bab iii metodologi penelitian -...
TRANSCRIPT
29
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Bahan dan Alat Penelitian
3.1.1. Bahan Penelitian
Penelitian ini menggunakan material ADC 12 dalam bentuk
batangan yang diperoleh dari pasaran. Jumlah dari spesimen pengujian
adalah 2 untuk pengujian komposisi, 2 untuk pengujian kekerasan Portabel
Hardnes (Brinell), dan 2 untuk pengujian strukturmikro dan porositas.
Seperti terlihat pada Gambar 3.1. dan Gambar 3.2. dibawah ini :
Gambar 3.1. ADC 12 Sebelum Remelting
Gambar 3.2. ADC 12 setelah Remelting
29
30
3.1.2. Alat Penelitian
3.1.2.1. Tungku Pengecoran
Tungku pengecoran berfungsi untuk meletakkan kowi yang akan
di sembur api dengan 2 kompor, yaitu kompor bawah dan kompor atas.
Oleh karena itu tungku dibuat dengan semen tahan api dan pelat besi
agar bisa tahan terhadap panas dari api yang disemburkan oleh kedua
kompor tersebut dengan suhu kurang lebih 700-800 . Tungku
pengecoran ini mempunyai tinggi 60 cm, diameter luar 50 cm dan
diameter dalam 23.5 cm, seperti terlihat pada Gambar 3.3
Co
Gambar 3.3. Tungku Pengecoran
3.1.2.2. Cetakan
Cetakan terbuat dari bahan pasir yang terdiri dari dua bagian
yaitu cup dan drug yang bagian dalamnya berongga. Cetakan berguna
sebagai tempat untuk mencetak aluminium yang sudah dilebur. Pada
cetakan atas (cup) terdapat lubang saluran turun untuk tempat masuknya
logam cair kedalam rongga cetakan, seperti terlihat pada Gambar 3.4.
31
Gambar 3.4. Skema Cetakan Pasir.
3.1.2.3. Kompor Atas
Kompor atas adalah kompor utama yang digunakan untuk proses
peleburan. Karena semburan api dari kompor atas langsung kontak
dengan aluminium, maka aluminium akan cepat meleleh. Gambar 3.5.
menunjukkan gambar kompor atas yang digunakan dalam penelitian.
Gambar 3.5. Kompor Atas.
3.1.2.4. Kompor Bawah
Kompor bawah berfungsi untuk menyemburkan api kedalam
tungku yang mengenai bagian bawah kowi. Kompor bawah hanya
bertugas untuk menyetabilkan panas dari bagian bawah kowi yang
menyemburkan api kedalam tungku pengecoran. Pada kompor bawah
32
diberi roda pada bagian bawahnya agar kompor dapat dimaju dan
mundurkan dari tungku, seperti terlihat pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6. Kompor Bawah.
3.1.2.5. Rel Kompor Bawah
Rel berfungsi untuk mempermudah proses pembakaran pada
tungku, yaitu untuk memaju-mundurkan kompor bawah dalam proses
pencairan alumunium. Karena kompor bawah tidak bisa menyembur
dengan sempurna sebelum spuyer panas Gambar 3.7. menunnjukkan
gambar rel Kompor Bawah.
Gambar 3.7. Rel Kompor Bawah.
33
3.1.2.6. Kowi
Kowi, yang berfungsi untuk meletakkan aluminium yang akan
dilebur. Oleh karena itu kowi harus terbuat dari bahan yang tahan
terhadap semburan api dari kedua kompor tersebut dan tidak bocor agar
alumunium yang sudah meleleh tidak tumpah kedalam tungku. Kowi
yang digunakan berukuran kecil dengan volume ± 1 kg, seperti terlihat
pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8. Kowi.
3.1.2.7. Tabung Minyak Tanah
Tabung minyak tanah berfungsi untuk menaruh minyak tanah,
setelah dipompakan melalui sepentil yang ada pada tabung maka didalam
tabung antara minyak tanah dan udara akan bercampur dengan
sendirinya. Dan setelah minyak dan udara tercampur maka kita tinggal
mengalirkan minyak tersebut melalui spiral yang disambungkan dengan
selang ke kedua kompor dengan cara membuka keran minyak yang ada
pada tabung minyak. Gambar 3.9. menunjukkan gambar tabung minyak
tanah.
