Kode/Nama Rumpun Ilmu* : 150288/MESIN-OTOMOTIF
USULAN PENELITIAN FUNDAMENTAL
PENGGUNAAN ALUMINIUM CARBON SEBAGAI MATERIAL PADA CYLINDER BLOCK UNTUK MENINGKATKAN PERFORMA KENDARAAN
(ISA MUHAMMAD SAID / NIM 130551818102)
UNIVERSITAS NEGERI MALANG FEBRUARI 2014
RINGKASAN Teknologi material yang digunakan untuk blok silinder terus dikembangkan dari tahun ke tahun, tujuan dari pengembangan material blok silinder adalah menghemat berat kendaraan. Kendaraan dengan berat yang ringan akan mengkonsumsi bahan bakar yang sedikit, sehingga populasi pengguna kendaraan tidak terus menerus menghabiskan bahan bakar yang notabene adalah bahan bakar fosil atau energy nonrenewable. Tidak hanya bertujuan untuk menghemat cadangan untuk generasi akan datang namun emisi yang diproduksi bahan bakar fosil hanya akan merusak lingkungan melalui global warming. Berdasarkan fenomena fisika, berat yang ringan akan mempercepat jalannya kendaraan, kendaraan yang ringan akan berjalan dengan bebas dengan sedikit bahan bakar. Dalam perkembangannya, kendaraan, khususnya mobil diproduksi atau dikembangkan dengan bahan yang ringan. Aluminium (Al) dan karbon (C) adalah material ringan yang paling banyak dimanfaatkan oleh industri manufaktur, peralatan rumah tangga. Pada penelitian ini akan dijelaskan secara detil material aluminium dan material karbon sehingga menghasilkan formula sebagai bahan pembuatan blok silinder yang kuat, ringan, dan tahan panas untuk selanjutnya diuji kualitasnya. Kata kunci: Aluminium, Carbon, Cylinder Block Material technology used for the cylinder block have been developed from year to year, the goal of development is make the cylinder block material for saving vehicle weight. Vehicles with lighter weight will consume little fuel, so the user population does not continue to spend the vehicle fuel which is actually a fossil fuel or nonrenewable energy. Not only aiming to save up for generations to come, but the emissions produced by fossil fuels will only damage the environment through global warming. Based on physical phenomena, light weight will accelerate the vehicle, light vehicle will run freely with less fuel. During its development, vehicles, especially cars produced or developed with lightweight material. Aluminum (Al) and carbon (C) is a lightweight material that is most widely used by the manufacturing industry, home appliances. This research will be described in detail material of aluminum and carbon materials so as to produce a formula as materials for the cylinder block is strong, light, and heat resistant to further test its quality. Keywords: Aluminum, Carbon, Cylinder Block
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Kebutuhan masyarakat akan kendaraan bermotor seperti sepeda motor dan mobil atau kendaraan transportasi pada era sekarang terhitung cukup signifikan jumlahnya. Masyarakat melakukan mobilisasi dalam menjalankan aktivitas seharihari. Suasana mobilisasi dapat kita rasakan jika kita melihat tayangan televisi atau saat sedang melintas di jalan raya di kota-kota besar. Kendaraan bermotor memerlukan bahan bakar, sedangkan bahan bakar yang komposisi utamanya terdapat dalam Bumi akan habis jika digunakan terus menerus. Oleh sebab itu, sudah merupakan tugas generasi muda untuk dapat mencari alternatif atau energi terbarukan pengganti bahan bakar sebagai langkah konservasi energi. Penghematan energi atau konservasi energi adalah tindakan mengurangi jumlah penggunaan energi. Penghematan energi dapat dicapai dengan penggunaan energi secara efisien dimana manfaat yang sama diperoleh dengan menggunakan energi lebih sedikit, ataupun dengan mengurangi konsumsi dan kegiatan yang menggunakan energi. Penghematan energi dapat menyebabkan berkurangnya biaya, serta meningkatnya nilai lingkungan, keamanan negara, keamanan pribadi, serta kenyamanan. Organisasi-organisasi serta perseorangan dapat menghemat biaya dengan melakukan penghematan energi, sedangkan pengguna komersial dan industri dapat meningkatkan efisiensi dan keuntungan dengan melakukan penghematan energi. Terdapat banyak cara untuk mengatasi penggunaan bahan bakar yang berlebihan. Banyak karya yang sudah ditemukan oleh para praktisi otomotif dalam rangka menghemat bahan bakar. Produsen otomotif pun selalu mengimprovisasi produk mereka menjadi produk yang murah dan ramah lingkungan berdasarkan perfoma yang sesuai dengan kebutuhan. Namun tidak mudah untuk merancang mesin dengan konsumsi hemat bahan bakar dan ramah lingkungan namun memiliki performa atau efisiensi tinggi. Untuk itu dalam penelitian ini akan dibahas tentang bagaimana menghemat konsumsi bahan bakar sekaligus efisiensi performa mesin dalam rangka meningkatkan performa kendaraan.
1.2 Batasan Penelitian Batasan dalam penelitian ini adalah penggunaaan Aluminum Carbon pada mesin mobil.
1.3 Tujuan Khusus Beberapa tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah: Tahun Pencapaian
Tujuan Tahun Pertama Menganalisis sifat aluminum Menganalisis sifat carbon Menghasilkan formula campuran aluminum carbon yang sesuai Menganalisis Bahan Aluminum Carbon Uji tarik Uji tekan Uji panas
Tujuan Tahun Kedua Merancang cylinder block tipe inline
Menguji beban mesin Menguji gas buang Menguji ketahanan panas Menguji performa mesin Menguji kecepatan mesin
1.4 Pentingnya Penelitian Tujuan penelitian tahun pertama adalah menganalisis bahan aluminum dan carbon sehingga menghasilkan formula aluminum dan karbon yang sesuai atas pengujian kualitas yang direncanakan untuk tahap tahun ke kedua. Pada tahun kedua, penelitian ini ditargetkan untuk fokus merancang cylinder block hingga langkah-langkah produksi cylinder block dengan bahan aluminum dan carbon serta melakukan uji atas efisiensi, performa mesin, dan performa kendaraan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Performa Kendaraan Performa dalam arti luas sesuai dengan kamus besar bahasa Indonesia adalah “hal melakukan; hal menyelenggarakan, hal memainkan (seni drama, musik, dan seni tari), dan penampilan. Performa bisa disebut sebagai penampilan atau prestasi. Performa mesin berarti prestasi mesin “dalam hal torsi, daya, maupun kemampuan mesin sesuai efisiensi dengan efektif”, sedangkan performa kendaraan adalah prestasi kendaraan atas tujuan pemenuhan kelayakan efisiensi mesin seperti kecepatan, berat, dan penekanan efisiensi atas performa mesin maupun perangkat lain pada kendaraan. Untuk menghitung performa kendaraan dalam hal tenaga mesin dapat dilakukan dengan rumus sederhana sebagai berikut: HP = (m/t) * 1,241 HP = Horse power/tenaga kuda m = massa total kendaraan, satuan (kg) t = waktu yang dibutuhkan untuk berakselerasi 0-100 kpj, satuannya detik 1,241 = konstanta Perlu kita ketahui hingga saat ini banyak sekali cara atau langkah-langkah dalam upaya meningkatkan mesin sebagai langkah awal meningkatkan performa kendaraan, langkah-langkah meningkatkan performa kendaraan dapat dijabarkan sebagai berikut: 1. Menambah kapasitas mesin Kapasitas mesin lebih besar berarti lebih bertenaga, bukan berarti kapasitas kecil performa kendaraan tidak maksimal, orang yang melakukan modifikasi ekstrim sekalipun terkadang performa kendaraannya masih bisa kalah dengan orang yang memiliki kapasitas mesin lebih kecil, namun dengan mengesampingkan hal itu semua, untuk kendaraan harian, meningkatkan kapasitas mesin lebih besar dari bawaan pabrik akan memperbaiki prestasi kendaraan, dengan menambah kapasitas mesin, bisa diperoleh lebih banyak debit gas yang terbakar dalam setiap putaran mesin. Cara menambah kapasitas mesin hanya ada dua: 1) Melesakkan piston dengan diameter lebih besar, atau
2) memanjangkan langkah ayun piston dengan menggeser big end lebih maju atau mengganti dengan pen stroke aftermarket yang umum dijual di pasaran. 2. Meningkatkan Rasio Rasio Kompresi yang lebih tinggi pasti memproduksi tenaga lebih sedikit atau banyak. Semakin campuran udara/bahan bakar dipadatkan, semakin cepat campuran akan menyembur menjadi api secara spontan, namun tentunya harus diimbangi dengan oktan bahan bakar yang pas untuk mencegah pembakaran dini. Ini jawaban mengapa mesin motor balap road-race, atau drag yang diliput di tabloid atau majalah umumnya memakai bahan bakar ber oktan tinggi – karena mesin mereka memakai rasio kompresi lebih tinggi untuk mendapatkan tenaga. Ada banyak cara untuk meningkatkan rasio kompresi. Mulai dari memapas kop atau cylinder head, blok, meninggikan dome piston, atau mempersempit kubah ruang bakar hingga menyerupai bak mandi atau bisa juga dengan menggabungkan berbagai metoda itu. 3. Memudahkan udara mengalir masuk Ketika piston meluncur mundur atau turun pada langkah hisap, hambatan udara dapat merampok pundi-pundi tenaga dari mesin. Hambatan udara bisa dikurangi dengan modifikasi serius, karena kesalahan bisa berakibat fatal, melakukan modifikasi pada saluran pemasukan silinder atau seringkali disebut Porting, selain memperbesar volumenya, pun harus memperhatikan geometri porting agar lebih terarah dan aliran udara menjadi lembut. Teknik lain yang mampu mengurangi hambatan secara drastis adalah konfigurasi multi klep masuk atau menempatkan dua klep masuk dalam sebuah silinder. Dan intake manifold yang halus layaknya manifold koso yang mahal tentu sangat bagus melancarkan aliran udara/bahan bakar yang akan masuk ke porting atau membuka filter udara adalah cara yang paling mudah. 4. Memudahkan gas buang bebas keluar Jika hambatan udara membuat gas keluar dari silinder tentu akan mengurangi tenaga mesin. Ada beberapa cara untuk melepaskan gas buang agar bebas keluar, diantaranya ialah: 1) dengan memperbesar head atau head yang memakai dua klep buang. Head yang memiliki dua klep buang secara cepat akan mampu melepas gas sisa pembakaran dari dalam silinder. 2) Memperbaiki porting buang dengan porting buang yang halus. 3) Mengganti knalpot, muffler/knalpot yang memiliki banyak sekat akan membuat efek
tendangan balik semakin besar. Knalpot dengan performa tinggi memakai rangakaian pipa header yang lebih besar, dan pipa belakang yang semakin membesar, dan muffler free flow akan membuang gas sisa hasil pembakaran dengan bebas dari dalam silinder. Tujuan penggunaan knalpot free flow adalah meningkatkan tenaga mesin. 5. Mengurangi berat kendaraan Part yang lebih ringan membantu mesin bekerja lebih baik. Setiap piston berubah arah, pasti memerlukan energi untuk berhenti dan memulai ke arah yang lain. Piston yang lebih ringan mengurangi pemakaian energi ini. Mengurangi beban gesekan, mengurangi beban rotasi, semua hal ini apa yang disebut meningkatkan efisiensi mekanis. 6. Mengganti dengan system Injection Sistem kontrol campuran bahan bakar secara elektronis melalui injector akan memberikan keakuratan tingkat tinggi pada setiap derajat langkah piston dan kepastian debit yang dibutuhkan sesuai beban mesin. Oleh karenanya teknologi tersebut dapat meningkatkan performa dan pemakaian bahan-bakar yang lebih ekonomis.
