Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

  

PENGARUH AGING TERHADAP SIFAT FISIS DAN

MEKANIS PADUAN ALUMINIUM

Nomor Soal : 716 / TA / FT_USD / TM / September / 2006

TUGAS AKHIR

  

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

  

Disusun Oleh

FRANSISKUS IPRAN

NIM : 015214086

  

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2007

  

THE EFFECT OF AGING ON PHYSICAL AND

MECHANICAL PROPERTIES OF ALUMINIUM ALLOYS

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

to Obtain the Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

  

By :

FRANSISKUS IPRAN

Study Number : 015214086

  

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SAINS AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2007

  

TUGAS AKHIR

PENGARUH AGING TERHADAP SIFAT FISIS

DAN MEKANIS PADUAN ALUMINIUM

Disusun oleh :

Fransiskus Ipran

  

NIM : 015214086

Telah disetujui oleh :

Pembimbing I

Doddy Purwadianto, S.T., M.T. Tanggal : 17 September 2007

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang

pernah diajukan untuk memperolah gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan

sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah

ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam

naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

  Yogyakarta, 27 Agustus 2007 Fransiskus Ipran

  

Suatu visi tidak akan berarti bila tidak mengembangkan suatu

strategi dan untuk meraihnya.

  By : Gendron

Jika engkau bijak, kebijakanmu itu bagimu sendiri, jikalau

engkau mencemooh, engkau sendirilah orang yang akan

menanggungnya.

  (Amsal 9 : 12)

Berpeganglah pada didikan, janganlah melepaskannya,

peliharalah dia, karena dialah hidupmu.

  (Amsal 4 : 13) “USAHA” Untuk Sukses Aku Harus Aktif !!!

  I dedicate my Final Project simply to :

Tuhan Yesus Kristus dan Bunda Maria yang

selalu memberi kasih, kekuatan, dan membentuk

hidupku menjadi lebih indah. Ajarilah aku untuk selalu bersyukur atas semua itu. Bapak Ewaldus Edy dan Ibu Florensia Ernawati, terima kasih atas doa, dukungan dan kasih sayang serta perhatian Bapak dan Ibu. Ketiga adikku (Martina beserta keluarga, Siska

dan de’ Gia) terima kasih atas semua masukan,

doa dan dukungannya.

  

Yang paling spesial di Ati (Lucia Santi)

terima kasih atas doa, semangat, nasehat dan

dukungannya.

  

Almamaterku Teknik Mesin Sanata Dharma,

disinilah aku menemukan jati diriku.

  KATA  PENGANTAR  Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yesus Kristus dan Bunda Maria, yang telah

memberikan berkat, semangat, rahmat dan cinta kasih yang berlimpah di dalam

penulisan tugas akhir ini hingga selesai.

Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi bagi mahasiswa

Teknik Mesin sebelum dinyatakan lulus sebagai Sarjana Teknik. Dalam pelaksanaan

dan penulisan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, baik berupa

materi, bimbingan, kerja sama serta dukungan moril. Dalam kesempatan ini penulis

mengucapkan terima kasih kepada :

  1. Romo Ir. Greg Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc. selaku Dekan

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma.

  3. Bapak Ir. Rines, M.T. selaku dosen pembimbing akademik.

  4. Bapak Doddy Purwadianto, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing Tugas Akhir.

  5. Seluruh Dosen dan Karyawan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

  6. Bapak Martono, Bapak Rony, Bapak Intan, Bapak Wardoyo dan semua laboran yang banyak membantu dalam penelitian.

  7. Bapak Ewaldus Edy dan Ibu Florensia Ernawati selaku orang tua penulis selalu mendukung baik moril maupun materi, terima kasih atas kesabaran, kepercayaan dan doanya selama ini.

  8. Katarina Martina beserta keluarga, Siska, Gia serta seluruh keluarga yang banyak membantu.

  9. Lucia Santi yang selalu memberi semangat dan dorongannya.

  10. Teman-teman TEKSAPALA, atas kebersamaan dan dukungannya.

  11. Teman-teman DKD, Josua, Simon, Dedet, Lambertus, Agustinus, Erik, Redy, Juvensius, Jefry, Prisko, Hardi, Heru, Yudiatno, Agon, Fero, Maman, Nicko.

  12. Teman-teman Teknik Mesin USD, Sakius Ginting, Edy, Willy, Teguh, Apryadi, Anggi, Alex, U’ux dan seluruh teman-teman Teknik Mesin angkatan 2001.

  13. Rekan-rekan dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu-persatu yang telah membantu dalam penulisan tugas akhir ini.

  Penulis Fransiskus Ipran

  

INTISARI

Pada penelitian ini bahan yang digunakan berupa paduan aluminium, dengan

komposisi kimia 94,03% Al, 0,58% Cu, 2,73% Si, dan unsur lain-lain sebesar 2,64%.

Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis lelah paduan

aluminium setelah mendapat perlakuan panas aging dan perlakuan panas aging

disertai pendinginan cepat dengan media air.

