NASKAH PUBLIKASI Analisis Sifat Fisis Dan Mekanis Aluminium Paduan Al-Si-Cu Dengan Menggunakan Cetakan Pasir.
NASKAH PUBLIKASI
ANALISIS SIFAT FISIS DAN MEKANIS ALUMINIUM
PADUAN AL-SI-CU DENGAN MENGGUNAKAN
CETAKAN PASIR
Disusun oleh:
AZIS NUR EVA
NIM: D200 06 0072
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2012
ANALISIS SIFAT FISIS DAN MEKANIS ALUMUNIUM
PADUAN AL-SI-Cu DENGAN MENGGUNAKAN CETAKAN
PASIR
Azis Nur Eva, Masyrukan, Agus Hariyanto
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Unversitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura
Email:[email protected]
ABSTRAKSI
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis
pada aluminium paduan yang dicetak dengan menggunakan cetakan
pasir.
Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah aluminium
paduan yang berasal dari daur ulang aluminium bekas, yang dilebur di
dalam dapur krusible tipe ciduk dan dicetak didalam cetakan pasir. Alat
yang digunakan dalam uji tarik yaitu Servopuser. Sedangkan alat yang
digunakan dalam uji impak, uji kekerasan, uji struktur mikro, dan uji
komposisi kimia secara berturut-turut adalah Charpy Testing, Hardness
tester, Olympus Metallurgycal Microscope, Metal Scan Spectrometer.
Adapun cara pengujian ini adalah, pada pengujian tarik menggunakan
standar ASTM B557 pengujian ini dilakukan dengan cara menarik
spesimen sampai patah yang hasilnya dapat dilihat pada komputer,
pengujian impak menggunakan standar ASTM E23, pengujian ini
dilakukan dengan cara memukulkan bandul ke spesimen uji hingga patah,
dan hasilnya bisa terlihat pada indikator pencatatan hasil, pengujian
kekerasan menggunakan pengujian brinell dengan standar ASTM E10,
pengujian struktur mikro dilakukan dengan standar ASTM E3 cara melihat
spesimen dibawah mikroskop dan pengujian komposisi kimia dilakukan
dengan standar ASTM E1251 cara menembakkan gas argon
kepermukaan spesimen, sehingga hasilnya akan terbaca pada komputer.
Dari hasil pengujian pada aluminium paduan dengan cetakan pasir
diperoleh harga tegangan tarik maksimal yaitu 93.8 N/mm2. Pada
pengujian impak energi yang diserap rata-rata adalah 1.47 Joule, harga
impak rata-rata 0,018 (J/mm2). Pada pengujian kekerasan didapat HB =
84.3 BHN. Komposisi kimia pada aluminium paduan dengan cetakan pasir
didapat kandungan unsur-unsur utama yaitu Al = 87.58 %, Si = 7.93 %,
Cu = 2.8030 % dan Mg = 0,5047 %.
Kata kunci : Aluminium (Al), Cetakan, Paduan, Pasir.
PENDAHULUAN
Ilmu
dan
teknologi
bahan
merupakan
penerapan
teknologi
mengenai hubungan antara komposisi dan pemprosesan logam, dengan
sifat-sifat dan pemakaian yang sesuai dengan kebutuhan dan tuntutan
yang ada. Semakin banyaknya industri, khususnya industri otomotif maka
persaingan semakin ketat untuk memperoleh pangsa pasar yang ada.
Untuk
memenangkan pangsa
pasar
dan persaingan ini, maka para
produsen berlomba-lomba untuk menemukan bahan yang relatif murah,
kuat, ringan, dan tahan lama (Surdia .T.,Saito,S., 1995).
Aluminium (Al) adalah salah satu logam non ferro yang memiliki
beberapa keunggulan, diantaranya adalah memiliki berat jenis yang
ringan, ketahanan terhadap korosi, dan hantaran listrik yang baik. Adapun
sifat dasar dari aluminium (Al) murni adalah memiliki sifat mampu cor yang
baik dan sifat mekanik yang jelek (Surdia .T.,Saito,S., 1995).
Untuk mengatasi sifat mekanis aluminium murni yang jelek maka
dipergunakan aluminium paduan sebagai bahan baku pengecoran sebab
sifat mekanisnya akan dapat diperbaiki dengan menambahkan unsurunsur lain seperti tembaga (Cu), silisium (Si), mangan (Mn), magnesium
(Mg) dan sebagainya (Surdia .T.,Saito,S., 1995).
TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan dari penelitian paluminium paduan Al-Si-Cu dengan
menggunakan cetakan pasir ini adalah :
1. Mengetahui komposisi kimia yang terkandung dalam aluminium paduan
yang mengacu pada standar ASTM E1251.
2. Mengetahui sifat fisis (struktur mikro) dari meterial aluminium paduan
yang mengacu pada standar ASTM E3.
3. Mengetahui harga kekerasan dari aluminium paduan yang mengacu
pada standar ASTM E10.
4. Mengetahui kekuatan tarik dari aluminium paduan yang mengacu pada
standar ASTM B557.
5. Mengetahui harga impak dari aluminium paduan yang mengacu pada
standar ASTM E23.
LANDASAN TEORI
1. Aluminium
Aluminium merupakan unsur logam terbanyak di muka bumi,
dimana hampir 8% berat dari kerak bumi adalah aluminium. Aluminium
ditemukan oleh Sir Humphrey Davy pada tahun 1809 sebagai suatu
unsur, dan pertama kali direduksi sebagai suatu logam oleh H.C. Oersted
pada tahun 1955. Bijih bauksit adalah bahan utama untuk pembuatan
aluminium yang terdapat di dalam batu-batu dalam kerak bumi. Di dalam
bebatuan tersebut aluminium masih berbentuk silikat dan komponen lain
yang lebih kompleks, karena komponen aluminium yang begitu komplek
tersebut maka diperlukan penelitian lebih dari 60 tahun untuk menemukan
cara yang ekonomis untuk membuat aluminium dari bijih bauksit
(Surdia .T.,Saito,S., 1995).
