PENGARUH SEMPROTAN AIR LAUT TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS PADUAN ALUMINIUM TUGAS AKHIR - Pengaruh semprotan air laut terhadap sifat fisis dan mekanis paduan aluminium - USD Repository
PENGARUH SEMPROTAN AIR LAUT TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS PADUAN ALUMINIUM TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin Disusun Oleh:
YULENS WILSON NUMBERI NIM : 035214023 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2008
PENGARUH SEMPROTAN AIR LAUT
TERHADAP
SIFAT FISIS DAN MEKANIS PADUAN ALUMINIUM
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin Disusun Oleh:
YULENS WILSON NUMBERI
NIM : 035214023
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2008
THE EFFECT OF SEA WATER SPRAY
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 :
YULENS WILSON NUMBERI
Student Number : 035214023
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh 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,16 Agustus 2008 Yulens Wilson Numberi Sebuah Karya Untuk:
- Tuhan Yesus Kristus
Atas Kasih-Nya yang selalu memberi kekuatan…
,
- Bapak Lukas Numberi
, kedua orang tua saya yang Ibu Beaktris Waromi sangat luar biasa .
- Kaka dan adik-adik; Berti, Nelce, Rahel, Maria, Jan Numberi Se keluarga dan keponakan tersayang Intan,ison,wiwi.
Serta keluarga semua yang selalu memberi segala macam dukungan…
- Luciana Luky Lestari prapti ningsi
dan jago Sutejo, Adriel Christian Valin
, yang sangat berpengaruh Fernando Numberi memberikan motifasi dan semangat...
- Keluarga Besar “GKN Gloria”
• Pay Istia, Ronal Yawan,Rolan S, Ronny P.S, Yosepin,
Wara Teman teman yang selalu memberi dan menerima pinjaman utang…- terlebih angkatan
Warga Teknik mesin USD, 2003
- yang ikut ikutan ambil judul..
Galih R sukma,
- Dan untuk tanah tercinta TANAH
PAPUA
- INDONESIA…
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan YESUS KRISTUS yang telah memberi anugerah, berkat, rahmat dan kekuatan serta semangat, harapan baru yang berlimpah dan tiada henti 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 terimakasih 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 Doddy Purwadianto, S.T., 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 Teknik Universitas Sanata Dharma.
6. Bapak Martono, Bapak Ronny, Bapak Intan dan semua Laboran yang lain.
7. Kepada Bapak Lukas Numberi, Ibu Beaktris Waromi, kaka Berti Numberi moral, financial, doa dan motivasi yang tiada henti hingga tugas akhir ini bisa selesai.
8. Lusiana Luky Lestari Preptiningsi Sutejo dan Adriel tersayang, terimakasih atas dukungan dan motifasi yang selalu diberikan tampa henti- hentinya.
9. Teman-teman GKN Gloria
10. Teman-teman satu apartement, teman-teman satu Universitas Sanata Dharma, Ronal Yawan, Pay Istia, Wara, Galih Sukma, Ronny Paulus, Yosepin, Melati, Finsen, Tumbur, Ronny, Indro dan rekan-rekan, serta semua pihak yang membantu dalam penulisan tugas akhir ini.
Yogyakarta, 16 Agustus 2008 Yulens Wilson Numberi
INTISARI
Pada penelitian ini bahan yang digunakan adalah paduan aluminium (hasil fabrikasi) dengan komposisi kimia 94,04% Al, 2,73% Si, 1,249% Zn dan unsur-unsur lainya. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis paduan aluminium pada saat tampa perlakuan, juga dilakukan pengujian setelah di semprot dengan air laut.
Proses penelitian yang dilakukan adalah paduan aluminium yang disemprot dengan air laut pada variasi waktu 20 hari dan 40 hari. Pengujian yang dilakukan adalah uji tarik, uji kelelahan, dan analisis struktur mikro dan makro.
Kekuatan tarik dan regangan pada paduan aluminium yang mengalami penyemprotan 20 hari, yaitu 14,05 Kg/mm², 1,74 % dan 40 hari, yaitu 11,29 Kg/mm², 0,63% mengalami perubahan bila dibandingkan dengan hasil kondisi awal bahan (hasil fabrikasi), yaitu 17,26 Kg/mm², 0,99 %. Kekuatan lelah paduan aluminium hasil fabrikasi lebih baik dari pada hasil penyemprotan 20 hari dan 40 hari. Struktur kristal paduan aluminium pada benda uji dengan penyemprotan 40hari mengalami perubahan pada permukaan.
