PROPOSAL TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN MESIN POLES UNTUK PROSES METALOGRAFI

BAHAN BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535

Disusun oleh :

M. Fakkaruddin Arief

NRP. 2408 030055

Pembimbing :

Dyah Sawitri., ST.MT

NIP 197001011995122001

D3 TEKNIK INSTRUMENTASI

JURUSAN TEKNIK FISIKA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2011

LEMBAR PENGESAHAN

I. a. Judul : Rancang Bangun Mesin Poles Untuk Proses Metalografi

Bahan Berbasis Mikrokontroler ATMega 8535.

b. Disiplin Ilmu : Rekayasa Bahan dan Instrumentasi.

II.Peneliti Utama

a.Nama : Muhammad Fakkaruddin Arief

b.Nrp. : 2408 030 055

c.Jenis Kelamin : Laki-laki

d.Jurusan/Fakultas : D3 Teknik Instrumentasi/Teknologi Industri.

e.Institusi : Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.

III.Pembimbing : Dyah Sawitri,.ST.MT

IV.Lama Penelitian : 1 Semester

V.Proposal ke : I

VI.Status : Baru

Surabaya, 2 Maret 2011

Menyetujui,

Pembimbing Pelaksana Tugas Akhir

Dyah Sawitri., ST.MT Muhammad Fakkaruddin Arief

NIP 197001011995122001 NRP 2408 030 055

Mengetahui,

Kepala Program Studi D3 Teknik Instrumentasi

Hendra Cordova., ST.MT

NIP 196905301994121001

I. Judul

Rancang Bangun Mesin Poles Untuk Proses Metalografi Bahan Berbasis Mikrokontroler

ATMega 8535.

II. Latar Belakang

Dalam proses metalografi, untuk m,elihat struktur mikro suatu bahan ada beberapa

proses yang harus dilakukan. Yaitu pemotongan, mounting, grinding, polishing, etching dan

setelah itu baru observasi. Proses grinding dan polishing merupakan proses yang sangat

penting untuk membuat permukaan sampel menjadi halus. Polishing digunakan untuk

meningkatkan benda kerja tampak mengkilap, halus , mencegah kontaminasi pada sampel,

menghilangkan oksidasi, atau mencegah korosi pada sampel. Untuk proses polishing ini

dibutuhkan waktu yang relatif lama untuk memoles dan tenaga yang cukup besar apabila

melakukannya secara manual agar hasilnya sesuai dengan yang diinginkan untuk metalografi.

Maka untuk melakukan proses polishing digunakan mesin poles, agar hasil polesan halus

bebas goresan dan mengkilap seperti cermin dan menghilangkan ketidakteraturan sampel.

Pada umumnya, mesin poles tersebut menggunakan plat yang berputar sebagai pemoles, pada

plat tersebut dilapisi suatu lembaran kain dengan tingkat kehalusan yang tinggi ( biasanya

beludru ). Mesin poles berputar akibat gerakan motor yang digunakan. Mesin Oleh karena

pada mesin poles ini dibutuhkan keypad untuk mengatur kecepatan putaran plat, waktu

pemrosesan dan penyemprotan air. Di mesin poles ini juga menggunakan LCD untuk

penampil kecepatan yang ditentukan untuk putaran plat dan waktu yang ditentukan untuk

putaran plat. Dan semua fitur tersebut terintegrasi dan membutuhkan control berupa

mikrokontroler. Untuk itulah maka dilakukan tugas akhir ini untuk membuat mesin poles

untuk proses metalografi bahan yang efisien dengan teknologi yang baik.

III. Permasalahan

Permasalahan yang dihadapi dalam penelitian tugas akhir ini adalah bagaimana

membuat rancang mesin poles untuk proses metalografi berbasis mikrokontroler ATMega

8535 agar hasil yang diinginkan lebih maksimal.