2. Aluminium murni
Aluminium memiliki berat jenis 2,7 gram/ cm3, kira-kira sepertiga
dari berat jenis baja (7,83 gram/ cm3), tembaga (8,93gram/ cm3), atau
kuningan. Selain itu aluminum menunjukan ketahanan korosi yang baik
pada kebanyakan lingkungan termasuk udara, air (air garam), petrokimia
dan lingkungan kimia lainya. Dilihat dari konduktivitas thermalnya adalah
antara 50-60 % dari tembaga, bersifat nonmagnetic dan tidak beracun
(Surdia .T.,Saito,S., 1995).
3. Aluminium paduan
Aluminium secara umum dapat di klasifikasikan menjadi dua yaitu heat
treatable dan non heat treatable. Pada paduan non heat treatable dapat
diperkuat dengan pengerjaan dingin, dan perlakuan panas yang dapat
dilakukan adalah annealing untuk memperlunak akibat dari proses
pengerasan. Paduan ini terdiri dari Al-Mn, Al-Mg, dan Al-Si. Sedangkan
pada paduan heat treable adalah paduan yang mengandung Cu, Zn, dan
Mg serta Si. Paduan heat treable dapat diperkuat dengan memberikan
perlakuan pengerasan penuaan, pengerasan presipitasi dan proses
perlakuan panas lainnya (Surdia .T.,Saito,S., 1995).
TINJAUAN PUSTAKA
Prayitno,A. (2007), meneliti tentang aluminium paduan Al, Si, Cu
dengan cetakan pasir. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh
aluminium paduan dengan cetakan pasir dan logam terhadap sifat fisis
dan mekanis. Disimpulkan bahwa hasil tegangan tarik rata-rata 72,36
(MPa), regangan rata-rata 2,48 (%), Modulus Elastisitas rata-rata 3073,3
(MPa), Kekakuan rata-rata 124989,66 (MPa), harga kekerasan rata-rata
78,8 kg/mm², energi yang diserap rata-rata 2 Joule, haraga impak ratarata 0,025 (J/mm²), hasil pengujian komposisi kimia didapatkan hasil yang
dominan antara lain Al = 83,69%, Si = 4,83%, Cu = 7,44%, Zn = 2,01%,
Fe = 1,14%. Pada pengujian struktur mikro terlihat bahwa unsur Si terlihat
panjang didalam kelompok yang sedikit.
Ahmadi, N (2002), meneliti tentang pengaruh pengecoran batang
torak dari aluminium padauan AL-Cu-Ni dengan cetakan pasir dan
cetakan logam terhadap kekerasan dan kekuatan tarik. Disimpulkan
bahwa Hasil penelitian menunjukkan cetakan logam mempunyai
kekerasan lebih dibanding cetakan pasir, dengan kekerasan rata-rata
109,20 kg/mm 2 dan 81 kg/mm 2 sedangkan kekuatan tariknya 13,56 kg/mm
2
dan 9,77 kg/mm 2 .
JENIS-JENIS PENGECORAN
Dalam dunia industri pengecoran logam dikenal beberapa jenis
metode pengecoran logam yang lazim digunakan antara lain :
1.
Pengecoran dengan Cetakan Pasir.
Pasir yang dipakai sebagai bahan untuk cetakan adalah pasir
dalam atau pasir buatan yang mengandung tanah lempung. Cetakan
dibuat dengan memadatkan pasir. Cetakan jenis ini mudah dibuat dan
biaya pembuatannya juga tidak mahal dalam pembuatannya kadangkadang diberikan pengikat khusus untuk memperkuat cetakan, misalnya
semen, dan sebaiknya dalam menggunakan pengikat tersebut perlu
mempertimbangkan bentuk, bahan dan jumlah produk, sehingga biaya
pembuatan dapat ditekan (Surdia, T., Chijiiwa,K.,2000).
2.
Pengecoran dengan cetakan logam
Pengecoran
dalam
cetakan
logam
dilaksanakan
dengan
menuangkan logam cair ke dalam cetakan logam seperti pada
pengecoran pasir. Sebagai bahan cetakan terutama dipakai baja khusus,
atau besi cor paduan. Sebagai bahan coran umumnya diambil paduan
bukan besi yang mempunyai titik cair rendah seperti paduan aluminium,
paduan magnesium atau paduan tembaga (Surdia, T., Chijiiwa,K.,2000).
METODOLOGI PENELITIAN
1. Bahan
Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah aluminium
bekas yang didaur ulang melalui proses pengecoran. Setelah mengalami
proses pengecoran bahan baku dari kedua jenis material akan diketahui
unsur paduannya melalui pengujian komposisi kimia.
Gambar 3.1. Aluminium, Silikon, Tembaga
(Asih Wulan, 2011)
2. Diagram Alir penelitian
Mulai
Studi Literatur
Studi Lapangan
Penyiapan Bahan
Aluminium Cor
Proses Peleburan Aluminium
Cetakan Pasir
Proses Penuangan Aluminium Cair Ke Dalam Cetakan Pasir
Pembuatan Spesimen Sesuai Standar Pengujian
Pengujian Komposisi
Kimia
ASTM E1251
Pengujian
Struktur Mikro
ASTM E3
Pengujian
Kekerasan
ASTM E10
Pengujian tarik
ASTM B557
Hasil Penelitian
Pembahasan
Kesimpulan
Selesai
Gambar Diagram Alir Penelitian
Pengujian impak
ASTM E23
HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Hasil Uji Komposisi Kimia dan Pembahasan
Hasil pengujian komposisi kimia dengan menggunakan alat
spectrometer memberikan hasil pembacaan secara otomatis kandungan
rata-rata (average) komposisi kimia seperti pada tabel dibawah ini.