  Proses penelitian yang dilakukan adalah paduan aluminium diberi perlakuan

panas aging dan perlakuan panas aging disertai pendinginan cepat dengan 2 variasi

o

suhu dan dipertahankan selama 24 jam. Variasi suhu yang digunakan adalah : 175 C

o dan 200

  C. Setelah mendapat perlakuan panas aging dan perlakuan panas aging

disertai pendinginan cepat maka dilakukan pengujian bahan untuk mengetahui sifat

fisis dan mekanis. Pengujin bahan yang dilakukan adalah uji tarik, uji kelelahan,

analisis struktur makro dan mikro dan uji kekerasan Brinell.

  Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa kekuatan tarik benda uji aging o

  2

suhu 175 C yang disertai pendinginan cepat (16,276 kg/mm ) memiliki kekuatan

o

  2

tarik lebih besar dari benda uji aging suhu 175 C (16,113 kg/mm ), dan kekuatan

o

  2

tarik benda uji aging suhu 200 C yang disertai pendinginan cepat (17,777 kg/mm )

o

memiliki kekuatan tarik lebih besar dari benda uji aging suhu 200 C (16,052

  2

kg/mm ). Ketahanan lelah aluminium dibandingkan terhadap baban yang sama yaitu

12,5 kg pada masing-masing perlakuan panas, benda uji aging suhu 200°C disertai

pendinginan cepat (2.205.185 siklus) memiliki siklus lebih banyak dari benda uji

aging suhu 200°C (445.785 siklus), dan benda uji aging suhu 175°C (1.355.704

siklus) memiliki siklus lebih banyak dari benda uji aging suhu 175°C yang disertai

pendinginan cepat (1.304.884 siklus). Struktur makro pada pengujian kalelahan

menunjukkan bahwa benda uji memiliki bentuk patahan yang ralatif halus pada

pembebanan terkecil. Pada pengujian struktur mikro, bahan yang mengalami

perlakuan panas aging suhu 175°C dan suhu 200°C memiliki butiran yang lebih

besar, merata dan teratur dibandingkan terhadap bahan aging suhu 175°C dan suhu

200°C yang disertai pendinginan cepat terlihat bentuk butiran yang tidak teratur. Pada

hasil pengujian kekerasan Brinell menunjukkan bahwa kekerasan pada benda uji

o

aging suhu 175 C (79,33 BHN) memiliki nilai kekerasan lebih besar dari benda uji

o

aging suhu 175 C yang disertai pendinginan cepat (72,83 BHN), dan pada benda uji

o

aging suhu 200 C yang disertai pendinginan cepat (79,33 BHN) memiliki nilai

o kekerasan lebih besar dari benda uji aging suhu 175 C (72,83 BHN).

  DAFTAR ISI

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

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

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

HALAMAN PERNYATAN KEASLIAN KARYA .............................................. v

HALAMAN MOTTO ............................................................................................ vi

HALAMAN PERSEMBAHAN ........................................................................... vii

KATA PENGANTAR ......................................................................................... viii

  

INTISARI ................................................................................................................ x

DAFTAR ISI .......................................................................................................... xi

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xv

DAFTAR TABEL .............................................................................................. xix

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1

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

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

  1.3. Batasan Masalah .......................................................................... 2

  

BAB II DASAR TEORI .................................................................................. 4

  2.1. Sifat-sifat Aluminium .................................................................. 5

  2.2. Produksi Alumina ........................................................................ 6

  2.2.1. Proses Pengolahan Alumina ............................................ 7

  2.2.2. Preoses Elektrolisa Alumina Menjadi Aluminium .......... 7

  2.3. Aluminium Murni ...................................................................... 9

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

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

  2.4.2. Paduan Aluminium Cor ................................................. 12

  2.4.3. Paduan Al-Cu ................................................................ 14

  2.4.4. Paduan Al-Si, Al-Si-Mg dan Al-Si-Cu .......................... 15

  2.4.6. Paduan Al-Mn ............................................................... 18

  2.10. Pengujian Struktur Kristal ......................................................... 38

  3.2. Bahan Yang Digunakan ............................................................. 51

  3.1. Diagram Alir Penelitian ............................................................. 50

  