DAFTAR ISI
Hal.HALAMAN JUDUL……………..………………………………………...... i HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING..…………………………...... iii HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI DAN DEKAN ………................... iv HALAMAN PERNYATAAN..………………………………….................... v HALAMAN PERSEMBAHAN …………………………………………….. vi KATA PENGANTAR...................................................................................... vii
INTISARI……………………………………………………………………. ix DAFTAR ISI………………………………………………………................. x DAFTAR TABEL ……………………………………………........................ xiv DAFTAR GAMBAR ……………………………………………................... xv BAB I PENDAHULUAN ……………………………...................................
1 1.1. Latar Belakang Penelitian……………………………...............
1 1.2. Tujuan Penelitian…………....………………….………............
2 1.3. Batasan Penelitian…...…………....………………....................
3 BAB II DASAR TEORI………………….......…….…………………...........
4 2.1. Sifat-sifat Aluminium ………………………………………….
4 2.2. Produksi Alumina........................................................................
6 2.2.1. Proses Pengolahan Alumina..............................................
6
2.3. Aluminium Murni........................................................................
7 2.4. Paduan Aluminium......................................................................
9 2.4.1. Klasifikasi Paduan Aluminium.........................................
10 2.4.2. Paduan Aluminium Cor.....................................................
11
2.4.3. Paduan Al-Cu……………………………………………
13
2.4.4. Paduan Al ─Si, Al─Si─Mg dan Al─Si─Cu...................... 14 2.4.5. Paduan Al-Mg...................................................................
18 2.4.6. Paduan Al-Mn...................................................................
20 2.4.7. Paduan Al-Mg-Zn……………………………………….
20 2.4.8. Paduan Aluminium Tahan Panas......................................
20 2.5. Pengaruh Unsur Paduan Dalam Aluminium...............................
21 2.6. Pengujian Bahan..........................................................................
24 2.7. Pengujian Merusak……………………………………………..
26 2.7.1. Pengujian Tarik………………………………………….
26 2.7.2. Pengujian Kelelahan……………………………………..
30
2.8. Korosi.......................................................................................... 31 2.8.1. Macam – Macam Korosi...................................................
33
2.8.2. Laju Korosi………………………………………………
35
2.8.3. Faktor–faktor yang Mempengaruhi Korosi Baja Karbon di Air Laut........................................................................
36 2.8.4. Lelah Korosi ( corrosion fatigue )....................................
37 2.9. Pengujian Struktur Kristal……………………………………...
38
2.10. Patahan Dan Putus Pada Benda Uji…………………………….
39 2.11. Kelelahan Pada Bahan Uji……………………………………...
44 2.12. Retakan (Crack)………………………………………………..
48 BAB III METODE PENELITIAN…………………………………………...
50 3.1. Skema Penelitian.........................................................................
51 3.2. Bahan dan Peralatan....................................................................
52 3.3. Pembuatan Benda Uji (spesimen)...............................................
53 3.3.1. Uji Tarik............................................................................
53 3.3.2. Uji Kelelahan.....................................................................
55 3.3.3. Struktur Mikro...................................................................
56 3.4. Pengujian Bahan………………………………………………..
56 3.4.1. Pengujian Tarik.................................................................
56 3.4.2. Pengujian Kelelahan……………………………………..
57 3.4.3. Pengujian Struktu Mikro...................................................
58 3.4.4. Pengujian Struktur Makro……………………………….
59 BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN……………………..
60
4.1. Hasil Uji Komposisi……………………………………………
60 4.2. Pengujian Tarik...........................................................................
61 4.2.1. Pembahasan Uji Tarik…………………………………...
64 4.3. Pengujian Kelelahan....................................................................
64 4.3.1. Pembahasan Uji Kelelahan................................................
69 4.4. Pengamatan Struktur Mikro........................................................
69
4.4.1. Pembahasan Struktur Mikro..............................................
72 4.5. Pengamatan Struktur Makro........................................................
72 4.5.1. Pembahasan Struktur Makro.............................................
74 BAB V PENUTUP…………………………………………………………...
75
5.1. Kesimpulan.................................................................................. 75
5.2. Saran............................................................................................ 76 DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................
78 LAMPIRAN...................................................................................................... 79
DAFTAR TABEL
Hal.19 Tabel 3.1. Ukuran Benda Uji Tarik menurut standar SII.0148-76................
