NASKAH PUBLIKASI

ANALISIS SIFAT FISIS DAN MEKANIS ALUMINIUM PADUAN AL-SI-CU DENGAN MENGGUNAKAN

CETAKAN PASIR

Disusun oleh:

AZIS NUR EVA

NIM: D200 06 0072

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2012

ANALISIS SIFAT FISIS DAN MEKANIS ALUMUNIUM

PADUAN AL-SI-Cu DENGAN MENGGUNAKAN CETAKAN

PASIR

Azis Nur Eva, Masyrukan, Agus Hariyanto

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Unversitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura

Email:azisnurevaa@yahoo.co.id

ABSTRAKSI

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis pada aluminium paduan yang dicetak dengan menggunakan cetakan pasir.

Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah aluminium paduan yang berasal dari daur ulang aluminium bekas, yang dilebur di dalam dapur krusible tipe ciduk dan dicetak didalam cetakan pasir. Alat yang digunakan dalam uji tarik yaitu Servopuser. Sedangkan alat yang digunakan dalam uji impak, uji kekerasan, uji struktur mikro, dan uji komposisi kimia secara berturut-turut adalah Charpy Testing, Hardness tester, Olympus Metallurgycal Microscope, Metal Scan Spectrometer. Adapun cara pengujian ini adalah, pada pengujian tarik menggunakan standar ASTM B557 pengujian ini dilakukan dengan cara menarik spesimen sampai patah yang hasilnya dapat dilihat pada komputer, pengujian impak menggunakan standar ASTM E23, pengujian ini dilakukan dengan cara memukulkan bandul ke spesimen uji hingga patah, dan hasilnya bisa terlihat pada indikator pencatatan hasil, pengujian kekerasan menggunakan pengujian brinell dengan standar ASTM E10, pengujian struktur mikro dilakukan dengan standar ASTM E3 cara melihat spesimen dibawah mikroskop dan pengujian komposisi kimia dilakukan dengan standar ASTM E1251 cara menembakkan gas argon kepermukaan spesimen, sehingga hasilnya akan terbaca pada komputer.

Dari hasil pengujian pada aluminium paduan dengan cetakan pasir diperoleh harga tegangan tarik maksimal yaitu 93.8 N/mm2. Pada pengujian impak energi yang diserap rata-rata adalah 1.47 Joule, harga impak rata-rata 0,018 (J/mm2). Pada pengujian kekerasan didapat HB = 84.3 BHN. Komposisi kimia pada aluminium paduan dengan cetakan pasir didapat kandungan unsur-unsur utama yaitu Al = 87.58 %, Si = 7.93 %, Cu = 2.8030 % dan Mg = 0,5047 %.

Kata kunci : Aluminium (Al), Cetakan, Paduan, Pasir.

PENDAHULUAN

Ilmu dan teknologi bahan merupakan penerapan teknologi

mengenai hubungan antara komposisi dan pemprosesan logam, dengan

sifat-sifat dan pemakaian yang sesuai dengan kebutuhan dan tuntutan

yang ada. Semakin banyaknya industri, khususnya industri otomotif maka

persaingan semakin ketat untuk memperoleh pangsa pasar yang ada.

Untuk memenangkan pangsa pasar dan persaingan ini, maka para

produsen berlomba-lomba untuk menemukan bahan yang relatif murah,

kuat, ringan, dan tahan lama (Surdia .T.,Saito,S., 1995).

Aluminium (Al) adalah salah satu logam non ferro yang memiliki

beberapa keunggulan, diantaranya adalah memiliki berat jenis yang

ringan, ketahanan terhadap korosi, dan hantaran listrik yang baik. Adapun

sifat dasar dari aluminium (Al) murni adalah memiliki sifat mampu cor yang

baik dan sifat mekanik yang jelek (Surdia .T.,Saito,S., 1995).

Untuk mengatasi sifat mekanis aluminium murni yang jelek maka

dipergunakan aluminium paduan sebagai bahan baku pengecoran sebab

sifat mekanisnya akan dapat diperbaiki dengan menambahkan unsur-

unsur lain seperti tembaga (Cu), silisium (Si), mangan (Mn), magnesium

(Mg) dan sebagainya (Surdia .T.,Saito,S., 1995).

