PENGARUH THERMAL SHOCK RESISTENCE DAN KOMPOSISI BAHAN REFRAKTORI TERHADAP KEKUATAN IMPACT DAN STRUKTUR MAKRO
April Lianita Sari 1 , Rusiyanto 2
1,2 Pendidikan Teknik Mesin, Universitas Negeri Semarang Email: lianitaapril@gmail.com

## ABSTRACT
The  purpose  of  this  research  is  to  study  the  effect  of  thermal  shock  and  the  composition  of  refractory materials  on  impact  strength  and  macrostructure.  The  research  methods  is  experimental  method.  The independent  variables  in  this  research  are  thermal  shock  temperatures  and  the  composition  of  refractory materials  (portion  of  alumina,  rice  husk  ash  and  kaolin).  The  dependent  variables  in  this  research  are  impact strength  and  macrostructure.  The  data  of  this  research  is  analyzed  using  descriptive  statistic.  The  results  are presented  in  tables,  charts  and  images.  The  result  shows  that  the  highest  value  of  average  impact  strength  is 0,009560  J/mm 2 with  300  °C  temperature  of  thermal  shock  (∆T).  The  result  of  the  macrostructure  is  a  brittle structure with flat and shiny surface characteristics.
Keywords: refractory, composition, thermal shock, impact strength, macrostructure

## ABSTRAK

## PENDAHULUAN
Indonesia  merupakan  salah  satu  Negara agraris dengan luas wilayah panen padi sebesar 14.116.638  ha  dengan  hasil  produktivitas  padi sebanyak  70.846.465  ton  pada  tahun  2014  dan mengalami  peningkatan  pada  tahun  2015 sebesar  4.551.376  ton  (Badan  Pusat  Statistik, 2015).  Penggilingan  padi menghasilkan  limbah organik  berupa  sekam  padi  yang  biasanya dimanfaatkan  sebagai  media  tanam,  bahan bakar  pembuatan  batu  bata  dan  pupuk.  Sekam padi  yang  dibakar  mengandung  silika  amorf
reaktif  sebesar  87-97%  (Krishanarao  dkk, 2001).  Silika  biasanya  digunakan  dalam industri  kaca,  industri  refraktori  dan  keramik, dengan  tingginya  kandungan  silika  yang terdapat dalam abu sekam padi maka abu sekam padi  dimanfaatkan  sebagai  bahan  baku  dalam pembuatan refraktori.
Bahan  refraktori  merupakan  bahan  non logam  yang  tahan  terhadap  suhu  tinggi.  Sifat- sifat yang harus dimiliki bahan refraktori antara lain  memiliki  ketahanan  terhadap  suhu  tinggi, memiliki  titik  lebur  yang  tinggi  dan  tahan terhadap tingkat abrasi yang tinggi.
Refraktori  mengalami  tingkat  abrasi yang  tinggi  karena  aliran  partikel  dengan kecepatan  tinggi  secara  terus-menerus.  Oleh
karena  itu  bahan  refraktori  harus  bersifat abrasif  (Sadik  dkk,  2014).  Salah  satu  bahan yang  bersifat  abrasif  adalah  alumina  yang
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  mengetahui  pengaruh thermal  shock dan  komposisi  bahan  refraktori terhadap  kekuatan impact dan  struktur  makro.  Metode  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  merupakan  metode eksperimen.  Variabel  bebas  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  yaitu  variasi  suhu thermal  shock dan  variasi komposisi  bahan  refraktori  (alumina,  abu  sekam  padi  dan  kaolin).  variabel  terikat  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  yaitu  kekuatan impact dan  struktur  makro.  Teknik  analisis  data  yang  digunakan  adalah  analisis deskriptif. data hasil penelitian disajikan dalam bentuk tabel, grafik dan gambar. Hasil penelitian menunjukkan bahwa rata-rata kekuatan impact tertinggi sebesar 0,009560 J/mm 2 diperoleh pada komposisi 5 tanpa perlakuan thermal shock dan terendah sebesar 0,004049 J/mm 2 dengan variasi suhu thermal shock (∆T) 300 o C dan hasil foto makro menunjukkan patahan getas dengan ciri-ciri permukaan patahan yang datar dan terlihat mengkilap.