Berdasarkan langkah-langkah dalam upaya meningkatkan performa kendaraan seperti penjabaran di atas, maka diketahui bahwa mengurangi berat kendaraan (weight reduction) merupakan salah satu langkah yang cukup signifikan dan penting terlebih dalam proses produksi sebuah mesin untuk menentukan dan memanfaatkan material alami atau sintesis yang ringan dan juga kuat sebagai tujuan menciptakan kendaraan yang memiliki performa tinggi dalam hal daya tanpa mengabaikan emisi gas buang. Menurut complex magazine, dalam situsnya complex.com “Sebuah mobil yang ringan bisa berakselerasi dengan lebih cepat, sudut tikung yang sulit, dan mendapatkan ekonomi bahan bakar yang lebih baik.” Berikut ini merupakan salah satu contoh data performa kendaraan sebelum dan sesudah mengalami weight reduction yang dapat dideskripsikan pada tabel berikut. Tabel 2.1: Perbandingan performa kendaraan UCSD FSAE tahun 2005 dan 2006
Tabel tersebut di atas mendeskripsikan torsi puncak yang diperoleh pada kendaraan yang diproduksi ditahun 2006 meningkat sebesar 21% dengan berat berkurang 23kg dan akselerasi lebih cepat 10,7%.
2.2 Cylinder Block Blok Silinder merupakan inti dari mesin, yang terbuat dari besi tuang. Blok silinder terdiri dari beberapa lubang tabung silinder, yang di dalamnya terdapat torak yang bergerak turun-naik. Silinder-silinder ditutup bagian atasnya oleh kepala silinder yang dijamin oleh gasket . Crankcase terpasang dibagian bawah blok silinder dan poros engkol dan bak oli termasuk di dalam blok silinder, hanya pada tipe OHV (Over Head Valve). Pada mesin modern poros nok berada di dalam kepala silinder. Silinder-silinder dikelilingi oleh mantel pendingin (water jacket) untuk membantu pendinginan. Perlengkapan lainnya seperti starter, alternator, pompa bensin, distributor dipasangkan pada bagian samping blok silinder. Adapun susunan silinder mesin pada mesin diantaranya dapat dideskripsikan sebagai berikut. a. Tipe V
Gambar 2.1 Susunan silinder mesin tipe V Pada tipe ini, blok silinder berbentuk V (V-Shape). Tipe ini memungkinkan dimensi mesin menjadi lebih tinggi dan panjang mesin menjadi berkurang. b. Tipe In Line
Gambar 2.2 Susunan silinder mesin tipe In-Line
Pada tipe in-line, silinder-silinder disusun dalam satu baris, tipe ini banyak digunakan karena konstruksinya sederhana. c. Tipe Horizontal
Gambar 2.3 Susunan silinder mesin tipe horizontal berlawanan Silinder pada tipe ini disusun secara horizontal dan berlawanan satu dengan yang lain. Susunan seperti ini dapat menentukan ukuran tinggi mesin. Pada umumnya blok silinder dibuat dengan proses pengecoran. Pengecoran adalah suatu proses manufaktur yang menggunakan logam cair dan cetakan untuk menghasilkan parts dengan bentuk yang mendekati bentuk geometri akhir produk jadi. Logam cair akan dituangkan atau ditekan ke dalam cetakan yang memiliki rongga sesuai dengan bentuk yang diinginkan. Setelah logam cair memenuhi rongga dan kembali ke bentuk padat, selanjutnya cetakan disingkirkan dan hasil cor dapat digunakan untuk proses sekunder. Pasir hijau untuk pengecoran digunakan sekitar 75 percent dari 23 million tons coran yang diproduksi dalam USA setiap tahunnya. Untuk menghasilkan tuangan yang berkualitas maka diperlukan pola yang berkualitas tinggi, baik dari segi konstruksi, dimensi, material pola, dan kelengkapan lainnya. 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. Inti dibuat secara terpisah dari cetakan, dalam kasus ini inti dibuat dari pasir kuarsa yang dicampur dengan Airkaca (Water Glass / Natrium Silikat), dari campuran pasir tersebut dimasukan kedalam kotak inti, kemudian direaksikan dengan gas CO2 sehingga menjadi padat dan keras. Inti diseting pada cetakan. Kemudian cetakan diasembling dan diklem.
Sembari cetakan dibuat dan diasembling, bahan-bahan logam seperti ingot, scrap, dan bahan paduan, dilebur di bagian peleburan. Setelah logam cair dan homogen maka logam cair tersebut dituang ke dalam cetakan. Setelah itu ditunggu hingga cairan logam tersebut membeku karena proses pendinginan. Setelah cairan membeku, cetakan dibongkar. Pasir cetak, inti, dan benda tuang dipisahkan. Pasir cetak bekas masuk ke instalasi daur ulang, inti bekas dibuang, dan benda tuang diberikan ke bagian fethling untuk dibersihkan dari kotoran dan dilakukan pemotongan terhadap sistem saluran pada benda tersebut. Setelah fethling selesai apabila benda perlu perlakuan panas maka diproses di bagian perlakuan panas. Proses pengecoran sendiri dibedakan menjadi dua macam, yaitu traditional casting dan non-traditional/contemporary casting. Teknik traditional terdiri atas : 1. Sand-Mold Casting 2. Dry-Sand Casting 3. Shell-Mold Casting 4. Full-Mold Casting 5. Cement-Mold Casting 6. Vacuum-Mold Casting Sedangkan teknik non-traditional terbagi atas : 1. High-Pressure Die Casting 2. Permanent-Mold Casting 3. Centrifugal Casting 4. Plaster-Mold Casting 5. Investment Casting 6. Solid-Ceramic Casting Perbedaan secara mendasar di antara keduanya adalah bahwa contemporary casting tidak bergantung pada pasir dalam pembuatan cetakannya. Perbedaan lainnya adalah bahwa contemporary casting biasanya digunakan untuk menghasilkan produk dengan geometri yang kecil relatif dibandingkan bila menggunakan traditional casting. Hasil coran non-traditional casting juga tidak memerlukan proses tambahan untuk penyelesaian permukaan. Jenis logam yang kebanyakan digunakan di dalam proses pengecoran adalah logam besi bersama-sama dengan aluminium, kuningan, perak, dan beberapa material non logam lainnya. 2.2.1 Bahan Blok Silinder (Cylinder Block) Berikut ini merupakan bahan produksi silinder blok, dapat dijabarkan sebagai berikut:
1. Besi Cor Kelabu Besi cor kelabu atau grey cast iron ditandai dengan mikro graphitic, yang menyebabkan fraktur bahan untuk memiliki penampilan yang abu-abu. Ini adalah besi cor paling sering digunakan dan bahan cor yang paling banyak digunakan berdasarkan berat. Sebagian besar besi cor memiliki komposisi kimia dari 2,54,0% karbon, 1-3% silikon, dan sisanya adalah zat besi. Besi cor kelabu memiliki kekuatan tarik lebih sedikit dan tahan shock dari baja, tetapi kekuatan tekan adalah sebanding dengan baja karbon rendah dan menengah. 2. Paduan Aluminium Paduan Aluminium adalah paduan aluminium dengan logam lain, ( Al ) adalah logam yang dominan untuk paduan aluminium. Unsur-unsur paduan khas aluminium adalah tembaga, magnesium, mangan, silikon dan seng. Ada dua klasifikasi pokok dalam memadukan aluminium, yaitu pengecoran paduan dan paduan tempa, yang keduanya kemudian dibagi lagi menjadi kategori heattreatable dan non-heat-treatable. Sekitar 85 % dari aluminium digunakan untuk produk tempa, misalnya digulung piring, foil dan ekstrusi. Paduan aluminium cor menghasilkan produk hemat biaya karena titik leleh rendah, meskipun mereka umumnya memiliki kekuatan tarik lebih rendah dari paduan tempa. Yang paling penting sistem paduan aluminium cor Al - Si, di mana tingkat tinggi silikon ( 4,013 % ) memberikan kontribusi untuk memberikan karakteristik pengecoran yang baik. Paduan Aluminium banyak digunakan dalam struktur teknik dan komponen ringan atau diperlukan ketahanan korosi. Blok mesin biasanya terbuat dari besi cor “diproduksi oleh pengecoran menggunakan paduan fluiditas yang baik dan rentang pembekuan kecil”, meskipun dalam akhir 1990-an, pada umumnya berat dari blok mesin kurang lebih ialah 135kg, blok mesin yang terbuat dari bahan eksperimen lain sedang dikembangkan, dalam prototype mobil dengan harapan untuk mengembangkan kendaraan yang lebih ringan dan efisien. Adapun beberapa syarat yang harus dipenuhi oleh sinlinder blok, diantaranya ialah: Kuat Kondiktuvitas termal yang baik Kepadatan rendah Tahan aus Tahan korosi
2.3 Analisis Beban Mesin Kendaraan terhadap Peningkatan Performa Kendaraan dan Pemakaian Bahan Bakar Beban dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis, yaitu: beban dari alam/lingkungan, beban operasional, dan beban sustain (berat mesin dan peralatannya). Beban dari alam adalah beban yang diterima mesin/ peralatan, selama beroperasi maupun tidak beroperasi, dari lingkungan dimana mesin/ peralatan itu berada, seperti beban angin, gempa dll. Beban operasional adalah beban akibat beroperasinya mesin/peralatan sesuai dengan fungsi kerjanya ketika mesin tersebut beroperasi. Beban sustain adalah beban berat mesin/ peralatan yang terus-menerus diterima mesin/peralatan tersebut ketika beroperasi maupun tidak beroperasi.
