BAB II DASAR TEORI 2 file4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Gamelan Berbahan Perunggu Bahan gamelan pada...

19
4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Gamelan Berbahan Perunggu Bahan gamelan pada umumnya terbuat dari bahan perunggu, merupakan paduan antara Tembaga (Cu) dan timah putih (Sn), sering juga disebut tin bronze. Dalam arti luas perunggu berarti paduan tembaga, timah putih, aluminium, dan berrilium. Disamping paduan utama di atas juga biasanya mengandung sedikit posfor, timah hitam, seng atau nikel. Dibandingkan dengan tembaga murni dan kuningan, perunggu merupakan paduan yang mudah dicor dan mempunyai kekuatan yang lebih tinggi, demikian juga ketahanan ausnya dan ketahanan korosinya (Gruber, 1985). Paduan tembaga dan timah dikenal sebagai paduan yang mudah di cor dan memiliki kekuatan yang cukup tinggi serta mempunyai ketahanan aus dan korosi yang baik. 2.1 Retakan Gamelan 2.2 Karakteristik Bahan Pembuatan perunggu Gamelan Bali, bahan coran yang digunakan adalah paduan tembaga dan timah putih. 2.2.1 Tembaga Sifat- sifat Tembaga: Berat Jenis : 8,9 Kg/dm 3 Suhu Lebur : 1083 0 C Warna : Merah Bidang Pecahan : Berurat Halus

Transcript of BAB II DASAR TEORI 2 file4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Gamelan Berbahan Perunggu Bahan gamelan pada...

Page 1: BAB II DASAR TEORI 2 file4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Gamelan Berbahan Perunggu Bahan gamelan pada umumnya terbuat dari bahan perunggu, merupakan paduan antara Tembaga (Cu) …

4

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Gamelan Berbahan Perunggu

Bahan gamelan pada umumnya terbuat dari bahan perunggu, merupakan paduan

antara Tembaga (Cu) dan timah putih (Sn), sering juga disebut tin bronze. Dalam arti

luas perunggu berarti paduan tembaga, timah putih, aluminium, dan berrilium.

Disamping paduan utama di atas juga biasanya mengandung sedikit posfor, timah

hitam, seng atau nikel. Dibandingkan dengan tembaga murni dan kuningan,

perunggu merupakan paduan yang mudah dicor dan mempunyai kekuatan yang lebih

tinggi, demikian juga ketahanan ausnya dan ketahanan korosinya (Gruber, 1985).

Paduan tembaga dan timah dikenal sebagai paduan yang mudah di cor dan

memiliki kekuatan yang cukup tinggi serta mempunyai ketahanan aus dan korosi

yang baik.

2.1 Retakan Gamelan

2.2 Karakteristik Bahan

Pembuatan perunggu Gamelan Bali, bahan coran yang digunakan adalah

paduan tembaga dan timah putih.

2.2.1 Tembaga

Sifat- sifat Tembaga:

Berat Jenis : 8,9 Kg/dm3

Suhu Lebur : 1083 0 C

Warna : Merah

Bidang Pecahan : Berurat Halus

Page 2: BAB II DASAR TEORI 2 file4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Gamelan Berbahan Perunggu Bahan gamelan pada umumnya terbuat dari bahan perunggu, merupakan paduan antara Tembaga (Cu) …

5

Sifat : Merupakan penghantar panas dan listrik yang baik, dalam

keadaan berpijar menjadi lunak dan mudah di bentuk sehingga sering di pakai

sebagai bahan dasar kerajinan tangan seperti kerajinan gamelan, mempunyai

sifat ulet, memiliki kekuatan yang rendah, tetapi bila di padukan dengan

unsur logam lain seperti berilium, seng, timah putih maka kekuatannya akan

meningkat, dan tahan karat di Udara.

Meningkatkan kekuatan tembaga dapat dilakukan dengan cara

pembentukan dingin (penggilingan, Perentangan, Pengempaan). Baik dalam

keadaan panas dan keadaan dingin, tembaga sangat luwes dan dapat

diregangkan, digiling, dan dimartil. Pemberian bentuk dalam keadaan panas

harus berlangsung diatas sekitar 6500C. Tembaga yang telah mengeras akibat

pemberian bentuk dalam keadaan dingin dapat dilunakan kembali dengan

pemijaran antara 3000 C hingga 700

0 C.

Tembaga diperdagangkan dalam bentuk lembaran, batang dengan

batang bulat, persegi, dan bujursangkar serta dalam aneka ragam bentuk

profil. Bentuk perdagangan lainnya : blok, lonjor, kawat, pipa. Penggunaan

tembaga biasanya pada pipa pemanasan dan pendinginan (penghantar panas

yang baik); tabung pengapian ketel pemasakan, pemanasan air mandi, tuas

solder (tahan api), penutup atap, talang atap, pipa pembuangan (tahan cuaca),

kawat penghantar, bagian perakitan untuk elektronik (penghantar listrik yang

baik), sebagai logam pemandu yang penting untuk pelindung galvanis

(Gruber, 1985), dan yang tidak kalah penting dapat dipakai sebagai kerajinan

tangan yang berkembang di Bali yaitu kerajinan gamelan.

