PENGARUH AGING TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS PADUAN Al-Si-Cu-Zn TUGAS AKHIR - Pengaruh aging terhadap sifat fisis dan mekanis paduan Al-Si-Cu-Zn - USD Repository

  PENGARUH AGING TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS PADUAN Al-Si-Cu-Zn TUGAS AKHIR

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Jurusan Teknik Mesin

  Disusun oleh : Yusak Adi Nugroho

  NIM : 025214093

  PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2007

  

THE EFFECT OF AGING ON THE PHYSICAL AND

MECHANICAL PROPERTIES

OF Al-Si-Cu-Zn ALLOYS

A FINAL PROJECT

  Submit for The Partial Fulfillment of Requirements to Obtain the Sarjana Teknik Degree In Mechanical Engineering

  

By :

Yusak Adi Nugroho

  Student number : 025214093

  

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2007

  

PENGARUH AGING TERHADAP SIFAT FISIS DAN

MEKANIS PADUAN Al-Si-Cu-Zn

  Disusun oleh : Yusak Adi Nugroho

  NIM : 025214093 Telah disetujui oleh :

  Pembimbing I

  I Gusti Ketut Puja, S.T.,M.T. Tanggal : 29 Agustus 2007

  

TUGAS AKHIR

PENGARUH AGING TERHADAP SIFAT FISIS DAN

MEKANIS PADUAN Al-Si-Cu-Zn

  Dipersiapkan dan ditulis oleh : Yusak Adi Nugroho

  NIM : 025214093 Telah dipertahankan didepan panitia penguji pada tanggal 07 Agustus 2007 dan dinyatakan memenuhi syarat.

  Susunan Panitia Penguji Ketua : Doddy Purwadianto, S.T., M.T. __________________ Sekretaris : Budi Setyahandana, S.T., M.T. __________________ Anggota : I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T. __________________

  Yogyakarta, 29 Agustus 2007 Fakultas Sains dan Teknologi

  Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

  Dekan Ir. Gregorius Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., Msc

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  Saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepengetahuan 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, 07 Agustus 2007 Yusak Adi Nugroho

KATA PENGANTAR

  Ucap syukur kepada Bapa di surga atas kasih karunia-Nya yang dilimpahkan yang memampukan saya berjuang menyelesaikan tugas akhir ini.

  Penelitian dan penyusunan tugas akhir dengan judul “Pengaruh Aging Terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Paduan Al-Si-Cu-Zn” ini adalah sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  Saya mengucapakan terima kasih atas segala bantuan sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik, kepada :

  1. Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan karunia-Nya sampai saat ini.

  2. Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  3. Budi Sugiharto, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan dan Ketua Program Studi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

  4. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing akademik.

  5. I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing penyusunan Tugas Akhir.

  6. Seluruh dosen, laboran dan karyawan jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang telah mau mendidik dan berbagi ilmu pengetahuan yang sangat membantu penyelesaian Tugas Akhir ini.

  7. Kedua orang tua penulis Bapak Lukas Sularto & Ibu Florentina Suharni, adik-adikku Iyas & Iyum, Anggum (malaikat kecilku) atas doa, kasih sayang, kesabaran, pengorbanannya selama ini, dukungan dikala lemah dan bimbang.

  8. Rekan-rekan seperjuangan maupun dari berbagai angkatan yang telah berbagi suka dan duka serta pendorong dalam penyelesaian Tugas Akhir ini : Aksan, Trimbil, Aloy, Abanx Bob, dll.

  9. Keluargaku di PMK Apostolos Anto (terima kasih banyak atas semuanya), de’ Ratna (terima kasih telah mau menjadi saluran berkat dari TUHAN dengan menjadi inspirasi bagiku yang mungkin tidak de’ Ratna sadari), Jef, mba’ Wil & Nike (terima kasih abstract-nya), Welly (terima kasih selalu memberi semangat), Marlina, Nova, Nia, Ina, Deka, Candra (terima kasih atas bukunya) dll. Keluargaku di kost ”GAMBLIZZ” (Ari, Kobo, Coro, Ix-ox, Baja, Kulit, Roni, Utinawa dll), keluarga besar TEKSAPALA, terimakasih atas kebersamaan, persaudaraan yang penuh kehangatan selama ini. Banyak kekurangan dalam penyusunan tugas akhir ini karena keterbatasan dan pengetahuan. Saya mengharap kritik dan saran yang membangun guna lebih sempurnanya tugas akhir ini. Akhir kata semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

  Yogyakarta, 07 Agustus 2007 Yusak Adi Nugroho

  

“ I may never find all the answers

I may never understand why

I may never prove what I know to be true

But I know that I still have to try ”

  Tugas Akhir ini kupersembahkan untuk: Bapa di surga, Yesus Kristus Almamaterku Keluarga Besar mbah Atmo Sugimin Bapak L. Sularto & Ibu F. Suharni ”My Twin Little Sisters” Iyas & Iyum

Saudara-saudaraku, sahabat-sahabatku, di

PMK Apostolos, TEKSAPALA, kost “Gamblizz”

dan seseorang yang telah Tuhan pakai menjadi inspirasi bagiku untuk terus berjuang....

  

INTISARI

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perubahan sifat fisis dan mekanis dari paduan Al-Si-4,5% Cu-4% Zn sebelum dan sesudah perlakuan panas yang berupa aging. Sifat fisis dari paduan tersebut berupa struktur mikro, bentuk patahan akibat uji tarik, berat jenis, persentase dari porositas, dan uji komposisi kimia, sedangkan untuk sifat mekanisnya adalah kekuatan tarik dan kekerasannya.

