9
2.1.2 Macam–Macam Paduan Aluminium
Klasifikasi pada paduan aluminium yang biasanya digunakan pada proses pembuatan piston dapat kita lihat sebagai berikut ;
a. Paduan Al - Si
Aluminium merupakan unsur kimia golongan IIIA dalam sistim periodik unsur, dengan nomor atom 13 dan berat atom 26,98 gram per mol. Struktur
kristal aluminium adalah struktur kristal FCC, sehingga aluminium tetap ulet meskipun pada temperatur yang sangat rendah. Keuletan yang tinggi dari
aluminium menyebabkan logam tersebut mudah dibentuk atau mempunyai sifat mampu bentuk yang baik. Aluminium memiliki beberapa kekurangan
yaitu kekuatan dan kekerasan yang rendah bila dibanding dengan logam lain seperti besi dan baja. Aluminium memiliki karakteristik sebagai logam ringan
dengan densitas 2,7 gcm³. Selain sifat - sifat tersebut, Aluminium mempunyai sifat-sifat yang sangat baik dan bila dipadu dengan logam lain bisa
mendapatkan sifat - sifat yang tidak bisa ditemui pada logam lainnya. Paduan logam Al-Si sangat cocok untuk penggunaan pada pengecoran HPDC
High Pressure Die Casting
. Diagram fasa paduan Al-Si ditunjukkan pada Gambar 2.1 dimana diagram fasa ini digunakan sebagai pedoman umum untuk
menganalisa perubahan fasa pada proses pengecoran Al-Si.
Gambar 2.1 Diagram fasa Al-Si Rahmawati, Z.S 2010
10 Paduan logam Aluminium memiliki daerah sistem biner, mulai dari sistem
yang paling sederhana hingga sistem yang paling kompleks. Secara garis besar paduan Aluminium-Si dibagi 3 daerah utama, seperti terdapat pada gambar 2.2
yaitu :
Gambar 2.2 Daerah Diagram Fasa Al-Si Rahmawati, Z.S 2010
1. Daerah
Hypoeutectic
Padual Al-Si disebut
Hypoeutectic
yaitu apabila pada paduan tersebut terdapat kandungan silicon 11.7 dimana struktur akhir yang terbentuk
pada fasa ini adalah struktur ferrite alpha yang kaya akan aluminium dengan struktur eutektik sebagai tambahan.
2. Daerah
Eutectic
Paduan Al-Si disebut
Eutectic
yaitu apabila pada paduan tersebut terdapat kandungan silicon sekitar 11.7 sampai 12.5. Pada komposisi ini
paduan Al-Si dapat membeku secara langsung dari fasa cair ke fasa padat.
11 3.
Daerah
Hypereutectic
Paduan Al-Si disebut
Hypereutectic
yaitu apabila pada paduan tersebut terdapat kandungan silikon lebih dari 12.2 sehingga kaya akan
kandungan silikon dengan fasa eutektik sebagai fasa tambahan. Dimana struktur Kristal silikon primer pada daerah ini mengakibatkan karakteristik
sebagai berikut: 1. Ketahanan aus paduan meningkat.
2. Ekspansi termal rendah. 3. Memiliki ketahanan retak panas yang baik.
A B
C
Gambar 2.3 a Struktur mikro paduan
hypoeutectic
. b Struktur mikro Paduan
eutectic
. c Struktur mikro paduan
hypereutectic
. Rahmawati, Z.S 2010
Tipe paduan tergantung pada presentase kandungan silikon ini akan berpengaruh terhadap titik beku
freezing point
yang dipakai pada proses pengecoran aluminium yang dapat dilihat pada tabel 2.2.
