Analisa Pengaruh Variasi Pembebanan Terhadap Laju Keausan Bahan Aluminium Sekrap dan Al-Si Dengan Menggunakan Alat Uji Keausan Tipe Pin On Disk.

 3  85  96  2017-01-18 05:19:22 Report infringing document

ANALISA PENGARUH VARIASI PEMBEBANAN TERHADAP LAJU KEAUSAN BAHAN ALUMINIUM SEKRAP DAN Al-Si DENGAN MENGGUNAKAN ALAT UJI KEAUSAN TIPE

  Dalam penelitian ini menggunakan alat uji keausan dengan standar ASTM G 99-04, pengujian pada kondisi kering, bahan Aluminium Sekrap danAluminium Silikon dan kajian hanya dilakukan dengan variasi variabel beban (load) yaitu 2,5N, 5N, 7,5N, 10N dan 12,5N. Secara khusus yaitu mendapatkan Sliding Speed dan Sliding Distance yang konstan dan melakukan variasi beban (load) untuk mengetahui laju keausan pada bahan Aluminium Sekrap dan Aluminium Silikon.

WENDY ADITYA NIM. 060401070 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011

  Dalam penelitian ini menggunakan alat uji keausan dengan standar ASTM G 99-04, pengujian pada kondisi kering, bahan Aluminium Sekrap danAluminium Silikon dan kajian hanya dilakukan dengan variasi variabel beban (load) yaitu 2,5N, 5N, 7,5N, 10N dan 12,5N. Secara khusus yaitu mendapatkan Sliding Speed dan Sliding Distance yang konstan dan melakukan variasi beban (load) untuk mengetahui laju keausan pada bahan Aluminium Sekrap dan Aluminium Silikon.

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

  55 Gambar 4.10 Spesimen uji bahan Aluminium Sekrap, Al-Si 3,76% dan Al-Si 9,12% sebelum dilakukan uji keausan ........................................... 56 Gambar 4.11 Spesimen uji bahan Aluminium Sekrap, Al-Si 3,76% dan Al-Si 9,12% setelah dilakukan uji keausan .............................................

DAFTAR NOTASI

Notasi Arti Satuan 3 V a Volume awal mm 3 V T Volume keausan teori mm 3 V Volume keausan eksperimen mm P W BebanN t Waktus n Putaranrpm F Gaya yang diberikan pada pin NR Jarak antara disk dengan pin mm d b Diameter bola/pin mm D Diameter disk mm k 2 H Kekerasan material Pa, N/m L Panjang lintasan mP Beban penekan kg R a Roughness/kekasaran µm a Lebar jejakµm Rata–rata lebar jejak µmā b Kedalaman jejak µm Rata-rata kedalaman jejak µm b Diameter dalam jejak mm d 1 Diameter luar jejak mm d 2 Jari-jari dalam lintasan mm r 1 Jari-jari luar lintasan mm r 2 Luas dalam lintasan mm A 1 Luas luar lintasan mm A 2 3 Massa jenis gr/cmρ Tebal spesimen mm t

1 Diameter spesimen mm

d 3 Laju keausan teori mm /s T 3 Laju keausan eksperimen mm /s P

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Pengetahuan dan pemahaman tentang bahan teknik yang akan digunakan sangat penting, sehingga dapatdipilih bahan yang paling ekonomis dan hasil yang terbaik untuk suatu produk. 1.2 Perumusan Masalah Oleh karena adanya faktor-faktor yang mempengaruhi keausan, diantaranya adalah pembebanan pada lintasan gesek, maka perlu dilakukanpengujian dengan menggunakan variasi pembebanan pada alat uji keausan tipe pin on disk untuk mengetahui pengaruhnya terhadap laju keausan dari suatu materialPada dasarnya unsur Silikon dapat meningkatkan kekerasan (hardness) dan menurunkan keausan (wear) dari unsur Aluminium.

