Tugas Mandiri : Mekanika Bahan komposit
PERKEMBANGAN APLIKASI KOMPOSIT KERAMIK CMC PADA KOMPONEN PIRINGAN REM CAKRAM MOBIL
Oleh :
Nama
: Nangimul Khakim
NIM
: 12.11.033
Kelas
:C
JURUSAN TEKNIK MESIN S-1 FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL MALANG 2014 i
KATA PENGANTAR Dengan segala kerendahan dan keikhlasan hati, Penulis memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT. Karena dengan rahmat dan rahim-Nya yang telah dilimpahkan, taufiq dan hidayah-Nya dan atas segala kemudahan yang telah diberikan sehingga penyusunan makalah tentang “Perkembangan Aplikasi Komposit Keramik Pada Komponen Rem Cakram Mobil” ini dapat terselesaikan. Shalawat terbingkai salam semoga abadi terlimpahkan kepada Nabi Muhammad SAW, keluarga dan sahabat-sahabat, serta para pengikutnya. Dan Semoga syafa’atnya selalu menyertai kehidupan ini. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada Dosen Mata kuliah Mekanika Bahan Komposit yang telah membimbing penulis sehingga dapat menyelesaikan makalah ini. Makalah ini berisi ulasan-ulasan yang membahas tentang, definisi bahan komposit, hingga perkembangan, saat ini. Setitik harapan dari penulis, semoga makalah ini dapat bermanfaat serta bisa menjadi wacana yang berguna. Penulis menyadari keterbatasan yang penyusun miliki. Untuk itu, penulis mengharapkan dan menerima segala kritik dan saran yang membangun demi perbaikan dan penyempurnaan makalah ini.
Malang, 20 Oktober 2014
Penulis
i
DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL KATA PENGANTAR ............................................................................................ i DAFTAR ISI .......................................................................................................... ii BAB 1 PENDAHULUAN ..................................................................................... 1 1.1 Penggunaan Bahan Komposit .................................................................... 1 1.2 Aplikasi Komposit Pada Piringan Cakram (Disc Brake) ........................ 2 BAB II PROSES MANUFAKTUR...................................................................... 4 2.1 Proses Pembuatan Dengan Baja Paduan .................................................. 4 2.2 Proses Pembuatan Dengan Keramik komposit ........................................ 7 2.3 Sifat CMC .................................................................................................... 7 BAB III MANFAAT KOMPOSIT ...................................................................... 8 3.1 Mekanisme ketangguhan ............................................................................ 8 3.2 Proses Manufaktur : ................................................................................... 8 3.3 Rem Disk CMC : ......................................................................................... 8 3.4 Problems Masalah ....................................................................................... 9 3.5 Perbaikan ..................................................................................................... 9 3.5 Sifat penting dari bahan ........................................................................... 10 DAFTAR PUSTAKA
ii