Kata kunci: refraktori, komposisi, thermal shock , kekuatan impact , struktur makro
Volume 4 Nomor 2 Oktober 2019 Hal 105-110
https://journal.uny.ac.id/index.php/dynamika/issue/view/1751
terdiri  dari  aluminium  dan  oksigen.  Alumina memiliki sifat keras dan kuat menahan getaran. Alumina juga mempunyai ketahanan yang baik terhadap  suhu  tinggi  dan  bersifat  isolator, sehingga  alumina  dapat  dijadikan  sebagai bahan  paduan  dalam  pembuatan  bahan refraktori (Vlack, 1994: 303-306).
Bahan  baku  lain  yang  dapat  digunakan dalam  pembuatan  refraktori  adalah  lempung kaolin.  Kaolin  merupakan  bahan  perekat  yang baik sehingga memudahkan proses pembentukan yang memiliki daya hantar listrik dan  panas  yang  rendah  sehingga  dapat dimanfaatkan  sebagai  bahan  baku  pembuatan refraktori.  Kaolin  merupakan  bahan  yang memiliki  karakteristik  keras  tetapi  getas sehingga  dibutuhkan  bahan  yang  memiliki keuletan  tinggi  dan  tetap  stabil  pada  suhu tinggi.  Alumina  merupakan  bahan  yang memiliki  keuletan  tinggi  dan  tetap  stabil  pada suhu  tinggi  sehingga  dapat  dijadikan  sebagai bahan paduan dalam pembuatan refraktori.
Penggunaan refraktori berhubungan dengan  suhu  tinggi  yang  berkaitan  dengan perubahan suhu. Dalam penelitian ini refraktori diberikan  perlakuan thermal  shock dan komposisi bahan refraktori terhadap ketahanan impact dan struktur makro.

## METODE
Metode yang digunakan dalam penelitian  ini  adalah  metode  penelitian eksperimen,  di  mana  penelitian  ini  bertujuan untuk  mengetahui  pengaruh thermal  shock resistence dan  komposisi  bahan  refraktori terhadap kekuatan impact dan struktur makro.
Pembuatan  spesimen  diawali  dengan pengayakan  abu  sekam  padi  dengan  ayakan ukuran mesh 100  kemudian  dilakukan  proses pencampuran  dari  ketiga  bahan  penelitian dengan menggunakan mixer . Variasi
komposisi  bahan  yang  dijadikan  spesimen  uji di antaranya alumina (Al 2 O 3 ) dengan perbandingan 15%, 25%, 35%, 45%, 55%, abu sekam padi 10% untuk setiap variasi komposisi dan  kaolin  75%,  65%,  55%,  45%,  35%.
Selanjutnya bahan penelitian dicampur dengan alkohol  sebanyak  30%,  di  mna  bahan  yang sudah tercampur kemudian  dimasukkan  dalam cetakan  kemudian  dikompaksi  menggunakan mesin press dengan kekuatan 80 kg/cm 2 . Spesimen yang sudah dicetak selanjutnya  didiamkan  dalam  suhu  ruangan selama  3  hari  dan  setelah  itu  disintering  pada suhu  1200 o C  dengan  laju  pemanasan  5 o C/menit  dengan holding  time 2  jam. Kemudian  spesimen  uji  diberikan  perlakuan thermal  shock (∆T)  0 o C,  100 o C,  200 o C,  300 o C.  Spesimen  yang  telah  diberikan  perlakuan dilakukan  pengujian impact dan  struktur makro.  Pengujian impact dilakukan  untuk mengetahui  ketahanan impact spesimen  uji setelah  diberikan  perlakuan.  Struktur  makro digunakan  untuk  mengetahui  bentuk  patahan yang terjadi setelah dilakukan uji impact .

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian impact dilakukan untuk mengetahui  ketahanan  suatu  material  terhadap beban kejut yang datang secara cepat dan tiba- tiba.
Gambar 1. Grafik Perhitungan Uji Impact Komposisi 1-5
Hasil  rata-rata  perhitungan  uji impact pada  Gambar  1  menunjukkan  bahwa  pada setiap  variasi  suhu thermal  shock dan  variasi
komposisi  spesimen  uji  memiliki  kekuatan impact yang berbeda, sehingga dapat dikatakan bahwa  suhu thermal  shock dan  komposisi bahan  refraktori  memiliki  pengaruh  terhadap kekuatan impact spesimen  uji.  Rata-rata kekuatan impact tertinggi  diperoleh  pada variasi  komposisi  5  tanpa  perlakuan thermal shock (∆T) 0 o C sebesar 0,009560 J/mm 2 . Hasil perhitungan  uji impact menunjukkan  bahwa terdapat  penurunan  kekuatan impact spesimen uji  pada  setiap  kenaikan  variasi  suhu thermal shock dari  semua  variasi  komposisi  bahan refraktori.

