UNIVERSITAS DIPONEGORO

PENGARUH FRAKSI BERAT AL2O3 DAN AL-SI TERHADAP KEKERASAN

DAN STUKTUR MIKRO MATERIAL SEPATU REM HASIL

PENGECORAN INJEKSI BERTEKANAN (HPDC)

TUGAS AKHIR

ANGGI TAUFIK NUGRAHA

L2E 008 019

FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK MESIN

SEMARANG

MARET 2013

ii

TUGAS AKHIR

Diberikan Kepada : Nama : Anggi Taufik Nugraha

NIM : L2E 008 019

Dosen Pembimbing : Prof. Dr. rer. nat. Ir. A. P. Bayuseno, M.Sc

Jangka Waktu : 6 Bulan

Judul : Pengaruh Fraksi Berat Al2O3 dan Al-Si Terhadap

Kekerasan dan Stuktur Mikro Material Sepatu Rem

Hasil Pengecoran Injeksi Bertekanan HPDC.

Isi Tugas : Mengetahui dan menganalisis pengaruh fraksi berat

Al2O3 dan Al-Si terhadap kekerasan dan stuktur

mikro material sepatu rem hasil pengecoran injeksi

bertekanan (HPDC) yang digunakan pada sepatu rem

sepeda motor meliputi bentuk butir, densitas dan

porositas, struktur mikro, serta nilai kekerasan

sehingga hasil analisa dapat dijadikan sebagai

referensi pada suatu perusahaan pembuatan sepatu

rem sepeda motor.

Semarang, 14 Maret 2013

Dosen Pembimbing,

Prof. Dr. rer. nat. Ir. A. P. Bayuseno, M.Sc

NIP. 196205201989021001

iii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri,

dan semua sumber baik yang dikutip maupun yang dirujuk

telah saya nyatakan dengan benar.

NAMA : Anggi Taufik Nugraha

NIM : L2E 008 019

Tanda Tangan :

Tanggal : 14 Maret 2013

iv

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi ini diajukan oleh :

NAMA : Anggi Taufik Nugraha

NIM : L2E 008 019

Jurusan/Program Studi : Teknik Mesin

Judul Skripsi : Pengaruh Fraksi Berat Al2O3 dan Al-Si Terhadap Kekerasan

dan Stuktur Mikro Material Sepatu Rem Hasil Pengecoran

Injeksi Bertekanan (HPDC).

Telah berhasil dipertahankan di hadapan Tim Penguji dan diterima sebagai

bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

pada Jurusan/Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas

Diponegoro.

TIM PENGUJI

Pembimbing : Prof. Dr. rer. nat. Ir. A. P. Bayuseno, M.Sc ( )

Penguji : Dr. Sulardjaka, ST, MT ( )

Penguji : Dr. Ing. Ir. Ismoyo Haryanto, MT ( )

Penguji : Ir. Sudargana, MT ( )

Semarang, 14 Maret 2013

Jurusan Teknik Mesin

Ketua,

Dr. Sulardjaka, ST, MT

NIP. 197104201998021001

v

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademika Universitas Diponegoro, kami yang bertanda tangan di

bawah ini :

Nama : Anggi Taufik Nugraha

NIM : L2E 008 019

Dosen Pembimbing : Prof. Dr. rer. nat. Ir. A. P. Bayuseno, M.Sc

NIP : 196205201989021001

Jurusan/Program Studi : TEKNIK MESIN

Fakultas : TEKNIK

Jenis Karya : TUGAS AKHIR

demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada

Universitas Diponegoro Hak Bebas Royalti Noneksklusif (None-exclusive Royalty

Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul :

PENGARUH FRAKSI BERAT AL2O3 DAN AL-SI TERHADAP KEKERASAN

DAN STUKTUR MIKRO MATERIAL SEPATU REM HASIL PENGECORAN

INJEKSI BERTEKANAN (HPDC).

beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti/Noneksklusif

ini Universitas Diponegoro berhak menyimpan, mengalihmedia/formatkan, mengelola

dalam bentuk pangkalan data (database), merawat dan memublikasikan tugas akhir

kami selama tetap mencantumkan nama kami sebagai penulis/pencipta dan sebagai

pemilik Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini kami buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Semarang