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Penggunaan Bahan Komposit Komposit didefinisikan sebagai "bahan di mana dua atau lebih unsur yang telah dibawa bersama-sama untuk menghasilkan baru bahan yang terdiri dari setidaknya dua komponen yang berbeda secara kimia, dengan sifat yang dihasilkan secara signifikan berbeda dengan yang dimiliki individu konstituen ". Penjelasan lebih lengkap juga menuntut konstituen juga harus hadir di wajar proporsi. 5% menurut beratnya yang sewenang-wenang dianggap minimum. Materi yang selanjutnya harus dianggap sebagai "buatan manusia". Itu adalah untuk mengatakan, bahwa harus diproduksi sengaja oleh pencampuran intim dari konstituen. Paduan yang membentuk struktur mikro dua fase yang berbeda sebagai konsekuensi dari pembekuan atau perlakuan panas tidak akan karena itu menjadi dianggap sebagai komposit. Jika di sisi lain, serat keramik atau partikel itu harus dicampur dengan logam untuk menghasilkan bahan yang terdiri dari dispersi dari keramik di dalam logam, ini akan dianggap sebagai komposit. Pada komposit skala mikroskopis telah dua atau lebih fase kimia yang berbeda dipisahkan dengan antarmuka yang berbeda. Ini antarmuka memiliki pengaruh besar pada sifat-sifat komposit. Fase kontinyu dikenal sebagai matriks. Umumnya sifat dari matriks adalah sangat meningkat dengan memasukkan unsur lain untuk menghasilkan komposit. Sebuah komposit mungkin memiliki matriks, keramik logam atau polimer. Tahap kedua disebut sebagai penguat seperti meningkatkan sifat dari matriks dan dalam kebanyakan kasus penguat lebih sulit, lebih kuat dan kaku dari matriks (1). Kekuatan diukur bahan adalah beberapa pesanan dari besarnya kurang dari yang dihitung secara teoritis. Selanjutnya tegangan di mana spesimen nominal identik gagal tunduk pada variabilitas yang ditandai. Hal ini diyakini karena adanya kekurangan yang melekat dalam materi (2). Selalu ada distribusi dalam ukuran kekurangan dan kegagalan di bawah beban inisiat di terbesar ini. Griffith berasal ekspresi yang berkaitan stres kegagalan untuk ukuran cacat
1
1.2 Aplikasi Komposit Pada Piringan Cakram (Disc Brake) Rem (Brakes) merupakan
suatu
komponen penting dalam sebuah
kendaraan yang berfungsi untuk menghentikan atau menghambat laju putaran roda atau kendaraan. Ditinjau dari kondisi sistem kerja yang demikian maka pemilihan material dan proses pembentukan dalam proses produksi cakram rem sangatlah penting, dimana material harus dapat memenuhi syarat-syarat diantaranya: tahan terhadap suhu yang tinggi, mampu menahan beban, keuletan, kekuatan dan tahan aus.. Rancangan disc bervariasi. Beberapa yang cukup padat besi cor, tetapi lain cekung dengan sirip atau baling-baling bergabung bersama dua permukaan yang kontak's disk (biasanya dimasukkan sebagai bagian dari proses casting). Ini "ventilasi" membantu desain disc untuk menghilangkan panas yang dihasilkan dan umumnya digunakan pada cakram depan lebih-berat-load. Rem depan menyediakan sebagian besar tenaga pengereman. Banyak performa rem lebih tinggi memiliki lubang bor melalui mereka. Ini dikenal sebagai lintas-pengeboran dan awalnya dilakukan pada tahun 1960 pada balap mobil. Untuk disipasi panas tujuan, pengeboran silang masih digunakan pada beberapa komponen pengereman, tetapi tidak disukai untuk balap atau gunakan keras lainnya sebagai lubang adalah sumber retak stres dalam kondisi parah. Disc juga mungkin slotted, di mana saluran dangkal mesin ke disk untuk membantu menghilangkan debu dan gas. Slotting adalah metode yang paling disukai di lingkungan balap untuk menghilangkan gas, air, dan de-glasir bantalan rem. Beberapa disc keduanya dibor dan slotted. Slotted disc umumnya tidak digunakan pada kendaraan standar karena mereka dengan cepat memakai ke bantalan rem, namun ini penghapusan materi yang bermanfaat untuk kendaraan ras karena terus bantalan lembut dan menghindari vitrifikasi dari permukaan mereka.