IV. Batasan Masalah

Untuk memfokuskan penyelesaian masalah pada penelitian tugas akhir ini diperlukan

beberapa batasan masalah. Adapun batasan masalahnya adalah sebagai berikut :

1. Tidak ada sensor untuk mengetahui permukaan yang dihaluskan sudah sesuai yang

diinginkan atau belum

2. Plat grinding ada dua dan berputar secara paralel

3. Tidak ada holder untuk sampel

V. Tujuan

Tujuan dari tugas akhir ini adalah menjawab dari perumusan masalah yang dimiliki

dalam penelitian. Tugas akhir ini bertujuan agar dalam suatu proses pemolesan sampel pada

proses metalografi dapat dilakukan dengan cara yang lebih mudah, efisien untuk

mendapatkan hasil yang baik, sesuai dengan yang diinginkan.

VI. Tinjauan Pustaka

Untuk menunjang pelaksanaan Tugas Akhir ini telah dilakukan tinjauan pustaka

sehingga dapat menjadi rumusan permasalahan. Sumber wacana tersebut adalah :

1. Hasil observasi langsung pada mesin grinder yang ada di Laboratorium Rekayasa

Bahan Teknik Fisika FTI-ITS

2. Hasil observasi menggunakan Internet tentang teknologi mesin grinder.

3. Buku Metallography, principles and practice ( Vander Voort, McGraw-Hill : 1984 )

VII. Teori Penunjang

Metalografi adalah gambaran mikro pada permukaan logam yang sudah dipreparasi.

Gambaran struktur mikro itu tidak akan terlihat tanpa dipreparasi. Metalografi merupakan

pengujian dan pengamatan terhadap strukutur butir suatu logam. Dalam pengamatan secara

metalografi dapat diperoleh gambaran struktur butiran suatu logam. Pengujian metalografi

harus menggunakan bantuan dari mikroskop optik. Metalografi merupakan disiplin ilmu yang

mempelajari karakteristik mikrostruktur suatu logam dan paduannya serta hubungannya den-

gan sifat-sifat logam dan paduannya tersebut. Permukaan sampel harus benar-benar diratakan

agar sampel yang telah dipreparasi dapat terlihat dan tergambar bentuk struktur mikro dari

mikroskop sehingga cahaya yang berasal dari mikroskop akan mantul ke mata kita. Oleh

karena itu, sebelum dilakukan pengamatan mikrostruktur dengan mikroskop maka diperlukan

proses-proses persiapan sampel. Sampel  yang akan diuji harus dipreparasi dengan tahap-

tahap preparasi spesimen yaitu :

1.      Sampling position (proses pengambilan sampel)

2.      Cutting (pemotongan sampel)

3.      Mounting

4.      Grinding

5.      Washing

6.      Polishing

7.      Washing

8.      Drying

9.      Etching

10.  Drying

11.  Observasi mikroskopis / makroskopis

1. Sampling Position (Proses Pengambilan Sampel)

            Pemilihan sampel yang tepat dari suatu benda uji studi mikroskopik merupakan hal

yang sangat penting. Pemilihan sampel tersebut didasarkan pada tujuan pengamatan yang

hendak dilakukan. Pengambilan sampel dilakukan pada daerah yang akan diamati

mikrostruktur maupun makrostrukturnya. Sebagai contoh untuk pengamatan mikrostruktur

material yang mengalami kegagalan, maka sampel diambil sedekat mungkin pada daerah

kegagalan (pada daerah kritis dengan kondisi terparah), untuk kemudian dibandingkan den-

gan sampel yang diambil dari daerah yang jauh dari daerah gagal. Kalau untuk ukuran butir,

pengambilan sampel sebaiknya pada arah longitudinal dan diambil dengan ukuran ¼

lebarnya. Untuk mengetahui penyebab material gagal dilakukan analisis metalografi. Di-

lakukan pembandingan analisis untuk membandingkan struktur mikro di daerah awal retak,

terkena gagal, dan daerah tidak terkena gagal.

