universitas diponegoro - eprints.undip.ac.ideprints.undip.ac.id/41643/1/halaman_judul_dll.pdf ·...
TRANSCRIPT
UNIVERSITAS DIPONEGORO
PENGARUH FRAKSI BERAT AL2O3 DAN AL-SI TERHADAP KEKERASAN
DAN STUKTUR MIKRO MATERIAL SEPATU REM HASIL
PENGECORAN INJEKSI BERTEKANAN (HPDC)
TUGAS AKHIR
ANGGI TAUFIK NUGRAHA
L2E 008 019
FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN TEKNIK MESIN
SEMARANG
MARET 2013
ii
TUGAS AKHIR
Diberikan Kepada : Nama : Anggi Taufik Nugraha
NIM : L2E 008 019
Dosen Pembimbing : Prof. Dr. rer. nat. Ir. A. P. Bayuseno, M.Sc
Jangka Waktu : 6 Bulan
Judul : Pengaruh Fraksi Berat Al2O3 dan Al-Si Terhadap
Kekerasan dan Stuktur Mikro Material Sepatu Rem
Hasil Pengecoran Injeksi Bertekanan HPDC.
Isi Tugas : Mengetahui dan menganalisis pengaruh fraksi berat
Al2O3 dan Al-Si terhadap kekerasan dan stuktur
mikro material sepatu rem hasil pengecoran injeksi
bertekanan (HPDC) yang digunakan pada sepatu rem
sepeda motor meliputi bentuk butir, densitas dan
porositas, struktur mikro, serta nilai kekerasan
sehingga hasil analisa dapat dijadikan sebagai
referensi pada suatu perusahaan pembuatan sepatu
rem sepeda motor.
Semarang, 14 Maret 2013
Dosen Pembimbing,
Prof. Dr. rer. nat. Ir. A. P. Bayuseno, M.Sc
NIP. 196205201989021001
iii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS
Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri,
dan semua sumber baik yang dikutip maupun yang dirujuk
telah saya nyatakan dengan benar.
NAMA : Anggi Taufik Nugraha
NIM : L2E 008 019
Tanda Tangan :
Tanggal : 14 Maret 2013
iv
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi ini diajukan oleh :
NAMA : Anggi Taufik Nugraha
NIM : L2E 008 019
Jurusan/Program Studi : Teknik Mesin
Judul Skripsi : Pengaruh Fraksi Berat Al2O3 dan Al-Si Terhadap Kekerasan
dan Stuktur Mikro Material Sepatu Rem Hasil Pengecoran
Injeksi Bertekanan (HPDC).
Telah berhasil dipertahankan di hadapan Tim Penguji dan diterima sebagai
bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada Jurusan/Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas
Diponegoro.
TIM PENGUJI
Pembimbing : Prof. Dr. rer. nat. Ir. A. P. Bayuseno, M.Sc ( )
Penguji : Dr. Sulardjaka, ST, MT ( )
Penguji : Dr. Ing. Ir. Ismoyo Haryanto, MT ( )
Penguji : Ir. Sudargana, MT ( )
Semarang, 14 Maret 2013
Jurusan Teknik Mesin
Ketua,
Dr. Sulardjaka, ST, MT
NIP. 197104201998021001
v
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademika Universitas Diponegoro, kami yang bertanda tangan di
bawah ini :
Nama : Anggi Taufik Nugraha
NIM : L2E 008 019
Dosen Pembimbing : Prof. Dr. rer. nat. Ir. A. P. Bayuseno, M.Sc
NIP : 196205201989021001
Jurusan/Program Studi : TEKNIK MESIN
Fakultas : TEKNIK
Jenis Karya : TUGAS AKHIR
demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada
Universitas Diponegoro Hak Bebas Royalti Noneksklusif (None-exclusive Royalty
Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul :
PENGARUH FRAKSI BERAT AL2O3 DAN AL-SI TERHADAP KEKERASAN
DAN STUKTUR MIKRO MATERIAL SEPATU REM HASIL PENGECORAN
INJEKSI BERTEKANAN (HPDC).
beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti/Noneksklusif
ini Universitas Diponegoro berhak menyimpan, mengalihmedia/formatkan, mengelola
dalam bentuk pangkalan data (database), merawat dan memublikasikan tugas akhir
kami selama tetap mencantumkan nama kami sebagai penulis/pencipta dan sebagai
pemilik Hak Cipta.