TUJUAN PENELITIAN

Adapun tujuan dari penelitian paluminium paduan Al-Si-Cu dengan

menggunakan cetakan pasir ini adalah :

1. Mengetahui komposisi kimia yang terkandung dalam aluminium paduan

yang mengacu pada standar ASTM E1251.

2. Mengetahui sifat fisis (struktur mikro) dari meterial aluminium paduan

yang mengacu pada standar ASTM E3.

3. Mengetahui harga kekerasan dari aluminium paduan yang mengacu

pada standar ASTM E10.

4. Mengetahui kekuatan tarik dari aluminium paduan yang mengacu pada

standar ASTM B557.

5. Mengetahui harga impak dari aluminium paduan yang mengacu pada

standar ASTM E23.

LANDASAN TEORI

1. Aluminium

Aluminium merupakan unsur logam terbanyak di muka bumi,

dimana hampir 8% berat dari kerak bumi adalah aluminium. Aluminium

ditemukan oleh Sir Humphrey Davy pada tahun 1809 sebagai suatu

unsur, dan pertama kali direduksi sebagai suatu logam oleh H.C. Oersted

pada tahun 1955. Bijih bauksit adalah bahan utama untuk pembuatan

aluminium yang terdapat di dalam batu-batu dalam kerak bumi. Di dalam

bebatuan tersebut aluminium masih berbentuk silikat dan komponen lain

yang lebih kompleks, karena komponen aluminium yang begitu komplek

tersebut maka diperlukan penelitian lebih dari 60 tahun untuk menemukan

cara yang ekonomis untuk membuat aluminium dari bijih bauksit

(Surdia .T.,Saito,S., 1995).

2. Aluminium murni

Aluminium memiliki berat jenis 2,7 gram/ cm3, kira-kira sepertiga

dari berat jenis baja (7,83 gram/ cm3), tembaga (8,93gram/ cm3), atau

kuningan. Selain itu aluminum menunjukan ketahanan korosi yang baik

pada kebanyakan lingkungan termasuk udara, air (air garam), petrokimia

dan lingkungan kimia lainya. Dilihat dari konduktivitas thermalnya adalah

antara 50-60 % dari tembaga, bersifat nonmagnetic dan tidak beracun

(Surdia .T.,Saito,S., 1995).

3. Aluminium paduan

Aluminium secara umum dapat di klasifikasikan menjadi dua yaitu heat

treatable dan non heat treatable. Pada paduan non heat treatable dapat

diperkuat dengan pengerjaan dingin, dan perlakuan panas yang dapat

dilakukan adalah annealing untuk memperlunak akibat dari proses

pengerasan. Paduan ini terdiri dari Al-Mn, Al-Mg, dan Al-Si. Sedangkan

pada paduan heat treable adalah paduan yang mengandung Cu, Zn, dan

Mg serta Si. Paduan heat treable dapat diperkuat dengan memberikan

perlakuan pengerasan penuaan, pengerasan presipitasi dan proses

perlakuan panas lainnya (Surdia .T.,Saito,S., 1995).

TINJAUAN PUSTAKA

Prayitno,A. (2007), meneliti tentang aluminium paduan Al, Si, Cu

dengan cetakan pasir. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh

aluminium paduan dengan cetakan pasir dan logam terhadap sifat fisis

dan mekanis. Disimpulkan bahwa hasil tegangan tarik rata-rata 72,36

(MPa), regangan rata-rata 2,48 (%), Modulus Elastisitas rata-rata 3073,3

(MPa), Kekakuan rata-rata 124989,66 (MPa), harga kekerasan rata-rata

78,8 kg/mm², energi yang diserap rata-rata 2 Joule, haraga impak rata-

rata 0,025 (J/mm²), hasil pengujian komposisi kimia didapatkan hasil yang

dominan antara lain Al = 83,69%, Si = 4,83%, Cu = 7,44%, Zn = 2,01%,

Fe = 1,14%. Pada pengujian struktur mikro terlihat bahwa unsur Si terlihat

panjang didalam kelompok yang sedikit.

Ahmadi, N (2002), meneliti tentang pengaruh pengecoran batang

torak dari aluminium padauan AL-Cu-Ni dengan cetakan pasir dan

cetakan logam terhadap kekerasan dan kekuatan tarik. Disimpulkan

bahwa Hasil penelitian menunjukkan cetakan logam mempunyai

kekerasan lebih dibanding cetakan pasir, dengan kekerasan rata-rata

109,20 kg/mm 2 dan 81 kg/mm 2 sedangkan kekuatan tariknya 13,56 kg/mm

2 dan 9,77 kg/mm 2 .

