BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4digilib.unimus.ac.id/files/disk1/154/jtptunimus-gdl...Terlihat unsur magnesium membasahi permukaan silikon karbida dengan warna hitam dan mengikilat.

54

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Hasil penelitian dan pembahasan yang akan diuraikan meliputi :

karakterisasi piston original Daiatsu Hi-Jet 1000, identifikasi kualitas hasil

peleburan piston bekas, dan pengaruh komposisi campuran komposit dengan

tekanan konstan.

4.1 Karakterisasi dan Sifat Mekanik Material Piston Daihatsu HiJet-1000

Penelitian ini studi awal dalam rangka untuk membuat piston Daihatsu

dengan menggunakan bahan limbah piston bekas dimulai dengan melakukan studi

karakterisasi material piston Daihatsu Hi-Jet 1000. Tujuan studi karekterisasi

material piston Daihatsu Hi-Jet 1000 adalah untuk mendapatkan data-data yang

berkaitan dengan kondisi dan sifat meterial piston Daihatsu asli. Data – data yang

diperoleh dari studi karakterisasi material piston asli Daihatsu Hi-Jet 1000

tersebut selanjutnya digunakan sebagai bahan acuan dalam membuat piston baru

dengan bahan limbah piston bekas. Hasil yang diperoleh dari studi karakterisasi

material piston Daihatsu Hi-Jet 1000 adalah sebagai berikut ini:

4.1.1 Kekerasan material piston Daihatsu HiJet-1000

Hasil pengujian kekerasan material piston asli Daihatsu Hi-Jet 1000

didapatkan hasil seperti pada Tabel 4.1 berikut ini. Dari uji kekerasan material

piston Daihatsu Hi-Jet 1000 didapatkan harga kekerasan sebesar 76 HRB.

Tabel 4.1 Nilai kekerasan Rockwell B material piston Daihatsu Hi-Jet 1000

No Nilai Kekerasan HRB ̅̅̅̅̅

1 76,50 0,25

2 75,00 1

3 78,00 4

4 74,00 4

5 76,50 0,25

Total ̅̅̅̅̅=76,0 9,5

55

4.1.2 Komposisi kimia material piston asli Daihatsu Hi-Jet-1000

Hasil uji komposisi kimia menunjukkan bahwa material piston Daihatsu

Hi-Jet 1000 mempunyai paduan unsur utama 84,19 % Al dan 10,7% Si . Adapun

hasil lengkap pengujian komposisi material piston Daihatsu Hi-Jet-1000 disajikan

pada Tabel 4.2 dan Lampiran.

Tabel 4.2 Hasil uji komposisi kimia material piston Daihatsu Hi-Jet-1000

Unsur persentase Deviasi

Al 84,19 0,8298

Si 10,7 0,807

Fe 0,465 0,0504

Cu 0,981 0,0830

Mn 0,0410 0,0057

Mg 1,15 0,136

Cr 0,0318 0,0039

Ni 2,29 0,238

Zn 0,00 0,00

Sn 0,016 0,000

Ti 0,0784 0,0049

Pb 0,0007 0,000

Be 0,00 0,000

Ca 0,0162 0,0026

Sr 0,00 0,00

V 0,0070 0,00

Material piston Daihatsu Hi-Jet 1000 dengan paduan komposisi kimia

dapat dikelompokkan kedalam paduan aluminium AA.333.0 (ASM Vol 15, 1998).

Paduan aluminium AA.333.0 merupakan paduan aluminium yang digunakan

untuk komponen-komponen otomotif seperti piston. Dimana paduan aluminium

AA.333.0 atau JIS AC8B mempunyai komposisi kimia dan sifat mekanis yang

diperlihatkan pada Tabel 4.3 dan Tabel 4.4.

56

Tabel 4.3 Komposisi paduan AA. 333.0

Paduan Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn

AA.333.0 8-10 1,0 3-4 0,5 0,05-0,5 - 0,5 <0,1

AC8B 8,5-10,5 < 1 2,0-4,0 < 0,5 0,5 – 1,5 - 0,1<1 <0,5

Tabel 4.4 Sifat mekanik paduan AA. 333.0

Alloy Temper

Ultimate

tensile

strength

0.2% offset

yield stenth Elongation

in 50mm

(2in),%

Hardness

MPa ksi MPa ksi (HB) (HRB)

333.0 T6 290 42 207 30 1,5 105 67

4.1.3 Strukturmikro material piston Daihatsu Hi-Jet 1000

Hasil pengujian struktur mikro pada material piston Daihatsu Hi-Jet-1000

ditunjukan pada Gambar 4.1. Unsur Si berbentuk seperti serpihan memanjang

dan tersebar merata dan unsur Al berwarna putih.

