pengaruh persen berat poliamida dan temperatur …

PENGARUH PERSEN MASSA POLIMER DAN

TEMPERATUR SINTERING TERHADAP

MIKROSTRUKTUR DAN SIFAT MEKANIK PROYEKTIL

KOMPOSIT TEMBAGA – POLIAMIDA 6

---------------------------------------------------------------

HIZKIA ALPHA DEWANTO / 2711100019

Dosen Pembimbing:

Dr. Widyastuti S.Si, M.Si.

Rindang Fajarin S.Si, M.Si.

Jurusan Teknik Material dan Metalurgi

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya 2015

LATAR BELAKANG

Davis (2001), EPA

RUMUSAN MASALAH

% wt PA-6

Sifat mekanik optimal

Tsinter Sifat mekanik

optimal

Mikrostruktur

Sifat mekanik

BATASAN MASALAH

Lingkungan tidak berpengaruh

Material bahan Pro Analisis (PA)

Distribusi serbuk homogen

Pengotor diabaikan

Tekanan kompaksi dan waktu pemanasan sama

Seminar Proposal Tugas Akhir 13/03/2015

TINJAUAN PUSTAKA

PROYEKTIL FRANGIBLE

Persyaratan:

Sifat Nilai Sumber

Densitas 7,1–8,5 g/cm3 Hansen (2008)

Kekerasan 54-119 HV (Max 67,5 HRB) Kruachatturat dkk.

(2009) Kekuatan tekan 31-310 MPa


Cu Sifat Keterangan

Struktur Kristal

Lattice (nm)

Massa atom (g/mol)

Densitas (g/cm3)

Titik leleh (oC)

Modulus Young (GPa)

Kekuatan tarik (MPa)

FCC

0,3610

63,546

8,933

1084,62

110-128

224

ASM volume 4 Seminar Proposal Tugas Akhir

13/03/2015

Pb Sifat Keterangan

Struktur Kristal

Lattice (nm)

Massa atom (g/mol)

Densitas (g/cm3)

Titik leleh (oC)

Modulus Young (GPa)

Kekuatan tarik (MPa)

FCC

0,49489

207,19

11,4

327,4

21

17

ASM volume 4 Seminar Proposal Tugas Akhir

13/03/2015

Poliamida-6 (Nylon 6)

Sifat Keterangan Kekerasan (Rockwell M) 85

Modulus elastisitas (MPa) 590-650 Densitas (g/cm3) 1,13

Temperatur leleh (C) 220 Kekuatan tarik (MPa) 60-80

Honeywell Seminar Proposal Tugas Akhir

13/03/2015

KOMPOSIT

•Gabungan >2 material

•Matriks dan penguat

Callister (2003)


KOMPOSIT

•Interface

•Interphase Callister (2003)


KOMPAKSI Tipe-tipe Kompaksi:

Single Action

Double Action

Double Action Floating Die

Multiple Motion

Multiple Motion Floating Die Withdrawal

Joel (1969) Seminar Proposal Tugas Akhir 13/03/2015

PROSES KOMPAKSI

Rearrangement

Deformasi elastis

Deformasi plastis

Penghancuran butir

German (1984) Seminar Proposal Tugas Akhir 13/03/2015

PARAMETER SINTERING

Temperatur

Ukuran serbuk

Waktu

Green density

Tekanan kompaksi


PROSES SINTERING

Point Contact

Initial stage

Intermediate stage

Final stage


MODULUS RESILIENSI


PATEN - PATEN

Identitas Paten Produk Material

Snide et al. Variable Density Frangible Projectile US 4,603,637 Agustus 1986

Peluru frangible komposit polimer-metal, susunan dibentuk dengan struktur interfitting pola chevron

Polimer: Termoplastik Metal: Densitas tinggi


PATEN - PATEN


George B. Davis, John R. Balmer Jacketed Frangible Bullets US 2001/0050020 A1 Desember 2001

Proyektil frangible, half-jacketed. Jaket ikut pecah pada penumbukan akibat shock transfer. Densitas proyektil 6 g/cm3

Nylon, serbuk Cu, serbuk W (atau logam densitas tinggi lainnya).


