54
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Hasil penelitian dan pembahasan yang akan diuraikan meliputi :
karakterisasi piston original Daiatsu Hi-Jet 1000, identifikasi kualitas hasil
peleburan piston bekas, dan pengaruh komposisi campuran komposit dengan
tekanan konstan.
4.1 Karakterisasi dan Sifat Mekanik Material Piston Daihatsu HiJet-1000
Penelitian ini studi awal dalam rangka untuk membuat piston Daihatsu
dengan menggunakan bahan limbah piston bekas dimulai dengan melakukan studi
karakterisasi material piston Daihatsu Hi-Jet 1000. Tujuan studi karekterisasi
material piston Daihatsu Hi-Jet 1000 adalah untuk mendapatkan data-data yang
berkaitan dengan kondisi dan sifat meterial piston Daihatsu asli. Data – data yang
diperoleh dari studi karakterisasi material piston asli Daihatsu Hi-Jet 1000
tersebut selanjutnya digunakan sebagai bahan acuan dalam membuat piston baru
dengan bahan limbah piston bekas. Hasil yang diperoleh dari studi karakterisasi
material piston Daihatsu Hi-Jet 1000 adalah sebagai berikut ini:
4.1.1 Kekerasan material piston Daihatsu HiJet-1000
Hasil pengujian kekerasan material piston asli Daihatsu Hi-Jet 1000
didapatkan hasil seperti pada Tabel 4.1 berikut ini. Dari uji kekerasan material
piston Daihatsu Hi-Jet 1000 didapatkan harga kekerasan sebesar 76 HRB.
Tabel 4.1 Nilai kekerasan Rockwell B material piston Daihatsu Hi-Jet 1000
No Nilai Kekerasan HRB ̅̅̅̅̅
1 76,50 0,25
2 75,00 1
3 78,00 4
4 74,00 4
5 76,50 0,25
Total ̅̅̅̅̅=76,0 9,5
55
4.1.2 Komposisi kimia material piston asli Daihatsu Hi-Jet-1000
Hasil uji komposisi kimia menunjukkan bahwa material piston Daihatsu
Hi-Jet 1000 mempunyai paduan unsur utama 84,19 % Al dan 10,7% Si . Adapun
hasil lengkap pengujian komposisi material piston Daihatsu Hi-Jet-1000 disajikan
pada Tabel 4.2 dan Lampiran.
Tabel 4.2 Hasil uji komposisi kimia material piston Daihatsu Hi-Jet-1000
Unsur persentase Deviasi
Al 84,19 0,8298
Si 10,7 0,807
Fe 0,465 0,0504
Cu 0,981 0,0830
Mn 0,0410 0,0057
Mg 1,15 0,136
Cr 0,0318 0,0039
Ni 2,29 0,238
Zn 0,00 0,00
Sn 0,016 0,000
Ti 0,0784 0,0049
Pb 0,0007 0,000
Be 0,00 0,000
Ca 0,0162 0,0026
Sr 0,00 0,00
V 0,0070 0,00
Material piston Daihatsu Hi-Jet 1000 dengan paduan komposisi kimia
dapat dikelompokkan kedalam paduan aluminium AA.333.0 (ASM Vol 15, 1998).
Paduan aluminium AA.333.0 merupakan paduan aluminium yang digunakan
untuk komponen-komponen otomotif seperti piston. Dimana paduan aluminium
AA.333.0 atau JIS AC8B mempunyai komposisi kimia dan sifat mekanis yang
diperlihatkan pada Tabel 4.3 dan Tabel 4.4.
56
Tabel 4.3 Komposisi paduan AA. 333.0
Paduan Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn
AA.333.0 8-10 1,0 3-4 0,5 0,05-0,5 - 0,5 <0,1
AC8B 8,5-10,5 < 1 2,0-4,0 < 0,5 0,5 – 1,5 - 0,1<1 <0,5
Tabel 4.4 Sifat mekanik paduan AA. 333.0
Alloy Temper
Ultimate
tensile
strength
0.2% offset
yield stenth Elongation
in 50mm
(2in),%
Hardness
MPa ksi MPa ksi (HB) (HRB)
333.0 T6 290 42 207 30 1,5 105 67
4.1.3 Strukturmikro material piston Daihatsu Hi-Jet 1000
Hasil pengujian struktur mikro pada material piston Daihatsu Hi-Jet-1000
ditunjukan pada Gambar 4.1. Unsur Si berbentuk seperti serpihan memanjang
dan tersebar merata dan unsur Al berwarna putih.