Gambar 4.1 Struktur mikro material piston Daihatsu Hi-Jet 1000 dengan

perbesaran mikroskop 1000X.

Al

Si

57

4.2 Kualitas Hasil Peleburan Piston Bekas

4.2.1 Hasil identifikasi kualitas hasil peleburan piston bekas

Pada tahapan ini, untuk mengetahui kualitas material hasil peleburan

limbah piston bekas, dilakukan 2x peleburan. Limbah piston bekas yang

digunakan adalah piston bekas kendaraan bensin dari bermacam – macam merek.

Setelah dilakukan pengecoran terhadap limbah material piston kemudian

dilakukan pengujian kekerasan, komposisi dan struktur mikro. Hasil pengujian

tersebut adalah sebagai berikut ini:

a. Kekerasan hasil pengecoran material limbah piston bekas

Hasil pengujian kekerasan untuk mengetahui kualitas pengecoran limbah

piston bekas dihasilkan data seperti pada Tabel 4.5 berikut

Tabel 4.5 Nilai pengujian kekerasan Rockwell B material limbah piston bekas

No

PENGECORAN I PENGECORAN II

Nilai Kekerasan

HRB ̅̅̅̅̅

Nilai Kekerasan

HRB ̅̅̅̅̅

1 53,00 6,76 50,00 0,01

2 48,50 3,61 46,50 10,89

3 50,00 0,16 51,00 1,21

4 51,00 0,36 48,00 3,61

5 49,50 0,90 54,00 16,81

Total ̅̅̅̅̅=50,4 11,79 ̅̅̅̅̅=49,9 32,53

b. Komposisi kimia hasil pengecoran material limbah piston bekas

Hasil pengujian komposisi kimia untuk mengetahui kualitas pengecoran

limbah piston bekas dihasilkan data seperti pada Tabel 4.6 berikut

Tabel 4.6 Hasil uji komposisi material limbah piston bekas

Paduan Al Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn

Pengecoran I 86,27 7,98 1,50 1,40 0,421 0,954 0,0784 0,694 0,922

Pengecoran II 87,82 7,76 0,775 1,40 0,368 0,353 0,036 0,005 1,23

58

c. Strukturmikro hasil pengecoran material limbah piston bekas

Hasil pengujian strukturmikro pada hasil pengecoran material limbah piston

bekas diperlihatkan pada Gambar 4.2. Menunjukan bahwa unsur Si tersebar tidak

merata dan jumlahnya tidak banyak. Sedangkan unsur Al lebih dominan dan

merata dibandingkan dengan strukturmikro pada material piston Daihatsu Hijet

1000.

a. Pengecoran I.

b. Pengecoran II.

Gambar 4.2 Strukturmikro hasil pengecoran material limbah piston bekas pada

pengecoran I & II dengan perbesaran mikroskop 1000X

Al

Si

Porositas

Al

Si Porositas

Dendrit

59

4.2.2 Pembahasan Identifikasi kualitas hasil peleburan piston bekas

Berdasarkan hasil uji kekerasan diketahui bahwa material hasil pengecoran

limbah piston bekas mempunyai harga kekerasan yang lebih rendah jika

dibandingkan dengan material piston Daihatsu. Pada pengecoran I rata-rata

kekerasan 50,4 HRB, pengecoran II 49,9 HRB sedangkan material piston

Daihatsu mempunyai kekerasan 76 HRB. Dari hasil uji komposisi terdapat

perbedaan komposisi Al dan Si antara hasil pengecoran limbah piston bekas

dengan meterial piston Daihatsu. Pada pengecoran I mempunyai 87,82 % Al dan

7,76 % Si, pengecoran II mempunyai 86,27 % Al dan 7,98 % Si, sedangkan

material piston Daihatsu mempunyai 84,19 % Al dan 10,7 % Si. Perbedaan ini

cukup signifikan, karena pada pengecoran I dan II belum masuk dalam batas

standar paduan aluminium AA. 333.0 (ASM Vol 15, 1992).

Seperti halnya hasil pengujian kekerasan dan pengujian komposisi,

pengujian strukturmikro juga menunjukkan hasil yang masih belum sesuai dengan

bentuk strukturmikro piston Daihatsu. Kekerasan hasil pengecoran ulang limbah

piston bekas masih dibawah kekerasan piston Daihatsu. Komposisi kimia hasil

pengecoran ulang limbah piston bekas khususnya untuk kandungan % Si juga

masih dibawah komposisi piston Daihatsu dan standar paduan aluminium AA.

