Kode/Nama Rumpun Ilmu* : 150288/MESIN-OTOMOTIF

USULAN

PENELITIAN FUNDAMENTAL

PENGGUNAAN ALUMINIUM CARBON SEBAGAI MATERIAL PADA CYLINDER BLOCK

UNTUK MENINGKATKAN PERFORMA KENDARAAN

(ISA MUHAMMAD SAID / NIM 130551818102)

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

FEBRUARI 2014

RINGKASAN

Teknologi material yang digunakan untuk blok silinder terus

dikembangkan dari tahun ke tahun, tujuan dari pengembangan material blok

silinder adalah menghemat berat kendaraan. Kendaraan dengan berat yang ringan

akan mengkonsumsi bahan bakar yang sedikit, sehingga populasi pengguna

kendaraan tidak terus menerus menghabiskan bahan bakar yang notabene adalah

bahan bakar fosil atau energy nonrenewable. Tidak hanya bertujuan untuk

menghemat cadangan untuk generasi akan datang namun emisi yang diproduksi

bahan bakar fosil hanya akan merusak lingkungan melalui global warming.

Berdasarkan fenomena fisika, berat yang ringan akan mempercepat

jalannya kendaraan, kendaraan yang ringan akan berjalan dengan bebas dengan

sedikit bahan bakar. Dalam perkembangannya, kendaraan, khususnya mobil

diproduksi atau dikembangkan dengan bahan yang ringan.

Aluminium (Al) dan karbon (C) adalah material ringan yang paling

banyak dimanfaatkan oleh industri manufaktur, peralatan rumah tangga. Pada

penelitian ini akan dijelaskan secara detil material aluminium dan material karbon

sehingga menghasilkan formula sebagai bahan pembuatan blok silinder yang kuat,

ringan, dan tahan panas untuk selanjutnya diuji kualitasnya.

Kata kunci: Aluminium, Carbon, Cylinder Block

Material technology used for the cylinder block have been developed from

year to year, the goal of development is make the cylinder block material for

saving vehicle weight. Vehicles with lighter weight will consume little fuel, so the

user population does not continue to spend the vehicle fuel which is actually a

fossil fuel or nonrenewable energy. Not only aiming to save up for generations to

come, but the emissions produced by fossil fuels will only damage the

environment through global warming.

Based on physical phenomena, light weight will accelerate the vehicle,

light vehicle will run freely with less fuel. During its development, vehicles,

especially cars produced or developed with lightweight material.

Aluminum (Al) and carbon (C) is a lightweight material that is most widely used

by the manufacturing industry, home appliances. This research will be described

in detail material of aluminum and carbon materials so as to produce a formula as

materials for the cylinder block is strong, light, and heat resistant to further test its

quality.

Keywords: Aluminum, Carbon, Cylinder Block

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan masyarakat akan kendaraan bermotor seperti sepeda motor dan

mobil atau kendaraan transportasi pada era sekarang terhitung cukup signifikan

jumlahnya. Masyarakat melakukan mobilisasi dalam menjalankan aktivitas sehari-

hari. Suasana mobilisasi dapat kita rasakan jika kita melihat tayangan televisi atau

saat sedang melintas di jalan raya di kota-kota besar. Kendaraan bermotor

memerlukan bahan bakar, sedangkan bahan bakar yang komposisi utamanya

terdapat dalam Bumi akan habis jika digunakan terus menerus. Oleh sebab itu,

sudah merupakan tugas generasi muda untuk dapat mencari alternatif atau energi

terbarukan pengganti bahan bakar sebagai langkah konservasi energi.

Penghematan energi atau konservasi energi adalah tindakan mengurangi

jumlah penggunaan energi. Penghematan energi dapat dicapai dengan penggunaan

energi secara efisien dimana manfaat yang sama diperoleh dengan menggunakan

energi lebih sedikit, ataupun dengan mengurangi konsumsi dan kegiatan yang

menggunakan energi. Penghematan energi dapat menyebabkan berkurangnya

biaya, serta meningkatnya nilai lingkungan, keamanan negara, keamanan pribadi,

serta kenyamanan. Organisasi-organisasi serta perseorangan dapat menghemat

biaya dengan melakukan penghematan energi, sedangkan pengguna komersial dan

industri dapat meningkatkan efisiensi dan keuntungan dengan melakukan

penghematan energi.

Terdapat banyak cara untuk mengatasi penggunaan bahan bakar yang

berlebihan. Banyak karya yang sudah ditemukan oleh para praktisi otomotif

dalam rangka menghemat bahan bakar. Produsen otomotif pun selalu

mengimprovisasi produk mereka menjadi produk yang murah dan ramah

lingkungan berdasarkan perfoma yang sesuai dengan kebutuhan. Namun tidak

mudah untuk merancang mesin dengan konsumsi hemat bahan bakar dan ramah

lingkungan namun memiliki performa atau efisiensi tinggi. Untuk itu dalam

penelitian ini akan dibahas tentang bagaimana menghemat konsumsi bahan bakar

sekaligus efisiensi performa mesin dalam rangka meningkatkan performa

kendaraan.

1.2 Batasan Penelitian

Batasan dalam penelitian ini adalah penggunaaan Aluminum Carbon pada

mesin mobil.

1.3 Tujuan Khusus

Beberapa tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah:

Tahun Tujuan Tahun Pertama Tujuan Tahun Kedua

Pencapaian

Menganalisis sifat

aluminum

Menganalisis sifat

carbon

Menghasilkan formula

campuran aluminum

carbon yang sesuai

Merancang cylinder block

tipe inline

Menganalisis Bahan

Aluminum Carbon

Uji tarik

Uji tekan

Uji panas

Menguji beban mesin

Menguji gas buang

Menguji ketahanan panas

Menguji performa mesin

Menguji kecepatan mesin

1.4 Pentingnya Penelitian

Tujuan penelitian tahun pertama adalah menganalisis bahan aluminum dan

carbon sehingga menghasilkan formula aluminum dan karbon yang sesuai atas

pengujian kualitas yang direncanakan untuk tahap tahun ke kedua.

Pada tahun kedua, penelitian ini ditargetkan untuk fokus merancang

cylinder block hingga langkah-langkah produksi cylinder block dengan bahan

aluminum dan carbon serta melakukan uji atas efisiensi, performa mesin, dan

performa kendaraan.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Performa Kendaraan

Performa dalam arti luas sesuai dengan kamus besar bahasa Indonesia

adalah “hal melakukan; hal menyelenggarakan, hal memainkan (seni drama,

musik, dan seni tari), dan penampilan. Performa bisa disebut sebagai penampilan

atau prestasi. Performa mesin berarti prestasi mesin “dalam hal torsi, daya,

maupun kemampuan mesin sesuai efisiensi dengan efektif”, sedangkan performa

kendaraan adalah prestasi kendaraan atas tujuan pemenuhan kelayakan efisiensi

mesin seperti kecepatan, berat, dan penekanan efisiensi atas performa mesin

maupun perangkat lain pada kendaraan.

Untuk menghitung performa kendaraan dalam hal tenaga mesin dapat

dilakukan dengan rumus sederhana sebagai berikut:

HP = (m/t) * 1,241

HP = Horse power/tenaga kuda

m = massa total kendaraan, satuan (kg)

t = waktu yang dibutuhkan untuk berakselerasi 0-100 kpj, satuannya detik

1,241 = konstanta

Perlu kita ketahui hingga saat ini banyak sekali cara atau langkah-langkah

dalam upaya meningkatkan mesin sebagai langkah awal meningkatkan performa

kendaraan, langkah-langkah meningkatkan performa kendaraan dapat dijabarkan

sebagai berikut:

1. Menambah kapasitas mesin

Kapasitas mesin lebih besar berarti lebih bertenaga, bukan berarti

kapasitas kecil performa kendaraan tidak maksimal, orang yang

melakukan modifikasi ekstrim sekalipun terkadang performa

kendaraannya masih bisa kalah dengan orang yang memiliki kapasitas

mesin lebih kecil, namun dengan mengesampingkan hal itu semua,

untuk kendaraan harian, meningkatkan kapasitas mesin lebih besar dari

bawaan pabrik akan memperbaiki prestasi kendaraan, dengan

menambah kapasitas mesin, bisa diperoleh lebih banyak debit gas yang

terbakar dalam setiap putaran mesin. Cara menambah kapasitas mesin

hanya ada dua: 1) Melesakkan piston dengan diameter lebih besar, atau

2) memanjangkan langkah ayun piston dengan menggeser big end

lebih maju atau mengganti dengan pen stroke aftermarket yang umum

dijual di pasaran.

2. Meningkatkan Rasio

Rasio Kompresi yang lebih tinggi pasti memproduksi tenaga lebih

sedikit atau banyak. Semakin campuran udara/bahan bakar dipadatkan,

semakin cepat campuran akan menyembur menjadi api secara spontan,

namun tentunya harus diimbangi dengan oktan bahan bakar yang pas

untuk mencegah pembakaran dini. Ini jawaban mengapa mesin motor

balap road-race, atau drag yang diliput di tabloid atau majalah

umumnya memakai bahan bakar ber oktan tinggi – karena mesin

mereka memakai rasio kompresi lebih tinggi untuk mendapatkan

tenaga. Ada banyak cara untuk meningkatkan rasio kompresi. Mulai

dari memapas kop atau cylinder head, blok, meninggikan dome piston,

atau mempersempit kubah ruang bakar hingga menyerupai bak mandi

atau bisa juga dengan menggabungkan berbagai metoda itu.

3. Memudahkan udara mengalir masuk

Ketika piston meluncur mundur atau turun pada langkah hisap,

hambatan udara dapat merampok pundi-pundi tenaga dari mesin.

Hambatan udara bisa dikurangi dengan modifikasi serius, karena

kesalahan bisa berakibat fatal, melakukan modifikasi pada saluran

pemasukan silinder atau seringkali disebut Porting, selain

memperbesar volumenya, pun harus memperhatikan geometri porting

agar lebih terarah dan aliran udara menjadi lembut. Teknik lain yang

mampu mengurangi hambatan secara drastis adalah konfigurasi multi

klep masuk atau menempatkan dua klep masuk dalam sebuah silinder.

Dan intake manifold yang halus layaknya manifold koso yang mahal

tentu sangat bagus melancarkan aliran udara/bahan bakar yang akan

masuk ke porting atau membuka filter udara adalah cara yang paling

mudah.

4. Memudahkan gas buang bebas keluar

Jika hambatan udara membuat gas keluar dari silinder tentu akan

mengurangi tenaga mesin. Ada beberapa cara untuk melepaskan gas

buang agar bebas keluar, diantaranya ialah: 1) dengan memperbesar

head atau head yang memakai dua klep buang. Head yang memiliki

dua klep buang secara cepat akan mampu melepas gas sisa

pembakaran dari dalam silinder. 2) Memperbaiki porting buang

dengan porting buang yang halus. 3) Mengganti knalpot,

muffler/knalpot yang memiliki banyak sekat akan membuat efek

tendangan balik semakin besar. Knalpot dengan performa tinggi

memakai rangakaian pipa header yang lebih besar, dan pipa belakang

yang semakin membesar, dan muffler free flow akan membuang gas

sisa hasil pembakaran dengan bebas dari dalam silinder. Tujuan

penggunaan knalpot free flow adalah meningkatkan tenaga mesin.