BAB III METODE PENELITIAN ................................................................. 50

  2.13. Retakan (Crack) ......................................................................... 49

  2.12.2. Hal-hal Yang Berpengaruh Pada Kegagalan Lelah ....... 47

  2.12.1. Pengertian Kelelahan ..................................................... 43

  2.12. Kelelahan Pada Bahan Uji ......................................................... 43

  2.11.2. Putus Pada Benda Uji .................................................... 43

  2.11.1. Patah Pada Benda Uji .................................................... 39

  2.11. Patahan dan Putus Pada Benda Uji ............................................ 39

  2.10.2. Pengujian Struktur Mikro ............................................. 38

  2.10.1. Pengujian Struktur Makro ............................................. 38

  2.9.1. Pengujian Kekerasan ..................................................... 33

  2.4.7. Paduan Al-Mg-Zn .......................................................... 19

  2.9. Pengujian Tak Merusak ............................................................. 33

  2.8.2. Pengujian Kelelahan ...................................................... 32

  2.8.1. Pengujian Tarik .............................................................. 28

  2.8. Pengujian Merusak .................................................................... 28

  2.7. Pengujian Bahan ........................................................................ 25

  2.6.5. Normalizing ................................................................... 25

  2.6.4. Quenching ...................................................................... 25

  2.6.3. Aging ............................................................................. 24

  2.6.2. Annealing ...................................................................... 24

  2.6.1. Tempering ...................................................................... 23

  2.6. Perlakuan Panas ......................................................................... 23

  2.5. Pengaruh Unsur Paduan Dalam Aluminium ............................. 19

  2.4.8. Paduan Aluminium Tahan Panas ................................... 19

  3.3. Peralatan Yang Digunakan ........................................................ 51

  3.4.1. Bahan Pengujian Tarik .................................................. 52

  3.4.2. Bahan Pengujian Kelelahan ........................................... 53

  3.4.3. Bahan Pengujian Kekerasan dan Struktur Mikro .......... 54

  3.5. Proses Perlakuan Panas Aging .................................................. 55

  3.6. Pengujian Bahan ........................................................................ 57

  3.6.1. Pengujian Tarik ............................................................. 57

  3.6.2. Pengujian Kelelahan ...................................................... 58

  3.6.3. Pengujian Kekerasan Brinell ......................................... 59

  3.6.4. Pengujian Struktur Mikro ............................................. 61

  3.6.5. Pengujian Struktur Makro ............................................. 62

  

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ............................... 63

  4.1. Hasil Uji Komposisi .................................................................. 63

  4.2. Hasil Pengujian Tarik ................................................................ 63

  4.2.1. Data Hasil Pengujian Tarik ........................................... 64

  4.2.2. Perhitungan Uji Tarik .................................................... 65

  4.2.3. Pembahasan Uji Tarik ....................................................66

  4.3. Hasil Pengujian Kelelahan ........................................................ 68

  4.3.1. Data Hasil Pengujian Kelelahan .................................... 68

  4.3.2. Pembahasan Uji Kelelahan ............................................ 74

  4.4. Hasil Pengujian Struktur Mikro ................................................. 75

  4.4.1. Gambar Hasil Pengujian Struktur Mikro ....................... 75

  4.4.2. Pembahasan Struktur Mikro .......................................... 77

  4.5. Hasil Pengujian Struktur Makro ................................................ 78

  4.5.1. Pengamatan Struktur Patahan ........................................ 78

  4.5.2. Data Hasil Pengujian Struktur Makro ............................ 79

  4.6. Hasil Pengujian Kekerasan Brinell ............................................ 84

  4.6.1. Data Hasil Pengujian Kekerasan Brinell ....................... 85

  4.6.2. Pembahasan Uji Kekerasan Brinell ............................... 87

  

BAB V PENUTUP ......................................................................................... 88

  5.1. Kesimpulan ................................................................................ 88

  5.2. Saran .......................................................................................... 89

  DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Proses elektrolisa alumina dengan Dapur Cell ............................... 8Gambar 2.2. Proses elektrolisa alumina menjadi aluminium .............................. 9Gambar 2.3. Hubungan tegangan dan regangan uji tarik ................................... 29Gambar 2.4. Prinsip uji kekerasan Brinell .......................................................... 34Gambar 2.5. Irisan penampang uji kekerasan Brinell ......................................... 34Gambar 2.6. Bentuk penampang patah ............................................................... 40Gambar 2.7. Bentuk lekukkan hasil patahan paduan Al-Cu ............................... 41Gambar 2.8. Macam-macam bentuk patahan ...................................................... 42Gambar 2.9. Retak ductile paduan Al-Cu ........................................................... 42Gambar 2.10. Pengujian kelelahan ....................................................................... 44Gambar 2.11. Hubungan tegangan (S) dengan jumlah siklus (N) ........................ 46Gambar 3.1. Diagram alir penelitian ................................................................... 50Gambar 3.2. Spesimen uji tarik ........................................................................... 52Gambar 3.3. Spesimen uji kelelahan ................................................................... 54Gambar 3.4. Spesimen uji kekerasan .................................................................. 55Gambar 3.5. Oven perlakuan panas .................................................................... 56Gambar 3.6. Mesin uji tarik ................................................................................ 58Gambar 3.7. Mesin uji kelelahan ........................................................................ 59Gambar 3.8. Mesin uji kekerasan ........................................................................ 60Gambar 3.9. (a) Mikroskop dan kamera; (b) Loop ............................................. 61Gambar 4.1. Grafik perbandingan kekuatan tarik maksimum terhadap masing-masing perlakuan panas .................................................... 66Gambar 4.2. Grafik perbandingan regangan terhadap benda uji pada masing-masing perlakuan panas .................................................... 67Gambar 4.3. Grafik S-N spesimen perlakuan panas aging 175°C selama 24 jam ............................................................................................. 70Gambar 4.4. Grafik S-N spesimen perlakuan panas aging suhu 175°C disertai pendinginan cepat .............................................................. 71Gambar 4.5. Grafik S-N spesimen perlakuan panas aging 200°CGambar 4.6. Grafik S-N spesimen perlakuan panas aging suhu 200°C disertai pendinginan cepat .............................................................. 73