34
Gambar 3.9. Tabung Minyak Tanah.
3.1.2.8. Pipa Spiral
Spiral terbuat dari tembaga yang berfungsi untuk menyambung
selang dengan tabung maupun kompor dan juga berfungsi sedikit lebih
menguraikan minyak dan udara yang ada pada tabung. Pipa spiral adalah
pipa yang digulung berbentuk spiral seperti terlihat pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10. Pipa spiral.
3.1.2.9. Selang Minyak Tanah
Selang minyak tanah berfungsi untuk mengalirkan campuran
antara minyak tanah dan oksigen dari tabung minyak kepada kedua
kompor yang dihubungkan melalui spiral di kedua sisinya. Panjang
35
selang yang dibutuhkan sekitar 4 meter, seperti terlihat pada Gambar
3.11.
Gambar 3.11. Selang minyak tanah.
3.1.2.10. Kompresor atau Pompa Manual
Pompa berfungsi untuk memaksa masuk udara dari luar kedalam
tabung minyak melalui sepentil yang ada pada tabung minyak tanah.
Jenis pompa yang digunakan adalah pompa manual seperti terlihat
pada Gambar 3.12. namun selain pompa manual juga bisa digunakan
kompresor.
Gambar 3.12. Kompresor/Pompa Manual
36
3.1.2.11. Digital Thermometer
Digital thermometer berfungsi untuk mengukur suhu aluminium
dan cetakan agar bisa kita dapatkan suhu yang sesuai dengan keinginan.
Digital thermometer yang digunakan adalah thermometer bermerk
“KRISBOW” dan memiliki kemampuan baca pada temperatur -50
sampai dengan 1500 , seperti terlihat pada Gambar 3.13.
Co
Co
Gambar 3.13. Digital thermometer.
3.1.2.12. Ladel
Ladel digunakan untuk menyendok (mengambil) cairan
aluminium dan menuangkannya kedalam cetakan. Karena dalam
penelitian ini menggunakan kowi yang kecil maka ladel diganti dengan
penjepit yang bisa mengangkat langsung kowi dari dalam tungku.
Gambar 3.14. menunjukkan gambar ladel.
Gambar 3.14. Ladel
37
3.1.2.13. Sarung Tangan
Digunakan untuk keamanan dalam proses pencairan dan
pencetakkan aluminium. Sarung tangan terbuat dari kain atau kulit
seperti terlihat pada Gambar 3.15.
Gambar 3.15. Sarung tangan.
3.1.2.14. Penjepit
Penjepit berfungsi untuk menjepit cetakan logam agar tidak
membuka dengan sendirinya sebelum aluminium dalam cetakan dingin
dan mengeras. Gambar 3.16 adalah gambar penjepit yang
dipergunakan untuk mengangkat kowi dari dalam tungku.
Gambar 3.16. Penjepit.
38
3.1.2.15. Alat Uji Komposisi Kimia
Uji komposisi dilakukan untuk mengetahui komposisi kimia yang
terkandung dalam bahan spesimen atau prosentase dari tiap unsur
pembentuk bahan spesimen misalnya C, Si, Fe, Cu, Mg, Al dan unsur
lainnya. Alat yang digunakan adalah Merek Metal scan buatan inggris.
Seperti terlihat pada Gambar 3.17
Gambar 3.17 Alat Uji Komposisi
3.1.2.16. Alat Pengujian Kekerasan
Alat uji kekerasan berfungsi untuk melakukan pengujian
kekerasan pada spesimen yang telah dibuat, Alat uji yang digunakan
adalah Hardnes Tester Merk AFFRI buatan Italy. Gambar 3.18 adalah
gambar alat uji kekerasan yang dipakai untuk pengujian kekerasan.
Gambar 3.18. Alat uji kekerasan
39
3.1.2.17. Alat Uji Strukturmikro
Langkah sebelum melakukan pengujian foto mikro adalah
pemolesan. Pemolesan dilakukan baik pada raw materials ataupun
spesimen yang di remelting dengan menggunakan ampelas mulai dari
ampelas no. 800 sampai no.2000 kemudian diberi autosol agar lebih
halus dan mengkilap. Setelah pemolesan selesai, baru melaksanakan
foto mikro terhadap bahan tersebut dengan mesin foto strukturmikro.