2.3.1 Kelas Pembebanan Mesin atau peralatan serta komponen-komponenya pasti menerima beban operasional dan beban lingkungan dalam melakukan fungsinya. Beban dapat dalam bentuk gaya, momen, defleksi, temperatur, tekanan dan lain-lain. Analisis pembebanan dalam perancangan mesin atau komponen mesin sangatlah penting, karena jika beban telah diketahui maka dimensi, kekuatan, material, serta variabel design lainnya dapat ditentukan. Jenis beban pada suatu mesin/peralatan dapat dibagi menjadi beberapa kelas berdasarkan karakter beban yang bekerja dan adanya gerakan atau perpindahan. Jika konfigurasi umum dari mesin telah didefinisikan dan gerakan kinematikanya telah dihitung, maka tugas berikutnya adalah menganalisis besar dan arah semua gaya, momen, dan beban lainnya. Beban-beban ini dapat saja konstan atau bervariasi terhadap waktu. Komponen mesin dimana gaya tersebut bekerja juga bisa dalam keadaaan diam (statik) atau bergerak. Dengan demikian kelas pembebanan dapat dibedakan menjadi empat seperti yang ditunjukkan pada tabel 2.2 sebagai berikut: Tabel 2.2 : Kelas pembebanan
Sedangkan aplikasi beban berdasarkan daerah pembebanan dapat diklasifikasikan menjadi dua yaitu: Beban terkonsentrasi : beban yang diaplikasikan pada daerah yang sangat kecil dibandingkan dengan luas komponen yang dibebani, dapat
diidealisasikan menjadi beban terkonsentrasi pada suatu titik.
Gambar 2.4 Ilustrasi beban terkonsentrasi
Beban terdistribusi: beban didistribusikan pada suatu daerah tertentu.
Gambar 2.5 Ilustrasi beban terdistribusi Berdasarkan lokasi dan metoda aplikasi beban serta arah pembebanan, beban dapat diklasifikasikan menjadi: beban normal, beban geser, beban lentur, beban torsi, dan beban kombinasi.
Gambar 2.6 Klasifikasi beban berdasarkan lokasi dan metoda aplikasinya: (a) normal tarik, (b) normal tekan, (c) geser, (d) lentur, (e) torsi, (f) kombinasi
2.3.2 Diagram Benda Bebas dan Persamaan Kesetimbangan Untuk mendapatkan identifikasi semua gaya dan momen pada suatu sistem/peralatan, maka kita perlu menggambar diagram benda beban (DBB) setiap elemen dari sistem tersebut. DBB haruslah menunjukkan bentuk umum komponen serta semua gaya dan momen yang bekerja pada elemen tersebut. Perlu diingat juga bahwa akan ada gaya dan momen luar yang bekerja, dan juga gaya atau momen yang timbul pada sambungan satu elemen dengan yang lain. Sebagai tambahan, gaya-gaya dan momen pada DBB, baik yang diketahui maupun yang tidak diketahui nilainya, dimensi dan sudut setiap element harus didefinisikan dalam koordinat lokal. Sistem koordinat diletakkan pada pusat gravitasi elemen (CG). Untuk beban dinamik, percepatan kinematik baik linear maupun angular pada CG, perlu diketahui atau dihitung sebelum melakukan analisis beban. Hukum Newton dan persamaan Euler adalah dasar yang dapat digunakan untuk melakukan analisis beban, baik untuk 3 dimensi maupun 2 dimensi. Hukum Newton I: “a body at rest tends to remain at rest and abody in motion at constant velocity will tend to maintain that velocity unless acted upon by an external force” Hukum Newton II: “The time rate of change of momentum of a body is equal to the magnitude of the applied force and acts in the direction of the force” Untuk sebuah benda kaku yang tidak mengalami percepatan (statik), hukum Newton I & II dapat dinyatakan dalam persamaan ∑F = 0 ∑M = 0
dan untuk benda yang mengalami percepatan ∑F = ma ∑M =Iα Dengan F = gaya, m = massa, I = momen inersia massa, dan α = percepatan sudut. Persamaan diatas dikenal sebagai persamaan kesetimbangan statik dan persamaan kesetimbangan dinamik. Untuk menganalisis gaya-gaya dan momen pada sambungan yang merupakan interaksi antara body satu dengan yang lainnya dapat digunakan prinsip dari hukum Newton yang berbunyi : Hukum Newton III: “When two particles interact, apair of equal and opposite reaction forces will exist at their contact point. This force pair will have the same magnitude and act along the same direction line, but have opposite sense” Konsep aksi-reaksi pada setiap sambungan ini dapat digunakan untuk menentukan besar dan arah gaya dan momen pada sambungan.
Analisis Beban 3 Dimensi Untuk sistem tiga dimensi dari beberapa benda yang saling berhubungan, persamaan vektor diatas dapat ditulis dalam tiga persamaan skalar sesuai dengan komponen orthogonal koordinat lokal x, y, dan z. titik awal sistem koordinat local sebaiknya pada pusat gravitasi. Persamaan tersebut untuk kondisi statik adalah ∑Fx = 0 ∑Fy = 0 ∑Fz = 0 ∑Mx = 0 ∑My = 0 ∑Mz = 0 Sedangkan untuk kondisi dinamik, dimana benda mengalami percepatan ∑Fx = max ∑Fy = may ∑Fz = maz dan ∑Mx =Ix αx – (Iy –Iz) ωy ωz ∑My =Iy αy – (Iz –Iy) ωz ωx ∑Mz =Iz αz – (Ix –Iy) ωx ωy Persamaan tersebut dikenal dengan nama persamaan Euler. ω adalah kecepatan sudut.
Analisis Beban 2 Dimensi Pada kenyataannya semua mesin berada dalam 3 dimensi. Akan tetapi untuk beberapa kondisi khusus, kondisi 3 dimensi ini dapat diidealkan menjadi 2 dimensi gerakan dan gaya/momen yang terjadi hanya pada satu bidang atau
bidang-bidang yang paralel. Sebagai contoh, jika semua gerakan dan gaya-gaya dan momen yang bekerja hanya terjadi pada bidang x-y maka persamaan dari hukum Newton dan persamaan Euler dapat direduksi menjadi ∑Fx = max ∑Fy = may ∑Mz = Iz αz
Contoh Analisis Beban Mesin atas Performa Kendaraan Ilustrasi I: Sebuah kendaraan dengan berat (Wmobil) 3000 lb, bergerak dengan kecepatan konstan 60 mph. Pada kecepatan ini drag aerodinamis adalah 16 HP. Titik pusat gravitasi dan titik tangkap tahanan aerodinamis ditunjukkan pada gambar. Tentukanlah gaya-gaya reaksi yang bekerja pada roda kendaraan.
Gambar 2.7 DBB kendaraan yang bergerak dengan kecepatan konstan Idealisasi :
Kecepatan konstan Roda belakang sebagai roda penggerak Gaya aerodinamik dalam arah vertikal diabaikan Tahanan rolling roda diabaikan
Analisis 1. Hitung gaya drag aerodinamik
2. Gunakan kesetimbangan gaya pada arah horizhontal
3. Gunakan kesetimbangan momen
4. Gunakan kesetimbangan gaya dalam arah vertical
Ilustrasi II: Kendaraan pada ilustrasi I yang bergerak dengan kecepatan 60 mph tiba-tiba di “gas” dengan sehingga daya mesin naik menjadi 96 HP (total). Tentukanlah gaya-gaya reaksi yang bekerja pada roda kendaraan dan percepatan kendaraan. Idealisasi : Roda belakang sebagai roda penggerak Efek inersia rotasional adalah ekivalen 7% berat kendaraan. (hanya 100/107 bagian daya yang berfungsi untuk mempercepat kendaraan)
Gambar 2.8 DBB kendaraan yang bergerak dipercepat Analisis 1. Efek inersia rotasional
Hanya 100/107 bagian daya yang berfungsi untuk mempercepat kendaraan secara linear. 2. Tentukan gaya dorong yang digunakan untuk mempercepat kendaraan. Daya 16 hp memberikan gaya dorong roda kedepan (Ft) sebesar 100 lb yang diperlukan untuk menjaga kecepatan selalu konstan. Daya yang diperlukan untuk mempercepat kendaraan:
3. Tentukan percepatan
4. Gunakan kesetimbangan gaya & momen untuk menghitung reaksi pada roda
Kesimpulan Analisis Beban Mesin atas Performa Kendaraan terhadap Peningkatan Performa Kendaraan dan Pemakaian Bahan Bakar Pada Ilustrasi I pembebanan kendaraan atas dasar Wmobil dengan kecepatan konstan diperoleh W lebih ringan 50% dengan kecepatan 60mph atau kecepatan konstan, sedangkan pada saat kendaraan diakselerasi mendadak hingga kecepatan 96mph (Ilustrasi II), maka W yang diperoleh lebih ringan 46% namun dipercepat 5 ft/s2 akibat efek inersia rotasional. Semakin ringan Wmobil semakin cepat laju
kendaraan pada kecepatan konstan maupun akselerasi juga menghemat konsumsi pemakaian bahan bakar. Selain mengetahui bahwa mengurangi beban kendaraan dapat menghemat pemakaian bahan bakar seperti langkah di atas, efisiensi kendaraan berdasarkan pemakaian bakar dapat juga diketahui melalui rumus berikut:
Diketahui: o
: efisiensi total system
WE
: output daya
ΣQTH : output termal QFUEL : input total bahan bakar
Menurut Anrico Casadei dan Richard Broda dalam penelitian mereka "Impact of Vehicle Weight Reduction on FuelEconomy for Various Vehicle Architectures” didapatkan data dan juga kesimpulan tentang penghematan bahan bakar melalui weight reduction. Adapun data dan kesimpulan tersebut dapat dideskripsikan sebagai berikut:
Gambar 2.9 Grafik Peningkatan Penghematan Pemakaian Bahan Bakar
Menurut Anrico dan Richard (2007), Mengurangi berat badan kendaraan (massa) menghasilkan sedikit traksi yang dibutuhkan untuk mempercepat kendaraan dan rolling resistance lebih sedikit dari ban. Drive cycle dengan peristiwa akselerasi yang lebih (kota dan EPA Eropa) menunjukkan manfaat ekonomi bahan bakar yang lebih besar dari weight reduction dari jalan raya atau kondisi stabil. Juga, pada kendaraan yang lebih tinggi kecepatan mesin biasanya di throttle lebih tinggi (lebih baik BSFC) titik operasi dan memberikan sedikit kesempatan untuk perbaikan. Karena kerugian ban yang lebih besar persentase traksi total pada kecepatan rendah (menyebabkan kerugian aerodinamis meningkat kecepatan kuadrat) potensi keuntungan ekonomi bahan bakar dari weight reduction lebih besar pada kecepatan kendaraan yang lebih rendah.
