SKRIPSI

PENGARUH TEMPERATUR RENDAH TERHADAP

KETANGGUHAN DAN STRUKTUR MIKRO PADA MATERIAL

PERUNGGU TIMAH PUTIH GAMELAN

Oleh :

I Wayan Andre Atmaja

NIM : 1104305032

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS UDAYANA

2016

Scanned by CamScanner

Scanned by CamScanner

iii

PENGARUH TEMPERATUR RENDAH TERHADAP

KETANGGUHAN DAN STRUKTUR MIKRO PADA MATERIAL

PERUNGGU TIMAH PUTIH GAMELAN

Oleh : I Wayan Andre Atmaja

Dosen Pembimbing : Dr. Ir. I Gusti Ngurah Priambadi, MT.

Dr. Ir. I Ketut Gede Sugita, MT.

ABSTRAK

Gamelan Bali adalah instrument sebagai pendukung dalam upacara keagamaan

serta budaya bagi umat Hindu di Bali. Keberadaan instrumen ini dikenal secara

nasional bahkan sampai ke mancanegara. Desa Tihingan yang terletak di kecamatan

Banjarangkan kabupten Klungkung merupakan icon Desa yang dikenal sebagai

perajin gamelan Bali.

Material gamelan Bali adalah paduan dari material Tembaga dan Timah Putih

yang dikenal dengan nama perunggu. Bilah gamelan ini sering mengalami kerusakan

yang diakibatkan oleh kesalahan dalam proses pengerjaan, penggunaan dalam

fungsinya maupun akibat kondisi lingkungan. Kondisi lingkungan terutama di

mancanegara yang mempunyai temperatur ekstrim, tentu akan memberikan pengaruh

terhadap kualitas dari material gamelan.

Berdasarkan kondisi tersebut, maka pada penelitian ini diamati pengaruh

temperatur yang rendah hingga ekstrim rendah terhadap ketangguhan material.

Material uji yang digunakan dalam penelitian diperoleh di perajin gamelan setempat.

Material uji tersebut selanjutnya dijadikan spesimen uji impak sesuai dengan standar

ASTM E23-82. Spesimen kemudian dikondisikan pada temperatur 0oC, -10

oC ,-20

oC

dan -30oC untuk mengetahui pengaruh temperatur rendah terhadap ketangguhan

material. Pengujian yang dilakuan adalah uji SEM-EDS, uji impak, uji struktur mikro

dan uji foto makro.

Hasil pengujian SEM-EDS menunjukkan prosentase paduan untuk Cu berkisar

antara 61,69 - 68,18% dan Sn adalah antara 17,24 – 31,16% yang sisanya adalah

unsur Karbon. Pada range temperatur 26oC hingga -30

oC, ketangguhan material yang

terbaik ditemukan pada temperatur lingkungan (26oC) dengan nilai 0,0571 Nm/mm

2.

Pada temperatur uji antara 0oC hingga -30

oC menunjukkan ukuran dendrit α semakin

mengecil dan jaraknya semakin melebar. Berdasarkan foto makro bentuk permukaan

patahan adalah datar, yang menunjukkan sifat material cenderung getas.

Kata kunci : Gamelan Bali, Temperatur Ekstrim, Ketangguhan impak.

iv

THE EFFECT OF LOW TEMPERATURE ON TOUGHNESS AND MICRO

STRUCTURE IN TIN BRONZE AS GAMELAN MATERIALS

Author : I Wayan Andre Atmaja

Supervisor : Dr. Ir. I Gusti Ngurah Priambadi, MT.

Dr. Ir. I Ketut Gede Sugita, MT.

ABSTRACT

Gamelan is an instrument to support in religious ceremonies and culture for

Hindus in Bali. The existence of this instrument nationally known even to foreign

countries. Tihingan village is located in Banjarangkan district Klungkung regency is

an icon of villages that known as Balinese gamelan craftsmen..

Material on gamelan is an alloy of Copper and Tin that known as Tin Bronze.

The gamelan blades frequently experience damage caused by errors in the process,

the use of the function well as a result of environmental conditions. Environmental

conditions, especially in many countries which have extreme temperatures, would

give effect to the quality of the gamelan material.

