THE EFFECT 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

  

PENGARUH SEMPROTAN AIR LAUT

TERHADAP

SIFAT FISIS DAN MEKANIS ALUMINIUM PADUAN

TUGAS AKHIR

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Jurusan Teknik Mesin Disusun Oleh:

  

SURYATMAJA

NIM : 015214055

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

THE EFFECT 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 :

SURYATMAJA

  

Student Number : 015214055

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

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, November 2007 Suryatmaja

  PERSEMBAHAN Ku Persembahkan Buat Yesus Kristus

  Ku persembahkan Buat Bapak dan Ibu,

Kakak dan Adikku

Buat ”Seseorang” yang telah menemaniku selama 6 tahun aku di Jogja Terimakasih atas Suka dan Duka yang Kau beri

  Jadilah Orang yang Berguna Bagi Orang Lain, Terutama Bagi Orang yang Kita sayangi

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yesus Kristus yang telah memberi berkat, semangat, harapan baru, 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 terimakasih kepada :

  1. Romo Ir. Greg Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

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

  3. Bapak Budi Setyahandana, 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. Bpk. Martono, Bpk. Ronny, Bpk. Intan dan semua Laboran yang lain.

  7. Kepada orang tua dan saudara-saudara saya, terimakasih atas financial, doa dan motivasi hingga tugas akhir ini bisa selesai.

  8. Teman-teman kost, teman-teman Tupat Comunity, teman-teman seangkatan 2001, Alex, Roy, Rony, Pakde Obex, dll.

  9. Rekan-rekan dan semua pihak yang membantu dalam penulisan tugas akhir ini.

  Yogyakarta, November 2007 Suryatmaja

  

INTISARI

  Pada penelitian ini bahan yang digunakan adalah berupa paduan aluminium (hasil fabrikasi) dengan komposisi kimia 94,04% Al, 2,73% Si, 0,58% Cu dan unsur- unsur lainya sebesar 2,65%. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis paduan aluminium setelah di semprot dengan air laut, juga dilakukan pengujian pada saat kondisi awal ( hasil fabrikasi ).

  Proses penelitian yang dilakukan adalah paduan aluminium yang disemprot dengan air laut dengan perbandingan 1 : 3 dan perbandingan 1 : 5 dengan lama penyemprotan 5 hari. Pengujian yang dilakukan adalah uji tarik, uji kelelahan, dan analisis struktur mikro dan makro.

  Kekuatan tarik dan regangan pada paduan aluminium yang mengalami

_{TP PT}

  

2

  penyemprotan 1 : 3 sekitar 12,86 Kg/mm , 1,2 %. Tidak terjadi perubahan yang _{TP PT}

  2

  signifikan bila dibandingkan dengan penyemprotan 1 : 5 sekitar 11,86 Kg/mm , 1,25%. Paduan aluminium yang mengalami penyemprotan 1 : 3 lebih baik kekuatan lelahnya dari pada penyemprotan 1 : 5. Struktur kristal paduan aluminium tidak mengalami perubahan.

  

ABSTRACT

  Alumunium alloys from factory are used in this research, the chemical compositions in these Alumunium are 94,04% Al, 2,73% Si, 0,58% Cu and 2,65% are other compositions. The aims of this research is knowing the physical and mechanical properties of Alumunium alloys after sprayed with oceanic water, also observe to factory’s materials.

  Alumunium alloys are sprayed with sea water within 1:3 and 1:5 compositions of oceanic water and water for 5 days. The examinations to specimens are tensile test, fatigue test, microstucture test and macrostructure test.

  Results of tensile strength in Alumunium alloys that sprayed with 1:3 composition is about 12,86 Kg/mm²,1,2 % and 1:5 composition is about 11,86 Kg/mm², 1,25%. By comparing the results of tensile test there is no significant change. Results of fatigue test in Alumunium alloys that sprayed with 1:3 composition is better than 1:5 composition. Crystal strurture in Alumunium alloys have not changed.