Pada Tanggal : 14 Maret 2013

Yang menyatakan

Dosen Pembimbing

Prof. Dr. rer. nat. Ir. A. P. Bayuseno, M.Sc

NIP. 196205201989021001

Mahasiswa

Anggi Taufik Nugraha

NIM. L2E 008 019

vi

MOTTO

“Tinta para pelajar lebih suci daripada darah orang-orang

yang mati syahid”

(Nabi Muhammad SAW)

“Di mana ada kemauan dan kesungguhan di sana pasti ada jalan”

Persembahan

Tugas Akhir ini kupersembahkan kepada :

Kedua orang tuaku, Ibu S Turyati dan Aang Habibullah yang telah

memberikan kasih sayang serta dukungannya tanpa kenal lelah. Ketiga

kakaku yang selalu menjadi inspirasiku

vii

ABSTRAK

Dewasa ini kebutuhan penggunaan sepatu rem semakin meningkat seiring

dengan bertambahnya jumlah populasi sepeda motor. Sepatu rem dibuat dengan

material Al-Si dalam hal ini ADC12 menggunakan proses pengecoran injeksi

bertekanan (HPDC). Dalam penelitian ini bahan sepatu rem menggunakan ADC12

produk PT. Pinjaya Logam Mojokerto, kemudian ditambahkan partikel aluminium

oksida (Al2O3). Untuk memperbaiki kekerasanya, parameter yang diteliti adalah

penambahan penambahan Al2O3 5 %, 10 % dan 15 % dalam cairan Al-Si. Karakterisasi

material yang dilakukan yaitu meliputi uji struktur mikro, uji densitas, perhitungan

porositas dan uji kekerasan produk sepatu rem Al-Si hasil HPDC dengan penambahan

unsur Al2O3. Penambahan unsur Al2O3 dilakukan melaui proses stirring selama 1 menit

dengan kecepatan 160 rpm dan temperatur penuangan 7500C.

Hasil perhitungan porositas menunjukkan bahwa nilai porositas pada

penambahan komposisi Al2O3 5 % sebesar 19.04 %, komposisi 10 % sebesar 14.35 %

dan pada komposisi 15% sebesar 20.52 %. Kekerasan meningkat seiring dengan

meningkatnya komposisi penambahan partikel Al2O3. Hasil uji kekerasan menunjukkan

bahwa nilai kekerasan pada penambahan komposisi Al2O3 5 % sebesar 50.91 HRB,

komposisi 10 % sebesar 51.11 HRB, dan pada penambahan komposisi 15 % sebesar

51.61 HRB. Kekerasan paling rendah pada komposisi 5 % hal ini disebabkan oleh

adanya cacat porositas.

Kata Kunci: HPDC, Al-Si, Al2O3, Porositas, Komposisi

viii

ABSTRACT

Nowdays use of the brake shoe is increasing along with the number of a

population motorcycle. Brake shoe are made with materials Al-Si/ Al2O3 through the

increasing high pressure die casting process. In this study, raw material ADC12 of a

product PT. Pinjaya Metals is selected, Mojokerto and added by alumina particles

(Al2O3) to improve the mechanical properties. Parameters investigated is a variant

additional composition Al2O3 5 %, 10 % and 15 % in liquid Al-Si. Characterization

conducted includes porosity tests, hardness tests, and micro structure test of Al-Si brake

shoes product using HPDC process with the addition of elemental alumina (Al2O3). The

addition of elemental Al2O3 done through the process of stirring for 1 minute at a speed

of 160 rpm with pouring temperature 750°C.

The results of porosity test show that the porosity increased is obtained for

composition Al2O3 at 5 % is 19.04 %, a composition at 10 % is 14.35 % and in

composition at 15 % is 20.52 %. The hardness increases with increasing Al2O3

composition. The results of hardness test show that the hardness product is the

increasing at composition Al2O3 at 5 % is 50.91 HRB, a composition at 10 % is 51.11

HRB and in composition at 15 % is 51.61 HRB. Hardness most low on the composition

of 5 % it is caused by the presence of porosity defects.

Keywords: HPDC, Al-Si, Porosity, composition

ix

KATA PENGANTAR

Alhamdulillahirobbil’alamin. puji dan syukur senantiasa penulis panjatkan

kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala yang tiada hentinya mencurahkan rahmat,

nikmat dan hidayahnya, sehingga dengan segala karunia-Nya penulis dapat

menyelesaikan tugas akhir dengan judul ”Pengaruh Fraksi Berat Al2O3 dan Al-Si

Terhadap Kekerasan dan Stuktur Mikro Material Sepatu Rem Hasil Pengecoran

Injeksi Bertekanan HPDC.” ini. Shalawat dan salam semoga selalu tercurah kepada

panutan kita Rasulullah Muhammad SAW.

Dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa hormat dan terima

kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan memberikan dorongan dalam

menyelesaikan Tugas Akhir ini, antara lain:

1. Prof. Dr. rer. nat. Ir. A. P. Bayuseno, M.Sc selaku dosen pembimbing, yang

telah memberikan bimbingan, pengarahan, dan masukan-masukan kepada

penulis untuk menyusun tugas akhir ini.

2. Bapak Sutadi selaku teknisi Laboratorium Proses Produksi Politeknik Negeri

Semarang yang telah membantu dalam proses pembuatan dies.

3. Bapak Wahyu selaku teknisi Laboratorium Metalurgi Fisik Teknik Mesin

Universitas Diponegoro yang telah membantu dapat proses pengujian

karakterisasi.

4. Rekan penelitian Agus Tri Prasetyo, Bayu Andriyawan, Haeckel Bayyan Amil

Valerat, Kusumaning Rahardian Putri, dan Nasrudin Arif Chamdani yang

selalu mendukung dan membantu dalam pelaksanaan tugas akhir maupun

penyelesaikan laporan ini.

Dengan penuh kerendahan hati, penyusun menyadari akan kekurangan dan

keterbatasan pengetahuan yang penyusun miliki sehingga tentu saja penyusunan tugas

akhir ini jauh dari sempurna, untuk itu penyusun mengharapkan saran dan kritik yang

membangun dari semua pihak demi kemajuan penulis untuk masa yang akan datang.

x

Terakhir, dengan selesainya tugas akhir ini berarti selesai pula masa studi

penulis di Teknik Mesin UNDIP. Semoga dapat memberikan manfaat bagi penulis dan

juga kepada orang lain.

Semarang, 14 Maret 2013

Penulis

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ...................................................................................................... i

HALAMAN TUGAS AKHIR ...................................................................................... ii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ....................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ...................................................................................... iv

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS .................................................................... v

ABSTRAK ................................................................................................................... vii

KATA PENGANTAR ................................................................................................... ix

DAFTAR ISI ................................................................................................................. xi

DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................................. xiv

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................... xv

DAFTAR TABEL .................................................................................................... xviii

NOMENKLATUR ..................................................................................................... xix

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ........................................................................................... 1

1.2 Tujuan ........................................................................................................ 2

1.3 Batasan Masalah ........................................................................................ 2

1.4 Originalitas Penelitian ................................................................................. 2

1.5 Metode Penelitian ...................................................................................... 3

1.6 Sistematika Penulisan ................................................................................ 3

BAB II DASAR TEORI

2.1 Karakteristik Sepatu Rem (Brake Shoe) .................................................... 5

2.2 Aluminium ................................................................................................. 7

2.2.1 Unsur-unsur Paduan Aluminium ...................................................... 9

2.2.2 Sifat Aluminium ............................................................................. 10

2.3 Aluminium Oksida (Al2O3) ..................................................................... 12

2.4 Material Komposit ................................................................................... 14

xii

2.4.1 Komposit Matrik Logam (MMCs) .................................................. 15

2.5 Metode Stir Casting .................................................................................. 15

2.6 Pengecoran Aluminium ........................................................................... 17

2.7 Dies Casting ............................................................................................. 18

2.7.1 High Pressure Die Casting (HPDC) ............................................... 21

2.7.2 Gravity Die Casting ........................................................................ 25

2.8 Paduan Al-Si ............................................................................................ 28

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian ........................................................................... 32

3.2 Peralatan yang Digunakan ....................................................................... 35

3.3 Persiapan Bahan ....................................................................................... 42

3.4 Proses Pembuatan Spesimen .................................................................... 43

3.5 Pengujian Spesimen ................................................................................. 48

3.5.1 Pengujian Densitas dan Perhitungan Porositas .............................. 48

3.5.2 Pengujian Kekerasan ...................................................................... 49

3.5.3 Pengujian Struktur Mikro ............................................................... 51

BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN

4.1 Uji Komposisi Al-Si ................................................................................ 53

4.2 Identifikasi Hasil Pengecoran HPDC Al-Si/Al2O3 .................................. 55

4.2.1 Hasil Pengujian Stuktur Mikro ....................................................... 55

4.2.1.1 Pembahasan Hasil Pengujian Stuktur Mikro ...................... 60

4.2.1.2 Distribusi Partikel Al2O3 ..................................................... 62

4.2.2 Hasil Pengujian Densitas dan

Perhitungan Porositas Al-Si/Al2O3 ................................................. 62