333.0. Pengamatan struktur mikro hasil pengecoran ulang limbah piston bekas

memiliki unsur Si yang lebih sedikit dan tersebar tidak merata. Hal ini berbeda

sekali dengan bentuk struktur mikro piston Daihatsu yang memiliki matrik Si

yang tersebar merata.

Hasil ini menunjukkan bahwa limbah piston bekas tidak bisa didaur ulang

secara langsung sebagai material piston. Agar limbah piston bekas dapat

dimanfaatkan menjadi material piston perlu dilakukan usaha perbaikan kualitas

hasil coran, khususnya kualitas kekerasan, komposisi kimia dan strukturmikro

yang merupakan struktur dasar material piston. Salah satu usaha yang bisa

dilakukan adalah dengan penambahan material silikon karbida (SiC) dan

Magnesium (Mg) untuk meningkatkan kekuatan mekanis, sehingga terbentuk

material piston komposit. Piston komposit memiliki kelebihan, selain ringan juga

memiliki kekuatan sifat mekanis tinggi. Kekuatan sifat mekanis dapat dikontrol

dengan pengaturan komposisi campuran pada material limbah piston, silikon

karbida (SiC) dan Magnesium (Mg).

60

4.3 Karakterisasi dan Sifat Mekanik Material Piston Komposit

Material komposit digunakan untuk membuat piston komposit. Campuran

material komposit yang paling baik, selanjutnya dibentuk piston dengan metode

stir casting dan squeeze casting. Spesimen material piston komposit diuji

karakteristik dan sifat mekanik diantaranya uji kekerasan, uji SEM, Uji densitas,

dan porositas. Proses pembuatan piston komposit dengan variasi komposisi

campuran 90% piston bekas + 5 % SiC + 5% Mg kode A1, 80% piston bekas +

11% SiC + 9 % Mg kode A2, 70% piston bekas + 18 % SiC + 12% Mg kode A3,

dan piston asli kode A. Tekanan squeeze casting pada pembuatan piston komposit

memakai tekanan 200 MPa. Proses peleburan pada suhu 725oC, tetapi waktu

memasukan serbuk SiC dengan ukuran butir 40 µm pada suhu 600oC. Sebelumnya

SiC dipanaskan dulu pada suhu 700oC untuk menghilangkan kandungan air

(H2O). Preheating cetakan pada suhu 450oC, dan putaran pengadukan pada mesin

stir casting 200 rpm.

Spesimen piston komposit ditunjukan pada Gambar 4.3, hasil yang paling

optimal dari komposisi campuran yang nantinya digunakan untuk pembuatan

prototipe piston komposit. Pengujian karakteristik dan sifat mekanik piston

komposit dikomparasikan dengan piston asli Daihatsu Hijet-1000. Pembuatan

spesimen berbentuk silinder dengan ukuran diameter 20 mm dan tinggi 80 mm.

Pemotongan spesimen dibagi tiga, yaitu atas, tengah, dan bawah sehingga

mewakili seluruh spesimen komposit.

Gambar 4.3 Spesimen Piston komposit

61

4.3.1 Uji Metalurgrafi

Uji metalurgrafi digunakan untuk menganalisa strukturmikro sampai

topografi permukaan dengan pembesaran yang ditentukan. Pada penelitian ini

pengujian metalurgrafi menggunakan Scanning electron microscope (SEM)

merk JOEL tipe JSM-6510LA yang dilakukan di Laboratorium Terpadu Undip

Semarang yang ditunjukan pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4 SEM merk JOEL tipe JSM-6510LA

