## MEKANIKA – JURNAL TEKNIK MESIN
Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya Volume 3 No. 1 (2017)
ANALISA PENGARUH PENAMBAHAN UNSUR Cu DAN VARIASI TEMPERATUR PELEBURAN TERHADAP SIFAT MEKANIK KEPALA PISTON

## Zainun, Ahmad Sony Setiawan
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya Jalan Semolowaru No. 45 Surabaya 60118, Tel. 031-5931800, Indonesia email: zainun@untag-sby.ac.id

## ABSTRAK
This  study  aims  to  determine  the  effect  of  adding  Cu  elements  and  variations  in  melting temperature to mechanical properties on the piston head.
From this research used as main material that is used piston head melted into furnace with variation of melting temperature such as 680 o C, 700 o C, and 720 o C and will be combined with  Cu  alloy  with  variation  of  2%,  4%,  and  6%.  There  will  be  further  impact  testing  and microstructure testing.
From the research, it can be concluded that on impact test at 680 o C, 700 o C, and 720 o C melting  temperature  and  addition  of  Cu  2%,  4%,  and  6%.  Experiencing  increased  energy absorbed and impact price of raw material. While at 720 ⁰ C temperature combined with Cu 6% of energy absorbed by 2.28 joules and for the impact price is 0.036 Joule / mm2. More resilient  than  other  material  impact  prices.  Each  addition  of  melting  temperature  and addition  of  Cu  elements  produce  impact  and  energy  values  absorbed  differently.  And  the more the impact price is high, the fracture of the specimen becomes resilient as well as vice versa,  if  the  impact  price  is  low  the  fracture  of  the  specimen  becomes  brittle.  As  for  the results  of  microstructure  testing  performed,  each  addition  of  Cu  elements  and  melting temperature  resulted  in  different  microstructures  and  each  addition  of  Cu  elements  will produce  a  new  phase  that  is  CuAl2  which  in  this  phase  can  cause  the  material  becomes tougher than raw material.
Keywords: used piston head - Cu, Temperature Melting, Impact Testing, Micro Structure.

## PENDAHULUAN
Diera  modern  seperti  ini  banyak sekali  komponen  mesin  yang  di  modifikasi untuk mencari paduan (komposit) yang lebih dari  material  itu  sendiri.  Setiap  material logam  biasanya  banyak  digunakan  untuk perancangan  pada  bidang  teknik.  Contohnya pada  kendaraan  bermotor  yang  sekarang menjadi alternative masyarakat untuk berpergian.  Maka  dari  itu  pada  setiap kendaraan  harus  memiliki  suku  cadang  atau
part  yang  baik  supaya  tidak  terjadi  hal  yang tidak  di  inginkan.  Pada  kendaraan  biasa  ada komponen  mesin  yang  sangat  penting  salah satunya adalah piston. Dimana komponen ini merukan  sumber  geser  yang  terpasang  pada bagian  silider  mesin  yang  bekerja  secara bolak-balik  menjadi  gerak  angular  atau berputar yang proses penggerakannya dengan adanya expand gas pembakaran yang mengubah  energy  panas  menjadi  energy gerak. Maka dari itu material dari komponen
piston  harus  tangguh,ringan  dan  tahan terhadap  panas  temperature  tekanan  tinggi. biasanya  pada  material  standart  dari  piston adalah  campuran  alumunium  (alumunium alloy)  dan  dengan  paduan  komposisi  yang seimbang  diantaranya,  besi,magnesium,  dan lain-lain serta pada proses produksinya harus mendukung.

