BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pendahuluan
Logam yang sangat banyak dipergunakan pada komponen otomotif, kemasan minuman dan makanan, pesawat militer, kapal laut dan lain-lain adalah
Aluminium. Pemanfaatan aluminium yang begitu luas dikarenakan material ini memiliki sifat yang tahan korosi dan ringan. Aluminium merupakan salah satu
material yang sangat banyak dipergunakan dalam bidang teknik, namun sangat jarang dipergunakan dalam kondisi Aluminium murni. Aluminium yang dijumpai
dalam bidang teknik kebanyakan dalam bentuk alloy dengan unsur penambah utama seperti Silicon, Copper, Magnesium, Iron, Mangan dan Zincum NADCA,
1997. Logam ringan dengan kekuatan tinggi adalah kebutuhan sekarang dan
masa depan untuk kedirgantaraan serta industri otomotif. Penghalusan butir adalah salah satu teknik, yang menghasilkan butiran halus dan kekuatan yang
tinggi. Di sisi lain, deformasi plastis menyeluruh SPD adalah alat yang efektif untuk memproduksi butiran pada logam. Equal channel angular pressing adalah
salah satu teknik yang dikembangkan SPD Saravanan, M, 2006 Proses
equal-channel angular pressing ECAP
pertama kali diperkenalkan oleh Segal dan rekan kerjanya pada tahun 1970-an dan 1980-an di
sebuah institut di Minsk Uni Soviet. Tujuan dasar pada waktu itu adalah untuk mengembangkan proses pembentukan logam di mana tegangan tinggi dapat
dipaparkan ke billet logam dengan geseran yang kecil. Namun, meskipun tujuan berhasil dicapai, perkembangan awal dari proses operasi hanya mendapatkan
perhatian yang terbatas dalam komunitas ilmiah. Situasi ini berubah pada tahun 1990-an ketika laporan dan ikhtisar mulai muncul memperlihatkan potensi
penggunaan ECAP untuk menghasilkan logam dengan sifat baru dan unik dan laporan-laporan ini mulai intens dan berlangsung penelitian secara ilmiah, dan
akhirnya berkembang memanfaatkan proses ECAP dalam aplikasi industri Valiev, Z, R, 2006
Universitas Sumatera Utara
2.2. Aluminium
Aluminium diambil dari bahasa Latin: alumen, alum. Orang-orang Yunani dan Romawi kuno menggunakan alum sebagai cairan penutup pori-pori dan bahan
penajam proses pewarnaan. Pada tahun 1787, Lavoisier menduga bahwa unsur ini adalah Oksida logam yang belum ditemukan. Pada tahun 1761, de Morveau
mengajukan nama alumine untuk basa alum. Pada Tahun 1827, Wohler disebut sebagai ilmuwan yang berhasil mengisolasi logam ini. Pada 1807, Davy
memberikan proposal untuk menamakan logam ini Aluminum, walau pada akhirnya setuju untuk menggantinya dengan Aluminium. Nama yang terakhir ini
sama dengan nama banyak unsur lainnya yang berakhir dengan “ium”. Aluminium ialah unsur melimpah ketiga terbanyak dalam kerak bumi
sesudah oksigen dan silikon, mencapai 8,2 dari massa total. Keberadaannya umumnya bersamaan dengan silikon dalam aluminosilikat dari feldspar dan mika
dan di dalam lempung, yaitu produk pelapukan batuan tersebut. Bijih yang paling penting untuk produksi aluminium ialah bauksit, yaitu aluminium oksida
terhidrasi yang mengandung 50 samapai 60 Al2O3; 1 sampai 20 Fe2O3; 1 sampai 10 silika; sedikit sekali titanium, zirkonium, vanadium, dan oksida
logam transisi yang lain; dan sisanya 20 sampai 30 adalah air. Aluminium murni sangat lunak dan tidak kuat, tetapi dapat dicampur
dengan Tembaga, Magnesium, Silikon, Mangan, dan unsur-unsur lainnya untuk membentuk sifat-sifat yang menguntungkan.