  Bahan benda uji diperoleh dari aluminium pelek mobil bekas yang dipadukan dengan 4,5% tembaga, dan 4% seng. Paduan dilebur dalam proses pengecoran. Setelah selesai proses pengecoran, hasil coran dibentuk menjadi benda uji dengan ukuran sesuai standar ASTM. Sebagian benda uji di-aging dengan penahanan pada suhu 180 C dengan variasi waktu aging 12, 24 dan 36 jam, dan sebagian lagi tanpa perlakuan aging. Setelah proses aging selesai dilakukan pengujian tarik dan pengujian kekerasan Brinell.

  Hasil dari penelitian ini menunjukan bahwa kekuatan tarik tertinggi

  2

  dimiliki benda uji tanpa perlakuan panas aging yaitu sekitar 15 kg/mm dan kekerasan tertinggi yaitu pada benda uji dengan waktu aging 36 jam yaitu sekitar

  2 96 kg/mm . Kesempurnaan terhadap porositas terbaik pada benda uji tanpa aging.

  Sedikit banyaknya porositas dipengaruhi oleh beberapa hal pada saat proses pengecoran. Pengamatan bentuk patahan akibat uji tarik menunjukkan bahwa benda uji termasuk benda getas karena pengaruh tembaga dan seng. Hasil pengamatan struktur mikro menunjukkan batas butir menjadi lebih seragam dan merata setelah proses aging. Perlakuan aging tidak banyak berpengaruh terhadap perubahan massa jenis paduan Al-Si-4,5% Cu-4% Zn. Hasil uji komposisi kimia menunjukkan penurunan persentase pada unsur tembaga sebesar 0,53% disebabkan penguapan saat peleburan. Hal ini disebabkan karena unsur tembaga memiliki titik lebur paling rendah diantara unsur paduan yang digunakan dalam pengecoran. Akan tetapi, unsur seng mengalami peningkatan persentase sebesar 0,17% dibandingkan kandungan seng yang terdapat pada bahan coran sebelum dilebur.

  

ABSTRACT

  The objective of the study is to investigate the effect of aging on the physical and mechanical properties of aluminum-silicone-cooper-zinc alloys before and after heat treatment. The physical properties consist of microstructure, the form of fracture because of tensile test, density, the percentage of porosity and chemical composition test, even though mechanical properties consist of tensile strength and the hardness.

  The specimens were casted aluminium scrap from automobile rims with addition of 4,5% cooper and 4% zinc as an alloys. The alloys was melted by casting process. After then, the alloys was formed as a specimen according to the ASTM standard. Part of the specimen aging by heat at 180 C temperature with variation of time aging 12, 24 36 hours and the other part without treatment. After the aging process done, followed by strength of tensile and Brinell hardness test.

  The result of this research shows that the highest tensile strength about 15

  2

  kg/mm belongs to the specimen have no aging treatment, and the highest

  2

  hardness about 96 kg/mm on the specimen with 36 hours aging treatment. Best porosity belongs to the specimen with no aging treatment. The porosity it self is influenced by few things as long the melted process. The form of fracture because of tensile test observation shows that the specimens are include in brittle properties because of cooper and zinc’s influence in the alloys. The microstucture observation shows that grains of granule is more uniform and have similar dimension after the aging treatment. The density of Al-Si-4,5% Cu-4% Zn are not influence enough by aging treatment. The chemical composition test shows that cooper composition decrease 0,53% because of evaporation during the melted process. It was because of the cooper had the lowest melting point between the other element in the alloys. Nevertheless the zinc composition increase 0,17% compared with the casting aluminium scrap contain of little zinc.

  

DAFTAR ISI

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

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING .......................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN........................................................................ iii

PERNYATAAN HASIL KARYA................................................................. iv

KATA PENGANTAR.................................................................................... v

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

  

INTISARI ....................................................................................................... viii

ABSTRACT .................................................................................................... ix

DAFTAR ISI................................................................................................... x

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

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

  

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

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

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

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

  1.4. Metode Penelitian dan Pengumpulan Data........................................ 2

  1.4.1. Metode Penelitian ................................................................. 3

  1.4.2. Pengumpulan Data ................................................................ 4

  BAB II DASAR TEORI ................................................................................ 6

  2.1. Pengetahuan Tentang Aluminium...................................................... 6

  2.1.1. Aluminium Murni dan Sifat-sifat Aluminium ..................... 7

  2.1.2. Paduan Aluminium .............................................................. 9

  2.1.2.1. Klasifikasi Paduan Aluminium .............................. 10

  2.1.2.2. Paduan Aluminium Cor ......................................... 11

  2.1.3. Pengaruh Setiap Unsur dalam Paduan Aluminium ............. 14 2.2. Pengecoran ....................................................................................

  17

  2.2.1 Sifat-sifat Logam Cair........................................................... 18

  2.2.2 Rencana Pengecoran ............................................................. 19

  2.2.2.1. Penentuan dan Pembuatan Cetakan ....................... 19

  2.2.2.2. Peleburan Logam dan Penuangan Logam Cair...... 23

  2.2.2.3. Pembekuan Logam Cair......................................... 24

  2.2.2.4. Pengambilan Benda Coran dari Cetakan................ 24

  2.2.3 Pemeriksaan Coran ............................................................... 25

  2.2.3.1. Tujuan Pemeriksaan Coran .................................... 26

  2.2.3.2. Penggolongan Pemeriksaan Coran......................... 26

  2.2.4 Cacat Coran........................................................................... 27

  2.3. Perlakuan Panas Terhadap Aluminium.............................................. 30

  2.3.1. Proses Penuaan (aging)........................................................ 31

  2.3.2. Pengerasan Presipitasi atau Pengerasan Penuaan ................ 31

  2.3.3. Perubahan Sifat Mekanis yang disertai oleh Presipitasi ...... 36

  2.4. Pengujian Coran................................................................................. 39

  