Gambar 4.1 Struktur mikro material piston Daihatsu Hi-Jet 1000 dengan
perbesaran mikroskop 1000X.
Al
Si
57
4.2 Kualitas Hasil Peleburan Piston Bekas
4.2.1 Hasil identifikasi kualitas hasil peleburan piston bekas
Pada tahapan ini, untuk mengetahui kualitas material hasil peleburan
limbah piston bekas, dilakukan 2x peleburan. Limbah piston bekas yang
digunakan adalah piston bekas kendaraan bensin dari bermacam – macam merek.
Setelah dilakukan pengecoran terhadap limbah material piston kemudian
dilakukan pengujian kekerasan, komposisi dan struktur mikro. Hasil pengujian
tersebut adalah sebagai berikut ini:
a. Kekerasan hasil pengecoran material limbah piston bekas
Hasil pengujian kekerasan untuk mengetahui kualitas pengecoran limbah
piston bekas dihasilkan data seperti pada Tabel 4.5 berikut
Tabel 4.5 Nilai pengujian kekerasan Rockwell B material limbah piston bekas
No
PENGECORAN I PENGECORAN II
Nilai Kekerasan
HRB ̅̅̅̅̅
Nilai Kekerasan
HRB ̅̅̅̅̅
1 53,00 6,76 50,00 0,01
2 48,50 3,61 46,50 10,89
3 50,00 0,16 51,00 1,21
4 51,00 0,36 48,00 3,61
5 49,50 0,90 54,00 16,81
Total ̅̅̅̅̅=50,4 11,79 ̅̅̅̅̅=49,9 32,53
b. Komposisi kimia hasil pengecoran material limbah piston bekas
Hasil pengujian komposisi kimia untuk mengetahui kualitas pengecoran
limbah piston bekas dihasilkan data seperti pada Tabel 4.6 berikut
Tabel 4.6 Hasil uji komposisi material limbah piston bekas
Paduan Al Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn
Pengecoran I 86,27 7,98 1,50 1,40 0,421 0,954 0,0784 0,694 0,922
Pengecoran II 87,82 7,76 0,775 1,40 0,368 0,353 0,036 0,005 1,23
58
c. Strukturmikro hasil pengecoran material limbah piston bekas
Hasil pengujian strukturmikro pada hasil pengecoran material limbah piston
bekas diperlihatkan pada Gambar 4.2. Menunjukan bahwa unsur Si tersebar tidak
merata dan jumlahnya tidak banyak. Sedangkan unsur Al lebih dominan dan
merata dibandingkan dengan strukturmikro pada material piston Daihatsu Hijet
1000.
a. Pengecoran I.
b. Pengecoran II.
Gambar 4.2 Strukturmikro hasil pengecoran material limbah piston bekas pada
pengecoran I & II dengan perbesaran mikroskop 1000X
Al
Si
Porositas
Al
Si Porositas
Dendrit
59
4.2.2 Pembahasan Identifikasi kualitas hasil peleburan piston bekas
Berdasarkan hasil uji kekerasan diketahui bahwa material hasil pengecoran
limbah piston bekas mempunyai harga kekerasan yang lebih rendah jika
dibandingkan dengan material piston Daihatsu. Pada pengecoran I rata-rata
kekerasan 50,4 HRB, pengecoran II 49,9 HRB sedangkan material piston
Daihatsu mempunyai kekerasan 76 HRB. Dari hasil uji komposisi terdapat
perbedaan komposisi Al dan Si antara hasil pengecoran limbah piston bekas
dengan meterial piston Daihatsu. Pada pengecoran I mempunyai 87,82 % Al dan
7,76 % Si, pengecoran II mempunyai 86,27 % Al dan 7,98 % Si, sedangkan
material piston Daihatsu mempunyai 84,19 % Al dan 10,7 % Si. Perbedaan ini
cukup signifikan, karena pada pengecoran I dan II belum masuk dalam batas
standar paduan aluminium AA. 333.0 (ASM Vol 15, 1992).
Seperti halnya hasil pengujian kekerasan dan pengujian komposisi,
pengujian strukturmikro juga menunjukkan hasil yang masih belum sesuai dengan
bentuk strukturmikro piston Daihatsu. Kekerasan hasil pengecoran ulang limbah
piston bekas masih dibawah kekerasan piston Daihatsu. Komposisi kimia hasil
pengecoran ulang limbah piston bekas khususnya untuk kandungan % Si juga
masih dibawah komposisi piston Daihatsu dan standar paduan aluminium AA.