  

DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL……………………………………………...............……...........i HALAMAN PENGESAHAN …………………………...........................................iii HALAMAN PERNYATAAN …………………………………….......……...............v HALAMAN PERSEMBAHAN …………………….....………………….............…vi KATA PENGANTAR ……................……………………………......……......…....vii

  INTISARI ...................………………………………………......…………..........…ix DAFTAR ISI ……………………………………………...…........………......……..xi DAFTAR GAMBAR……………………………………............………......…….....xv DAFTAR TABEL …....…………………………………………...….....................xvi

  BAB I PENDAHULUAN

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

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

  1.3 Batasan Penelitian………………….………..........................………...2

  1.4 Metode Penelitian ………………….......………………..........…...…2

  BAB II DASAR TEORI

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

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

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

  2.2.2 Proses Elektrolisa Alumina Menjadi Aluminium...............7

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

  2.4 Aluminium Paduan………………………………......………………11

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

  2.4.2 Paduan Aluminium Cor……………….…......…………..13

  2.4.3 Paduan Al-Cu………………….……………….....…..…16

  2.4.4 Paduan Al-Si, Al-Si-Mg dan Al-Si-Cu..............................17

  2.4.5 Paduan Al-Mg………………………......………………..21

  2.4.6 Paduan Al-Mn………………………......……………..…23

  2.4.7 Paduan Al-Mg-Zn………………………….……......…...23

  2.4.8 Paduan Aluminium Tahan Panas………….…….....…....24

  2.5 Pengaruh Unsur Paduan Dalam Aluminium…………………........…24

  2.6 Pengujian Bahan……………………………….……………...…......27

  2.7 Pengujian Merusak………………………………………….....…….29

  2.7.1 Pengujian Tarik……………………………..……............29

  2.7.2 Pengujian Kelelahan…………………….......………...…33

  2.8 Korosi………………………………………………….....………….35

  2.8.1 Macam – macam korosi …………………………......…..37

  2.8.2 Laju korosi …………………………………………........38

  2.8.3 Faktor – faktor yang mempengaruhi korosi.......................40

  2.8.4 Lelah korosi.......................................................................41

  2.9 Pengujian struktur kristal.....................................................................43

  2.11 Kelelahan pada benda uji.....................................................................47

  2.12 Retakan................................................................................................52

  BAB III METODE PENELITIAN

  3.1 Skema Penelitian……………………………...………….....……..…54

  3.2 Bahan dan Peralatan…………………………….....…...………….…55

  3.3 Pembuatan Benda Uji…………………………….....………….…….56

  3.3.1 Uji Tarik……………………………….........………….56

  3.3.2 Uji Kelelahan………………..………..…......………....58

  3.3.3 Struktur Mikro................................................................59

  3.4 Pengujian Bahan…………………………………….....………….….59

  3.4.1 Pengujian Tarik………………………………......……....59

  3.4.2 Pengujian Kelelahan………………..……….....…...……60

  3.4.3 Pengujian Struktur Mikro………………………...….......61

  3.4.4 Pengujian Struktur Makro .................................................62

  BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

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

  4.2 Pengujian Tarik……………………………….…......………………..64

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

  4.4 Pengamatan Struktur Mikro..................................................................72

BAB V PENUTUP

  5.1 Kesimpulan...........................................................................................78

  5.2 Saran.....................................................................................................79

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Kekuatan Tarik Dengan Jenis Perlakuan................66Gambar 4.9 Penampang Patahan Lelah Material 1 : 3............................................83Gambar 4.8 Penampang Patahan Lelah Material Hasil Fabrikasi...........................75Gambar 4.7 Struktur Mikro Pada Kondisi 1 : 5, Perbesaran 200 ×.........................74Gambar 4.6 Struktur Mikro Pada Kondisi 1 : 3, Perbesaran 200 ×.........................74

  4.5 Struktur Mikro Pada Kondisi Hasil Fabrikasi, Perbesaran 200 ×....................................................................................................73

  Gambar

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Tegangan Dengan Jumlah Siklus..........................71Gambar 4.2 Grafik Hubungan Regangan Dengan Jenis Perlakuan.........................67Gambar 3.3 Benda Uji Kekerasan da Struktur Mikro.............................................59Gambar 2.1 Proses Elektrolisa Alumina Dengan Dapur Cell...................................8Gambar 3.2 Benda Uji Kelelahan............................................................................58Gambar 3.1 Benda Uji Tarik……………………………………...........................56Gambar 2.9 Retak Ductile Paduan Al – Si..............................................................46Gambar 2.8 Macam-Macam Bentuk Patahan..........................................................46Gambar 2.7 Bentuk Penampang Patah....................................................................44Gambar 2.4 Diagram S-N Untuk Logam Besi dan Bukan Besi..............................35Gambar 2.3 Hubungan Tegangan dan Regangan Uji Tarik....................................30Gambar 2.2 Proses Elektrolisa Alumina Menjadi Aluminium..................................8Gambar 4.10 Penampang Patahan Lelah Material 1 : 5............................................83