4.2.3 Hasil Pengujian Kekerasan ............................................................. 65

4.2.3.1 Hasil Pengujian Kekerasan Al-Si/Al2O3 ............................ 65

4.2.3.2 Pembahasan Hasil Pengujian Kekerasan Al-Si/Al2O3 ........ 67

4.2.3.3 Pembahasan Hasil Perhitungan Gaya Tekan Sepatu Rem

Terhadap Kekerasan Al-Si/Al2O3 ....................................... 69

xiii

4.2.3.4 Perbandingan Hasil Pengujian Kekerasan Al-Si/Al2O3

dan Al-Si Tanpa Penambahan Al2O3 ................................. 70

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 73

5.2 Saran ........................................................................................................ 73

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................. 74

LAMPIRAN ................................................................................................................. 77

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

A. Gambar Teknik Dies ................................................................................................ 77

B. Pengujian Komposisi Al-Si ...................................................................................... 79

C. Perhitungan Densitas ................................................................................................ 80

D. Perhiutngan Porositas ............................................................................................... 83

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sepatu rem .......................................................................................... 5

Gambar 2.2 Letak Sepatu Rem pada Komponen Rem Tromol .............................. 6

Gambar 2.3 Serbuk Alumunium Oksida ............................................................... 12

Gambar 2.4 Klasifikasi MMCs berdasarkan bentuk penguat ............................... 15

Gambar 2.5 Skema Proses Stircasting .................................................................. 16

Gambar 2.6 Mesin Hot Chamber Die Casting .................................................... 20

Gambar 2.7 Cold Chamber Die Casting .............................................................. 21

Gambar 2.8 Tampilan Skematis Pengecoran HPDC ............................................ 22

Gambar 2.9 Tampilan Mesin HPDC .................................................................... 23

Gambar 2.10 Siklus Kerja High Pressure Die Casting .......................................... 24

Gambar 2.11 Metode Pengecoran Gravitasi ........................................................... 26

Gambar 2.12 Diagram fasa Al-Si (ASM International, 2004) ............................... 28

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian .................................................................... 33

Gambar 3.2 Gergaji Mesin ................................................................................... 35

Gambar 3.3 (a). Tungku Krusibel dan (b) Burner ................................................ 36

Gambar 3.4 Kowi ................................................................................................. 36

Gambar 3.5 Blower ............................................................................................... 37

Gambar 3.6 Mesin HPDC ..................................................................................... 37

Gambar 3.7 Cetakan Sepatu Rem ......................................................................... 38

Gambar 3.8 Stir Casting ....................................................................................... 38

Gambar 3.9 Neraca Digital ................................................................................... 39

Gambar 3.10 Gergaji Tangan ................................................................................. 39

Gambar 3.11 (a) Thermocouple dan (b) Display .................................................... 40

Gambar 3.12 (a) Mesin Amplas dan (b) Mesin Poles ............................................ 40

Gambar 3.13 Rockwell Hardness Tester ............................................................... 41

Gambar 3.14 (a) Mikroskop Metalurgi dan (b) Kamera ......................................... 41

Gambar 3.15 Vernier Caliper ................................................................................. 42

Gambar 3.16 Al-Si (ADC12) Batangan ................................................................. 42

Gambar 3.17 Serbuk aluminium Oksida (Al2O3) ................................................... 43

xvi

Gambar 3.18 Proses Pemotongan Al-Si Batangan ................................................. 43

Gambar 3.19 Penimbangan Potongan Al-Si ........................................................... 44

Gambar 3.20 Penimbangan Serbuk Aluminium Oksida ........................................ 44

Gambar 3.21 Proses Peleburan Menggunakan Tungku Krusibel ........................... 45

Gambar 3.22 Proses Stir Casting ............................................................................ 45

Gambar 3.23 Pengukuran Temperatur Penuangan ................................................. 46

Gambar 3.24 Proses Penuangan ke Cetakan HPDC ............................................... 46

Gambar 3.25 Spesimen Hasil Pengecoran HPDC .................................................. 47

