PENGARUH KOMPOSISI Cu DAN VARIASI TEKANAN
KOMPAKSI TEHADAP DENSITAS DAN KEKERASAN PADA
KOMPOSIT W-Cu UNTUK PROYEKTIL PELURU DENGAN
PROSES METALURGI SERBUK
Oleh:
Gita Novian Hermana 2710100077
Jurusan Teknik Material dan Metalurgi
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya
Dosen Pembimbing: Dr. Widyastuti, S.Si., M.Si
Latar Belakang
Material
Metalurgi
Serbuk
Proyektil Timbal, Antimony
Aman bagi
Lingkungan
Material Pengganti
W-Cu
By Metalurgi
Serbuk
Timbal (Pb)
Peluru
Menurut Glen E (2011)
Timbal telah menjadi bahan untuk peluru selama
berabad-abad, dan di pilih untuk aplikasi
tersebut karena dense (rapat), mudah dibentuk,
dan ketersediaan luas
Menurut Walter (2011)
Bahan proyektil : Timbal bisa dengan
Cu, W, Sn, Bi, Ni
Tetapi penggunaan peluru sebagai timbal
ini memiliki kerugian karena timbal bersifat
racun.
Mnurut D.R. Corbin (1998)
W mulai digunakan untuk menggantikan
posisi Pb.
• Proyektil Peluru adalah bagian yang bergerak menuju sasaran.
• Memiliki Momentum yang Besar
Densitas 11 – 18 g/cm3
Elongation 8-10 %
UTS 55 – 220 N/mm2
Spesifikasi Peluru
Parameter Proses Metalurgi
Serbuk
Variabel Proses
Distribusi Serbuk
Tekanan Kompaksi
Temperatur Sintering
Lama Sintering
Ukuran Butir
Komposisi
Tujuan
Mengetahui
Komposisi Tembaga
(20, 30, dan 40wt% Cu)
Tekanan kompaksi 200, 400, dan
600 MPa
Densitas dan Kekerasan
yang dihasilkan
Manfaat
Menghasilkan material alternatif untuk proyektil peluru dengan proses metalurgi serbuk
Referensi penelitian untuk material proyektil pengganti timbal
Latar Belakang
Batasan Masalah
Lingkungan dianggap tidak berpengaruh
Serbuk W, Cu merupakan serbuk pro analisis
Pengotor diabaikan
Sintering dilakukan pada temperatur dan waktu yang konstan
Distribusi serbuk dianggap homogen
Komposit Dua material atau
lebih
Tinjauan Pustaka
Disatukan
Sifat mekanisnya merupakan
gabungan dari komponen
penyusunnya Jones, M.R (1975)
Matriks W Reinforcment Cu
Lambang : W
Nomor Atom : 74
Densitas : 19,3 (g/cm3)
Temp. Melting : 3380OC
% Elongasi : 0,03 %
Kond. Termal : 167 W/m K
Lambang : Cu
Nomor Atom : 29
Densitas : 8,9 (g/cm3)
Temp. Melting : 1082OC
% Elongasi : 15-20 %
Kond. Termal : 393 W/m K
Tinjauan Pustaka
1. Persiapan serbuk
2. Mixing Pencampuran untuk
mendapatkan distribusi serbuk
3. Kompaksi Menempatkan serbuk
logam pada cetakan yang
kemudian di tekan sehingga serbuk
akan terdeformasi dan membentuk
sesuai cetakan
4. SinteringTerjadinya ikatan antar
partikel menjadi susunan struktur
yang kohern pada temperatur di
bawah temperatur melting melalui
transport massa
1.
2.
3.
4.
1. Saat penekanan,
serbuk mengalami
penyesuaian letak dan
belum terjadi deformasi
2. Serbuk terdeformasi
elastis. Ikatan timbul
oleh gaya kohesi dari
serbuk tanpa pengaruh
panas
3. Serbuk terdeformasi
plastik, terjadi
mechanical interlocking
dan penghancuran
butir
Kompaksi
1. 3.
