SIFAT FISIS DAN MEKANIS PADUAN Al-Si SEBAGAI BAHAN DUDUKAN SHOCK BREAKER SEPEDA MOTOR

  SIFAT FISIS DAN MEKANIS PADUAN Al-Si SEBAGAI BAHAN DUDUKAN SHOCK BREAKER SEPEDA MOTOR TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik Mesin Disusun oleh : Nama : Samuel Novianto

  NIM : 075214035

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2009

  

SIFAT FISIS DAN MEKANIS PADUAN Al-Si SEBAGAI BAHAN

DUDUKAN SHOCK BREAKER SEPEDA MOTOR

TUGAS AKHIR

  

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

  

Disusun oleh :

Nama : Samuel Novianto NIM : 075214035

  

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2009

  

THE PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF Al-Si

ALLOY FOR STAND MATERIAL OF MOTORCYCLE

SHOCK BREAKER

FINAL PROJECT

  

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

In Mechanical Engineering

  

By :

Samuel Novianto

Student Number : 075214035

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

  

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2009

  

Intisari

Paduan aluminium banyak digunakan pada industri manufaktur, seperti

pada pembuatan dudukan shock breaker. Penelitian ini dimaksudkan untuk

mengetahui pengaruh penambahan Cu dan aging terhadap sifat fisis dan mekanis

pada paduan Al- Si.

  Benda uji didapat dengan memadukan Al-Si dengan variasi penambahan

berat Cu sebesar 2%,3%,4%, dan 4,5%. Penelitian dilakukan dengan melakukan

aging dengan suhu 200°C dengan waktu 12 jam, 24 jam, dan 36 jam selanjutnya

dilakukan pengujian yang meliputi: pengujian komposisi, kekerasan, keuletan,

porositas, dan struktur mikro. Hasil dari penelitian dibandingkan dengan sifat fisis

dan mekanis bahan dudukan shock breaker pabrikan.

  Hasil penelitian menujukkan bahwa paduan yang memiliki kekerasan

tertinggi dicapai oleh paduan Al-Si-4,5%Cu dengan angka kekerasan Brinell 94HB,

kekerasan ini lebih tinggi dibandingkan dengan dudukan shock breaker pabrikan.

Angka kekerasan mengalami penurunan setelah dilakukan proses penuaan menjadi

71 HB. Keuletan tertinggi dicapai oleh paduan Al-Si-4,5%Cu dengan angka

  2

keuletan 1.06 J/cm , angka keuletan ini lebih tinggi dibandingkan dengan dudukan

shock breaker pabrikan. Angka keuletan mengalami penurunan setelah dilakukan

  2

proses penuaan menjadi 0,89 J/cm . Penambahan Cu hingga 4,5% dapat

menurunkan tingkat porositas Al-Si dari 4,05% menjadi 0,34%, porositas pada Al-

Si-4,5%Cu lebih tinggi dibandingkan dengan dudukan shock breaker pabrikan.

  

Tingkat porositas mengalami kenaikan setelah dilakukan proses penuaan sebesar

1,304%. Struktur mikro Al-Si-4,5%Cu dapat diperhalus melalui proses penuaan.

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat

yang telah dilimpahkan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir

dengan judul ”SIFAT FISIS DAN MEKANIS PADUAN Al-Si SEBAGAI

BAHAN DUDUKAN SHOCK BREAKER SEPEDA MOTOR”.

  Penulisan laporan ini adalah untuk memenuhi salah satu persyaratan

akademis di Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta.

  Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar- besarnya kepada:

  1. Romo Dr. Ir. Paulus Wiryono Priyotamtama S.J. M.Sc. selaku Rektor Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Bapak Yosef Agung Cahyanta S.T.,M.T. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3. Bapak Budi Sugiharto S.T.,M.T. sebagai Ketua Program Studi Teknik Mesin.

  4. Bapak I Gusti Ketut Puja S.T.,M.T. selaku Pembimbing Tugas Akhir.

  5. Bapak Dosen – dosen Prodi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  6. Karyawan dan Laboran Ilmu Logam Fakultas Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  7. Mahasiswa Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta angkatan 2003 sampai dengan 2007 yang telah membantu dan mendukung Tugas Akhir ini. Serta semua pihak yang telah membantu secara langsung maupun tidak langsung dalam penyelesaian laporan Tugas Akhir ini.

  Penulis menyadari akan keterbatasan ilmu dan pengetahuan yang dimiliki

serta menyadari masih banyak kekurangan-kekurangan dalam penyusunan laporan

ini. Untuk itu, dengan segala kerendahan hati, penulis terbuka akan adanya kritik

dan saran yang membangun untuk menjadikan laporan ini lebih baik lagi.

  Pada akhirnya penulis berharap agar Laporan Tugas Akhir ini dapat berguna untuk bahan kajian lebih lanjut.