## Pengertian Piston
Piston  pada  bagian  mesin  disebut juga  dengan  istilah  torak  dimana  pada  part atau  komponen  ini  berfungsi  sebagai penekan  udara  yang  masuk  dan  penerima dari  hasil  pembakaran  pada  ruang  bakar. Komponen  piston  terhubung  dengan  poros engkol,  melalui  setang  piston  atau  disebut juga connecting  rod .  Oleh  sebab  itu  pada material  piston  harus  dari  komposisi  bahan yang baik,ringan,tahan terhadap panas temperature tekanan tinggi. piston  harus  ringan  supaya  meminimalisir gesekan yang terjadi yang akan menyebabkan  loss.  Kosekuensinya  piston harus  ringan  dan  membutuhkan  bahan material  yang  memiliki  ketahanan  dan ketangguhan.
Pada  kepresisian  dari  dimensi  piston  juga sangat berpengaruh dalam proses pembakaran  yang  dilakukan  piston  di  dalam silinder.  Oleh  karena  itu  kwualitas  dari dimensi  juga  harus  diperhatikan  utuk mendapatkan hasil yang baik dan memuaskan. Komposisinya juga harus seimbang
diantaranya
adalah
besi, alumunium,magnesium serta lain-lainya. Pada  proses  produksinya  harus  mendukung juga.

## Gambar 1. Piston

## Pengertian Alumunium
alumunium adalah logam ringan yang sering  kita  jumpai  pada  kehidupan  sehari- hari.  Logam  ini  biasanya  ditemukan  dalam bentuk  bijih.  Jika  dilihat  pada  fisiknya alumunium  bewarna  putih  agak  kebiru- biruan,  mengkilat,  mudah  dibentuk,dapat ditempa  dan  mempunyai  konduktor  panas dan listrik yang baik. Jika logam ini digosok pada permukaannya akan mengkilat dan jika di  lebur  mempunyai  titik  cair  658 o C.  Sifat logam ini sangat unik tidak seperti baja. Pada baja  dengan  suhu  rendah  cenderung  akan rapuh  dan  pada  suhu  tinggi  kekuatannya akan meningkat. Berbeda dengan alumunium pada  suhu  rendah  kekuatannya  meningkat dan  pada  suhu  tinggi  kekuatannya  akan menurun.
Tabel 1. Sifat mekanik yang dimiliki alumunium

## Tabel 2. Karakteristik Alumunium

## Paduan Alumunium

## Alumunium paduan Tembaga
Pada  paduan  ini  sifat  mekaniknya  dan proses  pemesinannya  sangat  baik  sedangkan untuk mampu cornya bisa di perbaiki dengan paduan  ini.  biasanya  paduan  ini  dipakai untuk  bagian  pada  kendaraan,  meteran,  dan lain-lain.
Gambar 2. Diagram fasa paduan Al-Cu (tembaga).
Dilihat  dari  diagram  fasa  diatas  akan menghasilkan  fasa  baru  yaitu  CuAl 2 yang dimana  pada  fasa  ini  jika  tersebar  merata akan mengakibatkan kekuatan dan kekerasan dari bahan akan lebih meningkat.

## Proses pengecoran
Proses  pengecoran  adalah  suatu proses manufaktur yang menggunakan logam  cair  dan  cetakan  untuk  menghasilkan bentuk  yang  mendekati  dari  produk  jadi. Logam yang sudah cair akan dituangkan atau ditekan  yang  memiliki  cetak (cavity) sesuai dengan bentuk yang diingkan.
Gambar 3. Tungku peleburan.
Jeni-jenis  cetakan  yang  digunakan  antara lain:
1.Cetakan  tidak  permanen (Expendable mold)
Contonya  :  cetakan  presisi (precisian casting) dan cetakan pasir (sand casting) dan lain-lain 2.cetakan permanen (permanent mold)
Contohnya : centrifugal die casting, pressure die  casting,  gravity  permanent  mold  casting dan lain-lain.