- Kuningan (brass), paduan tembaga dengan unsur paduan utama adalah

seng:

1. Alpha brass, dengan kandungan seng tidak lebih dari 36%

2. Alpha + beta brass, dengan kandungan seng lebih dari 36%

- Perunggu (bronzes), paduan tembaga dengan unsur paduan utama selain

seng :

1. Tin brozes,dengan unsur paduan utama timah putih

2. Silicon brozes,dengan unsur paduan utama silikon

3. Aluminium brozes, dengan unsur paduan utama aluminium

4. Berrilium brozes,dengan unsur paduan utama berilium

Page 3: BAB II DASAR TEORI 2 file4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Gamelan Berbahan Perunggu Bahan gamelan pada umumnya terbuat dari bahan perunggu, merupakan paduan antara Tembaga (Cu) …

6

2.2.2 Timah Putih ( Sn, Stannum ).

Sifat- sifat timah :

Berat Jenis : 7,3 Kg/ dm3

Suhu Lebur : 232 0 C

Warna : Putih

Bidang Pecahan : Menampilkan Stuktur Kristal.

Sifat : Tahan Korosi.

Keadaan dingin timah dapat dibentuk dengan baik, namun pada suhu 2000 C ia

menjadi sangat rapuh. Timah sangat mudah dituang, timah adalah salah satu

logam pemadu yang penting (logam dudukan solder); pelindung permukaan

(lembaran putih, penimahan bagian-bagian kontruksi besi); bahan pengemasan

(stanniol untuk pembungkus coklat, keju, sabun dan sebagainya, kapsul tabung,

tabung pasta dan lain-lain); karena timah mahal maka tujuan–tujuan ini sering di

gunakan bahan lain (tiruan); pembuat barang kesenian. (Gruber, 1985).

2.3 Metalurgi Las

Karena pengelasan adalah proses penyambungan dengan menggunakan

energi panas, karena proses ini maka logam disekitar lasan mengalami siklus

termal cepat yang menyebabkan terjadinya perubahan – perubahan metalurgi yang

rumit, deformasi dan tegangan – tegangan termal. Hal ini sangat erat hubunganya

dengan ketangguhan, cacat las, retak dan lain sebagainya yang umumnya

mempunyai pengaruh yang fatal terhadap keamanan dan konstruksi las. Logam

akan mengalami pengaruh pemanasan akibat pengelasan dan mengalami

perubahan struktur mikro disekitar daerah lasan. Bentuk struktur mikro

bergantung pada temperatur tertinggi yang dicapai pada pengelasan, kecepatan

pengelasan dan laju pendinginan daerah lasan.

Pada pengelasan terdiri dari tiga bagian:

1. Logam las (weld metal) adalah bagian dari logam yang pada waktu pengelasan

mencair kemudian membeku.

2. Logam induk (base metal), dagian logam dasar dimana panas dan suhu

pengelasan tidak menyebabkan terjadinya perubahan – perubahan struktur dan

sifat.

Page 4: BAB II DASAR TEORI 2 file4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Gamelan Berbahan Perunggu Bahan gamelan pada umumnya terbuat dari bahan perunggu, merupakan paduan antara Tembaga (Cu) …

7

3. Daerah pengaruh panas disebut HAZ (Heat Affected Zone), adalah logam dasar

yang bersebelahan dengan logam las selama pengelasan mengalami pemanasan

dan pendinginan yang cepat.

Di samping ketiga pembagian utama tersebut masih ada satu daerah

khusus yang membatasi antara logam las dan daerah pengaruh panas, yang disebut

batas las (fusion line).

Gambar 2.2 Transformasi fasa pada logam hasil pengelasan

Agar suatu pelaksanaan konstruksi las dikerjakan dengan benar dan

berhasil, sehingga aman terhadap hasil yang dikerjakan, maka untuk setiap

pekerjaan las harus dimulai dengan pemilihan electroda las, proses pengelasan dan

variabel penting lainnya seperti: bentuk sambungan yang akan dikerjakan, baik

dipabrikasi maupun dilapangan, serta perlakuan panas yang akan dilakukan pada

awal dan selesainya pengelasan (anis,muhammad, 2009).