  Yogyakarta, 24 Juni 2009 Penulis

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i

HALAMAN PERSETUJUAN ........................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN.............................................................................. iv

ABSTRAKSI......................................................................................................... v

KATA PENGANTAR.. .................................................................................. ......vi

DAFTAR ISI ................................................................................................... ... viii

DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xi

DAFTAR GAMBAR.......................................................................................... xii

DAFTAR TABEL.............................................................................................. xiv

DAFTAR PERSAMAAN .................................................................................. xv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA..................................... xvi

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ...................................................................................... xvii

  BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang .................................................................................... 1

  1.2 Tujuan Penelitian ................................................................................ 2

  1.3 Pembatasan Masalah ........................................................................... 2

  1.4 Sistematik Penulisan ........................................................................... 3

  BAB II Dasar Teori

  2.1 Sejarah Aluminium ............................................................................. 4

  2.2 Proses Produksi Aluminium ................................................................ 5

  2.2.1 Proses Pengolahan Alumina.................................................. ..... 5

  2.2.2 Proses Smelting.................................................................. ........ 8

  2.3 Sifat – Sifat Aluminium ...................................................................... 10

  2.4 Paduan Aluminium ............................................................................. 10

  2.4.1 Klasifikasi Paduan Aluminium................................................... 11

  2.4.2 PaduanDalamAluminium ............................................................12

  2.5 Aging Aluminium ............................................................................... 16

  3.5 Proses Pengujian…………………………………………………….. 32

  4.4 Pengujian Porositas..............................................................................48

  4.3 Pengujian Kekerasan............................................................................46

  4.2 Pengujian Impak ............................................................................... 42

  4.1 Pengujian Komposisi. ........................................................................ 40

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  3.5.5 Pengujian Struktur Mikro........................................................... 38

  3.5.4 Pengujian Porositas.................................................................... 37

  3.5.3 Pengujian Kekerasan.................................................................. 35

  3.5.2 Pengujian Impak………............................................................ 33

  3.5.1 Pengujian Komposisi.................................................................. 32

  3.4 Alat ……………................................................................................. 31

  2.6 Pengujian Bahan ................................................................................. 19

  3.3 Proses Aging……...……………. ...................................................... 31

  3.2.1 Benda Uji Aging………..…...................................................... . 31

  3.2.2 Benda Uji Kekerasan Brinell dan Struktur Mikro dan Porositas………………………………….......................... 30

  3.2.1 Benda Uji Impak………..…...................................................... 29

  3.2 Bahan Uji ............................................................................................ 29

  3.1 Diagram Alir Penelitian ...................................................................... 28

  BAB III METODE PENELITIAN

  2.4.2 Pengujian Struktur Mikro ...........................................................27

  2.6.3 Pengujian Porositas......................................................................26

  2.6.2 Pengujian Kekerasan……............................................................24

  2.6.1 Pengujian Impak …..………...................................................... 20

  4.5 Pengujian Struktur Mikro....................................................................56

  

BAB V KESIMPULAN ..................................................................................... 60

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 61

LAMPIRAN ....................................................................................................... 62

DAFTAR LAMPIRAN

  Lampiran A : Sertifikat Uji Komposisi Lampiran B : Perhitungan Harga Keuletan Lampiran C : Perhitungan Kekerasan Brinell Lampiran D : Perhitungan Persentase Porositas

  DAFTAR GAMBAR

  BAB II Gambar 2.1. Skema Proses Pengolahan Aluminium …………………… 6

Gambar 2.2. Proses Pengolahan Bauksit menjadi Alumina…………….. 7

Gambar 2.3. Serbuk Alumina …………………………………………... 8

Gambar 2.4. Hall-Héroult process...……………………………………. 9

Gambar 2.5. Diagram fasa Al-Cu..……………………………………... 13

Gambar 2.6. Diagram temperatur perlakuan panas dengan waktu….……………………….………………… 17

Gambar 2.7. Pengerasan penuaan dua tahap dari paduan Al-4%Cu……….………………………………… 17Gambar 2.8. Pengujian kekerasan Brinell ……………….…..………… 21Gambar 2.9. Pengujian impak Charpy………………………................. 25Gambar 2.10. Pengamatan dengan mikroskop…..………………............. 27

  BAB III Gambar 3.1. Pola cetakan dudukan shock breaker.…………………… 29

Gambar 3.2. Skema benda uji impak Charphy..………..………........... 30

Gambar 3.3. Emission Spectrometer………….………………............. 33

Gambar 3.4. Alat uji Impak Charphy ……………..………………….. 35

Gambar 3.5. Alat uji Brinell..…..………………………………........... 36

Gambar 3.6. Lup mikrometer ………………..……………………….. 37

Gambar 3.7. Mikroskop dan kamera pengujian

mikro dan porositas …..……………………………….... 39

  BAB IV Gambar 4.1. Grafik harga keuletan (ak) dengan

variasi Cu……………………………………………….. 42

Gambar 4.2. Interstitial solid solution ………..……………………… 43Gambar 4.3. Grafik harga keuletan (ak) dengan variasi