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ..................................................... 48

  3.6. Proses Penuaan (aging) pada Benda Uji ............................................ 57

  

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN.............................. 67

  3.7.6. Uji Komposisi kimia .......................................................... 65

  3.7.5. Uji Massa Jenis .................................................................. 64

  3.7.4. Uji porositas ....................................................................... 64

  3.7.3. Pengamatan Struktur Mikro ............................................... 62

  3.7.2. Uji Kekerasan..................................................................... 60

  3.7.1. Uji Tarik ............................................................................. 58

  3.7. Pengujian Benda Uji .......................................................................... 58

  3.5. Pembuatan Benda Uji ........................................................................ 55

  3.1. Skema Kerja Penelitian...................................................................... 48

  3.4.5. Pelepasan Coran dari Cetakan............................................ 55

  3.4.4. Pembekuan Logam Cair..................................................... 55

  3.4.3. Penuangan Logam Cair ...................................................... 54

  3.4.2. Peleburan Bahan ................................................................ 53

  3.4.1. Penentuan Cetakan ............................................................. 51

  3.4. Proses Pengecoran ............................................................................. 51

  3.3. Peralatan yang digunakan .................................................................. 49

  3.2. Persiapan Bahan................................................................................. 49

  4.1. Pengujian Tarik .................................................................................. 67

  4.2. Pengujian Kekerasan Brinell.............................................................. 70

  4.3. Pengamatan Struktur Mikro ............................................................... 71

  4.4. Pengamatan Bentuk Patahan .............................................................. 73

  4.5. Pengujian Porositas ............................................................................ 75

  4.6. Pengujian Massa Jenis ....................................................................... 77

  4.7. Pengujian Komposisi Kimia .............................................................. 78

  

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................ 80

  5.1. Kesimpulan ........................................................................................ 80

  5.2. Saran................................................................................................... 82

  

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 83

LAMPIRAN.................................................................................................... 84

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sifat-sifat fisik Aluminium ........................................................... 7Tabel 2.2 Sifat-sifat mekanik AluminiumS................................................... 7Tabel 2.3 Sistem penandaan/penamaan paduan Aluminium ........................ 11Tabel 2.4 Efek aging pada paduan Aluminium 2014 (3,5%-4,5% Cu) ........ 33Tabel 3.1 Hubungan dimnsional benda uji tarik dibeberapa negara............. 57Tabel 4.1 Nilai rata-rata kekuatan tarik maksimal dari benda uji ................. 68Tabel 4.2 Nilai rata-rata regangan total dari benda uji.................................. 69Tabel 4.3 Nilai rata-rata kekerasan Brinell dari benda uji ............................ 71Tabel 4.4 Nilai kesempurnaan terhadap porositas dari benda uji.................. 76Tabel 4.5 Nilai massa jenis dari benda uji .................................................... 78

  Tabel L.1 Hasil pengujian tarik Al-Si-4,5% Cu-4% Zn Tanpa Aging .......... 85 Tabel L.2 Hasil pengujian tarik Al-Si-4,5% Cu-4% Zn Aging 12 Jam......... 86 Tabel L.3 Hasil pengujian tarik Al-Si-4,5% Cu-4% Zn Aging 24 Jam......... 86 Tabel L.4 Hasil pengujian tarik Al-Si-4,5% Cu-4% Zn Aging 36 Jam......... 86 Tabel L.5 Data hasil pengujian kekerasan ..................................................... 87 Tabel L.6 Tingkat kesempurnaan terhadap porositas .................................... 89 Tabel L.7 Nilai massa jenis dari masing-masing benda uji. .......................... 90

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Diagram fasa Al-Cu. ................................................................... 32Gambar 2.2 Struktur mikro dari paduan 85A-15B ......................................... 34Gambar 2.3 Tingkatan dalam formasi dari kesetimbangan Presipitasi........... 35Gambar 2.4 Efek waktu aging pada bahan...................................................... 36Gambar 2.5 Pengerasan dua tahap dari paduan Al-4% Cu ............................. 37Gambar 2.6 Fasa presipitasi selama penuaan pada 130 C dan pengerasan penuaan dua tahap paduan Al-Cu (Silcock)................................ 37Gambar 2.7 Perubahan pada diagram tegangan-regangan disebabkan oleh presipitasi pada paduan Al-2% Cu. ............................................ 38Gambar 2.8 Diagram tegangan regangan........................................................ 40Gambar 2.9 Pemantulan cahaya pada benda................................................... 44Gambar 2.10 Jenis-jenis patahan pada logam akibat beban tarik sesumbu ..... 45Gambar 3.1 Skema Penelitian ......................................................................... 48Gambar 3.2 Cetakan logam dan tang jepit serta mur dan baut ........................ 52Gambar 3.3 Kowi dan tungku, kompresor, tabung minyak, dan burner......... 54Gambar 3.4 (a) Mesin Skrap; (b) Mesin Milling ............................................ 56Gambar 3.5 Ukuran benda uji tarik................................................................. 57Gambar 3.6 Oven ............................................................................................. 58Gambar 3.7 Mesin Uji Tarik ............................................................................ 60Gambar 3.8 Mesin Uji Kekerasan.................................................................... 62Gambar 3.9 (a) Mikroskop dan kamera; (b) Loop. .......................................... 63Gambar 3.10 Timbangan dan gelas ukur. ........................................................ 65Gambar 3.11 Mesin uji komposisi kimia. ........................................................ 66Gambar 4.1 Grafik hasil rata-rata kekuatan tarik maksimal ............................ 67Gambar 4.2 Grafik hasil rata-rata regangan total............................................. 69Gambar 4.3 Grafik hasil rata-rata kekerasan.................................................... 70Gambar 4.4 Struktur mikro Al-Si-4,5%Cu-4%Zn tanpa aging. ..................... 71Gambar 4.5 Struktur mikro Al-Si-4,5%Cu-4%Zn di aging 12 jam................. 72Gambar 4.6 Struktur mikro Al-Si-4,5%Cu-4%Zn di aging 24 jam................. 72Gambar 4.7 Struktur mikro Al-Si-4,5%Cu-4%Zn di aging 36 jam................. 72Gambar 4.8 Bentuk patahan benda uji tarik tanpa aging ................................. 73Gambar 4.9 Bentuk patahan benda uji tarik aging 12 jam............................... 74Gambar 4.10 Bentuk patahan benda uji tarik aging 24 jam............................. 74Gambar 4.11 Bentuk patahan benda uji tarik aging 36 jam............................. 74Gambar 4.12 Grafik kesempurnaan terhadap porositas ................................... 75Gambar 4.13 Grafik massa jenis. ..................................................................... 77