Aluminium tahan terhadap korosi karena fenomena pasivasi. Pasivasi adalah pembentukan lapisan pelindung akibat reaksi logam terhadap komponen
udara sehingga lapisan tersebut melindungi lapisan dalam logam dari korosi. Selama 50 tahun terakhir, Aluminium telah menjadi logam yang luas
penggunaannya setelah baja. Perkembangan ini didasarkan pada sifat-sifatnya yang ringan, tahan korosi, kekuatan dan ductility yang cukup baik Aluminium
paduan, mudah diproduksi dan cukup ekonomis Aluminium daur ulang. Yang paling terkenal adalah penggunaan Aluminium sebagai bahan pembuat komponen
pesawat terbang, yang memanfaatkan sifat ringan dan kuatnya. Metoda pengolahan logam Aluminium adalah dengan cara
mengelektrolisis Alumina yang terlarut dalam Cryolite. Metoda ini ditemukan
Universitas Sumatera Utara
oleh Hall di AS pada tahun 1886 dan pada saat yang bersamaan oleh Heroult di Perancis. Cryolite, bijih alami yang ditemukan di Greenland sekarang ini tidak
lagi digunakan untuk memproduksi Aluminium secara komersil. Penggantinya adalah cairan buatan yang merupakan campuran Natrium, Aluminium dan
Kalsium Fluorida. Aluminium murni, logam putih keperak-perakan memiliki karakteristik yang diinginkan pada logam. Unsur ini ringan, tidak magnetik dan
tidak mudah terpercik, merupakan logam kedua termudah dalam soal pembentukan, dan keenam dalam soal ductility.
2.2.1 Penguatan Aluminium
Pada umumnya tingkat kekuatan logam ditentukan oleh kemampuan atom- atom dalam kristal mangalami pergeseran dislokasi ketika diberikan beban
secara plastis. Semakin besar energi yang dibutuhkan untuk melakukan pergeseran atom-atom, berarti semakin kuat logam tersebut. Terbentuknya
dislokasi tidak hanya ditentukan oleh kerapatan atom-atom, akan tetapi ditentukan juga oleh faktor rintangan barrier yang terjadi dalam kristal. Semakin besar
rintangan, maka semakin besar energi yang dibutuhkan untuk menggerakkan dislokasi, yang berarti semakin kuat logam tersebut.
Penguatan aluminium bisa dilakukan dengan proses pemaduan dengan elemen-elemen lain solid solution hardening, penguatan dari batas kristal grain
boundary hardening, penguatan karena efek pengerjaan dingin cold work, dan penguatan dengan pembentukan partikel halus dalam kristal precipitation
hardening.
2.2.1.1 Penguatan Aluminium Dengan Paduan Tambahan
Logam aluminium murni mempunyai kekuatan yang rendah, untuk menambah kekutan maka perlu ditambahkan elemen-elemen pemadu kedalam
logam aluminium tersebut agar kekuatannya dapat ditingkatkan. Elemen-elemen pemadu tersebut dapat menambah efek rintangan terhadap pergeseran atom-atom
dalam kristal. Apabila atom terlarut solute kira-kira sama besarnya dengan atom pelarut solvent yang dalam hal ini aluminium maka atom terlarut akan
menduduki tempat kisi lattice point dalam kisi kristal atom aluminium. Hal ini disebut larutan padat substitusi substitutional solid solution. Akan tetapi apabila
Universitas Sumatera Utara
atom terlarut jauh lebih kecil dari atom pelarut, maka atom terlarut menduduki posisi sisipan interstitial soild solution dalam kisi pelarut. Hasil penambahan
unsur terlarut pada umumnya adalah meningkatkan tegangan luluh, karena atom terlarut memberikan tahanan yang lebih besar terhadap gerakan dislokasi dari
pada terhadap penguncian statis.
2.2.1.2 Penguatan Aluminium Pada Batas Kristal
Batas kristal atau batas butir dari struktur logam merupakan daerah pertemuan antara kristal, sehingga pada daerah tersebut susunan atom-atomnya
menjadi tidak teratur. Akibatnya atom-atom pada batas kristal mempunyai mobilitas atau tingkat energi yang lebih tinggi dibandingkan dengan atom-atom
didalam kristalnya. Karena itu apabila terjadi deformasi plastis maka dislokasi pada umumnya terjadi dari batas kristal dan kemudian bergerak didalam dan
berhenti pada batas kristal berikutnya. Hal ini berarti disamping sebagai tempat awal terjadinya dislokasi, batas kristal juga berlaku sebagai penghalang dislokasi.