2
Di jalan, bor atau slotted disc masih memiliki efek positif dalam kondisi basah karena lubang atau slot mencegah lapisan air membangun antara disk dan bantalan. cakram
3
BAB II PROSES MANUFAKTUR
2.1 Proses Pembuatan Dengan Baja Paduan : Bahan yang akan digunakan pada proses produksi cakram rem adalah baja paduan rendah dengan standar AISI 1045, JIS S45C, BS060A45, 100 (Kg/mm2), serta mengandung DIN C45 dengan mempunyai kekuatan tarik unsur paduan antara lain: Carbon (0.40-0.45%), Phospor (<0.04%), Silikon (0.20-0,35%), Mangan (0.755-1%).Sulphur (<0.04%), Chromium (0.25-0.80%), Molybdenum (0.15-0.25%). 1. disc brake rotor memiliki komposisi besi cor kelabu, ditandai dalam kata komposisi terdiri dari antara 0,5 dan 1,2% menurut beratnya tembaga, dan pluralitas keras membentuk karbida logam termasuk vanadium dan titanium, perbandingan antara berat tembaga hadir dan berat total kata karbida logam yang keras membentuk 1,8-3 unit tembaga untuk 1 unit satu atau lebih keras membentuk karbida logam. 2.. disc brake rotor menurut klaim 1, dicirikan dalam bahwa karbida logam keras membentuk juga mencakup satu atau lebih dari tungsten, molybdenum, kromium, dan niobium. 3. Sebuah disc brake rotor sesuai dengan salah satu klaim 1 dan 2, ditandai dalam berat yang hadir dalam komposisi vanadium kurang dari atau sama dengan satu setengah dari berat tembaga ini ditambahkan ke 20 kali berat saat ini titanium. 4. Sebuah disc brake rotor menurut salah seorang dari klaim 1 hingga 3, dicirikan dalam bahwa setara karbon dari komposisi adalah antara 4,2 dan 4,55. 5. Sebuah disc brake rotor sesuai dengan salah satu klaim 1 sampai 4, dicirikan dalam bahwa konten titanium dari komposisi adalah antara 0,025 dan 0,035% berat. 6.. Sebuah disc brake rotor sesuai dengan salah satu klaim 1 sampai 5, dicirikan dalam bahwa konten vanadium dari komposisi adalah antara 0,35 dan 0,45%
4
wt. Sebuah disc brake rotor sesuai dengan salah satu klaim 1-6, dicirikan dalam bahwa konten tembaga dari komposisi adalah antara 0,7 dan 0,9% wt.
Keterangan: DISC BRAKE Rotor dengan komposisi besi Grey Cast penemuan ini berhubungan dengan rem disc rotor. Sebuah disc brake rotor diatur untuk memutar dengan anggota, seperti kendaraan roda atau bagian berputar dari mesin. Seperti menyediakan rotor dua malah-menghadap permukaan gesekan annular yang dalam pengoperasian rem, bergerak dengan blok dari gesekan bahan untuk mengurangi kecepatan rotor dan karenanya anggota. Dua dari blok gesekan material dipindahkan (biasanya dengan cara hidrolik) terhadap satu sama lain ke dalam kontak dengan gesekan dua permukaan sehingga terjadi gaya gesek memperlambat rotasi kata rotor, dan maka dari kata anggota. Dalam
memilih
material
untuk
disc
brake
rotor,
perlu
untuk
mempertimbangkan koefisien gesekan antara material dan sifat termal, karena cukup panas yang dihasilkan selama pengereman. Konvensional, rotor disc brake untuk kendaraan penumpang telah dibuat dari besi abu-abu unalloyed terdiri dari serpihan grafit dalam matriks perlitik. Ini memiliki kandungan karbon dalam kisaran tingkat 3,25-3,55 wt% dan kekuatan biasanya sekitar 220 MPa. Dalam rangka meningkatkan konduktivitas termal, tingkat karbon dapat meningkat menjadi 3,65-3,95% wt tapi ini mengurangi kekuatan, misalnya untuk sekitar 150 MPa. Peningkatan tingkat karbon juga dapat mengakibatkan cacat Mikrostruktual sehingga kesulitan casting ditingkatkan. Proses Casting : Pada proses pengecoran dengan metode die casting, dimana tahap pembentukan yang dilakukan adalah penginjeksian logam cair kedalam cetakan, Die-casting mirip dengan pengecoran cetakan permanen kecuali bahwa logam dimasukkan ke dalam cetakan di bawah tekanan tinggi 10-210Mpa (1,450-30,500)
5