333.0. Pengamatan struktur mikro hasil pengecoran ulang limbah piston bekas
memiliki unsur Si yang lebih sedikit dan tersebar tidak merata. Hal ini berbeda
sekali dengan bentuk struktur mikro piston Daihatsu yang memiliki matrik Si
yang tersebar merata.
Hasil ini menunjukkan bahwa limbah piston bekas tidak bisa didaur ulang
secara langsung sebagai material piston. Agar limbah piston bekas dapat
dimanfaatkan menjadi material piston perlu dilakukan usaha perbaikan kualitas
hasil coran, khususnya kualitas kekerasan, komposisi kimia dan strukturmikro
yang merupakan struktur dasar material piston. Salah satu usaha yang bisa
dilakukan adalah dengan penambahan material silikon karbida (SiC) dan
Magnesium (Mg) untuk meningkatkan kekuatan mekanis, sehingga terbentuk
material piston komposit. Piston komposit memiliki kelebihan, selain ringan juga
memiliki kekuatan sifat mekanis tinggi. Kekuatan sifat mekanis dapat dikontrol
dengan pengaturan komposisi campuran pada material limbah piston, silikon
karbida (SiC) dan Magnesium (Mg).
60
4.3 Karakterisasi dan Sifat Mekanik Material Piston Komposit
Material komposit digunakan untuk membuat piston komposit. Campuran
material komposit yang paling baik, selanjutnya dibentuk piston dengan metode
stir casting dan squeeze casting. Spesimen material piston komposit diuji
karakteristik dan sifat mekanik diantaranya uji kekerasan, uji SEM, Uji densitas,
dan porositas. Proses pembuatan piston komposit dengan variasi komposisi
campuran 90% piston bekas + 5 % SiC + 5% Mg kode A1, 80% piston bekas +
11% SiC + 9 % Mg kode A2, 70% piston bekas + 18 % SiC + 12% Mg kode A3,
dan piston asli kode A. Tekanan squeeze casting pada pembuatan piston komposit
memakai tekanan 200 MPa. Proses peleburan pada suhu 725oC, tetapi waktu
memasukan serbuk SiC dengan ukuran butir 40 µm pada suhu 600oC. Sebelumnya
SiC dipanaskan dulu pada suhu 700oC untuk menghilangkan kandungan air
(H2O). Preheating cetakan pada suhu 450oC, dan putaran pengadukan pada mesin
stir casting 200 rpm.
Spesimen piston komposit ditunjukan pada Gambar 4.3, hasil yang paling
optimal dari komposisi campuran yang nantinya digunakan untuk pembuatan
prototipe piston komposit. Pengujian karakteristik dan sifat mekanik piston
komposit dikomparasikan dengan piston asli Daihatsu Hijet-1000. Pembuatan
spesimen berbentuk silinder dengan ukuran diameter 20 mm dan tinggi 80 mm.
Pemotongan spesimen dibagi tiga, yaitu atas, tengah, dan bawah sehingga
mewakili seluruh spesimen komposit.
Gambar 4.3 Spesimen Piston komposit
61
4.3.1 Uji Metalurgrafi
Uji metalurgrafi digunakan untuk menganalisa strukturmikro sampai
topografi permukaan dengan pembesaran yang ditentukan. Pada penelitian ini
pengujian metalurgrafi menggunakan Scanning electron microscope (SEM)
merk JOEL tipe JSM-6510LA yang dilakukan di Laboratorium Terpadu Undip
Semarang yang ditunjukan pada Gambar 4.4.
Gambar 4.4 SEM merk JOEL tipe JSM-6510LA
Metalurgrafi piston komposit digunakan untuk mengamati penyebaran
komposisi campuran yang terdiri dari Al-Si, SiC, dan Mg. Spesimen di foto
dengan SEM dan untuk memperjelas foto sampai pembesaran 900x. Hasil foto
strukturmikro pada komposisi campuran A1 pada Gambar 4.5. Nampak
butiran SiC yang berbentuk butiran tidak seragam dengan ukuran butir rata-rata
40 µm. Ikatan permukaan SiC dengan aluminium kurang kuat dan butiran tidak
diselimuti matrik aluminium yang diperlihatkan pada Gambar 4.5a dengan
pembesaran 500x. Ini disebabkan antarmuka matrik tidak memiliki wetting
agent atau reaksi pengikat antara interface aluminium dan SiC. Walaupun
sudah ada penambahan magnesium sebagai wetting agent tetapi tidak mampu
membasahi butiran SiC (Anastasia Sahari, 2009). Gambar 4.5b dengan
pembesaran 900x memperlihatkan dengan jelas dominasi penguat butiran SiC
lebih besar dibanding matrik aluminium, dan hanya sedikit matrik aluminium
yang mampu menyelimuti butiran SiC. Peningkatan tekanan squeeze casting
sampai 200 MPa tidak mampu menyatukan antarmuka antara penguat dan
62
matrik, namun tekanan squeeze casting dapat meningkatkan kekerasan dan
densitas piston komposit (Hasan Z, 2008).