  Gambar L.1 Foto Perbesaran Kawat ................................................................ 91

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

  Perkembangan teknologi di dunia saat ini sangat pesat diberbagai bidang, tak terkecuali dibidang industri. Logam merupakan salah satu bahan yang bisa dibilang vital dalam dunia industri, karena banyak komponen-komponen dalam perindustrian memakai bahan logam. Banyak jenis logam yang digunakan dalam dunia industri, tergantung dari tujuan penggunaan dan sifat-sifat yang diinginkan dari suatu logam yang ingin digunakan itu. Salah satu logam yang banyak digunakan adalah Aluminium, karena beberapa sifat Aluminium yang lebih unggul dari besi dan baja, misalnya : ringan karena mempunyai massa jenis yang rendah, mempunyai titik lebur yang rendah sehingga tidak memerlukan waktu yang lama untuk meleburnya, memiliki daya hantar listrik yang tinggi, tahan terhadap korosi, memiliki kekuatan yang tinggi dalam bentuk paduan.

  Berdasarkan pertimbangan diatas, penulis memilih Aluminium sebagai bahan penelitian tugas akhir dengan paduan Si-Cu-Zn disertai dengan perlakuan panas aging. Banyak serta mudahnya dijumpai Aluminium bekas dipasaran yang harganya lebih ekonomis dibandingkan Aluminium murni yang juga menjadi salah satu alasan untuk meneliti Aluminium sebagai bahan penyelesaian tugas akhir.

  1.2 Tujuan Penelitian

  Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh aging terhadap : a. Kekuatan tarik dari paduan Al-Si-Cu-Zn.

  b. Tingkat kekerasan dari paduan Al-Si-Cu-Zn.

  c. Perubahan struktur mikro yang terjadi dari paduan Al-Si-Cu-Zn.

  d. Bentuk patahan akibat uji tarik dari benda uji paduan Al-Si-Cu-Zn.

  e. Tingkat porositas yang ada dari paduan Al-Si-Cu-Zn.

  f. Perubahan massa jenis yang terjadi dari paduan Al-Si-Cu-Zn.

  g. Pengujian komposisi kimia.

  1.3 Batasan Masalah

  Batasan masalah yang ditentukan penulis dalam penelitian dan penyusunan tugas akhir ini agar lebih terfokus dan sistematis adalah untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis dari paduan Al-Cu-Si-Zn sebelum dan sesudah mendapatkan proses perlakuan panas aging dengan variasi waktu 12 jam, 24 jam, 36 jam pada suhu 180ºC. Pengujian yang dilakukan sebelum dan sesudah di-aging meliputi uji tarik, uji kekerasan, pngamatan struktur mikro, pengamatan bentuk patahan, pengujian massa jenis, uji porositas, uji komposisi kimia.

  1.4 Metode Penelitian dan Pengumpulan Data

  Proses penelitian dan penyusunan tugas akhir yang dilakukan agar mendapatkan hasil yang akurat dan baik, maka penulis menyusun langkah- langkah penelitian yang akan dilakukan serta beberapa metode pengumpulan data untuk menunjang jalannya penelitian dan penyusunan tugas akhir ini.

1.4.1 Metode Penelitian

  Pada penelitian ini setelah bahan dan alat-alat pendukung dalam penelitian ini diperoleh, kemudian dimulai pengecoran untuk dijadikan bahan benda uji.

  Setelah proses pengecoran selesai, bahan benda uji tersebut dibuat benda uji sesuai dengan ukuran yang telah ditentukan. Pembuatan benda uji dikelompokkan menjadi dua bagian, yaitu untuk benda uji yang tidak mendapatkan perlakuan panas dengan benda uji yang akan mendapatkan perlakuan panas, namun dengan ukuran yang sama. Setelah pembuatan benda uji selesai, proses selanjutnya adalah melakukan pengujian terhadap benda uji yang tidak mendapatkan perlakuan panas, setelah data pengujian diperoleh, proses selanjutnya adalah melakukan perlakuan panas aging terhadap kelompok benda uji yang akan mendapatkan perlakuan panas, setelah poses perlakuan panas selesai, dilakukan pengujian terhadap benda uji yang telah di-aging.