Tabel 4.1. Data Hasil Uji Komposisi Kimia Aluminium Paduan al-si-cu
Dengan Menggunakan Cetakan Pasir
Unsur
%
Al
87.58
Si
7.93
Cu
2.8030
Mg
0.5047
Fe
0.4862
Mn
0.4225
Zn
0.1894
Ti
0.0317
Ni
0.0137
Pb
0.0129
Cr
0.0115
Sn
0.0099
Dari hasil pengujian komposisi kimia pada aluminium paduan yang
dicetak menggunakan cetakan pasir, diperoleh sebanyak 12 unsur
penyusun pada aluminium paduan cetakan pasir. Adapun unsur yang
paling dominan antara lain: Aluminium (Al), Silikon (Si), dan Tembaga
(Cu)). Dengan persentase masing-masing adalah: Al 87.58 %, Si
7.93%,dan Cu 2.8030 %. Berdasarkan prosentase unsur penyusunnya,
jenis aluminium paduan ini dikategorikan kedalam aluminium paduan
Casting Alloy, dengan nomor seri mendekati 3xx.x (Al-Si-Cu). Dalam
standar AA ( Aluminium Association ) aluminium paduan ini tergolong
kedalam aluminium paduan jenis A380.0, aluminium ini juga termasuk
dalam paduan aluminium tinggi karena pada paduan Al-Si-Cu terdapat
unsur pemadu yang lebih dari 10%. Adanya unsur-unsur paduan Silikon
(Si), Tembaga (Cu), dan Magnesium (Mg) dalam aluminium paduan akan
dapat memperbaiki sifat fisis dan mekanis dari material aluminium
tersebut.
2. Hasil Pengujian struktur mikro dan Pembahasan
Berdasarkan data hasil pengamatan struktur mikro dengan
menggunakan Olympus Photomicrographic System dengan perbesaran
200 . Adapun hasilnya adalah sebagai berikut :
Al
Al
CuAl2
Cu Al2
AlSi
A
B
Gambar (A) Struktur Mikro Spesimen Aluminium paduan al-si-cu dengan
menggunakan cetakan pasir, (B) Struktur mikro paduan Al-Si-Cu
(Surdia,T.,Saito,S., 1995).
Berdasarkan hasil pengujian struktur mikro pada aluminium paduan
daur ulang dengan menggunakan cetakan pasir terbentuk beberapa fasa,
diantaranya fasa Al, fasa CuAl2 dan fasa AlSi. Adapun karakteristik dari
fasa-fasa tersebut adalah sebagai berikut :
1. Fasa Al (berwarna terang) adalah larutan padat primer.
2. Fasa CuAl2 (berwarna kelabu kehitam-hitaman). Dengan adanya
fasa ini akan meningkatkan kekuatan dan kekerasan aluminium
paduan.
3. AlSi (berwarna kelabu terang). Fasa ini terbentuk karena jumlah
prosentase silikon (Si) lebih besar dari magnesium (Mg). Pada
umumnya akan dapat meningkatkan tingkat kekerasan dan dapat
menghambat laju korosi.
Pada aluminium paduan yang dicetak menggunakan cetakan pasir,
dengan unsur paduan silikon (Si) 7,93% dan tembaga (Cu) 2.8030%,
memiliki distribusi dan bentuk struktur butiran fasa AlSi yang cenderung
menggumpal dengan ukuran butiran lebih besar dan jarak antar
butirannya meregang, serta fasa CuAl2 yang terbentuk memiliki struktur
butiran yang mengelompok.
3. Hasil Uji Kekerasan dan Pembahasan
Pengujian kekerasan dilakukan dengan menggunakan alat uji
kekerasan mikro Brinell, yang terdiri dari tiga titik pada spesimen dengan
letak secara acak.
Tabel Data Hasil Uji Kekerasan Aluminium Paduan Al-Si-Cu
Diameter Injakkan (mm)
Beban (kgf)
HBN
0,955
62,5
84.3
Berdasarkan
data
hasil
pengujian
kekerasan
Brinell
pada
aluminium paduan daur ulang yang dicetak dengan menggunakan
cetakan pasir, diketahui bahwa harga kekerasan rata-rata aluminium
paduan Al-Si-Cu yang dicetak dengan menggunakan cetakan pasir
sebesar 84.3 HBN. Dari hasil pengujian ini dapat disimpulkan bahwa
aluminium paduan al-si-cu ini menmpunyai harga kekerasan yang lebih
baik jika dibandingkan dengan aluminium murni yang hanya sekitar 65
HBN.
4. Hasil Uji Tarik Dan Pembahasan
Table Data Hasil Uji Tarik Aluminium Paduan Al-Si-Cu
No
1
2
3
4
5
6
7
8
Beban
Tegangan
Modulus
Kekakuan
Regangan (%)
2
2)
(N)
(N/mm )
(N/mm
(N/mm2)
357.2
13.0
0.35
37.58
110.18
714.3
26.0
0.56
52.28
113.49
1071.5
39.1
0.73
62.29
109.50
1428.7
52.1
0.91
68.98
101.96
1785.8
65.1
1.03
76.88
102.13
2143.0
78.2
1.15
83.39
101.05
2500.2
91.2
1.29
90.12
102.76
2619.3
93.8
1.65
69.47
60.56
Berdasarkan grafik dari hasil pengujian tarik pada aluminium
paduan Al-Si-Cu yang dicetak dengan menggunakan cetakan pasir,
menunjukkan bila tegangan meningkat maka regangan juga meningkat,
dan bila semakin tinggi kekakuannya maka semakin menurun nilai
regangannya, ini berarti bahwa material tersebut memiliki sifat elastis. Hal
ini disebabkan pengaruh unsur-unsur Si, Cu, Fe, Mn, dan Mg. Dimana kita
tahu unsur- unsur tersebut memiliki sifat dapat meningkatkan kekuatan
tarik.