Demikian pernyataan ini kami buat dengan sebenarnya.
Dibuat di : Semarang
Pada Tanggal : 14 Maret 2013
Yang menyatakan
Dosen Pembimbing
Prof. Dr. rer. nat. Ir. A. P. Bayuseno, M.Sc
NIP. 196205201989021001
Mahasiswa
Anggi Taufik Nugraha
NIM. L2E 008 019
vi
MOTTO
“Tinta para pelajar lebih suci daripada darah orang-orang
yang mati syahid”
(Nabi Muhammad SAW)
“Di mana ada kemauan dan kesungguhan di sana pasti ada jalan”
Persembahan
Tugas Akhir ini kupersembahkan kepada :
Kedua orang tuaku, Ibu S Turyati dan Aang Habibullah yang telah
memberikan kasih sayang serta dukungannya tanpa kenal lelah. Ketiga
kakaku yang selalu menjadi inspirasiku
vii
ABSTRAK
Dewasa ini kebutuhan penggunaan sepatu rem semakin meningkat seiring
dengan bertambahnya jumlah populasi sepeda motor. Sepatu rem dibuat dengan
material Al-Si dalam hal ini ADC12 menggunakan proses pengecoran injeksi
bertekanan (HPDC). Dalam penelitian ini bahan sepatu rem menggunakan ADC12
produk PT. Pinjaya Logam Mojokerto, kemudian ditambahkan partikel aluminium
oksida (Al2O3). Untuk memperbaiki kekerasanya, parameter yang diteliti adalah
penambahan penambahan Al2O3 5 %, 10 % dan 15 % dalam cairan Al-Si. Karakterisasi
material yang dilakukan yaitu meliputi uji struktur mikro, uji densitas, perhitungan
porositas dan uji kekerasan produk sepatu rem Al-Si hasil HPDC dengan penambahan
unsur Al2O3. Penambahan unsur Al2O3 dilakukan melaui proses stirring selama 1 menit
dengan kecepatan 160 rpm dan temperatur penuangan 7500C.
Hasil perhitungan porositas menunjukkan bahwa nilai porositas pada
penambahan komposisi Al2O3 5 % sebesar 19.04 %, komposisi 10 % sebesar 14.35 %
dan pada komposisi 15% sebesar 20.52 %. Kekerasan meningkat seiring dengan
meningkatnya komposisi penambahan partikel Al2O3. Hasil uji kekerasan menunjukkan
bahwa nilai kekerasan pada penambahan komposisi Al2O3 5 % sebesar 50.91 HRB,
komposisi 10 % sebesar 51.11 HRB, dan pada penambahan komposisi 15 % sebesar
51.61 HRB. Kekerasan paling rendah pada komposisi 5 % hal ini disebabkan oleh
adanya cacat porositas.
Kata Kunci: HPDC, Al-Si, Al2O3, Porositas, Komposisi
viii
ABSTRACT
Nowdays use of the brake shoe is increasing along with the number of a
population motorcycle. Brake shoe are made with materials Al-Si/ Al2O3 through the
increasing high pressure die casting process. In this study, raw material ADC12 of a
product PT. Pinjaya Metals is selected, Mojokerto and added by alumina particles
(Al2O3) to improve the mechanical properties. Parameters investigated is a variant
additional composition Al2O3 5 %, 10 % and 15 % in liquid Al-Si. Characterization
conducted includes porosity tests, hardness tests, and micro structure test of Al-Si brake
shoes product using HPDC process with the addition of elemental alumina (Al2O3). The
addition of elemental Al2O3 done through the process of stirring for 1 minute at a speed
of 160 rpm with pouring temperature 750°C.
The results of porosity test show that the porosity increased is obtained for
composition Al2O3 at 5 % is 19.04 %, a composition at 10 % is 14.35 % and in
composition at 15 % is 20.52 %. The hardness increases with increasing Al2O3
composition. The results of hardness test show that the hardness product is the
increasing at composition Al2O3 at 5 % is 50.91 HRB, a composition at 10 % is 51.11
HRB and in composition at 15 % is 51.61 HRB. Hardness most low on the composition
of 5 % it is caused by the presence of porosity defects.