Die-casting dapat dilakukan dengan menggunakan ruang dingin atau proses ruang panas. • • . Dalam proses ruang dingin, logam cair adalah menyendok ke ruang dingin untuk setiap shot Ada kurang waktu bukaan yang meleleh ke dinding atau plunger plunyer. Hal ini terutama berguna untuk logam seperti aluminium, dan tembaga (dan campurannya) yang mudah dengan paduan Besi pada suhu yang lebih tinggi. • • Dalam proses ruang panas ruang tekanan terhubung ke rongga mati secara permanen terendam dalam logam cair. Inlet port dari silinder pressurizing adalah ditemukan sebagai pendorong untuk bergerak terbuka (unpressurized) posisi. Hal ini memungkinkan suatu tuntutan baru dari logam cair mengisi rongga dan dengan demikian dapat mengisi rongga lebih cepat dari proses ruang dingin Proses ruang panas digunakan untuk logam dengan titik lebur rendah dan fluiditas tinggi seperti timah, seng, dan timbal yang cenderung untuk tidak mudah dengan baja paduan mereka mencair pada suhu. Die casting cetakan (disebut meninggal dalam industri) cenderung mahal karena terbuat dari baja dikeraskan-juga waktu siklus untuk membangun ini cenderung panjang. Juga logam kuat dan lebih keras seperti besi dan baja tidak dapat mati-cor, tetapi pada proses produksi cakram rem yang direncanakan mengunakan dua tahap yaitu pencetakan serta permesinan, dikarenakan pada proses setelah tahap pencetakan produk belum sepenuhnya jadi, pada proses die casting
benda
akan
mengalami
penyusutan
setelah
pendinginan
serta
kemungkinan akan terjadinya pelenturan pada waktu pelepasan produk dari cetakan. sehingga untuk mendapatkan dimensi ukuran yang di inginkan dilakukan proses pembubutan yang meliputi proses facing (perataan permukaan), roughing (pembubutan dalam), serta dilanjutkan proses finishing untuk mendapatkan kehalusan produk yang sesuai dengan dimensi produk yang di inginkan.
6
Contoh desain disc brake baja tuang :
2.2 Proses Pembuatan Dengan Keramik komposit : Bahan keramik merupakan senyawa anorganik dan bukan logam, sering terdiri dari ikatan logam dan non-logam. Senyawa ion ini terbentuk dari ikatan kation positif biaya untuk anion bermuatan negatif. Keramik historis tidak memiliki banyak aplikasi mekanik karena sifat material. Keramik sangat rapuh, memiliki penyerapan sedikit energi dan tidak dapat mengalami deformasi plastik Mereka memiliki ketahanan terhadap suhu tinggi, dan dapat menahan beban tekan tinggi strength. Misalnya porselen keramik dapat menahan beban tekan sepuluh kali lebih besar daripada kekuatan tarik yang . Tujuan dari komposit matriks keramik adalah untuk memungkinkan sejumlah besar aplikasi mekanik dengan mengurangi kerapuhan bahan. Bahan CMC terdiri dari keramik monolitik diperkuat dengan serat komposit untuk mengurangi retak pada material. Hal ini diperkuat bahan dapat digunakan dalam aplikasi yang berbeda, karena tidak lagi dibatasi oleh sifat yang rapuh. 2.3 Sifat CMC : Ada banyak jenis bahan CMC yang mengandung sifat mekanik dan kimia yang berbeda. Beberapa didesain untuk meningkatkan kekuatan, ketangguhan, ketahanan creep, sementara yang lain dapat memiliki lebih termal dan sifat listrik. The resulting . Sifat-sifat yang dihasilkan tergantung pada apa serat ditambahkan ke matriks keramik, dan apa bagaimana materi diproduksi menjadi bentuk, (plat yaitu, batang, bola)
7
BAB III MANFAAT KOMPOSIT 3.1 Mekanisme ketangguhan : Ada dua bentuk yang berbeda dari fase sekunder tergabung dalam CMC, yang ketangguhan ini disebabkan. Ini dikenal sebagai serat serat kontinu dan diskontinu matriks. Continuous searah serat adalah serat yang ditambahkan ke keramik tersebut. Serat menambah kekuatan yang signifikan untuk bahan khusus jika dimuat dalam arah serat. Hal ini diyakini bahwa serat kontinu paling efektif dalam meningkatkan ketangguhan. terdiri dari kumis tersebar atau partikel serat dalam matriks keramik Hal ini dihasilkan dengan menambahkan serat pendek dengan matriks bubuk dan uniaxially panas menekan campuran Partikulat adalah jenis serat pendek acak yang tersebar secara acak. Ini sering mengakibatkan bahan kurang tangguh dibandingkan dengan kumis. 