Adapun harga dari setiap variabel-variabel tersebut adalah sebagai
berikut. Harga kekuatan tarik maksimal 93.8 N/mm2, regangan maksimal
1.65 %, Modulus Elastisitas maksimal 90.12 N/mm2, kekakuan maksimal
113.49 N/mm2.
5. Data Hasil Uji Impact Dan Pembahasan
Tabel Data Hasil Pengujian Impact Aluminium Paduan Al-Si-Cu
Ao(mm2)
Energi diserap(J)
Harga Impact(J/mm2)
80
1,47
0,018
Dari hasil pengujian impak diketahui energi serap rata-rata yang
dihasilkan aluminium paduan menggunakan cetakan pasir, yaitu sebesar
1.47 Joule, dengan harga impak 0.018 Joule/mm2. Apabila ditinjau dari
jenis patahannya, aluminium paduan mengindikasikan jenis aluminium
getas. Hal ini diindikasikan oleh warna patahan yang mengkilat dan bekas
patahan yang cenderung merata.
KESIMPULAN DAN SARAN
1. Kesimpulan Penelitian
Berdasarkan analisa dan pembahasan hasil penelitian pada
aluminium paduan Al-Si-Cu yang dicetak dengan menggunakan cetakan
pasir, diperoleh kesimpulan sebagai berikut ;
1. Pada aluminium paduan dengan menggunakan cetakan pasir
diperoleh 12 unsur penyusun aluminium paduan. Dari unsur
penyusunnya diperoleh 5 unsur dominan, yang antara lain ; Al, Si, Cu,
Mg, dan Fe. Besarnya prosentase unsur dominan aluminium paduan
menggunakan cetakan pasir adalah : Al 87,58 %, Si 7,93 %, Cu
2,8030 %, Mg 0,5047% dan Fe 0,4862%.
2. Dari pengamatan struktur mikro pada spesimen uji, terbentuk
beberapa fasa yang dapat diamati, yang antara lain : fasa Al
(berwarna terang), fasa AlSi (kelabu terang) dan fasa CuAl 2 (berwarna
kelabu gelap kecoklatan).
3. Dari pengujian kekerasan diperoleh harga kekerasan rata-rata
aluminium paduan dengan cetakan pasir, sebesar HB= 84.3 HBN
4. Dari
hasil
pengujian
tarik
pada
aluminium
paduan
dengan
menggunakan cetakan pasir didapatkan tegangan tarik maksimal 93.8
N/mm2, regangan maksimal 1,65 (%), Modulus Elastisitas maksimal
90.12 N/mm2, dan kekakuan maksimal 113.49 N/mm2.
5. Dari hasil pengujian impak diketahui energi serap rata-rata yang
dihasilkan aluminium paduan menggunakan cetakan pasir, yaitu
sebesar 1,47 Joule, dengan harga impak 0,018 Joule/mm 2.
2. Saran
1
Dalam penyiapan spesimen uji sebaiknya dipersiapkan dengan
jumlah yang lebih, guna menghindari kekurangan spesimen akibat
dari kegagalan pada saat pengujian, ada pun jumlah spesimen
yang akan diujikan disesuaikan dengan standar pengujian yang
digunakan.
2
Dalam penelitian ini penulis menyadari bahwa tidak ada suatu
apapun ciptaan atau pekerjaan manusia yang sempurna kecuali
ciptaan Allah SWT. Untuk itu penulis dengan lapang hati menerima
saran dan kritik yang sifatnya membangun. Akhirnya penulis
berharap
semoga
karya
ini
pengetahuan kita semua. Amin.
bermanfaat
dan
menambah
DAFTAR PUSTAKA
……….Annual Hand Book ASTM B577. Standard Test Methods of
Tension Testing Wrought and Cast Aluminum- and MagnesiumAlloy Products1.
……….Annual Hand Book ASTM E 23 – 02, Standard Test Methods for
Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials1,
……….Annual Hand Book ASTM E 3 – 01 Standard Guide for Preparation
of Metallographic Specimens1.
……….Annual Hand Book ASTM E 10 – 01 Standard Test Method for
Brinell Hardness of Metallic Materials1.
……….Annual Hand Book ASTM E1251 - 11 Standard Test Method for
Analysis of Aluminium and Aluminum Alloys by Spark Atomic
Emission Spectrometry.
Ahmadi ,N.,2002,Pengaruh Pengecoran Batang Torak Dari Aluminium
Paduan Al,Cu,Ni Dengan Cetakan Pasir Dan Logam, Laporan
Tugas Akhir Fakultas Teknik UMS, Juli 2002, Surakarta.
Bondan T. Sofyan, 2008, Peran 1 Dan 9 Wt. % Zn Dalam Proses
Pengerasan
Presipitasi
Paduan
Aluminium
AA319,
http:www.wikipedia.com/.html/Bondan T. Sofyan/2008 “Makara,
Teknologi, Volume, 12, No. 1”. Diakses pada bulan april 2008/
yefrichan,2011, Jenis-Jenis Baja ( Types Of Steel ), http://www.yefrichan.
wordpress.com/2011/04/16/jenis-jenis-baja/,
mechanical
Diakses pada 12 maret 2012 pada pukul 08:10 WIB
blog.
Nadca,
2006,
product
specification
standart
for
die
casting,
http://www.phbcorp.com/cms/uploads/downloads/alloy%20data3.pdf, diakses pada desember 2011 pada pukul 09.30 WIB
Prayitno, A.,2007, Analisis Sifat Fisis Dan Mekanis Aluminium (Al) Paduan
Daur Ulang Dengan Menggunakan Cetakan Logam Dan Cetakan
Pasir, Laporan Tugas Akhir Fakultas Teknik UMS, Juli 2007,
Surakarta.
Surdia,T., Chijiwa,K.,2000, Teknik Pengecoran Logam, Cetakan Ke-8, PT.
Pradnya Paramita, Jakarta.
Surdia,T., Saito,S., 1995, Pengetahuan Bahan Teknik, PT. Pradnya
Paramita, Jakarta.