Based on that condition, so in this research observed the effect of low

temperatures to extreme lows against the material toughness. The Specimen used in

this research was obtained at the local of gamelan craftsmen. The Specimen used as a

further impact test specimens in accordance with ASTM E23-82. The specimen then

conditioned at a temperature of 0°C, -10oC, -20°C and -30°C to determine the effect

of low temperature on material toughness. Testing that was done is a SEM-EDS test,

impact test, microstructure test and macro photos test.

The test results show that the percentage of SEM-EDS for Cu alloys ranged

from 61.69 to 68.18% and Sn is between 17.24 to 31.16%, which rest is the element

carbon. In the temperature range 26°C to -30°C , the material toughness is the best

found at ambient temperature (26oC) with a value of 0.0571 Nm/mm

2. In the

temperatures between 0°C to -30°C showed α dendrite size is getting smaller and

the distance is widened. Based on the shape macro photos test fracture surface is flat,

indicating the material properties tend to be brittle.

Keywords: Gamelan, Extreme temperatures, Impact toughness.

v

KATA PENGANTAR

Om Swastiastu, Om Awighnam Astu Namo Sidham. Puji syukur dipanjatkan

ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat-Nya sehingga skripsi yang berjudul

“PENGARUH TEMPERATUR RENDAH TERHADAP KETANGGUHAN DAN

STRUKTUR MIKRO PADA MATERIAL PERUNGGU TIMAH PUTIH GAMELAN”

dapat diselesaikan sebagai persyaratan untuk memperoleh Gelar Sarjana di Jurusan

Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana.

Penyusunan skripsi ini tidaklah terlepas dari dukungan, saran, dan bimbingan

dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini sudah sepantasnya penulis

menyampaikan ucapan terimakasih kepada:

1. Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT., Ph.D. Selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Udayana yang sekaligus selaku Dosen Pembimbing Akademik yang

selalu memberikan arahan untuk tetap maju dan berhasil.

2. Dr. Ir. I Ketut Gede Sugita, MT. Selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas

Teknik Universitas Udayana serta Selaku Dosen Pembimbing II yang telah

memberikan penulis bimbingan, saran, serta dorongan dalam penyusunan

Proposal Skripsi ini.

3. Dr. Ir. I Gusti Ngurah Priambadi, MT. Selaku Dosen Pembimbing I yang telah

membimbing serta memeberikan masukan-masukan yang sangat bermanfaat

kepada penulis dalam penyusunan Proposal Skripsi ini.

4. Seluruh dosen dan staf pegawai Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Udayana yang telah memberikan bantuan, bimbingan serta

membagikan banyak pengetahuan kepada penulis selama penyusunan skripsi ini.

5. Keluarga yang selalu mendukung dan membantu dalam perkuliahan hingga

penyusunan proposal skripsi yang memberikan semangat dukungan moral dalam

penulisan skripsi ini.

6. Para sahabat (Sekberholic) di lingkungan Fakultas Teknik Maupun alumni yang

selalu memberikan inspirasi, ide-ide baru serta kritikan yang konstuktif mengenai

penyusunan skipsi ini.

vi

7. Sahabat serta rekan-rekan di lingkungan Jurusan Teknik Mesin yang telah

membantu dalam penyelesaian skripsi ini.

8. Semua pihak yang telah membantu penulis baik secara langsung maupun tidak

langsung dalam penyelesaian skripsi ini yang tidak dapat disebutkan satu-persatu.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan mengingat

keterbatasan pengetahuan dan refrensi yang penulis miliki. Oleh karena itu, kritik

dan saran yang sifatnya konstruktif sangat diharapkan dari berbagai pihak sehingga

dapat menjadi lebih baik lagi di masa depan. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat

bagi semua pihak yang memerlukan. Penulis mengucapkan terima kasih dan penulis

mohon maaf apabila ada kekurangan atau kesalahan dalam penulisan skripsi ini.