5. Mengurangi berat kendaraan

Part yang lebih ringan membantu mesin bekerja lebih baik. Setiap

piston berubah arah, pasti memerlukan energi untuk berhenti dan

memulai ke arah yang lain. Piston yang lebih ringan mengurangi

pemakaian energi ini. Mengurangi beban gesekan, mengurangi beban

rotasi, semua hal ini apa yang disebut meningkatkan efisiensi mekanis.

6. Mengganti dengan system Injection

Sistem kontrol campuran bahan bakar secara elektronis melalui

injector akan memberikan keakuratan tingkat tinggi pada setiap derajat

langkah piston dan kepastian debit yang dibutuhkan sesuai beban

mesin. Oleh karenanya teknologi tersebut dapat meningkatkan

performa dan pemakaian bahan-bakar yang lebih ekonomis.

Berdasarkan langkah-langkah dalam upaya meningkatkan performa

kendaraan seperti penjabaran di atas, maka diketahui bahwa mengurangi berat

kendaraan (weight reduction) merupakan salah satu langkah yang cukup

signifikan dan penting terlebih dalam proses produksi sebuah mesin untuk

menentukan dan memanfaatkan material alami atau sintesis yang ringan dan juga

kuat sebagai tujuan menciptakan kendaraan yang memiliki performa tinggi dalam

hal daya tanpa mengabaikan emisi gas buang. Menurut complex magazine, dalam

situsnya complex.com “Sebuah mobil yang ringan bisa berakselerasi dengan lebih

cepat, sudut tikung yang sulit, dan mendapatkan ekonomi bahan bakar yang lebih

baik.”

Berikut ini merupakan salah satu contoh data performa kendaraan sebelum

dan sesudah mengalami weight reduction yang dapat dideskripsikan pada tabel

berikut.

Tabel 2.1: Perbandingan performa kendaraan UCSD FSAE tahun 2005 dan 2006

Tabel tersebut di atas mendeskripsikan torsi puncak yang diperoleh pada

kendaraan yang diproduksi ditahun 2006 meningkat sebesar 21% dengan berat

berkurang 23kg dan akselerasi lebih cepat 10,7%.

2.2 Cylinder Block

Blok Silinder merupakan inti dari mesin, yang terbuat dari besi tuang.

Blok silinder terdiri dari beberapa lubang tabung silinder, yang di dalamnya

terdapat torak yang bergerak turun-naik. Silinder-silinder ditutup bagian atasnya

oleh kepala silinder yang dijamin oleh gasket . Crankcase terpasang dibagian

bawah blok silinder dan poros engkol dan bak oli termasuk di dalam blok silinder,

hanya pada tipe OHV (Over Head Valve). Pada mesin modern poros nok berada

di dalam kepala silinder. Silinder-silinder dikelilingi oleh mantel pendingin (water

jacket) untuk membantu pendinginan. Perlengkapan lainnya seperti starter,

alternator, pompa bensin, distributor dipasangkan pada bagian samping blok

silinder. Adapun susunan silinder mesin pada mesin diantaranya dapat

dideskripsikan sebagai berikut.

a. Tipe V

Gambar 2.1 Susunan silinder mesin tipe V

Pada tipe ini, blok silinder berbentuk V (V-Shape). Tipe ini

memungkinkan dimensi mesin menjadi lebih tinggi dan panjang mesin

menjadi berkurang.

b. Tipe In Line

Gambar 2.2 Susunan silinder mesin tipe In-Line

Pada tipe in-line, silinder-silinder disusun dalam satu baris, tipe ini banyak

digunakan karena konstruksinya sederhana.

c. Tipe Horizontal

Gambar 2.3 Susunan silinder mesin tipe horizontal berlawanan

Silinder pada tipe ini disusun secara horizontal dan berlawanan satu

dengan yang lain. Susunan seperti ini dapat menentukan ukuran tinggi

mesin.

Pada umumnya blok silinder dibuat dengan proses pengecoran.

Pengecoran adalah suatu proses manufaktur yang menggunakan logam cair dan

cetakan untuk menghasilkan parts dengan bentuk yang mendekati bentuk

geometri akhir produk jadi. Logam cair akan dituangkan atau ditekan ke dalam

cetakan yang memiliki rongga sesuai dengan bentuk yang diinginkan. Setelah

logam cair memenuhi rongga dan kembali ke bentuk padat, selanjutnya cetakan

disingkirkan dan hasil cor dapat digunakan untuk proses sekunder. Pasir hijau

untuk pengecoran digunakan sekitar 75 percent dari 23 million tons coran yang

diproduksi dalam USA setiap tahunnya.

Untuk menghasilkan tuangan yang berkualitas maka diperlukan pola yang

berkualitas tinggi, baik dari segi konstruksi, dimensi, material pola, dan

kelengkapan lainnya. Pola digunakan untuk memproduksi cetakan. Pada

umumnya, dalam proses pembuatan cetakan, pasir cetak diletakkan di sekitar pola

yang dibatasi rangka cetak kemudian pasir dipadatkan dengan cara ditumbuk

sampai kepadatan tertentu. Pada lain kasus terdapat pula cetakan yang

mengeras/menjadi padat sendiri karena reaksi kimia dari perekat pasir tersebut.

Pada umumnya cetakan dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian atas dan bagian

bawah sehingga setelah pembuatan cetakan selesai pola akan dapat dicabut

dengan mudah dari cetakan.

Inti dibuat secara terpisah dari cetakan, dalam kasus ini inti dibuat dari

pasir kuarsa yang dicampur dengan Airkaca (Water Glass / Natrium Silikat), dari

campuran pasir tersebut dimasukan kedalam kotak inti, kemudian direaksikan

dengan gas CO2 sehingga menjadi padat dan keras. Inti diseting pada cetakan.

Kemudian cetakan diasembling dan diklem.

Sembari cetakan dibuat dan diasembling, bahan-bahan logam seperti ingot,

scrap, dan bahan paduan, dilebur di bagian peleburan. Setelah logam cair dan

homogen maka logam cair tersebut dituang ke dalam cetakan. Setelah itu ditunggu

hingga cairan logam tersebut membeku karena proses pendinginan. Setelah cairan

membeku, cetakan dibongkar. Pasir cetak, inti, dan benda tuang dipisahkan. Pasir

cetak bekas masuk ke instalasi daur ulang, inti bekas dibuang, dan benda tuang

diberikan ke bagian fethling untuk dibersihkan dari kotoran dan dilakukan

pemotongan terhadap sistem saluran pada benda tersebut. Setelah fethling selesai

apabila benda perlu perlakuan panas maka diproses di bagian perlakuan panas.

Proses pengecoran sendiri dibedakan menjadi dua macam, yaitu traditional casting

dan non-traditional/contemporary casting.

Teknik traditional terdiri atas :

1. Sand-Mold Casting

2. Dry-Sand Casting

3. Shell-Mold Casting

4. Full-Mold Casting

5. Cement-Mold Casting

6. Vacuum-Mold Casting

Sedangkan teknik non-traditional terbagi atas :

1. High-Pressure Die Casting

2. Permanent-Mold Casting

3. Centrifugal Casting

4. Plaster-Mold Casting

5. Investment Casting

6. Solid-Ceramic Casting

Perbedaan secara mendasar di antara keduanya adalah bahwa

contemporary casting tidak bergantung pada pasir dalam pembuatan cetakannya.

Perbedaan lainnya adalah bahwa contemporary casting biasanya digunakan untuk

menghasilkan produk dengan geometri yang kecil relatif dibandingkan bila

menggunakan traditional casting. Hasil coran non-traditional casting juga tidak

memerlukan proses tambahan untuk penyelesaian permukaan.

Jenis logam yang kebanyakan digunakan di dalam proses pengecoran

adalah logam besi bersama-sama dengan aluminium, kuningan, perak, dan

beberapa material non logam lainnya.

2.2.1 Bahan Blok Silinder (Cylinder Block)

Berikut ini merupakan bahan produksi silinder blok, dapat dijabarkan

sebagai berikut:

1. Besi Cor Kelabu

Besi cor kelabu atau grey cast iron ditandai dengan mikro graphitic, yang

menyebabkan fraktur bahan untuk memiliki penampilan yang abu-abu. Ini adalah

besi cor paling sering digunakan dan bahan cor yang paling banyak digunakan

berdasarkan berat. Sebagian besar besi cor memiliki komposisi kimia dari 2,5-

4,0% karbon, 1-3% silikon, dan sisanya adalah zat besi. Besi cor kelabu memiliki

kekuatan tarik lebih sedikit dan tahan shock dari baja, tetapi kekuatan tekan

adalah sebanding dengan baja karbon rendah dan menengah.

2. Paduan Aluminium

Paduan Aluminium adalah paduan aluminium dengan logam lain, ( Al )

adalah logam yang dominan untuk paduan aluminium. Unsur-unsur paduan khas

aluminium adalah tembaga, magnesium, mangan, silikon dan seng. Ada dua

klasifikasi pokok dalam memadukan aluminium, yaitu pengecoran paduan dan

paduan tempa, yang keduanya kemudian dibagi lagi menjadi kategori heat-

treatable dan non-heat-treatable. Sekitar 85 % dari aluminium digunakan untuk

produk tempa, misalnya digulung piring, foil dan ekstrusi. Paduan aluminium cor

menghasilkan produk hemat biaya karena titik leleh rendah, meskipun mereka

umumnya memiliki kekuatan tarik lebih rendah dari paduan tempa. Yang paling

penting sistem paduan aluminium cor Al - Si, di mana tingkat tinggi silikon ( 4,0-

13 % ) memberikan kontribusi untuk memberikan karakteristik pengecoran yang

baik. Paduan Aluminium banyak digunakan dalam struktur teknik dan komponen

ringan atau diperlukan ketahanan korosi.

Blok mesin biasanya terbuat dari besi cor “diproduksi oleh pengecoran

menggunakan paduan fluiditas yang baik dan rentang pembekuan kecil”,

meskipun dalam akhir 1990-an, pada umumnya berat dari blok mesin kurang lebih

ialah 135kg, blok mesin yang terbuat dari bahan eksperimen lain sedang

dikembangkan, dalam prototype mobil dengan harapan untuk mengembangkan

kendaraan yang lebih ringan dan efisien. Adapun beberapa syarat yang harus

dipenuhi oleh sinlinder blok, diantaranya ialah:

Kuat

Kondiktuvitas termal yang baik

Kepadatan rendah

Tahan aus

Tahan korosi

2.3 Analisis Beban Mesin Kendaraan terhadap Peningkatan Performa

Kendaraan dan Pemakaian Bahan Bakar

Beban dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis, yaitu: beban dari

alam/lingkungan, beban operasional, dan beban sustain (berat mesin dan

peralatannya). Beban dari alam adalah beban yang diterima mesin/ peralatan,

selama beroperasi maupun tidak beroperasi, dari lingkungan dimana mesin/

peralatan itu berada, seperti beban angin, gempa dll. Beban operasional adalah

beban akibat beroperasinya mesin/peralatan sesuai dengan fungsi kerjanya ketika

mesin tersebut beroperasi. Beban sustain adalah beban berat mesin/ peralatan

yang terus-menerus diterima mesin/peralatan tersebut ketika beroperasi maupun

tidak beroperasi.