  2

  , Siklus 1.697 ................................................................................... 81

  2

Gambar 4.18. Penampang patahan lelah material aging suhu 200°C selama 24 jam dengan tegangan lengkung 12,791 kg/mm

  , siklus 1.098.186 ............................................................................. 81

  2

Gambar 4.17. Penampang patahan lelah material aging suhu 175°C disertai pendinginan cepat dengan tegangan lengkung 7,568 kg/mm

  , siklus 4.448 .................................................................................... 80

  2

Gambar 4.16. Penampang patahan lelah material aging suhu 175°C disertai pendinginan cepat dengan tegangan lengkung 12,968 kg/mm

  , siklus 2.130.727 ............................................................................. 80

Gambar 4.15. Penampang patahan lelah material aging suhu 175°C selama 24 jam dengan tegangan lengkung 7,074 kg/mmGambar 4.7. Grafik S-N spesimen perlakuan panas aging suhu 175°C selama 24 jam dan aging suhu 175°C disertai pendinginan cepat ............. 73

  , siklus 858.131 ................................................................................ 79

  2

Gambar 4.14. Penampang patahan lelah material aging suhu 175°C selama 24 jam dengan tegangan lengkung 7,568 kg/mm

  , siklus 39.540 .................................................................................. 79

  2

Gambar 4.13. Penampang patahan lelah material aging suhu 175°C selama 24 jam dengan tegangan lengkung 12,850 kg/mmGambar 4.12. Struktur mikro benda uji aging suhu 200°C disertai pendinginan cepat ...........................................................................77Gambar 4.11. Struktur mikro benda uji aging suhu 200°C selama 24 jam .......... 76Gambar 4.10. Struktur mikro benda uji aging suhu 175°C disertai pendinginan cepat .............................................................. 76Gambar 4.9. Struktur mikro benda uji aging suhu 175°C selama 24 jam .......... 75Gambar 4.8. Grafik S-N spesimen perlakuan panas aging suhu 200°C selama 24 jam dan aging suhu 200° disertai pendinginan cepat ................ 74Gambar 4.19. Penampang patahan lelah material aging suhu 200°C

  siklus 426.798 ................................................................................ 82

Gambar 4.20. Penampang patahan lelah material aging suhu 200°C

  2

  selama 24 jam dengan tegangan lengkung 6,779 kg/mm , siklus 2.063.610 ............................................................................. 82

Gambar 4.21. Penampang patahan lelah material aging suhu 200°C disertai

  2

  pendinginan cepat dengan tegangan lengkung 13,972 kg/mm , siklus 2.732 .................................................................................... 83

Gambar 4.22. Penampang patahan lelah material aging suhu 200°C disertai

  2

  pendinginan cepat dengan tegangan lengkung 7,663 kg/mm , siklus 1.692.116 ............................................................................. 83

Gambar 4.23. Penampang patahan lelah material aging suhu 200°C disertai

  2

  pendinginan cepat dengan tegangan lengkung 7,368 kg/mm , siklus 2.205.185 ............................................................................. 84

Gambar 4.24. Grafik rata-rata kekerasan Brinell ................................................. 87

  Gambar L.1. Spesimen 1 grafik uji tarik bahan aging suhu 175°C selama 24 jam ................................................................................ 93 Gambar L.2. Spesimen 2 grafik uji tarik bahan aging suhu 175°C selama 24 jam ................................................................................ 93 Gambar L.3. Spesimen 3 grafik uji tarik bahan aging suhu 175°C selama 24 jam ................................................................................ 93 Gambar L.4. Spesimen 1 grafik uji tarik bahan aging suhu 175°C disertai pendinginan cepat .......................................................................... 93 Gambar L.5. Spesimen 2 grafik uji tarik bahan aging suhu 175°C disertai pendinginan cepat .......................................................................... 94 Gambar L.6. Spesimen 3 grafik uji tarik bahan aging suhu 175°C disertai pendinginan cepat .......................................................................... 94 Gambar L.7. Spesimen 1 grafik uji tarik bahan aging suhu 200°C selama 24 jam ................................................................................ 94 Gambar L.8. Spesimen 2 grafik uji tarik bahan aging suhu 200°C selama 24 jam ................................................................................ 94 Gambar L.9. Spesimen 3 grafik uji tarik bahan aging suhu 200°C

  Gambar L.10. Spesimen 1 grafik uji tarik bahan aging suhu 200°C disertai pendinginan cepat .......................................................................... 95 Gambar L.11. Spesimen 2 grafik uji tarik bahan aging suhu 200°C disertai pendinginan cepat .......................................................................... 95 Gambar L.12. Spesimen 3 grafik uji tarik bahan aging suhu 200°C disertai pendinginan cepat .......................................................................... 95 Gambar L.13. Foto perbesaran kawat ................................................................... 99