Vliet,V., W. Both, 1984, Tegnologi Untuk Bangunan Mesin Bahan-Bahan 1
, Erlangga, Jakarta.
ANALISIS SIFAT FISIS DAN MEKANIS ALUMINIUM
PADUAN AL-SI-CU DENGAN MENGGUNAKAN
CETAKAN PASIR
Disusun oleh:
AZIS NUR EVA
NIM: D200 06 0072
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2012
ANALISIS SIFAT FISIS DAN MEKANIS ALUMUNIUM
PADUAN AL-SI-Cu DENGAN MENGGUNAKAN CETAKAN
PASIR
Azis Nur Eva, Masyrukan, Agus Hariyanto
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Unversitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura
Email:[email protected]
ABSTRAKSI
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis
pada aluminium paduan yang dicetak dengan menggunakan cetakan
pasir.
Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah aluminium
paduan yang berasal dari daur ulang aluminium bekas, yang dilebur di
dalam dapur krusible tipe ciduk dan dicetak didalam cetakan pasir. Alat
yang digunakan dalam uji tarik yaitu Servopuser. Sedangkan alat yang
digunakan dalam uji impak, uji kekerasan, uji struktur mikro, dan uji
komposisi kimia secara berturut-turut adalah Charpy Testing, Hardness
tester, Olympus Metallurgycal Microscope, Metal Scan Spectrometer.
Adapun cara pengujian ini adalah, pada pengujian tarik menggunakan
standar ASTM B557 pengujian ini dilakukan dengan cara menarik
spesimen sampai patah yang hasilnya dapat dilihat pada komputer,
pengujian impak menggunakan standar ASTM E23, pengujian ini
dilakukan dengan cara memukulkan bandul ke spesimen uji hingga patah,
dan hasilnya bisa terlihat pada indikator pencatatan hasil, pengujian
kekerasan menggunakan pengujian brinell dengan standar ASTM E10,
pengujian struktur mikro dilakukan dengan standar ASTM E3 cara melihat
spesimen dibawah mikroskop dan pengujian komposisi kimia dilakukan
dengan standar ASTM E1251 cara menembakkan gas argon
kepermukaan spesimen, sehingga hasilnya akan terbaca pada komputer.
Dari hasil pengujian pada aluminium paduan dengan cetakan pasir
diperoleh harga tegangan tarik maksimal yaitu 93.8 N/mm2. Pada
pengujian impak energi yang diserap rata-rata adalah 1.47 Joule, harga
impak rata-rata 0,018 (J/mm2). Pada pengujian kekerasan didapat HB =
84.3 BHN. Komposisi kimia pada aluminium paduan dengan cetakan pasir
didapat kandungan unsur-unsur utama yaitu Al = 87.58 %, Si = 7.93 %,
Cu = 2.8030 % dan Mg = 0,5047 %.
Kata kunci : Aluminium (Al), Cetakan, Paduan, Pasir.
PENDAHULUAN
Ilmu
dan
teknologi
bahan
merupakan
penerapan
teknologi
mengenai hubungan antara komposisi dan pemprosesan logam, dengan
sifat-sifat dan pemakaian yang sesuai dengan kebutuhan dan tuntutan
yang ada. Semakin banyaknya industri, khususnya industri otomotif maka
persaingan semakin ketat untuk memperoleh pangsa pasar yang ada.
Untuk
memenangkan pangsa
pasar
dan persaingan ini, maka para
produsen berlomba-lomba untuk menemukan bahan yang relatif murah,
kuat, ringan, dan tahan lama (Surdia .T.,Saito,S., 1995).
Aluminium (Al) adalah salah satu logam non ferro yang memiliki
beberapa keunggulan, diantaranya adalah memiliki berat jenis yang
ringan, ketahanan terhadap korosi, dan hantaran listrik yang baik. Adapun
sifat dasar dari aluminium (Al) murni adalah memiliki sifat mampu cor yang
baik dan sifat mekanik yang jelek (Surdia .T.,Saito,S., 1995).
Untuk mengatasi sifat mekanis aluminium murni yang jelek maka
dipergunakan aluminium paduan sebagai bahan baku pengecoran sebab
sifat mekanisnya akan dapat diperbaiki dengan menambahkan unsurunsur lain seperti tembaga (Cu), silisium (Si), mangan (Mn), magnesium
(Mg) dan sebagainya (Surdia .T.,Saito,S., 1995).
TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan dari penelitian paluminium paduan Al-Si-Cu dengan
menggunakan cetakan pasir ini adalah :
1. Mengetahui komposisi kimia yang terkandung dalam aluminium paduan
yang mengacu pada standar ASTM E1251.
2. Mengetahui sifat fisis (struktur mikro) dari meterial aluminium paduan
yang mengacu pada standar ASTM E3.
3. Mengetahui harga kekerasan dari aluminium paduan yang mengacu
pada standar ASTM E10.
4. Mengetahui kekuatan tarik dari aluminium paduan yang mengacu pada
standar ASTM B557.
5. Mengetahui harga impak dari aluminium paduan yang mengacu pada
standar ASTM E23.
LANDASAN TEORI
1. Aluminium
Aluminium merupakan unsur logam terbanyak di muka bumi,
dimana hampir 8% berat dari kerak bumi adalah aluminium. Aluminium
ditemukan oleh Sir Humphrey Davy pada tahun 1809 sebagai suatu
unsur, dan pertama kali direduksi sebagai suatu logam oleh H.C. Oersted
pada tahun 1955. Bijih bauksit adalah bahan utama untuk pembuatan
aluminium yang terdapat di dalam batu-batu dalam kerak bumi. Di dalam
bebatuan tersebut aluminium masih berbentuk silikat dan komponen lain
yang lebih kompleks, karena komponen aluminium yang begitu komplek
tersebut maka diperlukan penelitian lebih dari 60 tahun untuk menemukan
cara yang ekonomis untuk membuat aluminium dari bijih bauksit
(Surdia .T.,Saito,S., 1995).
