meningka tkan keulet an p ada coran p aduan...

Prosiding Perlemuan limiah limu Pengetahuan dan Teknologi Bahan '99Serpong, 19 -20 Oktober 1999 ISSN /4/1-2213

MENINGKA TKAN KEULET AN PADA CORANPADUAN HYPOEUTEKTIK AI-Si

Ramli SinagaPuslitbang KIM-LIPI

ABSTRAK

MENINGKATKAN KEULETAN PADA CORAN PADUAN HYPOEUTEKTIKAI-Si. Modifikasi terhadap phasaeutektik AI-Si (Si<1 1,7%) dengan menambahkan unsur 0,03 % stronsium (Sr) ke dalam cairan paduan AI-Si untuk meningkatkankeuletan. Dari hasil penelitian dengan temperatur 760 °C daD waktu penahanan 45 meDii diperoleh perubahan sifat mekanikberupa kekuatan tariknya 19,793 N/mm2, kekuatan luluhnya 10,075 N/mm2,kekerasan nya menjadi 90 N/mm2 dan kekuatanimpacknya menjadi 8,817 J/mm2,serta keuletannya menjadi 2,378 %.

ABSTRA CK

Eutectic phase modification of AI-Si «11.7%) by adding an element of 0.03% stronsium (Sr) into alloy liquid AI-Si to anincrease the long elongation. The result of the reseach at a temperature of760 °C and holding time for 45 minute show that thetranformation mechanical properties are change shuch as ; ultimate strength 19,793 N/mrrt2,the yield strengh 10,075 N/mm2, thebrinnell hardness 90 N/mm2 and the impact at 8,8 I 7 J/cm2 and the elongation at 2.378 %.

Kata kunci : paduan Al-Si, Eutektik

TUJUAN PENELITIAN

a.b.

Tujuan penelitian ini adalah untuk :Memperbaiki sifat mekanik,khusunya keuletanMemperoleh kondisi perIakuan logam cair yangoptimalMeningkatkan kualitas coran paduan AI-SiMembah bentuk struktur eutektik AI-Si daTibentuk

acicular menjadi bentuk fibrous yang halos.Memperbaiki sifat mekanik,khusunya keuletanMemperoleh kondisi perlakuan logam cair yangoptimalMeningkatkan kualitas coran paduan AI-Si

c.d.

e.f.

g.

PENDAHULUAN

PaduanAI-Siadalahjenis pactuMaluminiumyangpaling banyak digunakan dalam pengecoran, produkcoran daTipaduan ini mencapai 85 - 90 % daTijumlahproduk coran AI yang acta.Paduan yang mengandungsilikon (Si) sebagai unsur pemadu utama, memiliki sifatmampu cor yang baik tahan terhadap korosi, mampudikerjakan dengan mesin clan dapat dilas. Namundisamping sifat tersebut diatas, ternyata paduan inimempunyai sifat mekanik yang kurang baik terutamakeuletannya yang relatif rendah walaupun kekuatantariknya cukup tinggi. Hal ini disebabkan karenaterbentuknya phasa eutektik AI-Sikasar yang berbentukacicular.

DaTiBIssau tersebut diatas, maka usaha untuk

memperbaikisifatmekanikpaduan AI-Sidapat dilakukandengan cara:a. Pemaduan(alloying)b. Penghalusan butiran (grain refening)c. Perubahan phasa (Modification treatment).

Ruang Lingkup Penelitian

Penelitianinidilakukandengan objek yang ditelitiadalah prod uk coran daTi paduan AI-Si yangmengandung Silikon (Si) < 11,7% stall yangdiklasifikasikan kedalam jenis paduan hypoeutektikAI-Si, Sedangkan un sur yang digunakan sebagaimodifiksi adalah Stronsiun (Sr) dengan penambahanpersen berat clan waktu penahanan yang divariasikanterhadap persen berat paduan AI-Si. Setelahmendapatkan basil dati penelitian tersebut, kemudiandilakukan pengujian sifat mekanik yang meliputipengujiankekerasan,pengujian tarik, pengujian impack.