  Adapun perlakuan panas dan pengujian yang dilakukan antara lain :

  a. Penuaan (aging)

  b. Uji tarik

  c. Uji kekerasan

  d. Pengamatan struktur mikro

  e. Pengamatan bentuk patahan

  f. Uji porositas g. Pengujian massa jenis

  h. Uji Komposisi Kimia Seluruh proses pengecoran, pembuatan benda uji, perlakuan panas, dan pengujian dilakukan di Laboratorium Proses Produksi dan Ilmu Logam

  Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

1.4.2 Pengumpulan Data

  Penyusunan hasil penelitian dan analisa yang dilakukan diharapkan bisa mendapatkan hasil yang akurat dan sistematis serta tidak melenceng jauh dari landasan teori yang ada, maka penulis melakukan beberapa metode pengumpulan data, antara lain : a. Literatur

  Untuk menguatkan dasar teori dan sebagai pegangan atau acuan dalam melakukan penelitian ini yang mencakup : dasar teori, tabel, grafik, gambar serta persamaan untuk perhitungan dalam penelitian ini.

  b. Konsultasi dan Diskusi Konsultasi dan diskusi dilakukan dengan dosen pembimbing, laboran yang membantu proses penelitian dan rekan-rekan mahasiswa lain yang bertujuan untuk mendapatkan hasil penelitian, analisa dan pembahasan yang baik, juga berguna untuk bertukar informasi, masukan antar mahasiswa yang berhubungan dengan penelitian yang dilakukan. c. Pengujian Benda Uji Pengujian benda uji dilakukan untuk memperoleh data yang dibutuhkan yang selanjutnya data tersebut akan menjadi bahan pembahasan dan analisa dari penelitian dan penyusunan tugas akhir ini, juga akan dilakukan perbandingan antara data yang diperoleh dari pengujian dengan landasan teori yang ada.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Pengetahuan Tentang Aluminium

  Tahun 1809 Sir Humphrey Davy menemukan Aluminium sebagai suatu unsur, H.C. Oersted mereduksi sebagai logam pada tahun 1825. Tahun 1886 Paul Heroult dari Prancis dan C.M. Hall dari Amerika Serikat secara terpisah telah memperoleh logam aluminium dari alumina dengan cara elektrolisa dari garamnya yang terfusi. Sampai sekarang proses Heroult Hall sampai sekarang masih dipakai untuk memproduksi aluminium. Selain cara elektrolisa, dalam mendapatkan Aluminium juga bisa memakai proses Bayer yang dikembangkan oleh K.J.Bayer, ahli kimia berkebangsaan Jerman, biasanya digunakan untuk memperoleh Aluminium murni. Bauksit halus yang kering dimasukkan ke dalam pencampur, diolah dengan soda api (NaOH) di bawah tekanan dan pada suhu diatas titik didih.

  Reaksi NaOH dengan bauksit menghasilkan aluminat natrium yang larut. Kemudian tekanan dikurangi dan ampas yang terdiri dari oksida besi yang tak larut, silikon, titanium, dan kotoran lainnya dibuang. Cairan yang mengandung alumina dalam bentuk aluminat natrium dipompa ke dalam tangki pengendapan, di dalam tangki dibubuhkan kristal hidroksida aluminium halus kemudian disaring dan dipanaskan sampai mencapai suhu di atas 980°C, alumina berubah dan siap dilebur. Aluminium dihasilkan melalui proses elektrolisa di mana alumina berubah menjadi oksigen dan aluminium. Aluminium sekarang menjadi salah satu jenis logam yang banyak digunakan.

2.1.1 Aluminium Murni dan Sifat-sifat Aluminium

  Kemurnian Al (%) 99,996 >99,0

  untuk kemurnian 99,0% atau di atasnya dapat dipergunakan di udara tahan dalam waktu bertahun-tahun. Hantaran listrik Al, kira-kira 65% dari hantaran listrik tembaga, tetapi masa jenisnya kira-kira sepertiganya sehingga memungkinkan untuk memperluas penampangnya. Oleh karena itu dapat dipergunakan untuk

Tabel 2.1 menunjukan sifat-sifat fisik Al dan tabel 2.2 menunjukan sifat- sifat mekaniknya. Ketahanan korosi berubah menurut kemurnian, pada umumnya

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

  44 Catatan : fcc : face centered cubic = kubik berpusat muka

  23

  27

  17

  5 Kekerasan Brinell

  35

  Kekuatan tarik (kg/mm²) 4,9 11,6 9,3 16,9 Kekuatan mulur (0,2%) (kg/mm²) 1,3 11,0 3,5 14,8 Perpanjangan (%) 48,8 5,5

  Sifat-sifat Dianil 75% dirol dingin Dianil H18

  Al didapat dalam keadaan cair dengan elektrolisa, umumnya mancapai kemurnian 99,85% berat. Dengan mengelektrolisa kembali dapat dicapai kemurnian 99,99% , yaitu dicapai bahan dengan angka sembilan empat.

Tabel 2.1 Sifat-sifat fisik aluminium

  Catatan : fcc : face centered cubic = kubik berpusat muka

  α=4,013 kX Fcc, α=4,04 kX

  × Jenis kristal, konstanta kisi Fcc,

  −

  23

  10 5 ,

  × ⁶

  −

  23

  10 86 ,

  Massa jenis (20ºC) 2,6989 2,71 Titik cair 660,2 653-657 Panas jenis (cal/gr ºC) (100ºC) 0,2226 0,2297 Hantaran listrik (%) 64,94 59 (dianil) Tahanan listrik koefisien temperatur (/ºC) 0,00429 0,0115 Koefisien pemuaian (20-100ºC) ⁶

  Kemurnian Al (%) Sifat-sifat 99,996 >99,0

Tabel 2.2 Sifat-sifat mekanik aluminium kabel tenaga dan dalam berbagai bentuk umpamanya sebagai lembaran tipis foil). Dalam hal ini dapat dipergunakan Al dengan kemurnian 99,0%. Untuk reflektor yang memerlukan reflektifitas yang tinggi juga untuk kondensor elektrolitik dipergunakan Al dengan angka sembilan empat.