Keywords: HPDC, Al-Si, Porosity, composition
ix
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahirobbil’alamin. puji dan syukur senantiasa penulis panjatkan
kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala yang tiada hentinya mencurahkan rahmat,
nikmat dan hidayahnya, sehingga dengan segala karunia-Nya penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir dengan judul ”Pengaruh Fraksi Berat Al2O3 dan Al-Si
Terhadap Kekerasan dan Stuktur Mikro Material Sepatu Rem Hasil Pengecoran
Injeksi Bertekanan HPDC.” ini. Shalawat dan salam semoga selalu tercurah kepada
panutan kita Rasulullah Muhammad SAW.
Dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa hormat dan terima
kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan memberikan dorongan dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini, antara lain:
1. Prof. Dr. rer. nat. Ir. A. P. Bayuseno, M.Sc selaku dosen pembimbing, yang
telah memberikan bimbingan, pengarahan, dan masukan-masukan kepada
penulis untuk menyusun tugas akhir ini.
2. Bapak Sutadi selaku teknisi Laboratorium Proses Produksi Politeknik Negeri
Semarang yang telah membantu dalam proses pembuatan dies.
3. Bapak Wahyu selaku teknisi Laboratorium Metalurgi Fisik Teknik Mesin
Universitas Diponegoro yang telah membantu dapat proses pengujian
karakterisasi.
4. Rekan penelitian Agus Tri Prasetyo, Bayu Andriyawan, Haeckel Bayyan Amil
Valerat, Kusumaning Rahardian Putri, dan Nasrudin Arif Chamdani yang
selalu mendukung dan membantu dalam pelaksanaan tugas akhir maupun
penyelesaikan laporan ini.
Dengan penuh kerendahan hati, penyusun menyadari akan kekurangan dan
keterbatasan pengetahuan yang penyusun miliki sehingga tentu saja penyusunan tugas
akhir ini jauh dari sempurna, untuk itu penyusun mengharapkan saran dan kritik yang
membangun dari semua pihak demi kemajuan penulis untuk masa yang akan datang.
x
Terakhir, dengan selesainya tugas akhir ini berarti selesai pula masa studi
penulis di Teknik Mesin UNDIP. Semoga dapat memberikan manfaat bagi penulis dan
juga kepada orang lain.
Semarang, 14 Maret 2013
Penulis
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ...................................................................................................... i
HALAMAN TUGAS AKHIR ...................................................................................... ii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ....................................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................................... iv
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS .................................................................... v
ABSTRAK ................................................................................................................... vii
KATA PENGANTAR ................................................................................................... ix
DAFTAR ISI ................................................................................................................. xi
DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................................. xiv
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................... xv
DAFTAR TABEL .................................................................................................... xviii
NOMENKLATUR ..................................................................................................... xix
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ........................................................................................... 1
1.2 Tujuan ........................................................................................................ 2
1.3 Batasan Masalah ........................................................................................ 2
1.4 Originalitas Penelitian ................................................................................. 2
1.5 Metode Penelitian ...................................................................................... 3
1.6 Sistematika Penulisan ................................................................................ 3
BAB II DASAR TEORI
2.1 Karakteristik Sepatu Rem (Brake Shoe) .................................................... 5
2.2 Aluminium ................................................................................................. 7
2.2.1 Unsur-unsur Paduan Aluminium ...................................................... 9
2.2.2 Sifat Aluminium ............................................................................. 10
2.3 Aluminium Oksida (Al2O3) ..................................................................... 12
2.4 Material Komposit ................................................................................... 14
xii
2.4.1 Komposit Matrik Logam (MMCs) .................................................. 15
2.5 Metode Stir Casting .................................................................................. 15
2.6 Pengecoran Aluminium ........................................................................... 17
2.7 Dies Casting ............................................................................................. 18
2.7.1 High Pressure Die Casting (HPDC) ............................................... 21
2.7.2 Gravity Die Casting ........................................................................ 25
2.8 Paduan Al-Si ............................................................................................ 28
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian ........................................................................... 32
3.2 Peralatan yang Digunakan ....................................................................... 35