67 Tabel L.1. Standarisasi JIS............................................................................
66 Tabel 4.7. Data uji Kelelahan Benda Uji penyemprotan selama 40 hari..
65 Tabel 4.6. Data uji Kelelahan Benda Uji penyemprotan selama 20 hari..
62 Tabel 4.5. Data Uji Kelelahan Tanpa perlakuan...........................................
62 Tabel 4.4. Data Uji Tarik Benda Uji penyemprotan selama 40 hari.........
62 Tabel 4.3. Data Uji Tarik Benda Uji Penyemprotan selama 20 hari......
60 Tabel 4.2. Data Uji Tarik Benda Uji Tanpa perlakuan.................................
54 Tabel 4.1. Komposisi Paduan Aluminium....................................................
17 Tabel 2.10. Sifat-Sifat Mekanik Paduan Al-Cu-Mg.......................................
Tabel 2.1. Sifat-sifat Fisik Aluminium.........................................................16 Tabel 2.9. Sifat-Sifat Mekanis Paduan Al-Mg-Si.........................................
14 Tabel 2.8. Kekuatan Tarik Panas Paduan Al-Si-Ni-Mg…………………....
12 Tabel 2.7. Fasa Presipitasi Selama Penuaan Paduan Biner Al-Cu…………
12 Tabel 2.6. Pengaruh Unsur Paduan Pada Aluminium...................................
11 Tabel 2.5. Sifat-Sifat Mekanis Paduan Aluminium Cor...............................
10 Tabel 2.4. Klasifikasi Paduan Aluminium Tempa........................................
8 Tabel 2.3. Klasifikasi Paduan Aluminium Cor.............................................
8 Tabel 2.2. Sifat-Sifat Mekanik Aluminium...................................................
82
DAFTAR GAMBAR
Hal.65 Gambar 4.3. Grafik Uji Tarik Spesimen Penyemprotan 20 hari...................
71 Gambar 4.10 Penampang Patahan Lelah Tanpa perlakuan...........................
70 Gambar 4.9. Struktur Mikro Pada penyemprotan selama 40 hari.
70 Gambar 4.8. Struktur Mikro Pada penyemprotan selama 20 hari.
69 Gambar 4.7. Struktur Mikro Pada Kondisi Tanpa perlakuan..
4.6. Kawat dengan ukuran sebenarnya 0,13 mm dengan perbesaran 200×........................................................................
68 Gambar
67 Gambar 4.5. Grafik Perbandingan Uji tarik..................................................
66 Gambar 4.4. Grafik Uji Tarik Spesimen Penyemprotan 40 hari...................
63 Gambar 4.2. Grafik Uji Tarik Spesimen Tanpa perlakuan...........................
Gambar 2.1. Hubungan Tegangan dan Regangan Uji Tarik.........................56 Gambar 4.1. Diagram Perbandingan Uji Tarik..............................................
55 Gambar 3.3. Benda Uji Kekerasan dan Struktur Mikro................................
53 Gambar 3.2. Benda Uji Kelelahan.................................................................
43 Gambar 3.1. Benda Uji Tarik........................................................................
42 Gambar 2.5. Retak Getas Paduan Al – Si………………………………......
41 Gambar 2.4. Retak Ductile Paduan Al – Si………………………………...
31 Gambar 2.3. Macam-Macam Bentuk Patahan...............................................
27 Gambar 2.2. Diagram S-N Untuk Logam Besi dan Bukan Besi...................
72
Gambar 4.11 Penampang Patahan Lelah Material penyemprotan selama 20 hari...............................73 Gambar 4.12 Penampang Patahan Lelah Material penyemprotan selama 40 hari...............................