Contoh lain skema solidification cracking dissimilar welding

diperlihatkan pada gambar 2.3. Hal tersebut terletak pada bagian tebal las antara

A508 dan SS tipe 347 di pressure vessel, menggunakan filler metal 308L dengan

proses pengelasan GTAW. Sebagian besar pembekuan lasan bermodel FA

(Ferrite Austenite) dan berisikan ferit sekitar 6 – 8 FN. Pada gambar ditunjukan

pelarutan lebih banyak base metal A508, akibatnya pemadatan tersebut

membentuk fully austenit dan terjadi solidification cracking pada centerline.

Untuk itu lebih baik dilakukan control pada proses pengelasan (posisi pembakaran

dan masukan panas) supaya sukses meminimalkan dilusi dan menghindari

solidification cracking.

Page 5: BAB II DASAR TEORI 2 file4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Gamelan Berbahan Perunggu Bahan gamelan pada umumnya terbuat dari bahan perunggu, merupakan paduan antara Tembaga (Cu) …

8

Gambar. 2.3 Solidification cracking dalam dissimillar welding antara

SS tipe 347 dan A508 disambung dengan filler metal 308L

2.4 Pengelasan

Pengelasan merupakan cara efisien untuk menyambung logam, sehingga

digunakan secara luas dalam manufaktur atau dalam proses penyambungan

produk yang terbuat dari logam. Pengelasan didefinisikan sebagai proses

penyambungan material yang menghasilkan bagian yang menyatu atau tumbuh

bersama dari material dengan atau tanpa penggunaan logam pengisi sehingga

terjadi proses pengikatan antara dua material (Cary H.B, 1989).

Gambar 2.4 Pengelasan

Logam yang mengalami pengelasan akan terpengaruh akibat pemanasan,

sehingga mengalami perubahan struktur mikro disekitar daerah lasan. Bentuk

struktur mikro logam disekitar daerah lasan bergantung pada temperatur tertinggi

yang dicapai pada pengelasan, kecepatan pengelasan, dan laju pendinginan daerah

Page 6: BAB II DASAR TEORI 2 file4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Gamelan Berbahan Perunggu Bahan gamelan pada umumnya terbuat dari bahan perunggu, merupakan paduan antara Tembaga (Cu) …

9

lasan. Struktur mikro logam mengalami perubahan, sifat mekanik logam tersebut

juga akan mengalami perubahan. Daerah logam yang mengalami perubahan

struktur mikro akibat mengalami pemanasan dari pengelasan disebut Daerah

Pengaruh Panas (DPP) atau Heat Affected Zone (HAZ). Perubahan struktur mikro

dapat diteliti dengan pemeriksaan metalografi, dan perubahan sifat mekanik dapat

di teliti dengan pengujian mekanik yang dilakukan dengan uji ketangguhan.

2.4.1 Las gas ( Asetilin)

Las gas adalah cara pengelasan di mana panas yang digunakan untuk

pengelasan diperoleh dan nyala api pembakaran bahan bakar gas dengan oksigen

(zat asam). Bahan bakar gas yang biasa digunakan pada pengelasan gas adalah gas

asetilin (gas karbit). Pekerjaan yang tidak memerlukan suhu terlalu tinggi

digunakan jenis gas lain misalnya propan, gas alam (methan) dan LPG (Liquid

Petroleum Gas) (Cary H.B, 1989). Gas-gas tersebut mempunyai nilai panas yang

lebih rendah dari gas asetilin. Las gas yang menggunakan bahan bakar asetilin

lebih populer disebut las asetilin atau las oksi-asetilin atau las karbit.

Las asetilin (las karbit) merupakan cara pengelasan dengan menggunakan

nyala api yang didapat dari pembakaran gas asetilin dan oksigen (zat asam).

Seperti halnya cara pengelasan yang lain, las asetilin digunakan untuk

menyambung dua bagian logam secara permanen. Penyambungan dua logam ini,

dapat dilakukan tanpa bahan pengisi atau dengan tambahan bahan pengisi. Hal ini

bergantung pada ketebalan pelat yang disambungkan dan jenis sambungan yang

diinginkan. Selain digunakan untuk menyambung dan menyolder las asetilin

dipakai juga untuk pemotongan logam.

Gambar 2.5 Susunan Las Gas (Cary H.B, 1989)

Page 7: BAB II DASAR TEORI 2 file4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Gamelan Berbahan Perunggu Bahan gamelan pada umumnya terbuat dari bahan perunggu, merupakan paduan antara Tembaga (Cu) …

10

Sambungan Las

Sambungan las adalah pertemuan dua tepi atau permukaan benda yang disambung

dengan proses pengelasan.