2. Cutting (Pemotongan)

            Cutting adalah proses bagian dari pengambilan sampel. Pemotongan yang dilakukan

harus tepat dan hati-hati, karena jika tidak maka akan dapat menyebabkan struktur mikro

beruba atau rusak. Misalnya pemotongan dengan cara pengelasan. Dalam proses pemotongan

pasti terjadi gesekan antara dua logam, yaitu antara logam yang ingin dipotong dengan alat

pemotongnya (gergaji). Oleh karena itu, dalam pemotongan harus dijaga jangan sampai

adanya gesekan yang dapat menghasilkan panas berlebih agar tidak merusak struktur mikro

sehingga diperlukannya coolants. Coolants adalah cairan pendingin. Dalam pemotongan

tidak boleh digunakan pemotongan basah, digunakan minyak larut dalam air (a water – solu-

ble oil). Fungsi dari coolants diantaranya adalah:

1.      Mencegah karat dari komponen-komponen mesin maupun spesimen

2.      Mengurangi kemungkinan kebakaran spesimen

3.      Memberikan kualitas potong yang lebih baik (licin, lebih halus)

            Pemotongan bisa juga menggunakan alat yang lebih modern yaitu menggunakan cut-

ting disc (wheel sectioning). Cutting disc atau disebut juga piringan yang berputar, terbuat

dari silikon karbida, intan, atau aluminium oksida. Dengan cutting disc juga diperlukan cairan

pendingin. Penggunaan cutting disc harus sesuai karena silikon karbidanya berbeda-beda

yaitu ada silikon karbida untuk material yang kasar, ada juga silikon karbida untuk material

yang lunak. Akibat dari pemakaian yang tidak sesuai menyebabkan  umur pakai cutting disc

pendek dan patah.

3. Mounting

            Pada dasarnya, sampel yang diuji berukuran sangat kecil atau memiliki bentuk yang

tidak beraturan sehingga sangat sulit dalam penanganan untuk proses preparasi selanjutnya

yaitu grinding dan polishing. Oleh karena itu untuk mudah penangananya atau memudahkan

kita memegang benda uji, maka sampel harus dimounting. Proses mounting dilakukan dengan

cara menempatkan benda uji dalam suatu media mounting press machine dan ditaburkan ser-

buk. Serbuk yang digunakan biasanya adalah bakelit. Didalam prosesnya diberi panas dan

tekanan agar menjadi satu kesatuan (spesimen) antara sampel dengan bakelit. Adapun kegu-

naan dari mounting adalah]:

1.      Untuk memudahkan kita memegang benda uji atau memudahkan kita preparasi spesi-

men

2.      Untuk mendapatkan kerataan permukaan dari spesimen mounting dimana bahan mount-

ing dikorbankan dan spesimen tetap rata

3.      Untuk multiple sampling atau banyak sampel yang dipegang

4.      Untuk memperpanjang usia bahan mounting (tidak mudah sobek)

5.      Untuk keamanan si penguji dari spesimen

6.      Untuk mempermudah proses mikroskopis saat pengamatan

7.      Untuk memberi identitas terhadap sampel yang banyak pada parameter yang berbeda

8.      Untuk memudahkan dalam penyimpanan

Adapun jenis-jenis bahan untuk mounting adalah ada 3 macam [Tri Djaka, 2009]:

1.    Clamp mounting, sampelnya misalnya berupa lembaran-lembaran tipis dengan ketebalan

1 mm, terdapat 10 sampel dibariskan sejajar dan di sisi muka dan belakang diberi logam

lain yang berbeda (ukurannya harus lebih besar dari sampel) kemudian dibuat dua buah

lubang yang tembus hingga ke belakang. Dan dipermukaannya masing-masing diberi

identitas.  Kelebihan dari jenis bahan mounting ini yaitu prosesnya sangat cepat, ukuran

fleksibel dan dapat dipakai ulang clampnya.

2.   Castable mounting, jenis bahan mounting dimana bahan serbuk diberi pelarut dan serbuk

itu diletakkan dalam satu tempat dengan dengan spesimen, kemudian dibalik dan bagian

permukaan atasnya datar. Contoh serbuknya adalah polister, epoxies (transparan) atau

acrylics. Kelebihannya adalah spesimen dengan ukuran besar / kecil dapat dimounting,

cetakannya bias digunakan berulang-ulang.

3.   Compression mold dimana ukuran diameter tetap, jika berubah maka mesin harus diganti.

Jenis material yang digunakan thermosetting dan thermoplastic.