2.4 Aluminum Aluminium ialah unsur kimia. Lambang aluminium ialah Al, dan nomor atomnya 13. Aluminium ialah logam paling berlimpah. Aluminium bukan merupakan jenis logam berat, namun merupakan elemen yang berjumlah sekitar 8% dari permukaan bumi dan paling berlimpah ketiga. Aluminium terdapat dalam penggunaan aditif makanan, antasida, buffered aspirin, astringents, semprotan hidung, antiperspirant, air minum, knalpot mobil, asap tembakau, penggunaan aluminium foil, peralatan masak, kaleng, keramik, dan kembang api. Aluminium merupakan konduktor listrik yang baik. Terang dan kuat. Merupakan konduktor yang baik juga buat panas. Dapat ditempa menjadi lembaran, ditarik menjadi kawat dan diekstrusi menjadi batangan dengan bermacam-macam penampang. Tahan korosi. Aluminium digunakan dalam banyak hal. Kebanyakan darinya digunakan dalam kabel bertegangan tinggi. Juga secara luas digunakan dalam bingkai jendela dan badan pesawat terbang. Ditemukan di rumah sebagai panci, botol minuman ringan, tutup botol susu dsb. Aluminium juga digunakan untuk melapisi lampu mobil dan compact disks. Pada abad ke-19, sebelum ditemukannya proses elektrolisis, aluminium hanya bisa didapatkan dari bauksit dengan proses kimia Wöhler. Dibandingkan dengan elektrolisis, proses ini sangat tidak ekonomis, dan harga aluminium dulunya jauh melebihi harga emas. Karena dulu dianggap sebagai logam berharga, Napoleon III dari Perancis (1808-1873) pernah melayani tamunya yang pertama dengan piring aluminium dan tamunya yang kedua dengan piring emas dan perak. Pada tahun 1886, Charles Martin Hall dari Amerika Serikat (1863-1914) dan Paul L.T. Héroult dari Perancis (1863-1914) menemukan proses elektrolisis yang sampai sekarang membuat produksi aluminium ekonomis.
2.4.1 Proses Pemurnian Refinery Pembuatan Aluminium Pembuatan Aluminium terjadi dalam dua tahap: 1. Proses Bayer merupakan proses pemurnian bijih bauksit untuk memperoleh aluminium oksida (alumina), dan 2. Proses Hall-Heroult merupakan proses peleburan aluminium oksida untuk menghasilkan aluminium murni. Proses Bayer Bijih bauksit mengandung 50-60% Al2O3 yang bercampur dengan zat-zat pengotor terutama Fe2O3 dan SiO2. Untuk memisahkan Al2O3 dari zat-zat yang tidak dikehendaki, kita memanfaatkan sifat amfoter dari Al2O3. Tahap pemurnian bauksit dilakukan untuk menghilangkan pengotor utama dalam bauksit. Pengotor utama bauksit biasanya terdiri dari SiO2, Fe2O3, dan TiO2. Caranya adalah dengan melarutkan bauksit dalam larutan natrium hidroksida (NaOH), Al2O3 (s) + 2NaOH (aq) + 3H2O(l) ---> 2NaAl(OH)4(aq) Aluminium oksida larut dalam NaOH sedangkan pengotornya tidak larut. Pengotor-pengotor dapat dipisahkan melalui proses penyaringan. Selanjutnya aluminium diendapkan dari filtratnya dengan cara mengalirkan gas CO2 dan pengenceran. 2NaAl(OH)4(aq) + CO2(g) ---> 2Al(OH)3(s) + Na2CO3(aq) + H2O(l) Endapan aluminium hidroksida disaring, dikeringkan lalu dipanaskan sehingga diperoleh aluminium oksida murni (Al2O3) 2Al(OH)3(s) ---> Al2O3(s) + 3H2O(g)
Proses Hall-Heroult Selanjutnya adalah tahap peleburan alumina dengan cara reduksi melalui proses elektrolisis menurut proses Hall-Heroult. Dalam proses Hall-Heroult, aluminum oksida dilarutkan dalam lelehan kriolit (Na3AlF6) dalam bejana baja berlapis grafit yang sekaligus berfungsi sebagai katode. Selanjutnya elektrolisis dilakukan pada suhu 950oC. Sebagai anode digunakan batang grafit. Setelah diperoleh Al2O3 murni, maka proses selanjutnya adalah elektrolisis leburan Al2O3. Pada elektrolisis ini Al2O3 dicampur dengan CaF2 dan 2-8% kriolit (Na3AlF6) yang berfungsi untuk menurunkan titik lebur Al2O3 (titik lebur Al2O3 murni mencapai 20000C), campuran tersebut akan melebur
pada suhu antara 850-9500C. Anode dan katodenya terbuat dari grafit. Reaksi yang terjadi sebagai berikut: Al2O3 (l) 2Al3+ (l) + 3O2- (l) Anode (+): 3O2- (l) 3/2 O2 (g) + 6e− Katode (-): 2Al3+ (l) + 6e- 2Al (l) Reaksi sel: 2Al3+ (l) + 3O2- (l) 2Al (l) + 3/2 O2 (g) Peleburan alumina menjadi aluminium logam terjadi dalam tong baja yang disebut pot reduksi atau sel elektrolisis. Bagian bawah pot dilapisi dengan karbon, yang bertindak sebagai suatu elektroda (konduktor arus listrik) dari sistem. Secara umum pada proses ini, leburan alumina dielektrolisis, dimana lelehan tersebut dicampur dengan lelehan elektrolit kriolit dan CaF2 di dalam pot dimana pada pot tersebut terikat serangkaian batang karbon dibagian atas pot sebagai katoda. Karbon anoda berada dibagian bawah pot sebagai lapisan pot, dengan aliran arus kuat 5-10 V antara anoda dan katodanya proses elektrolisis terjadi. Tetapi, arus listrik dapat diperbesar sesuai keperluan, seperti dalam keperluan industri. Alumina mengalami pemutusan ikatan akibat elektrolisis, lelehan aluminium akan menuju kebawah pot, yang secara berkala akan ditampung menuju cetakan berbentuk silinder atau lempengan. Masing – masing pot dapat menghasilkan 66.000-110.000 ton aluminium per tahun(Anonymous,2009). Secara umum, 4 ton bauksit akan menghasilkan 2 ton alumina, yang nantinya akan menghasilkan 1 ton aluminium.
2.4.2 Sifat Aluminium Sifat Fisika Aluminium memiliki sifat fisika seperti yang ditunjukkan pada Tabel berikut: No
Sifat
Nilai
1
Jari-jari atom
1,82 Å
2
Volume atom
10 cm/gr.atm
3
Density (660oC)
2,368 gr/cm3
4
Density ( 20oC)
2,6989 gr/cm3
5
Potensial elektroda (25oC)
-1,67 volt
6
Kapasitas panas (25oC)
5,38 cal/mol oC
7
Panas pembakaran
399 cal/gr mol
8
Tensile strength
700 MPa
9
Kekerasan brinnel
12-16 skala mehs
10
Hantaran panas (25oC)
0,49 cal/det oC
11
Valensi
3
12
Kekentalan (700oC)
0,0127 poise
13
Panas peleburan
94,6 cal/gr
14
Panas uap
200 cal/gr
15
Massa atom
26,98
16
Titik lebur
660oC
17
Titik didih
2452oC
18
Tegangan permukaan
900 dyne/cm
19
Tegangan tarik
4,76 kg/mm
Sifat Kimia Aluminium bersifat amfoter (kemampuan suatu zat yang dapat perpindah sifat keasaman dari sifat asam ke sifat basa). Ini dapat ditunjukkan pada reaksi sebagai berikut: a.
Al2O3 + 3H2SO4 Al2(SO4)3 +
b.
Al2O3 + 6NaOH
3H2O
2Na3AlO2 +
6H2O
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. Sifat-sifat Aluminium yang lebih unggul bila dibandingkan dengan logam lain adalah sebagai berikut: a. Ringan Massa jenis Aluminium pada suhu kamar (29oC) sekitar 2,7 gr/cm3.
b. 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. c. 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. d. Daya Hantar Listrik yang Baik Aluminium adalah logam yang paling ekonomis sebagai penghantar listrik karena massa jenisnya dari massa jenis tembaga, dimana kapasitas arus dari Aluminium kira-kira dua kali lipat dari kapasitas arus pada tembaga. e. Anti Magnetis Aluminium adalah logam yang anti magnetis. f. Toksifitas Aluminium adalah logam yang tidak beracun dan tidak berbau. g. 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 h. Sifat dapat dipakai kembali Aluminium mempunyai titik lebur yang rendah, oleh karena itu kita dapat memperoleh kembali logam Aluminium dari scrap.
Penampilan abu-abu perak metalik
Garis spektrum dari aluminium Ciri-ciri umum Nama, lambang,Nomor atom
aluminium, Al, 13
Dibaca
Britania Rayaˌæljʉˈmɪniəm/ al-ew-min-ee-əm; or AS /əˈluːmɪnəm/ ə-loo-mi-nəm
Jenis unsur
logam lainnya
Golongan,periode, blok
13, 3, p
Massa atom standar
26.9815386(13)
Konfigurasi elektron
[Ne] 3s2 3p1 2, 8, 3
Sifat fisika Fase
solid
Massa jenis(mendekati suhu kamar)
2.70 g·cm−3
Massa jeniscairan pada t.l.