2.4.2 Jenis sambungan

Terdapat lima jenis sambungan yang biasa digunakan untuk menyatukan dua

bagian benda logam, seperti dapat dilihat dalam gambar 2.6

Gambar 2.6 Lima Jenis Sambungan yang Biasa Digunakan Dalam Proses Pengelasan

a. Sambungan tumpu (butt joint); kedua bagian benda yang akan disambung

diletakkan pada bidang datar yang sama dan disambung pada kedua

ujungnya;

b. Sambungan sudut (corner joint); kedua bagian benda yang akan disambung

membentuk sudut siku-siku dan disambung pada ujung sudut tersebut;

c. Sambungan tumpang (lap joint); bagian benda yang akan disambung saling

menumpang (overlapping) satu sama lainnya;

d. Sambungan T (tee joint); satu bagian diletakkan tegak lurus pada bagian yang

lain dan membentuk huruf T yang terbalik;

Sambungan tekuk (edge joint); sisi-sisi yang ditekuk dari ke dua bagian yang

akan disambung sejajar, dan sambungan dibuat pada kedua ujung bagian tekukan

yang sejajar tersebut.

2.4.3 Jenis Pengelasan

Setiap jenis sambungan yang disebutkan di atas dapat dibuat dengan

pengelasan. Proses penyambungan yang lain dapat juga digunakan, tetapi

Page 8: BAB II DASAR TEORI 2 file4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Gamelan Berbahan Perunggu Bahan gamelan pada umumnya terbuat dari bahan perunggu, merupakan paduan antara Tembaga (Cu) …

11

pengelasan merupakan metode penyambungan yang paling universal. Berdasarkan

geometrinya, pengelasan dapat dikelompokkan sebagai berikut :

- Pengelasan jalur (fillet weld); digunakan untuk mengisi tepi pelat pada

sambungan sudut, sambungan tumpang, dan sambungan T dalam gambar 2.7

Logam pengisi digunakan untuk menyambung sisi melintang bagian yang

membentuk segitiga siku-siku;

Gambar 2.7 Beberapa Bentuk Pengelasan Jalur

- Pengelasan alur (groove welds); ujung bagian yang akan disambung dibuat

alur dalam bentuk persegi, serong (bevel), V, U, dan J pada sisi tunggal atau

ganda, seperti dapat dilihat dalam gambar 2.8 Logam pengisi digunakan

untuk mengisi sambungan, yang biasanya dilakukan dengan pengelasan busur

dan pengelasan gas;

Gambar 2.8 Beberapa Bentuk Pengelasan Alur

- Pengelasan sumbat dan Pengelasan slot (plug and slot welds); digunakan

untuk menyambung pelat datar seperti dapat dilihat dalam gambar 2.9 dengan

membuat satu lubang atau lebih atau slot pada bagian pelat yang diletakkan

paling atas, dan kemudian mengisi lubang tersebut dengan logam pengisi

sehingga kedua bagian pelat melumer menjadi satu;

Page 9: BAB II DASAR TEORI 2 file4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Gamelan Berbahan Perunggu Bahan gamelan pada umumnya terbuat dari bahan perunggu, merupakan paduan antara Tembaga (Cu) …

12

Gambar 2.9 (a) Pengelasan Sumbat dan (b) Pengelasan Slot

- Pengelasan titik dan pengelasan kampuh (spot and seam welds); digunakan

untuk sambungan tumpang seperti dapat dilihat dalam gambar 2.10

Pengelasan titik adalah manik las yang kecil antara permukaan lembaran atau

pelat. Pengelasan titik diperoleh dari hasil pengelasan resistansi listrik.

Pengelasan kampuh hampir sama dengan pengelasan titik, tetapi Pengelasan

kampuh lebih kontinu dibandingkan dengan pengelasan titik.8

Gambar 2.10 (a) Pengelasan Titik dan (b)Pengelasan Kampuh

- Pengelasan lekuk dan Pengelasan rata (flange and surfacing welds);

ditunjukkan dalam gambar 2.11 Pengelasan lekuk dibuat pada ujung dua atau

lebih bagian yang akan disambung, biasanya merupakan lembaran logam atau

pelat tipis, paling sedikit satu bagian ditekuk (gambar 2.11a). Pengelasan

datar tidak digunakan untuk menyambung bagian benda, tetapi merupakan

lapisan penyakang (ganjal) logam pada permukaan bagian dasar.