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.10 Sifat-sifat Mekanis Paduan Al-Cu-Mg…………................................22Tabel 4.6 Data Uji Kelelahan Benda Uji 1 : 3........... .........................................70Tabel 4.5 Data Uji Kelelahan Hasil Fabrikasi.....................................................69Tabel 4.4 Data Uji Tarik Benda Uji 1 : 5.............................................................66Tabel 4.3 Data Uji Tarik Benda Uji 1 : 3.............................................................65Tabel 4.2 Data Uji Tarik Benda Uji Hasil Fabrikasi...........................................65Tabel 4.1 Komposisi Paduan Aluminium............................................................63Tabel 3.1 Ukuran Benda Uji Tarik Menurut Standar..........................................57Tabel 2.9 Sifat-Sifat Mekanis Paduan Al-Mg-Si.................................................20Tabel 2.1 Sifat-Sifat Fisik Aluminium ………………….....…...……...........…..9Tabel 2.8 Kekuatan Tarik Panas Paduan Al-Si-Ni-Mg…………….....…..........19

  Biner Al-Cu ........................................................................................17

Tabel 2.7 Fasa Presipitasi Terbentuk Selama Penuaan PaduanTabel 2.6 Pengaruh Unsur Paduan Pada Aluminium…………..........................15Tabel 2.5 Sifat-Sifat Mekanis Paduan Aluminium Cor.......................................14Tabel 2.4 Klasifikasi Paduan Aluminium Tempa………………........................13Tabel 2.3 Klasifikasi Paduan Aluminium Cor…………….................................12Tabel 2.2 Sifat-Sifat Mekanik Aluminium……………...........................….......10Tabel 4.7 Data Uji Kelelahan Benda Uji 1 : 5........... .........................................71

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Penelitian

  Kemajuan teknologi khususnya pada bidang industri yang semakin pesat dan permintaan akan kebutuhan konsumen dalam jumlah yang cukup besar dan kualitas baik juga tentunya, menjadi tangung 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 pengujian pada bahan- bahan yang terdapat di alam baik itu berupa bahan ferrous (yang mengandung logam) maupun non ferrous (bukan logam). 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 bahan yang mengandung logam tepatnya aluminium paduan. Yang mana penelitian ini sebagai bahan tugas akhir, karena penggunaan aluminium yang semakin banyak didipergunakan dalam berbagai bidang dewasa ini. Ini disebabkan 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 aluminium paduan. Karena peralatan rumah tangga, 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 semptotan air laut terhadap sifat fisis dan mekanis pada aluminium paduan, yaitu :

  1. Kekuatan tarik

  2. Kelelahan

  3. Struktur Mikro dan Struktur Makro

  1.3. Batasan Penelitian

  Dalam penelitian ini diberikan batasan-batasan masalah agar dapat terarah dan lebih sistematis. Aluminium paduan (Al-Si-Cu) akan diuji sebelum dan sesudah disemprot dengan campuran air laut dan air tawar, dengan perbandingan campuran 1 : 3 dan 1 : 5 dengan waktu penyemprotan masing-masing prosentase adalah 5 hari.

  1.4. Metode Penelitian

  Metode penelitian yang dilakukan adalah untuk pembuatan sampel di laboratorium teknologi mekanik. Pengujian tarik, uji kelelahan, pengujian struktur mikro dan makro dilaksanakan di laboratorium ilmu logam Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Metode penelitian ini, diharapkan mahasiswa mengetahui sifat- sifat fisis dan mekanis pada aluminium paduan (Al-Si-Cu).

  Pengujian tarik dilakukan untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan benda uji. Penarikan dilakukan sampai bahan penelitian (spesimen) mengalami patah sehingga dapat diketahui beban maksimumnya dan alat yang digunakan adalah mesin uji tarik.

  Pengujian kelelahan dalam penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk menentukan batas lelah suatu material dengan suatu pembebanan. Untuk mengtahui karakteristik tegangan perpatahan logam yang terjadi secara berulang-ulang.

  Untuk pengujian struktur mikro pada sampel dilakukan foto struktur mikro (fasa-fasa) pada saat kondisi tanpa perlakuan, dan sesudah disemprot air laut. Maka dari sini akan diketahui sifat-sifat fisis yaitu struktur mikro dari bahan tersebut. Pada pengujian struktur makro dilakukan foto struktur makro pada permukaan patahan dari spesimen hasil uji kelelahan.

  Semua penelitian dilakukan di laboratorium ilmu logam Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, kecuali foto struktur makro dilakukan dengan kamera digital.