1.4 Tujuan Penelitian

  1.4.1 Tujuan Umum Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi pembeban terhadap laju keausan pada bahan Aluminium Sekrap dan AluminiumSekrap ditambah Silikon (Al-Si) dengan menggunakan alat uji keausan tipe pin on disk. Mendapatkan putaran dan jarak lintasan yang konstan, dan melakukan variasi beban (load) pada lintasan gesek untuk mengetahui laju keausan pada bahanAluminium Sekrap dan Al-Si.

1.5 Manfaat Penelitian

  Bagi peneliti dapat menerapkan apa yang dipelajari di buku dengan terjun langsung meneliti sifat-sifat Aluminium dan campurannya. Bagi industri dapat memberikan manfaat bagi industri pembuat komponen mesin terutama pada komponen mesin yang sering terjadi gesekan dengan caramengurangi tingkat keausan.

1.6 Sistematika Penulisan

  Pada Bab II ini berisikan tinjauan pustaka, diantaranya mengenai teori yang berhubungan dengan penelitian yaitu teori keausan, teori aluminium, teori pengecoran,uji kekerasan, uji kekasaran dan foto mikro. Bab IV berisikan analisa data tentang hasil-hasil penelitian meliputi data hasil pengujian serta pembahasan pada pengujian komposisi kimia, pengujian keausan,pengujian kekerasan, pengujian kekasaran dan pengujian metalografi.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kajian Pustaka

  Kelebihan dari logam3 Aluminium adalah memiliki berat sepertiga dari berat baja ( ), memilikiρ: 2,7 g/cmkonduktifitas panas dan listrik yang baik, ratio kekuatan dan berat yang tinggi, tahan terhadap korosi, memiliki sifat formability yang baik serta mudah dicetak. M.,etl., 2005) yang dapat dilakukan Penambahan Si dan Cu pada Aluminium akan meningkatkan kekerasan dan kekuatan tarik Aluminium dan penambahan unsur Ti juga dapat meningkatkankekerasan dan menghaluskan butir dari Aluminium.

2.2 Landasan Teori

2.2.1 Aluminium

  Aluminium (Al) adalah unsur kimia dengan nomor atom 13 dan massa atom 26, 9815. Sebuah isomer dari Al-26 dapat 5meluruhkan sinar dengan waktu paruh 10 tahun.

C). Termasuk dalam kelompok Boron dalam

  Bijih yang paling penting untuk produksi Aluminium ialah bauksit, yaitu Aluminium oksida terhidrasi yangmengandung 50 samapai 60% Al2O3; 1 sampai 20% Fe2O3; 1 sampai 10% silika; sedikit sekali titanium, zirkonium, vanadium, dan oksida logam transisi yang lain; dansisanya (20 sampai 30%) adalah air.   Aluminium banyak digunakan sebagai peralatan dapur, bahan konstruksi bangunan dan ribuan aplikasi lainnya dimana logam yang mudah dibuat dan kuat.

2.2.2 Silikon

  Sebelas tahun kemudian pada tahun 1811,Gay Lussac dan Thenard mungkin mempersiapkan Amorphous Sillikon tidak murni dengan cara memanaskan kalium dengan Silikon Tetrafluorida. Silikon super murni dapat dicampur dengan boron, gallium, fosfor dan arsenik untuk memproduksi Silikon yang digunakan untuk transistor, sel-sel solar, penyulingan, dan alat-alat solid-state lainnya, yang digunakan secara ekstensif dalam barang-barang elektronik dan industri antariksa.

2.2.3 Aluminium-Silikon

  Akan tetapi, kehadiran partikel Silikon ini yang keras dalam Paduan Aluminium Silikon berdasarkan kadar Silikon yang terkandung didalamnya terbagi menjadi hipoeutektik, eutektik dan hipereutektik. Pengaruh unsur Silikon pada paduan Al-Si dapat meningkatkan sifat mampu cor (terutama pada kadar Silikon 5-12% Silikon meningkatkan fluiditas dan ketahananterhadap retak panas), meningkatkan kekuatan dan kekerasan serta menurunkan berat jenis.