Seperti terlihat pada Gambar 3.19
Gambar 3.19. Mesin Foto Strukturmikro
3.1.2.17. Pengujian porositas
Alat uji porositas yang digunakan adalah berupa timbangan
dengan merek Satorius (Gambar 3.20) digunakan untuk mendapatkan
data % porositas dari material ADC 12.
Gambar 3.20 Alat uji porositas
40
3.2. Diagram Alir
Alur kegiatan yang berkaitan dengan penelitian ini dapat dilihat pada
diagram alir Gambar 3.21 :
Start
Uji komposisi Kimia Uji Kekerasan Uji Strukturmikro Uji Porositas
Pengujian
Analisa hasil komparasi
Kesimpulan
Komparasi karakteristik material hasil remelting I terhadap karakteristik material paduan alumunium Non remelting
Studi pustaka
Remelting I
Karakteristik material paduan Alumunium ADC 12
Karakteristik material paduan Alumunium ADC 12
Uji komposisi Kimia Uji Kekerasan Uji Strukturmikro Uji Porositas
Pengujian
finish
Gambar 3.21. Digram Alir Penelitian.
3.3. Jalannya Penelitian
3.3.1. Pembuatan Cetakan
Cetakan dibuat dengan menggunakan Pasir dengan jalan
memadatkan pasir yang sudah diayak terlebih dahulu untuk mendapatkan
41
komposisi yang seragam. Cara pembuatan Cetakan pasir adalah sebagai
berikut:
a. Papan cetakan diletakkan pada lantai yang rata dengan pasir yang
tersebar mendatar.
b. Pola dan rangka cetak diletakkan diatas papan cetakan. Rangka
cetak harus lebar agar tebal pasir kira-kira 30 mm sampai 50 mm.
c. Pasir muka yang telah diayak ditaburkan untuk menutupi
permukaan pola dalam rangka cetakan. Pasir cetak ditaburkan
diatasnya dan dipadatkan.
d. Cetakan untuk drug dibalik dan setengah dari pola lainya bersama
rangka cup diletakkan di atasnya, dan bahan pemisah ditaburkan
diatasnya.
e. Batang saluran turun dipasang didalam cetakan, kemudian pasir
muka dan pasir cetak ditaburkan kedalam rangka cetak dan
dipadatkan. Cetakan harus dikasih penanda agar tidak keliru
dalam peletakannya. Selanjutnya cup dibuka dan dipisahkan dari
drug.
f. Pola kemudian diambil, kemudian cup ditutup, dan pembuatan
cetakan siap untuk dipakai.
3.3.2. Proses Peleburan Aluminium
Peleburan aluminium dilakukan dengan cara meletakan aluminium
kedalam kowi dan meletakkan kowi dalam tungku pengecoran. Setelah
kowi yang berisikan aluminium diletakkan dalam tungku pengecoran
selanjutnya menyalakan kompor atas dan bawah. Tunggu sampai
aluminium meleleh, atau kira-kira 20 menit. Kemudian ukur temperatur
pada aluminium yang telah meleleh dengan menggunakan thermoneter
digital sampai temperatur aluminium sekitar 700 setelah suhu tercapai
aluminium siap untuk dituang.
C0
42
3.3.3. Penuangan Aluminium
Setelah aluminium dilebur kemudian aluminium dituang ke dalam
cetakan yang teleh disiapkan terlebih dahulu. Penuangan dilakukan
dengan cara mengambil aluminium yang telah lebur dari dalam kowi yang
masih dipanasi di atas tungku. Aluminium cair diambil menggunakan
ladel dan dituang ke dalam cetakan melalui saluran yang telah dibuat.
Sisa dari aluminium yang telah dilebur tadi di tuang ketempat lain yang
telah disediakan untuk nanti dituang lagi pada penuangan berikutnya.
Setelah beberapa menit kemudian cetakan dibuka dan produk diambil dari
dalam cetakan.