Gambar 2.11 (a) Pengelasan Lekuk dan (b) Pengelasan Rata

Page 10: BAB II DASAR TEORI 2 file4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Gamelan Berbahan Perunggu Bahan gamelan pada umumnya terbuat dari bahan perunggu, merupakan paduan antara Tembaga (Cu) …

13

2.5 Proses Perlakuan Panas

Perlakuan panas (Heat Treatment) adalah salah satu proses untuk

mengubah struktur logam dengan jalan memanaskan spesimen pada tungku, pada

temperatur rekrestalisasi selama periode waktu tertentu kemudian didinginkan

pada media pendingin seperti udara, air dan dapur yang masing-masing

mempunyai kerapatan pendingin yang berbeda-beda.

Sifat-sifat logam terutama sifat mekanik yang sangat dipengaruhi oleh

struktur mikro logam disamping komposisi kimianya, contohnya suatu logam atau

paduan akan mempunyai sifat mekanis yang berbeda-beda bila struktur mikronya

diubah. Dengan adanya pemanasan atau pendinginan dengan kecepatan tertentu

maka bahan-bahan logam dan paduan memperlihatkan perubahan strukturnya. Hal

ini dapat dilihat dari diagram pendinginan, diagram pendinginan merupakan

diagram yang memetakan kondisi struktur mikro melalui dua variabel utama yaitu

temperature dan cooling rater disebut juga diagram Cooling continous

transformation (CCT). Diagram ini berguna untuk mendapatkan sifat mekanik

tertentu dan mikro struktur tertentu yang terbentuk pada suatu periode perlakuan

panas pada temperatur konstan serta diikuti dengan pendinginan yang berlanjut.

a. Annealing

Proses Annealing atau melunakkan adalah proses pemanasan logam diatas

temperatur kritis selanjutnya dibiarkan beberapa lama sampai temperatur

merata disusul dengan pendinginan secara perlahan-lahan dijaga agar

temperatur bagian luar dan dalam kira-kira sama hingga diperoleh struktur

yang diinginkan dengan media pendingin udara.

Tujuan proses annealing :

1. Melunakkan material logam

2. Menghilangkan tegangan dalam / sisa

3. Memperbaiki butir-butir logam.

Proses rekristalisasi annealing sering digunakan untuk material hasil

pengerjaan dingin dan pengerjaan panas. Bila logam yang setelah mengalami

pengerjaan dingin dipanaskan kembali maka atom-atom akan menerima

Page 11: BAB II DASAR TEORI 2 file4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Gamelan Berbahan Perunggu Bahan gamelan pada umumnya terbuat dari bahan perunggu, merupakan paduan antara Tembaga (Cu) …

14

sejumlah energi panas yang dapat dipakai untuk bergerak membentuk sejumlah

kristal yang lebih bebas cacat dan lebih bebas tegangan dalam. Annealing

terdiri dari tiga bagian yaitu pemulihan (recovery), rekristalisasi

(recrystallization), dan pertumbuhan butir (grain growth).

Gambar 2.12 Skema Representasi dari Cold worked - Proses Annealing (Avner, 1974)

b. Normalizing

Normalizing adalah suatu proses pemanasan logam hingga mencapai fase

austenit yang kemudian didinginkan secara perlahan-lahan dalam media

pendingin udara. Hasil pendingin ini berupa perlit dan ferit namun hasilnya jauh

lebih mulus dari anneling. Prinsip dari proses normalizing adalah untuk

melunakkan logam.

c. Quenching (pengerasan)

Proses quenching atau pengerasan adalah suatu proses pemanasan logam

sehingga mencapai batas austenit yang homogen. Untuk mendapatkan

kehomogenan ini maka austenit perlu waktu pemanasan yang cukup. Selanjutnya

secara cepat logam tersebut dicelupkan ke dalam media pendingin, tergantung

pada kecepatan pendingin yang kita inginkan untuk mencapai kekerasan logam.

Waktu pendinginan yang cepat pada fase austenit tidak sempat berubah

menjadi ferit atau perlit karena tidak ada kesempatan bagi atom-atom karbon yang

telah larut dalam austenit untuk mengadakan pergerakan difusi dan bentuk

sementit oleh karena itu terjadi fase yang mertensit, ini berupa fase yang sangat

keras dan bergantung pada keadaan karbon.

Page 12: BAB II DASAR TEORI 2 file4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Gamelan Berbahan Perunggu Bahan gamelan pada umumnya terbuat dari bahan perunggu, merupakan paduan antara Tembaga (Cu) …

15

Mendapatkan ketangguhan yang diinginkan, maka dilakukan proses

quenching. Media quenching yang biasa dipergunakan diantaranya:

2.1. Air

Sangat umum digunakan sebagai quenching, dan juga mudah diperoleh

sehingga tidak ada kesulitan dalam pengambilan dan penyimpanan

Panas jenis dan konduktivitas termal tinggi, sehingga kemampuan

mendinginkannya tinggi

Dapat mengakibatkan distorsi

Digunakan untuk benda-benda kerja yang simetris dan sederhana.