2. Aluminium murni
Aluminium memiliki berat jenis 2,7 gram/ cm3, kira-kira sepertiga
dari berat jenis baja (7,83 gram/ cm3), tembaga (8,93gram/ cm3), atau
kuningan. Selain itu aluminum menunjukan ketahanan korosi yang baik
pada kebanyakan lingkungan termasuk udara, air (air garam), petrokimia
dan lingkungan kimia lainya. Dilihat dari konduktivitas thermalnya adalah
antara 50-60 % dari tembaga, bersifat nonmagnetic dan tidak beracun
(Surdia .T.,Saito,S., 1995).
3. Aluminium paduan
Aluminium secara umum dapat di klasifikasikan menjadi dua yaitu heat
treatable dan non heat treatable. Pada paduan non heat treatable dapat
diperkuat dengan pengerjaan dingin, dan perlakuan panas yang dapat
dilakukan adalah annealing untuk memperlunak akibat dari proses
pengerasan. Paduan ini terdiri dari Al-Mn, Al-Mg, dan Al-Si. Sedangkan
pada paduan heat treable adalah paduan yang mengandung Cu, Zn, dan
Mg serta Si. Paduan heat treable dapat diperkuat dengan memberikan
perlakuan pengerasan penuaan, pengerasan presipitasi dan proses
perlakuan panas lainnya (Surdia .T.,Saito,S., 1995).
TINJAUAN PUSTAKA
Prayitno,A. (2007), meneliti tentang aluminium paduan Al, Si, Cu
dengan cetakan pasir. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh
aluminium paduan dengan cetakan pasir dan logam terhadap sifat fisis
dan mekanis. Disimpulkan bahwa hasil tegangan tarik rata-rata 72,36
(MPa), regangan rata-rata 2,48 (%), Modulus Elastisitas rata-rata 3073,3
(MPa), Kekakuan rata-rata 124989,66 (MPa), harga kekerasan rata-rata
78,8 kg/mm², energi yang diserap rata-rata 2 Joule, haraga impak ratarata 0,025 (J/mm²), hasil pengujian komposisi kimia didapatkan hasil yang
dominan antara lain Al = 83,69%, Si = 4,83%, Cu = 7,44%, Zn = 2,01%,
Fe = 1,14%. Pada pengujian struktur mikro terlihat bahwa unsur Si terlihat
panjang didalam kelompok yang sedikit.
Ahmadi, N (2002), meneliti tentang pengaruh pengecoran batang
torak dari aluminium padauan AL-Cu-Ni dengan cetakan pasir dan
cetakan logam terhadap kekerasan dan kekuatan tarik. Disimpulkan
bahwa Hasil penelitian menunjukkan cetakan logam mempunyai
kekerasan lebih dibanding cetakan pasir, dengan kekerasan rata-rata
109,20 kg/mm 2 dan 81 kg/mm 2 sedangkan kekuatan tariknya 13,56 kg/mm
2
dan 9,77 kg/mm 2 .
JENIS-JENIS PENGECORAN
Dalam dunia industri pengecoran logam dikenal beberapa jenis
metode pengecoran logam yang lazim digunakan antara lain :
1.
Pengecoran dengan Cetakan Pasir.
Pasir yang dipakai sebagai bahan untuk cetakan adalah pasir
dalam atau pasir buatan yang mengandung tanah lempung. Cetakan
dibuat dengan memadatkan pasir. Cetakan jenis ini mudah dibuat dan
biaya pembuatannya juga tidak mahal dalam pembuatannya kadangkadang diberikan pengikat khusus untuk memperkuat cetakan, misalnya
semen, dan sebaiknya dalam menggunakan pengikat tersebut perlu
mempertimbangkan bentuk, bahan dan jumlah produk, sehingga biaya
pembuatan dapat ditekan (Surdia, T., Chijiiwa,K.,2000).
2.
Pengecoran dengan cetakan logam
Pengecoran
dalam
cetakan
logam
dilaksanakan
dengan
menuangkan logam cair ke dalam cetakan logam seperti pada
pengecoran pasir. Sebagai bahan cetakan terutama dipakai baja khusus,
atau besi cor paduan. Sebagai bahan coran umumnya diambil paduan
bukan besi yang mempunyai titik cair rendah seperti paduan aluminium,
paduan magnesium atau paduan tembaga (Surdia, T., Chijiiwa,K.,2000).
METODOLOGI PENELITIAN
1. Bahan
Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah aluminium
bekas yang didaur ulang melalui proses pengecoran. Setelah mengalami
proses pengecoran bahan baku dari kedua jenis material akan diketahui
unsur paduannya melalui pengujian komposisi kimia.
Gambar 3.1. Aluminium, Silikon, Tembaga
(Asih Wulan, 2011)
2. Diagram Alir penelitian
Mulai
Studi Literatur
Studi Lapangan
Penyiapan Bahan
Aluminium Cor
Proses Peleburan Aluminium
Cetakan Pasir
Proses Penuangan Aluminium Cair Ke Dalam Cetakan Pasir
Pembuatan Spesimen Sesuai Standar Pengujian
Pengujian Komposisi
Kimia
ASTM E1251
Pengujian
Struktur Mikro
ASTM E3
Pengujian
Kekerasan
ASTM E10
Pengujian tarik
ASTM B557
Hasil Penelitian
Pembahasan
Kesimpulan
Selesai
Gambar Diagram Alir Penelitian
Pengujian impak
ASTM E23
HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Hasil Uji Komposisi Kimia dan Pembahasan
Hasil pengujian komposisi kimia dengan menggunakan alat
spectrometer memberikan hasil pembacaan secara otomatis kandungan
rata-rata (average) komposisi kimia seperti pada tabel dibawah ini.