2.375 g·cm−3
Titik lebur
933.47 K, 660.32 °C, 1220.58 °F
Titik didih
2792 K, 2519 °C, 4566 °F
Kalor peleburan
10.71 kJ·mol−1
Kalor penguapan
294.0 kJ·mol−1
Kapasitas kalor
24.200 J·mol−1·K−1
Sifat atom Bilangan oksidasi
3, 2, 1 (oksida amfoter)
Elektronegativitas
1.61 (skala Pauling)
Energi ionisasi (lebih lanjut)
pertama: 577.5 kJ·mol−1 ke-2: 1816.7 kJ·mol−1 ke-3: 2744.8 kJ·mol−1
Jari-jari atom
143 pm
Jari-jari kovalen
121±4 pm
Jari-jari van der Waals
184 pm
Lain-lain Struktur kristal
face-centered cubic
Pembenahan magnetik
paramagnetik
Keterhambatan elektris
(20 °C) 28.2 nΩ·m
Konduktivitas termal
237 W·m−1·K−1
Ekspansi termal
(25 °C) 23.1 µm·m−1·K−1
Kecepatan suara(batang ringan)
(suhu kamar) (rolled) 5,000 m·s−1
Modulus Young
70 GPa
Modulus Shear
26 GPa
Bulk modulus
76 GPa
Rasio Poisson
0.35
Kekerasan Mohs
2.75
Kekerasan Viker
167 MPa
Kekerasan Brinell
245 MPa
Nomor CAS
7429-90-5
Isotop paling stabil
2.5 Carbon Karbon atau zat arang merupakan unsur kimia yang mempunyai simbol C dan nomor atom 6 pada tabel periodik. Sebagai unsur golongan 14 pada tabel periodik, karbon merupakan unsur non-logam dan bervalensi 4 (tetravalen), yang berarti bahwa terdapat empat elektron yang dapat digunakan untuk membentuk ikatan kovalen. Terdapat tiga macam isotop karbon yang ditemukan secara alami, yakni 12C dan 13C yang stabil, dan 14C yang bersifat radioaktif dengan waktu paruh peluruhannya sekitar 5730 tahun. Karbon merupakan salah satu dari di antara beberapa unsur yang diketahui keberadaannya sejak zaman kuno. Istilah "karbon" berasal dari bahasa Latin carbo, yang berarti batu bara. Karbon memiliki beberapa jenis alotrop, yang paling terkenal adalah grafit, intan, dan karbon amorf. Sifat-sifat fisika karbon bervariasi bergantung pada jenis alotropnya. Sebagai contohnya, intan berwarna transparan, manakala grafit berwarna hitam dan kusam. Intan merupakan salah satu materi terkeras di dunia, manakala grafit cukup lunak untuk meninggalkan bekasnya pada kertas. Intan memiliki konduktivitas listik yang sangat rendah, sedangkan grafit adalah konduktor listrik yang sangat baik. Di bawah kondisi normal, intan memiliki konduktivitas termal yang tertinggi di antara materi-materi lain yang diketahui. Semua alotrop karbon berbentuk padat dalam kondisi normal, tetapi grafit merupakan alotrop yang paling stabil secara termodinamik di antara alotropalotrop lainnya. Semua alotrop karbon sangat stabil dan memerlukan suhu yang sangat tinggi untuk bereaksi, bahkan dengan oksigen. Keadaan oksidasi karbon yang paling umumnya ditemukan adalah +4, manakala +2 dijumpai pada karbon monoksida dan senyawa kompleks logam transisi lainnya. Sumber karbon anorganik terbesar terdapat pada batu kapur, dolomit, dan karbon dioksida, sedangkan sumber organik terdapat pada batu bara, tanah gambut, minyak bumi, dan klatrat metana. Karbon dapat membentuk lebih banyak senyawa daripada unsur-unsur lainnya, dengan hampir 10 juta senyawa organik murni yang telah dideskripsikan sampai sekarang. Karbon adalah unsur paling berlimpah ke-15 di kerak Bumi dan ke-4 di alam semesta. Karbon terdapat pada semua jenis makhluk hidup, dan pada manusia, karbon merupakan unsur paling berlimpah kedua (sekitar 18,5%) setelah oksigen. Keberlimpahan karbon ini, bersamaan dengan keanekaragaman senyawa organik dan kemampuannya membentuk polimer membuat karbon sebagai unsur dasar kimiawi kehidupan. Unsur ini adalah unsur yang paling stabil di antara unsur-unsur yang lain, sehingga dijadikan patokan dalam mengukur satuan massa atom.
2.5.1 Karakteristik Carbon Karbon memiliki berbagai bentuk alotrop yang berbeda-beda, meliputi intan yang merupakan bahan terkeras di dunia sampai dengan grafit yang merupakan salah satu bahan terlunak. Karbon juga memiliki afinitas untuk berikatan dengan atom kecil lainnya, sehingga dapat membentuk berbagai senyawa dengan atom tersebut. Oleh karenanya, karbon dapat berikatan dengan atom lain (termasuk dengan karbon sendiri) membentuk hampir 10 juta jenis senyawa yang berbeda. Karbon juga memiliki titik lebur dan titik sublimasi yang tertinggi di antara semua unsur kimia. Pada tekanan atmosfer, karbon tidak memiliki titik lebur karena titik tripelnya ada pada 10,8 ± 0,2 MPa dan 4600 ± 300 K, sehingga ia akan menyublim sekitar 3900 K. Karbon dapat menyublim dalam busur karbon yang memiliki temperatur sekitar 5800 K, sehingga tak peduli dalam bentuk alotrop apapun, karbon akan tetap berbentuk padat pada suhu yang lebih tinggi daripada titik lebur logam tungsten ataupun renium. Walaupun karbon secara termodinamika mudah teroksidasi, karbon lebih sulit teroksidasi daripada senyawa lainnya (seperti besi dan tembaga). Karbon merupakan unsur dasar segala kehidupan di Bumi. Walaupun terdapat berbagai jenis senyawa yang terbentuk dari karbon, kebanyakan karbon jarang bereaksi di bawah kondisi yang normal. Di bawah temperatur dan tekanan standar, karbon tahan terhadap segala oksidator terkecuali oksidator yang terkuat. Karbon tidak bereaksi dengan asam sulfat, asam klorida, klorin, maupun basa lainnya. Pada temperatur yang tinggi, karbon dapat bereaksi dengan oksigen, menghasilkan oksida karbon oksida dalam suatu reaksi yang mereduksi oksida logam menjadi logam. Reaksi ini bersifat eksotermik dan digunakan dalam industri besi dan baja untuk mengontrol kandungan karbon dalam baja: Fe3O4 + 4 C(s) → 3 Fe(s) + 4 CO(g) Pada temperatur tinggi, karbon yang dicampur dengan logam tertentu akan menghasilkan karbida logam, seperti besi karbida sementit dalam baja, dan tungsten karbida yang digunakan secara luas sebagai abrasif. Pada tahun 2009, grafena diketahui sebagai material terkuat di dunia yang pernah diujicobakan. Walaupun demikian, proses pemisahan grafena dari grafit masih belum cukup ekonomis untuk digunakan dalam proses industri. Berbagai alotrop karbon memiliki ciri-ciri yang sangat berlawanan satu sama lainnya:
Intan nanokristal sintetik merupakan material terkeras yang diketahui.
Grafit adalah salah satu material terlunak yang diketahui.
Intan merupakan bahan abrasif.
Grafit adalah pelumas yang sangat baik.
Intan tidak menghantarkan listrik (insulator).
Grafit menghantarkan listrik (konduktor).
Intan merupakan konduktor panas yang baik.
Beberapa jenis grafit digunakan sebagai insulator panas.
Intan berwarna transparan.
Grafit berwarna kelam.
Intan mengkristal dalam sistem kristal kubik.
Grafit mengkristal dalam sistem kristal heksagonal.
Karbon amorf bersifat isotropik.
Karbon nanotabung merupakan bahan yang paling anisotropikyang pernah dibuat.
Isotop Isotop karbon adalah inti atom yang memiliki enam proton ditambah beberapa neutron (bervariasi mulai dari 2 sampai 16). Karbon memiliki dua isotop stabil, secara alami terjadi. Isotop karbon-12 (C-12) membentuk 98,93% karbon yang ada di bumi, sementara isotop Karbon-13 (C-13) membentuk sisanya yakni 1,07%. Konsentrasi isotop C-12 lebih meningkat pada material biologi karena reaksi biokimia menyingkirkan isotop C-13. Pada tahun 1961, IUPAC mengadopsi isotop C-12 sebagai dasar dari masa atom. Identifikasi karbon pada percobaan resonansi magnetik nuklir diselesaikan dengan isotop C-13. Karbon-14 (C-14) adalah radioisotop yang terjadi secara alami yang terjadi dalam jumlah jejak di bumi hingga 1 bagian per triliun (10-10%), kebanyakan terbatas di atmosfer dan endapan dangkal, terutama pada gambut dan material organik lainya. Isotop ini, meluruhkan 0,158 MeV emisi sinar β-. Karena waktu paruh relatifnya 5730 tahun, 14C hampir tidak ada dalam batuan tua, tetapi tercipta di atmosfer (stratosfer bagian bawah dan troposfer bagian atas) oleh interaksi interaksi nitrogen dengan sinar kosmis. Kelimpahan 14C di atmosfer dan organisme hidup hampir konstan, tetapi diduga berkurang pada saat organisme itu mati. Prinsip inilah yang digunakan dalam penanggalan radiokarbon, ditemukan
pada tahun 1949, yang telah digunakan secara luas untuk menghitung usia material yang mengandung karbon sampai dengan 40.000 tahun usianya. Ada 15 isotop karbon yang terkenal dan isotop dengan hidup terpendek adalah 8C yang meluruhkan proton dan peluruhan alfa dan memiliki waktu paruh 1,98739x10-21 sekon 19C yang luarbiasa menunjukan halo nuklir, yang berarti radiusnya cukup besar daripada yang diharapkan jika inti dalam keadaan kepadatan konstan. Penampilan Carbon bening (intan) & hitam (grafit)
Garis spektrum karbon Ciri-ciri umum Nama, lambang,Nomor atom
karbon, C, 6
Dibaca
/ˈkɑrbən
Jenis unsur
nonlogam
Golongan,periode, blok
14, 2, p
Massa atom standar
12.0107(8)
Konfigurasi elektron
1s2 2s2 2p2 atau [He] 2s2 2p2 2,4
Sifat fisika Fase
Solid
Massa jenis(mendekati suhu
amorphous: 1.8–2.1 g·cm−3
kamar) Massa jenis(mendekati suhu kamar)
intan: 3.515 g·cm−3
Massa jenis(mendekati suhu kamar)
graphite: 2.267 g·cm−3
Titik sublimasi
3915 K, 3642 °C, 6588 °F
Titik tripel