  Aluminium merupakan logam non-ferro yang banyak digunakan karena memiliki sifat-sifat sebagai berikut : Kerapatan (density) a.

  Kerapatan dari suatu aluminium adalah 2,7 gram/cm³. Tahan terhadap korosi b.

  Salah satu ciri dari logam non ferro adalah jika suatu logam non ferro mempunyai kerapatan yang tinggi maka daya tahan terhadap korosi yang dimiliki logam tersebut juga semakin baik. Hal tersebut tidak berlaku untuk aluminium, walaupun aluminium merupakan alah satu jenis logam non ferro.

  Karena aluminium memiliki lapisan atau selaput tipis oksida transparan dan jenuh terhadap oksigen di seluruh permukaan. Lapisan tersebut dapat mengendalikan laju korosi serta sekaligus melindungi lapisan di bawahnya. Sifat mekanis (Mechanical Properties) c.

  Aluminium mempunyai sifat mekanis yang sebanding dengan paduan bukan besi (non ferrous alloy) juga beberapa jenis baja. Adapun sifat mekanis tersebut adalah kekuatan tarik, dan kekerasan.

  d. Tidak beracun (Non toxicity) Aluminium merupakan bahan yang tidak beracun. Maka dari itu aluminium sering digunakan sebagai bahan pembungkus atau kaleng makanan dan minuman. Hal ini disebabkan reaksi kimia antara makanan dan minuman dengan aluminium tidak menghasilkan zat beracun yang dapat membahayakan manusia. Sifat mampu bentuk (formability) e.

  Sifat mampu bentuk aluminium yang baik memungkinkan aluminium dapat dibuat menjadi lembaran tipis atau plat. Sifat mampu bentuk ini disebut juga mampu tempa (malleability).

  f. Titik lebur rendah Titik lebur aluminium adalah ± 660 ºC sehingga aluminium sangat baik untuk proses penuangan dengan waktu peleburan relatif singkat dan dengan biaya operasi relatif murah. Penghantar panas dan listrik yang baik (Heat and Electrical Conductivity) g.

  Aluminium mempunyai daya hantar listrik yang tinggi. Daya hantar listrik yang dimiliki aluminium adalah sekitar 65% dari daya hantar tembaga.

  Dalam hal ini digunakan Al dengan kemurnian 99,0%.

  Selain sifat-sifat di atas, aluminium juga mempunyai sifat anti magnet. Aluminium juga mempunyai nilai arsitektur dan dekoratif yang tinggi.

2.1.2 Paduan Aluminium

  Secara umum Aluminium murni digunakan terbatas pada aplikasi yang tidak terlalu mengutamakan faktor kekuatan, seperti : penghantar panas dan listrik, perlengkapan bidang kimia, lembaran (plat) dan sebagainya. Salah satu usaha yang dapat dilakukan untuk meningkatkan kekuatan aluminium adalah dengan proses pengerasan regangan, tetapi cara ini tidak senantiasa memuaskan bila tujuan utamanya adalah untuk menaikan kekuatan bahan. Pada perkembangan selanjutnya peningkatan kekuatan aluminium dapat dicapai dengan penambahan unsur-unsur paduan ke dalam aluminium. Unsur-unsur yang biasa dipakai dalam paduan aluminium adalah : tembaga (Cu), mangan (Mn), silikon (Si), magnesium (Mg), seng (Zn), dan lain sebagainya, serta sifat lainnya seperti mampu cor dan mampu mesin juga bertambah baik. Dengan demikian penggunaan aluminium paduan lebih luas dibandingkan dengan aluminium murni.

2.1.2.1 Klasifikasi Paduan Aluminium

  Paduan aluminium diklasifikasikan dalam berbagai standar oleh berbagai negara. Paduan aluminium dibagi menjadi dua, yakni : a. Paduan aluminium cor (Cast Aluminium Alloys) paduan dengan perlakuan panas

  1. 2. paduan tanpa perlakuan panas.

  b. Paduan aluminium tempa (Wrought Aluminium Alloys) paduan dengan perlakuan panas

  1. 2. paduan tanpa perlakuan panas.

  Sistem penandaan paduan aluminium dapat dilihat pada tabel 2.3

Tabel 2.3 Sistem penandaan/penamaan paduan aluminium

  Paduan Tempa Penandaan Paduan Cor Penandaan Aluminium (min.) 99.00%

  1XXX Aluminium (min.) 99.00%

  1XX.X Tembaga

  2XXX Tembaga

  2XX.X Mangan

  3XXX Silikon + tembaga

  3XX.X dan/atau Magnesium Silikon

  4XXX Silikon

  4XX.X Magnesium

  5XXX Magnesium

  5XX.X Megnesium dan silicon

  6XXX Seng

  6XX.X Seng

  7XXX Timah putih

  7XX.X Lain-lain

  8XXX Lain-lain

  8XX.X

  

Sumber : Smallman, R.E, Bishop R.J : Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa Material, hal 347

2.1.2.2 Paduan Aluminium Cor

  Struktur mikro paduan aluminium cor (berhubungan erat dengan sifat-sifat mekanisnya) terutama tergantung pada laju pendinginan saat pengecoran dilakukan. Laju pendinginan ini tergantung pada jenis cetakan yang digunakan. Dengan cetakan logam, pendinginan akan berlangsung lebih cepat dibandingkan dengan cetakan pasir. Sehingga struktur logam cor yag dihasilkan akan lebih halus dan menyebabkan peningkatan sifat mekanisnya.