2.
Sintering 1. Perpindahan atom melalui kontak
partikel yang bersentuhan
2. Pertumbuhan leher tersebut terjadi karena adanya perpindahan massa pada proses sinter tersebut
3. Pertumbuhan butir yang terjadi akan menghasilkan porositas yang mengecil sebanding dengan perbesaran butir
4. Pengkasaran pori terjadi karena bersatunya lubang-lubang kecil dari pori sisa , menjadi besar dan kasar.
Peralatan
Ayakan
Mesin Kompaksi
Horizontal Furnace
Neraca Analitik
Dies Kompaksi
Beaker Glass
Masker dan Sarung
Tangan
Hot plate dan Magnetic
Sirrer
Combustion boat
Jangka Sorong
Alat Uji Tekan
Alat Uji Hardness
Mesin XRD
Mesin SEM
Road Map
Material
Peluru
Berbasis
W
W-Sn, Al, Zn,
Cu
(Lowden,1998)
W-Ni, Cu, Ag, Fe,
Co, Mo, Re
(Kock, 1985)
W-Cu
W-20%, 25%,
dan 30% Cu
(Medhat, 2012)
W-20%Cu dan W-
30%Cu
(A.Ibrahim, 2008)
W-20%, 30%, dan
40%Cu
(M. Ardestani,
2009)
Kompaksi Sintering
300, 600, 900 MPa
(A. Ibrahim, 2008)
245, 491, 663 MPa
(A. Ghaderi Hamadi,
2011)
W-20, 30, 40%Cu
200, 400, dan 600 MPa
(Gita Novian H, 2013)
900oC
(Syed Alam
, 2004)
1000-1200oC
(M. Ardestani,
2009)
700-900oC
(M. Safrudin
Yafie, 2013)
Karakterisasi Serbuk Cu
Analisa SEM Analisa XRD
8 10 12 14 16
0
10
20
30
40
50
60
Pre
se
nta
se
(%
)
Distribusi Ukuran Serbuk Cu
Pengaruh Variasi Komposisi Cu dan Tekanan
Kompaksi W-Cu terhadap Densitas
Green density (g/cm3) Sinter density (g/cm3)
Komposisi
Cu (wt%)
Tekanan Kompaksi (Mpa)
200 400 600
20 10,82 11,45 12,09
30 9,92 10,44 10,09
40 9,48 9,93 10,56
Komposisi
Cu (wt%)
Tekanan Kompaksi (Mpa)
200 400 600
20 11,39 13,34 14,14
30 10,84 11,89 12,59
40 10,11 10,59 11,59
20 30 40
9
9.5
10
10.5
11
11.5
12
12.5
200400
600
20
30
40
Gre
en
Den
sity
(g
/cm
3)
20 30 40
9
10
11
12
13
14
15
200400
600
20
30
40
Sin
ter
Den
sity
(g
/cm
3)
Analisa XRD
30 60 90
0
7000
14000
CuCuCu
CuCuCu
CuCu
Cu
W
WW
W
W
WW
W
W
WW
W
Inte
nsita
s
Sudut (2 theta)
W-40% Cu 200 MPa
W-30% Cu 200 MPa
W-20% Cu 200 MPa
30 60 90
0
6000
12000
CuCu
CuCuCu
CuCu
Cu
WW
W
W
W
WW
W
W
WW
W
Inte
nsita
s
Sudut (2 theta)
W-40% Cu 400 MPa
W-30% Cu 400 MPa
W-20% Cu 400 MPa
Analisa XRD
30 60 90
0
3000
6000
CuCu
Cu
CuCu
CuCu
Cu
W
W
W
W
WWW
W
W
WW
W
Inte
nsita
s
Sudut (2 theta)
W-40% Cu 600 MPa
W-30% Cu 600 MPa
W-20% Cu 600 MPa
Pengaruh Variasi Komposisi Cu dan Tekanan Kompaksi
W-Cu terhadap Porositas
Tekanan kompaksi yang
lebih tinggi menyebabkan
interaksi gesekan antar
partikel lebih tinggi
sehingga mengurangi
porositas (Abdoli,2008).