a) Pembesaran 500 x b) Pembesaran 900 x
Gambar 4.5. Strukturmikro material piston komposit A1 a) pembesaran 500x dan
b) pembesaran 900x
Bertambahnya kandungan magnesium sebesar 9% wt Mg pada
komposisi campuran A2 yaitu 80% piston bekas + 11% SiC dengan tekanan
squeeze casting 200 MPa mampu meningkatkan ikatan antarmuka matrik dan
penguat, dimana diperlihatkan pada Gambar 4.6a dengan pembesaran 500x.
Terlihat unsur magnesium membasahi permukaan silikon karbida dengan
warna hitam dan mengikilat. Magnesium (Mg) mampu sebagai wetting agent
pada komposisi campuran A2. Magnesium meningkatkan pembasahan antara
matrik dan penguat dengan cara menurunkan tegangan permukaaan antara
keduanya (Lutfi & Sukron., 2010). Gambar 4.6b dengan pembesaran 900x
menampakan matrik aluminium dari piston bekas menyelimuti seluruh
permukaan SiC. Dibandingkan dengan komposisi campuran A1, untuk
komposisi campuran A2 lebih baik.
Strukturmikro komposisi campuran A3 menampakan ikatan antarmuka
matrik dan penguat lebih sempurna yang terlihat pada Gambar 4.7a dengan
pembesaran 500x. Bertambahnya kandungan unsur magensium sebesar 12% wt
Mg mampu membasahi permukaan SiC. Gambar 4.7b hampir seluruh
permukaan SiC diselubungi matrik aluminium yang berwarna putih.
Al
SiC
Mg
Al
SiC
Mg
63
a) Pembesaran 500 x b) Pembesaran 900 x
Gambar 4.6 Strukturmikro material piston komposit A2, a) pembesaran 500x dan
b) pembesaran 900x
Penambahan magnesium (Mg) pada pembuatan aluminium matrik
komposit dapat meningkatkan pembasahan dan daya lekat antara matrik dan
penguat dengan membentuk fasa spinel MgAl2O4 dan MgO pada daerah
antarmuka matrik aluminium dan panguat SiC (Sanggahaleh et,al., 2009). Fasa
spinel dapat meruduksi tegangan permukaan antara matrik dan penguat,
sehingga dapat meningkatkan daya lekatnya. Daya lekat antara matrik dan
penguat berkaitan dengan kemampuan komposit mendistribusikan gaya luar
dari matrik menuju penguat secara merata. Daya lekat dipengaruhi
penambahan Mg untuk meningkatkan sifat mekanis aluminium matrik
komposit (Geng lin et.al., 2010). Unsur ini menempel diseluruh permukaan
butiran SiC. Mampu basah antamuka penguat terhadap matrik merupakan
aspek penting dalam menentukan kekuatan material komposit (Vahlas et, al.,
1999). Mampu basah membentuk ikatan kimia yang kuat pada antarmuka dan
perilaku mampu basah dapat diketahui dengan menghitung sudut kontak dan
tegangan permukaan. Penguat SiC dapat menahan indentasi pada pengujian
kekerasan, sehingga nilai kekerasan komposit Al/SiC sangat potensial pada
aplikasi struktural di industri transportasi. Tetapi material tersebut memiliki
Al
SiC
Mg
Al
SiC
Mg
64
keuletan dan ketangguhan yang rendah diakibatkan ikatan interfece yang lemah
(Ortega et, al., 2007).
a) Pembesaran 500 x b) Pembesaran 900 x
Gambar 4.7. Strukturmikro piston komposit A3 tekanan menggunakan SEM , a)
pembesaran 500x dan b) pembesaran 900x
4.3.2 Uji Kekerasan
Pengujian kekerasan bertujuan untuk mengetahui kekerasan pada
material piston komposi. Kekerasan piston komposit dipengaruhi penambahan
silikon karbida (SiC) (Vaillant, 1995). Pengujian kekerasan menggunakan
Rockwell B dengan beban mayor 60 kg, penahanan 5 detik, dan menggunakan
identer ball. Gambar 4.8a menunjukan pengujian spesimen dengan mesin
Rockwell. Pengujian mikrohardness menggunakan Vickershardness dengan
beban 0,3 gram selama 10 detik dignakan sebagai pembanding, bagaiman
ditunjukan pada Gambar 4.8b.