2.2. Dapur

Laju pendinginan lebih lambat dibandingkan air/udara

Pendinginan dilakukan dengan mendiamkan benda kerja di dalam media

dapur pemanas.

2.3. Udara

Distorsi bisa diabaikan

Pendinginan dilakukan dengan mendiamkan benda kerja di dalam

ruangan.

d. Tempering

Proses tempering adalah pemanasan logam sampai temperatur sedikit di

bawah temperatur kritis, kemudian didiamkan dalam tungku dan suhunya

dipertahankan sampai merata. Selanjutnya didinginkan dalam media pendingin. Jika

kekerasan turun, maka kekutan tarik turun pula. Dalam hal ini keuletan dan

ketangguhan akan meningkat.

2.6. Waktu Penahanan (Holding time)

Paduan perunggu dilakukan perlakuan panas untuk memperoleh sifat

ketangguhan yang tinggi dengan beberapa tahap proses yaitu: pemanasan awal,

pemanasan lanjut, penahanan waktu suhu stabil, dan pendinginan. Ketangguhan

yang dapat dicapai tergantung pada struktur kristal pada paduan perunggu,

temperatur pemanasan, holding time dan laju pendinginan yang dilakukan pada

proses perlakuan panas. Ketangguhan paduan perunggu yang dicapai dengan

Page 13: BAB II DASAR TEORI 2 file4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Gamelan Berbahan Perunggu Bahan gamelan pada umumnya terbuat dari bahan perunggu, merupakan paduan antara Tembaga (Cu) …

16

holding time dengan cara melakukan penahanan suhu supaya pemanasan menjadi

lebih homogen.

2.7 Pembekuan Logam

Kristalisasi yaitu proses pembentukan kristal, yang terjadi pada saat

pembekuan, perubahan fase dari fase cair ke fase padat. Dilihat dari mekanismenya,

kristalisasi terjadi melalui dua tahap:

1. Pembentukan inti atau pengintian (nucleation)

2. Pertumbuhan kristal (crystal growth)

Temperatur logam dalam keadaan cair relatif tinggi dan atom memiliki energi

cukup banyak sehingga mudah bergerak, tidak ada pengaturan letak atom relatif

terhadap atom lain. Temperatur turun maka energi atom makin rendah dan makin

bergerak dan mulai mencari/mengatur kedudukannya relatif terhadap atom lain,

mulai membentuk lattice.

Inti-inti ini akan menjadi pusat dari proses kristalisasi selanjutnya.

Temperatur turun makin banyak atom yang bergabung dengan inti yang sudah ada

untuk membentuk inti baru. Setiap inti akan tumbuh dengan menarik atom-atom lain

dari cairan atau dari inti yang tidak sempat tumbuh, untuk mengisi tempat kosong

lattice yang akan dibentuk. Akhirnya seluruhnya ditutupi oleh butir kristal sampai

logam cair habis. Mengakibatkan bahwa seluruh logam menjadi susunan kelompok-

kelompok butir kristal dan batas-batasnya yang terjadi diantaranya, disebut batas

butir, lihat gambar 2.13.

Gambar 2.13 Ilustrasi Skematik dari Pembekuan Logam

Pembekuan coran dimulai dari logam yang bersentuhan dengan cetakan, yaitu

ketika panas dari logam cair diambil oleh cetakan sehingga bagian logam yang

bersentuhan dengan cetakan itu mendingin sampai titik beku, dimana kemudian inti-

inti kristal tumbuh. Bagian dalam dari coran mendingin lebih lambat dari bagian luar,

Page 14: BAB II DASAR TEORI 2 file4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Gamelan Berbahan Perunggu Bahan gamelan pada umumnya terbuat dari bahan perunggu, merupakan paduan antara Tembaga (Cu) …

17

sehingga kristal-kristal tumbuh dari inti asal mengarah ke bagian dalam coran.

Bagian tengah coran mempunyai gradien temperatur yang kecil sehingga merupakan

susunan dari butir-butir kristal segi banyak dengan orientasi yang sembarang.

Proses pembekuan akan terjadi penyusutan pada saat pembekuan (perubahan

dari fase cair ke padat) diatasi dengan riser (saluran penambah), sedang penyusutan

pada saat pendinginan diatasi dengan toleransi dimensi pada pola.

Ukuran butir kristal tergantung pada laju pengintian dan pertumbuhan inti.

Laju pertumbuhan lebih besar dari laju pengintian, maka didapat kelompok butir-

butir kristal yang besar dan kalau laju pengintian lebih besar dari laju pertumbuhan

inti, maka didapat kelompok butir-butir kristal halus. Pertumbuhan ini berlangsung

dari tempat yang lebih dingin menuju tempat yang lebih panas. (Tata Surdia dan

Kenji Chijiiwa, 2000).

