Laporan Akhir Praktikum Praktikum Laboratorium Laboratorium Teknik Mate rial rial 3 Modul E Modulus Young dan Porositas Keramik
Oleh : Nama Nama
: Sury Suryaa Eko Suli Sulistiawan stiawan
NIM
: 13713054
Kel Ke lompok
:3
Anggota Anggota (NIM) (N IM)
: Adam Ada m Dwiputra Dwiputra Tanjung Tanjung (1371 (13 7130 3039 39)) Waras Septiana (13713048) Muhamm Muhammad ad Adib Adib H. (137130 (137 13052 52)) Irza Aulia Zaim (13712006)
Tanggal Tanggal Praktikum Pra ktikum
: 6 April 2016 20 16
Tanggal Tanggal Penyerahan P enyerahan Laporan Lapo ran : 11 April 2016 20 16 Nama Nama Asisten Asisten (NIM)
: Rachm Rachmad Santoso Santoso (13712042)
Laboratorium Metalurgi dan Teknik Material Program Studi Teknik Material Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung 2016
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Material yang banyak dijumpai dalam bahan konstruksi salah satunya yaitu keramik. Produk keramik yang digunakan dalam bahan konstruksi antara lain dinding, dinding, tegel, closet, genteng dan da n lainnya. lainnya. Proses produksi keramik terutama keramik konvensional bisa dilakukan dengan berbagai cara. Dari hasil produksi keramik dapat dihasilkan sifat keramik tersebut. Sifat yang biasa ditemukan di keramik ialah kekerasannya yang tinggi namun getas. Sifat getas keramik dinyatakan dengan modulus elastisitas dimana besarnya dapat diukur dengan metode three point bending. bending. Selain itu, ada sifat keramik yang menyatakan ukuran kualitas keramik, yaitu porositas. Porositas dapat diukur besarny besarnya denga dengan n metode Archi Archim medes. 1.2 1. 2 Tujuan Tujuan Praktikum Pra ktikum Menentukan modulus elastistas specimen keramik dengan porositas 10%, 20%, 30% dan 40%.
BAB II DASAR TEORI
Pemrosesan keramik, terutama keramik konvensional dapat dilakukan dengan beberapa cara, dian diantara taranya nya yaitu aitu sli slip p casting, plastic plastic forming f orming , dan powder dan powder pressing pressing . Slip casting merupakan teknik pembuatan keramik dengan menggunakan slurry slurry yang terdiri dari dry mix dan liquid yang yang dituangkan kedalam gypsum kedalam gypsum sebagai sebagai cetakannya. Slurry kemudian didiamkan didalam cetakan agar air terserap ke dalam cetakan. cetak an. Contoh produkny prod uknyaa ialah ialah closet.
Gambar Gambar 2 .1 Slip Casting
merupakan teknik pembuatan keramik dengan menggunakan Plastik forming merupakan slurry slurry yang an g kemudian di d icetak melalui p roses fi roses filter lter press press sehingga membe ntuk ntuk produk p roduk sementara berupa filter cake. cake . Selanjutnya dilakukan proses mekanik untuk memperoleh produk akhir dengan memanfaatkan putaran mesin untuk membentuk orientasi partikel yang berbentuk lingkaran. Beberapa teknik dalam plastic forming antara lain jolleying, lain jolleying, jiggering, dan jiggering, dan roller head. Jolleying head. Jolleying adalah adalah teknik pembentukan keramik dengan memberikan gaya penekanan dari arah dalam produk. Jiggering Jigger ing adalah teknik pembentukan keramik dengan memberikan gaya penekanan dari arah luar produk. Sedangkan roller head adalah gabungan dari jolleyi jol leying ng dan jiggering. Contoh produknya yaitu piring.
Gambar 2.2 Pro ses jolleying dan jiggerin dan jiggering g
Tipe ketiga ialah powder pressing , dimana proses ini memanfaatkan spray drying untuk mengontrol orientasi partikel sehingga membentuk droplet atau granula yang berongga. Metode ini menghasilkan kadar air sekitar 5% yang menyebabkan
produk produk nya menjad menjad i lebih padat akibat penyu peny usutan suta n yang lebih homogen. Contoh produkny produknyaa ialah alah tegel tegel.. Dari ketiga pemrosesan keramik tersebut, dibutuhkan komponen-komponen penyusun kera mik mik yang tepat supaya dapat d ipero ipero leh sifat sifat yang ya ng diinginkan. Komposisi material keramik biasanya terdiri dari tiga komponen utama, yaitu binder, flux, dan filler. filler. Binde Binder r berguna untuk memberikan sifat plastis dan meningkatkan ketahanan bodi terhadap terhadap pembakaran. Contohny Contoh nyaa yaitu kaoli kao lin. n. Flux Flux berguna untuk mengikat clay clay dengan filler dalam keadaan fasa cair dan sebagai matriks pengikat dalam fasa gelas. Contohnya yaitu feldspar. Filler berguna untuk untuk mengontrol engo ntrol ekspansi termal dan da n komponen ko mponen pengi p engisi si dalam d alam bodi bo di kerami ke ramik. k. Hasil proses produksi keramik biasanya disertai dengan adanya porositas pada produk produk tersebut. Porositas mer upaka upakan n k ekosongan pada suatu suat u mater mater ial padatan. padata n. Porositas dapat dibagi menjadi tiga jenis, yaitu open pore, closed pore pore dan interconnected pore. pore. Open pore pore adalah pori yang terdapat di permukaan keramik akibat imperfect packing dan gas yang keluar saat keramik dikeringkan dan dibakar. Closed pore adalah pori yang terdapat di dalam keramik akibat gas yang terperangkap dan tidak dapat
keluar.