3.3.4. Pembuatan Spesimen
Sepesimen dibuat dari Raw Material dan hasil pengecoran ulang I.
Sepesimen yang telah dibuat melalui proses pengecoran yang masing-
masing berjumlah 1 buah untuk setiap pengecorannya kemudian
dilakukan proses finishing dengan menggunakan amplas atau dengan
menggunakan permesinan.
3.3.5. Pengujian Spesimen.
a. Pengujian Komposisi Kimia
Pengujian komposisi dilakukan pada spesimen menggunakan
mesin uji komposisi. Spesimen pengujian diberi kode A1 untuk raw
material yang terdiri dari 1 spesimen dan diberi kode yang diambil
secara acak. Untuk pengecoran ulang I diberi kode B1 juga terdiri dari
1 spesimen yaituseperti terlihat pada Gambar 3.22
1
3 1
Gambar 3.22. Spesimen Uji Komposisi.
43
Langkah-langkah pengujian komposisi Kimia Metalscan adalah
sebagai berikut :
1. Nyalakan semua peralatan pendukung dan sambungkan dengan
arus listrik (Argon, printer, dan lain-lain).
2. Tunggu beberapa saat sampai spectrometer siap dilakukan
pengujian
(kurang lebih 60 menit).
3. Setelah ada keterangan spektro Ready (Temperatur OK) pilih
program yang akan diuji (Al, Al-SI-Cu, atau Gun Metal) sesuai
barang yang akan diuji.
4. Lakukan standarisasi alat uji.
5. Setelah selesai standarisasi lakukan pengujian pada sempel uji
(sempel uji sebelumnya harus dipreparasi Al dengan dibubut dan
Gun Metal dengan digerinda).
6. Lakukan analisa sempel uji :
• Letakkan sempel pada kedudukan kerja.
• Tekan start pada alat dimana analisa sempel mulai dilakukan,
penekanan tombol start jangan dilepas sampai bunyi spark
terdengar.
• Lakukan penembakan minimal 3 kali pada tempat yang
berbeda.
• Setiap selesai penembakan lakukan pembersihan pada pin
penembakan.
• Print hasil uji yang didapatkan.
7. Proses analisa selesai.
b. Pengujian Kekerasan
Pengujian kekerasan dilakukan pada spesimen menggunakan
mesin uji Portable Hardnes (Brinell) dengan penetrator 10 mm pada
pembebanan 3000 kg. Spesimen pengujian diberi kode A2 untuk raw
material yang terdiri dari 1 spesimen dan diberi kode yang diambil
44
secara acak. Untuk pengecoran ulang I diberi kode B2 juga terdiri dari
1 spesimen. Seperti terlihat pada Gambar 3.23
1
3 1
Gambar 3.23. Spesimen Uji Kekerasan.
Langkah-langkah pengujian Kekerasan Portabel Hardness adalah
sebagai berikut :
1. Lakukan standarisasi Portable Harness (Brinell):
• Siapkan semua peralatan.
• Tekan atau uji block standart alat uji.
• Jika sudah sesuai dengan nilai standart lakukan pengujian pada
sempel uji.
2. Langkah pengujian :
• Preparasi sempel yang akan diuji (sempel uji harus rata).
• Tempatkan sempel uji pada tempat yang rata dan kuat
terhindar dari getaran dan goncangan.
• Siapkan alat uji kemudian letakkan diatas sempel uji sdengan
posisi tegak lurus pada benda uji.
• Tekan alat uji dengan kekuatan tangan sampai maksimum.
• Lepaskan alat uji dan ukur diameter bekas penekanan alat uji
dengan mikroskop kecil.
• Konversikan hasil pengamatan diameter tersebeut pada table
konversi yang sudah dipersiapkan.
• Lakukan kegiatan diatas minimal 3 kali pada setiap sampel uji.
• Proses pengujian selasai.
45
c. Pengujian Strukturmikro
Pengujian strukturmikro dilakukan pada spesimen
menggunakan mesin uji strukturmikro. Spesimen pengujian diberi
kode A3 untuk raw material yang terdiri dari 1 spesimen dan diberi
kode yang diambil secara acak. Untuk pengecoran ulang I diberi kode
B3 juga terdiri dari 1 spesimen seperti terlihat pada Gambar 3.24
.