2.2.4 Pengecoran

2.2.4.1 Sejarah Pengecoran

  Sedangkan teknik pengecoran India dan Cina diteruskan ke Jepang dan Asia Tenggara, sehingga diJepang banyak arca Budha yang dibuat antara 600 – 800 SM. Benda-benda seni dan patung telahdibuat di Itali oleh Bevenoutu Cellcini dengan gabungan cetakan tanah dan lilin.

2.2.4.2 Proses Pengecoran

  Pengecoran adalah suatu proses manufaktur yang menggunakan logam cair dan cetakan untuk menghasilkan parts dengan bentuk yang mendekati bentukgeometri akhir produk jadi. Inti dibuat secara terpisah dari cetakan, dalam kasus ini inti dibuat dari pasir kuarsa yang dicampur dengan Air kaca (Water Glass/Natrium Silikat), dari campuranpasir tersebut dimasukan kedalam kotak inti, kemudian direaksikan dengan gas CO 2 sehingga menjadi padat dan keras.

2.2.4.3 Pembuatan Coran

  Umumnya kupola (dapur induksi frekwensi rendah) dipergunakan untuk besi cor, dapur busur listrik (dapurinduksi frekwensi tinggi) digunakan untuk baja tuang dan dapur krus untuk paduan tembaga atau coran paduan ringan, karena dapur ini dapat memberikan logam cairyang baik dan sangat ekonomis untuk logam-logam tersebut. Pengecoran tekanan rendah adalah suatu cara pengecoran dimana diberikan tekanan yang sedikit lebih tinggi dari tekanan atmosfir pada permukaan logam dalamdapur, tekanan ini mengakibatkan mengalirnya logam cair ke atas melalui pipa ke dalam cetakan.

2.2.4.4 Sifat coran Al-Si

  Silumin alloy Al, Si ditambah dengan Mg, Mn, Cu, cast alloy jenis ini juga ada yang no heat treatable dan high treatable dimana Cu dan Si merupakan unsur paduan utama pada non heat-treatable cost alloy. Komposisi 5% Silikon dan Tembaga dalam Aluminium memiliki karakteristik fluiditas yang baik dan titik didih rendah, sedangkan untuk komposisi 12-13% Silikon dan Tembaga memiliki karakterisitik titik cair didih yang tinggi, penyusutan besar, permukaan bagus, dan sifat tahan korosi yang baik.

2.2.5 Pengujian Keausan ( Wear Test)

  Keausan yang terjadi pada setiap sistem mekanisme sebenarnya sangat sulit diprediksi secara teori atauperumusannya, karena banyak faktor dilapangan yang menyebabkan kesulitan dan kekeliruan dalam memprediksi keausan tersebut. Gambar 2.2 Pengujian keausan dengan metode pin on disk (Sumber: ASTM G 99-04) Volume keausan berdasarkan ASTM G99-04 dapat ditentukan sebagai perbandingan rumus:   (2.1)Memprediksi keausan yang terjadi pada permesinan cukuplah sulit.

3 T = Laju keausan teori (mm /s)

 t= Waktu keausan (s)Dan untuk menghitung panjang lintasan digunakan rumus sebagai berikut, L = 2π.r.n.t (2.4) 60 r = d + ( )ā x 10 (2.5) 2 Dimana: r = Jari-jari lintasan (mm)n = Putaran (rpm) ā = Lebar jejak rata-rata (µm) t = Waktu keausan (s)d = Diameter pengujian (mm) Keterangan : d 1 = Diamter dalam lintasan (mm) d = Diameter luar lintasan (mm) 2 Gambar 2.3 Spesimen hasil uji keausan Dari gambar diatas, untuk menghitung laju keausan secara eksperimen dapat ditentukan dengan menggunakan rumus sebagai berikut: V P = (A 2 – A 1 ). b (2.6)= V P P (2.7) t 2 A 1 = 1 π.r (2.8) 2 (2.9)A = 2 2 π.r r 2 = r 1 + ( ) (2.10) ā x 10Dimana: 3 = Laju keausan eksperimen (mm /s) P 3 V P = Volume keausan eksperimen (mm ) 2 A 1 = Luas dalam lintasan (mm )

2 A = Luas luar lintasan (mm )

  Unit yang digunakan tergantung pada jenis keausanan dan sifat tribosystemyang terjadi. Material jenis apapun akan mengalami keausan dengan mekanisme yang beragam, yaitu: keausan abrasi, adhesi, oksidasi, erosi dan friting.