## Struktur Makro
Pengamatan  struktur  makro  dilakukan untuk mengetahui  bentuk patahan  yang terjadi pada  spesimen  setelah  dilakukan  uji impact .
Hasil  pengamatan  foto  marko  dapat  dilihat pada gambar berikut.
Gambar 2. Foto Makro Komposisi 1 ∆T 0 o C
Gambar 3. Foto Makro Komposisi 1 ∆T
100 o C
Gambar 4. Foto Makro Komposisi 1 ∆T
200 o C
Gambar 5. Foto Makro Komposisi 1 ∆T 300 o C
Gambar 6. Foto Makro Komposisi 5 ∆T 0 o C
100 o C
1 mm 1
200 o C 1 mm 1 300 o C 1 mm 1 0 o C 1 mm 1 100 o C 1 mm
0 o C 1 mm 1
Gambar 8 . Foto Makro Komposisi 5 ∆T 200 o C
Gambar 9 . Foto Makro Komposisi 9 ∆T 300 o C
Berdasarkan  pengambilan  foto  makro, patahan spesimen uji impact berbentuk patahan granular  atau  patahan  getas  yang  ditandai dengan  patahan  datar  yang  memantulkan cahaya  tinggi  dan  terlihat  mengkilap  yang disebabkan  oleh  mekanisme  pembelahan  pada butir-butir keramik yang getas.
Perlakuan thermal  shock spesimen akan menerima penurunan suhu secara drastis. Proses ini terjadi ketika perambatan suhu pada spesimen  mengalami  pemuaian  yang  tidak seragam diasumsikan sebagai tegangan, sehingga  perlakuan thermal  shock ini  akan menyebabkan penurunan kekuatan impact pada spesimen  karena  pendinginan  yang  dilakukan secara  cepat.  Pada  penelitian  ini,  kekuatan impact yang  didapatkan  menurun  seiring dengan  peningkatan  suhu  pada  perlakuan thermal shock , seperti penelitian yang dilakukan  oleh  Bayuseno  (2009)  dengan menggunakan variasi suhu 300 o C, 400 o C dan 500 o C  juga  menunjukkan  bahwa  setiap  suhu thermal shock dinaikkan 100 o C nilai kekuatan
mekanik mengalami penurunan sebesar 37,5%. Penurunan  tersebut  terjadi  karena  koefisien termal  dan  modulus  elastisitas  yang  dimiliki keramik tinggi sehingga mengakibatkan tegangan termal yang menyebabkan terjadinya retakan yang merambat cepat karena perbedaan suhu yang tinggi. Karso dkk (2012) memaparkan bahwa kekuatan impact
mengalami  penurunan  sebesar  74,33%  seiring dengan  peningkatan  suhu thermal  shock dari 60-110 o C  di  mana  hal  ini  disebabkan  oleh ikatan material dan HDPE rusak akibat adanya perubahan suhu yang tinggi.
Menurut  penelitian  yang  dilakukan  oleh Sari  dkk  (2017)  semakin  tinggi  variasi  suhu thermal  shock menyebabkan  nilai  kekuatan impact kowi  pelebur  mengalami  penurunan, maka  ketangguhan  dan  kekerasan  yang dimiliki kowi pelebur menjadi semakin rendah. Jin  &  Yhuezong  (2014)  melakukan  penelitian pada  keramik  dengan  komposisi  bahan Al 2 O 3 /Si 3 N 4 diberi  perlakuan thermal  shock dengan  suhu  100-500 o C  di  mana  menyatakan bahwa kekuatan mekanik spesimen mengalami penurunan.  Tegangan  sisa  yang  diperoleh mengalami  penurunan  signifikan  pada  suhu thermal  shock (∆T)  500 o C.  Kenaikan  suhu thermal  shock memiliki  pengaruh  terhadap kekuatan impact yang  dimiliki  oleh  suatu material,  pada  penelitian  ini  menggunakan variasi suhu 0-300 o C terlihat penurunan secara drastis pada saat diberikan variasi suhu thermal shock .  Kekuatan impact terendah  diperoleh pada  suhu thermal  shock (∆T)  300 o C  pada setiap variasi komposisi.