Jadi untuk logam yang mempunyai kristal tunggal, tidak memberikan halangan yang berarti terhadap pergerakan dislokasi, sehingga kekuatannya rendah. Karena
itu agar aluminium mempunyai kekuatan yang lebih besar maka perlu dilakukan penambahan elemen-elemen lain yang memungkinkan terbentuknya kristal
majemuk. Pada logam dengan kristal yang besar, jumlah batas kristal batas butir tidak sebanyak jika dibandingkan logam dengan kristal yang kecil butirannya
halus, yang berarti semakin banyak batas kristal kristal nya semakin halus maka semakin besar tingkat rintangan yang terjadi terhadap gerakan dislokasi, yang
berarti semakin kuat logam tersebut.
2.2.1.3 Penguatan Aluminium Secara Pengerjaan Dingin
Untuk meningkatkan kekuatan lembaran aluminium, setelah proses pengerolan panas hot rolling lalu dilanjutkan dengan proses pengerolan dingin
cold rolling. Hasil pengerolan panas belum memberikan kekuatan yang tinggi terhadap pelat, tetapi setelah dilakukan pengerolan dingin maka lembaranpelat
tersebut akan mengalami peningkatan kekuatan. Efek pengerolan dingin ini sering disebut sebagai efek strain hardening atau efek pengerasan akibat regangan.
Universitas Sumatera Utara
Mekanisme penguatan ini terjadi karena peningkatan kerapatan dislokasi dalam kristal logam dimana dislokasi yang telah terbentuk tersebut dapat berfungsi
sebagai penghalang terhadap gerakan dislokasi pada deformasi berikutnya. Pada pengerjaan dingin kondisi energi intern logam lebih tinggi dibandingkan dengan
logam yang tidak terdeformasi. Walaupun struktur sel dislokasi hasil pengerjaan dingin stabil secara mekanis, namun secara termodinamis struktur sel ini tidak
stabil. Oleh karena itu, dengan meningkatnya temperatur, maka keadaan pengerjaan dingin menjadi semakin tidak stabil. Akibatnya logam menjadi lunak
dan kembali ke kondisi bebas regangan.
2.2.1.4 Penguatan Aluminium Dengan Pembentukan Patikel Halus Dalam Kristal
Dengan pengaturan komposisi kimia dan proses pengerjaanperlakuan panas, paduan logam dapat memberikan struktur yang mengandung partikel-
partikel halus didalam kristal. Pembentukan partikel halus tersebut dapat dicapai melalui pengubahan tingkat kelarutan dari suatu unsur atau senyawa dari suatu
paduan atau menambahkan partikel-partikel yang keras seperti oksida atau karbida kedalam logam. Cara ini mengahsilkan precipitation hardening atau age
hardening dan dispersion hardening. Pengerasan presipitasi atau endapan precipitation hardening dihasilkan dengan perlakuan pelarutan dan pencelupan
suatu paduan. Agar terjadi pengerasan endapan, fasa kedua harus dapat dilarutkan pada temperatur tinggi, tetapi harus memperlihatkan kemampuan larut yang
berkurang dengan turunnya temperatur. Sebaliknya, fasa kedua dalam sistem pengerasan dispersi memiliki kemampuan larut yang sangat kecil di dalam
matriksnya.
2.2.1.5 Deformasi plastis menyeluruh Severe Plastic Deformation
Deformasi plastis menyeluruh adalah salah satu proses untuk memperoleh struktur kristal yang sangat halus dalam logam, yang memiliki struktur
kristalografi yang berbeda Zrnik, J, 2008.
Universitas Sumatera Utara
2.2.2 Mikrostruktur Aluminium
Gambar 2.1 memperlihatkan struktur mikro aluminium murni. Aluminium murni 100 tidak memiliki kandungan unsur apapun selain aluminium itu sendiri.
Gambar 2.1 Struktur mikro dari aluminium murni
Gambar 2.2
Struktur mikro dari paduan aluminium-silikon Gambar 2.2 Struktur mikro dari paduan aluminium-silikon. Gambar a
merupakan paduan Al-Si tanpa perlakuan khusus. Gambar b merupakan paduan Al-Si dengan perlakuan termal. Gambar c adalah paduan Al-Si dengan
perlakuan termal dan penempaan. Perhatikan bahwa semakin ke kanan, struktur mikro semakin baik.
Universitas Sumatera Utara
2.2.3. Sifat-Sifat Aluminium
Sifat teknik bahan aluminium murni dan aluminium paduan dipengaruhi oleh konsentrasi bahan dan perlakuan yang diberikan terhadap bahan tersebut.