Metalurgrafi piston komposit digunakan untuk mengamati penyebaran

komposisi campuran yang terdiri dari Al-Si, SiC, dan Mg. Spesimen di foto

dengan SEM dan untuk memperjelas foto sampai pembesaran 900x. Hasil foto

strukturmikro pada komposisi campuran A1 pada Gambar 4.5. Nampak

butiran SiC yang berbentuk butiran tidak seragam dengan ukuran butir rata-rata

40 µm. Ikatan permukaan SiC dengan aluminium kurang kuat dan butiran tidak

diselimuti matrik aluminium yang diperlihatkan pada Gambar 4.5a dengan

pembesaran 500x. Ini disebabkan antarmuka matrik tidak memiliki wetting

agent atau reaksi pengikat antara interface aluminium dan SiC. Walaupun

sudah ada penambahan magnesium sebagai wetting agent tetapi tidak mampu

membasahi butiran SiC (Anastasia Sahari, 2009). Gambar 4.5b dengan

pembesaran 900x memperlihatkan dengan jelas dominasi penguat butiran SiC

lebih besar dibanding matrik aluminium, dan hanya sedikit matrik aluminium

yang mampu menyelimuti butiran SiC. Peningkatan tekanan squeeze casting

sampai 200 MPa tidak mampu menyatukan antarmuka antara penguat dan

62

matrik, namun tekanan squeeze casting dapat meningkatkan kekerasan dan

densitas piston komposit (Hasan Z, 2008).

a) Pembesaran 500 x b) Pembesaran 900 x

Gambar 4.5. Strukturmikro material piston komposit A1 a) pembesaran 500x dan

b) pembesaran 900x

Bertambahnya kandungan magnesium sebesar 9% wt Mg pada

komposisi campuran A2 yaitu 80% piston bekas + 11% SiC dengan tekanan

squeeze casting 200 MPa mampu meningkatkan ikatan antarmuka matrik dan

penguat, dimana diperlihatkan pada Gambar 4.6a dengan pembesaran 500x.

Terlihat unsur magnesium membasahi permukaan silikon karbida dengan

warna hitam dan mengikilat. Magnesium (Mg) mampu sebagai wetting agent

pada komposisi campuran A2. Magnesium meningkatkan pembasahan antara

matrik dan penguat dengan cara menurunkan tegangan permukaaan antara

keduanya (Lutfi & Sukron., 2010). Gambar 4.6b dengan pembesaran 900x

menampakan matrik aluminium dari piston bekas menyelimuti seluruh

permukaan SiC. Dibandingkan dengan komposisi campuran A1, untuk

komposisi campuran A2 lebih baik.

Strukturmikro komposisi campuran A3 menampakan ikatan antarmuka

matrik dan penguat lebih sempurna yang terlihat pada Gambar 4.7a dengan

pembesaran 500x. Bertambahnya kandungan unsur magensium sebesar 12% wt

Mg mampu membasahi permukaan SiC. Gambar 4.7b hampir seluruh

permukaan SiC diselubungi matrik aluminium yang berwarna putih.

Al

SiC

Mg

Al

SiC

Mg

63


Gambar 4.6 Strukturmikro material piston komposit A2, a) pembesaran 500x dan

b) pembesaran 900x

Penambahan magnesium (Mg) pada pembuatan aluminium matrik

komposit dapat meningkatkan pembasahan dan daya lekat antara matrik dan

penguat dengan membentuk fasa spinel MgAl2O4 dan MgO pada daerah

antarmuka matrik aluminium dan panguat SiC (Sanggahaleh et,al., 2009). Fasa

spinel dapat meruduksi tegangan permukaan antara matrik dan penguat,

sehingga dapat meningkatkan daya lekatnya. Daya lekat antara matrik dan

penguat berkaitan dengan kemampuan komposit mendistribusikan gaya luar

dari matrik menuju penguat secara merata. Daya lekat dipengaruhi

penambahan Mg untuk meningkatkan sifat mekanis aluminium matrik

komposit (Geng lin et.al., 2010). Unsur ini menempel diseluruh permukaan

butiran SiC. Mampu basah antamuka penguat terhadap matrik merupakan

aspek penting dalam menentukan kekuatan material komposit (Vahlas et, al.,

1999). Mampu basah membentuk ikatan kimia yang kuat pada antarmuka dan

perilaku mampu basah dapat diketahui dengan menghitung sudut kontak dan

tegangan permukaan. Penguat SiC dapat menahan indentasi pada pengujian

kekerasan, sehingga nilai kekerasan komposit Al/SiC sangat potensial pada

aplikasi struktural di industri transportasi. Tetapi material tersebut memiliki

Al

SiC

Mg

Al

SiC

Mg

64

keuletan dan ketangguhan yang rendah diakibatkan ikatan interfece yang lemah

(Ortega et, al., 2007).