Bukit Jimbaran, 2016

Penulis

vii

DAFTAR ISI

Halaman

LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................................. i

LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................................ ii

ABSTRAK ........................................................................................................................ iii

ABSTRACT ...................................................................................................................... iv

KATA PENGANTAR ...................................................................................................... v

DAFTAR ISI ..................................................................................................................... vii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................ x

DAFTAR TABEL ............................................................................................................ xii

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................................. 1

1.1 Latar Belakang… ............................................................................. 1

1.2 Rumusan Masalah ............................................................................ 3

1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................. 3

1.4 Batasan Masalah ............................................................................... 3

1.5 Manfaat Penelitian ........................................................................... 4

BAB II LANDASAN TEORI .......................................................................................... 5

2.1 Gamelan Bali .................................................................................. 5

2.2 Karakteristik Paduan Tembaga ....................................................... 5

2.3 Jenis-Jenis Cacat Produk Hasil Pengecoran .................................... 7

2.4 Pengujian SEM-EDS (Electron Diversive Spectroscopy) .............. 12

2.5 Uji Ketangguhan (Impact Test) ....................................................... 12

2.5.1 Metode Charpy .................................................................. 13

2.5.2 Faktor Penyebab Perpatahan Uji Impak ............................ 16

2.5.3 Jenis-Jenis Perpatahan Uji Impak ..................................... 17

2.6 Uji Metalografi ........................................................................... 19

2.6.1 Uji Foto Makro .................................................................. 19

2.6.2 Uji Struktur Mikro ............................................................. 19

2.7 Uji Hipotesis ........................................................................... 20

2.7.1 Uji t berpasangan (paired t-test) ........................................ 20

viii

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................................. 22

3.1 Metode Penelitian ........................................................................... 22

3.2 Variabel Penelitian .......................................................................... 22

3.2.1 Variabel Bebas (Independent Variables) .......................... 22

3.2.2 Variabel Terikat (Dependen Variables) ............................. 23

3.2.3 Variabel Kontrol ................................................................ 23

3.3 Hipotesis ......................................................................................... 23

3.4 Tempat Penelitian ........................................................................... 23

3.5 Langkah Penelitian ......................................................................... 24

3.6 Bahan dan Alat Penelitian ............................................................... 25

3.6.1 Bahan Penelitian ................................................................ 25

3.6.2 Alat Penelitian ................................................................... 26

3.7 Prosedur Penelitian ......................................................................... 31

3.7.1 Pembuatan dan Uji Spesimen Impak ................................. 31

3.7.2 Pembuatan dan Uji Spesimen Struktur Mikro & Makro .... 33

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 36

4.1 Data Hasil Uji SEM-EDS ................................................................ 36

4.2 Data Hasil Uji Impak ...................................................................... 37

4.3 Uji Hipotesis .................................................................................... 40

4.3.1 Pembahasan Uji Hipotesis ................................................. 43

4.4 Data Struktur Makro Spesimen Uji Impak ...................................... 44

4.4.1 Pembahasan Gambar Struktur Makro ............................... 50

4.5 Data Hasil Uji Struktur Mikro ......................................................... 50

4.5.1 Atlas Struktur Mikro ......................................................... 57

4.5.2 Pembahasan Gambar Struktur Mikro ................................ 58

4.6 Pembahasan Uji Struktur Makro Dan Mikro ................................. 58

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 59

5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 59

5.2 Saran ............................................................................................ 60

ix

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 61

LAMPIRAN .......................................................................................................... 64

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Gamelan Bali .................................................................................... 5

Gambar 2.2 Diagram Phase Cu-Sn ..................................................................... 6

Gambar 2.3 Struktur mikro paduan 80%Cu-20%Sn ............................................ 6

Gambar 2.4 Porositas gas & porositas srinkage ................................................... 7

Gambar 2.5 Hot Tear and Crack ........................................................................ 7

Gambar 2.6 Inclusion .......................................................................................... 8

Gambar 2.7 Misruns ............................................................................................ 8

Gambar 2.8 Cold Shut .......................................................................................... 9

Gambar 2.9 Hasil pengujian EDS (Energy Diversive Spectroscopy) .................. 12

Gambar 2.10 Ilustrasi Pengujian Impak ................................................................. 14

Gambar 2.11 Spesimen uji impak charpy (ASTM E 23-82) .................................. 19

Gambar 2.12 Perpatahan Ulet ............................................................................... 18