Aluminium terkenal sebagai bahan yang tahan terhadap korosi. Hal ini disebabkan oleh fenomena pasivasi, yaitu proses pembentukan lapisan aluminium oksida di
permukaan logam aluminium segera setelah logam terpapar oleh udara bebas. Lapisan aluminium oksida ini mencegah terjadinya oksidasi lebih jauh. Namun,
pasivasi dapat terjadi lebih lambat jika dipadukan dengan logam yang bersifat lebih katodik, karena dapat mencegah oksidasi aluminium.
2.2.3.1 Sifat Fisik Aluminium
Sifat fisik dari aluminium dapat dilihat pada tabel 2.1.
Tabel 2.1 Sifat fisik aluminium
Sumber: http:id.wikipedia.orgwikialuminium
2.2.3.1 Sifat Mekanik Aluminium
Adapun sifat-sifat mekanik dari aluminium adalah sebagai berikut:
1. Kekuatan tensil
Kekuatan tensil adalah besar tegangan yang didapatkan ketika dilakukan pengujian tensil. Kekuatan tensil ditunjukkan oleh nilai tertinggi
dari tegangan pada kurva tegangan-regangan hasil pengujian, dan biasanya terjadi ketika terjadinya necking. Kekuatan tensil bukanlah ukuran
Universitas Sumatera Utara
kekuatan yang sebenarnya dapat terjadi di lapangan, namun dapat dijadikan sebagai suatu acuan terhadap kekuatan bahan.
Kekuatan tensil pada aluminium murni pada berbagai perlakuan umumnya sangat rendah, yaitu sekitar 90 MPa, sehingga untuk
penggunaan yang memerlukan kekuatan tensil yang tinggi, aluminium perlu dipadukan. Dengan dipadukan dengan logam lain, ditambah dengan
berbagai perlakuan termal, aluminium paduan akan memiliki kekuatan tensil hingga 580 Mpa paduan 7075.
2. Kekerasan
Kekerasan gabungan dari berbagai sifat yang terdapat dalam suatu bahan yang mencegah terjadinya suatu deformasi terhadap bahan tersebut
ketika diaplikasikan suatu gaya. Kekerasan suatu bahan dipengaruhi oleh elastisitas, plastisitas, viskoelastisitas, kekuatan tensil, ductility, dan
sebagainya. Kekerasan dapat diuji dan diukur dengan berbagai metode. Yang paling umum adalah metode Brinnel, Vickers, Mohs, dan Rockwell.
3. Ductility
Ductility didefinisikan sebagai sifat mekanis dari suatu bahan untuk menerangkan seberapa jauh bahan dapat diubah bentuknya secara plastis
tanpa terjadinya retakan. Dalam suatu pengujian tensil, ductility ditunjukkan dengan bentuk neckingnya, material dengan ductility yang
tinggi akan mengalami necking yang sangat sempit, sedangkan bahan yang memiliki ductility rendah, hampir tidak mengalami necking. Sedangkan
dalam hasil pengujian tensil, ductility diukur dengan skala yang disebut elongasi. Elongasi adalah seberapa besar pertambahan panjang suatu
bahan ketika dilakukan uji kekuatan tensil. Elongasi ditulis dalam persentase pertambahan panjang per panjang awal bahan yang diujikan.
Aluminium murni memiliki ductility yang tinggi. Aluminium paduan memiliki ductility yang bervariasi, tergantung konsentrasi
paduannya, namun pada umumnya memiliki ductility yang lebih rendah dari pada aluminium murni, karena ductility berbanding terbalik dengan
kekuatan tensil, serta hampir semua aluminum paduan memiliki kekuatan tensil yang lebih tinggi dari pada aluminium murni.
Universitas Sumatera Utara
4. Modulus Elastisitas
Aluminium memiliki modulus elastisitas yang lebih rendah bila dibandingkan dengan baja maupun besi, tetapi dari sisi strength to weight
ratio, aluminium lebih baik. Aluminium yang elastis memiliki titik lebur yang lebih rendah dan kepadatan. Dalam kondisi yang dicairkan dapat
diproses dalam berbagai cara. Hal ini yang memungkinkan produk-produk dari aluminium yang akan dibentuk pada dasarnya dekat dengan akhir dari
desain produk.