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Sifat-sifat fisik aluminium .................................................................. 9Tabel 2.2. Sifat-sifat mekanik aluminium ........................................................... 10Tabel 2.3. Klasifikasi paduan aluminium cor ...................................................... 12Tabel 2.4. Klasifikasi paduan aluminium tempa ................................................. 12Tabel 2.5. Sifat-sifat mekanis paduan aluminium cor menurut aluminium association ........................................................................ 13Tabel 2.6. Pengaruh unsur paduan pada aluminium ............................................ 13Tabel 2.7. Fasa presipitasi terbentuk selama penuaan paduan biner

  Al-Cu (Silcock dkk) ........................................................................... 15

Tabel 2.8. Kekuatan tarik panas paduan Al–Si–Ni–Mg ...................................... 16Tabel 2.9. Sifat-sifat mekanis paduan Al–Mg Si ................................................. 16

  2 Tabel 2.10. Sifat-sifat mekanik paduan Al–Cu–Mg .............................................. 18

Tabel 2.11. Penggunaan penetrator untuk uji kekerasan Brinell .......................... 35Tabel 3.1. Ukuran spesimen pengujian tarik menurut standar SII 1048-76 ........ 53Tabel 4.1. Komposisi paduan aluminium ............................................................ 63Tabel 4.2. Data pengujian tarik benda uji aging suhu 175°C selama 24 jam ...... 64Tabel 4.3. Data pengujian tarik benda uji aging suhu 175°C disertai pendinginan cepat ............................................................................... 64Tabel 4.4. Data pengujian tarik benda uji aging suhu 200°C selama 24 jam ...... 64Tabel 4.5. Data pengujian tarik benda uji aging suhu 200°C disertai pendinginan cepat ............................................................................... 65Tabel 4.6. Data uji tarik rata-rata ........................................................................ 66Tabel 4.7. Data hasil pengujian kelelahan proses aging suhu 175°C selama 24 jam ..................................................................................... 69Tabel 4.8. Data hasil pengujian kelelahan proses aging suhu 175°C disertai pendinginan cepat ............................................................................... 70Tabel 4.9. Data hasil pengujian kelelahan proses aging suhu 200°C selama 24 jam ..................................................................................... 71Tabel 4.10. Data hasil pengujian kekerasan proses aging suhu 200°C disertaiTabel 4.11. Data hasil pengujian kekerasan meterial aging suhu 175°C ............... 85Tabel 4.12. Data hasil pengujian kekerasan meterial aging suhu 175°C disertai pendinginan cepat ................................................................... 85Tabel 4.13. Data hasil pengujian kekerasan meterial aging suhu 200°C ............... 86Tabel 4.14. Data hasil pengujian kekerasan meterial aging suhu 200°C disertai pendinginan cepat .................................................................. 86

BAB I PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG PENELITIAN

  Perkembangan teknologi yang semakin pesat khususnya dalam bidang industri menyebabkan kebutuhan akan bahan meningkat dari waktu ke waktu.

  Karena kebutuhan akan bahan yang semakin meningkat itulah yang memotivasi manusia untuk berkembang dengan melakukan berbagai penelitian untuk mendapatkan dan mengetahui sifat mekanik dari bahan-bahan industri. Bahkan mereka berinovasi dengan berbagai cara untuk mendapatkan dan mengetahui sifat mekanik, sifat fisis, serta komposisi dari suatu bahan dengan berbagai metode perlakuan untuk mendapatkan suatu bahan yang memiliki sifat-sifat yang diinginkan.

  Berdasarkan hal tersebut, penulis mencoba melakukan penelitian mengenai pengaruh aging terhadap aging disertai pendinginan cepat dengan menggunakan media air pada paduan aluminium. Penulis memilih paduan aluminium sebagai bahan penelitian untuk tugas akhir, karena penggunaan aluminium yang semakin banyak diberbagai bidang dewasa ini. Ini disebabkan oleh sifat-sifat aluminium yang merupakan logam ringan, tahan korosi dan mudah dibentuk.

  Sifat-sifat yang dimiliki suatu logam dapat diperbaiki dengan suatu perlakuan panas, ataupun dengan penambahan unsur lain. Penelitian ini untuk mengetahui perubahan sifat paduan aluminium dalam hubungannya dengan banyak dipergunakan untuk keperluan industri diantaranya bahan pesawat terbang, mobil, kapal laut, konstruksi dan lain sebagainya.

  1.2 TUJUAN PENELITIAN

  Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan pengaruh aging terhadap pengaruh aging yang disertai pendinginan cepat dengan menggunakan media air pada sifat fisis dan mekanis paduan aluminium (Al-Si-Cu) yaitu :

  1. Membandingkan uji tarik bahan yang mengalami perlakuan panas aging terhadap pengaruh aging disertai pendinginan cepat.