Pengujian dilakukan beberpa titik, sehingga mewakili seluruh
permukaan spesimen uji kekerasan. Spesimen material piston komposit dengan
variasi penambahan silikon karbida mulai dari 5, 11, dan 18% SiC dan
penambahan Magnesium. Penambahan silikon karbida, maka magnesium juga
bertambah mulai dari 5, 9, dan 12% Mg. Untuk hasil pengujian spesimen
material piston komposit ditunjukan pada Tabel 4.7.
Al
SiC
Mg
Al
SiC
Mg
65
Gambar 4.8 Pengujian kekerasan a) Rockwell B, b) Vickershardness
Hasil kekerasan piston komposit dipengaruhi penambahan silikon
karbida. Komposisi campuran material piston komposit 70% piston bekas + 18
% SiC + 12% Mg kode A3 memiliki kekerasan yang paling optimal dan
mendekati kekerasan spesimen piston Daihatsu Hijet-1000. Untuk campuran
A1 dan A2 masih dibawah kekerasan material piston, dengan selisih kekerasan
23,9 HRB (31,4%) dan 10,6 HRB (13,9%).
Tabel 4.7 Hasil pengujian kekerasan spesimen piston komposit
Bertambahnya kanduang SiC dan magenesium menambah kekerasan
spesien piston komposit (Zamheri A, 2011). Komposisi campuran A3 pada
tekanan squeeze casting 200 MPa memiliki kekerasan mendekati kekerasan
piston Daihatsu Hijet-1000 sebesar 75,5 HRB (138 HVN). Ini didukung hasil
strukturmikro SEM menunjukan matrik aluminium mampu menyelimuti SiC
Komposisi piston komposit Hasil Kekerasan
HRB HVN
90% PB + 5 % SiC + 5% Mg (A1) 52,1 101,0
80% PB + 11% SiC + 9% Mg (A2) 65,4 115,5
70% PB + 18 % SiC + 12% Mg (A3) 75,5 138
Kontrol
(Piston Daihatsu Hijet -1000) (A) 76,0 139
(a) (b)
66
secara sempurna dibandingan komposisi campuran lainya. Ditemukan
komposisi campuran yang paling optimimal, maka bisa direkomendasikan
untuk pembuatan prototipe piston komposit. Tekanan squeeze casting proses
pembuatan spesimen piston komposit berpengaruh terhadap kekerasan material
(Duskiardi, 2002). Pada tekanan 200 MPa untuk komposisi campuran A3
mampu menyamai sifat mekanik piston Daihatsu Hijet-1000. Menambah
kekerasan material piston komposit setiap penambahan penguat SiC rata-rata
naik 16 %, yang mana bisa dilihat digrafik pada Gambar 4.9.
Gambar 4.9 Hasil Pengujian kekerasan material piston komposit
Penambahan penguat SiC dapat meningkatkan kekerasan sifat mekanik 100
% (Mahadevan, 2008). Tetapi batas campuran volume fraksi penguat untuk proses
stir casting tidak boleh lebih dari 20% karena dapat menyebabkan kerapuhan dan
aliran cor rendah (Martin I ., 2011). Penambahan partikel penguat SiC sebanyak
18% SiC dan 12% Mg pada komposisi campuran penelitian ini sudah optimal.
Didukung diameter partikel SiC yang kecil dengan ukuran butir 40 µm mampu
mendukung kekerasan. Semakin kecil ukuran butir akan meningkatkan kekerasan
dan mengurangi keausan piston (Z.F. Zhang, et.al., 2006). Unsur Magnesium
berkorelasi dengan peningkatan SiC. Unsur magnesium bertambah dapat
meningkatkan pembasahan antara matrik dan penguat dengan cara menurunkan
tegangan permukaaan antara keduanya (Lutfi & Sukron., 2010). Unsur
40
45
50
55
60
65
70
75
80
0 2 4 6
Nil
ai
Kek
erasa
n (
HR
B)
Komposisi Campuran Piston Komposit
A1 A2 A3 A
67
magnesium memberi daya lekat antara matrik dan penguat berkaitan dengan
kemampuan komposit mendistribusikan gaya luar dari matrik menuju penguat
secara merata. Daya lekat dipengaruhi penambahan Mg untuk meningkatkan sifat
mekanis aluminium matrik komposit (Geng lin et.al., 2010).