Gambar 4.7. Strukturmikro piston komposit A3 tekanan menggunakan SEM , a)

pembesaran 500x dan b) pembesaran 900x

4.3.2 Uji Kekerasan

Pengujian kekerasan bertujuan untuk mengetahui kekerasan pada

material piston komposi. Kekerasan piston komposit dipengaruhi penambahan

silikon karbida (SiC) (Vaillant, 1995). Pengujian kekerasan menggunakan

Rockwell B dengan beban mayor 60 kg, penahanan 5 detik, dan menggunakan

identer ball. Gambar 4.8a menunjukan pengujian spesimen dengan mesin

Rockwell. Pengujian mikrohardness menggunakan Vickershardness dengan

beban 0,3 gram selama 10 detik dignakan sebagai pembanding, bagaiman

ditunjukan pada Gambar 4.8b.

Pengujian dilakukan beberpa titik, sehingga mewakili seluruh

permukaan spesimen uji kekerasan. Spesimen material piston komposit dengan

variasi penambahan silikon karbida mulai dari 5, 11, dan 18% SiC dan

penambahan Magnesium. Penambahan silikon karbida, maka magnesium juga

bertambah mulai dari 5, 9, dan 12% Mg. Untuk hasil pengujian spesimen

material piston komposit ditunjukan pada Tabel 4.7.

Al

SiC

Mg

Al

SiC

Mg

65

Gambar 4.8 Pengujian kekerasan a) Rockwell B, b) Vickershardness

Hasil kekerasan piston komposit dipengaruhi penambahan silikon

karbida. Komposisi campuran material piston komposit 70% piston bekas + 18

% SiC + 12% Mg kode A3 memiliki kekerasan yang paling optimal dan

mendekati kekerasan spesimen piston Daihatsu Hijet-1000. Untuk campuran

A1 dan A2 masih dibawah kekerasan material piston, dengan selisih kekerasan

23,9 HRB (31,4%) dan 10,6 HRB (13,9%).

Tabel 4.7 Hasil pengujian kekerasan spesimen piston komposit

Bertambahnya kanduang SiC dan magenesium menambah kekerasan

spesien piston komposit (Zamheri A, 2011). Komposisi campuran A3 pada

tekanan squeeze casting 200 MPa memiliki kekerasan mendekati kekerasan

piston Daihatsu Hijet-1000 sebesar 75,5 HRB (138 HVN). Ini didukung hasil

strukturmikro SEM menunjukan matrik aluminium mampu menyelimuti SiC

Komposisi piston komposit Hasil Kekerasan

HRB HVN

90% PB + 5 % SiC + 5% Mg (A1) 52,1 101,0

80% PB + 11% SiC + 9% Mg (A2) 65,4 115,5

70% PB + 18 % SiC + 12% Mg (A3) 75,5 138

Kontrol

(Piston Daihatsu Hijet -1000) (A) 76,0 139

(a) (b)

66

secara sempurna dibandingan komposisi campuran lainya. Ditemukan

komposisi campuran yang paling optimimal, maka bisa direkomendasikan

untuk pembuatan prototipe piston komposit. Tekanan squeeze casting proses

pembuatan spesimen piston komposit berpengaruh terhadap kekerasan material

(Duskiardi, 2002). Pada tekanan 200 MPa untuk komposisi campuran A3

mampu menyamai sifat mekanik piston Daihatsu Hijet-1000. Menambah

kekerasan material piston komposit setiap penambahan penguat SiC rata-rata

naik 16 %, yang mana bisa dilihat digrafik pada Gambar 4.9.

Gambar 4.9 Hasil Pengujian kekerasan material piston komposit

Penambahan penguat SiC dapat meningkatkan kekerasan sifat mekanik 100

% (Mahadevan, 2008). Tetapi batas campuran volume fraksi penguat untuk proses

stir casting tidak boleh lebih dari 20% karena dapat menyebabkan kerapuhan dan

aliran cor rendah (Martin I ., 2011). Penambahan partikel penguat SiC sebanyak

18% SiC dan 12% Mg pada komposisi campuran penelitian ini sudah optimal.

Didukung diameter partikel SiC yang kecil dengan ukuran butir 40 µm mampu

mendukung kekerasan. Semakin kecil ukuran butir akan meningkatkan kekerasan

dan mengurangi keausan piston (Z.F. Zhang, et.al., 2006). Unsur Magnesium

berkorelasi dengan peningkatan SiC. Unsur magnesium bertambah dapat

meningkatkan pembasahan antara matrik dan penguat dengan cara menurunkan

tegangan permukaaan antara keduanya (Lutfi & Sukron., 2010). Unsur

40

45

50

55

60

65

70

75

80

0 2 4 6

Nil

ai

Kek

erasa

n (

HR

B)

Komposisi Campuran Piston Komposit

A1 A2 A3 A

67

magnesium memberi daya lekat antara matrik dan penguat berkaitan dengan

kemampuan komposit mendistribusikan gaya luar dari matrik menuju penguat

secara merata. Daya lekat dipengaruhi penambahan Mg untuk meningkatkan sifat

mekanis aluminium matrik komposit (Geng lin et.al., 2010).