20
30
40
0
5
10
15
20
25
200400
600
20
30
40
Pengaruh Variasi Komposisi Cu dan Tekanan Kompaksi
W-Cu terhadap Kekerasan
Komposisi Cu
(wt%)
Tekanan Kompaksi (Mpa)
200 400 600
20 20 20,5 32
30 19,5 20 25
40 12 14 15.5
Kekerasan meningkat
dengan meningkatnya
komposisi W karena
kekerasan dari W lebih
besar daripada Cu.
(A. Abu-Oqail, 2012) 20 30 40
10
15
20
25
30
35
40
200400
600
20
30
40
HR
B
Pengaruh Variasi Komposisi Cu dan Tekanan Kompaksi
W-Cu terhadap Compressive Strength
Tabel Compressive Strength Komposit W-Cu (MPa)
Porositas Turun Compressive Strength
2030
40
50
100
150
200
250
200400
600
20
30
40
Pengaruh Variasi Komposisi Cu dan Tekanan Kompaksi
W-Cu terhadap Modulus Elastisitas
Dipengaruhi Oleh :
Kerapatan
Porositas
┴
2030
40
30
35
40
45
50
55
60
200400
600
20
30
40
1. Green density dan sinter density paling tinggi pada W-20wt% Cu dengan
tekanan kompaksi 600 MPa sebesar 12,09 g/cm3 dan 14,14 g/cm3.
2. Kekerasan semakin meningkat dengan semakin kecil komposisi Cudan
tekanan kompaksi. Kekerasan paling tinggi 32 HRB
3. Berdasarkan hasil uji tekan didapatkan Compressive strength dan Modulus
Elastisitas tertinggi pada W-20wt% Cu , tekanan kompaksi 600 MPa yaitu
220,89 MPa dan 55,68 GPa
Kesimpulan
Green dan Sinter
Density >>
Tekanan Kompaksi >>
Komposisi Cu<<
Peneliti Metode Hasil
Yutaka Hiraoka (2005) Mencampur Cu untuk
proses infiltrasi sebesar 19,
27, 355, dan 48%.
Sedangkan untuk proses
sintering sebesar 20, 40, 60,
80 %Cu.
Kekuatan patah pada Temperatur rendah dan
keuletan dengan metode sintering lebih rendah
daripada metode infiltrasi.
Presentase Cu yang dapat menyebabkan transisi
dari ulet ke getas adalah 40-48%.
A. Ibrahim (2009) Presentase Cu yang
digunakan adalah 20 dan
30% dengan tekanan
kompaksi 300, 600, dan 900
MPa. Setelah itu dilakukan
sintering pada temperatur
1250 dan 1400oC dengan
laju pemanasan 10oC/menit
dan waktu tahan selama satu
jam.
Densifikasi terbesar setelah sintering pada
temperatur 1250 dan 1400oC didapatkan pada
tekanan 600 MPa. Sementara kekerasan meningkat
dengan berkurangnya Cu, sedangkan kekuatan
kompresi meningkat dengan semakin
bertambahnya Cu.
M. Ardestani (2009) Komposisi Cu 20, 30, dan 40
% dengan tekanan kompaksi
200 MPa dan sintering pada
temperatur 1000-1200oC
dengan atmosfer hidrogen
selama 1,5 jam.
Densitas relatif yang didapatkan
adalah semakin meningkat dengan
meningkatnya temperatur. Densitas
terbesar didapatkan pda temperatur
1200 oC yaitu sekitar 98,85% hingga
99%. Kekerasan maksimum dicapai
pada W-20% dengan temperatur
sintering 1200oC.