73 Gambar L.1. Alat foto mikro.........................................................................
78 Gambar L.2. Alat Uji tarik.............................................................................
78 Gambar L.3. Alat penyemprotan....................................................................
79 Gambar L.4. Alat Uji Kelelahan....................................................................
79
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Penelitian
Penggunaan aluminium sebagai logam setiap tahunnya adalah pada urutan kedua setelah besi dan baja,yang tertinggi diantara logam non ferro. Produksi aluminium tahunan didunia mencapai 15 juta ton per tahun pada tahun 1981. ( Surdia T,Saito S, : Pengetahuan Bahan Teknik, hal 129)
Sebagian besar belahan bumi Indonesia ini berupa lautan, sehingga kehidupan manusiapun tidak bisa lepas dari laut. Kemajuan teknologi khususnya bidang industri perkembangannya semakin pesat, tidak hanya di daratan, melainkan sudah merambah ke daerah lautan. Seperti misalnya penambangan lepas pantai, adanya kincir-kincir yang berada di tepi pantai, dan lain sebagainya. Masalah bidang industri yang berada di laut maupun di darat, sepintas hanya berbeda letak saja, akan tetapi banyak perbedaan yang sangat mendasar. Air laut mempunyai sifat korosif, sangat destruktif dan merusak,sehingga sangat mempengaruhi kemajuan industri saat ini. Dengan sifat air laut yang korosif ini, maka dicari bahan-bahan yang tahan terhadap korosi di lingkungan air laut.
Permintaan akan kebutuhan industri dalam jumlah yang cukup besar dan kualitas baik juga tentunya, menjadi tanggung jawab dan motivasi manusia untuk terus dapat mengolah dan menciptakan sesuatu yang bermanfaat dari sumber daya yang ada. Khususnya pada bidang teknik yang melakukan penelitian dan lingkungan air laut maupun lingkungan yang lain. Karena dari bermacam bahan yang ada tersebut mempunyai sifat dan karakter yang berbeda-beda seperti sifat fisis, mekanik, komposisi, dan mempunyai kelebihan dan kekurangan juga tentunya.
Berdasarkan dari hal-hal tersebut, penulis akan melakukan penelitian mengenai paduan aluminium. Yang mana penelitian ini sebagai bahan tugas akhir, karena penggunaan aluminium yang semakin banyak dipergunakan dalam berbagai bidang dewasa ini. Ini disebabkan karena aluminium mempunyai sifat tahan korosi, tidak beracun, ringan, pengahantar panas yang baik dan mudah dibentuk.
Karena sifat aluminium yang tahan terhadap korosi maka diperlukan penelitian pengaruh semprotan air laut terhadap paduan aluminium. Karena penggunaan paduan aluminium yang semakin banyak. Selain dipergunakan untuk peralatan rumah tangga, paduan aluminium banyak juga dipergunakan untuk keperluan industri diantaranya bahan untuk body pesawat terbang, mobil, kapal laut, elektronik, konstruksi dan lain sebagainya.
1.2. Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh semprotan air laut terhadap sifat fisis dan mekanis pada paduan aluminium, yaitu :
1. Kekuatan tarik
2. Kelelahan
1.3. Batasan Penelitian
Dalam penelitian ini diberikan batasan-batasan masalah agar dapat terarah dan lebih sistematis. Paduan Aluminium (Al 94,038% - Si 2,733 % - Zn 1,249%) berbentuk batangan berdiameter 12 mm hasil fabrikasi, akan mendapat perlakuan yaitu disemprot dengan air laut dengan variasi waktu penyemprotan adalah 20 hari, dan 40 hari. Kemudian akan diuji kekuatan tariknya dengan mesin uji tarik dan kelelahan dengan uji kelelahan Rotary Bending.
BAB II DASAR TEORI Aluminium merupakan logam ringan yang mempunyai ketahanan korosi
yang baik dan hantaran listrik yang baik dan 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 tahan 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 massa jenis yang rendah, berat aluminium yang hanya sepertiga dari berat baja, berat jenis alumunium 2700 Kg/m
3
, sedangkan berat jenis baja sebesar 7700 Kg/m
3
, kekuatan tarik 90 – 120 Mpa, tegangan luluh 34 Mpa, kekerasan 23 BHN dan modulus elastisitas (E) sebesar 70000 N/mm
2 .
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 ditempa (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. 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 di produksi dari bauksit yang merupakan campuran gibbsite [Al (OH)
3 ], diaspore [Al O(OH)] dan mineral lempung seperti kaolinit [Al
2 Si
2 O
5
(OH) ]. Proses aluminium dari bauksit melalui dua tahap, yaitu :
4
a. Proses pengolahan alumina (Al
2 O 3 )
b. Proses Elektrolisa alumina menjadi aluminium Proses produksi dibuat dua tahap karena sedikit lebih sulit untuk memisahkan antara alumina dan bauksit.