  Beberapa contoh paduan Aluminium cor : a. Paduan Al-Cu.

  Paduan Al-Cu cor sangat jarang digunakan karena tingkat kecairannya jelek. Sifat ini dapat diperbaiki dengan menambah unsur Si.

  Bahan ini memiliki sifat cukup baik pada suhu tinggi dengan menambah unsur Ni dan Mg. Paduan Al-Cu dengan kadar Cu 4,5 % memiliki sifat mekanis dan mampu mesin yang baik namun sifat mampu cor bahan ini agak jelek. Paduan Al-Cu-Si dengan 4-5% Si pada paduan dapat memperbaiki mampu cornya.

  Pemakaian paduan ini banyak digunakan untuk rangka utama katup-katup. Komposisi paduan ini adalah : Si 4,58 % ; Cu 4,20 % ; Fe 0,14 % ; Al sisanya.

  b. Paduan Al-Si, Al-Si-Mg, Al-Si-Cu.

  Paduan Al-Si merupakan paduan aluminiuma paling banyak digunakan dengan kadar Si bervariasi dari 5 – 20 %. Paduan ini mempunyai viskositas yang baik dan tahan terhadap korosi, dan memiliki mampu cor yang baik, sehingga terutama dipakai untuk elemen-elemen mesin. Paduan ini relatif ringan, koefisien pemuaian rendah, penghantar panas dan listrik yang baik. Bila paduan ini dicor, akan mempunyai sifat mekanis rendah karena butir-butir Si cukup besar, sehingga pada saat pengecoran perlu ditambahkan natrium untuk membuat kristal halus dan memperbaiki sifat mekanisnya. Cara ini tidak cocok untuk coran tebal.

  Sifat-sifat mekanis paduan Al-Si dapat diperbaiki dengan menambahkan Mg, Cu atau Mn, dan selanjutnya diperbaiki dengan perlakuan panas. Penambahan unsur Mg (0,3–1%) pada paduan Al-Si akan menghasilkan peningkatan cukup besar terhadap sifat mekanisnya. Dalam hal ini unsur Mg meningkatkan respon terhadap perlakuan panas bahan. Peningkatan tersebut terjadi karena adanya presipitasi Mg Si.

  2 Penambahan unsur Cu (3–5%) pada paduan Al-Si dapat meningkatkan sifat mekanis paduan.

  Duralumin merupakan salah satu paduan populer dari Al dengan komposisi standard Al ; 4% Cu ; 0,5% Mg ; 0,5% Mn. Bila kandungan unsur Mg ditingkatkan sehingga komposisi standardnya berubah menjadi Al ; 4,5% Cu ; 1,5% Mg ; 0,5% Mn akan menjadi duralumin super.

  c. Paduan Al-Mg.

  Paduan aluminium dengan kadar Mg sekitar 4-10% mempunyai ketahanan korosi dan sifat-sifat mekanis yang baik. Paduan ini mempunyai kekuatan tarik di atas 300 Mpa dan perpanjangan di atas 12% setelah mengalami perlakuan panas. Paduan Al-Mg disebut juga hidronalium. Paduan ini dipakai untuk bagian dari alat-alat industri kimia, kapal laut, kapal terbang yang membutuhkan daya tahan yang baik terhadap terjadinya korosi.

  Paduan Al-Mg dengan kadar 2–3% Mg dapat dengan mudah ditempa, dirol dan diekstruksi. Paduan ini dengan kadar 4,5% Mg setelah dianil merupakan paduan cukup kuat dan mudah dilas. Paduan ini banyak dipakai sebagai bahan tangki LNG.

  Paduan yang mengandung Cu mempunyai daya tahan kurang baik terhadap korosi. Bila ingin meningkatkan ketahanan korosi dapat dilakukan dengan melapisi permukaan menggunakan aluminium murni atau aluminium tahan korosi. Paduan ini dapat dipakai untuk konstruksi pesawat terbang.

  d. Paduan Al-Mn.

  Mangan adalah unsur yang memperkuat aluminium tanpa mengurangi ketahanan terhadap korosi, dan dipakai untuk membuat paduan tahan korosi.

  Paduan Al ; 1,2% Mn dan Al ; 1,2% Mn ; 1,0% Mg dipergunakan sebagai paduan tahan korosi tanpa perlakuan panas. e. Paduan Al-Mg-Zn.

  Paduan ini bersifat keras dan getas oleh korosi tegangan. Dengan penambahan 0,3% Mn dan Cr maka akan memperhalus butir kristal dan mengubah bentuk presipitasi serta terhindar dari retakan korosi tegangan. Paduan ini dinamakan Duralumin Super Ekstra. Paduan dengan komposisi 5,5% Zn ; 2,5% Mg ; 1,5% Cu ; 0,3% Cr ; 0,2% Mn mempunyai kekuatan tertinggi diantara paduan lainnya. Paduan ini banyak digunakan terutama untuk bahan konstruksi pesawat udara. Paduan Aluminium Tahan Panas.

  f.

  Paduan Al-Cu-Ni-Mg mempunyai kekuatan konstan sampai suhu 300°C sehingga paduan ini banyak digunakan untuk piston atau tutup silinder.

2.1.3 Pengaruh Setiap Unsur dalam Paduan Aluminium.

  Pengaruh unsur-unsur logam yang sering digunakan dalam paduan Aluminium antara lain : a. Unsur silikon (Si).

  Pengaruh positif yang ditimbulkan unsur silikon (Si), yaitu : 1.

