Pembuatan Kelongsong Peluru Menggunakan CuZn 65%-35% Melalui Metode Metalurgi Serbuk Dengan Variasi Temperatur Sintering dan

Waktu Tahan Sintering Terhadap Modulus Elastisitas Sebagai Metode Alternatif Dari Proses Deep Drawing

Herryan Syahputra, Dr. Widyastuti, S.Si, M.Si, Ir. S a d i n o, MT

A. AbstrakCu65Zn35 merupakan bahan baku yang digunakan dalam pembuatan kelongsong

peluru. Material ini memiliki sifat mekanik yang baik, diantaranya kemampuan bentuk

(machinability), kemampuan tahan korosi dan memiliki kekuatan tarik yang baik.

Metode metalurgi serbuk sedang dikembangkan karena metode ini memiliki banyak

kelebihan diantaranya, efisiensi pemakaian bahan yang baik, porositas dapat dikontrol,

besar butir mudah di kontrol dan digunakan untuk pembuatan produk yang memiliki

desain yang rumit. Kontrol yang dilakukan yaitu 700, 800, 900oC temperatur sintering

dan 30, 60, 90 menit waktu tahan sintering. Dengan variabel yang ada dapat diketahui

pengaruh temperatur sintering dan waktu tahan sintering terhadap modulus elastisitas.

Melalui pengujian Densitas, XRD, SEM/EDX, dan uji modulus elastisitas. Data yang

diperoleh menunjukkan, variasi temperatur dan waktu tahan sintering yang menghasilkan

nilai modulus elastisitas tertinggi yaitu temperatur 700oC dan 30 menit waktu tahan

sintering, dimana nilai modulus elastisitas yang dihasilkan sebesar 56504.99 MPa.

Sehingga komposit Cu65Zn35 dengan metode metalurgi dapat membuat kelongsong

peluru.

B. Pendahuluan

Cu65Zn35 merupakan bahan baku yang digunakan dalam pembuatan kelongsong

peluru. Material ini memiliki sifat mekanik yang baik, diantaranya kemampuan bentuk

(machinability), kemampuan tahan korosi dan memiliki kekuatan tarik yang baik.

Metode metalurgi serbuk sedang dikembangkan karena metode ini memiliki banyak

kelebihan diantaranya, efisiensi pemakaian bahan yang baik, porositas dapat dikontrol,

besar butir mudah di kontrol dan digunakan untuk pembuatan produk yang memiliki

desain yang rumit. Kontrol yang dilakukan yaitu 700, 800, 900oC temperatur sintering

dan 30, 60, 90 menit waktu tahan sintering. Dengan variabel yang ada dapat diketahui

Nama : Dendra Ravelia

NRP : 2713100148

pengaruh temperatur sintering dan waktu tahan sintering terhadap modulus elastisitas.

Melalui pengujian Densitas, XRD, SEM/EDX, dan uji modulus elastisitas. Data yang

diperoleh menunjukkan, variasi temperatur dan waktu tahan sintering yang menghasilkan

nilai modulus elastisitas tertinggi yaitu temperatur 700oC dan 30 menit waktu tahan

sintering, dimana nilai modulus elastisitas yang dihasilkan sebesar 56504.99 MPa.

Sehingga komposit Cu65Zn35 dengan metode metalurgi dapat membuat kelongsong

peluru.

Pada penelitian ini dilakukan pembuatan kelongsong peluru berbahan baku Cu-

Zn (kuningan) dengan komposisi tertentu, yang menggunakan proses metalurgi serbuk

sebagai metode alternatif dalam pembuatan kelongsong. Temperatur dan waktu tahan

sintering menjadi variabel karena merupakan hal penting dalam proses produk yang

menggunakan metode metalurgi serbuk. Temperatur dan waktu tahan sintering dapat

mempengaruhi struktur mikro dan struktur mikro ini mempengaruhi sifat mekanis suatu

material.(Randall M.German, 1996) Kelongsong diharapkan dapat memiliki sifat

mekanis yang lebih baik dibandingkan dengan pembuatan kelongsong peluru yang

menggunakan proses deep drawing. Dan dapat memiliki modulus elastisitas yang lebih

besar dari 380 MPa yang merupakan syarat minimum modulus elastisitas untuk bahan

kelongsong peluru.

C. Diagram Fasa CuZn

Kuningan berasal dari zaman Romawi. Dalam system ini terdapat 6 fasa yaitu

α,β,ε,η dan χ, dari semua fasa ini yang penting secara industri adalah : dua yaitu α dan

β. Fasa α mempunyai struktur FCC dan β mempunyai struktur BCC. Ada juga fasa β’

dengan kisi super. Untuk kuningan 70-30%, fasa α merupakan fasa yang lunak dan

mudah dikerjakan oleh mesin, sedangkan kuningan 60-40% adalah fasa α+β yang

mempunyai kekuatan tinggi dan banyak paduan dari ini yang mempunyai kekuatan tarik

tinggi. Paduan dengan kira-kira 45% Zn mempunyai kekuatan paling tinggi akan tetapi

tidak dapat dikerjakan dengan mesin. Jadi hanya digunakan untuk aduan coran.