5. Recyclability daya untuk didaur ulang
Aluminium adalah 100 bahan yang didaur ulang tanpa down grading dari kualitas. Yang kembali dari aluminium, peleburannya
memerlukan sedikit energi, hanya sekitar 5 dari energi yang diperlukan untuk memproduksi logam utama yang pada awalnya diperlukan dalam
proses daur ulang.
6. Reflectivity daya pemantulan
Aluminium adalah reflektor yang terlihat cahaya serta panas, dan yang bersama-sama dengan berat rendah, membuatnya ideal untuk bahan
reflektor misalnya perabotan ringan.
2.2.4 Contoh Aplikasi Aluminium
Berikut ini beberapa contoh aplikasi aluminium: 1.
Aluminium seri 1xxx Memiliki kekuatan yang rendah, ketahanan terhadap korosi yang
tinggi, tingkat reflektif yang tinggi, dan konduktifitas termal dan listrik yang tinggi sehingga kombinasi ini cocok untuk digunakan dalam
pengemasan, perangkat listrik, peralatan pemanas, pencahayaan, dekorasi dan lain-lain.
2. Aluminium seri 2xxx
Melalui pengerasan dengan precipitation hardening dapat digunakan untuk penerbangan dan roda, kendaraan militer, cocok juga
untuk sekrup, baut, komponen permesinan, dan lain-lain.
Universitas Sumatera Utara
3. Aluminium seri 3xxx
Tipikal aplikasi seri ini rata-rata untuk kaleng dan untuk paduan yang memerlukan pembentukan dengan cara ditekan dan penggulungan.
Selain untuk pengemasan, bangunan, peralatan rumah, alloy ini digunakan juga untuk benda yang memerlukan kekuatan, formabilitas, weldabilitas,
dan korosi yang tinggi serta untuk perlengkapan pemanasan seperti helaian brazing dan pipa pemanas.
4. Aluminium seri 4xxx
Kandungan silikon yang tinggi digunakan untuk produk yang memerlukan tingkat kekakuan yang tinggi atau keuletan yang rendah.
5. Aluminium seri 5xxx
Kombinasi kekuatan sedang, ketahanan korosi yang luar biasa, dan weldabilitas biasa digunakan untuk bagian luar outdoor, arsitektur,
khususnya dalam bidang kelautan perkapalan, dan juga untuk otomotif untuk bodi mobil dan komponen casis.
6. Aluminium seri 6xxx
Kombinasi yang baik antara kekuatan tinggi, formabilitas, ketahanan korosi, dan weldabilitas sehingga digunakan untuk transport
bodi luar otomotif dan lain-lain, bangunan pintu, jendela, dan lain-lain, kelautan, pemanasan, dan lain-lain.
7. Aluminium seri 7xxx
Bagian terpenting dari penggunaan seri ini berdasarkan kekuatan yang tinggi, contohnya pada bidang penerbangan, penjelajahan luar
angkasa, militer dan nuklir. Tetapi juga bagian structural bangunan sama baiknya dengan atribut olah raga raket tenis, ski, dan lain-lain.
2.3 Deformasi plastis menyeluruh Severe Plastic Deformation
Proses deformasi plastis menyeluruh dapat didefinisikan sebagai proses- proses yang menyebabkan regangan plastis yang sangat tinggi di logam untuk
menghasilkankan penghalusan butir Srinivasan, R, 2006. Berikut ini adalah beberapa metode deformasi menyeluruh:
Universitas Sumatera Utara
1. High Pressure Torsion
Deformasi plastik menyeluruh dengan metode high pressure torsion terjadi deformasi didalam cakram dengan geser murni antara dua
landasan, di mana satu landasan berputar terhadap landasan lainnya yang mencengkram material. Skematik high pressure torsion ditunjukkan pada
Gambar 2.3. Metode ini terbatas pada cakram kecil. Deformasi yang terinduksi selama high pressure torsion adalah tidak seragam dari pusat ke
diameter luar Srinivasan, R, 2006.
Gambar 2.3 Persentasi secara skematik dari High pressure torsion
2. Equal Channel Angular Pressing
Equal channel angular pressing adalah suatu prosedur proses dimana material diberikan regangan plastis berupa geseran sederhana
dengan penekanan melalui cetakan dua saluran. Cetakan ini terdiri dari dua saluran yang berbentuk L dengan penampang sama dan memiliki sudut
θ antara dua saluran tersebut. Skematik Equal channel angular pressing
ditunjukkan pada Gambar 2.4Srinivasan, R, 2006.