  

waktu aging pada paduan Al-Si-4,5%Cu ..……………... 44

Gambar 4.4. Grafik harga kekerasan Brinell dengan variasi bahan ……………………………...……………… 45Gambar 4.5. Grafik harga kekerasan Brinell dengan variasi waktu aging pada paduan Al-Si-4,5%Cu………… 47Gambar 4.6. Grafik persentase porositas dengan bahan ..…….............. 49Gambar 4.7. Grafik persentase porositas dengan waktu aging paduan Al-Si-4,5%Cu ………….…………. 51Gambar 4.8. Struktur makro Al Si 3Cu (pembesaran 50x)……............. 51Gambar 4.9. Struktur makro Al - Si (pembesaran 50x)...……………... 52Gambar 4.10. Struktur makro Al-Si-4,5%Cu (pembesaran 50x)………………………………………... 52Gambar 4.11. struktur makro Al Si 4,5%Cu aging 12 jam (pembesaran 50x)…………….…………... 53Gambar 4.12. Struktur makro Al Si 4,5%Cu

  

aging 24 jam (pembesaran 50x)…………………............. 53

Gambar 4.13. Struktur makro Al Si 4,5%Cu aging 34 jam (pembesaran 50x)………………….............. 54Gambar 4.14. Struktur makro dudukan shock breaker asli pabrikan (pembesaran 50x)………………………………………. 54Gambar 4.15. Struktur Mikro Al–Si-4%Cu (pembesaran 200x ……….. 55Gambar 4.16. Struktur Mikro Al–Si-4,5%Cu (pembesaran 200x) ……………………………………… 55Gambar 4.17. Struktur mikro Al Si 4.5%Cu aging 24 jam (pembesaran 200x).…………..…………. 56Gambar 4.18. Struktur mikro Al Si 4.5%Cu aging 36 jam (pembesaran 200x)………………………. 56Gambar 4.19. Struktur mikro dudukan shock breaker asli pabrikan (pembesaran 200x)………………………. 57

  DAFTAR TABEL

  BAB II Tabel 2.1. Klasifikasi paduan aluminium cor ………………………. 12 Tabel 2.2. Tabel penggunaan diameter penetrator terhadap

tebal benda uji …………………………………............... 23

Tabel 2.3. Tabel penggunaan diameter penetrator pada bahan logam…………………..………………………….. 24Tabel 2.4. Tabel diameter bola baja terhadap gaya yang diberikan penetrator..………………………… 24

  BAB IV Tabel 4.1. Hasil Pengujian Komposisi Al-Si

(sebelum dicor) ..………………………………………...... 40

Tabel 4.2. Hasil Pengujian Komposisi Al Si 4,5%Cu (setelah dicor)…………….……..………………………... 40

  Tabel

  4.3. Data hasil pengujian impak Charpy...................…………. 42

Tabel 4.4. Data hasil pengujian kekerasan Brinell…...……………… 45Tabel 4.5. Data hasil pengujian porositas………………....………… 48

  DAFTAR PERSAMAAN

  BAB II Persamaan 2.1. Kekerasan Brinell …………….………………...……… 22

Persamaan 2.2. Harga keuletan ………………………………............... 25

Persamaan 2.3. Tenaga untuk mematahkan

(referensi ketinggian)……...…………………………… 25

Persamaan 2.4. Tenaga untuk mematahkan

(referensi sudut)…………...…………………………… 26

Persamaan 2.5. Perhitungan persentase porositas .....………………….. 26

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini

tidak memuat karya atau bagian dari karya orang lain, kecuali seperti yang telah

disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

  Yogyakarta, 24 Juni 2009 Penulis Samuel Novianto

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

  

AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Samuel Novianto

  Nomor Mahasiswa : 075214035

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

SIFAT FISIS DAN MEKANIS PADUAN Al-Si SEBAGAI BAHAN

DUDUKAN SHOCK BREAKER SEPEDA MOTOR

Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan

kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan,

mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data,

mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di internet atau media

lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun

memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai

penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 28 Juli 2009 Yang menyatakan (Samuel Novianto)

BAB I PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

  Dunia teknik mengalami perkembangan yang terus menerus sehingga selalu

orang menemukan atau menyempurnakan sesuatu yang sangat penting bagi

perkembangannya. Bahan – bahan yang berkaitan dengan teknik terus menerus

disempurnakan agar memiliki fungsi yang tinggi dan efisien sesuai dengan

penggunaannya.

  Banyaknya macam bahan teknik memudahkan orang untuk memadukan bahan -

bahan tersebut sehingga mendapat suatu paduan yang paling baik yang memenuhi

tuntutan penggunaanya.