  ¾ mempermudah proses pengecoran ¾ meningkatkan daya tahan terhadap korosi ¾ memperbaiki sifat-sifat atau karakteristik coran.

  2. Pengaruh negatif yang ditimbulkan unsur silikon (Si), yaitu : ¾ penurunan keuletan bahan terhadap beban kejut ¾ hasil cor akan rapuh jika kandungan Si terlalu tinggi. b. Unsur tembaga (Cu).

  Pengaruh positif yang ditimbulkan unsur tembaga (Cu), yaitu 1.

  ¾ meningkatkan kekerasan bahan ¾ memperbaiki kekuatan tarik ¾ mempermudah proses pengerjaan mesin.

  2. Pengaruh negatif yang ditimbulkan unsur tembaga (Cu), yaitu : ¾ menurunkan daya tahan terhadap korosi ¾ mengurangi keuletan bahan ¾ mengurangi mampu bentuk dan mampu rol.

  Unsur mangan (Mn).

  c.

  1. Pengaruh positif yang ditimbulkan unsur mangan (Mn), yaitu : ¾ meningkatkan kekuatan dan daya tahan pada temperatur tinggi ¾ meningkatkan daya tahan terhadap korosi ¾ mengurangi pengaruh buruk unsur besi.

  2. Pengaruh negatif yang ditimbulkan unsur mangan (Mn), yaitu : ¾ menurunkan kemampuan penuangan ¾ meningkatkan kekasaran butiran partikel.

  d. Unsur magnesium (Mg).

  Pengaruh positif yang ditimbulkan unsur magnesium (Mg), yaitu : 1.

  ¾ mempermudah proses penuangan ¾ meningkatkan kemampuan pengerjaan mesin ¾ meningkatkan daya tahan terhadap korosi ¾ meningkatkan kekuatan mekanis

  ¾ menghaluskan butiran kristal secara efektif ¾ meningkatkan ketahanan terhadap beban kejut/impak.

2. Pengaruh negatif yang ditimbulkan unsur magnesium (Mg), yaitu : ¾ meningkatkan kemungkinan timbulnya cacat pada hasil coran.

  Unsur nikel (Ni).

  e.

  1. Pengaruh yang ditimbulkan unsur nikel (Ni), yaitu : ¾ meningkatkan kekuatan dan ketahanan bahan pada temperatur tinggi ¾ menurunkan pengaruh buruk unsur Fe dalam paduan ¾ meningkatkan daya tahan terhadap korosi.

  Unsur besi (Fe).

  f.

  1. Pengaruh positif yang ditimbulkan unsur besi (Fe), yaitu : ¾ mencegah terjadinya penempelan logam cair pada cetakan selama proses penuangan.

  Pengaruh negatif yang ditimbulkan unsur besi (Fe), yaitu : 2.

  ¾ penurunan sifat mekanis ¾ penurunan kekuatan tarik ¾ timbulnya bintik keras pada hasil cor ¾ peningkatan cacat porositas.

  Unsur seng (Zn).

  g.

  1. Pengaruh positif yang ditimbulkan unsur seng (Zn), yaitu : ¾ meningkatkan sifat mampu cor ¾ mempermudah dalam pembentukan ¾ meningkatkan keuletan bahan

  ¾ meningkatkan kekuatan terhadap beban kejut.

  2. Pengaruh negatif yang ditimbulkan unsur seng (Zn), yaitu : ¾ menurunkan ketahanan korosi ¾ menurunkan pengaruh baik dari unsur besi (Fe) ¾ menimbulkan cacat rongga udara.

  h. Unsur titanium (Ti).

  1. Pengaruh positif yang ditimbulkan titanium (Ti), yaitu : ¾ meningkatkan kekuatan hasil cor pada temperatur tinggi ¾ memperhalus butiran kristal dan permukaan ¾ mempermudah proses penuangan.

  2. Pengaruh negatif yang ditimbulkan titanium (Ti), yaitu : ¾ menaikan viskositan logam cair ¾ mengurangi fluiditas logam cair.

2.2 Pengecoran.

  Sejarah pengecoran dimulai ketika manusia mengetahui bagaimana mencairkan logam dan bagaimana membuat cetakan. Hal itu terjadi kira-kira 4000 sebelum Masehi, sedangkan tahun yang pasti tidak diketahui. Awal penggunaan logam adalah ketika manusia membuat perhiasan atau perak tempaan, dan kemudian membuat senjata atau mata bajak dengan menempa tembaga. Hal itu dimungkinkan karena logam-logam ini terdapat di alam dalam keadaan murni, sehingga dengan mudah dapat menempanya. Kemudian secara kebetulan manusia menemukan tembaga mencair, selanjutnya mengetahui cara untuk menuang logam cair ke dalam cetakan, dengan demikian untuk pertama kalinya manusia dapat membentuk coran yang rumit.

2.2.1 Sifat-sifat Logam Cair.

  Logam cair adalah cairan seperti air, tetapi berbeda dari air dalam beberapa hal. Pertama, kecairan logam sangat tergantung pada temperatur, dan logam, cair akan cair seluruhnya pada temperatur tinggi, sedangkan pada temperatur rendah berbeda dengan air, terutama pada keadaan dimana terdapat inti-inti kristal. Kedua, massa jenis logam cair lebih besar dari pada massa jenis air. Ketiga, air menyebabkan permukaan dinding wadah menjadi basah, sedangkan logam cair tidak.

  Aliran logam cair dipengaruhi oleh kekentalan logam cair dan oleh kekasaran permukaan cetakan. Sedangkan kekentalan tergantung pada temperatur, di mana pada temperatur tinggi kekentalan menjadi lebih rendah, dan pada temperatur rendah kekentalan menjadi lebih tinggi.