Gambar 2.4 Persentasi secara skematik dari Equal channel angular
pressing
Universitas Sumatera Utara
3. Cyclic Extrusion-Compression
Deformasi plastik menyeluruh dengan metode Cyclic extrusion- compression terjadi deformasi dengan melibatkan aliran berputar dari
logam antara ekstrusi bolak-balik dan ruang kompresi. Skematik Cyclic extrusion-compression ditunjukkan pada Gambar 2.5. Efek deformasi jelas
bisa dicapai dengan bingkaicetakan tetap dan pukulan bergerak atau sebaliknya.
Gambar 2.5 Persentasi secara skematik dari Cyclic extrusion-compression
4. Multiaxial Forging
Multi-Axial CompressionsForgings terjadi deformasi dari sampel penampang persegi panjang melalui serangkaian kompresi sehingga
dimensi awal bilet yang dipertahankan. Arah penempatan diubah melalui dari sudut 90
antara kompresi yang berurutan. Skema satu langkah Multi- Axial CompressionsForgings ditunjukkan pada Gambar 2.6. Multi-Axial
CompressionsForgings sangat efektif didalam memproduksi struktur butir halus, tetapi kekurangannya adalah distribusi regangan tidak seragam
sepanjang bilet penampang. Namun ketidak seragaman ini dapat dihilangkan dengan pelumasan yang baik pada bilet dan melalui sejumlah
langkah kompresitempa.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6
Persentasi secara skematik dari Multiaxial forging
5. Accumulatibe Roll Bonding
Teknik ini menggunakan mesin pengerolan logam konvensional. Lempengan logam dirol sehingga ketebalannya berkurang setengahnya
dari tebal awal logam sebelum dirol. Kemudian lempengan logam yang telah dirol dipotong menjadi 2 bagian, dan ditumpuk menjadi 1 lapisan.
kemudian ditumpuk menjadi 1 lapisan, dan dirol kembali sehingga ketebalannya berkurang setengahnya dari tebal awal. Proses ini terus
berulang-ulang dilakukan sehingga regangan yang sangat besar bisa diperoleh dan terkumpul pada logam yang diproses. Skematik
Accumulatibe Roll Bonding ditunjukkan pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Persentasi secara skematik dari Accumulatibe roll bonding
6. Repetitive Corrugation And Straightening
Selama proses Repetitive Corrugation And Straightening, benda kerja berulang-ulang mengalami pembengkokan dan pelurusan, Skematik
Repetitive Corrugation And Straightening ditunjukkan pada Gambar 2.8. Dengan proses ini, akumulasi tegangan tinggi sambil mempertahankan
bentuk benda kerja awal. Proses ini dapat berlangsung secara terus
Universitas Sumatera Utara
menerus atau terputus-putus Gambar 2.8. Benda kerja diratakan diluar dengan cetakan datar dalam proses yang terputus-putus dan gulungan
halus dalam proses yang berlangsung secara terus menerus.
Gambar 2.8 Persentasi secara skematik dari RCS
2.3.1 Equal Chanel Angular Pressing ECAP
Equal-channel angular pressing ECAP adalah salah satu jenis dari deformasi plastis menyeluruh SPD. metode ini telah menjadi sangat sukses
dalam memproduksi mikro untuk logam masal dan paduan Han,W,Z, 2007. ECAP atau proses Cetak Tekan dapat menghasilkan kekuatan yang paling tinggi.
Cetak Tekan adalah suatu prosedur proses dimana material diberikan regangan plastis berupa geseran sederhana dengan penekanan melalui cetakan dua saluran.
Cetakan ini terdiri dari dua saluran yang berbentuk L dengan penampang sama dan memiliki sudut
θ antara dua saluran tersebut, seperti terlihat pada Gambar 2.9. Regangan yang besar akibat penekanan pada proses Cetak Tekan ini
mengakibatkan perubahan pada struktur butir. Proses Cetak Tekan dikembangkan pertama kalinya oleh Segal dan krunya
pada tahun 1985. Pemilihan proses Cetak Tekan didasarkan pada dua alasan yaitu; memungkinkan peningkatan kekuatan material pada temperatur rendah dan proses
ini mudah diaplikasikan dalam dunia indutri serta mampu menghasilkan produk dalam skala batangan.