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

  pada kerak bumi 8 % adalah alumunium. Pertama kali alumunium ditemukan sebagai unsur oleh Sir Humprey Davy pada tahun 1809, kemudian direduksi pertama kali sebagai logam oleh Hans Cristian Oersted 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.

  Bahan dasar aluminium berupa bauksit yaitu suatu senyawa hidroksid _{B B B B B B} alumunium (Al O H ) yang banyak terdapat didaerah tropis dan sub tropis yang

  2 3 2o

  memiliki curah hujan tinggi. Bauksit terbentuk dari proses pelapukan (weathering) _{B B B B} batuan beku, yang mengandung 60 % aluminium oksida (Al _{B B B B B B B B}

  2 O 3 ), 10 % besi oksida

  (Fe

2 O 3 ), 10 % SiO 2 dan 20 % H 2 O yang terikat secara kimiawi.

  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 _{P P}

  3

  sepertiga dari berat baja, berat jenis alumunium 2700 Kg/m , sedangkan _P

  3 _P

  berat jenis baja sebesar 7700 Kg/m , kekuatan tarik 90 – 120 Mpa, tegangan luluh 34 Mpa, kekerasan 23 BHN dan modulus elastisitas (E) _P

2 P 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 permuakaan, 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

  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 ^{P P}

  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

  ], diaspore [Al O(OH)] dan mineral lempung seperti kaolinit [Al ^B

  a. Proses pengolahan alumina (Al ^B

  Aluminium di produksi dari bauksit yang merupakan campuran gibbsite [Al (OH) ^B

  Proses produksi dibuat dua tahap karena sedikit lebih sulit untuk memisahkan antara

  ) b. Proses Elektrolisa alumina menjadi aluminium

  3 ^B

  O ^B

  

2

^B

  ]. Proses aluminium dari bauksit melalui dua tahap, yaitu :

  2 ^B

  4 ^B

  (OH) ^B

  3 ^B

  O ^B

  2 ^B

  Si ^B

  5 ^B

  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 _{P P P P B B} temperatur 25 C C untuk mengendapkan aluminium hidroksida Al (OH)

  3 ,

  ─ 35 _{B B P P} kemudian Al (OH)

  3 dicuci dan selanjutnya dipanaskan sampai temperatur 110 C _{P P B B B B} ─ 120 C untuk menghasilkan aluminium oksida (Al O ). Dari proses tersebut

  2

  3 didapatkan alumina yang siap pakai.

  2.2.2. Proses Elektrolisa Alumina Menjadi Aluminium

  Pada proses elektrolisa alumina, alumina yang telah diperoleh melalui proses pengolahan bauksit, diproses lagi secara elektrolisa pada temperatur tinggi dengan _{P P} proses Hall C),

  ─Heroult. Karena alumina mempunyai titik leleh yang tinggi (2000 _{B B B B} maka alumina tersebut dilarutkan ke dalam cairan Criolite (Na Al F ) yang bertindak

  3 _{P P}

  6

  sebagai elektrolit, sehingga titik leleh menjadi lebih rendah (1000 C).

  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 di dapat aluminium cair yang terkumpul di dasar dapur dan dapat di ambil 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

  (Sumber : Surdia T,Saito S, : Pengetahuan Bahan Teknik, hal 134) Sifat-sifat Kemurnian Al (%) _{P P} 99,996 > 99,0

  Massa jenis (20

  C) 2,6989 2,71 Titik cair _{P P} 660,2 653-657 Panas jenis (cal/g C)(100) 0,2226 0,2297 Hantaran listrik (%) 64,94 _{P P}

  59 Tahanan listrik koefisien temperatur (

  C) 0,00429 0,0115

_{P P P}

_P

• 6 -6 _P

  Koefisien pemuaian (20-100

  C) 23,86 23 x 10 ×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 _{P P 2} dingin Kekuatan tarik (kg/mm ) 4,9 11,6 9,3 16,9 _{P 2 P} 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. Aluminium Paduan

  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 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 standard oleh berbagai negara. Paduan aluminium diklasifikasikan menjadi dua kelompok umum yaitu : ƒ Paduan aluminium cor (cast aluminium alloys) ƒ Paduan aluminium tempa (wrought aluminium alloys)

  Setiap kelompok tersebut dibagi lagi menjadi dua kategori, yaitu paduan

  (non heat treatable alloys). Sistem penandaan untuk kedua kelompok paduan tersebut tercantum pada tabel di bawah ini :

Tabel 2.3 Klasifikasi Paduan Aluminium Cor

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

Tabel 2.4 Klasifikasi Paduan Aluminium Tempa

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

  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

  5

  7Si - 0,3 Mg Cetakan pasir T6 160 230 1,5 390.0

  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

  17Si – 4,5Cu- 0,6Mg

  1 356.0

  peningkatan sifat mekaniknya. Tabel di bawah ini memperlihatkan sifat-sifat mekanik beberapa paduan aluminium cor.