Gambar 2.13 Perpatahan Getas ............................................................................. 18

Gambar 2.14 Skala pembesaran dari Microskop Optik, TEM dan SEM .............. 19

Gambar 2.15 Daerah penerimaan dan penolakan hipotesis dua arah ................... 21

Gambar 3.1 Bilah Gamelan Gangsa ..................................................................... 25

Gambar 3.2 Es Kering (Dry Ice) ......................................................................... 26

Gambar 3.3 Alkohol 95 % .................................................................................. 26

Gambar 3.4 Alat Uji SEM-EDS (Electron Diversive Spectroscopy) .................. 26

Gambar 3.5 Alat Uji Impak ................................................................................. 27

Gambar 3.6 Mikroskop Optik ............................................................................. 28

Gambar 3.7 Vernier Caliper ................................................................................ 28

Gambar 3.8 Gerinda Potong ................................................................................. 28

Gambar 3.9 Mesin Frais ....................................................................................... 29

Gambar 3.10 Mesin Sekrap ................................................................................... 29

Gambar 3.11 Amplas ............................................................................................ 30

Gambar 3.12 Autosol ............................................................................................ 30

Gambar 3.13 Kain Beludru ................................................................................... 31

Gambar 3.14 Spesimen V Notch Impak ASTM E 23-82 ..................................... 31

Gambar 4.1 Hasil Pengujian SEM-EDS pada titik 1 .......................................... 36

xi

Gambar 4.2 Hasil Pengujian SEM-EDS pada titik 2 .......................................... 36

Gambar 4.3 Hasil Pengujian SEM-EDS pada titik 3 .......................................... 37

Gambar 4.4 Skema Spesimen Uji Impak (ASTM E23-08) ................................ 38

Gambar 4.5 Grafik Nilai Kekuatan Impak Terhadap Temperatur ...................... 40

Gambar 4.6 Diagram Fase CuSn ......................................................................... 51

Gambar 4.7 Struktu Mikro Gamelan Jawa Nada Pitu (7) (Soni, 2010) .............. 57

Gambar 4.8 Struktur Mikro Gaenal Boanang Jawa Nada Siji (1) (Anjar, 2010) . 57

Gambar 4.9 Struktur Miro Perunggu (David, 1991) ........................................... 57

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Cacat-cacat Penggecoran ..................................................................... 9

Tabel 3.1 Chemical Etching for Copper and Its Alloy ........................................ 34

Tabel 4.1 Hasil Uji SEM-EDS pada tiga titik yang berbeda pada spesimen ........ 37

Tabel 4.2 Data Ukuran Spesimen Impak ............................................................. 38

Tabel 4.3 Data Hasil Uji Impak ........................................................................... 39

Tabel 4.4 Perhitungan Nilai Pada Pasangan 1 .................................................. 41

Tabel 4.5 Data Statistik Sampel Berpasangan (SPSS 20.0 .................................. 42

Tabel 4.6 Data Korelasi Sampel Berpasangan (SPSS 20.0) ................................. 43

Tabel 4.7 Data Uji T Sampel Berpasangan (SPSS 20.0) ...................................... 43

Tabel 4.8 Penerimaan dan Penolakan Hipotesis .................................................. 43

Tabel 4.9 Struktur Makro Pada Temperatur Lingkungan (26oC) Pembesaran 20x 45

Tabel 4.10 Struktur Makro Pada Temperatur 0oC ................................................ 46

Tabel 4.11 Struktur Makro Pada Temperatur -10oC .............................................. 47

Tabel 4.12 Struktur Makro Pada Temperatur -20oC .............................................. 48

Tabel 4.13 Struktur Makro Pada Temperatur -30oC .............................................. 49

Tabel 4.14 Struktur Mikro Pada Temperatur Lingkungan (26oC) Pembesaran 20x 52

Tabel 4.15 Struktur Mikro Pada Temperatur 0oC .................................................. 53

Tabel 4.16 Struktur Mikro Pada Temperatur -10oC ............................................... 54

Tabel 4.17 Struktur Mikro Pada Temperatur -20oC ............................................... 55

Tabel 4.18 Struktur Mikro Pada Temperatur -30oC ............................................... 56