  2. Membandingkan uji kelelahan bahan yang mengalami perlakuan panas aging terhadap pengaruh aging disertai pendinginan cepat.

  3. Membandingkan struktur mikro bahan yang mengalami perlakuan panas aging terhadap pengaruh aging disertai pendinginan cepat.

  4. Membandingkan struktur makro patahan bahan yang mengalami perlakuan panas aging terhadap pengaruh aging disertai pendinginan cepat.

  5. Membandingkan uji kekerasan Brinell bahan yang mengalami perlakuan panas aging terhadap pengaruh aging disertai pendinginan cepat.

  1.3 BATASAN MASALAH

  Dalam penelitian ini diberikan batasan-batasan agar dapat terarah dan sistematis. Paduan aluminium (Al-Si-Cu) dengan komposisi bahan telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya (Sakius Ginting, Tugas Akhir, FT USD 2006). dengan menggunakan media air, dengan lama aging 24 jam dengan variasi suhu 175°C dan 200°C. Adapun pengujian yang bersifat mekanis yaitu: uji tarik dan uji

  

kelelahan serta uji kekerasan Brinell, sedangkan pengujian yang bersifat fisis

yaitu struktur mikro dan struktur makro.

BAB II DASAR TEORI Aluminium merupakan unsur logam yang banyak terdapat di alam, karena

  pada kerak bumi 8 % adalah aluminium. Pertama kali aluminium ditemukan sebagai unsur oleh Sir Humphey Davy pada tahun 1809, kemudian di reduksi pertama kali sebagai logam oleh Hans Cristian Oerted tahun 1825. Pada tahun 1886 Paul Heriult di Prancis dan C.M. Haal di Amerika, secara terpisah telah memperoleh logam aluminium dari alumina dengan cara elektrolisa (Ir. Surdia, Tata 1995).

  Bahan dasar aluminium berupa bauksit yaitu suatu senyawa hidroksid aluminium (Al O H O) yang banyak terdapat di daerah tropis dan sub tropis yang

  2

  3

  2

  memiliki curah hujan tinggi. Bauksit terbentuk dari proses pelapukan (weathering) batuan beku, yang nengandung 60 % aluminium oksida (Al O ), 10

  2

  3 % besi oksida (Fe O ), 10 % SiO dan 20 % H O yang terikat secara kimiawi.

  2

  3

  2

  2 Aluminium merupakan logam ringan yang mempunyai ketahanan korosi

  yang baik dan hantaran listrik yang baik serta sifat-sifat yang baik lainnya sebagai sifat logam. Sebagai tambahan terhadap kekuatan mekaniknya yang sangat meningkat dengan penambahan Cu, Mg, Si, Mn, Zn, Ni, dan lain sebagainya, secara satu persatu atau bersama-sama, memberikan juga sifat-sifat baik lainnya seperti ketahanan korosi, ketahanan aus, koefisien pemuaian rendah dan lain sebagainya. Material ini dipergunakan di dalam bidang yang luas.

2.1. SIFAT-SIFAT ALUMINIUM

  Keunggulan aluminium dibandingkan dengan logam lain dapat dilihat dari sifat-sifat yang dimilikinya, antara lain :

1. Sifat utama adalah berat jenis yang rendah, berat jenis aluminium yang

  3

  hanya sepertiga dari berat jenis baja, berat jenis aluminium 2700 kg/m

  3

  (berat jenis baja adalah 7700 kg/m ), kekuatan tarik 90–120 MPa, tegangan luluh 34 MPa, kekerasan 23 BHN dan modulus elastis (E)

  2 sebesar 70000 N/mm .

  2. Tahan terhadap korosi (corrosion resistance), untuk logam non ferro dijelaskan bahwa semakin besar kerapatannya maka semakin baik daya tahan korosinya, tetapi untuk aluminium ada pengecualian. Hal ini disebabkan oleh lapisan atau selaput tipis oksida transparan dan jenuh oksigen di seluruh permukaan, selaput ini mengendalikan laju korosi dan melindungi lapisan di bawahnya.

  3. Sifat mekanis (mechanical properties), aluminium mempunyai kekuatan tarik, kekerasan, dan sifat mekanis lain yang sebanding dengan paduan bukan besi (non ferrous alloys) lainnya, dan juga sebanding dengan beberapa jenis baja.

  4. Penghantar panas dan listrik yang baik (head and electrical conductivity), disamping daya tahan yang baik terhadap korosi, aluminium memiliki daya hantar panas dan listrik yang tinggi, daya hantar listrik aluminium murni sekitar 60 % dari daya hantar tembaga.

  5. Tidak beracun (nontoxicity), aluminium dapat digunakan sebagai bahan pembungkus atau kaleng makanan dan minuman. Hal ini disebabkan reaksi kimia antara makanan atau minuman dengan aluminium tidak menghasilkan zat beracun yang membahayakan kesehatan manusia.

  6. Sifat mampu bentuk (formability), aluminium dapat dibentuk dengan mudah, aluminium mempunyai sifat mudah untuk di tempa (malleability) yang memungkinkannya dibuat dalam bentuk plat atau lembaran tipis.