Sedangkan
interconnected
pore
merupakan
saluran
yang
menghubungkan satu open pore dan pore dan open pore yang lain. Porositas Porositas mem me mberikan efek yang s ignifikan ignifikan terhadap sifat keramik ya ng dihasilkan seperti densitas, konduktivitas termal, dan crack resistance. resistance. Semakin tinggi porositas, densitas dan konduktivitas termal akan semakin kecil. Sedangkan crack resistance akan resistance akan dipengaruhi oleh jenis porositasnya. Jika open pore, ketahanan crack akan berkuran berk urang g sedang seda ngkan kan closed pore, ketahanan crack akan bertambah.
Modulus elastisitas berhubungan dengan tegangan normal dan regangan normal yang mampu dikenai kepada material keramik dan merepresentasikan ketahanan suatu material terhadap deformasi elastis. Hubungan antara tegangan dan regangan yang merepresntasikan modulus elastisitas dapat dirumuskan sebagai biasa dikenal seb s ebagai agai hukum hukum Hook Ho oke. e. yang biasa Pengujian modulus young dilakukan dengan uji metode three-point bending. Sesuai dengan ASTM 674/88, pada metode ini pembebanan dilakukan tepat di tengah kedua ked ua penumpu penumpu dengan kecepatan kecep atan konstan untuk untuk memberi memberika kan n efek flexural efek flexural .
Gambar 2.3 Per bedaan bedaan metode three-point bending dan four-poin dan four-pointt bending bending
BAB III DATA PERCOBAAN
3.1 Data Percobaan :
3.2 Pengolaha Pengolahan n Data
Dari grafik grafik diat d iatas, as, d ipero leh persamaan persa maan linear y=mx+c d imana imana m= W/defleksi. Sehi Se hingga ngga dapat dap at dihitu dihitung ng harga E masing-masi asing- masing ng specim spe cimen en : E = mL3 / 4bd3 E1 = 256.53*1003 / 4*20.81*6.833 = 9672.616 MPa E2 = 277.78*1003 / 4*20.98*7.413 = 8135.436 MPa E3 = 272.36*1003 / 4*21.31*7.743 = 6890.910 MPa E4 = 215.23*1003 / 4*21.57*7.353 = 6282.473 MPa
BAB IV ANALISIS DATA
Praktikum modul porositas dan modulus young keramik ini bertujuan menentukan harga modulus elastisitas keramik dengan nilai porositas yang berbeda beda. Pada praktiku praktikum m ini, metode three-point bending digunakan digunakan dalam pengambilan data specimen keramik. Data yang diperoleh berupa dimensi specimen, gaya pembeban pembebanan an dan defl defleksi. eksi. Dari data tersebut, kemudian diolah menghasilkan grafik beban terhadap defleksi. Kemudian dari grafik diperoleh persamaan linear yang digunakan dalam menghitung nilai E. Dari hasil pengolahan data diperoleh nilai E yang berbeda-beda untuk setiap specimen dimana spesimen 1 memiliki nilai E yang paling besar dengan urutan dari yang terbesar ke yang yang terkeci terkec il ialah ialah specimen specimen 1,2,3 1,2 ,3 dan 4. Harga Harga E yang d ipero ipero leh dari da ri tiap specimen merupakan represe represe ntasi dari sifat sifat kegetasan tiap specimen. Kegetasan dapat disebandingkan dengan kekerasan material. Spesimen 1 memiliki nilai E yang paling besar mengindikasikan specimen tersebut merupakan specimen yang paling getas dan paling keras diantara specimen yang la la in.