2.3.1 Kelas Pembebanan

Mesin atau peralatan serta komponen-komponenya pasti menerima beban

operasional dan beban lingkungan dalam melakukan fungsinya. Beban dapat

dalam bentuk gaya, momen, defleksi, temperatur, tekanan dan lain-lain. Analisis

pembebanan dalam perancangan mesin atau komponen mesin sangatlah penting,

karena jika beban telah diketahui maka dimensi, kekuatan, material, serta variabel

design lainnya dapat ditentukan. Jenis beban pada suatu mesin/peralatan dapat

dibagi menjadi beberapa kelas berdasarkan karakter beban yang bekerja dan

adanya gerakan atau perpindahan. Jika konfigurasi umum dari mesin telah

didefinisikan dan gerakan kinematikanya telah dihitung, maka tugas berikutnya

adalah menganalisis besar dan arah semua gaya, momen, dan beban lainnya.

Beban-beban ini dapat saja konstan atau bervariasi terhadap waktu. Komponen

mesin dimana gaya tersebut bekerja juga bisa dalam keadaaan diam (statik) atau

bergerak. Dengan demikian kelas pembebanan dapat dibedakan menjadi empat

seperti yang ditunjukkan pada tabel 2.2 sebagai berikut:

Tabel 2.2 : Kelas pembebanan

Sedangkan aplikasi beban berdasarkan daerah pembebanan dapat

diklasifikasikan menjadi dua yaitu:

Beban terkonsentrasi : beban yang diaplikasikan pada daerah yang sangat

kecil dibandingkan dengan luas komponen yang dibebani, dapat

diidealisasikan menjadi beban terkonsentrasi pada suatu titik.

Gambar 2.4 Ilustrasi beban terkonsentrasi

Beban terdistribusi: beban didistribusikan pada suatu daerah tertentu.

Gambar 2.5 Ilustrasi beban terdistribusi

Berdasarkan lokasi dan metoda aplikasi beban serta arah pembebanan,

beban dapat diklasifikasikan menjadi: beban normal, beban geser, beban lentur,

beban torsi, dan beban kombinasi.

Gambar 2.6 Klasifikasi beban berdasarkan lokasi dan metoda aplikasinya: (a)

normal tarik, (b) normal tekan, (c) geser, (d) lentur, (e) torsi, (f) kombinasi

2.3.2 Diagram Benda Bebas dan Persamaan Kesetimbangan

Untuk mendapatkan identifikasi semua gaya dan momen pada suatu

sistem/peralatan, maka kita perlu menggambar diagram benda beban (DBB) setiap

elemen dari sistem tersebut. DBB haruslah menunjukkan bentuk umum komponen

serta semua gaya dan momen yang bekerja pada elemen tersebut. Perlu diingat

juga bahwa akan ada gaya dan momen luar yang bekerja, dan juga gaya atau

momen yang timbul pada sambungan satu elemen dengan yang lain.

Sebagai tambahan, gaya-gaya dan momen pada DBB, baik yang diketahui

maupun yang tidak diketahui nilainya, dimensi dan sudut setiap element harus

didefinisikan dalam koordinat lokal. Sistem koordinat diletakkan pada pusat

gravitasi elemen (CG). Untuk beban dinamik, percepatan kinematik baik linear

maupun angular pada CG, perlu diketahui atau dihitung sebelum melakukan

analisis beban. Hukum Newton dan persamaan Euler adalah dasar yang dapat

digunakan untuk melakukan analisis beban, baik untuk 3 dimensi maupun 2

dimensi.

Hukum Newton I: “a body at rest tends to remain at rest and abody in motion at

constant velocity will tend to maintain that velocity unless acted upon by an

external force”

Hukum Newton II: “The time rate of change of momentum of a body is equal to

the magnitude of the applied force and acts in the direction of the force”

Untuk sebuah benda kaku yang tidak mengalami percepatan (statik), hukum

Newton I & II dapat dinyatakan dalam persamaan

∑F = 0 ∑M = 0

dan untuk benda yang mengalami percepatan

∑F = ma ∑M =Iα

Dengan F = gaya, m = massa, I = momen inersia massa, dan α = percepatan sudut.

Persamaan diatas dikenal sebagai persamaan kesetimbangan statik dan persamaan

kesetimbangan dinamik. Untuk menganalisis gaya-gaya dan momen pada

sambungan yang merupakan interaksi antara body satu dengan yang lainnya dapat

digunakan prinsip dari hukum Newton yang berbunyi :

Hukum Newton III: “When two particles interact, apair of equal and opposite

reaction forces will exist at their contact point. This force pair will have the same

magnitude and act along the same direction line, but have opposite sense”

Konsep aksi-reaksi pada setiap sambungan ini dapat digunakan untuk menentukan

besar dan arah gaya dan momen pada sambungan.

Analisis Beban 3 Dimensi

Untuk sistem tiga dimensi dari beberapa benda yang saling berhubungan,

persamaan vektor diatas dapat ditulis dalam tiga persamaan skalar sesuai dengan

komponen orthogonal koordinat lokal x, y, dan z. titik awal sistem koordinat local

sebaiknya pada pusat gravitasi. Persamaan tersebut untuk kondisi statik adalah

∑Fx = 0 ∑Fy = 0 ∑Fz = 0

∑Mx = 0 ∑My = 0 ∑Mz = 0

Sedangkan untuk kondisi dinamik, dimana benda mengalami percepatan

∑Fx = max ∑Fy = may ∑Fz = maz

dan

∑Mx =Ix αx – (Iy –Iz) ωy ωz

∑My =Iy αy – (Iz –Iy) ωz ωx

∑Mz =Iz αz – (Ix –Iy) ωx ωy

Persamaan tersebut dikenal dengan nama persamaan Euler. ω adalah kecepatan

sudut.

Analisis Beban 2 Dimensi

Pada kenyataannya semua mesin berada dalam 3 dimensi. Akan tetapi

untuk beberapa kondisi khusus, kondisi 3 dimensi ini dapat diidealkan menjadi 2

dimensi gerakan dan gaya/momen yang terjadi hanya pada satu bidang atau

bidang-bidang yang paralel. Sebagai contoh, jika semua gerakan dan gaya-gaya

dan momen yang bekerja hanya terjadi pada bidang x-y maka persamaan dari

hukum Newton dan persamaan Euler dapat direduksi menjadi

∑Fx = max ∑Fy = may ∑Mz = Iz αz

Contoh Analisis Beban Mesin atas Performa Kendaraan

Ilustrasi I: Sebuah kendaraan dengan berat (Wmobil) 3000 lb, bergerak dengan

kecepatan konstan 60 mph. Pada kecepatan ini drag aerodinamis adalah 16 HP.

Titik pusat gravitasi dan titik tangkap tahanan aerodinamis ditunjukkan pada

gambar. Tentukanlah gaya-gaya reaksi yang bekerja pada roda kendaraan.

Gambar 2.7 DBB kendaraan yang bergerak dengan kecepatan konstan

Idealisasi :

Kecepatan konstan

Roda belakang sebagai roda penggerak

Gaya aerodinamik dalam arah vertikal diabaikan

Tahanan rolling roda diabaikan

Analisis

1. Hitung gaya drag aerodinamik

2. Gunakan kesetimbangan gaya pada arah horizhontal

3. Gunakan kesetimbangan momen

4. Gunakan kesetimbangan gaya dalam arah vertical

Ilustrasi II: Kendaraan pada ilustrasi I yang bergerak dengan kecepatan 60 mph

tiba-tiba di “gas” dengan sehingga daya mesin naik menjadi 96 HP (total).

Tentukanlah gaya-gaya reaksi yang bekerja pada roda kendaraan dan percepatan

kendaraan.

Idealisasi :

Roda belakang sebagai roda penggerak

Efek inersia rotasional adalah ekivalen 7% berat kendaraan. (hanya

100/107

bagian daya yang berfungsi untuk mempercepat kendaraan)

Gambar 2.8 DBB kendaraan yang bergerak dipercepat

Analisis

1. Efek inersia rotasional

Hanya 100/107 bagian daya yang berfungsi untuk mempercepat kendaraan

secara linear.

2. Tentukan gaya dorong yang digunakan untuk mempercepat kendaraan.

Daya 16 hp memberikan gaya dorong roda kedepan (Ft) sebesar 100 lb

yang diperlukan untuk menjaga kecepatan selalu konstan.

Daya yang diperlukan untuk mempercepat kendaraan:

3. Tentukan percepatan

4. Gunakan kesetimbangan gaya & momen untuk menghitung reaksi pada

roda

Kesimpulan Analisis Beban Mesin atas Performa Kendaraan terhadap

Peningkatan Performa Kendaraan dan Pemakaian Bahan Bakar

Pada Ilustrasi I pembebanan kendaraan atas dasar Wmobil dengan kecepatan

konstan diperoleh W lebih ringan 50% dengan kecepatan 60mph atau kecepatan

konstan, sedangkan pada saat kendaraan diakselerasi mendadak hingga kecepatan

96mph (Ilustrasi II), maka W yang diperoleh lebih ringan 46% namun dipercepat

5 ft/s2 akibat efek inersia rotasional. Semakin ringan Wmobil semakin cepat laju

kendaraan pada kecepatan konstan maupun akselerasi juga menghemat konsumsi

pemakaian bahan bakar.

Selain mengetahui bahwa mengurangi beban kendaraan dapat menghemat

pemakaian bahan bakar seperti langkah di atas, efisiensi kendaraan berdasarkan

pemakaian bakar dapat juga diketahui melalui rumus berikut:

Diketahui:

o : efisiensi total system

WE : output daya

ΣQTH : output termal

QFUEL : input total bahan bakar

Menurut Anrico Casadei dan Richard Broda dalam penelitian mereka

"Impact of Vehicle Weight Reduction on FuelEconomy for Various Vehicle

Architectures” didapatkan data dan juga kesimpulan tentang penghematan bahan

bakar melalui weight reduction. Adapun data dan kesimpulan tersebut dapat

dideskripsikan sebagai berikut:

Gambar 2.9 Grafik Peningkatan Penghematan Pemakaian Bahan Bakar

Menurut Anrico dan Richard (2007), Mengurangi berat badan kendaraan (massa)

menghasilkan sedikit traksi yang dibutuhkan untuk mempercepat kendaraan dan

rolling resistance lebih sedikit dari ban. Drive cycle dengan peristiwa akselerasi

yang lebih (kota dan EPA Eropa) menunjukkan manfaat ekonomi bahan bakar

yang lebih besar dari weight reduction dari jalan raya atau kondisi stabil. Juga,

pada kendaraan yang lebih tinggi kecepatan mesin biasanya di throttle lebih tinggi

(lebih baik BSFC) titik operasi dan memberikan sedikit kesempatan untuk

perbaikan. Karena kerugian ban yang lebih besar persentase traksi total pada

kecepatan rendah (menyebabkan kerugian aerodinamis meningkat kecepatan

kuadrat) potensi keuntungan ekonomi bahan bakar dari weight reduction lebih

besar pada kecepatan kendaraan yang lebih rendah.

