pengaruh komposisi cu dan variasi tekanan...

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

Lead Bullets

Full Metal Jacket Bullets

Partially Jacket Bullets

Perumusan Masalah

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

Bahan

Serbuk W

Serbuk Cu

Serbuk Zinc Stearat

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)

Metodologi

Karakterisasi Serbuk W

Analisa SEM Analisa XRD

Distribusi Ukuran Serbuk W

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 Porositas

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%)


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

Variasi Cu –Tekanan Kompaksi 40%wt Cu

200 MPa 400 MPa 600 MPa

Analisa Interface

Interface W-W

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


W-Cu terhadap Kekerasan

Komposisi Cu

(wt%)


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


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


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<<

SEKIAN

TERIMA KASIH

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

Xianqiang Yin

(2010)

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

pengaruh komposisi cu dan variasi tekanan...

Documents