1
3 1
Gambar 3.24. Spesimen Uji Strukturmikro.
Langkah-langkah pengujian Metalografi adalah sebagai berikut :
1. Persiapan material :
a) Tentukan bidang pengujian, kemudian bidang tersebut
digerinda kasar dengan gerinda meja, Chamber sisi-sisi tajam.
Untuk menghindari panas benda uji dicelupkan ke wadah air
secara periodic selama proses penggerindaan.
b) Lakukan pengamplasan kering (No amplas 60), gunakan air
untuk pendingin benda uji, sampai didapatkan alur goresan
segaris dan alur hasil gerinda sebelumnya hilang.
c) Lakukan proses pengamplasan basah, yaitu mulai amplas no
120 s/d no 1000, dan hal-hal yang perlu diperhatikan adalah :
Aliran air untuk pendingin harus kontinyu dan cukup.
Tekan benda sehingga terasa memotong dan memakan
bidang benda uji.
Arah alur minimum 2 kali berubah.
Sebelum ganti amplas biarkan dulu air mengalir pada
kertas amplas dan benda uji cuci dengan air lalu keringkan.
46
Kertas amplas diganti setelah alur sisa amplas sebelumnya
sudah hilang.
d) Ganti piringan untuk amplas dengan piringan poleshing,
lakukan poleshing sampai didapatkan permukaan benda uji
yang rata mengkilat, tidak ada bekas amplas dan yang harus
diperhatikan adalah :
Polishing dilakukan tanpa air mengakir.
Media polesh yang digunakan Alumna/ Autosol dan cukup
diberikan sedikit (secukupnya).
Setelah permukan benda uji halus dan mengkilat tanpa
goresan, bersihkan permukaan benda uji dengan alcohol ,
kemudian dengan aseton.
e) Keringkan permukaan benda uji dengan pengering, jangan
disentuh dengan tangan karena lemak dari tangan dapat
menempel / mengotori permukaan benda uji.
2. Posisi pengambilan spesimen :
a) Pengambilan dilakukan dengan gerinda potong dengan hati-
hati supaya :
Tidak terjadi perubahan struktur akibat panas yang timbul
saat pemotongan.
Tidak terjadi perubahan bentuk specimen akibat beban alat
potong.
b) Untuk arah pemotongan specimen yaitu arah memanjang ,
menyilang dan sejajar.
c) Buat benda uji dengan ukuran cukup idealnya 15 x 15 x 10
mm.
d) Jika benda uji kecil maka dapat dilakukan pembingkaian
specimen dengan resin.
3. Pengetsaan spesimen :
a) Pembuatan bahan etsa yatu Netal :
Siapkan larutan HNO3 : 98% sebanyak besarnya % Nital
yang akan digunakan (2%, 3%, 4%, dll).
47
Siapkan alcohol/aquadest sebagai pencampur larutan
HNO3 sebanyak 100% HNO3 (missal : 100 - 3 = 97).
Campurkan kedua larutan tersebut dan gunakan untuk etsa.
b) Bahan etsa yang dipakai yaitu Nital :
Untuk besi cor, besi cor nodular dietsa pada setengah
permukaan.
c) Proses pengetsaan specimen :
Bersihkan specimen / dilap dengan tissue setelah specimen
dipoles.
Celupkan specimen kedalam larutan Nital dengan
konsentrasi tertentu selama ± 5-10 detik.
Cuci specimen dengan air bersih / aquadest.
Bersihkan specimen dengan mengusap specimen dengan
kapas yang telah dibasahi dengan alcohol atau aseton.
Keringkan specimen dengan hair hair dryer.
Lihat struktur mikro specimen pada mikroskop
metalografi.
4. Proses pengujian :
a) Proses ini merupakan lanjutan dari proses persiapan benda uji
metalografi.
b) Siapkan benda uji dan pastikan benda uji bersih dan telah
dietsa.
c) Letakkan dan tempelkan benda uji pada malam yang berada
pada plat landasan agar benda uji berada pada posisi
horizontal.
d) Ratakan benda uji dengan perata sempel, lindungi permukaan
benda uji dengan tissue agar permukaan tidak tergores.
e) Letakkan benda uji dibawah lensa obyektif dari mikroskop.
f) Hidupkan lampu mikroskop.
g) Arahkan pandangan mikroskop pada bagian benda uji yang
akan diamati dengan cara memutar posisi maju – mundur dan
kanan – kiri.