2.4 Aluminum

Aluminium ialah unsur kimia. Lambang aluminium ialah Al, dan nomor

atomnya 13. Aluminium ialah logam paling berlimpah. Aluminium bukan

merupakan jenis logam berat, namun merupakan elemen yang berjumlah sekitar

8% dari permukaan bumi dan paling berlimpah ketiga. Aluminium terdapat dalam

penggunaan aditif makanan, antasida, buffered aspirin, astringents, semprotan

hidung, antiperspirant, air minum, knalpot mobil, asap tembakau, penggunaan

aluminium foil, peralatan masak, kaleng, keramik, dan kembang api.

Aluminium merupakan konduktor listrik yang baik. Terang dan kuat.

Merupakan konduktor yang baik juga buat panas. Dapat ditempa menjadi

lembaran, ditarik menjadi kawat dan diekstrusi menjadi batangan dengan

bermacam-macam penampang. Tahan korosi.

Aluminium digunakan dalam banyak hal. Kebanyakan darinya digunakan

dalam kabel bertegangan tinggi. Juga secara luas digunakan dalam bingkai jendela

dan badan pesawat terbang. Ditemukan di rumah sebagai panci, botol minuman

ringan, tutup botol susu dsb. Aluminium juga digunakan untuk melapisi lampu

mobil dan compact disks.

Pada abad ke-19, sebelum ditemukannya proses elektrolisis, aluminium

hanya bisa didapatkan dari bauksit dengan proses kimia Wöhler. Dibandingkan

dengan elektrolisis, proses ini sangat tidak ekonomis, dan harga aluminium

dulunya jauh melebihi harga emas. Karena dulu dianggap sebagai logam berharga,

Napoleon III dari Perancis (1808-1873) pernah melayani tamunya yang pertama

dengan piring aluminium dan tamunya yang kedua dengan piring emas dan perak.

Pada tahun 1886, Charles Martin Hall dari Amerika Serikat (1863-1914) dan Paul

L.T. Héroult dari Perancis (1863-1914) menemukan proses elektrolisis yang

sampai sekarang membuat produksi aluminium ekonomis.

2.4.1 Proses Pemurnian Refinery Pembuatan Aluminium

Pembuatan Aluminium terjadi dalam dua tahap:

1. Proses Bayer merupakan proses pemurnian bijih bauksit untuk

memperoleh aluminium oksida (alumina), dan

2. Proses Hall-Heroult merupakan proses peleburan aluminium oksida untuk

menghasilkan aluminium murni.

Proses Bayer

Bijih bauksit mengandung 50-60% Al2O3 yang bercampur dengan zat-zat

pengotor terutama Fe2O3 dan SiO2. Untuk memisahkan Al2O3 dari zat-zat yang

tidak dikehendaki, kita memanfaatkan sifat amfoter dari Al2O3. Tahap pemurnian

bauksit dilakukan untuk menghilangkan pengotor utama dalam bauksit. Pengotor

utama bauksit biasanya terdiri dari SiO2, Fe2O3, dan TiO2. Caranya adalah

dengan melarutkan bauksit dalam larutan natrium hidroksida (NaOH),

Al2O3 (s) + 2NaOH (aq) + 3H2O(l) ---> 2NaAl(OH)4(aq)

Aluminium oksida larut dalam NaOH sedangkan pengotornya tidak larut.

Pengotor-pengotor dapat dipisahkan melalui proses penyaringan. Selanjutnya

aluminium diendapkan dari filtratnya dengan cara mengalirkan gas CO2 dan

pengenceran.

2NaAl(OH)4(aq) + CO2(g) ---> 2Al(OH)3(s) + Na2CO3(aq) + H2O(l)

Endapan aluminium hidroksida disaring, dikeringkan lalu dipanaskan

sehingga diperoleh aluminium oksida murni (Al2O3)

2Al(OH)3(s) ---> Al2O3(s) + 3H2O(g)

Proses Hall-Heroult

Selanjutnya adalah tahap peleburan alumina dengan cara reduksi melalui

proses elektrolisis menurut proses Hall-Heroult. Dalam proses Hall-Heroult,

aluminum oksida dilarutkan dalam lelehan kriolit (Na3AlF6) dalam bejana baja

berlapis grafit yang sekaligus berfungsi sebagai katode. Selanjutnya elektrolisis

dilakukan pada suhu 950oC. Sebagai anode digunakan batang grafit.

Setelah diperoleh Al2O3 murni, maka proses selanjutnya adalah

elektrolisis leburan Al2O3. Pada elektrolisis ini Al2O3 dicampur dengan CaF2

dan 2-8% kriolit (Na3AlF6) yang berfungsi untuk menurunkan titik lebur Al2O3

(titik lebur Al2O3 murni mencapai 20000C), campuran tersebut akan melebur

pada suhu antara 850-9500C. Anode dan katodenya terbuat dari grafit. Reaksi

yang terjadi sebagai berikut:

Al2O3 (l) 2Al3+ (l) + 3O2- (l)

Anode (+): 3O2- (l) 3/2 O2 (g) + 6e−

Katode (-): 2Al3+ (l) + 6e- 2Al (l)

Reaksi sel: 2Al3+ (l) + 3O2- (l) 2Al (l) + 3/2 O2 (g)

Peleburan alumina menjadi aluminium logam terjadi dalam tong baja yang

disebut pot reduksi atau sel elektrolisis. Bagian bawah pot dilapisi dengan karbon,

yang bertindak sebagai suatu elektroda (konduktor arus listrik) dari sistem. Secara

umum pada proses ini, leburan alumina dielektrolisis, dimana lelehan tersebut

dicampur dengan lelehan elektrolit kriolit dan CaF2 di dalam pot dimana pada pot

tersebut terikat serangkaian batang karbon dibagian atas pot sebagai katoda.

Karbon anoda berada dibagian bawah pot sebagai lapisan pot, dengan aliran arus

kuat 5-10 V antara anoda dan katodanya proses elektrolisis terjadi. Tetapi, arus

listrik dapat diperbesar sesuai keperluan, seperti dalam keperluan industri.

Alumina mengalami pemutusan ikatan akibat elektrolisis, lelehan aluminium akan

menuju kebawah pot, yang secara berkala akan ditampung menuju cetakan

berbentuk silinder atau lempengan. Masing – masing pot dapat menghasilkan

66.000-110.000 ton aluminium per tahun(Anonymous,2009). Secara umum, 4 ton

bauksit akan menghasilkan 2 ton alumina, yang nantinya akan menghasilkan 1 ton

aluminium.

2.4.2 Sifat Aluminium

Sifat Fisika

Aluminium memiliki sifat fisika seperti yang ditunjukkan pada Tabel berikut:

No Sifat Nilai

1 Jari-jari atom 1,82 Å

2 Volume atom 10 cm/gr.atm

3 Density (660oC) 2,368 gr/cm

3

4 Density ( 20oC) 2,6989 gr/cm

3

5 Potensial elektroda (25oC) -1,67 volt

6 Kapasitas panas (25oC) 5,38 cal/mol

oC

7 Panas pembakaran 399 cal/gr mol

8 Tensile strength 700 MPa

9 Kekerasan brinnel 12-16 skala mehs

10 Hantaran panas (25oC) 0,49 cal/det

oC

11 Valensi 3

12 Kekentalan (700oC) 0,0127 poise

13 Panas peleburan 94,6 cal/gr

14 Panas uap 200 cal/gr

15 Massa atom 26,98

16 Titik lebur 660oC

17 Titik didih 2452oC

18 Tegangan permukaan 900 dyne/cm

19 Tegangan tarik 4,76 kg/mm

Sifat Kimia

Aluminium bersifat amfoter (kemampuan suatu zat yang dapat perpindah sifat

keasaman dari sifat asam ke sifat basa). Ini dapat ditunjukkan pada reaksi sebagai

berikut:

a. Al2O3 + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2O

b. Al2O3 + 6NaOH 2Na3AlO2 + 6H2O

Aluminium merupakan unsur yang sangat reaktif sehingga mudah teroksidasi.

Karena sifat kereaktifannya maka Aluminium tidak ditemukan di alam dalam

bentuk unsur melainkan dalam bentuk senyawa baik dalam bentuk oksida

Alumina maupun Silikon. Sifat-sifat Aluminium yang lebih unggul bila

dibandingkan dengan logam lain adalah sebagai berikut:

a. Ringan

Massa jenis Aluminium pada suhu kamar (29oC) sekitar 2,7 gr/cm

3.

b. Kuat

Aluminium memiliki daya renggang 8 kg/mm3, tetapi daya ini dapat berubah

menjadi lebih kuat dua kali lipat apabila Aluminium tersebut dikenakan proses

pencairan atau roling. Aluminium juga menjadi lebih kuat dengan ditambahkan

unsur-unsur lain seperti Mg, Zn, Mn, Si.

c. Ketahanan Terhadap Korosi

Aluminium mengalami korosi dengan membentuk lapisan oksida yang tipis

dimana sangat keras dan pada lapisan ini dapat mencegah karat pada Aluminium

yang berada di bawahnya. Dengan demikian logam Aluminium adalah logam

yang mempunyai daya tahan korosi yang lebih baik dibandingkan dengan besi dan

baja lainnya.

d. Daya Hantar Listrik yang Baik

Aluminium adalah logam yang paling ekonomis sebagai penghantar listrik karena

massa jenisnya dari massa jenis tembaga, dimana kapasitas arus dari Aluminium

kira-kira dua kali lipat dari kapasitas arus pada tembaga.

e. Anti Magnetis

Aluminium adalah logam yang anti magnetis.

f. Toksifitas

Aluminium adalah logam yang tidak beracun dan tidak berbau.

g. Kemudahan dalam proses

Aluminium mempunyai sifat yang baik untuk proses mekanik dari kemampuan

perpanjangannya, hal ini dapat dilihat dari proses penuangan, pemotongan,

pembengkokan, ekstrusi dan penempaan Aluminium

h. Sifat dapat dipakai kembali

Aluminium mempunyai titik lebur yang rendah, oleh karena itu kita dapat

memperoleh kembali logam Aluminium dari scrap.