4600 K (4327°C), 10800 kPa
Kalor peleburan
117 (graphite) kJ·mol−1
Kapasitas kalor
6.155 (intan) 8.517 (grafit) J·mol−1·K−1
Sifat atom Bilangan oksidasi
4, 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4
Elektronegativitas
2.55 (skala Pauling)
Energi ionisasi (lebih lanjut)
pertama: 1086.5 kJ·mol−1 ke-2: 2352.6 kJ·mol−1 ke-3: 4620.5 kJ·mol−1
Jari-jari kovalen
77(sp³), 73(sp²), 69(sp) pm
Jari-jari van der Waals
170 pm
Lain-lain Struktur kristal
diamond
Catatan struktur kristal
(intan, bening)
Pembenahan magnetik
diamagnetic
Konduktivitas termal
900-2300 (intan) 119-165 (grafit) W·m−1·K−1
Ekspansi termal
(25 °C) 0.8 (intan) µm·m−1·K−1
Kecepatan suara(batang ringan)
(20 °C) 18350 (intan) m·s−1
Modulus Young
1050 (intan) GPa
Modulus Shear
478 (intan) GPa
Bulk modulus
442 (intan) GPa
Rasio Poisson
0.1 (intan)
Kekerasan Mohs
10 (intan) 1-2 (grafit)
Nomor CAS
7440-44-0
2.6 Silicide Sebuah silicide adalah senyawa yang memiliki silikon dengan unsur-unsur (biasanya) lebih elektropositif. Silikon lebih elektropositif dari karbon. Silikida secara struktural lebih dekat dengan borida daripada karbida. Mirip dengan borida dan karbida, komposisi silikida tidak dapat dengan mudah ditetapkan sebagai molekul kovalen . Ikatan kimia di silikida berkisar dari struktur logam seperti konduktif untuk kovalen atau ionik. Silikida dari semua logam non - transisi, dengan pengecualian berilium, telah dijelaskan. Mercury, thallium, bismut, dan timbal adalah nonmiscible dengan silikon cair. Atom silikon dalam silisida dapat memiliki banyak organisasi yang mungkin : Atom silikon terisolasi : elektrik konduktif Cu5Si , ( V , Cr , Mn ) 3si , Fe3Si , Mn3Si, dan nonconductive ( Mg , Ge , Sn , Pb ) 2Si , ( Ca , Ru , Ce , Rh , Ir , Ni ) 2Si Si2 pasang : U3Si2 , Hf dan Th silikida Si4 tetrahedra : KSI , RBSI , CSSI Rantai Sin : USI , ( Ti , Zr , Hf , Th , Ce , Pu ) Si , CaSi , SrSi , YSI
Planar heksagonal grafit - seperti Si lapisan : β - USi2 , silisida dari lantanoid dan actinoids lainnya Bergelombang heksagonal lapisan Si : CaSi2 Terbuka tiga dimensi kerangka Si : SrSi2 , ThSi2 , α - USi2 Sebuah silicide dibuat dengan proses self-aligned disebut salicide a . Ini adalah proses di mana kontak silicide terbentuk hanya di daerah-daerah di mana disimpan logam ( yang setelah anil menjadi komponen logam silicide ) adalah bersentuhan langsung dengan silikon, sehingga, proses ini self-aligned . Hal ini biasanya diterapkan dalam proses MOS /CMOS untuk kontak ohmik dari sumber, tiriskan, dan poli - Si gerbang. Kelompok 1 dan 2 silikida misalnya Na2Si dan Ca2Si bereaksi dengan air untuk menghasilkan hidrogen dan/atau silane. Pada Consumer Electronics Show ( CES) 2012 yang 1Kw yang aman dan ramah lingkungan atau 3KW charger ponsel dengan sodium silicide yang berjalan di atas air telah diperkenalkan untuk ' orangorang yang menghabiskan waktu jauh dari jaringan listrik . Setiap jenis air dapat digunakan , termasuk air garam dan bahkan dapat berjalan di atas air genangan menyediakan itu tidak menebal dengan lumpur atau sedimen lainnya. The silisida logam transisi adalah, sebaliknya, biasanya inert untuk larutan berair dari segala sesuatu dengan pengecualian asam fluorida; Namun, mereka bereaksi dengan agen yang lebih agresif , misalnya meleleh kalium hidroksida, atau fluorin dan klorin ketika merah-panas. Ketika magnesium silicide ditempatkan ke dalam asam klorida, HCl ( aq), silan gas , SiH4 , diproduksi . Gas ini adalah analog silikon metana, CH4, tetapi lebih reaktif . Silan pirofori , yaitu, karena adanya oksigen, secara spontan combusts di udara: Mg2Si ( s ) + 4HCl ( aq) → SiH4 ( g ) + 2MgCl2 ( s ) SiH4 + 2O2 → SiO2 + 2H2O Reaksi ini khas dari Grup 2 silicide. Mg2Si bereaksi sama dengan asam sulfat. Kelompok 1 silikida bahkan lebih reaktif . Sebagai contoh, natrium silisida, Na2Si, bereaksi cepat dengan air untuk menghasilkan natrium silikat, Na2SiO3, dan gas hidrogen. Struktur film tipis amorf Si / Al / Si amorf diendapkan berturut-turut tanpa melanggar vakum. Selama anil 440 K, Al bereaksi dengan Si membentuk lapisan senyawa homogen antara dua lapisan a-Si. Senyawa ini memiliki struktur yang unik dan didefinisikan dengan baik, berbeda dari kedua Al dan Si meskipun ada kesamaan. The Al silicide diamati stabil sampai dengan 575 K, di mana suhu itu memisahkan ketika a-Si mengkristal.
2.7 Merencanakan Formula yang Digunakan sebagai Bahan Produksi Blok Silinder Seperti penjabaran sebelumnya di atas, pada awalnya hingga tahun 1990, blok silinder (cylinder block) dibuat/diproduksi dengan menggunakan besi cor (besi tuang). Adapun sifat besi tuang digunakan sebagai material silinder blok:
paduan besi dengan C > 2% sampai dengan 3% Si untuk mengontrol pembentukan cabride memiliki titik leleh yang rendah visikositas cair rendah tidak ada film yang tidak diinginkan ketika menuangkan penyusutan yang moderat pada pemadatan mikrosturktur kurang lebih seragam dengan material tempa
Gambar 2.10 Diagram Fase Iron Carbon
Gambar 2.11 Diagram (2) Fase Iron Carbon
Penjelasan diagram fase Iron Carbon (FeC) Ferrite , juga dikenal sebagai α - ferit ( α - Fe ) atau besi alpha , adalah istilah ilmu material untuk besi murni , dengan struktur kristal kubik BCC body centered. Ini adalah struktur kristal ini yang memberikan baja dan besi cor sifat magnetik , dan merupakan contoh klasik dari bahan feromagnetik. Ferrite memiliki kekuatan 280 N/mm2. Dan kekerasan sekitar 80 Brinell. Baja ringan (baja karbon dengan sampai sekitar 0,2 % berat C) sebagian besar terdiri dari ferit, dengan meningkatnya jumlah perlit (struktur pipih halus ferit dan sementit) sebagai kandungan karbon meningkat. Sejak bainit ( ditampilkan sebagai ledeburite pada diagram di bagian bawah halaman ini) dan perlit masing-masing memiliki ferit sebagai komponen, setiap paduan besi -
karbon akan berisi beberapa jumlah ferrite jika diperbolehkan untuk mencapai kesetimbangan pada suhu kamar. Jumlah yang tepat dari ferit akan tergantung pada pendingin memproses paduan besi - karbon mengalami seperti mendingin dari keadaan cair. Dalam besi murni, ferit stabil di bawah 910 ° C ( 1.670 ° F ) . Di atas suhu ini bentuk kubik berpusat muka dari besi , austenit ( gamma - besi ) stabil . Di atas 1.390 ° C ( 2,530 ° F ) , sampai dengan titik leleh pada 1.539 ° C ( 2.802 ° F ) , struktur kristal kubik berpusat badan lagi bentuk yang lebih stabil dari delta - ferit ( δ - Fe ) . Ferit di atas suhu kritis A2 ( suhu Curie ) dari 771 ° C ( 1.044 K , 1.420 ° F ) , di mana itu adalah paramagnetik daripada feromagnetik , adalah beta ferit atau besi beta ( β - Fe ) . Besi beta Istilah jarang digunakan karena crystallographically identik dengan, dan fase bidang berdekatan dengan , α - Fe . Hanya jumlah yang sangat kecil dari karbon dapat larut dalam ferit ; kelarutan maksimum adalah sekitar 0,02 % berat pada 723 ° C ( 1.333 ° F ) dan 0,005 % karbon pada 0 ° C ( 32 ° F ) [ 3 ] . Hal ini karena karbon larut dalam besi interstisial, dengan atom karbon menjadi sekitar dua kali diameter interstisial " lubang", sehingga setiap atom karbon dikelilingi oleh medan regangan lokal yang kuat. Oleh karena entalpi pencampuran adalah positif ( menguntungkan ) , tetapi kontribusi entropi dengan energi bebas dari solusi menstabilkan struktur untuk konten karbon rendah . 723 ° C ( 1.333 ° F ) juga adalah suhu minimum di mana austenit besi-karbon ( 0,8 wt % C ) stabil ; pada suhu ini ada reaksi eutektoid antara ferit , austenit dan sementit. Pada temperatur ruang ferrite adalah magnetik, jumlah karbon yang dapat larut pada suhu kamar tersebut secara praktis adalah nol, ketika dipanaskan, temperatur ferrite meningkat dari 0 menjadi 1333F atau sebesar 0,025% dan terus meningkat hingga 1670F, BCC (Body Centered Cubic) kristal ferrite bertransformasi menjadi austenite, “Austenite, juga dikenal sebagai fase gamma besi (γ-Fe), adalah logam, allotrope non-magnetik dari besi atau larutan padat dari besi, dengan unsur paduan. Pada baja karbon-biasa, austenit ada di atas kritis suhu eutektoid dari 1.000 K (1.340 ° F, 730 ° C); paduan lain dari baja memiliki suhu eutektoid yang berbeda. Hal ini dinamai Sir William Chandler Roberts-Austen (1843-1902)”. Temperatur austenite turun maksimum sebesar 2%, dari posisi temperatur paling panas 1670F sebesar 0,80% menjadi 1333F kemudian meningkat lagi sebesar 2% pada temperatur 2066F hingga menjadi cementite. “Sementit, juga dikenal sebagai karbida besi, adalah senyawa kimia dari besi dan karbon, dengan rumus Fe3C (atau Fe2C: Fe). Berat, itu adalah 6,67% karbon dan 93,3% besi. Ini memiliki struktur kristal ortorombik. Ini adalah, bahan rapuh keras, biasanya diklasifikasikan sebagai keramik dalam bentuk murni, meskipun lebih penting dalam metalurgi.
Jenis besi tuang yang dihasilkan pada fase Iron Carbon adalah white cast iron dan grey cast iron carbon.