JENIS-JENIS PENGECORAN

Dalam dunia industri pengecoran logam dikenal beberapa jenis

metode pengecoran logam yang lazim digunakan antara lain :

1. Pengecoran dengan Cetakan Pasir.

Pasir yang dipakai sebagai bahan untuk cetakan adalah pasir

dalam atau pasir buatan yang mengandung tanah lempung. Cetakan

dibuat dengan memadatkan pasir. Cetakan jenis ini mudah dibuat dan

biaya pembuatannya juga tidak mahal dalam pembuatannya kadang-

kadang diberikan pengikat khusus untuk memperkuat cetakan, misalnya

semen, dan sebaiknya dalam menggunakan pengikat tersebut perlu

mempertimbangkan bentuk, bahan dan jumlah produk, sehingga biaya

pembuatan dapat ditekan (Surdia, T., Chijiiwa,K.,2000).

2. Pengecoran dengan cetakan logam

Pengecoran dalam cetakan logam dilaksanakan dengan

menuangkan logam cair ke dalam cetakan logam seperti pada

pengecoran pasir. Sebagai bahan cetakan terutama dipakai baja khusus,

atau besi cor paduan. Sebagai bahan coran umumnya diambil paduan

bukan besi yang mempunyai titik cair rendah seperti paduan aluminium,

paduan magnesium atau paduan tembaga (Surdia, T., Chijiiwa,K.,2000).

METODOLOGI PENELITIAN

1. Bahan

Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah aluminium

bekas yang didaur ulang melalui proses pengecoran. Setelah mengalami

proses pengecoran bahan baku dari kedua jenis material akan diketahui

unsur paduannya melalui pengujian komposisi kimia.

Gambar 3.1. Aluminium, Silikon, Tembaga

(Asih Wulan, 2011)

2. Diagram Alir penelitian

Gambar Diagram Alir Penelitian

Cetakan Pasir

Peleburan Aluminium (Al)

Pengujian impak ASTM E23

Pembuatan Spesimen Sesuai Standar Pengujian

Kesimpulan

Pengujian Struktur Mikro

ASTM E3

Pengujian Kekerasan

ASTM E10

Pengujian tarik ASTM B557

Hasil Penelitian

Pembahasan

Studi Literatur

Selesai

Pengujian Komposisi Kimia

ASTM E1251

Mulai

Proses Peleburan Aluminium

Peleburan Aluminium (Al)

Proses Penuangan Aluminium Cair Ke Dalam Cetakan Pasir

Penyiapan Bahan Aluminium Cor

Studi Lapangan

Peleburan Aluminium

(Al)

HASIL DAN PEMBAHASAN

1. Hasil Uji Komposisi Kimia dan Pembahasan

Hasil pengujian komposisi kimia dengan menggunakan alat

spectrometer memberikan hasil pembacaan secara otomatis kandungan

rata-rata (average) komposisi kimia seperti pada tabel dibawah ini.

Tabel 4.1. Data Hasil Uji Komposisi Kimia Aluminium Paduan al-si-cu

Dengan Menggunakan Cetakan Pasir

Unsur %

Al 87.58

Si 7.93

Cu 2.8030

Mg 0.5047

Fe 0.4862

Mn 0.4225

Zn 0.1894

Ti 0.0317

Ni 0.0137

Pb 0.0129

Cr 0.0115

Sn 0.0099

Dari hasil pengujian komposisi kimia pada aluminium paduan yang

dicetak menggunakan cetakan pasir, diperoleh sebanyak 12 unsur

penyusun pada aluminium paduan cetakan pasir. Adapun unsur yang

paling dominan antara lain: Aluminium (Al), Silikon (Si), dan Tembaga

(Cu)). Dengan persentase masing-masing adalah: Al 87.58 %, Si

7.93%,dan Cu 2.8030 %. Berdasarkan prosentase unsur penyusunnya,

jenis aluminium paduan ini dikategorikan kedalam aluminium paduan

Casting Alloy, dengan nomor seri mendekati 3xx.x (Al-Si-Cu). Dalam

standar AA ( Aluminium Association ) aluminium paduan ini tergolong

kedalam aluminium paduan jenis A380.0, aluminium ini juga termasuk

dalam paduan aluminium tinggi karena pada paduan Al-Si-Cu terdapat

unsur pemadu yang lebih dari 10%. Adanya unsur-unsur paduan Silikon

(Si), Tembaga (Cu), dan Magnesium (Mg) dalam aluminium paduan akan

dapat memperbaiki sifat fisis dan mekanis dari material aluminium

tersebut.