Penampilan

abu-abu perak metalik

Garis spektrum dari aluminium

Ciri-ciri umum

Nama, lambang,Nomor atom aluminium, Al, 13

Dibaca Britania Rayaˌæljʉˈmɪniəm/

al-ew-min-ee-əm; or

AS /əˈluːmɪnəm/

ə-loo-mi-nəm

Jenis unsur logam lainnya

Golongan,periode, blok 13, 3, p

Massa atom standar 26.9815386(13)

Konfigurasi elektron [Ne] 3s2 3p

1

2, 8, 3

Sifat fisika

Fase solid

Massa jenis(mendekati suhu

kamar)

2.70 g·cm−3

Massa jeniscairan pada t.l. 2.375 g·cm−3

Titik lebur 933.47 K, 660.32 °C, 1220.58 °F

Titik didih 2792 K, 2519 °C, 4566 °F

Kalor peleburan 10.71 kJ·mol−1

Kalor penguapan 294.0 kJ·mol−1

Kapasitas kalor 24.200 J·mol−1

·K−1

Sifat atom

Bilangan oksidasi 3, 2, 1

(oksida amfoter)

Elektronegativitas 1.61 (skala Pauling)

Energi ionisasi

(lebih lanjut)

pertama: 577.5 kJ·mol−1

ke-2: 1816.7 kJ·mol−1

ke-3: 2744.8 kJ·mol−1

Jari-jari atom 143 pm

Jari-jari kovalen 121±4 pm

Jari-jari van der Waals 184 pm

Lain-lain

Struktur kristal face-centered cubic

Pembenahan magnetik paramagnetik

Keterhambatan elektris (20 °C) 28.2 nΩ·m

Konduktivitas termal 237 W·m−1

·K−1

Ekspansi termal (25 °C) 23.1 µm·m−1

·K−1

Kecepatan suara(batang

ringan)

(suhu kamar) (rolled) 5,000 m·s−1

Modulus Young 70 GPa

Modulus Shear 26 GPa

Bulk modulus 76 GPa

Rasio Poisson 0.35

Kekerasan Mohs 2.75

Kekerasan Viker 167 MPa

Kekerasan Brinell 245 MPa

Nomor CAS 7429-90-5

Isotop paling stabil

2.5 Carbon

Karbon atau zat arang merupakan unsur kimia yang mempunyai simbol C

dan nomor atom 6 pada tabel periodik. Sebagai unsur golongan 14 pada tabel

periodik, karbon merupakan unsur non-logam dan bervalensi 4 (tetravalen), yang

berarti bahwa terdapat empat elektron yang dapat digunakan untuk membentuk

ikatan kovalen. Terdapat tiga macam isotop karbon yang ditemukan secara alami,

yakni 12C dan 13C yang stabil, dan 14C yang bersifat radioaktif dengan waktu

paruh peluruhannya sekitar 5730 tahun. Karbon merupakan salah satu dari di

antara beberapa unsur yang diketahui keberadaannya sejak zaman kuno. Istilah

"karbon" berasal dari bahasa Latin carbo, yang berarti batu bara.

Karbon memiliki beberapa jenis alotrop, yang paling terkenal adalah

grafit, intan, dan karbon amorf. Sifat-sifat fisika karbon bervariasi bergantung

pada jenis alotropnya. Sebagai contohnya, intan berwarna transparan, manakala

grafit berwarna hitam dan kusam. Intan merupakan salah satu materi terkeras di

dunia, manakala grafit cukup lunak untuk meninggalkan bekasnya pada kertas.

Intan memiliki konduktivitas listik yang sangat rendah, sedangkan grafit adalah

konduktor listrik yang sangat baik. Di bawah kondisi normal, intan memiliki

konduktivitas termal yang tertinggi di antara materi-materi lain yang diketahui.

Semua alotrop karbon berbentuk padat dalam kondisi normal, tetapi grafit

merupakan alotrop yang paling stabil secara termodinamik di antara alotrop-

alotrop lainnya.

Semua alotrop karbon sangat stabil dan memerlukan suhu yang sangat

tinggi untuk bereaksi, bahkan dengan oksigen. Keadaan oksidasi karbon yang

paling umumnya ditemukan adalah +4, manakala +2 dijumpai pada karbon

monoksida dan senyawa kompleks logam transisi lainnya. Sumber karbon

anorganik terbesar terdapat pada batu kapur, dolomit, dan karbon dioksida,

sedangkan sumber organik terdapat pada batu bara, tanah gambut, minyak bumi,

dan klatrat metana. Karbon dapat membentuk lebih banyak senyawa daripada

unsur-unsur lainnya, dengan hampir 10 juta senyawa organik murni yang telah

dideskripsikan sampai sekarang.

Karbon adalah unsur paling berlimpah ke-15 di kerak Bumi dan ke-4 di

alam semesta. Karbon terdapat pada semua jenis makhluk hidup, dan pada

manusia, karbon merupakan unsur paling berlimpah kedua (sekitar 18,5%) setelah

oksigen. Keberlimpahan karbon ini, bersamaan dengan keanekaragaman senyawa

organik dan kemampuannya membentuk polimer membuat karbon sebagai unsur

dasar kimiawi kehidupan. Unsur ini adalah unsur yang paling stabil di antara

unsur-unsur yang lain, sehingga dijadikan patokan dalam mengukur satuan massa

atom.

2.5.1 Karakteristik Carbon

Karbon memiliki berbagai bentuk alotrop yang berbeda-beda, meliputi intan

yang merupakan bahan terkeras di dunia sampai dengan grafit yang merupakan

salah satu bahan terlunak. Karbon juga memiliki afinitas untuk berikatan dengan

atom kecil lainnya, sehingga dapat membentuk berbagai senyawa dengan atom

tersebut. Oleh karenanya, karbon dapat berikatan dengan atom lain (termasuk

dengan karbon sendiri) membentuk hampir 10 juta jenis senyawa yang berbeda.

Karbon juga memiliki titik lebur dan titik sublimasi yang tertinggi di antara semua

unsur kimia. Pada tekanan atmosfer, karbon tidak memiliki titik lebur karena titik

tripelnya ada pada 10,8 ± 0,2 MPa dan 4600 ± 300 K, sehingga ia akan

menyublim sekitar 3900 K.

Karbon dapat menyublim dalam busur karbon yang memiliki temperatur

sekitar 5800 K, sehingga tak peduli dalam bentuk alotrop apapun, karbon akan

tetap berbentuk padat pada suhu yang lebih tinggi daripada titik lebur logam

tungsten ataupun renium. Walaupun karbon secara termodinamika mudah

teroksidasi, karbon lebih sulit teroksidasi daripada senyawa lainnya (seperti besi

dan tembaga).

Karbon merupakan unsur dasar segala kehidupan di Bumi. Walaupun

terdapat berbagai jenis senyawa yang terbentuk dari karbon, kebanyakan karbon

jarang bereaksi di bawah kondisi yang normal. Di bawah temperatur dan tekanan

standar, karbon tahan terhadap segala oksidator terkecuali oksidator yang terkuat.

Karbon tidak bereaksi dengan asam sulfat, asam klorida, klorin, maupun basa

lainnya. Pada temperatur yang tinggi, karbon dapat bereaksi dengan oksigen,

menghasilkan oksida karbon oksida dalam suatu reaksi yang mereduksi oksida

logam menjadi logam. Reaksi ini bersifat eksotermik dan digunakan dalam

industri besi dan baja untuk mengontrol kandungan karbon dalam baja:

Fe3O4 + 4 C(s) → 3 Fe(s) + 4 CO(g)

Pada temperatur tinggi, karbon yang dicampur dengan logam tertentu akan

menghasilkan karbida logam, seperti besi karbida sementit dalam baja, dan

tungsten karbida yang digunakan secara luas sebagai abrasif.

Pada tahun 2009, grafena diketahui sebagai material terkuat di dunia yang

pernah diujicobakan. Walaupun demikian, proses pemisahan grafena dari grafit

masih belum cukup ekonomis untuk digunakan dalam proses industri.

Berbagai alotrop karbon memiliki ciri-ciri yang sangat berlawanan satu

sama lainnya:

Intan nanokristal sintetik merupakan

material terkeras yang diketahui.

Grafit adalah salah satu material

terlunak yang diketahui.

Intan merupakan bahan abrasif. Grafit adalah pelumas yang sangat

baik.

Intan tidak menghantarkan listrik

(insulator).

Grafit menghantarkan listrik

(konduktor).

Intan merupakan konduktor panas yang

baik.

Beberapa jenis grafit digunakan

sebagai insulator panas.

Intan berwarna transparan. Grafit berwarna kelam.

Intan mengkristal dalam sistem kristal

kubik.

Grafit mengkristal dalam sistem

kristal heksagonal.

Karbon amorf bersifat isotropik.

Karbon nanotabung merupakan bahan

yang paling anisotropikyang pernah

dibuat.

Isotop

Isotop karbon adalah inti atom yang memiliki enam proton ditambah

beberapa neutron (bervariasi mulai dari 2 sampai 16). Karbon memiliki dua isotop

stabil, secara alami terjadi. Isotop karbon-12 (C-12) membentuk 98,93% karbon

yang ada di bumi, sementara isotop Karbon-13 (C-13) membentuk sisanya yakni

1,07%. Konsentrasi isotop C-12 lebih meningkat pada material biologi karena

reaksi biokimia menyingkirkan isotop C-13. Pada tahun 1961, IUPAC

mengadopsi isotop C-12 sebagai dasar dari masa atom. Identifikasi karbon pada

percobaan resonansi magnetik nuklir diselesaikan dengan isotop C-13.

Karbon-14 (C-14) adalah radioisotop yang terjadi secara alami yang

terjadi dalam jumlah jejak di bumi hingga 1 bagian per triliun (10-10%),

kebanyakan terbatas di atmosfer dan endapan dangkal, terutama pada gambut dan

material organik lainya. Isotop ini, meluruhkan 0,158 MeV emisi sinar β-. Karena

waktu paruh relatifnya 5730 tahun, 14C hampir tidak ada dalam batuan tua, tetapi

tercipta di atmosfer (stratosfer bagian bawah dan troposfer bagian atas) oleh

interaksi interaksi nitrogen dengan sinar kosmis. Kelimpahan 14C di atmosfer dan

organisme hidup hampir konstan, tetapi diduga berkurang pada saat organisme itu

mati. Prinsip inilah yang digunakan dalam penanggalan radiokarbon, ditemukan

pada tahun 1949, yang telah digunakan secara luas untuk menghitung usia

material yang mengandung karbon sampai dengan 40.000 tahun usianya.

Ada 15 isotop karbon yang terkenal dan isotop dengan hidup terpendek

adalah 8C yang meluruhkan proton dan peluruhan alfa dan memiliki waktu paruh

1,98739x10-21 sekon 19C yang luarbiasa menunjukan halo nuklir, yang berarti

radiusnya cukup besar daripada yang diharapkan jika inti dalam keadaan

kepadatan konstan.

