102-60-1-PB

JURNAL AUSTENIT VOLUME 2, NOMOR 1, APRIL 2010

dq

1

PENGARUH KOMPAKSI DAN HOLDING TIME TERHADAP DENSITASPADUAN ALUMINIUM/FLY ASH YANG DIBUAT DENGAN

METALLURGI SERBUK

Dicky SepriantoJurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri SriwijayaJl.Srijaya Negara Bukit Besar Palembang 30139

Telp: 0711-353414, Fax: 0711-453211E-mail: [email protected]

RINGKASAN

Fly ash merupakan residu dari hasil pembakaran batubara yang dapat dimanfaatkandalam paduan aluminium. Pada penelitian ini dibuat paduan aluminium dengan flyash yang menggunakan metode metallurgi serbuk. Serbuk aluminium diperoleh dariMerck German berbentuk irreguler dan ukuran partikel yang homogen sedangkanserbuk fly ash diperoleh dari sisa pembakaran pada proses forging dibengkelmekanik Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Sriwijaya. Serbuk aluminiumdicampur dengan berat fraksi fly ash sebesar 5% selama 2 jam kemudian dipadatkandengan tekanan pemadatan (kompaksi) 139 N/mm2, 207 N/mm2 dan 275 N/mm2

menggunakan metode cold isostatic pressing. Green body yang dihasilkan disinterdengan suhu 550oC dan waktu penahanan suhu (holding time) 60, 120 dan 180menit. Densitas teoritis dihitung dengan menggunakan persamaan rule of mixture(ROM) sedangkan pengujian densitas aktual menggunakan teori Archimedes. Hasilpengujian densitas dari paduan aluminium/fly ash, menunjukkan nilai densitasmeningkat seiring dengan naiknya tekanan pemadatan (kompaksi) dan lamanyawaktu penahan suhu sinter (holding time).

Kata kunci: Aluminium, fly ash, kompaksi, holding time, dan densitas

PENDAHULUANAbu terbang (fly ash) merupakanlimbah padat yang dihasilkan olehpembakaran batubara pada prosesforging dan pembangkit listrik tenagauap berbahan bakar batu bara.Jumlahnya di Indonesia sangat banyak,pada tahun 2006 mencapai 3,3 juta tondan akan terus meningkat, limbah iniperlu mendapat perhatian yang seriuskarena berpotensi besar menjadimasalah lingkungan, bahkanKementerian Lingkungan Hidup (KLH)telah menetapkannya sebagai BahanBerbahaya dan Beracun (B3) karenakandungan logam-logam berat yangbersifat toksik. Namun di sisi lain, telahdiketahui pula bahwa fly ash

mengandung unsur-unsur sebagaibahan agregat dan beberapa logamyang mempunyai nilai tinggi, sehinggaabu terbang mempunyai potensi untukdimanfaatkan [1].

Berbagai penelitian telah banyakdilakukan dengan harapan, bukan sajadapat mengatasi masalah lingkungan diPLTU berbahan bakar batu bara, tetapisekaligus dapat memberi nilai tambahterhadap limbah. Hal itu merupakanbagian penting dari konsep sustainableproduction (memanfaatkan danmemberi nilai tambah pada limbahindustri). Konsep sustainableproduction adalah konsep industri masa

VOLUME 2, NOMOR 1, APRIL 2010 JURNAL AUSTENIT

2dq

depan yang sangat penting, terutamabagi dunia industri [2].Aluminium merupakan salah satulogam non ferrous yang memilikibanyak keistimewaan antara lain tahankorosi, konduktivitas thermal yang baik,ringan serta sifat dekoratif, sehinggabanyak digunakan dalam industriotomotif. Pada saat ini fly ashmempunyai nilai ekonomis yang rendahsehingga pemanfaatan material yangdibuat dengan paduan aluminium fly-ash (ALFA) sangat menguntungkandilihat dari segi ekonomi dibandingkandengan paduan yang lain. Serbukaluminium sebagai matrik dan fly ashsebagai penguat merupakan paduanlogam yang dapat dibuat denganmetode serbuk. Keuntungannyaadalah pembuatan komponen relatiflebih murah, produk yang dihasilkanlangsung dapat digunakan dengansedikit proses permesinan serta dapatdiproduksi dalam skala kecil maupunbesar.