2.8 Phase Diagram Paduan Tembaga Timah Putih

Paduan timah putih yang larut dalam tembaga hamper sama dengan seng

yang larut dalam tembaga. Dalam gambar 2.14 diperlihatkan system biner untuk

diangram equilibrium dari dua paduan yaitu antara timbale putih dengan

tembaga.

Page 15: BAB II DASAR TEORI 2 file4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Gamelan Berbahan Perunggu Bahan gamelan pada umumnya terbuat dari bahan perunggu, merupakan paduan antara Tembaga (Cu) …

18

Gambar 2.14 Diagram Equilibrium Sistem Biner Paduan Cu-Sn (Vlack, 1986)

Page 16: BAB II DASAR TEORI 2 file4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Gamelan Berbahan Perunggu Bahan gamelan pada umumnya terbuat dari bahan perunggu, merupakan paduan antara Tembaga (Cu) …

19

Prosentase di atas 13,5 selama terjadi proses pembekuan dimana akan

terbentuk phase , pada temperatur di bawah akan terbentuk phase +

(eutectoid phase) akan terjadi. Paduan ini phase yang terbentuk merupakan

phase yang larut pada kondisi padat tetapi lebih lunak. Phase mempunyai sifat

terlalu keras dan getas.

Prosentase timah putih antara 5-15 memiliki jarak

temperatur yang relatif lama yaitu di atas 400oF. Proses pembekuan yang

panjang, paduan ini cukup menyebabkan kenaikan kekerasan dan meningkatkan

kekuatan cor.(Surdia, T. Saito Siroku, 2000).

2.9 Sifat Ketangguhan Material

Pemahaman yang menyeluruh mengenai sifat-sifat material, perlakuan,

dan proses pembuatannya sangat penting untuk perancangan mesin yang baik.

Sifat material umumnya diklasifikasikan menjadi sifat mekanik, sifat fisik, sifat

kimiawi.

Sifat mekanik secara umum ditentukan melalui pengujian destruktif dari

sampel material pada kondisi pembebanan yang terkontrol. Sifat mekanik yang

paling baik adalah didapat dengan melakukan pengujian prototipe atau desain

sebenarnya dengan aplikasi pembebanan yang sebenarnya. Namun data spesifik

seperti ini tidak mudah diperoleh sehingga umumnya digunakan data hasil

pengujian standar seperti yang telah dipublikasikan oleh ASTM (American

Society of Mechanical Engineer).

2.10 Uji Impact

Pengujian Impact adalah untuk mengukur kegetasan atau keuletan suatu

bahan terhadap beban tiba – tiba dengan cara mengukur mengukur perubahan

energy potensial sebuah. Besar energy yang diserap tergantung pada keuletan

bahan uji impact dan dinyatak dalam satuan Nm / mm2.

Pengujian impact ini ada 2 macam metode yang dipakai yaitu dengan

mengunakan metode Charpy ( digunakan di amerika ) dan metode Izod (

digunakan di Inggris ), yaitu:

Page 17: BAB II DASAR TEORI 2 file4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Gamelan Berbahan Perunggu Bahan gamelan pada umumnya terbuat dari bahan perunggu, merupakan paduan antara Tembaga (Cu) …

20

a. Metode Izod, batang uji dijepit pada satu ujung sehingga takikan benda di

dekat penjepitnya. Bandul yang diayun dari ketinggian tertentu akan

memukul ujung yang lain dari arah takikan.

b. Metode Charpy, batang uji diletakkan mendatar dan ujung – ujungnya ditahan

kea rah mendatar oleh penahan yang berjarak 40 mm. Bandul berayun akan

memukul batang uji tepat dibelakang takikan. Pengujian ini digunakan mesin

dimana suatu batang dapat berayun dengan bebas. Ujung batang dipasang

pemukul yang diberi pemberat. Batang uji diletakkan di bagian bawah mesin

dan takikan tepat berada pada bidang lintasan pemukul. Pengujian ini bandul

pemukul dinaikkan sampai ketinggian tertentu h. pada posisi ini pemukul

memiliki energy potensial W.h ( W =berat pemukul ). Posisi pemukul

dilepaskan dan berayun bebas memukul batang uji hingga patah, pemukul

masih terus berayun sampai ketinggian H1 dan posisi ini sisa energy potensial

adalah W H1. Selisih antara energy awal dengan energy akhir adalah energy

yang digunakan untuk mematahkan batang uji.