A. Ghaderi Hamadi
(2011)
Komposit tersebut dibuat
dengan memvariasikan
tekanan kompaksi yaitu
sebesar 245, 491, dan 663
MPa. Temperatur sintering
dibuat kontsan pada 1550oC
dengan atmosfer hidrogen.
Dengan tekanan kompaksi 663 MPa
didapatkan kekuatan tarik 605 MPa dan
densitas sebesar 17.2 gr/cm3. Fracture
terlihat pada spesimen dengan tekanan
kompaksi 663 MPa. Namun tekanan
kompaksi yang digunakan tidak cukup
besar untuk menyebabkan deformasi
plastis atau fracture pada seluruh partikel
tungsten (W).
A Abu Oqail (2012) Memvariasikan komposisi
Cu yaitu sekitar 20, 25,
30% dan tekanan
kompaksi sekitar 300,
600, 900, dan 1200 M{a
Densitas paling tinggi didapatkan
saat tekanan kompaksi sebesar
1200 MPa dengan waktu sintering
1400oC dan holding selama 2 jam
dengan presentase Cu sebesar
30%. Sedangkan nilai kekerasan
yang diukur dengan menggunakan
Vickers Microhardness dapat
disimpulkan bahwa semakin
berkurangnya presentase Cu dan
meningkatnya waktu tahan
sintering maka kekerasannya akan
meningkat.
Komposisi Fraksi
(%)
Tekanan
Proses (Mpa)
Densitas
(g/cm3)
%
Densitas
dari Pb
Compressiv
e Strength
(MPa)
Pb 100 na 11,36 100
Pb-Sn 95/5 na 11,00
PbSn 80/20 na 10,20
W-Sn 70/30 140 10,17 89,2 70
210 10,88 95,8 95
280 11,34 99,9 127
350 11,49 101,2 137
W-Sn
W-Al II
W-Zn
Bi-W
W-Cu
58/42
95/5
60/4
70/30
80/20
140
210
280
140
210
280
350
350
350
350
9,76
10,20
10,49
9,35
10,06
10,62
10,91
10,85
10,88
10,99
85,9
89,8
92,3
82,3
88,6
93,5
96,0
95,5
95,8
96,8
84
95
106
57
101
157
200
145
Tidak di Tes
220
Young-Sam Kwon
and Seong-Taek
Chung
(2007)
Memvariasikan komposisi
Cu yaitu sekitar 30 dan
35% dan tekanan
kompaksi sekitar 150
MPa.
A. A. Bothate (2010)
Sintering atmosfer Nitrogen
Liquid Phase Sintering
• Partikel yang tidak mencair akan
mengalami proses solid-state sintering
selama pemanasan. Pada kondisi
umumnya bagian yang mencair akan
membasahi bagian yang padat. Pada
kasus ini, cairan yang baru terbentuk
menembus diantara butiran padat,
memecah ikatan sinter, dan memicu
penataan ulang butiran. Bagian yang
cair tersebut nantinya akan
mempengaruhi peningkatan kekasaran
butiran dan densifikasi (Randal M.
German, Pavan Suri, dan Seong Jin
Park, 2008).
Komposisi Fraksi
(%)
Tekanan
Proses (Mpa)
Densitas
(g/cm3)
% Densitas
dari Pb
Compressive
Strength
(MPa)
Pb 100 na 11,36 100
Pb-Sn 95/5 na 11,00
PbSn 80/20 na 10,20
W-Sn 70/30 140 10,17 89,2 70
210 10,88 95,8 95
280 11,34 99,9 127
350 11,49 101,2 137
W-Sn
W-Al II
W-Zn
Bi-W
W-Cu
58/42
95/5
60/4
70/30
80/20
140
210
280
140
210
280
350
350
350
350
9,76
10,20
10,49
9,35
10,06
10,62
10,91
10,85
10,88
10,99
85,9
89,8
92,3
82,3
88,6
93,5
96,0
95,5
95,8
96,8
84
95
106
57
101
157
200
145
Tidak di Tes
220