D. Metodologi

Material dasar yang digunakan untuk pembuatan kelongsong peluru pada

penelitian ini adalah CuZn 65% 35% dengan kualifikasi Pro Analisis (PA). Serbuk ini

ditimbang sebesar 6.9 gr untuk setiap sampel, setelah ditimbang dilanjutkan dengan

proses kompaksi dengan tekanan 600MPa dalam lingkungan atmosfer (cold compaction)

dan dies berdiameter 14 mm dengan tinggi 14 mm dan ditahan selama 10 menit. Untuk

mengurangi gesekan antara serbuk dengan cetakan pada saat kompaksi maka diberi

pelumas zinc stearat. Setelah proses kompaksi dilanjutkan dengan proses sintering dalam

keadaan vakum, dengan temperatur 700, 800, dan 900 oC dan dengan variasi waktu

tahan selama 30, 60, dan 90 menit. Setelah itu dilakukan pengujian densitas (Sinter),

mikrostruktur (SEM/EDX), analisa fasa dengan X-Ray diffraction (XRD), dan pengujian

modulus elastisitas (Spriggs).

E. Karakterisasi Serbuk CuZn

Pada penelitian ini dilakukan pengujian komposisi, pengamatan fasa, bentuk serta ukuran

serbuk CuZn yang digunakan. Dari hasil uji XRF didapatkan bahwa komposisi CuZn yang

digunakan sebesar 61.45% Cu dan 36.6% dan terdapat paduan lain seperti Ni, Fe, dll yang

presentasenya sangat kecil.

Pada gambar 5 terlihat bahwa serbuk CuZn memiliki bentuk dendritik dan memiliki ukuran rata-rata 2 μm.

F. Hasil Uji SEM

Kemudian semakin bertambahnya waktu tahan sintering maka nilai porositas

semakin bertambah, dan yang memiliki nilai porositas terendah adalah pada variabel

temperatur 700oC dan waktu tahan sintering 30 menit. Dalam pengamatan struktur mikro

terlihat bahwa terdapat banyak porositasdan waktu tahan 90 menit dan temperatur

900oC. Hal ini berbeda dengan hasil pengamatan struktur mikro pada temperatur 700oC

dan waktu tahan sintering 30 menit.

Terlihat pada Gambar terjadi banyak porositas pada Paduan Cu65Zn35 dengan

perlakuan waktu tahan 90 menit dan temperatur sintering 900oC yaitu sebesar 24%. Pada

perlakuan temperatur sintering 700oC dan waktu tahan 30 menit memiliki nilai porositas

yang lebih sedikit yaitu sebesar 15,5 %. Porositas ini terjadi karena adanya fasa ZnO dan

CuO yang mengakibatkan ikatan antar matriks tidak baik karena adanya lapisan oksida

yang menyelimuti partikel tersebut. Karena pada proses sintering kemungkinan

terjadinya ikatan antar partikel dan terbentuknya fasa baru.

Dari Gambar diatas, terlihat bahwa. ketika temperatur sintering 900oC dan pada

waktu tahan sintering 60, 90 menit muncul fasa baru yaitu CuO, hal ini dikarenakan

adanya termal yang berlebih sehingga menyebabkan CuZn semakin terokidasi dan juga

dikarenakan saat proses sintering gas yang dialirkan ke dalam furnace bukan gas murni

sehingga masih ada kemungkinan terjadinya oksidasi.

Terlihat pada Gambar menunjukkan hasil SEM yang memperlihatkan semakin

lama waktu tahan sintering semakin teroksidasi atau fasa ZnO nya semakin banyak. Pada

dasarnya semakin lama waktu tahan sintering akan menyebabkan pertumbuhan butir

sehingga akan menyebabkan berkurangnya nilai porositas. Akan tetapa pada penelitian ini

berkebalikan terhadap dasar teori yang ada, hal itu bisa disebabkan pada ukuran partikel,

yang menyebabkan semakin kecilnya ukuran partikel maka waktu tahan sintering semakin

cepat. Maka dari itu pada penelitian ini didapatkan waktu tahan sintering yang sesuai

adalah selama 30 menit.

G. Kesimpulan Berdasarkan data yang telah dianalis didapatkan kesimpulan penelitian yaitu:

1. Semakin naiknya temperatur sintering maka nilai modulus elastisitas semakin

turun, dimana pada temperatur sintering 700oC dan waktu tahan sintering 30 menit

menghasilkan nilai modulus elastisitas tertinggi yaitu 56504.99 MPa.

2. Semakin lamanya waktu tahan sintering maka nilai modulus elastisitas semakin

turun, dimana pada waktu tahan sintering 30 menit dan temperatur sintering 700oC

menghasilkan nilai modulus elastisitas tertinggi yaitu 56504.99 MPa.

3. Paduan Cu65Zn35 dapat menjadi bahan kelongsong peluru karena nilai modulus

elastisitasnya melewati batas minimum nilai modulus elastisitas peluru yaitu sebesar

380 MPa.