7. Titik lebur rendah (melting point), titik lebur aluminium relatif rendah

  (660°C) sehingga sangat baik untuk proses penuangan dengan waktu peleburan relatif singkat dan biaya operasi lebih murah.

  8. Selain sifat-sifat tersebut diatas, masih banyak sifat-sifat aluminium yang menguntungkan antara lain anti magnetik, nilai arsitektur dan dekoratif, mudah untuk dilakukan proses pengerjaan akhir (finishing) dan lain sebagainya.

2.2. PRODUKSI ALUMINA

  Aluminium diproduksi dari bauksit yang merupakan campuran mineral gibsite [Al(OH) ], diaspore [AlO(OH)] dan mineral lempung seperti kaolinit

  3

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

  2

  2

  5

  4

  1. Proses pengolahan alumina ( Al O )

  2

  

3

  2. Proses Elektrolisa alumina menjadi aluminium Proses produksi dibuat dua tahap karena agak sulit untuk memisahkan antara

2.2.1. Proses Pengolahan Alumina

  Proses pengolahan bauksit menjadi alumina melalui suatu rangkaian proses yang disebut proses Bayer. Bauksit di masukkan dalam larutan (NaOH) dan di dalamnya membentuk sodium aluminat.

  Al O + 2 NaOH + H O (160°C–170°C)

  2 3 ⇒ 2 NaAlO

  2

  2 Lalu didinginkan perlahan-lahan sampai temperatur 25°C–35°C untuk

  mengendapkan aluminium hidroksida [Al (OH) ] menurut reaksi :

  3 NaAlO + 2H O + NaOH

  ⇒ Al(OH)

  2

  2

  3 Kemudian Al (OH) atau hidroksida dicuci selanjutnya dipanaskan sampai suhu

  3

  1100°C–1200°C untuk menghasilkan aluminium oksida (Al O ) menurut reaksi

  2

  3

  sebagai berikut :

  2Al(OH) ⇒ Al O + 3H O

  3

  2

  3

  2 2.2.2.

   Proses Elektrolisa Alumina Menjadi Aluminium

  Alumina yang diperolah dari pengolahan bauksit, diproses secara elektrolisa pada temperatur tinggi dengan proses Hall–Heroult. Karena alumina mempunyai titik lebur yang tinggi (2000°C) maka alumina dilarutkan ke dalam cairan cryolite (Na AlF ) yang bertindak sebagai elektrolit, sehingga

  3

  6

  mengakibatkan titik lebur menjadi rendah (1000°C).15% Al O dapat diuraikan ke

  2

  3

  dalam cryolite dan elektrolisa disini sebagai reduksi AlO

  3 Al O + 3C ⇒ 2Al + 3CO

  2

  3

  2Al O + 3C

  2 3 ⇒ 4Al + 3CO

  2 Cara elektrolisa lain untuk alumina menggunakan dapur cell, biasanya dapur cell dengan ukuran ± 2,5 m × 1,5 m × 0,6 m dan memerlukan arus listrik antara 8000–30000 A pada tegangan 7 V. Anoda perlahan-lahan terbakar oleh elektroda bermuatan positif.

Gambar 2.1 Proses Elektrolisa Alumina Dengan Dapur Cell

  

(Sumber : Malau V : Bahan Teknik Manufaktur, Diktat Kuliah, USD Yogyakarta)

  Apabila arus listrik melewatinya, alumina bermuatan positif akan tertarik ke pelapis dapur yang merupakan elektroda negatif (katoda), dan akan didapat aluminium cair yang terkumpul di dasar dapur dan dapat diambil bila perlu, sementara oksigen akan sampai ke anoda dan terbakar.

Gambar 2.2 Proses Elektrolisa Alumina Menjadi Aluminium

  

(Sumber : Malau V : Bahan Teknik Manufaktur, Diktat Kuliah, USD Yogyakarta)

2.3.

ALUMINIUM MURNI

  Aluminium yang didapat dalam keadaan cair dengan elektrolisa, umumnya mencapai kemurnian 99,85% berat. Dengan mengelektrolisa kembali dapat dicapai kemurnian 99,99% berat yaitu dicapai dengan empat angka sembilan.