48
h) Fokuskan pandangan sehingga struktur terlihat dengan jelas.
i) Lakukan pengamatan dan bandingkan dengan Tabel metal
handbook volume 7.
j) Lakukan pemotretan specimen.
5. Proses pemotretan specimen :
a) Cek baterai yang digunakan kamera (dengan menghidupkan
kamera).
b) Lepaskan kamera dengan menekan kunci pengencang dengan
diputar dan ditarik keatas.
c) Pasang negatife film (Fuji Asa 100 B & W).
d) Pasang kembali kamera pada tempat semula.
e) Hidupkan tustel.
f) Lakukan pengesetan tustel agar proses pemotretan dapat
berjalan lancer.
g) Fokuskan benda uji dibawah lensa obyektif.
h) Lakukan penekanan tombol untuk proses pemotretan sesuai
dwngan pwmbwsaran yang diinginkan.
i) Pada setiap pemotretan kembalikan tombol foto keposisi
semula.
j) Setelah negatife film habis untuk pemotretan lakukan
penggulungan film.
k) Cucikan negatife film.
l) Cetak negatife film.
m) Proses selesai dan kembalikan peralatan ketempat semula.
d. Pengujian Porositas
Pengujian Porositas dilakukan pada spesimen menggunakan
Alat Uji porositas. Spesimen pengujian diberi kode A4 untuk raw
material yang terdiri dari 1 spesimen dan diberi kode yang diambil
secara acak. Untuk pengecoran ulang I diberi kode B4 juga terdiri dari
1 spesimen. Seperti terlihat pada Gambar 3.25
49
1
3 1
Gambar 3.25. Spesimen Uji Porositas.
3.3.6. Teknik Pengambilan Data
Dalam pengambilan data, metode yang digunakan adalah metode
observasi yaitu mengamati dan mencatat langsung hasil penelitian dan
pengujian. Untuk mempermudah jalannya pengambilan data, sebelum
melakukan penelitian diperlukan lembar pengamatan. Lembar
pengamatan dalam penelitian ini seperti terlihat pada Tabel 3.1 dan Tabel
3.2 adalah sebagai berikut :
Tabel 3.1. Contoh format tabel pengujian kekerasan
No HR (HR- )2
1
2
3
4
5
∑
Tabel 3.2 Contoh Lembar Pengamatan Pengujian Komposisi Kimia
Paduan Al Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn
50
HASIL UJI KEKERASAN
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
sesudahremelting
sebelumremelting
BH
N
3.3.6. Analisa Data
Analisa data adalah suatu tahapan yang dilakukan setelah selesai
melaksanakan penelitian. Analisis data yang dilakukan menggunakan
analisis deskriptif yaitu mengamati data hasil eksperimen kemudian
menyimpulkan dan menentukan hasil penelitian yang paling baik. Cara
menyimpulkan data yaitu dengan mengambil angka dari data-data yang
diperoleh kemudian ditabulasikan dalam bentuk diagram batang.
Analisa data dengan model mekanis yaitu mengambil angka dari
sata yang diperoleh kemudian dimasukkan kedalam progam komputer dan
hasilnya dalam bentuk grafik. Seperti pada Gambar 3.26 dan Gambar
3.27
Hasil uji porositas
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
ADC 12sebelumremelting
ADC 12setelah
remelting
%
Gambar 3.26 Grafik Hasil uji kekerasan Gambar 3.27 Grafik Hasil uji Porositas
3.3.7. Tempat Penelitian
Tempat yang digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah
sebagai berikut :
1. Pengecoran dilakukan di Ceper Klaten
2. Pembuatan spesimen dan pemolesan dilakukan di Laboratorium
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Semarang.
3. Pengujian Kekerasan, Strukturmikro dan Komposisi Kimia
dilakukan di Laboratorium Logam Politeknik Manufaktur Ceper,
Klaten.