Gambar 2.12 White Cast Iron
Gambar 2.13 Grey Cast Iron Pada white cast iron dan grey cast iron ditemukan pearlite. Pearlite adalah hasil dua fase, pipih ( atau berlapis ) struktur terdiri dari lapisan bolak alpha - ferit (88 wt %) dan sementit (12 wt %) yang terjadi pada beberapa baja dan besi cor. Bahkan, penampilan pipih menyesatkan karena lamellae individu dalam koloni
yang terhubung dalam tiga dimensi; Oleh karena itu, koloni tunggal adalah bicrystal yang saling ferit dan sementit. Dalam sebuah paduan besi - karbon , selama lambat bentuk pendinginan perlit oleh reaksi eutektoid sebagai mendingin austenit di bawah 727 ° C ( 1.341 ° F ) ( suhu eutektoid ). Perlit adalah mikro umum terjadi di banyak nilai baja. Selain itu juga terdapat graphite flakes, grafit/ɡræfaɪt/ adalah alotrop karbon . Ini disebut oleh Abraham Gottlob Werner pada tahun 1789 dari γράφω Yunani Kuno ( Grapho ), " menggambar / menulis ", untuk digunakan dalam pensil, mana yang biasa disebut timbal (tidak harus bingung dengan memimpin elemen logam). Tidak seperti berlian (alotrop karbon lain), grafit adalah konduktor listrik, semimetal a . Hal ini, akibatnya, berguna dalam aplikasi seperti elektroda lampu busur. Grafit adalah bentuk paling stabil karbon dalam kondisi standar. Oleh karena itu, digunakan dalam termokimia sebagai negara standar untuk menentukan panas pembentukan senyawa karbon. Grafit dapat dianggap kelas tertinggi dari batubara, tepat di atas antrasit dan alternatif disebut meta antrasit, meskipun tidak biasanya digunakan sebagai bahan bakar karena sulit untuk menyala. Adapun komposisi cast iron yang digunakan pada blok silinder ialah: Tabel 2.4 : Komposisi cast iron.
Dalam perkembangannya, teknologi material terus dilakukan, selain cast iron, material yang terus diuji adalah aluminium, pada mulanya, blok silinder aluminium dikembangkan berdasarkan: Kebutuhan engine di perusahaan Uji coba material (sebagai perlengkapan engine) Berikut ini akan dideskripsikan aplikasi cylinder block dengan aluminium:
Aluminium Casting Alloys Tabel 2.5 Komposisi Aluminium dalam Aluminium Casting Alloys sebagai paduan aluminium untuk memproduksi blok silinder aluminium
Pada tahun 2000, Toshihiro Takami dkk mengembangkan engine dengan MMC All Aluminium, dalam penelitiannya, Blok semua silinder aluminium dengan Matrix Logam Composite (MMC) lubang silinder yang dikembangkan memungkinkan untuk merancang ulang mesin dasar untuk tinggi kinerja dengan jarak bore-to-bore sesempit 5.5mm. Silinder blok tipe deck terbuka dan MMC preform terdiri dari serat alumina-silika dan mulite partikel. Sebuah proses cor aliran laminar die dipilih untuk memastikan bebas cacat kualitas MMC membosankan. Untuk memastikan baik pelumasan, mesin elektrokimia diaplikasikan pada permukaan bore. Perlu diketahui temperatur cylinder block dan temperatur ruang bakar sebelum menyusun formula. Temperatur cylinder block dapat dideskripsikan melalui gambar berikut:
Gambar 2.14 Temperatur Cylinder Block
Merencanakan Formula Mesin yang Kuat terhadap Panas dan “Ringan” Hipotesis proses pencampuran 1. FeC FeC adalah jenis logam yang banyak diaplikasikan sebagai material blok silinder, FeC kuat terhadap panas dalam proses pembakaran dalam mesin. Fe adalah bagian dari FeC (Fe adalah jenis logam transisi) Logam transisi adalah kelompok unsur kimia yang berada pada golongan 3 sampai 12 (IB sampai VIIIB pada sistem lama). Kelompok ini terdiri dari 38 unsur. Semua logam transisi adalah unsur blok-d yang berarti bahwa elektronnya terisi sampai orbit d. Dalam ilmu kimia, logam transisi mempunyai dua pengertian:
Definisi dari IUPAC mendefinisikan logam transisi sebagai "sebuah unsur yang mempunyai subkulit d yang tidak terisi penuh atau dapat membentuk kation dengan subkulit d yang tidak terisi penuh" Sebagian besar ilmuwan mendefinisikan "logam transisi" sebagai semua elemen yang berada pada blok-''d'' pada tabel periodik (semuanya adalah logam) yang memasukkan golongan 3 hingga 12 pada tabel periodik. Dalam kenyataan, barisan blok-f lantanida dan aktinida juga sering dianggap sebagai logam transisi dan disebut "logam transisi dalam". Jensen meninjau ulang asal usul penamaan "logam transisi" atau blok-d. Kata transisi pertama kali digunakan untuk mendeskripsikan unsur-unsur yang sekarang dikenal sebagai unsur blok-d oleh kimiawan asal Inggris bernama Charles Bury pada tahun 1921, yang merujuk pada peralihan/transisi pada perubahan subkulit elektron (contohnya pada n=3 pada baris ke-4 tabel periodik) dari subkulit dengan 8 ke 18, atau 18 ke 32. 2. AlSi AlSi adalah jenis aluminium alloy yang digunakan dalam proses produksi blok silinder, Al adalah bagian dari AlSi (Al/Aluminium adalah jenis logam) Dalam kimia, sebuah logam atau metal (bahasa Yunani: Metallon) adalah sebuah unsur kimia yang siap membentuk ion (kation) dan memiliki ikatan logam, dan kadangkala dikatakan bahwa ia mirip dengan kation di awan elektron. Metal adalah salah satu dari tiga kelompok unsur yang dibedakan oleh sifat ionisasi dan ikatan, bersama dengan metaloid dan nonlogam. Dalam tabel periodik, garis diagonal digambar dari boron (B) ke polonium (Po) membedakan logam dari nonlogam. Unsur dalam garis ini adalah metaloid, kadangkala disebut semilogam; unsur di kiri bawah adalah logam; unsur ke kanan atas adalah nonlogam. Nonlogam lebih banyak terdapat di alam daripada logam, tetapi logam banyak terdapat dalam tabel periodik. Beberapa logam terkenal adalah aluminium, tembaga, emas, besi, timah, perak, titanium, uranium, dan zink. Alotrop logam cenderung mengkilap, lembek, dan konduktor yang baik, sementara nonlogam biasanya rapuh (untuk nonlogam padat), tidak mengkilap, dan insulator. Dalam bidang astronomi, istilah logam seringkali dipakai untuk menyebut semua unsur yang lebih berat daripada helium. 3. C C adalah material yang lebih ringan daripada aluminium (Carbon adalah jenis unsur non logam)
Nonlogam adalah kelompok unsur kimia yang bersifat elektronegatif, yaitu lebih mudah menarik elektron valensi dari atom lain dari pada melepaskannya. Yang termasuk dalam nonlogam adalah halogen, gas mulia, dan 7 unsur berikut: hidrogen (H), karbon (C), nitrogen (N), oksigen (O), fosfor (P), belerang (S), dan selenium (Se). Sebagian besar nonlogam ditemukan pada bagian atas tabel periodik, kecuali hidrogen yang terletak pada bagian kiri atas bersama logam alkali. Tidak seperti logam yang merupakan konduktor listrik, nonlogam biasanya bersifat insulator atau semikonduktor. Nonlogam dapat membentuk ikatan ion dengan menarik elektron dari logam, atau ikatan kovalen dengan nonlogam lainnya. Oksida nonlogam bersifat asam. Walaupun hanya terdiri dari 12 unsur, dibandingkan dengan lebih dari 80 lebih jenis logam, nonlogam merupakan penyusun sebagian besar isi bumi, terutama lapisan luarnya. Makhluk hidup tersusun hampir semuanya dari nonlogam. Banyak nonlogam yang berbentuk diatomik (hidrogen, nitrogen, oksigen, fluor, klor, brom, dan yodium), sedangkan sisanya adalah poliatomik. Perencanaan campuran sementara adalah (Fe+Al)+C+Al
C
Fe
Al
Tahap pertama yang dilakukan dalam merencanakan paduan tersebut ialah memadukan Fe dengan Al. Dengan reaksi Fe+Al. Fe dan Al dipadukan dengan fase intermetallic. Senyawa intermetallic atau intermetalik adalah istilah yang digunakan dalam sejumlah cara yang berbeda. Paling sering mengacu pada fase solid-state yang melibatkan logam. Ada sebuah "definisi penelitian " ditaati umum di publikasi ilmiah, dan lebih luas "penggunaan umum" istilah. Ada juga penggunaan yang sama sekali berbeda dalam kimia koordinasi, di mana telah digunakan untuk merujuk kepada kompleks yang mengandung dua atau lebih logam yang berbeda.
Meskipun istilah senyawa intermetalik, yang berlaku untuk fase padat, telah digunakan selama bertahun-tahun, diperkenalkan disayangkan, misalnya dengan Hume - Rothery pada tahun 1955. Perhatikan bahwa banyak senyawa intermetalik sering hanya disebut ' paduan ', meskipun hal ini agak keliru . Keduanya fase logam yang mengandung lebih dari satu elemen, tetapi dalam paduan berbagai elemen pengganti secara acak satu sama lain dalam struktur kristal , membentuk larutan padat dengan berbagai kemungkinan komposisi; dalam senyawa intermetalik, unsur-unsur yang berbeda diperintahkan ke situs yang berbeda dalam struktur, dengan lingkungan lokal yang berbeda dan sering didefinisikan dengan baik, stoikiometri tetap. Struktur yang kompleks dengan sel unit yang sangat besar dapat terbentuk. Fase intermetalik dalam G¨uven¸c TEM˙IZEL (2007) dapat dijelaskan sebagai berikut: Fase intermetalik FeAl2 muncul pertama di Fe- Al Film antarmuka untuk sebagian besar experimental dirancang kondisi tal. Hasil ini didukung thermodinamis karena memiliki energi bebas terendah untuk formasi dalam sistem FeAl bila dibandingkan dengan lainnya intermetallics di wilayah Al-kaya fase Fe-Al diagram. Fase intermetalik Fe2 Al5 diamati setelah pembentukan fase intermetalik FeAl2. Tiga kondisi baik dapat diberikan untuk pembentukan intermetalik- fase lic Fe2Al5 . Ini dicapai pertama dengan lipatan dalam waktu anil pada suhu konstan. Kedua, hal itu dicapai dengan penurunan awal ketebalan film pada suhu anil konstan dan waktu anil. Kondisi terakhir untuk formasi fase intermetalik Fe2Al5 adalah dengan meningkatkan suhu annealing pada awal Al Film konstan ketebalan, dan pada waktu anil konstan. Atom Al persentase fase intermetalik terbentuk meningkat dengan awal Al ketebalan film, yang dibuktikan melalui semua percobaan. Semua fase hadir dalam diagram kesetimbangan tidak selalu muncul dan mereka tentu tidak ingin untuk tumbuh secara bersamaan, namun berbagai inkubasi periode yang diamati. Mereka terbentuk sequentially, berbeda dengan intermetallics, yang dibentuk serempak dalam bahan massal.