3.3 Persiapan Bahan ....................................................................................... 42
3.4 Proses Pembuatan Spesimen .................................................................... 43
3.5 Pengujian Spesimen ................................................................................. 48
3.5.1 Pengujian Densitas dan Perhitungan Porositas .............................. 48
3.5.2 Pengujian Kekerasan ...................................................................... 49
3.5.3 Pengujian Struktur Mikro ............................................................... 51
BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN
4.1 Uji Komposisi Al-Si ................................................................................ 53
4.2 Identifikasi Hasil Pengecoran HPDC Al-Si/Al2O3 .................................. 55
4.2.1 Hasil Pengujian Stuktur Mikro ....................................................... 55
4.2.1.1 Pembahasan Hasil Pengujian Stuktur Mikro ...................... 60
4.2.1.2 Distribusi Partikel Al2O3 ..................................................... 62
4.2.2 Hasil Pengujian Densitas dan
Perhitungan Porositas Al-Si/Al2O3 ................................................. 62
4.2.3 Hasil Pengujian Kekerasan ............................................................. 65
4.2.3.1 Hasil Pengujian Kekerasan Al-Si/Al2O3 ............................ 65
4.2.3.2 Pembahasan Hasil Pengujian Kekerasan Al-Si/Al2O3 ........ 67
4.2.3.3 Pembahasan Hasil Perhitungan Gaya Tekan Sepatu Rem
Terhadap Kekerasan Al-Si/Al2O3 ....................................... 69
xiii
4.2.3.4 Perbandingan Hasil Pengujian Kekerasan Al-Si/Al2O3
dan Al-Si Tanpa Penambahan Al2O3 ................................. 70
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 73
5.2 Saran ........................................................................................................ 73
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................. 74
LAMPIRAN ................................................................................................................. 77
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
A. Gambar Teknik Dies ................................................................................................ 77
B. Pengujian Komposisi Al-Si ...................................................................................... 79
C. Perhitungan Densitas ................................................................................................ 80
D. Perhiutngan Porositas ............................................................................................... 83
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sepatu rem .......................................................................................... 5
Gambar 2.2 Letak Sepatu Rem pada Komponen Rem Tromol .............................. 6
Gambar 2.3 Serbuk Alumunium Oksida ............................................................... 12
Gambar 2.4 Klasifikasi MMCs berdasarkan bentuk penguat ............................... 15
Gambar 2.5 Skema Proses Stircasting .................................................................. 16
Gambar 2.6 Mesin Hot Chamber Die Casting .................................................... 20
Gambar 2.7 Cold Chamber Die Casting .............................................................. 21
Gambar 2.8 Tampilan Skematis Pengecoran HPDC ............................................ 22
Gambar 2.9 Tampilan Mesin HPDC .................................................................... 23
Gambar 2.10 Siklus Kerja High Pressure Die Casting .......................................... 24
Gambar 2.11 Metode Pengecoran Gravitasi ........................................................... 26
Gambar 2.12 Diagram fasa Al-Si (ASM International, 2004) ............................... 28
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian .................................................................... 33
Gambar 3.2 Gergaji Mesin ................................................................................... 35
Gambar 3.3 (a). Tungku Krusibel dan (b) Burner ................................................ 36
Gambar 3.4 Kowi ................................................................................................. 36
Gambar 3.5 Blower ............................................................................................... 37
Gambar 3.6 Mesin HPDC ..................................................................................... 37
Gambar 3.7 Cetakan Sepatu Rem ......................................................................... 38
Gambar 3.8 Stir Casting ....................................................................................... 38
Gambar 3.9 Neraca Digital ................................................................................... 39
Gambar 3.10 Gergaji Tangan ................................................................................. 39
Gambar 3.11 (a) Thermocouple dan (b) Display .................................................... 40
Gambar 3.12 (a) Mesin Amplas dan (b) Mesin Poles ............................................ 40
Gambar 3.13 Rockwell Hardness Tester ............................................................... 41
Gambar 3.14 (a) Mikroskop Metalurgi dan (b) Kamera ......................................... 41
Gambar 3.15 Vernier Caliper ................................................................................. 42
Gambar 3.16 Al-Si (ADC12) Batangan ................................................................. 42
Gambar 3.17 Serbuk aluminium Oksida (Al2O3) ................................................... 43