2.2.5.1 Keausan Abrasif

  Dari menimbang berat benda kerja yang akan dianalisa, kita dapat mengetahui berapa totalmaterial yang telah aus dari selisih berat awal benda kerja sebelum operasi dengan berat benda kerja setelah operasi, tetapi distribusi kedalaman keausan yang terjadipada permukaan kontak sulit untuk diketahui. Sebagai konsekuensinya, material pada lapisan permukaan akan mengalami keausan yang berbeda Hal ini selanjutnya mengarah kepada perpatahan interfaceantara lapisan permukaan dan material induk dan akhirnya seluruh lapisan permukaan itu akan tercabut.

2.2.6 Pengujian Kekerasan ( Hardness Test)

  Pengujian kekerasan Brinnel merupakan pengujian standar skala industri, tetapi karena penekannya terbuat dari bola baja yang berukuran besar dan beban besar makabahan yang sangat lunak atau sangat keras tidak dapat diukur kekerasannya. Di dalam Pengujian yang paling banyak dipakai adalah dengan menekan alat penekan tertentu kepada benda uji dengan beban tertentu dan dengan mengukur ukuran bekaspenekanan yang terbentuk di atasnya, cara ini dinamakan cara kekerasan dengan penekanan ( brinnel).

2.2.6.4 Metode Micro Hardness

  Bentuk identor yang khusus berupa knoopmemberikan kemungkinan membuat kekuatan yang lebih rapat di bandingkan dengan lekukan Vickers. Hal ini sangat berguna khususnya bila mengukur kekerasan lapisantipis atau emngukur kekerasan bahan getas dimana kecenderungan menjadi patah sebanding dengan volume bahan yang ditegangkan.

2.2.7 Equotip Hardness Tester

  Proceqmenggunakan teknik pantulan dinamis telah menggabungkan teknologi saat ini dan pengetahuan Equotip yang telahdiperolehnya selama lebih dari 35 tahun untuk menciptakan Equotip 3 sebuah instrumen portabel yang menawarkan kemampuan yang beragam dan pengoperasianyang mudah. Alat uji Equotip 3 yang terdapat di Laboratorium Ilmu Logam USU dapat dilihat pada gambar 2.5.

2.2.8 Pengujian Kekasaran ( Roughness)

  Permukaan kasar biasanya lebih cepat aus dan memiliki koefisien gesek yang tinggi dibandingkan permukaan yang halus. Alat uji Kekasaran (Roughness) Mitutoyo tipe SJ-201 yang terdapat di Laboratorium Teknik Mesin Growth Center dapat dilihat pada gambar 2.6.

2.2.9 Foto Mikro ( Metallography Test)

  Khusus untuk etsa elektrolitik dan pengujian SEM, bahan mounting harus kondusifMedia mounting yang dipilih haruslah sesuai dengan material dan jenis reagen etsa yang akan digunakan. Etching (Etsa) SpesimenEtsa merupakan proses penyerangan atau pengikisan batas butir secara selektif dan terkendali dengan pencelupan ke dalam larutan pengetsa baikmenggunakan listrik maupun tidak ke permukaan sampel sehingga detil struktur yang akan diamati akan terlihat dengan jelas dan tajam.

BAB II I METODOLOGI PENELITIAN

  3.1 Waktu dan Tempat Penelitian Waktu penelitian ini direncanakan selama lima bulan yang dimulai dari April sampai dengan Agustus 2011. Khusus untuk uji komposisi dilakukan diLaboratorium Uji Departemen Teknik Metalurgi dan Material Universitas Indonesia, untuk uji kekasaran dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Growth Center kopertiswilayah 1 NAD Sumut, Jl.