## Pengujian impact
Pengujian  ini  adalah  pengujian  yang mengukur  dari  ketahanan  beban  terhadap beben  kejut  yang  diberikan.  Dari  pengujian ini adalah bentuk upaya untuk mensimulasikan  kondisi  pada  material  yang sering  kita  jumpai  dalam  perlengkapan transportasi dan konstruksi dimana beban uji mengalami  deformasi.  Pengujian  impact  ini bertujuan mencari energy yang diserap untuk mematahkan benda uji atau material. Dengan menggunakan  pendulum yang  berayun dengan ketinggian sudut yang ditentukan dan menabrak  benda  uji  hingga  mengakibatkan terjadinya  patahan  pada  benda  uji.  Setah  itu
Sifat – sifat Aluminium Murni Tinggi Struktur Kristal FCC Densitas pada 20 o C (sat. 103kg/m3) 2.698 Titik Cair o C 660.1 Koefisien mulur panas
kawat 20 o – 100 o C (10-6/K)
23.9
Konduktifitas panas 20 o -  400 o C (W/(m K) 238
Tahanan listrik 20 o C
(10 -8 KΩ m) 2.69 Modulus elastisitas (GPa) 70.5 Modulus kekakuan (GPa) 26.0
banyaknya  energy  yang  diserap  oleh  bahan untuk terjadinya perpatahan itu yang merupakan  ukuran  dari  ketahanan  impact atau  ketangguhan  dari  bahan  tersebut.
Gambar 4. Pengujian impact dengan menggunakan metode Charpy.
Jika  bahan  tersebut  tangguh  maka  energy serapnya lebih besar dan makin rendah posisi pendulum  yang  berayun.  Begitu  juga sebaliknya jika pendulum yang berayun lebih tinggi  dari  posisi  awal  maka  bahan  tersebut rapuh.
Berikut  adalah  rumus  untuk  mencari  energy yang  diserap  dan  harga  impact  dari  suatu material.
E = W x l ( 2 - 1 )……………(2.1)
Keterangan  : E : energy  impact W : massa bandul l   : panjang lengan bandul cos : awal ayununan bandul dan akhir ayunan bandul
Rumus metode charpy :
HI =   ………………………………… (2.2)
Keeterangan : E = energy yang diserap (joule) A= luas penampang bawah takik ( ) HI = harga impak
Kelebihan dari uji impact metode charpy 1. waktu pengujian lebih singkat 2. hasilnya lebih akurat 3. pengerjaan lebih mudah dikerjakan 4. harga lebih murah Kekurangan dari uji impact metode charpy
1.  hanya  dapat  dipasang  pada  posisi horizontal
2.  pengujian  hanya  dapat  dilakukan  pada ukuran spesiment kecil.

## Pengujian Struktur mikro
struktur  mikro  adalah  suatu  gambaran  dari kumpulan  beberapa  fasa  yang  bisa  diamati dengan  menggunakan  mikroskop  optik. Sebelum mengamati struktur mikro
permukaan  dari  bahan  harus  bersih  dan mengkilat  tidak  ada  bekas  dari  proses pemesinan.  Setelah  itu  proses  pengetsaan pada  permukaan  bahan  yang  akan  diamati struktur  mikronya.  Setiap  bahan  memiliki struktur mikro yang berbeda.
Sebelum  di  atsa  bahan  terlebih  dahulu diratakan permukaannya dengan menggunakan amplas atau grinda selanjutnya di gosok dengan kain sampai permukaannya mengkilat  dan  setelah  itu  barulah  diproses pengetsaan proses ini adalah proses pengkorosian permukaan bahan.
Proses etsa ini dilakukan dengan mencelupkan  permukaan  bahan  pada  cairan bahan kimia yang dicampurkan menjadi satu dan  dengan  komposisi  yang  pas  serta pencelupan  yang sesuai dengan prosedur.
Gambar 4. Tipe permukaan
Gambar 5. Table campuran etsa yang digunakan
Gambar 6. Table keterangan cara pengetsaan
Dari gambar table diatas bahawa setiap bahan memiliki proses pengetsaan yang berbeda. Dan pada pengujian struktur mikro proses pengetsaan sangat penting supaya pada proses pengamatan pada mikroskop optik bisa keluar fasa-fasa yang terdapat pada bahan tersebut.