Penampilan Carbon

bening (intan) & hitam (grafit)

Garis spektrum karbon

Ciri-ciri umum

Nama, lambang,Nomor atom karbon, C, 6

Dibaca /ˈkɑrbən

Jenis unsur nonlogam

Golongan,periode, blok 14, 2, p

Massa atom standar 12.0107(8)

Konfigurasi elektron 1s2 2s

2 2p

2 atau [He] 2s

2 2p

2

2,4

Sifat fisika

Fase Solid

Massa jenis(mendekati suhu amorphous: 1.8–2.1 g·cm−3

kamar)

Massa jenis(mendekati suhu

kamar)

intan: 3.515 g·cm−3

Massa jenis(mendekati suhu

kamar)

graphite: 2.267 g·cm−3

Titik sublimasi 3915 K, 3642 °C, 6588 °F

Titik tripel 4600 K (4327°C), 10800 kPa

Kalor peleburan 117 (graphite) kJ·mol−1

Kapasitas kalor 6.155 (intan)

8.517 (grafit) J·mol−1

·K−1

Sifat atom

Bilangan oksidasi 4, 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4

Elektronegativitas 2.55 (skala Pauling)

Energi ionisasi

(lebih lanjut)

pertama: 1086.5 kJ·mol−1

ke-2: 2352.6 kJ·mol−1

ke-3: 4620.5 kJ·mol−1

Jari-jari kovalen 77(sp³), 73(sp²), 69(sp) pm

Jari-jari van der Waals 170 pm

Lain-lain

Struktur kristal diamond

Catatan struktur kristal (intan, bening)

Pembenahan magnetik diamagnetic

Konduktivitas termal 900-2300 (intan)

119-165 (grafit) W·m−1

·K−1

Ekspansi termal (25 °C) 0.8 (intan) µm·m−1

·K−1

Kecepatan suara(batang

ringan)

(20 °C) 18350 (intan) m·s−1

Modulus Young 1050 (intan) GPa

Modulus Shear 478 (intan) GPa

Bulk modulus 442 (intan) GPa

Rasio Poisson 0.1 (intan)

Kekerasan Mohs 10 (intan)

1-2 (grafit)

Nomor CAS 7440-44-0

2.6 Silicide

Sebuah silicide adalah senyawa yang memiliki silikon dengan unsur-unsur

(biasanya) lebih elektropositif. Silikon lebih elektropositif dari karbon. Silikida

secara struktural lebih dekat dengan borida daripada karbida. Mirip dengan borida

dan karbida, komposisi silikida tidak dapat dengan mudah ditetapkan sebagai

molekul kovalen . Ikatan kimia di silikida berkisar dari struktur logam seperti

konduktif untuk kovalen atau ionik. Silikida dari semua logam non - transisi,

dengan pengecualian berilium, telah dijelaskan.

Mercury, thallium, bismut, dan timbal adalah nonmiscible dengan silikon cair.

Atom silikon dalam silisida dapat memiliki banyak organisasi yang mungkin :

Atom silikon terisolasi : elektrik konduktif Cu5Si , ( V , Cr , Mn ) 3si , Fe3Si ,

Mn3Si, dan nonconductive ( Mg , Ge , Sn , Pb ) 2Si , ( Ca , Ru , Ce , Rh , Ir , Ni )

2Si

Si2 pasang : U3Si2 , Hf dan Th silikida

Si4 tetrahedra : KSI , RBSI , CSSI

Rantai Sin : USI , ( Ti , Zr , Hf , Th , Ce , Pu ) Si , CaSi , SrSi , YSI

Planar heksagonal grafit - seperti Si lapisan : β - USi2 , silisida dari lantanoid dan

actinoids lainnya

Bergelombang heksagonal lapisan Si : CaSi2

Terbuka tiga dimensi kerangka Si : SrSi2 , ThSi2 , α - USi2

Sebuah silicide dibuat dengan proses self-aligned disebut salicide a . Ini

adalah proses di mana kontak silicide terbentuk hanya di daerah-daerah di mana

disimpan logam ( yang setelah anil menjadi komponen logam silicide ) adalah

bersentuhan langsung dengan silikon, sehingga, proses ini self-aligned . Hal ini

biasanya diterapkan dalam proses MOS /CMOS untuk kontak ohmik dari sumber,

tiriskan, dan poli - Si gerbang.

Kelompok 1 dan 2 silikida misalnya Na2Si dan Ca2Si bereaksi dengan air

untuk menghasilkan hidrogen dan/atau silane. Pada Consumer Electronics Show (

CES) 2012 yang 1Kw yang aman dan ramah lingkungan atau 3KW charger ponsel

dengan sodium silicide yang berjalan di atas air telah diperkenalkan untuk ' orang-

orang yang menghabiskan waktu jauh dari jaringan listrik . Setiap jenis air dapat

digunakan , termasuk air garam dan bahkan dapat berjalan di atas air genangan

menyediakan itu tidak menebal dengan lumpur atau sedimen lainnya.

The silisida logam transisi adalah, sebaliknya, biasanya inert untuk larutan

berair dari segala sesuatu dengan pengecualian asam fluorida; Namun, mereka

bereaksi dengan agen yang lebih agresif , misalnya meleleh kalium hidroksida,

atau fluorin dan klorin ketika merah-panas.

Ketika magnesium silicide ditempatkan ke dalam asam klorida, HCl ( aq),

silan gas , SiH4 , diproduksi . Gas ini adalah analog silikon metana, CH4, tetapi

lebih reaktif . Silan pirofori , yaitu, karena adanya oksigen, secara spontan

combusts di udara:

Mg2Si ( s ) + 4HCl ( aq) → SiH4 ( g ) + 2MgCl2 ( s )

SiH4 + 2O2 → SiO2 + 2H2O

Reaksi ini khas dari Grup 2 silicide. Mg2Si bereaksi sama dengan asam

sulfat. Kelompok 1 silikida bahkan lebih reaktif . Sebagai contoh, natrium silisida,

Na2Si, bereaksi cepat dengan air untuk menghasilkan natrium silikat, Na2SiO3,

dan gas hidrogen.

Struktur film tipis amorf Si / Al / Si amorf diendapkan berturut-turut tanpa

melanggar vakum. Selama anil 440 K, Al bereaksi dengan Si membentuk lapisan

senyawa homogen antara dua lapisan a-Si. Senyawa ini memiliki struktur yang

unik dan didefinisikan dengan baik, berbeda dari kedua Al dan Si meskipun ada

kesamaan. The Al silicide diamati stabil sampai dengan 575 K, di mana suhu itu

memisahkan ketika a-Si mengkristal.

2.7 Merencanakan Formula yang Digunakan sebagai Bahan Produksi Blok

Silinder

Seperti penjabaran sebelumnya di atas, pada awalnya hingga tahun 1990, blok

silinder (cylinder block) dibuat/diproduksi dengan menggunakan besi cor (besi

tuang).

Adapun sifat besi tuang digunakan sebagai material silinder blok:

paduan besi dengan C > 2%

sampai dengan 3% Si untuk mengontrol pembentukan cabride

memiliki titik leleh yang rendah

visikositas cair rendah

tidak ada film yang tidak diinginkan ketika menuangkan

penyusutan yang moderat pada pemadatan

mikrosturktur kurang lebih seragam dengan material tempa

Gambar 2.10 Diagram Fase Iron Carbon

Gambar 2.11 Diagram (2) Fase Iron Carbon

Penjelasan diagram fase Iron Carbon (FeC)

Ferrite , juga dikenal sebagai α - ferit ( α - Fe ) atau besi alpha , adalah

istilah ilmu material untuk besi murni , dengan struktur kristal kubik BCC body -

centered. Ini adalah struktur kristal ini yang memberikan baja dan besi cor sifat

magnetik , dan merupakan contoh klasik dari bahan feromagnetik. Ferrite

memiliki kekuatan 280 N/mm2. Dan kekerasan sekitar 80 Brinell.

Baja ringan (baja karbon dengan sampai sekitar 0,2 % berat C) sebagian

besar terdiri dari ferit, dengan meningkatnya jumlah perlit (struktur pipih halus

ferit dan sementit) sebagai kandungan karbon meningkat. Sejak bainit (

ditampilkan sebagai ledeburite pada diagram di bagian bawah halaman ini) dan

perlit masing-masing memiliki ferit sebagai komponen, setiap paduan besi -

karbon akan berisi beberapa jumlah ferrite jika diperbolehkan untuk mencapai

kesetimbangan pada suhu kamar. Jumlah yang tepat dari ferit akan tergantung

pada pendingin memproses paduan besi - karbon mengalami seperti mendingin

dari keadaan cair.

Dalam besi murni, ferit stabil di bawah 910 ° C ( 1.670 ° F ) . Di atas suhu

ini bentuk kubik berpusat muka dari besi , austenit ( gamma - besi ) stabil . Di atas

1.390 ° C ( 2,530 ° F ) , sampai dengan titik leleh pada 1.539 ° C ( 2.802 ° F ) ,

struktur kristal kubik berpusat badan lagi bentuk yang lebih stabil dari delta - ferit

( δ - Fe ) . Ferit di atas suhu kritis A2 ( suhu Curie ) dari 771 ° C ( 1.044 K , 1.420

° F ) , di mana itu adalah paramagnetik daripada feromagnetik , adalah beta ferit

atau besi beta ( β - Fe ) . Besi beta Istilah jarang digunakan karena

crystallographically identik dengan, dan fase bidang berdekatan dengan , α - Fe .

Hanya jumlah yang sangat kecil dari karbon dapat larut dalam ferit ;

kelarutan maksimum adalah sekitar 0,02 % berat pada 723 ° C ( 1.333 ° F ) dan

0,005 % karbon pada 0 ° C ( 32 ° F ) [ 3 ] . Hal ini karena karbon larut dalam besi

interstisial, dengan atom karbon menjadi sekitar dua kali diameter interstisial "

lubang", sehingga setiap atom karbon dikelilingi oleh medan regangan lokal yang

kuat. Oleh karena entalpi pencampuran adalah positif ( menguntungkan ) , tetapi

kontribusi entropi dengan energi bebas dari solusi menstabilkan struktur untuk

konten karbon rendah . 723 ° C ( 1.333 ° F ) juga adalah suhu minimum di mana

austenit besi-karbon ( 0,8 wt % C ) stabil ; pada suhu ini ada reaksi eutektoid

antara ferit , austenit dan sementit.

Pada temperatur ruang ferrite adalah magnetik, jumlah karbon yang dapat

larut pada suhu kamar tersebut secara praktis adalah nol, ketika dipanaskan,

temperatur ferrite meningkat dari 0 menjadi 1333F atau sebesar 0,025% dan terus

meningkat hingga 1670F, BCC (Body Centered Cubic) kristal ferrite

bertransformasi menjadi austenite, “Austenite, juga dikenal sebagai fase gamma

besi (γ-Fe), adalah logam, allotrope non-magnetik dari besi atau larutan padat dari

besi, dengan unsur paduan. Pada baja karbon-biasa, austenit ada di atas kritis suhu

eutektoid dari 1.000 K (1.340 ° F, 730 ° C); paduan lain dari baja memiliki suhu

eutektoid yang berbeda. Hal ini dinamai Sir William Chandler Roberts-Austen

(1843-1902)”.

Temperatur austenite turun maksimum sebesar 2%, dari posisi temperatur

paling panas 1670F sebesar 0,80% menjadi 1333F kemudian meningkat lagi

sebesar 2% pada temperatur 2066F hingga menjadi cementite. “Sementit, juga

dikenal sebagai karbida besi, adalah senyawa kimia dari besi dan karbon, dengan

rumus Fe3C (atau Fe2C: Fe). Berat, itu adalah 6,67% karbon dan 93,3% besi. Ini

memiliki struktur kristal ortorombik. Ini adalah, bahan rapuh keras, biasanya

diklasifikasikan sebagai keramik dalam bentuk murni, meskipun lebih penting

dalam metalurgi.

