REKAYASA PERUNGGU SILIKON SEBAGAI PENGGANTI PERUNGGU TIMAH PUTIH DENGAN VARIASI KOMPOSISI, LAJU PEMBEKUAN DAN PROSES ANIL UNTUK MENDAPATKAN SIFAT AKUSTIK DAN MEKANIK YANG LEBIH BAIK

I Ketut Gede Sugita, Ir., MT, Ir. R. Soekrisno, MSME, Ph.D.,

2012 | Disertasi | S3 Teknik Mesin

High tin bronze yaitu paduan perunggu timah putih dengan komposisi 18- 22%wt. Sn memiliki sifat akustik yang baik, yang mampu menghasilkan bunyi yang panjang dengan waktu bergetar yang lama, namun paduan ini bersifat getas. Kegetasan perunggu ini menjadi perhatian yang penting karena retak maupun patah sering terjadi pada lonceng, gamelan Jawa maupun gamelan Bali. Kajian terhadap sifat mekanik dan akustik menjadi pertimbangan yang penting dalam menentukan material sebagai instrumen musik. Tujuan penelitian ini untuk meneliti hubungan komposisi Cu-Sn, Cu-Si dan proses pembekuan terhadap sifat akustik dan mekanik perunggu timah putih dan perunggu silikon. Paduan perunggu timah putih yang diteliti adalah Cu-15 Sn, Cu-20 Sn and Cu-25 Sn. Hal yang sama, paduan perunggu silikon yang diteliti adalah Cu-2,5 Si, Cu-5 Si and Cu-7,5 Si. Proses pengecoran menggunakan kombinasi antara temperatur tuang yaitu temperatur 1000, 1050 dan 1100 ºC dengan temperatur cetakan yaitu 200, 300 dan 400 ºC. Paduan yang telah mencair dituang pada cetakan logam (permanent mold). Termokopel tipe K digunakan untuk mengukur temperatur pembekuan selama proses pengecoran. Material hasil cor dipotongpotong untuk pembuatan spesimen uji tarik, kekerasan, impact, ketangguhan retak dan spesimen uji damping. Metode logarithmic decrement digunakan untuk menghitung damping capacity material. Perlakuan anil dikenakan pada paduan Cu-20 Sn dan Cu-5 Si. Spesimen uji dipanaskan pada temperatur 450, 550 dan 650 ºC dengan waktu penahanan selama 2, 4 dan 6 jam, untuk masing-masing perlakuan temperatur. Penelitian akustik dan mekanik perunggu timah putih (Cu-Sn) dan perunggu silikon (Cu-Si) telah dilakukan. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa laju pembekuan dipengaruhi oleh perbedaan temperatur antara logam cair dan temperatur cetakan. Kekuatan tarik meningkat sebagai akibat meningkatnya laju pembekuan namun hal sebaliknya terjadi pada secondary dendrite arm spacing (SDAS). Variasi komposisi berpengaruh pada fase yang terbentuk pada paduan. Fase yang terbentuk berpengaruh terhadap sifat mekanik dan damping capacity paduan. Perlakuan anil berpengaruh terhadap sifat mekanik dan akustik paduan. Peningkatan temperatur anil menyebabkan kekerasan menurun tetapi damping capacity material meningkat. Perunggu silikon yaitu paduan Cu-5 Si dapat direkomendasikan sebagai pengganti perunggu timah putih untuk bahan instrumen musik. Sifat akustik khususnya damping capacity perunggu silikon relatif lebih besar sebesar 0,015% dan kemampuan memancarkan gelombang getaran relatif sama dengan paduan Cu-20 Sn. Kekuatan impact paduan Cu-5 Si enam kali lebih tinggi daripada paduan Cu-20 Sn dan harga yang lebih murah sebesar 30%.

The high tin bronze alloy by composition of 18-22 Sn has good acoustical properties which is capable of producing long-lasting sound due to low damping vibration, but it is a brittle material. The brittleness of bronze is very important to be concerned because crack or fracture often found in the bell, Javanese and Balinese gamelan. Study on acoustical and mechanical characteristics become the primary consideration in determining the material as a musical instrument. The aim of this study is to investigate the relationship of Cu-Sn, Cu-Si composition and solidification process to the acoustical and mechanical characteristic of tin bronze and silicon bronze. The tin bronze alloys that have been studied are Cu-15 Sn, Cu-20 Sn and Cu-25 Sn for Cu-Sn alloys. The same with silicon bronze alloys, which are Cu-2.5 Si, Cu-5 Si and Cu-7.5 Si. The casting process was repeated in accordance with a combination of pouring temperature i.e. 1000, 1050 and 1100 ºC and mold temperature i.e. 200, 300 and 400 ºC. The melted alloy was poured into a permanent mold. Thermocouple types K was used for measuring the temperature during the casting process. The cast materials were manufactured for tensile, hardness, impact, fracture toughness and damping test specimens. Logarithmic decrement method was used for determining the damping capacity of material. Annealing treatments were applied to the Cu-20 Sn and Cu-5 Si alloys. Specimens were heated at a temperature of 450, 550, 650 ºC held for 2, 4, and 6 hours for each selected temperature. Acoustical and mechanical research in tin bronze (Cu-Sn) and silicon bronze (Cu-Si) have been done. The results show that solidification rate are influenced by temperature gradient between liquid metal and mold temperature. Increasing the tensile strength is caused by the increase of solidification rate. The solidification rate increase affect on secondary dendrite arm spacing (SDAS) decrease. Variation of composition effects on the phase which is formed in alloy. The phase, which has been formed, effect  on mechanical characteristic and damping capacity. Annealing treatments effect  on mechanical and acoustical characteristic. Increase of annealing temperature cause the decrease of hardness, but the damping capacity of material increases. Silicon bronze with Cu-5 Si alloy can be recomended to replace of tin bronze alloy as music instrumen material. Acoustical characteristic of silicon bronze especially damping capacity is 0.015% higher than Cu-20 Sn alloy.and has relatively as the same speed of sound as with Cu-20 Sn alloy. Impact strength of Cu-5 Si alloy is six times higher than Cu-20 alloy and Cu-5 Si alloy has 30% cheaper than Cu-20 Sn alloy.

Kata Kunci : perunggu timah putih, perunggu silikon, mekanik dan akustik.