2.2.1. Proses Pengolahan Alumina
Proses pengolahan bauksit menjadi alumina dilakukan melalui suatu rangkaian proses yang di sebut proses Bayer. Bauksit di masukkan ke dalam larutan (Na OH) dan alumina yang terdapat di dalamnya akan membentuk sodium aluminat. Setelah pemisahan sodium aluminat dari zat lainnya, lalu didinginkan secara perlahan sampai temperatur 25 C C untuk mengendapkan aluminium
─ 35 hidroksida Al (OH) , kemudian Al (OH) dicuci dan selanjutnya dipanaskan
3
3
sampai temperatur 110 C C untuk menghasilkan aluminium oksida ─ 120
(Al
2 O 3 ). Dari proses tersebut didapatkan alumina yang siap pakai.
Pada proses elektrolisa alumina, alumina yang telah diperoleh melalui proses pengolahan bauksit, diproses lagi secara elektrolisa pada temperatur tinggi dengan proses Hall
─Heroult. Karena alumina mempunyai titik leleh yang tinggi (2000
C), maka alumina tersebut dilarutkan ke dalam cairan Criolite (Na
3 Al F 6 )
yang bertindak sebagai elektrolit, sehingga titik leleh menjadi lebih rendah (1000
C). (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 di dapat aluminium cair yang terkumpul di dasar dapur dan dapat di ambil bila perlu, sementara oksigen akan sampai ke anoda dan terbakar.
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(Sumber : Surdia T,Saito S, : Pengetahuan Bahan Teknik, hal 134) Sifat-sifat Kemurnian Al (%)
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 Tahanan listrik koefisien temperatur (
C) 0,00429 0,0115
- 6 -6
Koefisien pemuaian (20-100
C) 23,86 × 10 23 x 10 Jenis kristal, kontraksi kisi Fcc,a = 4,013kX Fcc,a = 4,04kX
Catatan : fcc = face centered cubic ; kubus berpusat muka
Tabel 2.2 Sifat-Sifat Mekanik Aluminium(Sumber : Surdia T,Saito S, :Pengetahuan Bahan Teknik, hal 134)
Sifat-sifat Kemurnian Al (%) 99,996 >99,0 75% dirol Diaging Diaging H18 2 dingin Kekuatan tarik (kg/mm ) 2 4,9 11,6 9,3 16,9 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 4,4 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, perlengkapan bidang kimia, lembaran (plat) dan sebagainya. Salah satu usaha untuk meningkatkan aluminium murni adalah dengan proses pengerasan regang atau dengan perlakuan panas (heat tretment). 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 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 standard oleh berbagai negara. Paduan aluminium diklasifikasikan menjadi dua kelompok umum yaitu : Paduan aluminium cor (cast aluminium alloys) 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 tercantum pada tabel di bawah ini :
Tabel 2.3 Klasifikasi Paduan Aluminium CorElemen Paduan Utama Aluminium Kode/Grup
Aluminium, 99% atau lebih besar
1XX.X Tembaga (Copper = Cu)
2XX.X Silicon dgn Cu dan/atau Mg
3XX.X Silicon (Si)
4XX.X Magnesium (Mg)
5XX.X Zinc 7XX.X Tin 8XX.X Elemen lain
9XX.X
Tabel 2.4 Klasifikasi Paduan Aluminium TempaElemen Paduan Utama Aluminium Kode/Grup
Aluminium, 99% atau lebih besar
1XXX Tembaga (Copper = Cu)
2XXX Manganese (Mn)
3XXX Silicon (Si)
4XXX Magnesium (Mg)
5XXX Magnesium & Silicon
6XXX Seng (Zn = Zinc)
7XXX Elemen lain
8XXX 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 mekaniknya) 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 dibanding dengan cetakan pasir sehingga struktur logam cor yang dihasilkan akan lebih halus dan menyebabkan peningkatan sifat mekaniknya. Tabel di bawah ini memperlihatkan sifat-sifat mekanik beberapa paduan aluminium cor. Mg Cu Si Zn Mn Pb Batas getas + + + + + ++ + Daya tahan terhadap korosi ++ - ++ - ++ Kemampuan dituang + 0 ++ 0 0 0 Kemampuan diproses cutting + + + - +
5 Tabel 2.6 Pengaruh Unsur Paduan Pada Aluminium (Sumber : Suroto,A.Sudibyo,b.Ilmu Logam)
17Si – 4,5Cu- 0,6Mg
Cetakan pasir F 130 200
5,8Zn - 0,6 Mg
3 712.0
12Si – 1,3 Fe Tekanan F 160 280
1 413.0
<0,5
280 310
T6 T5 270 290
Cetakan pasir Tekanan
7Si - 0,3 Mg Cetakan pasir T6 160 230 1,5 390.0
Tabel 2.5 Sifat-Sifat Mekanis Paduan Aluminium Cor1 356.0
5 308.0 5,5 Si - 4,5 Cu Cetakan pasir F 90 150
295.0 4,5 Cu - 1 Si Cetakan pasir T6 165 250
Regangan (%)
σ (Mpa)
σ (Mpa) u
Perlakuan Panas 2 yo
Proses Pembuatan
Komposisi Rata-rata (%)
(Sumber : Malau V : Bahan Teknik Manufaktur, Diktat Kuliah,USD Yogyakarta) Paduan
- 0,5Cr - 0,2Ti
- : Meningkat - : Menurun 0 : Tidak berpengaruh
Disamping sifat-sifat tersebut, ada beberapa sifat penting yang diperoleh dari paduan aluminium, yaitu dengan kemampuan dispersi, hal ini dengan memberikan paduan tembaga dan seng atau paduan magnesium-silisium (Mg Si )
2
atau Magnesium-seng (Mg-Zn
2 ) dengan demikian dapat diketahui perbedaan
antara aluminium yang dapat dikeraskan dengan aluminium yang tidak dapat dikeraskan, ini sangat penting bagi proses pengerjaan.