3.2.1 Bahan penelitian

  Setelah seluruh material aluminium melebur seluruhnya, kemudian menaburkan cover flux ke atas permukaan aluminium cair dengan tujuan untukmengikat kotoran-kotoran berupa oksida-oksida dan impurities lainnya yang terdapat di dalam aluminium cair. Kotoran yang telah berikatan dengan fluxing agent dibuangdengan cara drossing di permukaan aluminium dengan menggunakan sendok plat besi yang telah di-coating dan selanjutnya dibuang.

3.2.2 Alat Penelitian  

  Besar danvolume dari dapur peleburan sangat bervariasi, tergantung pada jumlah bahan yang akan dilebur. Alat Uji Keausan Alat uji keausan yang digunakan adalah alat uji keausan dengan standarASTM G99-04.

3. Alat Uji Kekerasan ( Brinnel Hardness tester)

  Alat pengukur suhu yang digunakan pada peleburan Aluminium ini adalah Termokopel type-K dapat dilihat pada gambar 3.8. Mesin polish ( Polishing Machine) Pemolesan bertujuan untuk memperoleh permukaan sampel yang halusbebas goresan dan mengkilap seperti cermin dan menghilangkan ketidakteraturan sampel.

8. Mikroskop Optik

  Alat Uji Kekasaran Alat ini digunakan untuk mengetahui kekasaran permukaan dari materialAluminium - Silikon hasil pengecoran yang telah melewati proses permesinan. Alat yang digunakan pada pengujian ini adalah Mitutoyo tipe SJ-201.

10. OES (Optical Emission Spectrometer) Tujuan dari pengujian ini adalah mengetahui komposisi dari suatu material

  Blower dan Air Sprayer Panas pada tungku dijaga dengan terus menyuplai udara pada bagian bawahtungku, untuk itu digunakan blower dan air sprayer. Bubut sendiri merupakan suatu proses pemakananbenda kerja yang sayatannya dilakukan dengan cara memutar benda kerja kemudian dikenakan pada pahat yang digerakkan secara translasi sejajar dengan sumbu putardari benda kerja.

3.3 Prosedur Penelitian

3.3.1 Proses Pengecoran Aluminium

  Jika suhu Aluminium mencapai 660 C yang diukur dengan menggunakan termokopel, maka Silikon dimasukkan kedalam krusibel yang massanya 3,76%dari massa total Aluminium sekrap ditambah dengan Silikon. Pengujian ini dilakukan di beberapa titik yang di indentasi pada Aluminium Sekrap dan Al-Si 3,76% dan Al-Si 9,12%.

3.3.6 Pengujian Metalografi (Metallography Test)

  Pengujian ini menggunakan Reflected Metallurgical Microscope dengan type Rax Vision No.545491, MM-10A,230V-50Hz dan dilakukan di Laboratorium Ilmu Logam Teknik Mesin USU. Spesimen dilakukan proses polishing dengan mengunakan kertas pasir dengan variasi nomor 400, 500, 800, 1000 dan 1200.

3.4 Diagram Alir Penelitian Berikut ini merupakan diagram alir penelitian seperti pada gambar 3.20.

  Mulai Aluminium SekrapP PeleburanTIDAK 1. Dimensi tidak sesuaiAluminium Sekrap Al+Si RawRaw Raw+Si 2.

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Uji Komposisi

  Gambar 4.3 Diagram Phasa Al-Si (http://www.mrl.ucsb.edu) Gambar 4.4 Diagram Phasa Al-Si Sebenarnya (http://www.crct.polymtl.ca) Dari gambar 4.3 dan 4.4 bahwa penambahan Silikon pada paduan Aluminium akan menurunkan koefesien ekpansi thermal, meningkatkan ketahanan korosi dan wear resistance, dan memperbaiki hasil coran dan proses pemesinan dari alloy ini. Cairan Aluminium mampu untuk memisahkan besi dari perkakas yang terbuat dari baja dan peralatan dapur peleburan, dalam waktu yang lama dimana o persen Fe yang dapat dicapai sekitar 2% pada peleburan normal 700 C.