Pada setiap variasi komposisi memiliki nilai  kekuatan impact yang  berbeda,  hal  ini menunjukkan  bahwa  komposisi  spesimen berpengaruh  terhadap  sifat  mekanis  dari spesimen  uji.  Berdasarkan  hasil  pengujian impact ,  seiring  dengan  penambahan  alumina pada  komposisi  spesimen  kekuatan impact yang  diperoleh  semakin  meningkat.  Terjadi peningkatan  kekuatan impact pada  setiap penambahan presentase alumina pada komposisi  bahan.  Kekuatan impact tertinggi diperoleh pada variasi komposisi 5 (25%, 10%,
200 o C 1 mm 1 300 o C 1 mm 1
65%)  dengan  hasil  pada  ∆T  0 o C  sebesar 0,009560  J/mm 2 , ∆T 100 o C  sebesar  0,008482 J/mm 2 , ∆T 200 o C sebesar 0,007914 J/mm 2 dan ∆T  300 o C  sebesar  0,006416  J/mm 2 .  Hal  ini membuktikan  bahwa  penambahan  presentase alumina  dapat  meningkatkan  kekuatan impact spesimen.
Penelitian yang dilakukan oleh Hamzah  (2017)  memberikan  hasil  bahwa kekuatan impact pada fire  brick semakin meningkat seiring dengan bertambahnya fraksi berat  alumina  dan  suhu  sintering.  Peningkatan maksimum  terjadi  pada  presentase  alumina 60%  pada  suhu  sintering  1300 o C.  Hal  ini disebabkan oleh tingginya suhu sintering yang membuat  partikel  serbuk  menjadi  terikat  lebih baik  dan  penambahan  fraksi  berat  alumina yang  dapat  meningkatkan  kekuatan  dan ketangguhan fire  brick .  Menurut  penelitian yang dilakukan oleh Sidabutar (2017) kekuatan mekanik mengalami peningkatan seiring dengan  penambahan  alumina  dan  kenaikan suhu  sintering.  Kekuatan  mekanik  terbaik didapatkan pada penambahan alumina sebanyak  10%  dan  suhu  sintering  1200 o C.
Hasil  ini  sesuai  dengan  penelitian  yang dilakukan  oleh  Muhammad  Sadat  Hamzah  & Alimuddin  Sam  (2013)  di  mana  peningkatan fraksi  berat  alumina  akan  meningkatkan kekuatan  mekanik  komposit clay untuk aplikasi fire  brick ,  kekuatan  mekanik  dalam penelitian tersebut adalah kekuatan bending .
Patahan spesimen dari hasil uji impact dilihat  mekanisme  perpatahannya.  Untuk mengamati bentuk patahan dari masing-masing variasi  suhu thermal  shock (∆T)  dan  variasi komposisi dilakukan foto makro pada permukaan  patahan  spesimen.  berdasarkan hasil  foto  makro,  jenis  perpatahan  yang dialami oleh spesimen adalah perpatahan getas yang ditandai dengan permukaan patahan yang datar  dan  pantulan  cahaya  yang  mengkilap. Pada  variasi  komposisi  5  terlihat  lebih  padat dibandingkan  dengan  variasi  komposisi  yang lain, hal ini dikarenakan alumina memiliki titik
lebur yang lebih tinggi sehingga dapat mengisi ruang-ruang  kosong  pada  spesimen,  sehingga spesimen  terlihat  lebih  padat  dan  spesimen berkurang.  Hal  ini  membuktikan  bahwa komposisi bahan refraktori berpengaruh terhadap  struktur  makro  spesimen  uji,  sesuai dengan  penelitian  yang  dilakukan oleh Suarsana  (2015)  yang  menyatakan  bahwa penambahan  berat  alumina  dapat  menurunkan tingkat  porositas  dan  meningkatkan  kepadatan spesimen uji.
Kenaikan  suhu thermal  shock (∆T) memiliki  pengaruh  terhadap  struktur  makro spesimen.  Pada  variasi  suhu thermal  shock (∆T) 0-300 o C  terdapat  perbedaan  warna  pada spesimen, semakin bertambahnya suhu thermal shock (∆T)  permukaan  patahan  spesimen terlihat  berwarna  lebih  gelap.  Hasil  ini  sesuai dengan  penelitian  yang  dilakukan  oleh  Sari dkk (2017) yang menunjukkan bahwa terdapat perbedaan  distribusi  warna  pada  patahan spesimen yang diberi perlakuan thermal shock, semakin  tinggi  suhu thermal  shock (∆T) terlihat  bahwa  struktur  makro  dari  spesimen terlihat dominan berwarna gelap.