Jenis besi tuang yang dihasilkan pada fase Iron Carbon adalah white cast iron dan

grey cast iron carbon.

Gambar 2.12 White Cast Iron

Gambar 2.13 Grey Cast Iron

Pada white cast iron dan grey cast iron ditemukan pearlite. Pearlite adalah

hasil dua fase, pipih ( atau berlapis ) struktur terdiri dari lapisan bolak alpha - ferit

(88 wt %) dan sementit (12 wt %) yang terjadi pada beberapa baja dan besi cor.

Bahkan, penampilan pipih menyesatkan karena lamellae individu dalam koloni

yang terhubung dalam tiga dimensi; Oleh karena itu, koloni tunggal adalah

bicrystal yang saling ferit dan sementit. Dalam sebuah paduan besi - karbon ,

selama lambat bentuk pendinginan perlit oleh reaksi eutektoid sebagai mendingin

austenit di bawah 727 ° C ( 1.341 ° F ) ( suhu eutektoid ). Perlit adalah mikro

umum terjadi di banyak nilai baja.

Selain itu juga terdapat graphite flakes, grafit/ɡræfaɪt/ adalah alotrop

karbon . Ini disebut oleh Abraham Gottlob Werner pada tahun 1789 dari γράφω

Yunani Kuno ( Grapho ), " menggambar / menulis ", untuk digunakan dalam

pensil, mana yang biasa disebut timbal (tidak harus bingung dengan memimpin

elemen logam). Tidak seperti berlian (alotrop karbon lain), grafit adalah

konduktor listrik, semimetal a . Hal ini, akibatnya, berguna dalam aplikasi seperti

elektroda lampu busur. Grafit adalah bentuk paling stabil karbon dalam kondisi

standar. Oleh karena itu, digunakan dalam termokimia sebagai negara standar

untuk menentukan panas pembentukan senyawa karbon. Grafit dapat dianggap

kelas tertinggi dari batubara, tepat di atas antrasit dan alternatif disebut meta -

antrasit, meskipun tidak biasanya digunakan sebagai bahan bakar karena sulit

untuk menyala.

Adapun komposisi cast iron yang digunakan pada blok silinder ialah:

Tabel 2.4 : Komposisi cast iron.

Dalam perkembangannya, teknologi material terus dilakukan, selain cast iron,

material yang terus diuji adalah aluminium, pada mulanya, blok silinder

aluminium dikembangkan berdasarkan:

Kebutuhan engine di perusahaan

Uji coba material (sebagai perlengkapan engine)

Berikut ini akan dideskripsikan aplikasi cylinder block dengan aluminium:

Aluminium Casting Alloys

Tabel 2.5 Komposisi Aluminium dalam Aluminium Casting Alloys sebagai

paduan aluminium untuk memproduksi blok silinder aluminium

Pada tahun 2000, Toshihiro Takami dkk mengembangkan engine dengan

MMC All Aluminium, dalam penelitiannya, Blok semua silinder aluminium

dengan Matrix Logam Composite (MMC) lubang silinder yang dikembangkan

memungkinkan untuk merancang ulang mesin dasar untuk tinggi kinerja dengan

jarak bore-to-bore sesempit 5.5mm. Silinder blok tipe deck terbuka dan MMC

preform terdiri dari serat alumina-silika dan mulite partikel. Sebuah proses cor

aliran laminar die dipilih untuk memastikan bebas cacat kualitas MMC

membosankan. Untuk memastikan baik pelumasan, mesin elektrokimia

diaplikasikan pada permukaan bore.

Perlu diketahui temperatur cylinder block dan temperatur ruang bakar

sebelum menyusun formula. Temperatur cylinder block dapat dideskripsikan

melalui gambar berikut:

Gambar 2.14 Temperatur Cylinder Block

Merencanakan Formula Mesin yang Kuat terhadap Panas dan “Ringan”

Hipotesis proses pencampuran

1. FeC

FeC adalah jenis logam yang banyak diaplikasikan sebagai material blok silinder,

FeC kuat terhadap panas dalam proses pembakaran dalam mesin. Fe adalah

bagian dari FeC (Fe adalah jenis logam transisi)

Logam transisi adalah kelompok unsur kimia yang berada pada golongan 3

sampai 12 (IB sampai VIIIB pada sistem lama). Kelompok ini terdiri dari 38

unsur. Semua logam transisi adalah unsur blok-d yang berarti bahwa elektronnya

terisi sampai orbit d. Dalam ilmu kimia, logam transisi mempunyai dua

pengertian:

Definisi dari IUPAC mendefinisikan logam transisi sebagai "sebuah unsur yang

mempunyai subkulit d yang tidak terisi penuh atau dapat membentuk kation

dengan subkulit d yang tidak terisi penuh"

Sebagian besar ilmuwan mendefinisikan "logam transisi" sebagai semua

elemen yang berada pada blok-''d'' pada tabel periodik (semuanya adalah logam)

yang memasukkan golongan 3 hingga 12 pada tabel periodik. Dalam kenyataan,

barisan blok-f lantanida dan aktinida juga sering dianggap sebagai logam transisi

dan disebut "logam transisi dalam".

Jensen meninjau ulang asal usul penamaan "logam transisi" atau blok-d.

Kata transisi pertama kali digunakan untuk mendeskripsikan unsur-unsur yang

sekarang dikenal sebagai unsur blok-d oleh kimiawan asal Inggris bernama

Charles Bury pada tahun 1921, yang merujuk pada peralihan/transisi pada

perubahan subkulit elektron (contohnya pada n=3 pada baris ke-4 tabel periodik)

dari subkulit dengan 8 ke 18, atau 18 ke 32.

2. AlSi

AlSi adalah jenis aluminium alloy yang digunakan dalam proses produksi blok

silinder, Al adalah bagian dari AlSi (Al/Aluminium adalah jenis logam)

Dalam kimia, sebuah logam atau metal (bahasa Yunani: Metallon) adalah

sebuah unsur kimia yang siap membentuk ion (kation) dan memiliki ikatan logam,

dan kadangkala dikatakan bahwa ia mirip dengan kation di awan elektron. Metal

adalah salah satu dari tiga kelompok unsur yang dibedakan oleh sifat ionisasi dan

ikatan, bersama dengan metaloid dan nonlogam. Dalam tabel periodik, garis

diagonal digambar dari boron (B) ke polonium (Po) membedakan logam dari

nonlogam. Unsur dalam garis ini adalah metaloid, kadangkala disebut semi-

logam; unsur di kiri bawah adalah logam; unsur ke kanan atas adalah nonlogam.

Nonlogam lebih banyak terdapat di alam daripada logam, tetapi logam banyak

terdapat dalam tabel periodik. Beberapa logam terkenal adalah aluminium,

tembaga, emas, besi, timah, perak, titanium, uranium, dan zink.

Alotrop logam cenderung mengkilap, lembek, dan konduktor yang baik,

sementara nonlogam biasanya rapuh (untuk nonlogam padat), tidak mengkilap,

dan insulator.

Dalam bidang astronomi, istilah logam seringkali dipakai untuk menyebut

semua unsur yang lebih berat daripada helium.

3. C

C adalah material yang lebih ringan daripada aluminium (Carbon adalah jenis

unsur non logam)

Nonlogam adalah kelompok unsur kimia yang bersifat elektronegatif,

yaitu lebih mudah menarik elektron valensi dari atom lain dari pada

melepaskannya. Yang termasuk dalam nonlogam adalah halogen, gas mulia, dan 7

unsur berikut: hidrogen (H), karbon (C), nitrogen (N), oksigen (O), fosfor (P),

belerang (S), dan selenium (Se).

Sebagian besar nonlogam ditemukan pada bagian atas tabel periodik,

kecuali hidrogen yang terletak pada bagian kiri atas bersama logam alkali. Tidak

seperti logam yang merupakan konduktor listrik, nonlogam biasanya bersifat

insulator atau semikonduktor. Nonlogam dapat membentuk ikatan ion dengan

menarik elektron dari logam, atau ikatan kovalen dengan nonlogam lainnya.

Oksida nonlogam bersifat asam.

Walaupun hanya terdiri dari 12 unsur, dibandingkan dengan lebih dari 80

lebih jenis logam, nonlogam merupakan penyusun sebagian besar isi bumi,

terutama lapisan luarnya. Makhluk hidup tersusun hampir semuanya dari

nonlogam. Banyak nonlogam yang berbentuk diatomik (hidrogen, nitrogen,

oksigen, fluor, klor, brom, dan yodium), sedangkan sisanya adalah poliatomik.

Perencanaan campuran sementara adalah (Fe+Al)+C+Al

Tahap pertama yang dilakukan dalam merencanakan paduan tersebut ialah

memadukan Fe dengan Al. Dengan reaksi Fe+Al. Fe dan Al dipadukan dengan

fase intermetallic.

Senyawa intermetallic atau intermetalik adalah istilah yang digunakan dalam

sejumlah cara yang berbeda. Paling sering mengacu pada fase solid-state yang

melibatkan logam. Ada sebuah "definisi penelitian " ditaati umum di publikasi

ilmiah, dan lebih luas "penggunaan umum" istilah. Ada juga penggunaan yang

sama sekali berbeda dalam kimia koordinasi, di mana telah digunakan untuk

merujuk kepada kompleks yang mengandung dua atau lebih logam yang berbeda.

Fe

Al

C

Meskipun istilah senyawa intermetalik, yang berlaku untuk fase padat, telah

digunakan selama bertahun-tahun, diperkenalkan disayangkan, misalnya dengan

Hume - Rothery pada tahun 1955.

Perhatikan bahwa banyak senyawa intermetalik sering hanya disebut ' paduan ',

meskipun hal ini agak keliru . Keduanya fase logam yang mengandung lebih dari

satu elemen, tetapi dalam paduan berbagai elemen pengganti secara acak satu

sama lain dalam struktur kristal , membentuk larutan padat dengan berbagai

kemungkinan komposisi; dalam senyawa intermetalik, unsur-unsur yang berbeda

diperintahkan ke situs yang berbeda dalam struktur, dengan lingkungan lokal yang

berbeda dan sering didefinisikan dengan baik, stoikiometri tetap. Struktur yang

kompleks dengan sel unit yang sangat besar dapat terbentuk.