Proses metallurgi serbuk umumnyamenghasilkan porositas padaproduknya, yang berpengaruh terhadapsifat fisis dan mekanisnya. Proses laindalam pembuatan paduan adalahdengan pengecoran akan tetapi padaproses pengecoran mempunyaikendala yaitu sulit membuat paduanyang homogen, karena partikel penguatbiasanya mengendap atau mengapungyang disebabkan perbedaan beratjenis.

Pembuatan paduan aluminium-fly ash(ALFA) menggunakan teknik gravitydan squeeze casting terdapat kekurangseragaman distribusi fly ash [3]. Olehkarena itu pada penelitian ini penulismencoba meneliti paduan yang dibuatdari serbuk aluminium sebagai matrikdan fly ash sebagai penguat dengan

cara pressureless sintering (kompaksidan sintering dilakukan tidak secarabersamaan). Fly ash mempunyai titiklebur sekitar 1300oC [4] danberdasarkan uji komposisi kimia fly ashmengandung CAS (CaO-Al203-SiO2)dalam jumlah besar [5]. Prosespembuatan paduan aluminium/fly ashdengan menggunakan metode serbukpada secara umum dapat dibagimenjadi 4, yaitu :

1. Persiapan serbuk fly ash (Shievingdan kalsinasi)

2. Proses pencampuran(blending/mixing)

3. Proses kompaksi4. Proses Sintering

Penelitian ini dilakukan untukmengetahui pengaruh tekananpemadatan pada pembuatan greenbody (kompaksi) dan waktu penahansuhu pada proses sinter (holding time)dalam pembuatan paduanaluminium/fly ash terhadap densitaspaduan dengan proses menggunakanmetode metallurgi serbuk.

METODOLOGI PENELITIANPengertian metode penelitian secaraumum adalah membahas bagaimanasecara berurut suatu eksperimendilakukan, yaitu dengan alat apa danprosedur bagaimana suatu penelitiandilakukan. Parameter yangberpengaruh terhadap karakteristikpaduan aluminium/fly ash sangatbanyak. Pada penelitian ini parameteryang dipilih adalah variasi tekananpemadatan (kompaksi) sebesar 139,207 dan 275 N/mm2 dan waktupenahanan suhu sinter (holding time)sebesar 60, 120 dan 180 menitterhadap densitas spesimen paduandengan fraksi penguat fly ash 5% padasuhu sinter 550 oC.

JURNAL AUSTENIT

dq

Fly ash terlebih dahulu dikalsinasi padatemperatur 900 oC, selama 3dengan tujuan untuk menghilangkansenyawa yang mudah menguap,sehingga lost of ignationsintering dapat dihindari.sebelum dikalsinasi berwarna abusedangkan setelah dikalsinasiberwarna merah mudapada gambar 2 dan 3.

Gambar 2. Fly ash sebelum dikalsinasi

VOLUME 2

Gambar 1 Diagram alir penelitian

terlebih dahulu dikalsinasi padaC, selama 3 jam

dengan tujuan untuk menghilangkansenyawa yang mudah menguap,

ignation pada saatsintering dapat dihindari. Fly ashsebelum dikalsinasi berwarna abu-abusedangkan setelah dikalsinasiberwarna merah muda ditunjukkan

sebelum dikalsinasi

Setelah proses kalsinasi selesaiselanjutnya fly ashmenggunakan Shieving Machine MerkRETSCH dengan ukuran tingkatanterendah sebesar 0.050 mm sehinggadiperoleh serbuk fly ash≤ 50µm.

Gambar 3. Fly Ash

2, NOMOR 1, APRIL 2010

3

Setelah proses kalsinasi selesaifly ash diayak dengan

Shieving Machine Merkdengan ukuran tingkatan

sebesar 0.050 mm sehinggafly ash dengan ukuran

Fly Ash setelah dikalsinasi


4dq

Proses selanjutnya adalah menentukanberat masing-masing serbuk dengancara ditimbang menggunakantimbangan digital acis precision balanceAD 300. Fraksi berat fly ash sebagaipenguat sebesar 5 % dari paduanserbuk dengan komposisi berat serbukaluminium sebesar 209 gr dan serbukfly ash sebesar 11 gr, sehingga didapatpaduan serbuk dengan total berat 220gr.