4.3.3 Uji Porositas

Uji porositas menggunakan timbangan digital digital merk sarforious.

Dengan cara menimbang pada keadaan kering dan dalam keadaan basah.

Pengujian menggunakan standart ASTM C 373-88 yang mengacu pada hukum

Archimedes (Singla et, al., 2009). Untuk pengujian porositas dilakukan di

laboratorium bahan Teknik Mesin UGM Yogyakarta yang ditunjukan pada

Gambar 4.10. Hasil uji porositas berbanding terbalik dengan pengujian

kekerasan, semakin keras dari material piston komposit, maka porositas semakin

menurun.

Gambar 4.10 Pengujian porositas

Porositas paling tinggi dimiliki oleh komposisi campuran A1 sebesar 15,16%.

Meningkatkan kandungan unsur penguat SiC menurunkan porositas yaitu pada

campuran A2 sebesar 9,5% atau menurun 37%. Porositas paling rendah dimiliki

oleh komposisi campuran A3 sebesar 6,37% atau mengalami penurunan porositas

dari komposisi campuran A2 sebesar 32%. Komposisi campuran A3 memiliki

komposisi campuran paling tinggi pada unsur SiC sebesar 18% wt SiC, dan unsur

Mg sebesar 12% wt Mg. Hasil pengujian porositas material piston komposit

ditampilkan pada Tabel 4.8.

68

Tabel 4.8 Hasil pengujian porositas spesimen material piston komposit

Porositas yang terdapat pada spesimen material piston komposit AlSi-

SiC-Mg terbentuk dari berbagai hal, mulai dari porositas saat proses

pengadukan dalam furnace stir casting. Proses stir casting pada lelehan

alumunium paduan dan serbuk penguat SiC menyerap gas pada atmosfer dan

masuk kedalam lelehan komposit. Gas terjebak menyebabkan porositas dan

menurunkan sifat mekanis. Porositas bertindak sebagai daerah konsentrasi

tegangan dan menjadi awal penyebab retak (Hashim J et.al, 2002). Porositas

dapat dihilangkan dengan proses squeeze casting, tetapi pada proses ini

tekanan terlalu kecil (Shasha et, al , 2012). Selain gas terjebak, faktor Particle

pull-out juga berpengaruh pada porositas. Particle pull-out karena pembasahan

dan kekuatan antarmuka yang kurang baik. Ikatan interface antara matrik dan

penguat rawan untuk terlepas (pull-out), sehingga menimbulkan lubang yang

mengakibatkan poros. Menurut Kwok JKM (1999), Particle pull-out

disebabkan karena proses gesekan antarmuka, seperti pada proses

pengamplasan. Partikel penguat SiC yang kurang baik berikatan dengan matrik

dapat mudah terlepas yang menimbulkan porositas.

Porositas semakin kecil menjadikan nilai kekuatan mekanis lebih tinggi.

Pertambahnya penguat SiC dan unsur Mg mulai dari 5, 11, dan 18% wt SiC

dan 5, 9, dan 12% wt Mg menurunkan porositas, dimana bisa dilihat pada

Gambar 4.11. Porositas banyak terjadi pada daerah interface atau antarmuka

matrik dan penguat yang ditampilkan pada Gambar 4.12a. Butiran SiC tidak

terbasahi oleh matrik aluminium disebabkan partikel SiC berbentuk irreguler

Komposisi piston komposit Hasil Uji Porositas (%)

90% PB + 5 % SiC + 5% Mg (A1) 15,16

80% PB + 11% SiC + 9% Mg (A2) 9,5

70% PB + 18 % SiC + 12% Mg (A3) 6,37

Kontrol

(Piston Daihatsu Hijet -1000) (A) 2,357

69

dan bersudut (Gupta M, et,al, 1995), dan rendahnya unsur Mg sebagai wetting

agent (Lutfi & Sukron., 2010).

Gambar 4.11 Hasil Pengujian porositas material piston komposit

Clustering dapat menyebabkan porositas. Berkumpulnya butiran SiC

menyebabkan wilayah tengah cluster tersebut tidak dapat terbasahi oleh matrik

alumunium. Partikel penguat dalam suatu lelehan logam pada pengecoran

material komposit cenderung membentuk cluster (Hashim J et.al, 2002).