12
Tabel 2.2. Kandungan Si terhadap temperatur titik beku paduan aluminium
Alloy Si conten
BS alloy Typical freezing
range C
Low silicon 4
– 6 LM 4
625 – 525
Medium Silicon 7,5
– 9,5 LM 25
615 – 550
Eutectic alloys 10
– 13 LM 6
575 – 565
Special hypereutectic alloys 16
LM 30 650
– 505 Sumber: ASM International, 2004
b. Paduan Al-Cu dan Al-Cu-Mg Paduan Al-Cu dan Al-Cu-Mg ditemukan oleh A.Wilm dalam usaha
mengembangkan paduan alumunium yang kuat dinamakan
duralumin
ini sering diaplikasikan pada rangka sepeda motor,
pulley
, roda gigi, velg mobil. Paduan Al-Cu-Mg adalah paduan yang mengandung 4 Cu dan 0,5 Mg
dapat ditingkatkan kekerasanya dengan proses
natural aging
setelah
solution heat treatment
dan
quenching
.
c. Paduan Al-Mn Mangan Mn adalah unsur yang memperkuat Aluminium tanpa mengurangi
ketahanan korosi dan dipakai untuk membuat paduan yang tahan terhadap korosi. Paduan Al-Mn dalam penamaan standar
AA
adalah paduan Al 3003 dan Al 3004. Komposisi standar dari paduan Al 3003 adalah Al, 1,2 Mn,
sedangkan komposisi standar Al 3004 adalah Al, 1,2 Mn, 1,0 Mg. Paduan Al 3003 dan Al 3004 digunakan sebagai paduan tahan korosi tanpa
perlakuan panas.
d. Paduan Al-Mg Paduan dengan 2
–3 Mg dapat mudah ditempa, dirol dan diekstrusi, paduan Al 5052 adalah paduan yang biasa dipakai sebagai bahan tempaan. Paduan Al
5052 adalah paduan yang paling kuat dalam sistem ini, dipakai setelah dikeraskan oleh pengerasan regangan apabila diperlukan kekerasan tinggi.
13 Paduan Al 5083 yang dianil adalah paduan antara 4,5 Mg kuat dan mudah
dilas oleh karena itu sekarang dipakai sebagai bahan untuk tangki LNG .
e. Paduan Al-Mg-Si Sebagai paduan Al-Mg-Si dalam sistem klasifikasi
AA
dapat diperoleh paduan Al 6063 dan Al 6061. Paduan dalam sistem ini mempunyai kekuatan kurang
sebagai bahan tempaan dibandingkan dengan paduan –paduan lainnya, tetapi
sangat liat, sangat baik mampu bentuknya untuk penempaan, ekstrusi dan sebagainya. Paduan 6063 dipergunakan untuk rangka
–rangka konstruksi, maka selain dipergunakan untuk rangka konstruksi juga digunakan untuk
kabel tenaga.
f. Paduan Al-Mn-Zn Permulaan tahun 1940 Iragashi dan kawan-kawan jepang mengadakan studi
dan berhasil dalam pengembangan suatu paduan dengan penambahan kira –
kira 0,3 Mn atau Cr dimana butir kristal padat diperhalus dan mengubah bentuk presipitasi serta retakan korosi tegangan tidak terjadi. Pada saat itu
paduan tersebut dinamakan
ESD
atau
duralumin super ekstra
. Selama perang dunia ke dua di Amerika serikat dengan maksud yang hampir sama telah
dikembangkan pula suatu paduan yaitu suatu paduan yang terdiri dari: Al, 5,5 Zn, 2,5 Mn, 1,5 Cu, 0,3 Cr, 0,2 Mn sekarang dinamakan paduan
Al-7075. Pengggunaan paduan ini paling besar adalah untuk bahan konstruksi pesawat udara, disamping itu juga digunakan dalam bidang konstruksi
Surdia, 2006.
Aluminium memiliki kelas atau
Grade
yang tergantung pada unsur paduan dan perlakuan panas yang dilakukkan terhadap paduan aluminium tersebut.
Grade
kelas dari aluminium dapat menunjukkan berbagai sifat mekanik dari aluminium tersebut dari penampilan yang baik, kemudahan fabrikasi, ketahanan
korosi yang baik, mampu las yang baik dan ketangguhan retak tinggi. Pemilihan grade kelas aluminium yang tepat tergantung pada aplikasi yang diperlukan
dan kondisi kerja.