Setelah proses penimbangan serbukselesai kemudian dilakukanpencampuran serbuk dengan tujuanuntuk menggabungkan material serbukyang mempunyai sifat kimia yangberbeda. Paduan serbuk aluminiumdan fly ash yang telah ditimbang,dimasukkan ke dalam tabung keramikdan dilakukan proses blending/mixingmenggunakan Ball Mill MerkGroschopp Viersen FRG pada gambar4 selama 2 jam, dalam keadaan keringsehingga didapat campuran yangmerata dan homogen.

Gambar 4. Proses blending/mixing

Serbuk campuran dimasukkan kedalam cetakan berbentuk silinder,sebelum serbuk mengalami penekanandalam cetakan terlebih dahulu ditatasupaya mempermudah prosespenekanan. Metode penekanan yangdigunakan dalam penelitian ini adalahcold compaction, menggunakan fortalhydraulic press machine dengan variasigaya penekanan sebesar 2, 3 dan 4dengan ukuran skala ton, prosespenekanan ditunjukkan pada gambar 5.

Gambar 5. Proses penekanan paduan serbuk

Proses sinter terhadap green bodydilakukan dalam Mafle Furnace (merkNabertherm) dengan suhu sinter 550 0Cdengan kenaikan suhu rata-rata1 oC/detik yang dimulai dari suhu ruang.Lama waktu penahan suhu sinter(holding time) divariasikan 60, 120 dan180 menit. Pemanasan dilakukan padasuhu 0,7 sampai 0,8 Tm (melting

temperature) dalam skala absoluteyang disebut dengan solid statesintering atau solid phase sinteringkarena logam masih dalam keadaanpadat selama proses [6]. Spesimenhasil sinter ditunjukkan pada gambar 6.

Cetakan


dq

5

Gambar 6. Spesimen hasil proses sinter

HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISADATASetelah dilakukan pengujian-pengujianterhadap spesimen paduan serbukaluminium dengan fly ash didapat data-data hasil pengujian yang akandianalisa, sehingga dapat diketahuipengaruh tekanan pemadatan

(kompaksi) dan waktu penahanan suhusinter (holding time) pada spesimen ujidari paduan aluminium/5% fly ash yangdiproduksi dengan metode metallurgiserbuk terhadap densitas.

Hasil pengujian densitas aktualspesimen paduan didapat dengan teoriArchimedes, yaitu dengan caramenimbang paduan diudara (Wudara),kemudian ditimbang dalam air (Wfluida).Pengujian densitas dilakukan sebanyak3 kali pengulangan. Data hasilpengujian spesimen dianalisamenggunakan analysis of variance(ANOVA). Hasil dari ANOVA terhadappengaruh kompaksi dan holding timepada respon (densitas) dapat dilihatpada tabel 1.

Tabel 1. Analysis of variance (ANOVA) untuk densitas spesimen uji

Response 3 DENSITASANOVA for selected factorial model

Analysis of variance table

SourceSum of

dfMean F F*

Squares Square Value (=0.05)Model 2.30 3 0.77 347.73 4.07 significantA-Kompaksi 1.56 1 1.56 706.10 5.32B-Holding time 0.60 1 0.60 271.02 5.32AB 0.15 1 0.15 66.08 5.32Pure Error 0.018 8 2.2056E-03Cor Total 2.32 11

Dari hasil ANOVA pada tabel 1,diperoleh bahwa faktor A dan B sertainteraksi AB mempunyai pengaruhyang signifikan terhadap respon(densitas), hal ini dibuktikan denganFvalue (FHitung) > F* (FTabel) dengan=0.05, sedangkan pengaruh terbesaradalah faktor A (kompaksi). Persentasekontribusi faktor terhadap nilai densitasspesimen uji yaitu :

( )

=(1.56 − 2.2056)

2.32= 67.08%

(ℎ )

=(0.60 − 2.2056E − 03)

2.32= 25.69%

Seiring dengan kenaikan tekananpemadatan (kompaksi) dan waktupenahanan suhu sinter (holding time)maka nilai densitas spesimen uji akannaik. Hubungan antara kompaksi danholding time terhadap densitasspesimen uji paduan aluminium/5% flyash ditunjukkan pada gambar 7 dan 8.Hal ini dikarenakan denganmeningkatnya tekanan pemadatan(kompaksi), maka green body yangterbentuk akan semakin padatsehingga porositas akan berkurang.