Cluster dihilangkan dengan meningkatkan kecepatan putaran stir casting, pada

putaran 200 rpm belum mampu meratakan partikel SiC. Cluster memiliki

daerah yang tidak mampu terbasahi matrik aluminium (daerah tengah),

sehingga daerah ini banyak terjadi poros dan tidak memiliki daerah antarmuka.

Porositas diakibatkan cluster diperlihatkan pada Gambar 4.12b.

Gambar 4.12 Penyebab porositas a) interface, dan b) Cluster

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 2 4 6

Poro

sita

s (%

)

Komposisi Campuran Piston Komposit

A1 A2 A3 A

Porositas

interface

Cluster

(A) (b)

70

4.3.4 Uji Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX)

Uji EDX untuk mengetahui senyawa kimia yang terkandung pada spesimen.

Karakterisasi ini bergantung pada interaksi beberapa eksitasi sinar X dengan

spesimen. Pengujian EDX diambil dari foto SEM dengan titik pengambilan yang

sama. Pengamatan SEM pada komposisi campuran A1, A2, A3, dan A tampak

adanya penguat SiC. Terdapat pula spektrum warna lain yang memungkinkan

adanya endapan (persipitat).

Gambar 4.13 Foto SEM untuk pengambilan titik uji EDX pada spesimen A1

Gambar 4.13 menunjukan titik pengambilan uji EDX pada spesimen A1 untuk

mendapatkan hasil komposisi kimia. Kandungan unsur SiC mendominasi

campuran komposisi sebesar 59,8. Unsur karbon (C) 28,29% , unsur Mg sebesar

2,89%, unsur Fe 6,65%, dan unsur Al 2,89%, hasil ini diperlihatkan pada Tabel

4.9. Spesimen A1dilihat dari grafik Gambar 4.14. Puncak –puncak menunjukan

unsur elemen yang paling besar.

Tabel 4.9 Hasil pengujian EDX spesimen material piston komposit

Spesimen Elemen %

SiO2 C MgO Al2O3 FeO O Total

A1 59,28 28,89 2,29 2,89 6,65 - 100

A2 31,00 13.96 4,44 48,68 1,92 - 100

A3 44,26 20,42 0,22 33,88 1,22 - 100

A 20,03 (Si) 79,97 (Al) - 100

20 µm20 µm20 µm20 µm20 µm

71

Puncak –puncak pada grafik memperlihatkan senyawa silikon oksida (SiO2)

paling tinggi pada energi 1.739 kiloelectron-volts (keV). Dibawahnya unsur

karbon (C) dan unsur besi (Fe). Unsur alumunium oksida (Al2O3) dan unsur

Magnesium oksida memiliki puncak paling rendah. Tinggi dan rendahnya puncak

pada grafik sesuai dengan besarnya komposisi senyawa (ASM Vol 9, 2004).

Gambar 4.14 Grafik hasil uji EDS pada komposisi spesimen A1

Pengambilan titik uji EDS pada spesimen A2 diperlihatkan pada foto SEM

Gambar 4.15. Hasil foto SEM menampakan unsur SiC terselimuti unsur

alumunium dan hampir merata, tetapi SiC masih sedikit yang terbuka

permukaanya.


0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00

keV

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Counts

CK

aO

Ka

MgK

aA

lKa

SiK

a

FeL

lF

eLa

FeK

esc

FeK

a

FeK

b

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00

keV

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Counts

CK

aO

Ka

MgK

aA

lKa

SiK

a

FeL

lF

eLa

FeK

esc

FeK

a

FeK

b


72

Puncak tertinggi menunjukan unsur Al2O3 dengan komposisi sebanyak

48,68%, kemudian tertinggi nomor dua dimiliki unsur SiO2 sebesar 31,00.

Kandungan senyawa mendominasi komposisi campuran pada spesimen A2

dengan diperkuat hasil foto SEM pada grafik Gambar 4.16. Bertambahnya

kandungan Mg yang diperlihatkan pada puncak grafik yang semakin tinggi,

meningkatkan ikatan interface pada matrik dan penguat, karena Mg sebagai

wetting agent (Lutfi & Sukron., 2010). Wetting agent pada unsur Mg

meningkatkan terbentuknya unsur Al2O3 dan SiO2. Unsur karbon (C) puncaknya

lebih rendah dari pada puncak pada spesimen A1, dimana unsur karbon memiliki

komposisi sebesar 13.96%. Menurunya unsur karbon diikuti rendahnya unsur besi

(Fe). Fe memiliki kandungan komposisi sebesar 1,92%.