14
Grade
aluminium Seri 1xxx
Grade
dari aluminium ini 1050, 1060, 1100, 1145, 1200, 1230, 1350 dll ditandai dengan ketahanan korosi yang sangat baik, konduktivitas termal dan
elektrik yang tinggi, sifat mekanik yang rendah, dan kemampuan kerja yang sangat baik.
Grade
aluminium ini memiliki kandungan Besi dan silikonyang besar.
Grade
aluminium Seri 2xxx Paduan aluminium ini 2011, 2014, 2017, 2018, 2124, 2219, 2319, 201,0;
203,0; 206,0; 224,0; 242,0 dll memerlukan
solution heat treatment
untuk mendapatkan sifat yang optimal, didalam kondisi
solution heat treatment
, sifat mekanik yang mirip dengan baja karbon rendah dan kadang-kadang melebihi sifat
mekanik baja karbon rendah. Dalam beberapa contoh, proses perlakukan panas aging digunakan untuk lebih meningkatkan sifat mekanik. Paduan aluminium
dalam seri 2xxx tidak memiliki ketahanan korosi yang baik ketimbang kebanyakan paduan aluminium lainnya, dan dalam kondisi tertentu paduan ini
mungkin akan terjadi korosi pada antar butir.
Grade
aluminium dalam seri 2xxx ini baik untuk bagian yang membutuhkan kekuatan yang bagus yaitu pada suhu
sampai 150 ° C 300 ° F. Kecuali untuk kelas 2219, paduan aluminium ini sudah memiliki mampu las tetapi masih terbatas. beberapa paduan dalam seri ini
memiliki kemampuan mesin yang baik.
Grade
aluminium Seri3xxx Paduan aluminium ini 3003, 3004, 3105, 383,0; 385,0; A360; 390,0
umumnya memiliki ketidakmampuan panas tetapi memiliki kekuatan sekitar 20 lebih dari paduan aluminium seri 1xxx karena hanya memiliki presentase
mangan yang sedikit sampai sekitar 1,5 yang dapat ditambahkan ke aluminium. mangan digunakan sebagai elemen utama dalam beberapa paduan.
Grade
aluminium Seri 4xxx Unsur paduan utama dalam paduan seri 4xxx 4032, 4043, 4145, 4643 dll
adalah silikon, yang dapat ditambahkan dalam jumlah yang cukup hingga 12
15 menyebabkan substansial menurunkan rentang lebur. Untuk alasan ini, paduan
aluminium-silikon yang digunakan dalam kawat las dan sebagai paduan untuk menyolder digunakan untuk menggabungkan aluminium, di mana titik lebur lebih
rendah dari logam dasar yang digunakan.
Grade aluminium Series 5xxx Unsur paduan utama grade aluminium ini adalah magnesium, bila
digunakan sebagai elemen paduan utama atau digabungkan dengan mangan, hasilnya adalah paduan yang memiliki kekerasan sedang hingga kekuatan yang
tinggi. Magnesium jauh lebih efektif daripada mangan sebagai pengeras - sekitar 0,8 Mg sama dengan 1,25 Mn dan dapat ditambahkan dalam jumlah yang
jauh lebih tinggi. Paduan aluminium dalam seri ini 5005, 5052, 5083, 5086, dll memiliki karakteristik pengelasan yang baik dan ketahanan yang relatif baik
terhadap korosi dalam atmosfer laut. Namun, pada pekerjaan dingin harus dilakukkan pembatasan dan suhu operasi 150 ° F diperbolehkan untuk paduan
aluminium yang memiliki magnesium tinggi untuk menghindari kerentanan terhadap korosi retak.
Grade
aluminium Seri 6xxx Paduan aluminium dalam seri 6xxx 6061, 6063 mengandung silikon dan
magnesium sekitar dalam proporsi yang diperlukan untuk pembentukan magnesium silisida Mg2Si, sehingga membuat paduan ini memiliki mampu
perlakukan panas yang baik. Meskipun tidak sekuat pada paduan 2xxx dan 7xxx, paduan aluminium seri 6xxx memiliki sifat mampu bentuk yang baik, mampu las ,
mampu mesin, dan ketahanan korosi yang relatif baik dengan kekuatan sedang.