Gambar 3.26 Proses Pemotongan Spesimen .......................................................... 47

Gambar 3.27 Titik Pengujian Kekerasan ................................................................ 50

Gambar 3.28 Pengujian Kekerasan ........................................................................ 51

Gambar 3.29 Proses Pengamplasan. ........................................................................ 52

Gambar 3.30 Proses Polishing ................................................................................ 52

Gambar 3.31 Pemberian Etsa pada Spesimen Uji .................................................. 52

Gambar 3.32 Pengujian Struktur Mikro ................................................................. 52

Gambar 4.1 Posisi Pengujian Spesimen ............................................................... 55

Gambar 4.2 (a). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al2O3 5%wt

Posisi Kanan .................................................................................... 56

Gambar 4.2 (b). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al2O3 5%wt

Posisi Tengah .................................................................................... 56

Gambar 4.2 (c). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al2O3 5%wt

Posisi Kiri ......................................................................................... 57

Gambar 4.2 (d). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al2O3 10%wt

Posisi Kanan ...................................................................................... 57

Gambar 4.2 (e). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al2O3 10%wt

Posisi Tengah ..................................................................................... 58

Gambar 4.2 (f). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al2O3 10%wt

Posisi Kiri ........................................................................................ 58

Gambar 4.2 (g). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al2O3 15%wt

Posisi Kanan .................................................................................... 59

xvii

Gambar 4.2 (h). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al2O3 15%wt

Posisi Tengah ..................................................................................... 59

Gambar 4.2 (i). Struktur Mikro dengan Fraksi Berat Al2O3 15%wt

Posisi Kiri ......................................................................................... 60

Gambar 4.3 (a) Paduan Al-Si 15% Al2O3 ............................................................. 61

Gambar 4.3 (b) Paduan Al-Si Tanpa Penguat Al2O3 ............................................ 61

Gambar 4.4 Hasil Densitas Terhadap Penambahan Fraksi Berat Al2O3 ............... 63

Gambar 4.5 Hasil Porositas Terhadap Penambahan Fraksi Berat Al2O3 .............. 64

Gambar 4.6 Posisi Penitikan ................................................................................. 65

Gambar 4.7 Hasil Nilai Kekerasan Rata – Rata Terhadap Penambahan

Fraksi Berat Al2O3 ............................................................................ 67

Gambar 4.8 Hasil Nilai Kekerasan Penambahan Fraksi Berat Al2O3 dan Posisi

Pengukuran AlSi/Al2O3 .................................................................... 68

Gambar 4.9 Perbandingan Hasil Nilai Tegangan Tekan dengan Tegangan

Spesimen ............................................................................................ 70

Gambar 4.10 Perbandingan Nilai Hasil Kekerasan Al-Si Tanpa Penambahan dan

Al-Si dengan Penambahan Al2O3 ..................................................... 72

xviii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sifat Fisis Alumunium Oksida ........................................................... 13

Tabel 2.2 kandungan Si berpengaruh terhadap temperatur titik beku

paduan aluminium ............................................................................. 29

Tabel 4.1 Hasil uji komposisi material Al-Si .................................................... 53

Tabel 4.2 Komposisi Paduan Aluminium Die Casting Kelas 12 ...................... 54

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Struktur Mikro Al-Si/Al2O3 .................................... 56

Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Densitas dan Peritungan Porositas .................. 63

Tabel 4.5 Hasil Pengujian Kekerasan Sepatu Rem dengan Fraksi Berat

Al2O3 (SkalaHRB) ............................................................................. 65

Tabel 4.6 Nilai Kekerasan Rata-Rata Produk Sepatu Rem Al-Si ...................... 66

Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Gaya dan Tegangan Sepatu Rem Terhadap

Kekerasan Al-Si /Al2O3 Hasil HPDC dengan Fraksi Berat Al2O3 ..... 69

Tabel 4.8 Hasil Pengujian Kekerasan Sepatu Rem Al-Si Tanpa Penambahan

Al2O3 Pada Temperatur Tuang 750 0C (Skala HRB) ......................... 71

xix

NOMENKLATUR

Simbol Definisi Satuan

ms Berat sampel kering (kg, g)

mg Berat sampel setelah direndam dalam air selama 10 menit (kg, g)

V Volume (m3, cm

3)

W Berat sampel di udara terbuka (kg, g)

ρ Massa jenis (gr/cm3)