xvi
Gambar 3.18 Proses Pemotongan Al-Si Batangan ................................................. 43
Gambar 3.19 Penimbangan Potongan Al-Si ........................................................... 44
Gambar 3.20 Penimbangan Serbuk Aluminium Oksida ........................................ 44
Gambar 3.21 Proses Peleburan Menggunakan Tungku Krusibel ........................... 45
Gambar 3.22 Proses Stir Casting ............................................................................ 45
Gambar 3.23 Pengukuran Temperatur Penuangan ................................................. 46
Gambar 3.24 Proses Penuangan ke Cetakan HPDC ............................................... 46
Gambar 3.25 Spesimen Hasil Pengecoran HPDC .................................................. 47
Gambar 3.26 Proses Pemotongan Spesimen .......................................................... 47
Gambar 3.27 Titik Pengujian Kekerasan ................................................................ 50
Gambar 3.28 Pengujian Kekerasan ........................................................................ 51
Gambar 3.29 Proses Pengamplasan. ........................................................................ 52
Gambar 3.30 Proses Polishing ................................................................................ 52
Gambar 3.31 Pemberian Etsa pada Spesimen Uji .................................................. 52
Gambar 3.32 Pengujian Struktur Mikro ................................................................. 52
Gambar 4.1 Posisi Pengujian Spesimen ............................................................... 55
Gambar 4.2 (a). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al2O3 5%wt
Posisi Kanan .................................................................................... 56
Gambar 4.2 (b). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al2O3 5%wt
Posisi Tengah .................................................................................... 56
Gambar 4.2 (c). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al2O3 5%wt
Posisi Kiri ......................................................................................... 57
Gambar 4.2 (d). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al2O3 10%wt
Posisi Kanan ...................................................................................... 57
Gambar 4.2 (e). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al2O3 10%wt
Posisi Tengah ..................................................................................... 58
Gambar 4.2 (f). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al2O3 10%wt
Posisi Kiri ........................................................................................ 58
Gambar 4.2 (g). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al2O3 15%wt
Posisi Kanan .................................................................................... 59
xvii
Gambar 4.2 (h). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al2O3 15%wt
Posisi Tengah ..................................................................................... 59
Gambar 4.2 (i). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al2O3 15%wt
Posisi Kiri ......................................................................................... 60
Gambar 4.3 (a) Paduan Al-Si 15% Al2O3 ............................................................. 61
Gambar 4.3 (b) Paduan Al-Si Tanpa Penguat Al2O3 ............................................ 61
Gambar 4.4 Hasil Densitas Terhadap Penambahan Fraksi Berat Al2O3 ............... 63
Gambar 4.5 Hasil Porositas Terhadap Penambahan Fraksi Berat Al2O3 .............. 64
Gambar 4.6 Posisi Penitikan ................................................................................. 65
Gambar 4.7 Hasil Nilai Kekerasan Rata – Rata Terhadap Penambahan
Fraksi Berat Al2O3 ............................................................................ 67
Gambar 4.8 Hasil Nilai Kekerasan Penambahan Fraksi Berat Al2O3 dan Posisi
Pengukuran AlSi/Al2O3 .................................................................... 68
Gambar 4.9 Perbandingan Hasil Nilai Tegangan Tekan dengan Tegangan
Spesimen ............................................................................................ 70
Gambar 4.10 Perbandingan Nilai Hasil Kekerasan Al-Si Tanpa Penambahan dan
Al-Si dengan Penambahan Al2O3 ..................................................... 72
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sifat Fisis Alumunium Oksida ........................................................... 13
Tabel 2.2 kandungan Si berpengaruh terhadap temperatur titik beku
paduan aluminium ............................................................................. 29
Tabel 4.1 Hasil uji komposisi material Al-Si .................................................... 53
Tabel 4.2 Komposisi Paduan Aluminium Die Casting Kelas 12 ...................... 54
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Struktur Mikro Al-Si/Al2O3 .................................... 56
Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Densitas dan Peritungan Porositas .................. 63
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Kekerasan Sepatu Rem dengan Fraksi Berat
Al2O3 (SkalaHRB) ............................................................................. 65
Tabel 4.6 Nilai Kekerasan Rata-Rata Produk Sepatu Rem Al-Si ...................... 66
Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Gaya dan Tegangan Sepatu Rem Terhadap
Kekerasan Al-Si /Al2O3 Hasil HPDC dengan Fraksi Berat Al2O3 ..... 69
Tabel 4.8 Hasil Pengujian Kekerasan Sepatu Rem Al-Si Tanpa Penambahan
Al2O3 Pada Temperatur Tuang 750 0C (Skala HRB) ......................... 71