Begitupula dengan de ngan specimen spec imen 4 yang me me miliki sifat kegetasa ke getasan n dan da n
keke ke kerasa rasan n pal pa ling ing rendah renda h diband dibanding ing specimen sp ecimen yang lain. lain. Spesimen 1 memiliki nilai E terbesar disebabkan oleh jumlah porositas yang lebih sedikit dibanding ketiga specimen yang lain. Begitupun sebaliknya, specimen 4 yang memiliki nilai E terkecil karena memiliki jumlah porositas yang paling banyak. Adanya porositas akan memicu munculnya microcrack ketika diberi pembebanan karena di daerah pori ada stress concentration. concentration. Adanya stress concentration menyebabkan energy antar atomnya menjadi tinggi dan metastabil sehingga ketika ada energy luar yang datang, energy tersebut akan langsung dikonversi agar
energinya menjadi rendah salah satunya yaitu dengan deformasi plastis berupa crack. Semakin banyak porositas akan menyebabkan material tersebut mudah terdeformasi plasti plastiss dan sif sifat getasny etasnya menur enurun. un. Meskipun hasil percobaan ini sesuai dengan teori, namun dalam proses pengambilan
data
masih
terdap terdapat at
beberapa
kesalahan
yang an g
meny en yebabkan ebabk an
ketidaktelitian hasil yang diperoleh. Beberapa diantaranya ialah dimensi tiap specimen yang berbeda-beda, jenis, komposisi dan cacat pada tiap specimen yang tidak diketahui, peletakan specimen di instrument bending yang mungkin tidak tepat ditengah
kedua
penumpu,
dan
ketidakakuratan
dalam
mencatat
data
dari
deflektometer. Dimensi specimen yang berbeda-beda akan menyebabkan percobaan pengaruh porositas porositas terhadap E menjad i kurang valid valid kare na ada pe ngaruh lebar dan tebal ya ng berbeda. Jenis, kom ko mposisi dan cacat d i tiap specimen yang berbeda tentu akan mempengaruhi sifat pada specimen tersebut. Tiap specimen keramik pada percobaan ini tidak diketahui komposisinya dan sudah digunakan berulang kali pada percobaan sebelumnya sehingga specimen menjadi kurang valid. Peletakan specimen di isntrumen yang tidak tepat di tengah kedua penumpu mengakibatkan data defleksi yang diperoleh menjadi kurang teliti.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan Modulus elastisitas specimen keramik dengan porositas 10%, 20%, 30% dan 40% secara berturut-turut ialah 9672.616 MPa, 8135.436 MPa, 6890.91 MPa dan 6282.473 MPa. 5.2 Saran Spesimen yang diuji sebaiknya specimen baru yang belum dipakai untuk pengujian modul ini sebelumnya. Selain Se lain itu, perlu keseragam kesera gaman an d ime ime nsi tiap specimen.
DAFTAR PUSTAKA
1. ASTM C 373-88, “ Standard Test Method for Water Absorption, Bulk Density, Density, Apparent Porosity, and Apparent Specific Gravity of Fired Whiteware Products” Whiteware Products”,, West Conshohocken-Pennyslvania. 2. ASTM C 674-88, “ Standard Test Method for Flexural Properties of Ceramic Whiteware Materials” Materials”,, West Conshohocken-Pennyslvania. 3. Callister, W.D., “ Materials Science Science and Engineering: E ngineering: An Introduction”, 2000, New York: York: John John Wil Wiley and and Sons. Sons. LAMPIRAN Tugas Setelah Praktikum
1.
Apakah gunanya mengetahui porositas suatu material keramik?
2.
Apaka Apa kah h gunanya gunanya mengetah mengetahui ui E suatu mater material ial kera k erami mik? k?
3.
Apa hubung hubungaa n antara porosi poro sitas tas dan E? E? Mengapa Mengapa demikian? demikian?
4.
Apa implikasi hubungan antara porositas dan E terhadap karakteristik keramik tersebut? Jelaskan apa yang terjadi jika misalnya porositas diturunkan dan apa implikasinya terhadap terhadap performance performance keramik keramik tersebut! Jawab :
1. Dapat menentukan besarnya kekuatan dan modulus elastisitas keramik dengan porositas porositas tertentu tertent u. Se lain itu, itu, kehad iran porositas dapat me mperk irakan perub perub ahan sifat keramik seperti densitas, konduktivitas termal, dan crack resistance resistance.. 2. Dapat mengetahui sifat kegetasan dan kekerasan keramik. Keramik yang memiliki memiliki E tinggi tinggi artin a rtinya ya sifat sifat kegetasa ke getasanny nnyaa dan da n keke ke kerasa rasanny nnyaa tinggi. tinggi. 3. Semakin banyak porositas, E semakin kecil. Adanya porositas akan memicu munculnya microcrack ketika diberi pembebanan karena di daerah pori ada stress ada stress concentration. concentration. Adanya stress Adanya stress concentration concen tration menyebabkan energy antar atomnya menjadi tinggi dan metastabil sehingga ketika ada energy luar yang datang,
energy tersebut akan langsung dikonversi agar energinya menjadi rendah salah satunya yaitu dengan deformasi plastis. 4.
Implikasnya menyebabkan keuletan keramik meningkat seiring banyaknya porositas. porositas. Jika porositas d iturunkan iturunkan akan me ngak ngakibat ibatk k an konduktivitas termal, densi de nsitas, tas, dan da n kegetasa ke getasanny nnyaa meningka meningkat. t.
Tugas Tambahan
1.
Gambarkan distribusi tegangan akibat adanya porositas
2.
Turunkan rumus E Jawab :
1.
2.