3.2 Proses Manufaktur : Ada banyak proses yang berbeda dan teknik yang digunakan untuk pembuatan CMC. Beberapa metode yang sama dengan yang digunakan untuk keramik monolitik, sementara jenis lainnya adalah sama dengan metode untuk menghasilkan polimer. 3.3 Rem Disk CMC : Rem disc biasanya dibuat dari besi cor kelabu. Bahan ini memiliki kekuatan tarik tinggi dan dapat menahan suhu tinggi sebelum gagal. Dalam kendaraan performa tinggi jumlah panas yang dihasilkan oleh gesekan ketika pengereman bisa terlalu besar sehingga rem gagal atau harus diubah sering. Kegagalan ini disebabkan termal disebabkan patah tulang. Juga rem ini dapat berat dan rentan terhadap korosi, yang menyebabkan kegagalan. komposit lainnya telah diuji seperti Metal Matrix Composite, dan Karbon Karbon Komposit. Tantangan dengan materi ini adalah kemampuan untuk mengusir panas yang disebabkan oleh gesekan tidak optimal pada suhu yang cukup tinggi. Sebuah besi
8
cor kelabu khas disc brake dapat menahan panas permukaan 400 C sebelum kegagalan terjadi. 3.4 Problems Masalah : Rem cakram CMC tidak secara luas digunakan di antara mobil biasa. Hal ini disebabkan beberapa alasan. Pertama karena ada permintaan rendah untuk rem performa tinggi, rem cakram ini sangat mahal. Biaya bahan baku adalah sangat mahal dan tidak diharapkan untuk mengurangi sebagai keuntungan popularitas CMC. Dalam kasus mobil reguler yang tidak digunakan pada kecepatan tinggi jumlah panas yang dihasilkan dengan gesekan rendah kecil. Karbon Silicon Carbide rem menjadi tidak efisien dan jauh lebih lemah jika digunakan dalam kondisi dingin. Kelemahan adalah hasil dari ekspansi termal matriks komposit dan keramik. Sebagai bahan berekspansi pada tingkat yang berbeda di bawah temperatur yang berbeda cracking dapat terjadi di permukaan. 3.5 Perbaikan : Dalam mencari untuk meningkatkan tes teknologi ini dilakukan untuk mencapai suhu permukaan yang lebih tinggi. Ditemukan bahwa dengan ini daerah komposit keramik tertentu tidak akan menghilang dengan panas sehingga menghasilkan "hot spot". Hal ini disebabkan kemampuan bahan untuk melakukan panas dalam arah aksial dan transversal. Karena serat ditempatkan tegak lurus ke permukaan gesekan mereka tidak mampu untuk mentransfer panas ke arah yang lain. Solusi termudah adalah dengan membuat materi dengan konten keramik yang lebih tinggi. Ini pengorbanan kekuatan rem dan sambil menambahkan kelebihan massa, karena kepadatan keramik jauh lebih besar daripada serat komposit. Solusi lain adalah dengan menggunakan serat lebih konduktif termal dalam matriks keramik. Hal ini menyebabkan biaya produksi tinggi namun produk kinerja yang lebih tinggi.
9
Contoh desain disc brake keramik :
3.5 Sifat penting dari bahan yang digunakan untuk rem dan cengkeraman : Catatan: sifat ini sangat umum di alam dan tidak boleh digunakan untuk desain detail. Pemasok informasi harus digunakan untuk pekerjaan penting. Asbes tidak boleh digunakan untuk baru atau peralatan pengganti.
10
DAFTAR PUSTAKA
Arikunto, S. (2002). Prosedur Penelitian Suatu Pendekatan Praktek. Jakarta: Rineka Cipta. Diharjo ,K, dan Triyono , T. (2003). Buku Pengajar Kuliah Material Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Fakultas Keguruan Dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta. (2012). Pedoman Penulisan Skripsi 2012. Surakarta: UNS Press. Gibson, R.F. (1994). Principles of Composites Material Mechanics, ed., p.p. 115155. Singapore. G. Marom, A. (1999). The Effect of The Fibre Critical length On The Thermal Expansion Of Composite Materials. Weinberg. Hariyanto, A. (2007). Peningkatan Ketahanan Komposit Hibrid Sandwich Serat Kenaf Dan Serat Gelas Bermatrik Poliyester Dengan Core Kayu Sengon. Universitas Muhammadiyah Surakarta. Kismono, H.B. (2000). Mekanika Struktur Komposit. Bandung.
11