AlumInium Silikon (AI-Si) [4)

Paduanaluminiumsilisiumsekitar20% ,memilikimampu cor yang baik,Tetapi sifat mekaniknya menurundisebabkan karena adanya butir-butir Si yang besar clankasar. Untuk memperbaiki sifat mekanik biasanyadilakukan dengan penambahan unsur lain yang dapatmenghasilkan phasa kedua yang berupa senyawa.

Sebagai contoh pactakasus dengan penambahanMg stallCu kedalampaduan AI-Si,maka paduan tersebut

Meningkatkan Keuletan palla CaTan Palluan AI-Si' .(Ramli Sinaga)

~ il,I' "\

akan menghasilkan dua kemungkiananyaitu:a. Atom-atom Mg atau Cu yanglarut padat;pada sel

satuan a-FCC atau

b. Membentuk senyawa MgzSi ataum,empunyaisifat keras dangetas,.

menaikkan keuatan tarik, menurunkan kekerasan,mencegahkecendrunganterjadinyacil pactabagian coranyang tipis serra menghasilkan struktur yang uniform.

CuAlz yang, Morphologi struktur eutektik tergantung pactaI : temperaturpengintianyang terbentukterlebih dahulu

, daTi pahsa silikon. Batas penurunan temperaturpengintian, butir yang terbentuk terlebih dahulupolyhedral. Si dalam bentuk pelat kasar clan partikelglobular dari eutektik Si dapat diperoleh denganpenambahan sodium (Na) atau dapat juga dengan:carachilI casting. Pertumbuhan set-set eutektik berlangsungsembarang (tidak beraturan) lihat gambar 2.

Struk~ur mikro paduan AI.Si 141

Paduan AI-Si pactakomposisi eutektik (11,7 %)dalaVt,k(mdisi tal1paperlakuan, phasap eutektik yangberbentuk acicular atau lamelar akan meyebar diantaraphasa a eutektik clan peutektik. Hal in, akan lebihjelasterlihatpada coran yang mengalami pendinginan lambat,tetapi hila dilakukan dengan pendinginan cepat phasaterbentuk selama parses pembekuan yang ,terlihatadanya,phasaa primer clan phasa eutektik a + p, sepertiditunjukkan pacta gambar I pacta diagram kesetimbanganbiDer A.1~Si.

Gambar 1. Mekanisme proses pembekuan antara kondisinormal dan modifikasi pada peduan AI-Si [6]

Modifikasi Eutektik AI-Si

Modifikasipaduan adalahsuatuprosesperubahanterhadap bagian dalam strukturdaTisuatu logam sewaktulogam dalam keadaan cair dengan cara melarutkanunsurmodifier kedalam cairan yang dimodifikasi sebelumdilakukan penuangan. Pengaruh modifier akanmenyebabkan terjadinya distribusi partikel daTiphasayang merata didalam struktur logam, sehingga akandiperoleh perbaikan sifat-sifat mekanis berupa:

Gambar. 2. Diagram AI-Si [7]

Kelarutan Stronsium (Sr)

Kelarutan stronsium (Sr) berlangsung lebihlambatdibandingdengansodium (Na), hal inidisebabkankarenamekanisme peIarutannyayang berbeda. Tekananuap daTiSrpactatemperatur 730 °Chanya 10-3arm atau200 kali lebih kecil daTitekanan uap Na, hat ini terjadikarena oksida daTi Sr lebih stabil dibanding denganaluminium clan silikon. Nilai kelarutan Sr dengan NaTergantung pacta keadaan cair, tetapi Na dapatmenambah waku pelarutan lebih lama daTi Sr. Pactapembuatan benda coran paduan yang mempunyaipenampang tipis memerlukan Sr lebih sedikit dibandingdenganpenampangyang lebihtebal, karenapendinginanyang lambat. Stronsium mudah bereaksi dengan chlormenjadiSrClzsedangkanpemakiantablethexachloethana(C2CI6)akan mudah membersihkan kotoran yang actadidalamcairanlogam. KosentrasiSrakan tercapaisetelahmelewati volume gas yang dapat dihitung sbb.

C = Co exp (-k)

dimana :

C = konsentrasi Sr ketika digunakan volume gasnitrogen + 5 % gas freon0,08851-1Konsentrasi Sr awal

kC =

0

Persamaan ini juga dapat digunakan untukmenghitung volume nitrogen clanfreon dengan tingkatSr yang paling rendah.

METODA PENELITIAN

Penelitian ini mempelajari pengaruh penambahanunsur stronsium (Sr) terhadap perubahan struktur mikroclan sifat mekanik daTi paduan AI-Si. Paduan Al yangditeliti dibatasi pacta jenis paduan hypoeutektik AI-Siyang mengandung silikon 10,41 %, sedangkan yangadadi pasaran berupa ingot dengan kadar Si = 20%. Sehinggadilakukan penurunan kadar silikon dengan caramenambahkan Al murni kedalam cairan paduanhypereutektik AI-Si.

::

Prosiding Pertemnan llmiah llmn Pengetahuan dun Teknologi Bahan'99Serpong, 19 -20 Oktober 1999 ISSN 1411-22/3

HASIL DAN PEMBAHASAN

Toben. Data awak komposisi kimia (% berat)

Gombar 30, Struktur mikro bahan awal dengan perbesaran 500x

Daribasil penelitiandiperolehdata-datapengujiantarik, tegangan luluh, keuletan, nilai kekerasan bahanserta kekuatan impack sbb:

Pengaruh penambahan % Sr daDwaktu penahananterhadap kekuatan tarik daDkeuletan.

Dari label 2 daDgrafts 3 dan 4 pengujian tarikterlihat pacta0,03 %Sr cendrung menurun, akan tetapiuntuk keuletannya naik. Untuk >0,03 % Sr daDwaktupenahan bertambah, umumnya kekuatan tank tuTOR,sedangkan keuletannya cendrung naik. Tetapi hargakekuatan tarik pacta sampel uji yang ditambahkan0,03 % Sr daDwaktu lahaRbertambah lebih tuTORbiladibandingkan dengan sampel yang ditambahkan>0,03% Sr.

Pengaruh penambahan % Sr daDwaktu penahananterhadap kekerasan daDkekuatan impack

Dari label 3 daD grafis 5 daD 6 diperolehpenambahan 0,03 % Sr nilai kekerasannya cendrungfUTOndengan penambahan waktu penahanan,sedangkan untuk kekuatan impacknya cendrung naik.Untuk harga kekerasan pada >0,03 %Sr waktu penahanyang besarjuga menunjukkan penurunan daDkekuatanimpaknyanaik.

"

~g 10c 'III

g> 5III

F

, ,,--0.03%5r;

~

--0.06%5r I-6-0.09%5r'

~o~:~~rj20 40 60

Waktu tahan (manit)

Gombar 3. Grafik Tegangan Tarik dengan waktupenahanan.

1'7';;

No. Unsur Konsentrasi(% berat)

I. Cll 0,029

2. Ni 0,017

3. Fe 0,0235

4. Mg 0,009

5. Zn 0,025

6, Si 10,41

7. AI Sisa

Tebel]. Hasil uji tarik yang dilakukan menggunakan standarASTM-B 557

Kode I BeratSr

Waktu .

PenahananI cr. I cr) I' ESampel (%) ('t) -(N/mm2) (N/mm2) (%)mem

I, .," ",' v,A-2 0,Q3 15 10,432 17;607 1,526A. -0,Q3 30 10,850 19,054 1,571A-4 0,03 45 14,292 19,793 2,378B-1 0,06 0 15,162 10,366 0,752B-2 0,06 15 9,836 10,847 0,754B-3 0,06 30 10,365 13,795 0,403B-4 0,06 45 12,830 18,953 0,521C-I 0,09 0 7,602 8,608 0,320C-2 0,09 15 8,125 9,423 0,330C-) 0,09 30 9,958 10,944 0,522C-4 0,09 45 10,075 17,111 0,7010-1 0,12 0 6,427 7,175 0,2190-2 0,12 15 6,129 9,159 0,330-D-3 0,12 30 9,807 8,467 0,391D-4 0,12 45 9,830 13,744 0,401

Tebel 3. Hasil Uji Kekerasan dan Kekuatan impack

Kode I BeratSr

WaktuHB 1mpakc

Sampel' (%) Penahan (N/mm2) (J/cm2)(memt)

,A-2 0,03 15 101,399 4,482A-3 0,03 30 92,85 7,619A-4 0,03 45 90,00 8,817B-1 0,06 0 100,99 3,670B-2 0,06 15 99,99 4,280B-3' 0,06 30 94,47 5,248B-4 0,06- 45 92,85 5,340C-1 0,09 0 95,36 1,388C-2 0,09 15 96,66 1,478C-3 0,09 30 98,36 2,164C-4 0,09 45 103,12 3,670D-1 0,12 0 85,85 1,474D-2 0,12 15 90,91 1,850D-3 0,12 30 93,65 2,163D-4 0,12 45 94,73 4,284

Meningkatkan Keuletan pada Coran Paduan Al..s1(Ramli Sinaga)

2.5

2

l 1,5

L:0

0

, ""'""-"'1

0.03'11'I

1

---0,01'11'1-6-0.08'18' ,~0.12...,~'.J

20 40 60

W aktu tahan (menlt)

Gambar 1/. Graflk regangan dengan waktu penahanan

t:" 150-

=

1100

I 50,:

! o.0

: 0,03'11'

~O'OI'II'0,08'18,

~~20 40 60

Waktu tahan (menlt)

Gambar 5. Graflk kekerasan denlan waktu penahanan

10

t::' 8

8 6

i 4

~?:..7,

-,

,;:,',;;;":-'~',' :'1

: :r:":""

,j:: "':,

:'" "

,I

i

,i" ;'"

"' I0

1

+0:ii~8f'---0.01"1'-4-0,08"8,:~0,12",~'

0 20 40 60

Waktu tahan (mcnit)

Gambar 6. Graflk kekuatan inpact denseR waktu penahanan

KESIMPULAN.

1. Kondisi optimal dari hasil modiflkasi Sr yang efektifterjadi pada penambahan0,03 %Sr dengan waktupenahanan45 menit.

2, Perubahan sifat mekanik yang diperoleh daripenambahan 0,03 % Sr dengan waktu penahan45 menit terhadap kekuatan tarik terjadi penurunandari 15,477N/mm2 menjadi 6,427N/mm2sedangkankeuletannya terjadi kenaikan dari 0,666 % menjadi2,378%.

3, Penambahan0,03 % Srdan waktu penahan45 menitterjadi penurunan terhadap nilai kekerasan dari

125,935 N/mm~menjadi 90 N/mm~ ,sedangkan nilai

kekuatan impacknya terjadi kenaikan dari 2,943 J/cm2menjadi 8,817 J/cm2.

4. Modiflkasi yang berlebihan terjadi pada penambahan

> 0,12 % Sr, hal ini terjadi dengan terbentuknya

AI. Sr Siz dan perubahan sifat mekanik yangcendrung lebih getas.

DAFrAR PUSTAKA.

[1]. Annual book of ASTM Standards section 2, "NonFerrousAlloyMetalProduct" vol2, Aluminium andmagnesiumAlloy, 1993

[2]. ASM Handbook, ' Casting Vol 15,9111,editions.[3]. ASMHandbook," Propertiesand SelectionNon

Ferrous andSpecial Purpose Material" Vol 2, 8 IIIeditions.

[4]. ASM" Metallograhy Structure and Phase diagram", V018, 8 IIIeditions.

[S]. JIS Handbook" Ferrous Marerial andMetallurgyI" , t995

[6]. John E, Hatch," AluminiumPropertiesand physicalMetallurgy", ASM.

[7]. Van Vlack H, "Element of Material Science andEnggineering"4 Ih edition, Addison wesleyPublishing University of Michigan, t980.