2.4.3. Paduan Al-Cu Paduan Al-Cu sangat jarang digunakan karena tingkat kecairannya jelek.
Paduan Al-Cu dapat di perbaiki dengan menambahkan unsur Si. Karena bahan ini memiliki sifat cukup baik pada penggunaan suhu tinggi bisa ditambahkan unsur Ni dan Mg.
Paduan aluminium dengan kadar Cu 4,5 % memiliki sifat-sifat mekanis dan mampu mesin yang baik, sedangkan mampu cor bahan ini kurang baik.
Paduan Al-Cu-Si dengan kadar 4 – 5 % Si pada paduan dapat memperbaiki mampu cor aluminium. Paduan Al-Cu-Si biasa dipakai untuk rangka utama katup- katup. Komposisi paduan adalah :
GP [2] atau GP [1]
- GP [2]
- θ θ
θ
Cu : 4,20 % Si : 4,58 % Fe : 0,14 % dan Al : sisanya
Tabel.2.7 Fasa Presipitasi Terbentuk Selama Penuaan Paduan Biner Al – Cu (Sumber : Surdia, T.Saito,S.Pengetahuan Bahan Teknik, hal.132)
Konsentrasi paduan Temperatur Penuaan (
C) 2 % Cu 3 %Cu 4 % Cu 4,5 % Cu 110 130 165 190 220 240
GP [1] θ atau dan θ
θ dan GP [2] sesaat θ GP [2] terbatas
GP [1] GP [1]
GP [1] dan GP [2] GP[2]dan terbatas
θ θ θ
GP [1] GP [1]
- GP [1] GP [1]
2.4.4. Paduan Al ─Si, Al─Si─Mg dan Al─Si─Cu
Paduan Al – Si merupakan paduan aluminium yang paling banyak digunakan dengan kadar Si yang bervariasi dari 5 – 20 %. Kebanyakan paduan ini memiliki struktur mikro eutektik atau hypoeutektik (komposisi eutektik pada 12,17 % Si). Paduan ini mempunyai viskositas yang baik dan tahan terhadap elemen-elemen mesin. Paduan ini relatif ringan, koefisien pemuaian rendah, penghantar panas dan listrik yang baik. Bila paduan ini di cor, 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-sifat mekanisnya. Tapi cara ini tidak efektif 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-sifat mekanisnya. Dalam hal ini, unsur Mg meningkatkan respon terhadap perlakuan panas bahan. Peningkatan tersebut terjadi karena adanya presipitasi Mg
2 Si. Paduan 5053, 6063 dan 6061 merupakan
paduan dari sistim ini yang mempunyai kekuatan kurang baik sebagai paduan tempa dibandingkan dengan paduan-paduan lainnya, tetapi sangat liat, sangat baik mampu bentuknya pada temperatur kamar serta tahan korosi.