Prinsip kerja metode Charpy yaitu:

Specimen uji diletakkan dengan posisi mendatar pada penjepit

Palu pemukul diatur pada ketinggian tertentu.

Atur posisi jarum pada alat ukur energy sesuai dengan sebesar energy

yang kita inginkan.

Palu dilepaskan dari ketinggian tersebut lalu mengenai specimen pada

bagian luar specimen yang sejajar dengan takikan.

Energy yang diserap oleh specimen dihitung berdasarkan perbedaan

energy potensial palu saat sebelum dan sesudah permukaan (dapat dibaca

langsung di skala pada mesin penguji).

Pengujian Impact ini bahannya perunggu yang didasarkan pada

“Standard Method Of Tension Testing Metalic Materials” dari ASTM

Designation E 23 – 05 “Annual Book Of ASTM Standars” American Sociaty

For Testing And Materials.

Page 18: BAB II DASAR TEORI 2 file4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Gamelan Berbahan Perunggu Bahan gamelan pada umumnya terbuat dari bahan perunggu, merupakan paduan antara Tembaga (Cu) …

21

W = berat dari pendulum

(kgf)= m . g

m = massa (kgm)

g = gravitasi (m/det2)

h = tinggi awal

H1 = tinggi akhir

= sudut awal

= sudut akhir

Gambar 2.15 Skema Percobaan Uji Impact (Sugita, 2007)

Dengan mengabaikan kehilangan-kehilangan energi akibat gesekan

bantalan pada titik putar pendulum, energi tahanan dari udara dan sebagainya

maka dapat dilakukan perhitungan-perhitungan sebagai berikut :

Energi awal Eo = W.h = W.1 ( 1 - Cos ) …………….. 1

Energi akhir E1 = W.h1 = W.l ( 1 - Cos ) ………….... 2

Energi yang diserap E = Eo - E1

= W . (h-h1) = W.1.( Cos - Cos ) kg.m

Jika luas penampang benda uji adalah A (mm2) pada daerah takik

sebelum patah maka dari sini dihitung kekuatan impact material :

2kgf.m/mmA

) α Cosβ W.1.(Cos

A

EIs

Keterangan:

Is : Kekuatan Impact

2mm

Nm

E : Energi yang terbaca pada skala Nm

A : Luas Penampang 2mm

2.11 Struktur Mikro (Metalografi)

Struktur mikro suatu logam dapat diamati dengan menggunakan mikroskop

dengan pembesaran hingga ratusan kali agar bentuk-bentuk yang sedemikian kecil

Titik putar pendulum

W

h

h1

l

Page 19: BAB II DASAR TEORI 2 file4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Gamelan Berbahan Perunggu Bahan gamelan pada umumnya terbuat dari bahan perunggu, merupakan paduan antara Tembaga (Cu) …

22

dari bagian ferit yang berwarna putih, bagian perlit yang berwarna hitam, sementit

ataupun kombinasi diantaranya dan mungkin bahkan martensit dengan ciri tersendiri

dapat diamati secara detail dan selanjutnya diidentifikasi.

Persiapan metalografi yang dilakukan adalah sama untuk bermacam-macam

analisa makro dan mikro struktur. Spesimen dihaluskan permukaannya dengan

menggunakan kertas gosok (amplas). Tingkat kehalusan semakin tinggi, diharapkan

pada akhir penggosokan permukaan benda uji sudah tidak memiliki goresan yang

dalam. Persiapan permukaan ini diselesaikan dengan menggosok spesimen uji pada

suatu polishing wheels dengan cloth tertentu yang dibasahi dengan larutan yang

mengandung Aluminium Oksida. Proses ini spesimen sudah bebas dari goresan dan

mempunyai permukaan yang halus berkilau untuk dilakukan proses pengetsaan.

Ketekunan dan kesabaran yang tinggi dituntut dalam proses ini mengingat bahwa

keberhasilan dari analisa metalografi sangat menentukan oleh persiapan ini.

Pengetsaan adalah proses pelarutan secara kimiawi atau elektrolis dari suatu

logam dalam larutan kimia. Pengetsaan ini bertujuan untuk memperoleh detail dari

struktur, hal ini dimungkinkan karena adanya kecendrungan untuk melarut yang

berbeda dari bagian struktur logam. Kelarutan yang berbeda tersebut akan

menyebabkan permukaan logam mempunyai topologi yang tidak rata. Apabila

permukaan ini dikenakan suatu sinar, maka sinar ini akan dipantulkan dengan

intensitas yang berbeda-beda dan menghasilkan kontras bagian antara yang satu

dengan yang lain. Menggunakan penyinaran dan pembesaran yang dimiliki

mikroskop maka gambaran secara detail dari struktur logam yang diamati dapat di

peroleh.