PATEN - PATEN


Calero Martinez et al. Frangible Bullets and Its Manufacturing Method US 8,365,672 B2 Februari 2013

Proyektil frangible tanpa jaket, kompaksi dengan pelumas. Pemanasan 400oC. Densitas 6.9 g/cm3.

Serbuk metal Cu-based. Pelumas polimer (HDPE) < 1%wt. Ukuran serbuk > 120 μ.


PATEN - PATEN


Hash et al. Frangible, Ceramic-metal Composite Objects and Methods of Making the Same US 8,028,626 B2 Oktober 2011

Proyektil frangible dengan fasa primer metal dan fasa sekunder keramik.

Serbuk Cu (atau Fe) dan serbuk kaca. Kadar keramik 5-20% wt.


PATEN - PATEN


Powers, Jr. Frangible Powdered Iron Projectiles US 7,685,942 B1 Maret 2010

Proyektil frangible Fe-Cu-Sn. Sifat balisttik setara proyektil Pb, namun frangible.

Serbuk Fe, Cu, dan Sn. Dapat diberi jaket Al, Cu, Zn, kuningan, ataupun polimer.


PATEN - PATEN


Benini Frangible Metal Bullets, Ammunition, and Method of Making Such Articles US 6,090,178 July 2000

Peluru frangible dua fasa: metal dan binder metal ataupun metalloid. Terjadi senyawa intermetalik.

Cu-10% wt Sn


PATEN - PATEN


Williams Method and Apparatus for Frangible Projectiles US 6,799,518 B1 October 2004

Proyektil frangible disisipi dengan bahan aktif, seperti optical marker ataupun fire retardant.

Optical marker: penanda inframerah. Fire retardant: Si, SiO2, dan Al2O3


PATEN - PATEN


Kapeles et al. Frangible Non-lethal Projectile US 2005/0066849 A1 Maret 2005

Proyektil bermuatan, hidung (nose) frangible .

Nose: polimer densitas 128-224 kg/m3. Muatan: marker ataupun zat pelumpuh nonletal.


PATEN - PATEN


Williams et al. Method and Apparatus for Self-Destruct Frangible Projectiles US 7,380,503 B2 Juni 2008

Proyektil frangible hasil kompaksi dingin dan dengan mekanisme pemicu untuk mengatur waktu peledakan.

Frangible: penguat W, Ta, atau WC dengan matriks Sn, Al, Bi, Cu, Zn, atau PTFE. Serbuk binder 25-1000 μ.


PATEN - PATEN


Huffman Process of Making Obstacle Piercing Frangible Bullet US 6,115,894 September 2000

Peluru frangible yang dapat menembus armor lunak/ringan.

(a) 40-60%Hg, 25-40%Ag, 15-25%Sn, 5%Cu, 2%Zn atau (b) 55-70%Hg, 15-45%Cd, 0-25%Sn, 0-2%Cu, 0-1%Zn. Reaksi dengan amalgamasi.


PATEN - PATEN


Belanger Frangible Practice Ammunition US 5,237,930 Agustus 1993

Peluru frangible untuk latihan. Densitas minimal 5,7 g/cm3.

90% wt serbuk Cu 200 mesh, 10% wt polimer nilon 11 ukuran 44 μ. Proses produksi dengan injection molding.


PENGEMBANGAN Jenis Proyektil Frangible

Proyektil peluru Proyektil nonpeluru (Kapeles, 2005)

Proses kompaksi (dan sintering) Proses amalgam (Hiffman, 2000)

Fokus untuk mendekati sifat balistik

proyektil timbal

Fokus pada variasi konten (Williams, 2004

dan 2008)

Tanpa binder

(Martinez, 2013)

Binder keramik

(Hash, 2013) Binder metal Binder polimer

Bahan baku utama Fe

(Powers, 2010)

Bahan baku Cu-Sn (Benini, 2010, Firmansyah,

2015, dan Anugraha, 2015

Komposisi polimer dan metal bercampur homogen

(Davis, 2001 dan Belanger, 1993)

Struktur interfitting selang-seling

(Snide, 1986)

Penelitian Sebelumnya Penelitian Proses Hasil

Banovic (2007)

Bahan baku serbuk Cu dan Sn 90:10, sintering 260oC selama 30 menit dalam atmosfer nitrogen

Spesimen Kekerasan

(HRB)

1 22,9

2 21,6

3 22,4


Penelitian Sebelumnya

Penelitian Proses Hasil

Kruachatturat (2009)

Variabel: Komposisi serbuk Cu-Sn (95:5, 90:10, dan 85:15 persen berat) dan temperatur sintering (800, 850, dan 900oC). Pemanasan 45 menit, atmosfer hidrogen

Kekuatan tekan 49-214 Mpa, pada komposisi 90:10 dan temperatur sintering 800oC.