Tabel 2.8 Kekuatan Tarik Panas Paduan Al-Si-Ni-Mg(Sumber : Surdia,T.Saito,S.Pengetahuan Bahan Teknik,hal.138) Paduan Perlakuan Sifat-sifat mekanik
Temp- Kekuatan Kekuatan Perpan- ratur uji
Tarik Mulur jangan (
C)
2
2
(kgf/mm ) (kgf/mm ) (%) Alcoan 325 T6: 510-521 C,4 jam 24 39,2 32,2
8 Al-12,5Si-1,0Mg- Dicelup dingin di air, 240 11,2 7,7
30 0,9Cu- 160-174 C,6-10 jam 316 4,2 2,5
60 0,9Ni (untuk dibentuk) Penuaan 371 2,5 1,4 120 Alcoa A 132 T551: 168-174 C,14-18 24 25,2 19,6 0,5 Al-12Si-2,5Ni-1,2Mg- Jam dianil, tanpa 204 16,1 9,5 2,0 0,8Cu (untuk dicor Perlakuan perlarutan 316 7,7 3,5 8,0 cetak) Alcoa D 132 T5: 204 C,7-9jam dianil, 24 25,2 19,6 1,0 Al-9Si-3,5Cu-0,8Mg- tanpa perlakuan pelarutan 240 14,4 9,1 5,0 0,8Ni (untuk dicor 316 6,3 4,2 20,0 cetak)
371 3,9 2,8 40,0 Duralumin (paduan seri 2017) merupakan salah satu paduan populer dari aluminium dengan komposisi standard Al – 4 % Cu – 0,5 % Mg – 0,5 % Mn. Bila kandungan unsur Mg ditingkatkan sehingga komposisi standarnya berubah menjadi Al 4,5 % Cu 1,5 % Mn di namakan paduan 2024 dengan nama lamanya duralumin super.
82 6,7 6,7
5,6 14,8 28,0
73
60
11 11,9 15,5 15,5
12
12
14,8 21,8 24,6
T6 T83 19,0 24,6 26,0
95 6,3 9,5 9,5 6063 T5
65
30
16,9 21,0
15 8,4
28
30
12,6 24,6 31,6
Tabel 2.9 Sifat-Sifat Mekanis Paduan Al-Mg-Si) Perpanjangan
(Sumber : Surdia,T.Saito,S.Pengetahuan Bahan Teknik,hal.140) Paduan Keadaan Kekuatan
Tarik (kgf/mm
2
) Kekuatan
Mulur (kgf/mm
2
(%) Kekuatan
) 6061 0 T4 T6
Geser (kgf/mm
2
) Kekerasan
Brinell Batas
Lelah Kgf/mm
2
- Penambahan unsur Cu (3-5 %) pada paduan Al-Si dapat juga meningkatkan sifat-sifat mekanik paduan. Paduan Al-Si-Cu, dengan komposisi Si mendekati komposisi eutektik dapat di gunakan pada suhu tinggi dengan koefisien muai panjang relatif kecil, paduan ini banyak digunakan untuk bahan piston motor bakar (internal combustion engine)
2.4.5. 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 diatas 300 Mpa, dan perpanjangan diatas 12 % setelah perlakuan panas. Paduan Al-Mg (disebut juga hidronalium) di pakai untuk bagian-bagian dari alat-alat industri kimia, kapal laut, pesawat terbang yang membutuhkan daya tahan terhadap korosi. Paduan mempunyai daya tahan sangat baik terhadap korosi dalam air laut dan udara dengan kadar garam relatif tinggi.
Komposisi dari paduan ini : Mg : 3,86 % Si : 0,18 % Mn : 0,39 % Fe : 0,29 % Cu : 0,07 % dan Al : sisanya
Paduan seri 5052 dengan 2-3 % Mg dapat dengan mudah di tempa, dirol dan di ekstrusi. Paduan 5056 merupakan paduan paling kuat dalam sistem ini, dan dipakai setelah pengerasan bila diperlukan kekerasan tinggi. Paduan 5083 dengan 4,5 % Mg setelah dianil merupakan paduan cukup kuat dan mudah di las.
- 127 288 295
- 14S
- Paduan yang mengandung Cu mempunyai daya tahan jelek terhadap korosi, bila kita ingin meningkatkan ketahanan korosinya maka biasanya pada permukaan paduan tersebut dilapisi dengan aluminium murni atau paduan aluminium tahan korosi. Paduan dengan sistem ini terutama dipakai sebagai bahan pesawat terbang.