4.3.3 Uji Porositas
Uji porositas menggunakan timbangan digital digital merk sarforious.
Dengan cara menimbang pada keadaan kering dan dalam keadaan basah.
Pengujian menggunakan standart ASTM C 373-88 yang mengacu pada hukum
Archimedes (Singla et, al., 2009). Untuk pengujian porositas dilakukan di
laboratorium bahan Teknik Mesin UGM Yogyakarta yang ditunjukan pada
Gambar 4.10. Hasil uji porositas berbanding terbalik dengan pengujian
kekerasan, semakin keras dari material piston komposit, maka porositas semakin
menurun.
Gambar 4.10 Pengujian porositas
Porositas paling tinggi dimiliki oleh komposisi campuran A1 sebesar 15,16%.
Meningkatkan kandungan unsur penguat SiC menurunkan porositas yaitu pada
campuran A2 sebesar 9,5% atau menurun 37%. Porositas paling rendah dimiliki
oleh komposisi campuran A3 sebesar 6,37% atau mengalami penurunan porositas
dari komposisi campuran A2 sebesar 32%. Komposisi campuran A3 memiliki
komposisi campuran paling tinggi pada unsur SiC sebesar 18% wt SiC, dan unsur
Mg sebesar 12% wt Mg. Hasil pengujian porositas material piston komposit
ditampilkan pada Tabel 4.8.
68
Tabel 4.8 Hasil pengujian porositas spesimen material piston komposit
Porositas yang terdapat pada spesimen material piston komposit AlSi-
SiC-Mg terbentuk dari berbagai hal, mulai dari porositas saat proses
pengadukan dalam furnace stir casting. Proses stir casting pada lelehan
alumunium paduan dan serbuk penguat SiC menyerap gas pada atmosfer dan
masuk kedalam lelehan komposit. Gas terjebak menyebabkan porositas dan
menurunkan sifat mekanis. Porositas bertindak sebagai daerah konsentrasi
tegangan dan menjadi awal penyebab retak (Hashim J et.al, 2002). Porositas
dapat dihilangkan dengan proses squeeze casting, tetapi pada proses ini
tekanan terlalu kecil (Shasha et, al , 2012). Selain gas terjebak, faktor Particle
pull-out juga berpengaruh pada porositas. Particle pull-out karena pembasahan
dan kekuatan antarmuka yang kurang baik. Ikatan interface antara matrik dan
penguat rawan untuk terlepas (pull-out), sehingga menimbulkan lubang yang
mengakibatkan poros. Menurut Kwok JKM (1999), Particle pull-out
disebabkan karena proses gesekan antarmuka, seperti pada proses
pengamplasan. Partikel penguat SiC yang kurang baik berikatan dengan matrik
dapat mudah terlepas yang menimbulkan porositas.
Porositas semakin kecil menjadikan nilai kekuatan mekanis lebih tinggi.
Pertambahnya penguat SiC dan unsur Mg mulai dari 5, 11, dan 18% wt SiC
dan 5, 9, dan 12% wt Mg menurunkan porositas, dimana bisa dilihat pada
Gambar 4.11. Porositas banyak terjadi pada daerah interface atau antarmuka
matrik dan penguat yang ditampilkan pada Gambar 4.12a. Butiran SiC tidak
terbasahi oleh matrik aluminium disebabkan partikel SiC berbentuk irreguler
Komposisi piston komposit Hasil Uji Porositas (%)
90% PB + 5 % SiC + 5% Mg (A1) 15,16
80% PB + 11% SiC + 9% Mg (A2) 9,5
70% PB + 18 % SiC + 12% Mg (A3) 6,37
Kontrol
(Piston Daihatsu Hijet -1000) (A) 2,357
69
dan bersudut (Gupta M, et,al, 1995), dan rendahnya unsur Mg sebagai wetting
agent (Lutfi & Sukron., 2010).
Gambar 4.11 Hasil Pengujian porositas material piston komposit
Clustering dapat menyebabkan porositas. Berkumpulnya butiran SiC
menyebabkan wilayah tengah cluster tersebut tidak dapat terbasahi oleh matrik
alumunium. Partikel penguat dalam suatu lelehan logam pada pengecoran
material komposit cenderung membentuk cluster (Hashim J et.al, 2002).