## PROSEDUR EKSPERIMEN
Dalam  bab  ini  akan  dijeslakan  alur  proses penelitian  yang  akan  dilakukan  untuk melakukan suatu penelitian antara lain :
Start Pengaruh penambahan tembaga (Cu) terhadap sifat mekanik dan struktur mikro pada alumunium-silikon (Al-Si) melalui proses pengecoran Analisa pengaruh penambahan unsur Cu dan varisai temperatur peleburan terhadap sifat mekanik pada kepala piston Studi Lapangan Studi Literatur Persiapan alat dan bahan Bahan penelitian: 1. Kepala Piston bekas 2. Cu (tembaga) Peleburan piston 720 ⁰ C Dan waktu tahan 1 menit Peleburan piston 700 ⁰ C Dan waktu tahan 1 menit Peleburan piston 680 ⁰ C Dan waktu tahan 1 menit Cu 4% Cu 4% Cu 2% Cu 6% Cu 6% Cu 2% Cu 6% Cu 2% Cu 4% Pembentukan Spesimen Uji impact Pengambilan data Analisa data Tidak Ya Uji Struktur mikro Kesimpulan End Proses pengecoran

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  bab  ini  berisi  data-data  dari  hasil pengujian  yang  dilakukan.  Antara  lain sebagai berikut.

## Pengujian impact
Tabel 3. Pengujian impact
1.  Gambar  8.  Grafik  dari  pengujian  impact dengan temperature 680 o C.
2.  Gambar  9.  Grafik  dari  pengujian  impact dengan temperature 700 o C.
3.  Gambar  10.  Grafik  dari  pengujian  impact dengan temperature 720 o C.
Dari data-data perhitungan pengujian impact yang  dilakukan  diats,  membuktikan  bawah pada  temperature  peleburan  680 ⁰ C,  700 ⁰ C, dan 720 o C serta penambahan Cu 2%,4%, dan 6%.  Mengalami  kenaikan  energy  yang diserap dan harga impact dari raw materialnya.  Sedangkan    pada  temperature 720 ⁰ C  dipadukan  dengan  Cu  6%    energy yang  diserap  sebesar  2,28  joule  dan  untuk harga  impact  nya  0,036  Joule/mm 2 .  Lebih tangguh  dari  harga  impact  material  lain. Setiap  penambahan  temperature  peleburan dan  penambahan  unsur  Cu  menghasilkan harga  impact  dan  energy  yang  diserap berbeda-beda.  Dan  semakin  harga  impact nya  tinggi,  maka  patahan  dari  spesimennya menjadi  ulet  begitu  juga  dengan  sebaliknya,
jika  harga  impactnya  rendah  patahan  dari spesimentnya menjadi getas.

## Pengujian struktur mikro
Temeperatur 680 o C Struktur mikro.
a.
Gambar 11. Paduan Cu 2% b. Gambar 12. Paduan Cu 4%
c.
Gambar 13. Paduan Cu 6%
Temperatur  700 o C  gambar  12.  Struktur mikro.
a.
.
Gambar 14. Paduan Cu 2%
b. Gambar 15. Paduan Cu 4% c.
Gamabar 16. Paduan Cu 6%
Temperatur 720 o C gambar 13. Struktur mikro.
a.
Gambar 17. Paduan Cu 2%
b.
Gambar 18. Paduan Cu 4%
c.
Gambar 19. Paduan Cu 6%
Dari  hasil  pengamatan  struktur  mikro  yang dilakukan dengan menggunakan alat mikroskop optik perbesaran
100x membuktikan  bahwa  setiap  temperature peleburan  yang  dilakukan  menghasilkan beberapa fasa antara lain:
1.  fasa  Al  (alumunium)  krakteristik  dari fasa ini adalah berwarna terang 2. fasa Al-Si (alumunium-silikon) krakteristik dari fasa ini adalah berwarna biru terang  terbentuk  fasa  ini  karena  pada  bahan dari  kepala  piston  mengandung  campuran silicon 3.  fasa  CuAl 2 karakteristik  dari  fasa  ini adalah  berwarna  biru  kehitam-hitaman.  Ini adalah  fasa  yang  terbentuk  karena  pada  raw material  atau  kepala  piston  dipadukan dengan  Cu.  Fasa  ini  yang  membuat  material menjadi lebih tangguh.