Kandungan komposisi spesimen A3 memiliki kandungan 70% PB + 18 %

SiC + 12% Mg. Hasil uji EDS memperlihatkan kandungan unsur SiC paling besar

yaitu 44,26% yang ditampilkan pada Tabel 4.9, dan puncak lebih tinggi,

bagaimana bisa dilihat pada Gambar 4.17. Puncak tertinggi kedua dimiliki unsur

Al2O3 sebesar 33,88% dan ketiga unsur C sebesar 20,42%. Hasil uji EDS sesuai

dengan bertambahnya kandungan unsur SiC dan Mg pada spesimen A1. Puncak

paling rendah dimiliki unsur Fe dengan kandungan komposisi 1,22% dan unsur

MgO sebesar 0,22%. Rendahnya kandungan unsur MgO disebabkan meratanya

matrik alumunium yang menyelimuti penguat SiC, sehingga kandungan Mg

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00

keV

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Counts

CK

aO

Ka

MgK

aA

lKa

SiK

a

FeL

lF

eL

a

FeK

esc

FeK

a

FeK

b

73

melapisi permukaan SiC untuk membentuk interface yang baik dan mengurangi

tegangan permukaaan antara keduanya (Lutfi & Sukron., 2010)


Pengambilan uji EDS pada titik foto uji SEM, sehingga mewakili komposisi

campuran pada spesimen A3. Hasil foto SEM spesimen A3 yang diperlihatkan

pada Gambar 4.18 menampakan unsur SiC hampir seluruhnya diselimuti unsur

aluminium, dan ini lebih merat dibandingkan foto SEM pada spesimen A2. Unsur

aluminium berwarna putih dan unsur SiC berwarna hitam berbentuk menyudut.

Uji EDX posisi penembakan sinar X menganai dua unsur yang dominan pada

komposisi campuran ini.



0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00

keV

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Cou

nts

CK

aO

Ka

MgK

aA

lKa

SiK

a

FeL

lF

eLa

FeK

esc

FeK

a

FeK

b

74

Hasil uji EDS pada piston Daihatsu Hijet-1000 untuk kandungan komposisi

kimia tidak sesuai dengan hasil uji komposisi kimia dengan spektrometri.

Ketidaksamaan komposisi kimia dikarenakan pengambilan pada titik uji yang

berbeda. Titik uji EDS pada piston asli ditunjukan pada Gambar 4.19 yang

merupakan hasil uji foto SEM.

Gambar 4.19 Foto SEM untuk pengambilan titik uji EDX pada Piston Daihatsu

Hijet-1000

Pengujian EDS waktu yang digunakan 78.92 sec dan energi sebesar

20.0 kV, untuk energi yang digunakan pada Al 1,486 dan Si 1,739 keV. Unsur

yang dihasilkan terdiri dari unsur Al sebesar 79.97 % dan unsur Si sebesar

20.03 %. Unsur dua ini memiliki puncak-puncak paling tinggi yang ditunjukan

pada Gambar 4.20, Semakin tinggi dari puncak pada grafik EDX memiliki

unusr paling tinggi (ASM Vol 9, 2004). Unsur Al memiliki puncak paling

tinggi dan dibawahnya unsur Si, hasil sesuai dengan kandungan komposisi

kimia yang diperlihatkan pada tabel diatas. Analisis komposisi menggunakan

EDS, unsur Si yang terkandung dalam suatu material, mempengaruhi nilai

kekerasan. Nilai kandungan unsur Si pada piston asli pada daerah

Hypoeutectic, daerah Eutectic dan daerah Hypereutectic nilai kekerasan yang

dihasilkan berbeda, Sesuai dengan buku. (ASM International, 2004). Kompisisi

Al-Si Hypoeutectic dimana memiliki fasa Primer dendritik α-aluminium.

(Muhammad HH, 2008 ).

100 µm100 µm100 µm100 µm100 µm

75

Gambar 4.20 Garfik hasil uji EDS pada komposisi piston Daihatsu Hijet-

1000

0.00 3.00 6.00 9.00 12.00 15.00 18.00 21.00

keV

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

Counts

AlK

aS

iKa

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4digilib.unimus.ac.id/files/disk1/154/jtptunimus-gdl...Terlihat unsur magnesium membasahi permukaan silikon karbida dengan warna hitam dan mengikilat.

Documents