Cluster dihilangkan dengan meningkatkan kecepatan putaran stir casting, pada
putaran 200 rpm belum mampu meratakan partikel SiC. Cluster memiliki
daerah yang tidak mampu terbasahi matrik aluminium (daerah tengah),
sehingga daerah ini banyak terjadi poros dan tidak memiliki daerah antarmuka.
Porositas diakibatkan cluster diperlihatkan pada Gambar 4.12b.
Gambar 4.12 Penyebab porositas a) interface, dan b) Cluster
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 2 4 6
Poro
sita
s (%
)
Komposisi Campuran Piston Komposit
A1 A2 A3 A
Porositas
interface
Cluster
(A) (b)
70
4.3.4 Uji Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX)
Uji EDX untuk mengetahui senyawa kimia yang terkandung pada spesimen.
Karakterisasi ini bergantung pada interaksi beberapa eksitasi sinar X dengan
spesimen. Pengujian EDX diambil dari foto SEM dengan titik pengambilan yang
sama. Pengamatan SEM pada komposisi campuran A1, A2, A3, dan A tampak
adanya penguat SiC. Terdapat pula spektrum warna lain yang memungkinkan
adanya endapan (persipitat).
Gambar 4.13 Foto SEM untuk pengambilan titik uji EDX pada spesimen A1
Gambar 4.13 menunjukan titik pengambilan uji EDX pada spesimen A1 untuk
mendapatkan hasil komposisi kimia. Kandungan unsur SiC mendominasi
campuran komposisi sebesar 59,8. Unsur karbon (C) 28,29% , unsur Mg sebesar
2,89%, unsur Fe 6,65%, dan unsur Al 2,89%, hasil ini diperlihatkan pada Tabel
4.9. Spesimen A1dilihat dari grafik Gambar 4.14. Puncak –puncak menunjukan
unsur elemen yang paling besar.
Tabel 4.9 Hasil pengujian EDX spesimen material piston komposit
Spesimen Elemen %
SiO2 C MgO Al2O3 FeO O Total
A1 59,28 28,89 2,29 2,89 6,65 - 100
A2 31,00 13.96 4,44 48,68 1,92 - 100
A3 44,26 20,42 0,22 33,88 1,22 - 100
A 20,03 (Si) 79,97 (Al) - 100
20 µm20 µm20 µm20 µm20 µm
71
Puncak –puncak pada grafik memperlihatkan senyawa silikon oksida (SiO2)
paling tinggi pada energi 1.739 kiloelectron-volts (keV). Dibawahnya unsur
karbon (C) dan unsur besi (Fe). Unsur alumunium oksida (Al2O3) dan unsur
Magnesium oksida memiliki puncak paling rendah. Tinggi dan rendahnya puncak
pada grafik sesuai dengan besarnya komposisi senyawa (ASM Vol 9, 2004).
Gambar 4.14 Grafik hasil uji EDS pada komposisi spesimen A1
Pengambilan titik uji EDS pada spesimen A2 diperlihatkan pada foto SEM
Gambar 4.15. Hasil foto SEM menampakan unsur SiC terselimuti unsur
alumunium dan hampir merata, tetapi SiC masih sedikit yang terbuka
permukaanya.
Gambar 4.15 Foto SEM untuk pengambilan titik uji EDX pada spesimen A2
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00
keV
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Counts
CK
aO
Ka
MgK
aA
lKa
SiK
a
FeL
lF
eLa
FeK
esc
FeK
a
FeK
b
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00
keV
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Counts
CK
aO
Ka
MgK
aA
lKa
SiK
a
FeL
lF
eLa
FeK
esc
FeK
a
FeK
b
20 µm20 µm20 µm20 µm20 µm
72
Puncak tertinggi menunjukan unsur Al2O3 dengan komposisi sebanyak
48,68%, kemudian tertinggi nomor dua dimiliki unsur SiO2 sebesar 31,00.
Kandungan senyawa mendominasi komposisi campuran pada spesimen A2
dengan diperkuat hasil foto SEM pada grafik Gambar 4.16. Bertambahnya
kandungan Mg yang diperlihatkan pada puncak grafik yang semakin tinggi,
meningkatkan ikatan interface pada matrik dan penguat, karena Mg sebagai
wetting agent (Lutfi & Sukron., 2010). Wetting agent pada unsur Mg
meningkatkan terbentuknya unsur Al2O3 dan SiO2. Unsur karbon (C) puncaknya
lebih rendah dari pada puncak pada spesimen A1, dimana unsur karbon memiliki
komposisi sebesar 13.96%. Menurunya unsur karbon diikuti rendahnya unsur besi
(Fe). Fe memiliki kandungan komposisi sebesar 1,92%.