Tabel 4.1. Data Hasil Uji Komposisi Kimia Aluminium Paduan al-si-cu
Dengan Menggunakan Cetakan Pasir
Unsur
%
Al
87.58
Si
7.93
Cu
2.8030
Mg
0.5047
Fe
0.4862
Mn
0.4225
Zn
0.1894
Ti
0.0317
Ni
0.0137
Pb
0.0129
Cr
0.0115
Sn
0.0099
Dari hasil pengujian komposisi kimia pada aluminium paduan yang
dicetak menggunakan cetakan pasir, diperoleh sebanyak 12 unsur
penyusun pada aluminium paduan cetakan pasir. Adapun unsur yang
paling dominan antara lain: Aluminium (Al), Silikon (Si), dan Tembaga
(Cu)). Dengan persentase masing-masing adalah: Al 87.58 %, Si
7.93%,dan Cu 2.8030 %. Berdasarkan prosentase unsur penyusunnya,
jenis aluminium paduan ini dikategorikan kedalam aluminium paduan
Casting Alloy, dengan nomor seri mendekati 3xx.x (Al-Si-Cu). Dalam
standar AA ( Aluminium Association ) aluminium paduan ini tergolong
kedalam aluminium paduan jenis A380.0, aluminium ini juga termasuk
dalam paduan aluminium tinggi karena pada paduan Al-Si-Cu terdapat
unsur pemadu yang lebih dari 10%. Adanya unsur-unsur paduan Silikon
(Si), Tembaga (Cu), dan Magnesium (Mg) dalam aluminium paduan akan
dapat memperbaiki sifat fisis dan mekanis dari material aluminium
tersebut.
2. Hasil Pengujian struktur mikro dan Pembahasan
Berdasarkan data hasil pengamatan struktur mikro dengan
menggunakan Olympus Photomicrographic System dengan perbesaran
200 . Adapun hasilnya adalah sebagai berikut :
Al
Al
CuAl2
Cu Al2
AlSi
A
B
Gambar (A) Struktur Mikro Spesimen Aluminium paduan al-si-cu dengan
menggunakan cetakan pasir, (B) Struktur mikro paduan Al-Si-Cu
(Surdia,T.,Saito,S., 1995).
Berdasarkan hasil pengujian struktur mikro pada aluminium paduan
daur ulang dengan menggunakan cetakan pasir terbentuk beberapa fasa,
diantaranya fasa Al, fasa CuAl2 dan fasa AlSi. Adapun karakteristik dari
fasa-fasa tersebut adalah sebagai berikut :
1. Fasa Al (berwarna terang) adalah larutan padat primer.
2. Fasa CuAl2 (berwarna kelabu kehitam-hitaman). Dengan adanya
fasa ini akan meningkatkan kekuatan dan kekerasan aluminium
paduan.
3. AlSi (berwarna kelabu terang). Fasa ini terbentuk karena jumlah
prosentase silikon (Si) lebih besar dari magnesium (Mg). Pada
umumnya akan dapat meningkatkan tingkat kekerasan dan dapat
menghambat laju korosi.
Pada aluminium paduan yang dicetak menggunakan cetakan pasir,
dengan unsur paduan silikon (Si) 7,93% dan tembaga (Cu) 2.8030%,
memiliki distribusi dan bentuk struktur butiran fasa AlSi yang cenderung
menggumpal dengan ukuran butiran lebih besar dan jarak antar
butirannya meregang, serta fasa CuAl2 yang terbentuk memiliki struktur
butiran yang mengelompok.
3. Hasil Uji Kekerasan dan Pembahasan
Pengujian kekerasan dilakukan dengan menggunakan alat uji
kekerasan mikro Brinell, yang terdiri dari tiga titik pada spesimen dengan
letak secara acak.
Tabel Data Hasil Uji Kekerasan Aluminium Paduan Al-Si-Cu
Diameter Injakkan (mm)
Beban (kgf)
HBN
0,955
62,5
84.3
Berdasarkan
data
hasil
pengujian
kekerasan
Brinell
pada
aluminium paduan daur ulang yang dicetak dengan menggunakan
cetakan pasir, diketahui bahwa harga kekerasan rata-rata aluminium
paduan Al-Si-Cu yang dicetak dengan menggunakan cetakan pasir
sebesar 84.3 HBN. Dari hasil pengujian ini dapat disimpulkan bahwa
aluminium paduan al-si-cu ini menmpunyai harga kekerasan yang lebih
baik jika dibandingkan dengan aluminium murni yang hanya sekitar 65
HBN.
4. Hasil Uji Tarik Dan Pembahasan
Table Data Hasil Uji Tarik Aluminium Paduan Al-Si-Cu
No
1
2
3
4
5
6
7
8
Beban
Tegangan
Modulus
Kekakuan
Regangan (%)
2
2)
(N)
(N/mm )
(N/mm
(N/mm2)
357.2
13.0
0.35
37.58
110.18
714.3
26.0
0.56
52.28
113.49
1071.5
39.1
0.73
62.29
109.50
1428.7
52.1
0.91
68.98
101.96
1785.8
65.1
1.03
76.88
102.13
2143.0
78.2
1.15
83.39
101.05
2500.2
91.2
1.29
90.12
102.76
2619.3
93.8
1.65
69.47
60.56
Berdasarkan grafik dari hasil pengujian tarik pada aluminium
paduan Al-Si-Cu yang dicetak dengan menggunakan cetakan pasir,
menunjukkan bila tegangan meningkat maka regangan juga meningkat,
dan bila semakin tinggi kekakuannya maka semakin menurun nilai
regangannya, ini berarti bahwa material tersebut memiliki sifat elastis. Hal
ini disebabkan pengaruh unsur-unsur Si, Cu, Fe, Mn, dan Mg. Dimana kita
tahu unsur- unsur tersebut memiliki sifat dapat meningkatkan kekuatan
tarik.