2.3.2 Prinsip Kerja Cetak Tekan
Pada dasarnya sebuah mekanisme Cetak Tekan terdiri dari material uji, punch yang berfungsi untuk menekan spesimen melalui alur cetakan, pelumas dan
cetakan dengan dua buah alur yang berpenampang sama Gambar 2.9. Kedua alur
Universitas Sumatera Utara
cetakan tersebut bertemu disudut Ф = 90
o
dan ψ = 20
o
, selama proses ini material ditekan melalui kedua alur tersebut Djavanroodi, F, 2010.
Gambar 2.9 Prinsip Cetak Tekan Kim, S, H, 2001
Sama halnya dengan proses deformasi yang lain, proses Cetak Tekan tidak terlepas dari prinsip bahwa deformasi suatu material terdiri dari sistem slip dan
orientasi butir, dalam hal ini Cetak Tekan memberikan deformasi berupa geseran sederhana. Geseran yang terjadi selama proses Cetak Tekan inilah yang akan
mengubah orientasi butir material sebagai akibat pergerakan atom-atom pada saat melalui daerah geser sehingga struktur dan ukuran butir material menjadi lebih
halus hal tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.10. Jika dibandingkan, mekanisme penguatan ini menghasilkan ukuran butir yang lebih halus dari proses thermo-
mechanical Valiev, Z, R, 2006. Nilai regangan
ε
N
yang terjadi dipengaruhi oleh sudut antar saluran , Ф dan
sudut kelengkungan cetakan, ψ. Hal ini dijelaskan oleh persamaan Y. Iwahashi
Adedokun, S, T, 2011:
Ψ
+ Φ
Φ +
Ψ +
Φ =
2 2
cos 2
2 cot
2 3
ec N
N
ε 2.1
Serta persamaan R.E. Goforth, K.T. Hartwig dan L.R. Cornwell:
Ψ
+
Ψ
+ Φ
= 2
cot 2
3 N
N
ε 2.2
Dimana: N adalah jumlah laluan siklus
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.10
Daerah geser pada Cetak Tekan
Dalam beberapa dekade belakangan proses Cetak Tekan telah diteliti untuk mengetahui perubahan struktur mikro logam ketika dideformasi plastis.
Apabila logam dideformasi plastis pada temperatur kamar, ukuran rata-rata subbutir menurun dengan meningkatnya regangan. Pada proses ini dapat
meningkatkan mampu bentuk logam pada temperatur tinggi dan pengurangan ukuran butir akan memberikan peningkatan yang signifikan terhadap kekuatan
material. Pada Gambar 2.11 menunjukkan bentuk deformasi elemen kubik dalam
bentuk perpanjangan butir dan geseran yang terjadi pada butir dalam satu langkah proses saat melalui cetakan Cetak Tekan. Pada saat melewati daerah geser di
bidang Y terlihat elemen kubik berubah menjadi jajaran genjang Azushima, A, 2008.
Gambar 2.11 Deformasi elemen kubik satu langkah saat melalui cetakan
Universitas Sumatera Utara
Beberapa faktor yang mempengaruhi struktur mikro hasil proses Cetak Tekan adalah:
1. Rute proses, dimana sampel diputar diantara penekanan yang berturut-
turut. 2.
Geometri cetakan seperti, Ф sudut diantara kedua alur cetakan channel angle
dan ψ sudut lengkungan cetakan corner angle. 3.
Variabel proses seperti, kecepatan penekanan, pelumasan dan temperatur.
4. Sifat material, seperti kekuatan dan perilaku pengerasan.
Selama proses Cetak Tekan, koefisien gesekan antara spesimen dan cetakan diasumsikan sama dengan nol atau kondisi tanpa gesekan. Gesekan
adalah variabel proses yang penting untuk menghambat aliran permukaan material serta memberikan regangan geser yang tinggi pada bagian bawah dan regangan
geser yang lebih rendah pada bagian atas benda kerja. Distribusi tegangan-tegangan utama material pada beban tetap selama
proses Cetak Tekan dapat dilihat pada Gambar 2.12. Dari gambar dapat dilihat bahwa tegangan pada bagian dalam alur keluar berbeda dengan tegangan bagian
luarnya. Bagian dalam alur masuk menerima tegangan tekan dan tegangan tekan maksimum garis A muncul pada bagian dalam sudut. Daerah ABC adalah
daerah deformasi utama Gambar 2.12 yang mengalami kondisi tegangan tekan. Dengan kata lain, ketika bagian luar diregang di depan daerah deformasi utama,
bagian luar alur masuk benda kerja mengalami kondisi tegangan tarik garis F Gambar 2.12Kim, S, H, 2001 .