## SIMPULAN
Kesimpulan  dari  penelitian  ini  adalah sebagai  berikut.  (1)  Pengaruh thermal  shock dan  komposisi  bahan  refraktori  terhadap kekuatan  uji impact dapat  disimpulkan  bahwa semakin  tinggi  suhu thermal  shock (∆T) kekuatan impact yang  diperoleh  semakin menurun.  Setiap  variasi  komposisi  bahan memiliki  kekuatan impact yang  berbeda-beda, penambahan  presentase  berat  alumina  dapat meningkatkan kekuatan impact pada spesimen uji. (2) Pengaruh thermal shock dan komposisi bahan refraktori terhadap struktur makro dapat disimpulkan bahwa patahan spesimen memiliki permukaan  yang  datar  dan  memantulkan cahaya  yang  mengkilap.  Semakin  tinggi  suhu thermal  shock ,  pada  patahan  spesimen  terlihat memiliki warna yang semakin gelap.

## DAFTAR RUJUKAN
Badan  Pusat  Statistik  (BPS).  2015.  Diakses dari http://www.bps.go.id/ pada tanggal  15  Desember  2018  pukul 13:49.
Bayuseno,  A.P.  2009.  Pengembangan  dan Karakterisasi  Material  Keramik  Untuk Dinding  Bata  Tahan  Api  Tungku Hoffman  KI. Jurnal  Rotasi 11(4):  5-
10.
Hamzah, M.S. 2017. Kekuatan Impak
Komposit  Clay  dan  Alumina  untuk Aplikasi  Fire  Brick. Jurnal  Mekanikal 8(2): 716-720.
Jin  Z  &  Yuezhong  F.  2014.  Thermal  Shock Resistence  Behavior  of  a  Functionally Graded  Ceramic:  Effects  of  Finite Cooling  Rate. The  Chinese  Society  of Theoritical  and  Applied  Mechanics 4(4): 1-5.
Karso,  T.,  Wijang,  W.R.,  Heru,  S.  2012. Pengaruh  Variasi  Suhu  Siklus  Termal terhadap Karakteristik Mekanik Komposit  HDPE-Sampah  Organik. Jurnal Mekanika 11(1): 9-13.
Krishnarao,  R.V.,  J.  Subrahmanyam,  T. Jagadish  Kumar.  2001.  Studies  on  the Formation  of  Black  Particles  in  Rice Husk  Silica  Ash. Journal  of  the European Ceramic Society 21: 99-104.
Muhammad Sadat Hamzah & Alimuddin Sam. 2013.  Kekuatan  Bending  Komposit
Clay Diperkuat dengan Alumina untuk Aplikasi  Fire  Brick. Jurnal  Mekanikal 4(2): 403-409.
Sadik,  C.,  Iz-Eddine,  E.  A.,  Abderrahman,  A. 2014.  Recent  Advance  in  Silica-
Alumina Refractory: A review. Journal  of  Asian  Ceramic  Societies
76(14): 1-14.
Sari, D.R., Rusiyanto, Rahmat, D.W.,
Pramono.  2017.  Pengaruh Thermal Shock  Resistence terhadap  Makro Struktur dan Ketahanan  Impact  Kowi Pelebur (Crusible) Berbahan Komposit Abu  Sekam  Padi/  Grafit/  Kaolin. Jurnal Kompetensi Teknik 9(1): 53-59.
Sidabutar, T.E. 2017. Pembuatan dan
Karakterisasi  Keramik  Magnesium Alumina  Silika  dari  Abu  Vulkanik
Gunung  Sinabung. Jurnal  Teknik Mesin (JTM) 6(1): 28-35.
Suarsana,  K.  2015. Efek  Temperatur  Sintering pada  Penambahan  Penguat  SiCw  dan Al 2 O 3 Partikel  terhadap  Karakteristik Aluminium  Matrik  Komposit .  Artikel disajikan  pada  Seminar  Nasional Teknologi  2015.  Institut  Teknologi Nasional Malang. 17 Januari 2015.
Vlack,  L.H.V.  1985. Elements  of  Materials Science and Engineering . Edisi kelima. Addison-Wesley Publishing Company. Michigan.  Djaprie,  S.  1994. Ilmu  dan
Teknologi Bahan . Edisi kelima. Jakarta: Erlangga.