Media mounting yang dipilih haruslah sesuai dengan material dan jenis reagen etsa yang

akan digunakan. Pada umumnya mounting menggunakan material plastik sintetik. Material-

nya dapat berupa resin (castable resin) yang dicampur dengan hardener, atau bakelit. Penggu-

naan castable resin lebih mudah dan alat yang digunakan lebih sederhana dibandingkan bake-

lit, karena tidak diperlukan aplikasi panas dan tekanan. Namun bahan castable resin ini tidak

memiliki sifat mekanis yang baik (lunak) sehingga kurang cocok untuk material-material

yang keras. Teknik mounting yang paling baik adalah menggunakan thermosetting resin den-

gan menggunakan material bakelit. Material ini berupa bubuk yang tersedia dengan warna

yang beragam. Thermosetting mounting membutuhkan alat khusus, karena dibutuhkan ap-

likasi tekanan (4200 lb/in2) dan panas (1490C) pada mold saat mounting.

4. Grinding

Grinding merupakan salah satu tahap preparasi spesimen dimana dalam proses ini di-

lakukan pengampelasan. Permukaan spesimen hasil dari proses sebelumnya, pasti memiliki

permukaan yang tidak rata, terkorosi, terdapat gesekan bahkan porositas. Untuk meratakan

dan menghilangkan itu semua maka dilakukan grinding (pengampelasan). Pengampelasan di-

lakukan dengan ampelas yang ukurannya berbeda-beda yaitu ukuran kertas ampelasnya

dikatakan dengan mesh. Pengampelasan dilakukan mulai dari nomor mesh yang rendah

(kasar)  hingga yang tinggi (halus).

Pengampelasan dilakukan pada mesin grinding dimana dilakukan dalam piringan

berputar dan diberi coolants air. Air berfungsi untuk memperkecil kerusakan akibat panas

yang timbul yang dapat merubah struktur mikro sampel dan memperpanjang masa pemakaian

kertas amplas. Dengan pengampelasan dapat meratakan dan menghaluskan permukaan sam-

pel dengan cara menggosokkan sampel pada kain abrasif / amplas.

5.    Polishing

Secara metalografi, polishing adalah proses terakhir dari bagian preparasi spesimen un-

tuk mendapatkan permukaan benda kerja yang halus dengan menggunakan mesin poles meta-

lografi yang terdiri dari piringan yang berputar dan didalamnya menggunakan gaya abrasif.

Polishing sering digunakan untuk meningkatkan benda kerja tampak mengkilap, halus ,

mencegah kontaminasi peralatan medis, menghilangkan oksidasi, atau mencegah korosi pada

pipa. Dalam metalografi dan metalurgi, polishing digunakan untuk membuat plat rata, mem-

buat permukaan benda kerja bebas dari cacat sehingga memudahkan dalam pemeriksaan

mikrostruktur logam dengan mikroskop. Bahan pengisi dalam polishing menggunakan silikon

dan paduannya, alumina oksida atau intan. Untuk mencegah oksidasi lebih lanjut, permukaan

logam yang dipoles menggunakan wax, minyak atau pernis. Sebelum memasuki proses pol-

ishing, ada beberapa metode polishing yang dapat digunakan, yaitu:

1.      Mechanical polishing

Proses polishing biasanya multistage karena pada tahapan awal dimulai dengan penggosokan

kasar (rough abrasive) dan tahapan berikutnya menggunakan penggosokan halus (finer abra-

sive) sampai hasil akhir yang diinginkan. Mesin poles metalografi terdiri dari piringan

berputar dan diatasnya diberi kain poles terbaik yaitu kain “selvyt” (sejenis kain beludru).

Cara pemolesannya yaitu benda uji diletakkan diatas piringan yang berputar dan kain poles

diberi air serta ditambahkan sedikit pasta poles. Pasta poles yang biasa dipakai adalah jenis

alumina (Al2O3) dan pasta intan (diamond).

2.      Chemical-mecanical polishing

Merupakan kombinasi antara etsa kimia dan pemolesan mekanis yang dilakukan serentak di

atas piringan halus. Partikel pemoles abrasif dicampur dengan larutan pengetsa yang umum

digunakan untuk melihat struktur spesimen yang  dipreparasi. Metode ini akan memberikan

hasil yang baik jika larutan etsa yang diberikan sedikit tetapi pada dasarnya bebas dari logam

pengotor akibat dari abrasif.

