Variasi Tekanan Diameter Alat Penekan

52

Gambar 4.8

Grafik Persentase Keberhasilan Proses Pencetakan

56

Gambar 4.9

Pola-pola retak yang terbentuk dari hasil pengujian drop test56

Gambar 4.10 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terbaik Sebelum dan Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 50C/Min,


T0 = 250C

58

Gambar 4.11 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk Sebelum dan Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 50C/Min, T0 = 250C

60

Gambar 4.12 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terbaik Sebelum dan Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT = 100C/Min, T0 = 250C

62

Gambar 4.13 Mikrostruktur Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk Sebelum dan Setelah Sinter 11000C, Tholding = 1 Jam, ΔT =100C/Min, T0 = 250C

63


65


67


68


70

Gambar 4.18 Grafik Kekerasan vickers pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 terbaiksintering 11000C, ΔT = 50C/Min, T0 =250C

71

Gambar 4.19 Grafik Kekerasan vickers pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 terburuksintering 11000C, ΔT = 50C/Min, T0 =250C

72


Gambar 4.20 Grafik Kekerasan vickers pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 terbaiksintering 11000C, ΔT =100C/Min, T0 =250C

73


74

Gambar 4.22 Grafik Kekerasan vickers pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 terbaiksintering 11000C, ΔT =150C/Min, T0 =250C

75


76

Gambar 4.24 Grafik Hubungan Kecepatan Pemanasan dengan Nilai Kekerasan Vickers Pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terbaik

77

Gambar 4.25 Grafik Hubungan Kecepatan Pemanasan dengan Nilai Kekerasan Vickers Pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk

78

Gambar 4.26 Grafik Hubungan Kecepatan Pemanasan dengan Nilai Bulk Density Pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3Terbaik

79

Gambar 4.27 Grafik Hubungan Kecepatan Pemanasan dengan Nilai Bulk Density Pada Pelet Ba-SrO.6Fe2O3 Terburuk

80


DAFTAR LAMPIRAN

Nomor

Judul

Halaman

Lamp

1. 2. 3. 4.

Dokumentasi Peralatan yang digunakan dalam Penelitian Contoh Perhitungan Energi Drop Test, Kecepatan Drop Test dan Bulk Density Data Hasil Pengujian Bulk Density Standard Spesifications For Permanent Magnet Materials

85 94 97 100


STUDI PENGARUH PROSES KOMPAKSI TERHADAP MUNCULNYA RETAKAN PADA GREEN BODY DAN HASIL SINTER MAGNET BARIUM-STRONTIUM HEXAFERRITE SKRIPSI

Recommend Documents