  Salah satu bahan teknik yang banyak dipakai adalah aluminium. Aluminium

telah banyak digunakan dalam berbagai keperluan seperti otomotif, furniture,

konstruksi permesinan, konstruksi bangunan dan lain – lain, karena sifatnya ringan

bila dibandingkan dengan beberapa logam lainnya, ulet, mudah dibentuk, dan

memiliki ketahanan yang baik terhadap korosi. Aluminium telah banyak dipadukan

dengan logam – logam lainnya agar diperoleh sifat yang cocok pada masing –

masing keperluan.

  Berbagai macam proses produksi aluminium dilakukan untuk mendapatkan

suatu properti yang nantinya dibutuhkan dalam berbagai bidang. Salah satu proses

tersebut adalah penuaan (aging). penuaan dengan variasi temperatur dan waktu

dapat memperbaiki sifat fisis dan mekanis.

  Pada penelitian ini dibuat dudukan shock breaker pada sepeda motor yang

berguna sebagai tumpuan serta pegangan shock breaker terhadap swing arm,

dengan bahan paduan aluminium (Al), silikon (Si) dan tembaga (Cu), kemudian

diteliti sifat fisis dan mekanis aluminium silikon setelah dipadukan dengan tembaga

dengan variasi berat, serta diberi perlakuan penuaan, Untuk verifikasi, data tersebut

dibandingkan dengan dumper asli buatan pabrik.

  1.2.Tujuan Penelitian Penelitian ini dilakukan untuk menyelidiki pengaruh penambahan tembaga(Cu)

dan pengaruh penuaan terhadap sifat fisis dan mekanis pada paduan Al-Si. Paduan

ini dibandingkan dengan bahan dudukan shock breaker sepeda motor asli pabrikan.

  1.3.Pembatasan Masalah Penelitian dilakukan untuk Al-Si-Cu dengan variasi penambahan Cu adalah 2%,

3%, 4%, 4,5% berat. Penuaan hanya dilakukan pada paduan Al-Si-4,5 %Cu dengan

waktu 12 jam, 24 jam, 36 jam dengan suhu 200°C. sifat fisis dan mekanis yang

diselidiki meliputi : kekerasan, keuletan, porositas, dan struktur mikro.

  1.4.Sistematika Penulisan Penulisan Tugas Akhir ini akan dibagi dalam beberapa bagian, yaitu : 1.

Bab I membahas mengenai latar belakang penelitian, batasan masalah, tujuan penelitian, dan sistematika penulisan.

  2. Bab II membahas mengenai tinjauan pustaka yang berisi sejarah aluminium, klasifikasi aluminium, sifat-sifat aluminium, paduan aluminium dan pengaruhnya.

  3. Bab III membahas mengenai metode penelitian yang berisi skema penelitian, bahan yang digunakan, alat-alat yang digunakan, serta proses pengujian.

  4. Bab IV membahas mengenai hasil penelitian dan pembahasan yang berisi data dan perhitungan.

  5. Bab V membahas mengenai kesimpulan yang diambil dari perhitungan dari data yang ada.

BAB II DASAR TEORI

2.1. Sejarah Aluminium

  Aluminium (Al) merupakan unsur logam yang banyak dipergunakan setelah besi dan baja, Aluminium telah mengalami perkembangan sejak pertama kali ditemukan, sejarah aluminium diketahui sebagai berikut : 1.

  Tahun 1808 Sir Humphry Davy (Britain) Menemukan logam dalam senyawa dan menamakannya Aluminium.

  2. Tahun 1821 P. Berthier (France) menemukan bauxite.

  3. Tahun 1825 Hans Christian Oersted (Denmark) menemukan cara untuk memperoleh Al murni, dengan mereaksikan potassium amalgam dan hydrous aluminium chloride.

  4. Tahun 1827 Friedrich Wöhler (Germany) menemukan proses pembutan bubuk Al.

  5. Tahun 1845 Wöhler menemukan specific gravity (density) dari aluminium.

  6. Tahun 1854 Al dijual secara komersial.

7. Tahun 1886 Paul Louis Toussaint Héroult (France) dan Charles Martin

  Hall (USA), menemukan proses electric untuk produksi Al terbaru Hall- Héroult process, proses ini digunakan sampai sekarang.

  8. Tahun 1889 Karl Josef Bayer (Austria), menemukan Bayer Process untuk produksi masal Al dari bauxite. ( www.ok.oc.id) Aluminium telah dipakai dalam berbagai keperluan, seperti alat – alat rumah tangga, kantor, konstruksi, transportasi dan lain – lain.

2.2.Proses Produksi Aluminium

  Aluminum diproduksi dari bauksit yang merupakan campuran mineral gibsite [Al(OH)

  3 ], diaspore [AlO(OH)] dan mineral lempung seperti kaolinit

  [Al Si O (OH) ]. Proses produksi aluminium dari bauksit meliputi dua tahap yaitu:

  2

  2

  5

  4

  proses pengolahan alumina (Al

2 O 3 ) dan proses elektrolisa alumina menjadi aluminium atau disebut smelting.

Gambar 2.1. menunjukkan proses aluminium dari tambang hingga dicetak menjadi ingot atau langsung diproses menjadi material jadi atau setengah jadi

  seperti plat, bar, dan sebagainya.