Fase intermetalik dalam G¨uven¸c TEM˙IZEL (2007) dapat dijelaskan sebagai

berikut:

Fase intermetalik FeAl2 muncul pertama di Fe- Al Film antarmuka untuk

sebagian besar experimental dirancang kondisi tal. Hasil ini didukung thermo-

dinamis karena memiliki energi bebas terendah untuk formasi dalam sistem Fe-

Al bila dibandingkan dengan lainnya intermetallics di wilayah Al-kaya fase Fe-Al

diagram. Fase intermetalik Fe2 Al5 diamati setelah pembentukan fase intermetalik

FeAl2. Tiga kondisi baik dapat diberikan untuk pembentukan intermetalik- fase

lic Fe2Al5 . Ini dicapai pertama dengan lipatan dalam waktu anil pada suhu

konstan. Kedua, hal itu dicapai dengan penurunan awal ketebalan film pada suhu

anil konstan dan waktu anil. Kondisi terakhir untuk formasi fase intermetalik

Fe2Al5 adalah dengan meningkatkan suhu annealing pada awal Al Film konstan

ketebalan, dan pada waktu anil konstan. Atom Al persentase fase intermetalik

terbentuk meningkat dengan awal Al ketebalan film, yang dibuktikan melalui

semua percobaan. Semua fase hadir dalam diagram kesetimbangan tidak selalu

muncul dan mereka tentu tidak ingin untuk tumbuh secara bersamaan, namun

berbagai inkubasi periode yang diamati. Mereka terbentuk sequentially, berbeda

dengan intermetallics, yang dibentuk serempak dalam bahan massal.

Adapun metode pencampuran paduan Al Fe dapat dideskripsikan sebagai berikut:

Tabel 2.6 Metode pencampuran Fe dan Al:

Sedangkan hasil analisis EDS dari fase intermetalik diamati oleh anil pada

temperatur yang berbeda. dimana nomor mewakili persentase atom dari fase

masing-masing. Hasil analisis tersebut dapat dijabarkan dalam tabel sebagai

berikut.

Tabel 2.7 Hasil analisis EDS dari fase intermetalik:

Hal ini dapat disimpulkan bahwa persentase atom Al dari fase intermetalik

dibentuk pada antarmuka meningkat dengan Al film awal ketebalan. Fe2Al3

memiliki persentase atom Al antara 58% dan 65%. Fase intermetalik ini diamati

pada ketebalan film awal 2 μ m, sedangkan atom persentase Al FeAl2 adalah 66%

-66,9%, yang merupakan konsentrasi yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan

Fe2 Al3 , Dan diamati pada ketebalan film yang lebih tinggi awal (3 μ m).

Akhirnya, pada ketebalan film awal tertinggi 8 μ m, persentase atom tertinggi Al

diamati untuk FeAl3 (74,5% -76,5%).

Dengan memadukan Fe dan Al dengan fase intermetalik berdasarkan data hasil

ujicoba, Fe2Al5 dicapai pertama dengan lipatan dalam waktu anil pada suhu

konstan.

Paduan antara Fe dan Al yang direncanakan adalah Fe2Al5 (dimana rentangan

persentase setelah terbentuk FeAl2 atau FeAl3 cenderung konstan).

Tahap selanjutnya ialah mencampur C dan Al dengan reaksi C+Al

Menurut JasonV. Shu art (2012), dalam penelitiannya: Bahan-bahan aluminium-

karbon diungkapkan di sini tidak menunjukkan respon galvanik dan stabil bahkan

dalam suhu tinggi, garam pengujian korosi air. Selain itu, bahan aluminium

karbon yang diungkapkan di sini telah diuji dengan teknik pembakaran canggih

seperti LECO pembakaran analisis yang beroperasi lebih dari 15000 C. dan tidak

ada karbon terdeteksi. C+Al yang padukan disini ialah aluminum alloy 6061 and

2.7 Wt % carbon.

Dalam hasil penelitiannya Jason menyatakan:

1. Sebuah komposisi aluminium karbon yang terdiri dari aluminum dan karbon,

Dimana aluminium dan bentuk karbon bahan fase tunggal, dicirikan bahwa

karbon tidak bukan fase terpisah dari aluminium Ketika fase tunggal material

dipanaskan sampai suhu leleh.

2. Komposisi aluminium karbon klaim 1 Dimana aluminium adalah paduan

aluminium.

3. Komposisi aluminium karbon klaim 1 Dimana karbon terdiri dari sekitar 0,01

sampai sekitar 40 persen Berat material.

4. Komposisi aluminium karbon klaim 1 Dimana karbon terdiri dari setidaknya

sekitar 1 persen berat dari material.

5. Komposisi aluminium karbon klaim 1 Dimana karbon terdiri dari setidaknya 5

persen Bobot material.

6. Komposisi aluminium karbon klaim 1 Dimana karbon terdiri paling banyak

sekitar 10 persen Berat materi.

7. Komposisi aluminium karbon klaim 1 Dimana karbon terdiri paling banyak

sekitar 25 persen Berat materi.

8. Komposisi aluminium karbon dari klaim 1 lebih lanjut terdiri dari aditif yang

menanamkan perubahan ke fisik atau sifat mekanik dari komposisi.

9. Sebuah komposisi aluminium karbon pada dasarnya terdiri aluminium dan

karbon, aluminium Dimana dan membentuk karbon bahan fase tunggal, dan

Dimana karbon tidak fase terpisah dari aluminium Kapan materi dipanaskan

sampai suhu leleh.

10. Komposisi aluminium karbon klaim 9 Dimana aluminium adalah paduan

aluminium.

11. Komposisi aluminium karbon klaim 9 dimana karbon terdiri dari sekitar 0,01

sampai sekitar 40 persen Berat material.

12. Komposisi aluminium karbon klaim 9 Dimana karbon terdiri dari setidaknya

sekitar 1 persen berat dari material.

13. Komposisi aluminium karbon klaim 9 Dimana karbon terdiri dari setidaknya 5

persen Bobot material

6061 adalah paduan pengerasan presipitasi aluminium, yang mengandung

magnesium dan silikon sebagai elemen utama paduan. Awalnya disebut "Alloy

61S," ini dikembangkan pada tahun 1935. Ia memiliki sifat mekanik yang baik

dan pameran mampu las yang baik. Ini adalah salah satu paduan aluminium yang

paling umum dipakai untuk tujuan umum.

Hal ini umumnya tersedia di kelas pra-marah seperti 6061-O (anil) dan nilai

marah seperti 6061-T6 (solutionized dan artifisial usia) dan 6061-T651

(solutionized, stres lega membentang dan artifisial usia).

Komposisi paduan dari 6061 adalah:

Silicon minimum 0,4%, maksimum 0,8% berat

Besi tidak ada minimum, maksimum 0,7%

Tembaga minimum 0,15%, maksimum 0,40%

Mangan tidak ada minimum, maksimum 0,15%

Magnesium minimum 0,8%, maksimum 1,2%

Chromium minimum 0,04%, maksimum 0,35%

Seng ada minimum, maksimum 0,25%

Titanium tidak ada minimum, maksimum 0,15%

Unsur-unsur lain tidak lebih dari 0,05% masing-masing, 0,15% dari total

Sisa Aluminium (95,85% -98,56%)

Paduan aluminium digunakan dibanyak rekayasa applications karena berat dan

kekuatan yang tinggi karakteristik mereka. Namun, kekerasan yang rendah dan

ketahanan aus rendah membatasi penggunaannya dalam beberapa aplikasi.

Matriks logam aluminium komposit (Al-MMC) yang mengandung partikel bala

bantuan yang dianggap sebagai solusi yang menjanjikan untuk menyampaikan aus

yang lebih baik resistensi terhadap paduan aluminium. Penambahan silikon

karbida dan alumina Untuk paduan aluminium dilaporkan untuk meningkatkan

ketahanan aus mereka. Berbagai jenis reinfor- semen seperti aluminium nitrida,

granit, nikel aluminide, Garnet, Kaca, beryl, Boron karbida, Titanium dioksida,

aluminium diboride dan cerium dioksida juga telah dilaporkan efektif bala

bantuan untuk meningkatkan sifat tribological aluminium paduan berbasis.

Dilaporkan bahwa ketahanan aus meningkat dengan peningkatan konten

penguatan akibat kekerasan yang tinggi dan kekuatan fase penguatan.

Paduan campuran antara aluminium dan carbon yang direncanakan pada tahap ini

dapat diformulasikan dengan Al6061+C

Selain dua paduan, terdapat tiga jenis paduan, atau ternary, Ternary (paduan dari

tiga unsur) paduan Al-Fe-Si sangat menarik karena untuk kepentingan komersial

Fe-kaya magnetik paduan (Sendust, ALSIFER) dan aplikasi luas dari paduan Al-

kaya dalam produksi cahaya konstruksi bahan nasional. Selain itu, cairan paduan

Al-Fe-Si pada pendinginan cepat mampu untuk membentuk fase amorf, yang sifat

yang intensif dipelajari dekade terakhir. Pengetahuan tentang sifat termodinamika

dari sistem, termasuk keadaan cair, diperlukan untuk desain dan perbaikan paduan

industri. Menurut Kanibolotsy (2003) Telah ditetapkan bahwa cairan Al-Fe-Si

alloys terbentuk dengan pengeluaran kehangatan signifikan hingga -35 KJ mol -1 .

Dependensi konsentrasi paresensial untuk aluminium dan entalpi integral dari

pencampuran memastikan bahwa sifat termodinamika dari Al-Fe-Si alloys

sebagian besar adalah ditentukan oleh komponen interaction dalam sistem batas

Fe-Si.

Sehingga formula yang direncanakan untuk membuat mesin yang lebih ringan

darn tahan panas dapat dijabarkan dengan reaksi sebagai berikut:

Fe2Al5 + C + Al6061 + C => Fe2Al5 + Al6061 +2C

Fe2Al5 + Al6061 +2C => 2FeC+6Al

Formula 1 : Fe2Al5 + Al6061 +2C

Formula 2 : 2FeC+6Al

Formula 3 : FeAl3SiC

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian

Membuat Formula

Mencetak

Menguji

Berhasil

Membuat

blok silinder

Tidak Berhasil

Menganalisa

1,2,3

Uji Performa

Uji Berat

DAFTAR PUSTAKA

_____________. High-pressure Die Cast Cylinder Blocks Made of Aluminium.

German

A.M. Al-Qutub. 2012. Wear and friction behavior of Al6061 alloy reinforced with

carbon nanotubes

Camelia. 2011. Considerations On Thermal Fatigue Internal Combustion Engines

Cobden, Ran. 1994. Physical Properties, Characteristics and Alloys

Grabke, Hans. 2002. Carburization, carbide formation, metal dusting, coking

G¨uven¸c TEM˙IZEL, Macit OZENBAS. 2006. Intermetallic Phase Formation at

Fe-Al Film Interfaces

JasonV. Shu art.2012. Aluminum-Carbon Compositions

Kanibolotsky. 2003. Enthalpy of mixing in liquid Al–Fe–Si alloys at 1750 K

Kumar, Sudipit. 2008. Production And Characterisation Of Aluminium-Flyash

Composite Using Stir Casting Method

Nguyen, H. 2005. Manufacturing Processes and Engineering Materials Used in

Automotive Engine Blocks

Richardo. 2008. Impact of Vehicle Weight Reduction on Fuel Economy for

Various Vehicle Architectures

Tom, dkk. 2010 Analysis of the Relationship Between Vehicle Weight/Size and

Safety, and Implications for Federal Fuel Economy Regulation

Toshihiro Takami, dkk. 2000. MMC All Aluminum Cylinder Block for High

Power SI Engines

Sandia National Laboratories. 2014. Low-temperature combustion enables

cleaner, more efficient engines