Anugraha (2014)

Variabel: Komposisi serbuk Cu-Sn (95:5, dan 90:10 persen berat) dan tekanan kompaksi 300, 400 dan 500 MPa.


Jhony (2014)

Komposisi serbuk Cu-Sn 90:10 persen berat. Variabel: Temperatur sintering (300, 500, dan 700oC) dan waktu tahan sintering (30, 60, dan 90 menit)

Pembentukan fase intermetalik pada daerah antarmuka (interface) partikel serbuk. Menurut hasil penelitian, temperatur sintering 500oC dan waktu tahan 60 menit menghasilkan proyektil paling optimal untuk aplikasi frangible.



Firmansyah (2015)

Komposisi Cu-10% wt Sn, kompaksi 600 MPa selama 5 menit, sintering pada variabel 200, 300, 400, 500, dan 600oC selama 30 menit.


Anugraha (2015)

Komposisi Cu-10% wt Sn, kompaksi 600 MPa, sintering pada variabel 200, 300, 400, 500, dan 600oC selama 30 menit.


METODOLOGI PENELITIAN

Bahan Baku

Serbuk Cu

• >230 mesh

• < 60 mikron

• T melt: 1085oC

Serbuk PA-6

• 100 mesh

• T melt: 220oC

Pelumas

• Zn stearat

• T melt: 128-130oC


Peralatan

Pembuatan

• Sieve

• Neraca analitik

• Magnetic Stirrer

• Set alat kompaksi

• Set Horizontal tube furnace

Pengujian

• Neraca analitik

• Jangka sorong

• Set alat uji tekan

• XRD

• SEM


Diagram Alir Penelitian

Rancangan Penelitian


Massa Cu dan Poliamida 6


Konversi Kekuatan Tekan ke Modulus Elastisitas

Nematzadeh (2012) Seminar Proposal Tugas Akhir 13/03/2015

ANALISA DAN PEMBAHASAN

Makrostruktur Serbuk


Cu PA-6 Cu-PA6

Mikrostruktur Serbuk


Cu PA-6

Makrostruktur Spesimen


14.45 mm

15

.00

mm

Pascakompaksi



Prasintering

Pascasintering



“bintik hitam”

Grafik Uji Densitas


Grafik Uji Porositas


Grafik Sifat Mekanik


Mikrostruktur Pascakompaksi


PA

Cu P

Mikrostruktur Prasintering


PA

Cu P

0.5% 1.5% 1%

Mikrostruktur Pascasintering 0,5%


PA

Cu P

200oC 300oC 250oC

Mikrostruktur Pascasintering 1%


Mikrostruktur Pascasintering 1,5%


200oC 300oC 250oC

Detail Mikrostruktur Pascasintering


PA

Cu P

200oC 250oC 300oC

Mikrostruktur Pascasintering


PA

Cu P

PA6

Tabel Data Rerata


PA

Cu P

Kadar poliamida

(%)

Kekuatan tekan

rerata (MPa)

Kekerasan rerata

(HRB)

Densitas rerata

(gr/cm3)

0.5 127.76 21.33 6.77

1 129.14 14.33 6.40

1.5 97.54 24.89 6.29

Tabel Data Rerata


PA

Cu P

Temperatur

Sintering (oC)

Kekuatan tekan

rerata (MPa)

Kekerasan rerata

(HRB)

Densitas rerata

(gr/cm3)

200 127.73 18.56 6.25

250 116.73 20.44 6.66

300 109.98 21.56 6.46

LAMPIRAN

Mencari massa proyektil


Mencari sinter density


pengaruh persen berat poliamida dan temperatur …

Documents