  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

Tabel 2.5 Sifat-Sifat Mekanis Paduan Aluminium Cor

• 0,5Cr - 0,2Ti

Tabel 2.6 Pengaruh Unsur Paduan Pada Aluminium

  (Sumber : Suroto,A.Sudibyo,b.Ilmu Logam) Mg Cu Si Zn Mn Pb Batas getas + + + + + ++ + Daya tahan terhadap korosi ++ - ++ - ++ Kemampuan dituang + 0 ++ 0 0 0 Kemampuan diproses cutting + + + - + keterangan :

• : Sangat meningkat
• : 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 ^B

  2 ^B

  ) atau Magnesium-seng (Mg-Zn ^B

2 B

  ) 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 :

  ƒ Cu : 4,20 % ƒ Si : 4,58 % ƒ Fe : 0,14 % dan ƒ Al : sisanya Tabel.2.7 Fasa Presipitasi Terbentuk Selama Penuaan Paduan Biner Al – Cu (Sumber : Surdia, T.Saito,S.Pengetahuan Bahan Teknik, hal.132)

  Temperatur Konsentrasi paduan Penuaan _{P P} 2 % Cu 3 %Cu 4 % Cu 4,5 % Cu (

  C) 110 GP [1] GP [1] GP [1] GP [1] 130 θ atau dan θ GP [1] GP [1] GP [1]

  GP [2] atau GP [1]

  θ dan GP [2] sesaat GP [1] dan GP [2] - 165

• 190 θ θ GP [2] terbatas GP[2]dan θ terbatas GP [2] 220

  θ θ θ -

  240

  θ -

• 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 korosi serta 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 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 _{B B} 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 _{P P}

  Tarik Mulur jangan (

  C) _{P P}

  2 _{P P}

  2 _{P P} (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, _{P P} 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 _{P P} 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) _{P P} 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

  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 ^P

  2 _P

  ) Kekuatan

  Mulur (kgf/mm ^P

  2 _P

  (%) Kekuatan

  ) 6061 0 T4 T6

  Geser (kgf/mm ^P

  2 _P

  ) Kekerasan

  Brinell Batas

  Lelah Kgf/mm ^P

  2 _P

• 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)

Al 4,5 % Cu 1,5 % Mn di namakan paduan 2024 dengan nama lamanya duralumin super.

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 : ƒ Mg : 3,86 % ƒ Si : 0,18 % ƒ Mn : 0,39 % ƒ Fe : 0,29 % ƒ Cu : 0,07 % dan ƒ 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-Mg

  77 127

  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 _{B B} logam MgZn kelarutannya menurun apabila temperatur turun. Paduan bersifat keras

  2,

  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 :

  ƒ Mg : 2,5 % ƒ Cr : 0,3 % ƒ Zn : 5,5 % ƒ Cu : 1,5 % ƒ Mn : 0,2 %

2.4.8. Paduan Aluminium Tahan Panas

  _{P P}

  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 :

  ƒ Mempermudah proses penuaan ƒ Meningkatkan kemampuan pengerjaan mesin ƒ Meningkatkan daya tahan terhadap korosi ƒ Meningkatkan kekuatan mekanis ƒ Menghaluskan butiran kristal secara efektif ƒ Meningkatkan ketahanan terhadap beban kejut / impact

  Pengaruh negatif yang ditimbulkan unsur Mg : ƒ Meningkatkan kemungkinan timbulnya cacat pada hasil cor.

  2. Unsur Besi (Fe) Pengaruh positif yang ditimbulkan unsur besi pada paduan aluminium :

  ƒ Mencegah terjadinya penempelan logam cair pada cetakan selama proses penuangan.

  Pengaruh negatif yang ditimbulkan unsur besi : ƒ Penurunan sifat mekanis ƒ Penurunan kekuatan tarik ƒ Timbulnya bintik keras pada hasil coran ƒ Peningkatan cacat porositas.

  3. Unsur Seng (Zn) Pada paduan aluminium unsur seng memberikan pengaruh positif berupa :