Tabel 2.1 Sifat-Sifat Fisik Aluminium

  Kemurnian Al (%) Sifat-sifat 99,996 >99,0 Massa jenis (20°C) 2,6989 2,71

  Titik cair 660,2 653 - 657 Panas jenis (cal/g°C)(100) 0,2226 0,2297 Hantaran listrik (%) 64,94 59 (dianil) Tahanan listrik koefisien temperatur (°C) 0,00429 0,0115

• _{–6 –6} Koefisien pemuaian (20 - 100°C) 23,86 × 10 23 × 10 Jenis kristal, kontraksi kisi fcc, a = 4,013 kX fcc, a = 4,04 kX Catatan : fcc = face centered cubic = kubus berpusat muka
Tabel 2.2 Sifat-Sifat Mekanik Aluminium

  Kemurnian Al (%)

Sifat-sifat 99,996 >99,0

₂ Dianil 75% dirol dingin Dianil H18 Kekuatan tarik (kg/mm ) 4,9 11,6 9,3 16,9 ₂ Kekuatan mulur (0,2%)(kg /mm ) 1,3 11,0 3,5 14,8 Perpanjangan (%) 48,8 5,5

  35

  5 Kekerasan Brinell

  17

  27

  23

  44 (Sumber : Surdia T,Saito S, : Pengetahuan Bahan Teknik, hal 134)

  Sifat-sifat fisik dan sifat-sifat mekanik yang ditunjukkan dalam Tabel 2.1 dan Tabel 2.2, ketahanan korosi berubah menurut kemurnian, aluminium dengan kemurnian 99,0% atau di atasnya dapat dipergunakan di udara selama bertahun- tahun. Hantaran listrik aluminium kira-kira 65% dari hantaran listrik tembaga, tetapi massa jenisnya kira-kira sepertiganya sehingga memungkinkan untuk perluasan penampangnya. Oleh karena itu dapat dipergunakan untuk kabel-kabel tenaga dan bisa untuk lembaran tipis (foil). Aluminium dengan kadar 99,0% dapat dipergunakan untuk reflektor yang memerlukan reflektipitas yang tinggi dan juga untuk kodensor elektrolitik dipergunakan aluminium dengan angka sembilan empat.

2.4. PADUAN ALUMINIUM

  Penggunaan aluminium pada umumnya terbatas pada aplikasi yang tidak terlalu mengutamakan faktor kekuatan seperti penghantar panas dan listrik, untuk meningkatkan aluminium murni adalah dengan proses pengerasan regang atau dengan perlakuan panas (heat treatment). Tetapi cara ini tidak senantiasa memuaskan bila tujuan utama adalah untuk menaikan kekuatan bahan.

  Pada perkembangan selanjutnya, peningkatan kekuatan aluminium dapat dicapai dengan menambahkan unsur-unsur paduan ke dalam aluminium. Unsur- unsur paduan tersebut dapat berupa tambahan tembaga (Cu), mangan (Mn), silikon (Si), magnesium (Mg), seng (Zn), dan lain-lain.

  Kekuatan aluminium paduan dapat dinaikan lagi dengan pengerasan regang atau dengan perlakuan panas. Sifat-sifat lainnya seperti mampu cor dan mampu mesin juga bertambah baik, dengan demikian penggunaan aluminium paduan lebih luas dibandingkan dengan aluminium murni.

2.4.1. Klasifikasi Paduan Aluminium

  Paduan aluminium diklasifikasikan dalam berbagai standar oleh berbagai negara. Paduan aluminium diklasifikasikan menjadi dua kelompok umum yaitu :

  1. Paduan aluminium cor (cast aluminium alloys)

  2. Paduan aluminium tempa (wrought aluminium alloys) Setiap kelompok tersebut dibagi lagi menjadi dua kategori, yaitu paduan dengan perlakuan panas (heat treatable alloys) dan paduan tanpa perlakuan panas

  (non heat treatable alloys). Sistem penandaan untuk kedua kelompok paduan tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.3 dan Tabel 2.4.

Tabel 2.3 Klasifikasi Paduan Aluminium Cor

  

Seri paduan Unsur paduan utama

1xxx 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx 8xxx Al ≥ 99 %

  

Cu

Si + Cu atau Mg

Si

Mg Tidak digunakan Zn

Zn

Sn

(Sumber : Malau V : Bahan Teknik Manufaktur, Diktat Kuliah, USD Yogyakarta)

Tabel 2.4 Klasifikasi Paduan Aluminium Tempa

  

Seri paduan Unsur paduan utama

1xxx 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx 8xxx Al ≥ 99 %

  Cu atau Cu + Mg

Mn

Si

Mg

Mg + Si Zn + Mg atau Zn + Mg + Cu Unsur lain

(Sumber : Malau V : Bahan Teknik Manufaktur, Diktat Kuliah, USD Yogyakarta)

  Perubahan cukup nyata dari sifat-sifat paduan aluminium dapat juga terjadi karena perlakuan panas tertentu seperti pengerasan regang, peng-anil-an dan lain-lain.

2.4.2. Paduan Aluminium Cor

  Struktur mikro paduan aluminium cor (berhubungan erat dengan sifat-sifat dilakukan. Laju pendinginan ini tergantung pada jenis cetakan yang digunakan. Dengan cetakan logam, pendinginan akan berlangsung lebih cepat dibanding dengan cetakan pasir sehingga struktur logam cor yang dihasilkan akan lebih halus dan menyebabkan peningkatan sifat mekaniknya. Tabel 2.5 memperlihatkan sifat-sifat mekanik beberapa paduan aluminium cor.

Tabel 2.5 Sifat-Sifat Mekanis Paduan Aluminium Cor Menurut Aluminium

  Association