Adapun metode pencampuran paduan Al Fe dapat dideskripsikan sebagai berikut: Tabel 2.6 Metode pencampuran Fe dan Al:
Sedangkan hasil analisis EDS dari fase intermetalik diamati oleh anil pada temperatur yang berbeda. dimana nomor mewakili persentase atom dari fase masing-masing. Hasil analisis tersebut dapat dijabarkan dalam tabel sebagai berikut. Tabel 2.7 Hasil analisis EDS dari fase intermetalik:
Hal ini dapat disimpulkan bahwa persentase atom Al dari fase intermetalik dibentuk pada antarmuka meningkat dengan Al film awal ketebalan. Fe2Al3 memiliki persentase atom Al antara 58% dan 65%. Fase intermetalik ini diamati
pada ketebalan film awal 2 μ m, sedangkan atom persentase Al FeAl2 adalah 66% -66,9%, yang merupakan konsentrasi yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan Fe2 Al3 , Dan diamati pada ketebalan film yang lebih tinggi awal (3 μ m). Akhirnya, pada ketebalan film awal tertinggi 8 μ m, persentase atom tertinggi Al diamati untuk FeAl3 (74,5% -76,5%). Dengan memadukan Fe dan Al dengan fase intermetalik berdasarkan data hasil ujicoba, Fe2Al5 dicapai pertama dengan lipatan dalam waktu anil pada suhu konstan. Paduan antara Fe dan Al yang direncanakan adalah Fe2Al5 (dimana rentangan persentase setelah terbentuk FeAl2 atau FeAl3 cenderung konstan).
Tahap selanjutnya ialah mencampur C dan Al dengan reaksi C+Al Menurut JasonV. Shu art (2012), dalam penelitiannya: Bahan-bahan aluminiumkarbon diungkapkan di sini tidak menunjukkan respon galvanik dan stabil bahkan dalam suhu tinggi, garam pengujian korosi air. Selain itu, bahan aluminium karbon yang diungkapkan di sini telah diuji dengan teknik pembakaran canggih seperti LECO pembakaran analisis yang beroperasi lebih dari 15000 C. dan tidak ada karbon terdeteksi. C+Al yang padukan disini ialah aluminum alloy 6061 and 2.7 Wt % carbon. Dalam hasil penelitiannya Jason menyatakan: 1. Sebuah komposisi aluminium karbon yang terdiri dari aluminum dan karbon, Dimana aluminium dan bentuk karbon bahan fase tunggal, dicirikan bahwa karbon tidak bukan fase terpisah dari aluminium Ketika fase tunggal material dipanaskan sampai suhu leleh. 2. Komposisi aluminium karbon klaim 1 Dimana aluminium adalah paduan aluminium. 3. Komposisi aluminium karbon klaim 1 Dimana karbon terdiri dari sekitar 0,01 sampai sekitar 40 persen Berat material. 4. Komposisi aluminium karbon klaim 1 Dimana karbon terdiri dari setidaknya sekitar 1 persen berat dari material. 5. Komposisi aluminium karbon klaim 1 Dimana karbon terdiri dari setidaknya 5 persen Bobot material. 6. Komposisi aluminium karbon klaim 1 Dimana karbon terdiri paling banyak sekitar 10 persen Berat materi.
7. Komposisi aluminium karbon klaim 1 Dimana karbon terdiri paling banyak sekitar 25 persen Berat materi. 8. Komposisi aluminium karbon dari klaim 1 lebih lanjut terdiri dari aditif yang menanamkan perubahan ke fisik atau sifat mekanik dari komposisi. 9. Sebuah komposisi aluminium karbon pada dasarnya terdiri aluminium dan karbon, aluminium Dimana dan membentuk karbon bahan fase tunggal, dan Dimana karbon tidak fase terpisah dari aluminium Kapan materi dipanaskan sampai suhu leleh. 10. Komposisi aluminium karbon klaim 9 Dimana aluminium adalah paduan aluminium. 11. Komposisi aluminium karbon klaim 9 dimana karbon terdiri dari sekitar 0,01 sampai sekitar 40 persen Berat material. 12. Komposisi aluminium karbon klaim 9 Dimana karbon terdiri dari setidaknya sekitar 1 persen berat dari material. 13. Komposisi aluminium karbon klaim 9 Dimana karbon terdiri dari setidaknya 5 persen Bobot material 6061 adalah paduan pengerasan presipitasi aluminium, yang mengandung magnesium dan silikon sebagai elemen utama paduan. Awalnya disebut "Alloy 61S," ini dikembangkan pada tahun 1935. Ia memiliki sifat mekanik yang baik dan pameran mampu las yang baik. Ini adalah salah satu paduan aluminium yang paling umum dipakai untuk tujuan umum. Hal ini umumnya tersedia di kelas pra-marah seperti 6061-O (anil) dan nilai marah seperti 6061-T6 (solutionized dan artifisial usia) dan 6061-T651 (solutionized, stres lega membentang dan artifisial usia). Komposisi paduan dari 6061 adalah:
Silicon minimum 0,4%, maksimum 0,8% berat Besi tidak ada minimum, maksimum 0,7% Tembaga minimum 0,15%, maksimum 0,40% Mangan tidak ada minimum, maksimum 0,15% Magnesium minimum 0,8%, maksimum 1,2% Chromium minimum 0,04%, maksimum 0,35% Seng ada minimum, maksimum 0,25% Titanium tidak ada minimum, maksimum 0,15% Unsur-unsur lain tidak lebih dari 0,05% masing-masing, 0,15% dari total Sisa Aluminium (95,85% -98,56%)
Paduan aluminium digunakan dibanyak rekayasa applications karena berat dan kekuatan yang tinggi karakteristik mereka. Namun, kekerasan yang rendah dan ketahanan aus rendah membatasi penggunaannya dalam beberapa aplikasi. Matriks logam aluminium komposit (Al-MMC) yang mengandung partikel bala bantuan yang dianggap sebagai solusi yang menjanjikan untuk menyampaikan aus yang lebih baik resistensi terhadap paduan aluminium. Penambahan silikon karbida dan alumina Untuk paduan aluminium dilaporkan untuk meningkatkan ketahanan aus mereka. Berbagai jenis reinfor- semen seperti aluminium nitrida, granit, nikel aluminide, Garnet, Kaca, beryl, Boron karbida, Titanium dioksida, aluminium diboride dan cerium dioksida juga telah dilaporkan efektif bala bantuan untuk meningkatkan sifat tribological aluminium paduan berbasis. Dilaporkan bahwa ketahanan aus meningkat dengan peningkatan konten penguatan akibat kekerasan yang tinggi dan kekuatan fase penguatan. Paduan campuran antara aluminium dan carbon yang direncanakan pada tahap ini dapat diformulasikan dengan Al6061+C
Selain dua paduan, terdapat tiga jenis paduan, atau ternary, Ternary (paduan dari tiga unsur) paduan Al-Fe-Si sangat menarik karena untuk kepentingan komersial Fe-kaya magnetik paduan (Sendust, ALSIFER) dan aplikasi luas dari paduan Alkaya dalam produksi cahaya konstruksi bahan nasional. Selain itu, cairan paduan Al-Fe-Si pada pendinginan cepat mampu untuk membentuk fase amorf, yang sifat yang intensif dipelajari dekade terakhir. Pengetahuan tentang sifat termodinamika dari sistem, termasuk keadaan cair, diperlukan untuk desain dan perbaikan paduan industri. Menurut Kanibolotsy (2003) Telah ditetapkan bahwa cairan Al-Fe-Si alloys terbentuk dengan pengeluaran kehangatan signifikan hingga -35 KJ mol -1 . Dependensi konsentrasi paresensial untuk aluminium dan entalpi integral dari pencampuran memastikan bahwa sifat termodinamika dari Al-Fe-Si alloys sebagian besar adalah ditentukan oleh komponen interaction dalam sistem batas Fe-Si. Sehingga formula yang direncanakan untuk membuat mesin yang lebih ringan darn tahan panas dapat dijabarkan dengan reaksi sebagai berikut: Fe2Al5 + C + Al6061 + C => Fe2Al5 + Al6061 +2C Fe2Al5 + Al6061 +2C => 2FeC+6Al Formula 1 : Fe2Al5 + Al6061 +2C Formula 2 : 2FeC+6Al Formula 3 : FeAl3SiC
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian
Membuat Formula
Mencetak
Menganalisa 1,2,3
Menguji
Berhasil
Tidak Berhasil
Uji Berat Membuat blok silinder
Uji Performa
DAFTAR PUSTAKA
_____________. High-pressure Die Cast Cylinder Blocks Made of Aluminium. German A.M. Al-Qutub. 2012. Wear and friction behavior of Al6061 alloy reinforced with carbon nanotubes Camelia. 2011. Considerations On Thermal Fatigue Internal Combustion Engines Cobden, Ran. 1994. Physical Properties, Characteristics and Alloys Grabke, Hans. 2002. Carburization, carbide formation, metal dusting, coking G¨uven¸c TEM˙IZEL, Macit OZENBAS. 2006. Intermetallic Phase Formation at Fe-Al Film Interfaces JasonV. Shu art.2012. Aluminum-Carbon Compositions Kanibolotsky. 2003. Enthalpy of mixing in liquid Al–Fe–Si alloys at 1750 K Kumar, Sudipit. 2008. Production And Characterisation Of Aluminium-Flyash Composite Using Stir Casting Method Nguyen, H. 2005. Manufacturing Processes and Engineering Materials Used in Automotive Engine Blocks Richardo. 2008. Impact of Vehicle Weight Reduction on Fuel Economy for Various Vehicle Architectures Tom, dkk. 2010 Analysis of the Relationship Between Vehicle Weight/Size and Safety, and Implications for Federal Fuel Economy Regulation Toshihiro Takami, dkk. 2000. MMC All Aluminum Cylinder Block for High Power SI Engines Sandia National Laboratories. 2014. Low-temperature combustion enables cleaner, more efficient engines