Gambar 2.12 Distribusi tegangan utama Cetak Tekan Kim, S, H, 2001
Universitas Sumatera Utara
2.4 Pengujian Kekerasan Hardness Test
Pengujian kekerasan Brinell merupakan pengujian standar skala industri, tetapi karena penekannya terbuat dari bola baja yang berukuran besar dan beban
besar maka bahan yang sangat lunak atau sangat keras tidak dapat diukur kekerasannya. Di dalam aplikasi manufaktur, material diuji untuk dua
pertimbangan, sebagai riset karakteristik suatu material baru dan juga sebagai suatu analisa mutu untuk memastikan bahwa contoh material tersebut
menghasilkan spesifikasi kualitas tertentu. Pengujian yang paling banyak dipakai adalah dengan menekan alat
penekan tertentu kepada benda uji dengan beban tertentu dan dengan mengukur ukuran bekas penekanan yang terbentuk di atasnya, cara ini dinamakan cara
kekerasan dengan penekanan brinnel. Kekerasan suatu material harus diketahui khususnya untuk material yang
dalam penggunaanya akan mangalami pergesekan Frictional force, dalam hal ini bidang keilmuan yang berperan penting mempelajarinya adalah Ilmu Bahan
Teknik Metallurgy Engineering. Kekerasan didefinisikan sebagai kemampuan suatu material untuk menahan beban identasi atau penetrasi penekanan.
Didunia teknik, umumnya pengujian kekerasan menggunakan 4 macam metode pengujian kekerasan, yakni :
- Brinell HBBHN
- Rockwell HRRHN
- Vickers HVVHN
- Micro Hardness Namun jarang sekali dipakai-red
Gambar 2.13 Alat uji kekerasan material logam
Universitas Sumatera Utara
Pemilihan masing-masing skala metode pengujian tergantung pada : -
Permukaan material -
Jenis dan dimensi material -
Jenis data yang diinginkan -
Ketersedian alat uji
2.4.1 Metode Brinell
Pengujian kekerasan dengan metode Brinell bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap bola baja
identor yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut speciment. Idealnya, pengujian Brinell diperuntukan bagi material yang memiliki kekerasan
Brinell sampai 400 HB, jika lebih dari nilai tersebut maka disarankan menggunakan metode pengujian Rockwell ataupun Vickers. Angka Kekerasan
Brinell HB didefinisikan sebagai hasil bagi Koefisien dari beban uji F dalam Newton yang dikalikan dengan angka faktor 0,102 dan luas permukaan bekas luka
tekan injakan bola baja A dalam milimeter persegi. Rumus perhitungan Brinell Hardness Number BHN dapat dilihat pada persamaan 2.3.
2.3
Dimana: P = beban penekan Kgf
D = diameter bola penekan mm d = diameter lekukan mm
2.4.2 Metode Vickers
Pengujian kekerasan dengan metode Vickers bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap intan
berbentuk piramida dengan sudut puncak 136 Derajat yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut. Angka kekerasan Vickers HV didefinisikan
sebagai hasil bagi koefisien dari beban uji F dalam Newton yang dikalikan
Universitas Sumatera Utara
dengan angka faktor 0,102 dan luas permukaan bekas luka tekan injakan bola baja A dalam milimeter persegi.
2.4.3 Metode Rockwell
Skala yang umum dipakai dalam pengujian Rockwell adalah : -
HRa Untuk material yang lunak. -
HRb Untuk material yang kekerasan sedang. -
HRc Untuk material dengan sangat keras.
2.4.4 Metode Micro Hardness
Pada pengujian ini identornya menggunakan intan kasar yang di bentuk menjadi piramida. Bentuk lekukan intan tersebut adalah perbandingan diagonal
panjang dan pendek dengan skala 7:1. Pengujian ini untuk menguji suatu material adalah dengan menggunakan beban statis. Bentuk identor yang khusus berupa
knoop memberikan kemungkinan membuat kekuatan yang lebih rapat di bandingkan dengan lekukan Vickers. Hal ini sangat berguna khususnya bila
mengukur kekerasan lapisan tipis atau mengukur kekerasan bahan getas dimana kecenderungan menjadi patah sebanding dengan volume bahan yang ditegangkan.
2.5 Metallography Test
Kategori