## KESIMPULAN DAN SRAN
Pada bab ini menjelaskan tentang kesimpulan  yang  dapat  diambil  dalam penelitian yang dilakukan, bahwa : 1. Uji impact
Dari  hasil  pengujian  impact  yang dilakukan membuktikan bawah pada temperature  peleburan  680 ⁰ C,  700 ⁰ C,  dan 720 o C  serta  penambahan  Cu  2%,  4%,  dan 6%.  Mengalami  kenaikan  energy  yang diserap dan harga impact dari raw materialnya.  Sedangkan    pada  temperature 720 ⁰ C  dipadukan  dengan  Cu  6%    energy yang  diserap  sebesar  2,28  joule  dan  untuk harga  impact  nya  0,036  Joule/mm 2 lebih tangguh  dari  harga  impact  semua  material. Setiap  penambahan  temperature  peleburan dan  penambahan  unsur  Cu  menghasilkan
harga  impact  dan  energy  yang  diserap berbeda-beda. Bisa disimpulkan pada temperature  peleburan  dan  penambahan unsur  Cu  yang  seimbang  dapat  menjadi alternatif  untuk  pembuatan  kepala  piston yang lebih tangguh.
2. Uji Struktur Mikro Dalam  hal  ini  membuktikan  bahwa setiap penambahan unsur Cu dan temperature peleburanya mengahasilkan struktuk mikro yang berbeda-beda dan setiap penambahan  unsur  Cu  akan  menghasilkan fasa  baru  yaitu  CuAl 2 dimana  pada  fasa  ini dapat  menimbulkan  material  menjadi  lebih tangguh. .

## SARAN
Dari  hasil  penelitian  yang  berjudul Analisa pengaruh penambahan unsur Cu dan variasi  temperature  peleburan  terhadap  sifat mekanik  pada  kepala  piston,  maka  dapat  di berikan berbagai saran diantaranya adalah : 1.  Perlu  dilakukan  proses  pengadukan  yang sempurna  untuk  menghasilkan  campuran antara  kepala  piston  bekas  dan    Cu  yang seimbang,  misalnya  dengan  menggunakan alat bantu.
2. Dapat menjadi alternatif untuk pembuatan kepala  piston  yang  lebih  tangguh,  misalnya dengan  menambahkan  unsur  Cu  yang  lebih dan unsur-unsur paduan yang lain.

## REFERENSI
[1] http://www.academia.edu/22150398/Ma kalah_Piston
[2] Karakteristik Aluminium Irawan, 2013
[3] Sifat Fisik Alumunium Abdul Hafizh,
2009
[4] http://digilib.mercubuan.ac.id/manager/n !@file_skripsi/file964989194614.pdf
[5] http://www.tf.unikiel.de/matwis/amat/iss /kap_8/illustr/i8_2_1.html
[6] http://www.academia.edu/19670778/lap oran_practikum_uji_impact
[7] http//danidwikw.wordpress.com/2010/1 2/17/pengujian-impact-dan-fenomena- perpatahan.
[8] http://widimaterial.blogspot.co.id/2015/0 5/laporan-praktikum-material-
teknik.html
[9] Buku Panduan Praktikum Material Teknik, Fakultas Teknik Jurusan Teknik
Mesin – Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya, 2014.