Peningkatan tersebut disebabkan olehsifat logam aluminium sebagai matrikyang bersifat ulet dan memiliki sifat


6dq

plastis yang mengakibatkan terjadinyaperubahan bentuk. Perubahan bentukkarena tekanan akan mendorongserbuk-serbuk mengisi ruang kosong didalam cetakan. Semakin lama waktupenahanan suhu sinter (holding time)maka densitas akan naik, hal ini

disebabkan dengan lamanya holdingtime akan memberikan waktu untukterbentuknya ikatan antar partikel yangsemakin kuat sehingga berpengaruhterhadap berkurangnya porositas yangmengakibatkan nilai densitasmeningkat.

Gambar 7. Pengaruh kompaksi terhadap densitas

Gambar 8. Pengaruh holding time terhadap densitas

KESIMPULANBerdasarkan hasil eksperimen dananalisa data yang dilakukan terhadappaduan aluminium/5% fly ash yangdibuat dengan metode metallurgiserbuk dengan faktor tekananpemadatan (kompaksi) dan waktupenahanan suhu sinter (holding time)

dapat diambil kesimpulan sebagaiberikut :1. Faktor kompaksi mempunyai

pengaruh paling dominan terhadapdensitas paduan aluminium/5% flyash, kedua faktor mempunyaipengaruh positif terhadap respon,sehingga dengan naiknya kompaksi


dq 7

dan holding time dapatmeningkatkan kekerasan, kuattekan dan densitas paduan.

2. Nilai densitas tertinggi sebesar3.429 gr/cm3 diperoleh padakompaksi 275 N/mm2 dan holdingtime 180 menit, berdasarkan hasilpercobaan actual yang dilakukan.Sedangkan nilai densitas minimumsebesar 2.426 gr/cm3 didapat padakompaksi 139 N/mm2 dan holdingtime 60 menit.

SARANKompaksi dan holding time sangatberpengaruh terhadap densitas paduanaluminium/%5 fly ash. Maka dari ituperlu dilanjutkan penelitian tentangpengaruh waktu penekanan (kompaksi)dan ukuran besar butir serbuk yangdigunakan dalam paduan aluminium.

DAFTAR ISI1. Muchtar Aziz, 2006, “Karakterisasi

Abu Terbang PLTU Suralayadan Evaluasinya untukRefraktori Cor”, JurnalTeknologi Mineral danBatubara, 36 (14), pp. 1-8

2. Rohatgi P.K., Weiss D., and GuptaNikhil, “Applications of flyash in synthesizing low-costmmcs for automotive andother applications”, JOM(2006): pp71-76

3. Bienas, J., Walezak, M., Surowska,B., dan Sobezak, J., 2003,“Microstructure andCorrosion Behavior ofAluminium Fly AshComposites”, Journal ofOptoelectronics andAdvanced Materials, Vo1.5,No.2, June 2003, pp.493-502.

4. Erol. M., Genc. A., Overcoglu, M.L.;Yucelen,U., Kucukbayrak,S.,dan Taptik,Y., 2000,“Characterization of Glass

Ceramic Produced fromThermal Power Plant Fly-Ash”, Journal of theEuropean Ceramic Society,20, 2209-2214.

5. Kim, J.M.dan Kim, H.S., 2004,“Processing and Propertiesof a glass from Coal Fly Asha Thermal Power PlantThought an EconomicProcess”, Journal of TheEuropean Ceramic, Society,24, 2825-2833.

6. E. Paul DeGarmo, 2003, “MaterialsAnd Processes InManufacturing”, NinthEdition, John Wiley & Sons,Inc.

7. German R.M., 1994, “PowderMettalurgy Science”, 2nd

edition, Metal PowderIndustries Federation,Princenton, New Jersey.

8. Graham Withers, 2008, “UtilizingFly Ash Particles To ReduceLow Cost Metal MatrixComposites”, Ultalite,Melbourne, Australia

9. R. Ganesh Narayanan, “PowderMetallurgy – Basic &Aplication”,http://www.iitg.ernet.in/engfac/ganu/public_html/Part2-09.pdf diunduh tanggal 21-02-2010

10. …..“Aluminium murni danpaduannya”,http://www.scribd.com/doc/25300537 diunduh tanggal15-12-2009

11. ……………“density”,http://en.wikipedia.org/wiki/Density diunduh tanggal 15-12-2009

102-60-1-PB

Documents

Transcript of 102-60-1-PB