2. Hasil Pengujian struktur mikro dan Pembahasan

Berdasarkan data hasil pengamatan struktur mikro dengan

menggunakan Olympus Photomicrographic System dengan perbesaran

200 . Adapun hasilnya adalah sebagai berikut :

Gambar (A) Struktur Mikro Spesimen Aluminium paduan al-si-cu dengan

menggunakan cetakan pasir, (B) Struktur mikro paduan Al-Si-Cu

(Surdia,T.,Saito,S., 1995).

Berdasarkan hasil pengujian struktur mikro pada aluminium paduan

daur ulang dengan menggunakan cetakan pasir terbentuk beberapa fasa,

diantaranya fasa Al, fasa CuAl2 dan fasa AlSi. Adapun karakteristik dari

fasa-fasa tersebut adalah sebagai berikut :

1. Fasa Al (berwarna terang) adalah larutan padat primer.

2. Fasa CuAl2 (berwarna kelabu kehitam-hitaman). Dengan adanya

fasa ini akan meningkatkan kekuatan dan kekerasan aluminium

paduan.

3. AlSi (berwarna kelabu terang). Fasa ini terbentuk karena jumlah

prosentase silikon (Si) lebih besar dari magnesium (Mg). Pada

Al

Cu Al2

Al

CuAl2

AlSi

A B

umumnya akan dapat meningkatkan tingkat kekerasan dan dapat

menghambat laju korosi.

Pada aluminium paduan yang dicetak menggunakan cetakan pasir,

dengan unsur paduan silikon (Si) 7,93% dan tembaga (Cu) 2.8030%,

memiliki distribusi dan bentuk struktur butiran fasa AlSi yang cenderung

menggumpal dengan ukuran butiran lebih besar dan jarak antar

butirannya meregang, serta fasa CuAl2 yang terbentuk memiliki struktur

butiran yang mengelompok.

3. Hasil Uji Kekerasan dan Pembahasan

Pengujian kekerasan dilakukan dengan menggunakan alat uji

kekerasan mikro Brinell, yang terdiri dari tiga titik pada spesimen dengan

letak secara acak.

Tabel Data Hasil Uji Kekerasan Aluminium Paduan Al-Si-Cu

Diameter Injakkan (mm) Beban (kgf) HBN

0,955 62,5 84.3

Berdasarkan data hasil pengujian kekerasan Brinell pada

aluminium paduan daur ulang yang dicetak dengan menggunakan

cetakan pasir, diketahui bahwa harga kekerasan rata-rata aluminium

paduan Al-Si-Cu yang dicetak dengan menggunakan cetakan pasir

sebesar 84.3 HBN. Dari hasil pengujian ini dapat disimpulkan bahwa

aluminium paduan al-si-cu ini menmpunyai harga kekerasan yang lebih

baik jika dibandingkan dengan aluminium murni yang hanya sekitar 65

HBN.

4. Hasil Uji Tarik Dan Pembahasan

Table Data Hasil Uji Tarik Aluminium Paduan Al-Si-Cu

No Beban

(N)

Tegangan

(N/mm2) Regangan (%) Modulus

(N/mm2)

Kekakuan

(N/mm2)

1 357.2 13.0 0.35 37.58 110.18

2 714.3 26.0 0.56 52.28 113.49

3 1071.5 39.1 0.73 62.29 109.50

4 1428.7 52.1 0.91 68.98 101.96

5 1785.8 65.1 1.03 76.88 102.13

6 2143.0 78.2 1.15 83.39 101.05

7 2500.2 91.2 1.29 90.12 102.76

8 2619.3 93.8 1.65 69.47 60.56

Berdasarkan grafik dari hasil pengujian tarik pada aluminium

paduan Al-Si-Cu yang dicetak dengan menggunakan cetakan pasir,

menunjukkan bila tegangan meningkat maka regangan juga meningkat,

dan bila semakin tinggi kekakuannya maka semakin menurun nilai

regangannya, ini berarti bahwa material tersebut memiliki sifat elastis. