TUGAS AKHIR PENGARUH SENG TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS PADUAN Al-Si-Cu
PENGARUH SENG TERHADAP
SIFAT FISIS DAN MEKANIS
PADUAN Al-Si-CuNo. 725 / TA / FT-USD / TM / November / 2006
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin disusun oleh :
Mei Tri Widiatmoko
NIM : 025214024
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
THE EFFECT OF ZINC ON THE PHYSICAL AND
MECHANICAL PROPERTIES
OF Al-Si-Cu ALLOYS
No. 725 / TA / FT-USD / TM / November / 2006
A FINAL PROJECT
Submit for The Partial Fulfillment of Requirements to Obtain the Sarjana Teknik Degree In Mechanical Engineering
By :
Mei Tri Widiatmoko
Student number : 025214024
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
ENGINEERING FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2007
TUGAS AKHIR PENGARUH SENG TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS PADUAN Al-Si-Cu
Disusun oleh : Mei Tri Widiatmoko
NIM : 025214024 Telah disetujui oleh :
Pembimbing I Tanggal : 23 Februari 2007
TUGAS AKHIR PENGARUH SENG TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS PADUAN Al-Si-Cu
Dipersiapkan dan ditulis oleh : Mei Tri Widiatmoko
NIM : 0250214024 Telah dipertahankan didepan panitia penguji pada tanggal 25 Januari 2007 dan dinyatakan memenuhi syarat.
Susunan Panitia Penguji Ketua : Budi Sugiharto, S.T., M.T.
Sekretaris : Ir. Rines, M.T. Anggota : I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T.
Yogyakarta, 23 Februari 2007 Fakultas Teknik
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta
Dekan PERYATAAN 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, 15 Januari 2007 Penulis
Mei Tri Widiatmoko
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan bimbingan-Nya hingga terselesaikannya penyusunan Tugas Akhir ini, dengan judul “Pengaruh Seng Terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Paduan Al-Si-Cu”. Adapun penyusunan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, akan dianalisis tentang logam paduan Al-Si- 4,5%Cu-Zn.
Pada kesempatan ini penulis mengucapakan terima kasih atas segala bantuan sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik, kepada :
1. Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan bimbingan-Nya selama pengerjaan tugas ini.
2. Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma.
3. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan dan Ketua Program Studi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.
4. I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing utama penyusunan Tugas Akhir.
5. Seluruh staf pengajar jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang telah mendidik dan memberikan berbagai Ilmu Pengetahuan yang sangat membantu penyelesaian Tugas Akhir ini.
6. Kedua orang tua penulis yang telah memberi doa restu dan dukungan baik secara jasmani dan rohani.
7. Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan bantuan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
8. Semua anak kos “Rambutan” yang telah memberikan dukungan dan bantuan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
9. Semua pihak yang telah membantu terselesaikannya penyusunan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan ini karena keterbatasan dan pengetahuan. Untuk itu penulis mengharap kritik dan saran yang bersifat membangun guna lebih sempurnanya tugas akhir ini. Akhir kata semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan bagi pembaca pada umumnya. Terima kasih.
Yogyakarta, 15 Januari 2007 Penulis
DAFTAR ISI
4
7 2.5 Paduan Aluminium .................................................................
5 2.4 Aluminium Murni ...................................................................
2.3 Sifat-sifat Aluminium .............................................................
5
4 2.2.2 Proses Elektrolisa Alumina..........................................
2.2.1 Proses Pengolahan Alumina ........................................
3 2.2 Produksi Aluminium...............................................................
HALAMAN JUDUL...................................................................................... i HALAMAN JUDUL (INGGRIS).................................................................. ii HALAMAN PENGESAHAN........................................................................ iii HALAMAN PERYATAAN .......................................................................... v KATA PENGANTAR ................................................................................... vi DAFTAR ISI.................................................................................................. viii
3 2.1 Pengetahuan Tentang Aluminium...........................................
2 BAB II DASAR TEORI ..............................................................................
1 1.3 Batasan Masalah .....................................................................
1.2 Tujuan Penelitian ....................................................................
1
1 1.1 Latar Belakang Masalah .........................................................
INTISARI....................................................................................................... xii PERSEMBAHAN .......................................................................................... xiii BAB I PENDAHULUAN ..........................................................................
7
2.6.1 Al-Cu dan Al-Cu-Mg...................................................
16
24 BAB III PELAKSANAAN PENELITIAN...................................................
23 2.9.10 Cacat Coran.................................................................
2.9.9 Pemeriksaan Coran .....................................................
22
21 2.9.8 Hal-hal yang Mempengaruhi Hasil Coran ..................
2.9.7 Pengambilan Coran dari Cetakan................................
20
20 2.9.6 Penuangan Logam Cair...............................................
19 2.9.5 Peleburan Logam ........................................................
2.9.4 Kup, Drag dan Permukaan Pisah ................................
2.9.3 Pola ............................................................................. 18
17
2.9.2 Pembekuan Logam......................................................
16 2.9.1 Sifat-sifat Logam Cair.................................................
10 2.6.2 Paduan Al-Mn..............................................................
2.9 Rencana Pengecoran ...............................................................
15
15 2.8 Seng dan Paduannya ...............................................................
14 2.7.2 Paduan Tembaga .........................................................
2.7.1 Tembaga Murni...........................................................
14
14 2.7 Tembaga dan Paduannya ........................................................
2.6.6 Paduan Al-Mg-Zn ........................................................
14
13 2.6.5 Paduan Al-Mg-Si .........................................................
12 2.6.4 Paduan Al-Mg..............................................................
2.6.3 Paduan Al-Si ................................................................
11
27
3.2 Bahan yang digunakan............................................................
34
48 4.5 Pengujian Berat Jenis..............................................................
45 4.4 Pengujian Porositas.................................................................
4.3 Pengujian Struktur Mikro .......................................................
44
41 4.2 Pengujian Kekerasan...............................................................
4.1 Pengujian Tarik.......................................................................
41
40 BAB IV PEMBAHASAN.............................................................................
39 3.8 Uji Komposisi Akhir...............................................................
3.7.5 Pengamatan Bentuk Patahan........................................
38
36 3.7.4 Pengujian Berat Jenis...................................................
3.7.3 Pengujian Struktur Mikro dan Porositas ......................
32 3.7.2 Pengujian Kekerasan....................................................
28 3.3 Uji komposisi Awal ................................................................
3.7.1 Pengujian Tarik............................................................
32
31 3.7 Pengujian Benda Uji ...............................................................
31 3.6 Pembuatan Benda Uji .............................................................
3.5.4 Tahap Pelepasan Hasil Coran ......................................
30
30 3.5.3 Tahap Penuangan dan Pembekuan...............................
3.5.2 Tahap Peleburan...........................................................
29
29 3.5.1 Persiapan Cetakan........................................................
28 3.5 Proses Pengecoran ..................................................................
3.4 Alat yang digunakan dalam Pengecoran dan Pengujian .........
28
52
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN.......................................................
57
5.1 Kesimpulan ............................................................................. 57
5.2 Saran ....................................................................................... 58 DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................
59 LAMPIRAN................................................................................................... 60
INTISARI
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis pada paduan aluminium-silikon. Benda uji dibuat dari coran Al-Si yang dipadukan dengan 4,5% tembaga dan variasi seng 1%, 2%, 3%, 4%. Jenis Pengujian yang dilakukan adalah pengujian tarik yang mengacu pada standar ASTM, pengujian kekerasan, pengujian struktur mikro, pengujian porositas, pengujian berat jenis dan pengamatan bentuk patahan.
Hasil dari penelitian menunjukkan bahwa penambahan seng meningkatkan kekuatan tarik. Kekuatan tarik tertinggi pada paduan Al-Si-4,5%Cu-4%Zn sekitar
2 2 15 kg/mm dan terendah pada paduan Al-Si-4,5%Cu-1%Zn sekitar 12 kg/mm .
3 Berat jenis tertinggi pada paduan Al-Si-4,5%Cu-4%Zn yaitu 3,22 gram/cm dan
3 berat jenis terendah pada paduan Al-Si-4,5%Cu-1%Zn yaitu 2,88 gram/cm .
Kekerasan tertinggi pada paduan Al-Si-4,5%Cu-1%Zn yaitu 80,71 BHN dan terendah pada paduan Al-Si-4,5%Cu-4%Zn yaitu 75,38 BHN, dibandingkan dengan paduan Al-Si cor ulang.
Tugas Akhir ini ku persembahkan buat :
Tuhan Yesus Kristus Pelindungku
Ayah & ibu yang kusayang Sukarnen & partilah
Kakakku tersayang mbak Yayan & mas Agung
Kakek & nenekku di Wonosari
Keluarga besar mbah Marto
Kakek & nenekku di Bantul
Teman-teman mahasiswa teknik mesin angkatan’02
Teman-teman kos wisma rambutan
Jogja, 16 januari 2007BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Perkembangan teknologi sekarang ini sangatlah pesat, terutama dalam dunia industri. Dalam dunia industri sendiri sering kita jumpai berbagai macam bahan, salah satunya adalah aluminium yang merupakan logam non-ferro. Untuk mendapatkan sifat-sifat bahan yang diharapkan, dapat kita lakukan paduan antara bahan yang satu dengan bahan yang lainnya. Dalam memadukan logam hendaknya di ketahui dahulu sifat-sifat bahan yang akan dipadukan, supaya mendapatkan paduan logam dengan kualitas yang baik.
Salah satu bahan yang baik untuk keperluan tersebut adalah aluminium. Aluminium mempunyai sifat-sifat antara lain : tahan terhadap korosi, berat jenis yang rendah, daya hantar listrik yang baik, kekuatan yang cukup tinggi dalam bentuk paduan dan mempunyai titik lebur yang relatif rendah sehingga memungkinkan proses pengerjaan paduan yang cepat.
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian yang diharapkan adalah :
1. Menyelidiki besarnya kekuatan tarik dari paduan aluminium-silikon- tembaga dengan variasi seng.
2. Menyelidiki struktur mikro dari paduan aluminium-silikon-tembaga dengan variasi seng.
3. Menyelidiki bentuk patahan dari paduan aluminium-silikon-tembaga dengan variasi seng.
4. Menyelidiki kekerasan dari paduan aluminium-silikon-tembaga dengan variasi seng.
5. Menyelidiki perubahan porositas dari paduan aluminium-silikon-tembaga dengan variasi seng.
6. Menyelidiki perubahan berat jenis dari paduan aluminium-silikon-tembaga dengan variasi seng.
1.3 Batasan Masalah
Pada penelitian ini, penulis memberikan batasan-batasan tentang penelitian untuk tugas akhir supaya penelitian ini dapat terarah dan sistematis. Batasan- batasan untuk penelitian adalah sebagai berikut : 1. Bahan pengujian adalah paduan Al-Si-4,5%Cu-Zn.
2. Proses pengujian yang dilakukan terhadap paduan Al-Si-4,5%Cu-Zn.
3. Alat yang digunakan untuk pengujian tarik adalah Gotech Testing Machine.
4. Pengujian kekerasan yang dilakukan dengan menggunakan pengujian Brinell.
BAB II DASAR TEORI
2.1 Pengetahuan Tentang Aluminium
Aluminium (Al) merupakan unsur logam yang cukup banyak terdapat dalam alam. Aluminium ditemukan oleh Sir Humphrey pada tahun 1809, dan pertama kali diproduksi sebagai logam oleh Hans Christian Oersted tahun 1825. Dia dapat menghasilkan aluminium chlorida dengan dengan cara melewatkan chlorine melalui campuran alumina dan arang yang dipanaskan. Kemudian aluminium chlorida mengembun pada bagian pendingin dari sistem kedap udara yang diciptakan. Setelah mereaksikan aluminium chlorida dengan potassium dan destilasi pada ruang vakum untuk menghasilkan merkuri, dia memperoleh suatu benda yang dilaporkan sebagai mirip timah.
Pada tahun 1886 Chark Martin Hall, seorang Amerika dan Paul L.T. Heroult, seorang warga negara Prancis menemukan suatu cara untuk mereduksi alumina dengan proses produksi elektrolit, yaitu proses alumina pada temperatur tinggi pada media kriolit cair. Bahan dasarnya adalah berupa bauksit yang umumnya terdapat di daerah tropis dan daerah sub-tropis yang mempunyai curah hujan yang tinggi. Bauksit terbentuk dari proses pelapukan batuan beku. Pada tahun 1888 Karl J. Bayer ahli kimia kebangsaan Austria menemukan proses ekstraksi alumina dari bijih bauksit, (Tata Surdia dan Shinroku Saito, 1999 : 129).
Pada tahun 1900 telah dibuat pembangkit listrik dengan kapasitas besar, produksi aluminium cenderung meningkat sampai sekarang seiring dengan makin luasnya penggunaan aluminium. Penggunaan aluminium meningkat setiap tahun dan menempati urutan ke dua setelah logam ferro (besi dan baja) dan merupakan yang terbanyak diantara logam non-ferro. Hal ini disebabkan karena sifat-sifat aluminium antara lain : ulet, ringan, tahan korosi, mudah dibentuk, konduktifitas panas dan listrik yang tinggi. Kekuatan mekanis aluminium dapat ditingkatkan dengan penambahan unsur paduan seperti Cu, Mg, Si, Mn, Ni. Bahan Al atau paduannya digunakan dalam banyak hal, misalnya : peralatan rumah tangga, industri, pesawat terbang, mobil, kapal laut, konstruksi, dan lain-lain.
2.2 Produksi Aluminium
Aluminium di produksi dari bauksit yang merupakan campuran mineral gibsite [Al(OH) ], diaspore [AlO(OH)] dan mineral lempung seperti kaolinit
3
[Al
2 Si
2 O 5 (OH) 4 ]. Proses produksi alumiium dari bauksit meliputi dua tahap yaitu :
proses pengolahan alumina (Al O ) dan proses elektrolisa alumina menjadi
2
2 aluminium.
2.2.1 Proses Pengolahan Alumina
Proses pengolahan bauksit menjadi alumina melalui suatu rangkaian proses yang disebut proses bayer. Bauksit dimasukkan ke dalam larutan NaOH dan alumina yang terdapat didalamnya membentuk sodium aluminat.
Al
2 O 3 + 2NaOH
2 O 2 + H
2 O
→ 2Na Al Setelah pemisahan sodium aluminat dari zat lainnya, lalu didinginkan secara perlahan sampai tempertur 25 – 35 °C untuk mengendapkan aluminium [Al(OH)
3 ]
menurut reaksi : NaAlO
2 + 2H
2 O 3 + NaOH
→ Al(OH) Kemudian Al(OH)
3 dicuci dan selanjutnya dipanaskan sampai temperatur 1100°C
- 1200°C untuk menghasilkan aluminium oksida (Al
2 O 3 ) menurut reaki berikut :
2Al(OH)
3
2 O 3 + 3H
2 O
→ Al
2.2.2 Proses Elektrolisa Alumina
Alumina yang diperoleh melalui proses pengolahan bauksit, di proses 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 cryolite (Na AlF ) yang bertindak sebagai elektrolit,
3
6 sehingga titik leleh menjadi lebih rendah.
2.3 Sifat-sifat Aluminium
Aluminium merupakan logam non-ferro yang mempunyai sifat-sifat sebagai berikut ini :
1. Tahan terhadap korosi (corrosion resistance), untuk logam-logam non- ferrous dapat dikatakan bahwa semakin besar kerapatannya maka semakin besar daya korosinya tetapi aluminium merupakan penngecualian. Walaupun aluminium mempunyai daya senyawa tinggi terhadap oksigen mengoksidasi (korosi), tetapi dalam kenyataannya aluminium mempunyai daya tahan terhadap korosi yang sangat baik. Hal ini disebabkan karena adanya lapisan atau selaput tipis oksida transparan dan jenuh oksigen di seluruh permukaan. Selaput ini mengendalikan laju korosi dan melindungi lapisan dibawahnya dari serangan atmosfir berikutnya.
3 2.
dan lebih rendah Aluminium memiliki berat jenis 2643 kg/m
3 dibandingkan terhadap baja dengan kerapatan 7769 kg/m .
3. Penghantar panas dan listrik yang baik (heat and electrical conductivity), disamping daya tahan yang baik terhadap korosi, aluminium mempunyai daya hantar panas dan listrik yang tinggi. Daya hantar listrik aluminium murni sekitar 60% dari daya hantar tembaga.
4. 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 akan lebih murah.
5. Tidak beracun (nontoxicity), aluminium dapat digunakan sebagai bahan pembungkus atau kaleng makanan dan minuman. Hal ini disebabkan reaksi kimia antara makanan dan minuman tersebut dengan aluminium tidak menghasilkan zat beracun yang membahayakan manusia.
6. Sifat mekanis (mechanical properties), aluminium mempunyai kekuatan tarik, kekerasan, dan sifat mekanis lain sebanding dengan paduan bukan besi, dan juga sebanding dengan beberapa jenis baja.
7. Sifat mampu bentuk (formability), aluminium dapat dibentuk dengan mudah. Aluminium mempunyai sifat mudah ditempa yang memungkinkan di buat dalam bentuk plat atau lembaran tipis.
2.4 Aluminium Murni
Aluminium didapat dalam keadaan cair dengan elektrolisa, umumnya mencapai kemurnian 99,85% berat. Dengan mengelektrolisa kembali dapat di capai kemurnian 99,99%. Ketahanan korosi berubah menurut kemurnian, pada umumnya untuk kemurnian 99,0% atau diatasnya dapat dipergunakan di udara tahan dalam waktu bertahun-tahun. Hantaran listrik aluminium kira-kira 60% dari hantaran tembaga, tetapi massa jenisnya kira-kira sepertiganya sehingga memungkinkan untuk memperluas penampangnya. Oleh karena itu dapat digunakan untuk kabel tenaga dan dalam berbagai bentuk umpamanya sebagai lembaran tipis.
2.5 Paduan Aluminium
Kekuatan aluminium yang berkisar antara 83 – 310 Mpa dapat dilipatkan melalui pengerjaan dingin atau pengerjaan panas. Dengan menambahkan unsur paduan, pengerjaan panas atau dingin dan perlakuan panas dapat diperoleh paduan dengan kekuatan melebihi 700 Mpa. Paduan Aluminium dapat di tempa, di ekstruksi, dilengkungkan, di regang, di putar, di pons, di embos, di bentuk sambil di rol atau di tarik menjadi kawat. Di pasaran dapat di peroleh paduan aluminium
2.6 Klasifikasi Paduan Aluminium
Paduan Al diklasifikasikan dalam berbagai standar oleh berbagai negara di dunia. Saat ini klasifikasi yang sangat terkenal dan sempurna adalah standar Aluminium Association di Amerika (AA) yang didasarkan atas standar terdahulu dari Alcoa (Aluminium Company of America). Paduan tempaan dinyatakan dengan satu atau dua angka “S”, sedangkan paduan coran dinyatakan dengan 3 angka. Standar AA menggunakan penandaan 4 angka sebagai berikut : Angka pertama menyatakan sistem paduan dengan unsur-unsur yang ditambahkan, yaitu : 1 : Al murni, 2 : Al-Cu, 3 : Al-Mn, 4 : Al-Si, 5 : Al-Mg, 6 : Al-Mg-Si, 7 : Al-Zn, sebagai contoh, paduan Al-Cu dinyatakan dengan angka 2000. Angka pada tempat kedua menyatakan kemurnian dalam paduan yang di modifikasi dan Al murni sedangkan angka ketiga dan keempat dimaksudkan untuk Alcoa terdahulu seperti S, sebagai contoh, 3 S sebagai 3003 dan 63S. Al dengan kemurnian 99,0% atau di atasnya dengan ketamurnian terbatas (2S) dinyatakan sebagai 1100.
Dalam paduan Al perubahan yang berarti dari material disebabkan oleh perlakuan panas telah di kenal, yang dinyatakan dalam tabel 2.6.2, sebagai contoh untuk 7075-T6.
Tabel 2.6.1 Paduan Aluminium CorF 310 3,5 Kekuatan & kekerasan tinggi
5 Bantalan
5 Komponen pesawat terbang 1%Cu;6,3%Sn;1%Ni T6 110
3 Sifat baik tanpa perlakuan panas 7%Zn T6 290
4 Sifat baik tanpa perlakuan panas 7,5%Zn;1,1%Fe F 221
9 Tahan korosi & mampu mesin 5,8%Zn F 234
12 Kekuatan baik & sangat liat 6,9%Mg F 241
5 Tahan korosi, ketangguhan bagus 10%Mg T4 290
5 Tahan korosi yang baik 8%Mg;1,8%Fe F 310
9 Cor umum, tuangan bagus 4%Mg F 152
F 331 2,5 Kekuatan & kekerasan tinggi 1%Cu;12%Si;2%Fe F 297 2,5 Cor umum, tuangan bagus 5,25%Cu;2%Fe F 228
3,75%Cu;11%Si;1%Zn;1,3%Fe
1,5%Cu;10,5%Si;3%Zn;1,3%Fe
Komposisi paduan (>1%) Temper t σ (Mpa)
9,5%Si;2%Fe F 303 2,5 Tahan korosi & kekuatan baik 3,5%Cu;8,5%Si;3%Zn;2%Fe F 317 2,5 Kekuatan & kekerasan tinggi
Kekuatan tinggi →pesawat terbang
3 Kekuatannya tinggi 9%Si - - -
3 Kekuatan impact, tuangan baik 7%Si T6 310
2 Kekuatan tinggi, u/ bertekanan 7%Si T6 207
1,3%Cu;5%Si T6 221
Kekuatan tinggi →pesawat terbang
2 Cor permanent mold 4,5%Cu;5,5%Si;1%Zn;1%Fe F 166 - Cor permanent mold 3,5%Cu;6%Si;1%Zn;1%Fe T6 214 1,5 Karakteristik cor bagus 1,8%Cu;9%Si - - -
3 Dpt di heat teatment, struktur 4,5%Cu;2,5%Si;1,2%Fe T6 241
(%) Keterangan 4%Cu;3%Si;1%Zn;1,2%Fe F 131 1,5 Cor pasir, dpt di heat treatment 4%Cu;1,6%Mg;1%Fe;2%Ni T61 276 - - 4,5%Cu;1%Si,1%Fe T6 221
ε
Sumber : Doddy P. : Diktat Kuliah Material Teknik
Tabel 2.6.2 Klasifikasi perlakuan bahanTanda Perlakuan
- F Setelah pembuatan
- O Di anil penuh
- H Pengerasan rega
- H 1n Pengerasan regangan
- H 2n Sebagian di anil setelah pengerasan regangan
- H 3n Di anil untuk penyetabilan setelah pengerasan regangan
n = 2 (1/4 keras), 4 (1/2 keras), 6 (3/4 keras), 8 (keras), 9 (sangat keras)
- T Perlakuan panas
- T2 Penganilan penuh (hanya untuk coran)
- T3 Pengerasan regangan setelah perlakuan pelarutan
- T4 Penuaan alamiah penuh setelah perlakuan pelarutan
- T5 Penuaan tiruan (tanpa perlakuan pelarutan)
- T6 Penuaan tiruan setelah perlakuan pelarutan
- T7 Penyetabilan setelah perlakuan pelarutan
- T8 Perlakuan pelarutan, pengerasan regangan, penuaan tiruan -T 9 Perlakuan pelarutan, penuaan tiruan, pengerasan regangan.
- T10 Pengerasan regangan setelah penuaan tiruan
Sumber : Tata Surdia dan Shinroku Saito, 1999 : 136
Paduan aluminium yang utama adalah :
2.6.1 Al-Cu dan Al-Cu-Mg
Sebagai paduan coran dipergunakan yang mengandung 4-5%Cu. Ternyata dari fasanya paduan ini mempunyai daerah luas dari pembekuannya, penyusutan yang besar, risiko besar pada kegetasan panas dan mudah terjadi retakan pada coran. Adanya Si sangat berguna untuk mengurangi keadaan itu dan penambahan Si sangat efektif untuk memperhalus butir. Dengan perlakuan panas T6 pada
2 coran dapat di buat bahan yang mempunyai kekuatan tarik kira-kira 25 kgf/mm .
Sebagai paduan Al-Cu-Mg paduan yang mengandung 4%Cu dan 0,5%Mg. Dalam beberapa hari oleh penuaan pada temperatur biasa setelah pelarutan paduan ini ditemukan oleh A. Wilm dalam usaha mengembangkan paduan Al yang kuat yang dinamakan duralumin. Duralumin adalah paduan praktis yang sangat terkenal disebut paduan 2017, komposisi standarnya adalah Al-4%Cu-0,5%Mg- 0,5%Mn. Paduan di mana Mg ditingkatkan pada komposisi standar dari Al- 4,5%Cu-1,5%Mg-0,5%Mn dinamakan paduan 2024, nama lamanya duralumin super. Paduan yang mengandung Cu mempunyai ketahanan korosi yang jelek, jadi apabila ketahanan korosi yang khusus diperlukan permukaannya dilapisi dengan Al murni atau paduan Al yang tahan korosi yang disebut pelat alkad.
2.6.2 Paduan Al-Mn Mn adalah unsur yang memperkuat Al tanpa mengurangi ketahanan korosi.
Dalam diagram fasa Al-Mn yang ada dalam keseimbangan dengan larutan padat . . Al adalah Al .
6 Mn (25,3%Mn), sistem ortorombik a =
6 , 498 A , b = 7 , 552 A , 8 , 870 , dan kedua fasa mempunyai eutektit pada 658,5 C, 1,95%Mn.
c = A
Kelarutan padat maksimum pada temperatur eutektit adalah 1,82% dan pada 500 C 0,36%, sedangkan pada temperatur biasa kelarutannya hampir nol.
Sebenarnya paduan Al-1,2%Mn dan Al-1,2Mn-1,0%Mg dinamakan paduan 3003 dan 3004 yang dipergunakan sebagi paduan tahan korosi tanpa
2.6.3 Paduan Al-Si
Gambar 2.1 menunjukkan diagram fasa dari sistem ini. Ini adalah tipe eutektit yang sederhana yang mempunyai titik eutektit pada 577C, 11,7%Si, larutan padat terjadi pada sisi Al. Karena batas kelarutan padat sangat kecil maka pengerasan penuaan sukar diharapkan.
Kalau paduan ini didinginkan pada cetakan logam, setelah logam di beri natrium flourida kira-kira 0,05% kadar logam natrium, tampaknya temperatur eutektit meningkat kira-kira 15
C, dan komposisi eutektit bergeser ke daerah kaya Si kira-kira pada 14%. Hal ini biasa terjadi pada paduan hipereutektit seperti 11,7-14% Si, Si mengkristal sebagai kristal super, tetapi karena perlakuan yang di sebut di atas Al mengkristal sebagai kristal primer dan struktur eutektitnya menjadi sangat halus. Ini dinamakan struktur yang dimodifikasi atau dinamakan paduan silumin. Sifat-sifat mekaniknya sangat diperbaiki yang ditunjukkan pada gambar 2.2.
Gambar 2.1 : Diagram fasa Al-Si
(Tata Surdia dan Shinroku Saito, 1999 : 136) Paduan Al-Si sangat baik kecairannya, yang mempunyai permukaan bagus sekali, tanpa kegetasan panas, dan sangat baik untuk paduan coran, sebagai tambahan, Al-Si mempunyai ketahanan korosi yang baik, sangat ringan, koefisien pemuaian yang kecil dan sebagai penghantar yang baik untuk listrik dan panas.
Gambar 2.2 : Perbaikan sifat-sifat mekanik oleh modifikasi paduan Al-Si
(Tata Surdia dan Shinroku Saito, 1999 : 137)
2.6.4 Paduan Al-Mg
Dalam paduan biner Al-Mg satu fasa yang ada dalam keseimbangan dengan larutan padat Al adalah larutan padat yang merupakan senyawa antar logam yaitu Al Mg . Sel satuannya merupakan hexagonal susunan rapat (cph)
3
2
tetapi juga ada dilaporkan bahwa satuannya merupakan kubus berpusat muka (fcc) rumit. Titik eutektitnya adalah 450 C, 35%Mg dan batas kelarutan padatnya pada temperatur eutektit adalah 17,4%Mg, yang menurun pada temperatur biasa sampai kira-kira 1,9%Mg, jadi kemampuan penuaan dapat diharapkan. Secara praktis penambahan Mg tidaklah banyak, pengerasan penuaan berarti tidak diharapkan.
Senyawa β mempunyai masa jenis yang rendah dan mudah teroksidasi, oleh karena itu biasanya ditambahkan sedikit fluk dari Be, sebagai contoh 0,004%.
Paduan Al-Mg mempunyai ketahanan korosi yang sangat baik, sejak lama di sebut hidronalium dan di kenal sebagi paduan yang tahan korosi. Paduan dengan 2-3%Mg dapat mudah di tempa, dirol dan di ekstruksi.
2.6.5 Paduan Al-Mg-Si
Kalau sedikit Mg ditambahkan kepada Al, pengerasan penuaan sangat jarang terjadi, tetapi apabila secara simultan mengandung Si, maka dapat dikeraskan dengan penuaan panas setelah perlakuan panas setelah perlakuan pelarutan.
2.6.6 Paduan Al-Mg-Zn
Aluminium menyebabkan keseimbangan biner semu dengan senyawa antar logam MgZn
2 , dan kelarutannya menurun apabila temperatur turun.
2.7 Tembaga dan paduannya
2.7.1 Tembaga Murni
Tembaga murni untuk keperluan industri dicairkan dari tembaga yang di proses dengan elektrolisa, dan diklasifikasikan menjadi tiga macam menurut kadar oksigen dan kadar deoksidasi, yaitu tembaga ulet, tembaga deoksidasi, dan tembaga bebas oksigen. Kalau O terkandung dalam tembaga unsur-unsur pengotor hantaran listrik, menjadi kurang. Dengan oksida yang banyak pada temperatur tinggi dapat menyebabkan kegetasan hidrogen, untuk mencegah ini dipergunakan tembaga deoksidasi atau tembaga bebas oksigen. Dalam tembaga murni untuk keperluan industri biasa terdapat unsur-unsur gas yang memberikan pengaruh terhadap berbagai sifat. Oksigen adalah unsur yang penting yang berhubungan erat dengan kadar hidrogen dan belerang.
Secara industri sebagian besar penggunaan tembaga dipakai sebagai kawat atau bahan untuk penukar panas dalam memanfaatkan hantaran listrik dan panasnya yang baik.
2.7.2 Paduan Tembaga
Tembaga membentuk larutan padat dengan unsur-unsur logam lain dalam daerah yang luas, dan dipergunakan untuk berbagai keperluan. Paduan untuk coran hampir mempunyai komposisi kimia yang sama tetapi untuk memperbaiki mampu cornya dan mampu mesinnya komposisi kimianya agak berbeda dalam beberapa komponen.
2.8 Seng dan Paduannya
Seng adalah logam yang kedua setelah Cu yang diproduksi secara besar sebagai logam bukan besi. Kekuatannya rendah, tetapi titik cairnya juga rendah 419 C dan hampir tidak rusak di udara biasa, yang dipergunakan untuk pelapisan pada besi. Juga dipergunakan sebagai bahan pelat betere kering dan untuk
Paduan 4%Al-1%Cu-Mg-Zn terutama dipergunakan untuk pengecoran cetak. Dengan paduan ini dapat menghasilkan paduan coran berbentuk rumit, yang umumnya dipakai untuk penggunaan praktis dan perhiasan pada komponen mobil, perkakas listrik untuk dapur, pegangan untuk mesin-mesin kantor dsb.
2.9 Rencana Pengecoran
2.9.1 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, berat jenis logam cair lebih besar dari pada berat jenis air. Berat jenis air ialah 1 sedangkan besi cor 6,8 sampai 7, paduan aluminium 2,2 sampai 2,3 dan paduan timah 6,6 sampai 6,8 jelas bahwa dalam hal berat jenis mereka berbeda banyak dibandingkan dengan berat jenis air. Oleh karena itu dalam segi alirannya juga akan sangat berbeda, aliran logam mempunyai kelembaman dan gaya tumbuk yang besar.
Ketiga, air menyebabkan permukaan dinding wadah menjadi basah, sedangkan logam cair tidak. Oleh karena itu kalau logam cair mengalir di atas permukaan cetakan pasir, ia tidak akan meresap ke dalam pasir, asalkan jarak antara partikel-partikel pasir cukup kecil.
2.9.2 Pembekuan Logam
1. Pembekuan logam murni
Kalau cairan logam murni perlahan-lahan didinginkan, maka pembekuan terjadi pada temperatur yang konstan. Temperatur ini disebut titik beku, yang khusus bagi logam. Misalnya, titik beku tembaga adalah 1.083
C, perak 961
C, aluminium 660 C dan timah 232 C. Dalam pembekuan logam cair, pada permulaan tumbuhlah inti-inti kristal. Kemudian kristal-kristal tumbuh sekeliling tersebut, dan inti lain yang baru timbul pada saat yang sama. Akhirnya seluruhnya ditutupi oleh butir kristal sampai logam cair habis. Ini mengakibatkan bahwa logam menjadi susunan kelompok- kelompok butir kristal dan batas-batasnya yang terjadi diantaranya, disebut batas butir.
Gambar 2.3 : Ilustrasi skematis dari pembekuan logam
(Tata Surdia dan Kenji Chijiiwa, 2000 : 14)
Ukuran butir kristal tergantung pada laju pengintian dan pertumbuhan inti.Kalau laju pertumbuhan lebih besar dari laju pengintian, maka di dapat kelompok butir-butir kristal halus.
2. Pembekuan paduan
Kalau logam yang terdiri dari dua unsur atau lebih didinginkan dari keadaan cair, maka butir-butir kristalnya akan berbeda dengan butir-butir kristal logam murni. Apabila satu paduan yang terdiri dari komponen A dan komponen B membeku, maka sukar di dapat susunan butir-butir kristal A dan kristal B tetapi umum di dapat butir-butir kristal campuran A dan B. Apabila hal ini dipelajari secara terperinci, ada dua hal yaitu pertama bahwa A larut dalam B atau B larut dalam A dan kedua bahwa A dan B terikat satu sama lain dengan perbandingan tertentu. Larutan yang pertama disebut larutan padat dan yang kedua disebut senyawa antar-logam.
3. Pembekuan coran
Pembekuan coran di mulai logam yang bersentuhan dengan cetakan, yaitu ketika panas dari logam cair diambil oleh cetakan sehingga bagian logam yang bersentuhan dengan cetakan itu mendingin sampai beku, dimana kemudian inti- inti kristal tumbuh. Bagian dalam dari coran mendingin lebih lambat dari pada bagian luar, sehingga kristal-kristal tumbuh dari inti asal mengarah ke bagian dalam coran dan butir-butir kristal tersebut berbentuk panjang-panjang seperti kolom, yang disebut struktur kolom. Struktur ini muncul dengan jelas apabila gradien temperatur yang terjadi pada permukaan coran besar, misalnya pada pengecoran dengan cetakan logam.
2.9.3 Pola
Dalam suatu proses pengecoran pola sangatlah diperlukan. Pola yang dipergunakan untuk pembuatan cetakan benda coran, dapat digolongkan menjadi pola logam dan pola kayu (termasuk pola plastik). Pola logam dipergunakan agar dapat menjaga ketelitian ukuran benda coran, terutama dalam masa produksi,
Bahan dari pola logam bisa bermacam-macam sesuai dengan penggunaannya. Sebagai contoh, logam tahan panas seperti : besi cor, baja cor dan paduan tembaga adalah cocok untuk pola pada pembuatan cetakan kulit, sedangkan paduan ringan, adalah mudah diolah dan dipilih untuk pola yang dipergunakan dalam masa produksi di mana pembuatan cetakan dilakukan dengan tangan.
Pola kayu dibuat dari kayu, murah, cepat dibuatnya dan mudah diolahnya dibandingkan dengan pola logam. Oleh karena itu pola kayu umumnya dipakai untuk cetakan pasir. Sekarang sering dipakai pola kayu yang permukaannya diperkuat dengan lapisan plastik.
Faktor penting untuk menetapkan macam pola adalah proses pembuatan cetakan di mana pola tersebut dipakai, dan lebih penting lagi pertimbangan ekonomi yang sesuai dengan jumlah dari biaya pembuatan cetakan dan biaya pembuatan pola.
2.9.4 Kup, Drag dan Permukaan Pisah
Penentuan kup dan drag dan permukaan pisah adalah hal yang paling penting untuk mendapat coran yang baik. Hal mana membutuhkan pengalaman yang luas dan pada umumnya harus memenuhi ketentuan-ketentuan dibawah ini : 1)
Pola harus mudah dikeluarkan dari cetakan. Permukaan pisah lebih baik satu bidang. Pada dasarnya kup dibuat agak dangkal.
2) Penempatan inti harus mudah. Tempat inti dalam cetakan utama harus
3) Sistem saluran harus dibuat sempurna untuk mendapat aliran logam cair yang optimum.
4) Terlalu banyak permukaan pisah akan mengambil banyak waktu dalam proses pembuatan cetakan yang menyebabkan tonjolan-tonjolan sehingga pembuatan pola menjadi mahal. Penghematan jumlah permukaan pisah itu harus dipertimbangkan.
Seperti dikatakan diatas, penempatan permukaan pisah adalah menentukan dalam membuat coran yang baik, sehingga dalam hal ini memerlukan keahlian dan kemampuan untuk mengerti gambar.
2.9.5 Peleburan Logam
Peleburan logam dilakukan dengan menggunakan kowi dengan yang dipanaskan dengan menggunakan kompor solar di Laboratorium Teknologi Mekanik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2.9.6 Penuangan Logam Cair
Logam cair yang telah dilebur dalam kowi langsung dimasukkan dalam cetakan. Dalam proses penuangan diperlukan pengaturan temperatur penuangan, kecepatan penuangan. Kecepatan penuangan umumnya diambil sedemikian sehingga terjadi penuangan yang tenang agar mencegah cacat coran seperti retak- retak dan sebagainya. Kecepatan penuangan yang rendah menyebabkan : kecairan yang buruk, kandungan gas, oksidasi karena udara, dan ketelitian permukaan yang buruk. Oleh karena itu kecepatan penuangan yang cocok harus ditentukan mengingat macam cairan, ukuran coran dan cetakan.
Cara penuangan secara kasar digolongakan menjadi dua yaitu penuangan atas dan penuangan bawah. Penuangan bawah memberikan kecepatan naik yang kecil dari cairan baja dengan aliran yang tenang. Penuangan atas menyebabkan kecepatan tuang yang tinggi dan menghasilkan permukaan kasar karena cipratan.
Oleh karena itu dalam penuangan atas, laju penuangan harus rendah pada permukaan dan kemudian dinaikkan secara perlahan-lahan. Dalam penempatan nozel, harus diusahakan agar tidak boleh menyentuh cetakan. Perlu juga mencegah cipratan dan memasang nozel tegak lurus agar mencegah miringnya cairan yang jatuh.
2.9.7 Pengambilan Coran dari Cetakan
Proses pengambilan coran dari cetakan adalah berbeda-beda tergantung pada macam dan cara pembuatan cetakan. Pengambilan coran dari kup dan drag dengan rusuk-rusuk yaitu : Kup dan drag dipisahkan terlebih dahulu. Kup diangkat dengan pengangkat, dalam hal ini ada dua kemungkinan yaitu apakah coran diangkat bersama kup atau tetap tinggal dalam drag. Kalau kup diangkat bersama coran, maka harus langsung dipisahkan kemesin pembongkar dimana bagian terbanyak dari pasir yang melekat pada coran dan kup akan terlepas dan kemudian coran dibawa ke proses berikutnya yaitu pada konveyor getar, mesin pemukul atau sebangsanya, sedangkan kup dipindahkan kembali ke pembuatan cetakan, setelah pasir disingkirkan. Kalau coran ditinggal dalam drag, kup kemudian diangkat, dan coran diangkat keluar. Setelah penyingkiran pasir dari kup, kup dipindah untuk diproses berikutnya. Jalan lain untuk mengambil coran ialah dengan membalik drag.
Pengambilan coran dari kup dan drag tanpa rusuk, yaitu : coran langsung didorong dari atas bersama pasir di atas mesin pembongkar atau konveyor getar, tanpa lebih dulu memisahkan kup dari drag. Kup dan drag diperlakukan sama seperti pada cara yang disebut di atas, disamping itu saluran turun dan saluran masuk dapat disingkirkan pada waktu mendorongnya kebawah sehingga pekerjaan ini lebih mudah dilakukan dari pada pekerjaan untuk rangka cetak yang berusuk, jadi pekerjaan ini mempunyai beberapa keuntungan tambahan.
Pengambilan coran tidak mempergunakan rangka cetak, yaitu : penyingkiran pasir dilakukan dengan jalan meletakan coran berikut cetakan di atas mesin penyingkir pasir atau di atas konveyor getar sehingga cara ini mudah sekali dilakukan.
2.9.8 Hal-hal yang Mempengaruhi Hasil Coran
Hal-hal yang perlu diperhatikan yang mempengaruhi hasil coran, terutama dalam proses peleburan logam adalah :
1. Nyala api yang digunakan dalam peleburan harus besar dan konstan.
2. Terak yang dihasilkan dari peleburan logam harus dipisahkan dari logam cair, supaya didapatkan coran yang baik dan tidak menghambat proses
3. Cetakan juga dipanaskan besamaan dengan proses peleburan logam, supaya didapatkan coran yang baik.
4. Bagian cetakan yang bersentuhan langsung dengan coran di lapisi dengan kapur tulis supaya coran tidak menempel pada cetakan logam.
5. Pengambilan coran dari cetakan dilakukan apabila coran selesai membeku.
Peleburan bahan logam dilakukan secara bertahap.
2.9.9 Pemeriksaan Coran
Tujuan dari pemeriksaan coran ialah : 1) Memelihara kualitas.
Kualitas dan baiknya produk coran harus dijamin dengan jalan memisahkan produk coran yang gagal.
2) Penekanan biaya dengan mengetahui lebih dulu produk yang cacat.
Dalam pemeriksaan penerimaan bahan baku dan bahan yang di proses sejak dari pembuatan cetakan sampai selesai, produk yang cacat harus diketahui seawal mungkin agar dapat menekan biaya pekerjaan. 3) Penyempurnaan teknik
Menurut data kualitas yang di dapat dari pemeriksaan dan percobaan, menyisihkan produk yang cacat dapat dilakukan lebih awal dan selanjutnya tingkat kualitas dapat dipelihara dengan memeriksa data tersebut secara kolektif, sehingga kualitas dan teknik pembuatan dapat disempurnakan.
Pemeriksaan produk coran biasanya digolongkan dan dilaksanakan sebagai
1) Pemeriksaan rupa
Dalam pemeriksaan ini yang di teliti adalah : ketidak teraturan, inklusi, retakan dan sebagainya yang terdapat pada permukaan, demikian juga pada setiap produk yang tidak memenuhi ukuran (standar pemeriksaan ukuran). 2) Pemeriksaan cacat dalam (Pemeriksaan tak merusak)
Dalam pemeriksaan ini diteliti adanya cacat-cacat dalam seperti : rongga udara, rongga penyusutan, inklusi, retakan dan sebagainya yang ada didalam produk coran tanpa mematahkannya. 3) Pemeriksaan bahan
Dalam pemeriksaan bahan ini ketidak teraturan bahan diteliti. Demikian juga halnya dengan komponen, struktur mikro, dan sifat-sifat mekanik di periksa sesuai dengan setiap cara pengujian yang telah ditetapkan. 4)
Pemeriksaan dengan merusak Pemeriksaan dengan merusak silakukan dengan cara mematahkan atau memotong produk untuk memastikan keadaan dan kualitas produk, hal ini terutama penting sebagai cara pemeriksaan tak langsung yang dilakukan bersama pemeriksaan (1 sampai 3).
2.9.10 Cacat Coran
Pada coran dapat terjadi berbagai macam cacat tergantung pada bagaimana keadaannya. Pada paduan ringan contohnya paduan aluminium sering terjadi cacat lubang jarum dan dros. Adapun macam-macam cacat coran, yaitu :
1. Lubang jarum
ciri-cirinya : Lubang jarum timbul apabila gas-gas, terutama gas hidrogen, terbawa dalam logam cair terkurung dalam logam yang disebabkan tekanan logam selama pembekuan. Sebab-sebab cacat lubang jarum :
a) Gas terbawa dalam logam cair selama pencairan. b) Gas terserap dalam logam cair selama penuangan. c) Reaksi logam induk dengan uap air dari cetakan. d) Titik cair terlalu tinggi dan waktu pencairan lerlalu lama. Cara-cara pencegahannya :