2.2.1. Proses Pengolahan Alumina

Gambar 2.2. menujukkan proses pengolahan bauksit menjadi alumina yang dilakukan melalui suatu rangkaian proses yang disebut proses Bayer, bauksit dari tambang dipecah - pecah menjadi ukuran yang kecil dan seragam, bijih - bijih tersebut kemudian dimasukkan kedalam penggilingan untuk dicampur dengan soda kaustik pada temperatur dan tekanan yang tinggi material yang keluar dari proses ini dinamakan slurry.

Gambar 2.1 Skema Proses Pengolahan Aluminium (www.ok.oc.id)Gambar 2.2 Proses Pengolahan Bauksit menjadi Alumina (www.ok.oc.id)

  Slurry tersebut dipompa ke dalam digester dengan reaksi kimia untuk

  melarutkan alumina, di dalam digester diberikan tekanan di bawah 50 Psi dan dipanaska 145 °C dengan waktu 30 menit hingga beberapa jam. Pada proses ini soda kaustik ditambahkan kembali untuk mengikat zat - zat lain yang tidak diinginkan. Hasil pada proses ini dinamakan sodium aluminat.

  Langkah selanjutnya adalah settling, pada langkah ini menggunakan beberapa filter yang berukuran sangat besar yang berguna memisahkan zat - zat yang telah terikat soda kaustik yang kemudian dibuang. Material yang tertinggal pada filter biasa disebut filter cake. Sodium aluminat yang sudah bersih yang keluar dari proses setlling kemudian dialirkan ke proses selanjutnya yang disebut precipitation.

  Proses precipitation dilakukan pada tangki - tangki besar yang berjumalah 5 bangunan, Proses ini bertujuan untuk mengubah sudium aluminat yang berbentuk liquid menjadi alumina hydrate yang berupa kristal yang kemudian ditransfer melalui conveyor ke proses calcination kilns.

  Calcination adalah pemanasan yang bertujuan untuk memisahkan

  alumiuna dengan air, pada bagian ini terdiri dari tembok batu bata dan api yang disemburkan pada suhu 1100°C. hasil dari proses ini adalah serbuk alumina seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Serbuk Alumina (www.rocksandminerals.com)

    2.2.2. Proses Smelting

  Secara umum langkah mengubah alumina menjadi menjadi aluminium dinamakan smelting atau disebut juga elektrolisa aluminium dengan

  ,

  menggunakan Hall-Héroult process seperti ditunjukkan pada Gambar

  2.4 proses ini memerlukan arus DC dengan tegangan listrik hanya 5,25 volt sedangkan arus yang sangat tinggi yaitu 100000 hingga 150000 ampere.

Gambar 2.4 Hall-Héroult process (www.rocksandminerals.com)

  Proses ini mengakibatkan alumina dalam keadaan cair pada suhu 900°C, arus dialirkan diantara karbon anoda dan katoda, ketika arus fasa diberikan pada alumina, karbon anoda dikombinasikan dengan oksigen reaksi kimia yang terjadi membentuk aluminium dan karbondioksida. Aluminium yang sudah cair akan turun ke dalam wadah secara periodik dan karbondioksida akan keluar dengan sendirinya, aluminium yang telah dihasilkan telah siap diberikan perlakuan lanjutan antara lain rolling, forging, extrution sesuai dengan kebutuhan.

  2.3.Sifat–Sifat Aluminium

  Aluminium merupakan salah satu logam non–ferro yang banyak digunakan karena memiliki sifat–sifat berikut ini (Suroto, hal 83) : a.

  Warna putih kebiru – biruan.

  o b.

  C. Titik cair rendah yaitu ± 600

  3 c.

  Logam yang ringan 2,27 kg/dm d. Tidak beracun.

  e.

  2 O 3 pada

  Penahan korosi yang baik karena terbentuknya lapisan Al permukaannya.

  f.

  Logam yang lunak, kekerasannya 20 BHN.

  g.

  Mudah dikerjakan dalam keadaan dingin.

  h.

  Penghantar listrik dan panas yang baik.

  2.4.Paduan Aluminium

  Dalam keadaan murni aluminium terlalu lunak, kekuatannya rendah untuk dapat dipakai pada berbagai keperluan teknik.

  Dengan pemaduan teknik (alloying), sifat ini dapat diperbaiki, tetapi seringkali sifat tahan korosinya berkurang demikian pula keuletannya.

  Sedikit mangan, silikon dan magnesium, masih tidak banyak mengurangi sifat tahan korosinya, tetapi seng, besi, timah putih, dan tembaga cukup drastis menurunkan sifat tahan korosinya.

2.4.1. Klasifikasi paduan aluminium

  Paduan aluminium diklasifikasikan menjadi dua kelompok umum yaitu : a.

  Paduan Aluminium tempa (wrought aluminium alloys) 1.