4.2. Hasil Uji Kekerasan ( Hardness Test) Pengujian kekerasan bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu material

  4.2 Hasil uji kekerasan Equotip pada spesimen Aluminium Sekrap Aluminium Al-Si Al-SiNo Sekrap (3,76%) (9,12%) (BHN) (BHN) (BHN) 1 68 72 80 2 66 69 743 64 66 79 4 67 70 755 70 73 82 Rata-rata 67 70 78Dari tabel 4.2 menunjukkan hasil uji kekerasan pada bahan Aluminium Sekrap dan Al-Si, kemudian diambil nilai BHN rata-ratanya. Hal ini terlihat dari peningkatan kekerasan pada grafik dan Penambahan silikon yang relatif tinggi akan meningkatkan ketahanan aus dari alloy Al-Si juga kekerasan dari alloy tersebut (Ye,2002).

4.3. Hasil Uji Kekasaran ( Roughness)

  Pengujiankekasaran dilakukan untuk mengetahui apakah permukaan spesimen sudah memenuhi standar uji keausan pada ASTM G99-04 dengan batasan nilai kekasaran adalah < 0,8µm. Aluminium Al-Si Al-SiNo Sekrap (3,76%) (9,12%) µm µm µm 1 0.22 0.34 0.642 0.19 0.43 0.61 3 0.31 0.26 0.73 Rata-rata 0.24 0.34 0.66Dari tabel 4.3 menunjukkan hasil uji kekasaran permukaan pada bahan Aluminium Sekrap dan Al-Si, kemudian diambil nilai kekasaran rata-ratanya.

4.4. Hasil Uji Keausan (Wear Test)

  Gambar 4.10 Spesimen uji bahan Aluminium sekrap, Al-Si 3,76% dan Al-Si 9,12% sebelum dilakukan uji keausan Spesimen setelah dilakukan pengujian keausan dengan variasi beban yang sama dapat dilihat pada gambar 4.11. Dari foto makro dengan pembesaran 50x pada tabel 4.4, tabel 4.5 dan tabel 4.6 dapat dilihat lebar jejak dan kedalaman jejak keausan yang terjadi pada bahanAluminium Sekrap, Al-Si 3,76% dan Al-Si 9,12%.

4.5. Hasil Uji Metalografi ( Metallography Test)

  Pengujian mikrostruktur ini dilakukan untuk Aluminium Sekrap yang belum dilakukan Gambar 4.21 Foto mikro Aluminium Sekrap (pembesaran 200x) Dari gambar 4.21 dapat dilihat bahwa terdapat cacat porositas yang dapat dilihat dengan mata telanjang. Dari hasil uji keausan dapat dilihat bahwa semakin besar beban maka semakin besar laju keausannya yaitu terjadi pada variasi beban 12,5N, dan penambahanunsur Silikon juga mempengaruhi laju keausan dari Aluminium Sekrap, semakin banyak penambahan Silikon maka semakin rendah laju keausannya,yaitu pada Al-Si 9,12% memlilik laju keausan yang paling rendah 2.

DAFTAR PUSTAKA

  Abolarin,M.,S, Olugboji,O.,A dan Ogunwole,O.,A, 2007 ,”Cating of Brake Disc and Impeller from aluminium scrap Using Silica Sand”, Leonardo Electronic Journal of Practices and Technologies, ISSN 1583-1078, p.145-150 ASTM G99-04 Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on Disk Apparatus. 2004, “Pengaruh pengecoran ulang terhadap kekuatan tarik dan ketangguhan impak pada paduan Aluminium tuang 320”, Proceedings, Komputer dan system intelijen, Universitas Gunadarma, Jakarta.

Dokumen baru
Aktifitas terbaru
Penulis
123dok avatar

Berpartisipasi : 2016-09-17

Dokumen yang terkait

Analisa Pengaruh Variasi Pembebanan Terhadap..

Gratis

Feedback