Adapun harga dari setiap variabel-variabel tersebut adalah sebagai
berikut. Harga kekuatan tarik maksimal 93.8 N/mm2, regangan maksimal
1.65 %, Modulus Elastisitas maksimal 90.12 N/mm2, kekakuan maksimal
113.49 N/mm2.
5. Data Hasil Uji Impact Dan Pembahasan
Tabel Data Hasil Pengujian Impact Aluminium Paduan Al-Si-Cu
Ao(mm2)
Energi diserap(J)
Harga Impact(J/mm2)
80
1,47
0,018
Dari hasil pengujian impak diketahui energi serap rata-rata yang
dihasilkan aluminium paduan menggunakan cetakan pasir, yaitu sebesar
1.47 Joule, dengan harga impak 0.018 Joule/mm2. Apabila ditinjau dari
jenis patahannya, aluminium paduan mengindikasikan jenis aluminium
getas. Hal ini diindikasikan oleh warna patahan yang mengkilat dan bekas
patahan yang cenderung merata.
KESIMPULAN DAN SARAN
1. Kesimpulan Penelitian
Berdasarkan analisa dan pembahasan hasil penelitian pada
aluminium paduan Al-Si-Cu yang dicetak dengan menggunakan cetakan
pasir, diperoleh kesimpulan sebagai berikut ;
1. Pada aluminium paduan dengan menggunakan cetakan pasir
diperoleh 12 unsur penyusun aluminium paduan. Dari unsur
penyusunnya diperoleh 5 unsur dominan, yang antara lain ; Al, Si, Cu,
Mg, dan Fe. Besarnya prosentase unsur dominan aluminium paduan
menggunakan cetakan pasir adalah : Al 87,58 %, Si 7,93 %, Cu
2,8030 %, Mg 0,5047% dan Fe 0,4862%.
2. Dari pengamatan struktur mikro pada spesimen uji, terbentuk
beberapa fasa yang dapat diamati, yang antara lain : fasa Al
(berwarna terang), fasa AlSi (kelabu terang) dan fasa CuAl 2 (berwarna
kelabu gelap kecoklatan).
3. Dari pengujian kekerasan diperoleh harga kekerasan rata-rata
aluminium paduan dengan cetakan pasir, sebesar HB= 84.3 HBN
4. Dari
hasil
pengujian
tarik
pada
aluminium
paduan
dengan
menggunakan cetakan pasir didapatkan tegangan tarik maksimal 93.8
N/mm2, regangan maksimal 1,65 (%), Modulus Elastisitas maksimal
90.12 N/mm2, dan kekakuan maksimal 113.49 N/mm2.
5. Dari hasil pengujian impak diketahui energi serap rata-rata yang
dihasilkan aluminium paduan menggunakan cetakan pasir, yaitu
sebesar 1,47 Joule, dengan harga impak 0,018 Joule/mm 2.
2. Saran
1
Dalam penyiapan spesimen uji sebaiknya dipersiapkan dengan
jumlah yang lebih, guna menghindari kekurangan spesimen akibat
dari kegagalan pada saat pengujian, ada pun jumlah spesimen
yang akan diujikan disesuaikan dengan standar pengujian yang
digunakan.
2
Dalam penelitian ini penulis menyadari bahwa tidak ada suatu
apapun ciptaan atau pekerjaan manusia yang sempurna kecuali
ciptaan Allah SWT. Untuk itu penulis dengan lapang hati menerima
saran dan kritik yang sifatnya membangun. Akhirnya penulis
berharap
semoga
karya
ini
pengetahuan kita semua. Amin.
bermanfaat
dan
menambah
DAFTAR PUSTAKA
……….Annual Hand Book ASTM B577. Standard Test Methods of
Tension Testing Wrought and Cast Aluminum- and MagnesiumAlloy Products1.
……….Annual Hand Book ASTM E 23 – 02, Standard Test Methods for
Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials1,
……….Annual Hand Book ASTM E 3 – 01 Standard Guide for Preparation
of Metallographic Specimens1.
……….Annual Hand Book ASTM E 10 – 01 Standard Test Method for
Brinell Hardness of Metallic Materials1.
……….Annual Hand Book ASTM E1251 - 11 Standard Test Method for
Analysis of Aluminium and Aluminum Alloys by Spark Atomic
Emission Spectrometry.
Ahmadi ,N.,2002,Pengaruh Pengecoran Batang Torak Dari Aluminium
Paduan Al,Cu,Ni Dengan Cetakan Pasir Dan Logam, Laporan
Tugas Akhir Fakultas Teknik UMS, Juli 2002, Surakarta.
Bondan T. Sofyan, 2008, Peran 1 Dan 9 Wt. % Zn Dalam Proses
Pengerasan
Presipitasi
Paduan
Aluminium
AA319,
http:www.wikipedia.com/.html/Bondan T. Sofyan/2008 “Makara,
Teknologi, Volume, 12, No. 1”. Diakses pada bulan april 2008/
yefrichan,2011, Jenis-Jenis Baja ( Types Of Steel ), http://www.yefrichan.
wordpress.com/2011/04/16/jenis-jenis-baja/,
mechanical
Diakses pada 12 maret 2012 pada pukul 08:10 WIB
blog.
Nadca,
2006,
product
specification
standart
for
die
casting,
http://www.phbcorp.com/cms/uploads/downloads/alloy%20data3.pdf, diakses pada desember 2011 pada pukul 09.30 WIB
Prayitno, A.,2007, Analisis Sifat Fisis Dan Mekanis Aluminium (Al) Paduan
Daur Ulang Dengan Menggunakan Cetakan Logam Dan Cetakan
Pasir, Laporan Tugas Akhir Fakultas Teknik UMS, Juli 2007,
Surakarta.
Surdia,T., Chijiwa,K.,2000, Teknik Pengecoran Logam, Cetakan Ke-8, PT.
Pradnya Paramita, Jakarta.
Surdia,T., Saito,S., 1995, Pengetahuan Bahan Teknik, PT. Pradnya
Paramita, Jakarta.
Vliet,V., W. Both, 1984, Tegnologi Untuk Bangunan Mesin Bahan-Bahan 1
, Erlangga, Jakarta.