Grade
aluminium Seri 7xxx Zinc jumlah dari 1 sampai 8 merupakan unsur paduan utama dalam
paduan aluminium seri 7xxx 7075, 7050, 7049, 710,0; 711,0 dll dan ketika digabungkan dengan persentase magnesium yang lebih kecil didalam perlakuan
panas yang cukup maka paduan ini akan memiliki kekuatan yang sangat tinggi. Biasanya unsur-unsur lain, seperti tembaga dan kromium, juga ditambahkan
16 dalam jumlah kecil. paduan seri 7xxx digunakan dalam struktur badan pesawat,
peralatan besar yang bergerak dan bagian lainnya memiliki tekanan yang sangat tinggi.
Grade
aluminium Seri 8xxx Seri 8xxx 8006; 8111; 8079; 850,0; 851,0; 852,0 dicadangkan untuk
paduan unsur selain yang digunakan untuk seri 2xxx sampai 7xxx. Besi dan nikel yang digunakan untuk meningkatkan kekuatan tanpa kerugian yang signifikan
dalam konduktivitas listrik, dan begitu juga berguna dalam paduan konduktor seperti 8017. Aluminium-lithium paduan 8090, yang memiliki kekuatan dan
kekakuan yang sangat tinggi, dikembangkan untuk aplikasi ruang angkasa. Paduan aluminium dalam seri 8000 sesuai dengan Sistem Penomoran A98XXX
dll.
2.2
Metal Matrix Composites
MMC
Metal matrix composite
mewakili material yang sangat luas, termasuk didalamnya adalah
metallic foam, cermets
, juga partikel-partikel yang bersifat lebih konvensional, dan fiber yang diperkuat metal. Teknik pembuatan MMC
tergantung pada matrix dan penguat yang digunakan, yang diklasifikasikan berdasarkan apakah
matrix
tersebut berada pada fasa padat, cair atau gas, ketika akan digabungkan dengan penguatnya.
Matrix Composite
merupakan gabungan material yang berbahan dasar logam dengan keramik. Hasil penggabungan material ini terdiri dari dua atau lebih
bahan, dimana sifat masing - masing bahan tersebut berbeda antara satu dengan yang lainnya. Baik itu sifat kimia maupun fisikanya dan tetap terpisah dalam hasil
akhir bahan tersebut bahan komposit. Dengan adanya perbedaan dari material penyusunnya maka komposit antar material harus berikatan dengan kuat.
Komposit berdasarkan jenis penguatnya dibagi menjadi 3 macam yaitu komposit partikulat, komposit fiber dan komposit struktural. Setiap jenis
– jenis komposit tersebut memiliki beberapa sub bagian lainnya. Adapun pembagian
komposit berdasarkan penguatnya dapat secara jelas dapat dilihat pada Gambar 2.4 berikut ini:
17 Gambar 2.4 Pembagian komposit berdasarkan jenis penguat widyastuti, 2009.
Setiap proses atau teknik tersebut memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Adapun kelebihan M
etal Matrix Composites
MMC adalah :
Kelebihan MMC : 1 Transfer tegangan dan regangan yang baik.
2 Ketahanan terhadap temperatur tinggi 3 Tidak menyerap kelembapan.
4Tidak mudah terbakar. 5 Kekuatan tekan dan geser yang baik.
6 Ketahanan aus dan muai termal yang lebih baik.
Kekurangan MMC : 1 Biaya mahal.
2 Standarisasi material dan proses yang sedikit.
Aplikasi
metal matrix composite mmc
pada kehidupan sehari-hari dan dalam dunia keteknikan, yaitu :
1 Komponen
automotive
blok-silinder-mesin,
pully
,poros gardan,dll
18 2 Peralatan militer sudu turbin,cakram kompresor,dll
3
Aircraft
rak listrik pada pesawat terbang 4 Peralatan Elektronik.
2.3 Silikon Karbida SiC
Kategori