3.      Electropolishing

Electropolishing disebut juga electrolytic polishing yang banyak digunakan oleh stainless

steel, tembaga paduan, zirconium, dan logam lainnya yang sulit untuk dipoles dengan metode

mechanical. Metode electropolishing dapat menghilangkan bekas cutting, grinding dan

proses mechanical polishing  yang digunakan dalam preparasi spesimen. Ketika electropol-

ishing digunakan dalam metalografi, biasanya diawali dengan mechanical polishing dan di-

ikuti oleh etching. Mekanismenya yaitu menggunakan sistem elektrolisis yang terdiri dari an-

oda (+) dan katoda (-). Spesimen yang dimasukan ke dalam larutan elektrolit asam berada di

anoda sedangkan yang berada di katoda adalah logam yang harus lebih mulia dari spesi-

menya dan harus tahan terhadap larutan elektrolitnya serta tidak boleh larut. Ketika proses,

spesimen yang di anoda akan larut karena teroksidasi. Dalam proses ini diberi pengaduk agar

logam yang terkikis meyebar merata.

6.    Etching

            Etsa merupakan cara untuk mengikis batas butir secara selektif dan terkendali dengan

pencelupan ke dalam larutan pengetsa baik menggunakan listrik maupun tidak ke permukaan

sampel sehingga detil struktur yang akan diamati akan terlihat dengan jelas dan tajam

sehingga struktur bahan dapat diamati dengan jelas dengan menggunakan mikroskop optik.

Etsa dengan reagen kimia yang sesuai digunakan untuk menampilkan morfologi fasa susunan

dan ukuran butir. Lubang etsa berkaitan dengan orientasi dan efek deformasi plastis.

Meskipun lebar batas butir hanya beberapa diameter atomik, batas butir dietsa dengan berba-

gai bahan. Pada penerangan medan terang, cahaya dari permukaan pantul dipantulkan kem-

bali ke objektif, sehingga tampak terang. Penerangan medan gelap membalikkan efek ini, dan

yang terlihat terang adalah batas butir [Smallman, 2000].

7.    Observasi

            Pengamatan dilakukan dengan menggunakan mikroskop optik. Pengamatan ini dilakukan

setelah pemolesan hingga tahap pencucian pun telah selesai. Dalam prosesnya kita menga-

mati gambaran topografi struktur mikro spesimen yang telah dipreparasi menggunakan

mikroskop cahaya. Mikroskop cahaya menyediakan gambaran struktur dua-dimensional den-

gan perbesaran total dari 40x hingga 1250x [Smallman, 2000]. Komponen utama mikroskop

cahaya adalah:

1.   Sistem penyinaran atau penerangan terdiri dari sumber cahaya dan aperture yang dapat

diatur

2.   Lensa objektif dan lensa okuler (lensa mata) yang dipasang pada ujung tabung silindris

3.   Dudukan spesimen (tetap atau dapat diputar) 

VIII. METODOLOGI PENELITIAN

Metodologi penelitian yang dilakukan dalam pengerjaan tugas akhir ini adalah sebagai

berikut :

Studi Literatur

Pembuatan rancang bangun,mekanik & elektrik.

Pengujian bahan

Analisa hasil & Kesimpulan

Selesai

Mulai

Tidak

Ya

Gambar 10 Metodologi Penelitian

IX. JADWAL KEGIATAN

Kegiatan penelitian ini akan dilaksanakan dengan jadwal sebagai berikut :

Tabel 2.2 Tabel Kegiatan

No Kegiatan Maret April Mei Juni

1 Studi Literatur                            

2Pembuatan Rancang Bangun , Mekanik & Elektrik

                             

3 Pengujian Bahan                                

4Analisa dan Pembahasan Hasil Pengujian

                               

5 Penyusunan Laporan                                

X. DAFTAR PUSTAKA

www.wikipedia.com/metallography

Vander Voort. 1984. Metallography, Principles and Practice. New York : McGraw-Hill,Inc