T4 302 169 27 197 95
25
18
98 280 420
190 394 490
14S (2014)
(2014)
22
22
77 323 401
51,3
T4 T36 189 478
24S (2024)
A17S (A2017)
Tabel 2.10 Sifat-Sifat Mekanik Paduan Al-Cu-Mg77 127
127 267
70 281
183 436
17S (2017) T4
(Mpa)
(Mpa) Batas Lelah
Kekuatan Geser
Regangan (%)
Mulur (Mpa
(Mpa) Kekuatan
Kekuatan Tarik
(Sumber : Malau V : Bahan Teknik Manufaktur,Diktat Kuliah, USD Yogyakarta) Sifat-sifat mekanis Paduan Keadaan
13 127 239 295
2.4.6. Paduan Al-Mn
Mangan (Mn) merupakan unsur yang memperkuat aluminium tanpa mengurangi ketahanan terhadap korosi, dan dipakai untuk membuat paduan tahan korosi.
2.4.7. Paduan Al-Mg-Zn
Aluminium menyebabkan keseimbangan biner semu dengan senyawa antara logam MgZn kelarutannya menurun apabila temperatur turun. Paduan bersifat
2,
keras dan getas oleh korosi tegangan. Dengan penambahan kira-kira 0,3 % Mn atau Cr, butir kristal padat diperhalus dan mengubah bentuk presipitasi serta terhindar dari retakan korosi tegangan. Paduan tersebut dinamakan ESD, duralumin super ekstra, mempunyai kekuatan tertinggi di antara paduan-paduan lainnya. Penggunaan paduan ini terutama untuk bahan konstruksi pesawat terbang. Paduan 7075 dengan komposisi :
Mg : 2,5 % Cr : 0,3 % Zn : 5,5 % Cu : 1,5 % Mn : 0,2 %
2.4.8. Paduan Aluminium Tahan Panas
Paduan Al-Cu-Ni-Mg mempunyai kekuatan konstan sampai suhu 300
C, sehingga paduan ini banyak digunakan untuk piston atau tutup silinder. Paduan Al-Si-Cu-Ni-Mg mempunyai koefisien muai rendah dan tahan suhu tinggi sehingga paduan ini banyak digunakan untuk piston.
2.5. Pengaruh Unsur Paduan Dalam Aluminium
Paduan-paduan biasanya dipakai untuk meningkatkan pengaruh positif pada aluminium tetapi memiliki pengaruh negatif juga.
1. Unsur Magnesium (Mg) Unsur magnesium memberikan pengaruh positif yaitu :
Mempermudah proses penuaan Meningkatkan kemampuan pengerjaan mesin Meningkatkan daya tahan terhadap korosi Meningkatkan kekuatan mekanis Menghaluskan butiran kristal secara efektif Meningkatkan ketahanan terhadap beban kejut / impact
Pengaruh negatif yang ditimbulkan unsur Mg : Meningkatkan kemungkinan timbulnya cacat pada hasil cor.
2. Unsur Besi (Fe) Pengaruh positif yang ditimbulkan unsur besi pada paduan aluminium :
Mencegah terjadinya penempelan logam cair pada cetakan selama proses penuangan.
Pengaruh negatif yang ditimbulkan unsur besi : Penurunan sifat mekanis
Timbulnya bintik keras pada hasil coran Peningkatan cacat porositas.
3. Unsur Seng (Zn) Pada paduan aluminium unsur seng memberikan pengaruh positif berupa :
Meningkatkan sifat mampu cor Meningkatkan kemampuan dimesin Mempermudah dalam pembentukan Meningkatkan keuletan bahan Meningkatkan kekuatan terhadap beban kejut.
Pengaruh negatif unsur seng pada paduan aluminium adalah : Menurunkan ketahanan korosi Menurunkan pengaruh baik dari unsur besi, dan bila kadar Zn terlalu tinggi dapat menimbulkan cacat rongga udara.
4. Unsur Titanium (Ti) Pengaruh positif dari unsur titanium pada aluminium adalah : Meningkatkan kekuatan hasil cor pada temperatur tinggi Memperhalus butir kristal dan permukaan Mempermudah proses penuangan.
Unsur titanium memberikan pengaruh negatif terhadap paduan aluminium : Menaikan viskositas logam cair dan mengurangi fluiditas logam cair.
5. Unsur Silikon (Si) Pengaruh positif dari unsur silicon dalam paduan aluminium adalah :
Meningkatkan daya tahan terhadap korosi Memperbaiki sifat-sifat atau karakteristik coran Menurunkan penyusutan dalam hasil coran
Pengaruh negatif yang ditimbulkan unsur Si adalah : Penurunan keuletan bahan terhadap beban kejut Hasil cor akan rapuh jika kandungan silikon terlalu tinggi.