   Non Heattreatable alloys Non Heattreatable alloys merupakan paduan yang tidak bisa diberi

  perlakuan panas. Paduan ini memiliki kekuatan yang rendah dan keuletan yang tinggi. Contohnya : paduan Al – Mn dan Al – Mg.

2. Heattreatable alloys

  Paduan ini dapat diberi perlakuan panas untuk mendapatkan sifat yang optimum, yang termasuk jenis ini yakni Avival (Al – Mg – Si) dan duralumin (Al – Cu – Mg).

  b.

  Paduan aluminium yang dapat dituang/cor (cast aluminium alloys) Paduan ini dapat dituang dengan baik dan memiliki kekuatan yang lebih rendah dari paduan aluminium tempa, tetapi lebih kuat dari aluminium murni, yang termasuk jenis ini adalah paduan antara Al – Si (Silumin) dengan Si 8 – 13% atau Al – Mg dengan Mg 2 – 12%.

Tabel 2.1. Klasifikasi paduan aluminium cor (cast auminium alloys)

  (www.ok.oc.id) 2.4.2.

   Paduan Dalam Aluminium

  Fungsi dari penambahan unsur paduan adalah untuk memberikan pengaruh atau melengkapi sifat dasar Aluminium murni. Selain itu, unsur paduan juga berfungsi untuk memperkuat sifat dasar Aluminium dan memperbaiki kualitasnya sehingga menghasilkan aluminium paduan yang sesuai dengan kebutuhan. Berikut ini adalah unsur yang sering dijadikan paduan Alumunium .

  a.

  Silikon ( Si ) Silikon memiliki kelebihan mencolok karena dapat memberikan kemampuan cair yang baik terhadap logam induk. Unsur ini juga mempengaruhi ketahanan korosi, ketahanan panas, serta memberikan sifat

  9XXX Unsur lain

  8XXX Zinc (Zn)

  7XXX Magnesium and Silicon (Mg and Si)

  6XXX Magnesium (Mg)

  5XXX Silicon (Si)

  4XXX Manganese (Mn)

  3XXX Copper (Cu)

  2XXX Aluminum murni, kandungan minimal 99.00%

  1XXX terhadap kondisi permukaan yang bagus / halus untuk material coran. Paduan seri ini termasuk tidak bisa diberi pelakuan panas. Paduan seri 4032 yang mengandung 12,5 % Si mudah ditempa dan memiliki koefisien muai panas sangat rendah. Digunakan untuk piston yang ditempa.

  b.

  Tembaga (Cu) Tembaga dapat memberikan sifat kemampuan cair dan mampu mesin yang baik. Namun bila unsur ini berlebih akan berpengaruh terhadap ketahanan korosi. Paduan ini dapat diberi perlakuan panas terutama yang mengandung (2,5 – 5 %) Cu. Banyak digunakan untuk alat-alat yang bekerja pada temperatur tinggi misalnya pada piston dan silider head motor bakar.

Gambar 2.5 Diagram fasa Al-Cu (Surdia, 1999, hal 129)

  Pada diagram fasa paduan Al-Cu seperi ditunjukkan oleh Gambar 2.5. terlihat bila paduan pada komposisi tertentu, misalnya Al-4% Cu didinginkan dari larutan padat yang homogen sampai pada temperatur memotong kurva pelarutan unsur kedua dimana konsentrasinya mencapai jenuh. Selanjutnya dengan pendinginan yang lebih jauh dari keadaan kesetimbangan fasa kedua akan terpresipitasikan.

  c.

  Mangan (Mn) Unsur ini berpengaruh terhadap ketahanan, kekerasan unsur, dan ketahanan korosi. Namun bila unsur ini berlebih akan menurunkan kemampuan tuang dan mengkasarkan butir partikel sehingga akan berpengaruh terhadap permukaan. Paduan dalam seri ini tidak dapat dikeraskan dengan perlakuan panas. Seri 3003 dengan 1,2 % Mn mudah dibentuk tahan korosi dan weldability-nya baik (mampu las).Banyak digunakan untuk pipa, tangki minyak d.

  Magnesium (Mg) Dengan memadukan unsur ini, diharapkan akan mendapat sifat ringan pada material karena berat jenis Magnesium adalah yang paling ringan, yaitu

  1,89 g/cm3. Unsur ini juga mampu menahan oksidasi dan retak pada suhu tinggi. Seri ini umumnya tidak bisa diberi perlakuan panas. Seri 5052 dengan 2,5 % Mg banyak digunakan untuk campuran minyak dan bahan bakar pesawat terbang. Seri 5005 dengan 0,8 % Mg banyak digunakan sebagai batang profil extrusi. Seri 5050 dengan 1,2 % Mg dipakai sebagai pipa saluran minyak dan gas pada kendaraan. e.

  Nikel (Ni) Unsur ini mempengaruhi sifat keras, keliatan, tahan api, panas dan asam.

  f.

  Besi (Fe) Ferro berfungsi untuk mencegah penempelan logam cair pada cetakan selama proses penuangan. Namun bila unsur ini berlebih akan menurunkan kekuatan tarik dan meningkatkan kekerasan sehingga akan sulit dalam proses machining.

  g.

  Seng (Zn) Dalam paduan aluminium, unsur Zn memberi keuntungan meningkatkan sifat mampu cor, meningkatkan kemampuan di mesin, mempermudah dalam pembentukan, dan meningkatkan kekuatan terhadap beban kejut. Dalam paduan aluminium, unsur Zn memberi kerugian menurunkan ketahanan korosi, menurunkan pengaruh baik dari unsur besi, dan bila kadar Zn terlalu tinggi dapat menimbulkan cacat rongga udara.

  h.

  Titanium (Ti) Pengaruh baik Ti dalam paduan aluminium dapat meningkatkan kekuatan hasil cor pada temperatur tinggi, memperhalus butir kristal dan permukaan, dan mempermudah proses penuangan. Unsur titanium juga mempunyai pengaruh buruk yaitu menaikkan viskositas logam cair dan mengurangi fluiditas logam cair.

2.5.Penuaan (Aging) Paduan Aluminium

  Perlakuan panas adalah suatu proses pemanasan atau pendinginan logam dalam keadaan padat untuk mengubah sifat-sifat fisis dan mekanis logam tersebut.

  Bahan yang diberi perlakuan panas bisa dikeraskan sehingga tahan aus dan kemampuan potongnya meningkat, atau dapat dilunakkan sehingga dapat memudahkan dalam permesinan lanjut, melalui perlakuan panas yang tepat maka tegangan dalam dapat dihilangkan, besar butiran dapat diperbesar atau diperkecil, ketangguhan ditingkatkan, dan dapat dihasilkan suatu permukaan yang keras disekeliling yang ulet.

  Untuk melakukan perlakuan panas yang tepat, bahan yang akan diberi perlakuan panas harus diketahui komposisi kimianya, dan diharapkan setelah perlakuan maka perubahan sifat fisis akan diketahui.

  Salah satu perlakuan panas untuk aluminium adalah penuaan, penuaan adalah pemanasan kembali pada suhu yang tidak terlalu tinggi pada waktu tertentu untuk menghilangkan dislokasi akibat presipitasi partikel dengan deformasi partikel sehingga paduan megalami penguatan.

Gambar 2.6 Diagram temperatur perlakuan panas dengan waktu (Sil cock, 1973)Gambar 2.7 Pengerasan penuaan dua tahap dari paduan Al-4%Cu (Surdia1999, hal

  133) Pada suhu pada level dimana akan larut misalkan 175°C, atom tembaga akan berdifusi dan mengelompok. Kelompok atom tembaga tersebut mengakibatkan timbulnya daerah dengan regangan besar dalam kisi Kristal K larutan aluminium – tembaga dan menghalangi dislokasi. Dengan demikian, terjadilah peningkatan kekerasan dan kekuatan.

  Bila difusi berlangsung terus menerus akan terbentuk partikel senyawa CuAl

  2 , sehingga regangan kisi akan berkurang akan berkurang, kekerasan dan kekuatan akan turun lagi.

  Titik cair paduan aluminium ± 600°C, pada suhu ruang terjadi juga difusi inter-atom meski hanya menjangkau beberapa kisi kristal dan berhari – hari lamanya. Oleh karena itu, pengerasan endapan pada suhu ruang berlangsung lambat, dan disebut natural aging.

  Pada sistem paduan, dimana 0,3 T m berada di atas suhu ruang, aglomerisasi atom larut yang diperlukan untuk menguatkan paduan harus dilakukan dengan pemanasan bahan pada suhu yang lebih tinggi untuk waktu tertentu. Proses ini disebut penuaan buatan (artificial aging). Paduan aluminium dapat mengalami sepuh buatan untuk mengendalikan atau mempercepat proses presipitasi dengan lebih baik. Pemanasan selama 18 jam pada suhu 160°C atau 6 jam pada suhu 180°C setara dengan penuaan alami (natural aging) pada suhu ruang selama lima hari. Untuk kedua kasus tersebut di atas, akan terjadi sepuh lewat bila perlakuan panas dibiarkan terlalu lama.

  Penuaan buatan (artificial aging) dapat dimanfaatkan untuk mengendalikan sifat dan kekuatan paduan dengan baik.

2.6.Pengujian Bahan

   Pengujian bahan dimaksudkan untuk mengetahui sifat-sifat bahan itu

  sendiri. Sifat-sifat suatu bahan meliputi : a. sifat mekanik

  Tujuan pengujian mekanik suatu logam, yakni dengan percobaan - percobaan yang dilakukan terhadap suatu logam, untuk mendapatkan data - data yang dapat menunjukkan sifat - sifat mekanik logam tersebut.

  b. sifat fisik

  Struktur makro, struktur mikro, kerapatan, konduktivitas listrik, konduktivitas panas, panas spesifik, suhu dan panas laten transformasi, koefisien dilatasi, reflektivitas, emissivitas, energi permukaan, energi ikatan atom, dll.

  Secara garis besar, pengujian mekanis terhadap benda uji dapat dibedakan atas :

  1. Pengujian bersifat merusak benda uji (destruktif), yang meliputi : uji tarik, uji kekerasan, uji kelelahan, uji impak, uji lengkung, uji tekan, dll.

  2. Pengujian bersifat tidak merusak benda uji (nondestruktif) yang meliputi :

  Pengujian pewarnaan, pengujian dengan arus Eddy, pengujian penyinaran, pengujian ultrasonik, penujian pancaran akustikdll.

  Pada penelitian sifat fisis dan mekanis alumunium paduan dalam pengujian ini dilakukan uji impak, uji kekerasan, uji porositas, dan uji struktur mikro.

2.6.1. Pengujian Impak

  Pada pengujian ini diperoleh data tentang sifat bahan itu terhadap pengaruh beban kejut, dan ini penting artinya terhadap bahan - bahan yang rapuh.

  Benda uji yang telah ditempatkan pada mesin uji sistem ayun. Pemukul kemudian diayunkan dari ketinggian tertentu sampai benda uji itu patah.

Gambar 2.9. menunjukkan prinsip pengujian impak dengan metode Charpy(Suroto, hal 10 ).Gambar 2.9 Pengujian impak Charpy

  Perhitungan harga keuletan adalah sebagai berikut : Tenaga untuk mematahkan (J)

  Harga Keuletan = ……………… (2.1) Luas penampang pada takik(cm2 )

  Untuk mencari tenaga untuk mematahkan dari pengujian ini bisa menggunakan 2 cara, cara yang pertama yaitu menggunakan perhitungan dari posisi pengayun dari awal ayunan (tinggi H) dan posisi tertinggi ayunan setelah menabrak spesimen (tinggi (h) Tenaga untuk mematahkan: GH – Gh = G(H-h) Joule……………………………………….. (2.2)

  Tenaga untuk mematahkan juga dapat diperoleh dengan cara perhitungan sudut, variabel yang diperlukan adalah sudut ayunan tanpa menabrak spesimen ( β) dan sudut ayunan setelah menabrak spesimen (

  α) Tenaga untuk mematahkan: G x R x ( cos ß - cos

  α) Joule ………………….………………. (2.3)

2.6.2. Pengujian kekerasan

  Pengujian kekerasan yang paling banyak dipakai ialah dengan menekankan penekanan tertentu kepada benda uji dengan beban tertentu dan dengan mengukur ukuran bekas penekanan yang terbentuk di atasnya, cara ini dinamakan cara kekerasan penekanan. Selanjutnya cara lain adalah dengan menjatuhkan bola dengan ukuran tertentu dari ketinggian tertentu diatas benda uji dan diperoleh tinggi pantulannya.

  Pada penelitian ini menggunakan pengujian kekerasan Brinell. Tujuan pengujian ini adalah untuk menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap bola baja yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut disarankan agar pengujian Brinell ini hanya diperuntukkan bagi material yang memiliki kekerasan Brinell sampai 400 (ditulis 400HB). Lebih dari itu dipakai pengujian Rocwell atau Vickers.

Gambar 2.8. menunjukkan prinsip dalam proses pengujian kekerasan Brinell (Suroto, hal 14 - 15 ).

  a.

  Gaya penetrator b. Diameter bekas injakan c.

  Jangkauan diameter bekas injakan

Gambar 2.8 Pengujian kekerasan Brinell Sedangkan kekerasan Brinell diberi simbol dengan HB atau BHN (Brinell Hardness Number) dihitung dengan rumus (Bradbury, E. J., 1991, hal 82

  )

  : HB =

  Luas injakan bekas penampang Gaya penetrator pada bekerja ₂

  mm kg

  HB =

  ) d D - D ( D x

  2P _{2 2} − π ² mm kg

  ……………… (2.4) Keterangan :

  P = Gaya yang bekerja pada penetrator (kg) D = Diameter penetrator (mm) d = Diameter bekas injakan atau penekanan (mm)

  Hal – hal yang perlu diperhatikan dalam pengujian kekerasan Brinell : 1.

  Lama pengujian (pembebanan uji) pada penelitian ini adalah 30 detik ( karena non ferro, untuk ferro adalah 15 detik)

2. Pada umumnya tempat pusat pengujian berjarak sekurang - kurangnya

  2d dari tepi material uji dan jarak pengujian satu terhadap yang lain sekurang - kurangnya 3d. Percobaan harus dilakukan sedemikian rupa, sehingga tidak ada hal - hal yang yang menyebabkan kelirunya hasil uji, misalnya tonjolan pada pinggiran luka tekan atau terlemparnya bola uji.