Gambar 4.16 Grafik hasil uji EDS pada komposisi spesimen A2
Kandungan komposisi spesimen A3 memiliki kandungan 70% PB + 18 %
SiC + 12% Mg. Hasil uji EDS memperlihatkan kandungan unsur SiC paling besar
yaitu 44,26% yang ditampilkan pada Tabel 4.9, dan puncak lebih tinggi,
bagaimana bisa dilihat pada Gambar 4.17. Puncak tertinggi kedua dimiliki unsur
Al2O3 sebesar 33,88% dan ketiga unsur C sebesar 20,42%. Hasil uji EDS sesuai
dengan bertambahnya kandungan unsur SiC dan Mg pada spesimen A1. Puncak
paling rendah dimiliki unsur Fe dengan kandungan komposisi 1,22% dan unsur
MgO sebesar 0,22%. Rendahnya kandungan unsur MgO disebabkan meratanya
matrik alumunium yang menyelimuti penguat SiC, sehingga kandungan Mg
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00
keV
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Counts
CK
aO
Ka
MgK
aA
lKa
SiK
a
FeL
lF
eL
a
FeK
esc
FeK
a
FeK
b
73
melapisi permukaan SiC untuk membentuk interface yang baik dan mengurangi
tegangan permukaaan antara keduanya (Lutfi & Sukron., 2010)
Gambar 4.17 Grafik hasil uji EDS pada komposisi spesimen A3
Pengambilan uji EDS pada titik foto uji SEM, sehingga mewakili komposisi
campuran pada spesimen A3. Hasil foto SEM spesimen A3 yang diperlihatkan
pada Gambar 4.18 menampakan unsur SiC hampir seluruhnya diselimuti unsur
aluminium, dan ini lebih merat dibandingkan foto SEM pada spesimen A2. Unsur
aluminium berwarna putih dan unsur SiC berwarna hitam berbentuk menyudut.
Uji EDX posisi penembakan sinar X menganai dua unsur yang dominan pada
komposisi campuran ini.
Gambar 4.18 Foto SEM untuk pengambilan titik uji EDX pada spesimen A3
20 µm20 µm20 µm20 µm20 µm
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00
keV
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Cou
nts
CK
aO
Ka
MgK
aA
lKa
SiK
a
FeL
lF
eLa
FeK
esc
FeK
a
FeK
b
74
Hasil uji EDS pada piston Daihatsu Hijet-1000 untuk kandungan komposisi
kimia tidak sesuai dengan hasil uji komposisi kimia dengan spektrometri.
Ketidaksamaan komposisi kimia dikarenakan pengambilan pada titik uji yang
berbeda. Titik uji EDS pada piston asli ditunjukan pada Gambar 4.19 yang
merupakan hasil uji foto SEM.
Gambar 4.19 Foto SEM untuk pengambilan titik uji EDX pada Piston Daihatsu
Hijet-1000
Pengujian EDS waktu yang digunakan 78.92 sec dan energi sebesar
20.0 kV, untuk energi yang digunakan pada Al 1,486 dan Si 1,739 keV. Unsur
yang dihasilkan terdiri dari unsur Al sebesar 79.97 % dan unsur Si sebesar
20.03 %. Unsur dua ini memiliki puncak-puncak paling tinggi yang ditunjukan
pada Gambar 4.20, Semakin tinggi dari puncak pada grafik EDX memiliki
unusr paling tinggi (ASM Vol 9, 2004). Unsur Al memiliki puncak paling
tinggi dan dibawahnya unsur Si, hasil sesuai dengan kandungan komposisi
kimia yang diperlihatkan pada tabel diatas. Analisis komposisi menggunakan
EDS, unsur Si yang terkandung dalam suatu material, mempengaruhi nilai
kekerasan. Nilai kandungan unsur Si pada piston asli pada daerah
Hypoeutectic, daerah Eutectic dan daerah Hypereutectic nilai kekerasan yang
dihasilkan berbeda, Sesuai dengan buku. (ASM International, 2004). Kompisisi
Al-Si Hypoeutectic dimana memiliki fasa Primer dendritik α-aluminium.
(Muhammad HH, 2008 ).
100 µm100 µm100 µm100 µm100 µm
75
Gambar 4.20 Garfik hasil uji EDS pada komposisi piston Daihatsu Hijet-
1000
0.00 3.00 6.00 9.00 12.00 15.00 18.00 21.00
keV
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
Counts
AlK
aS
iKa
Top Related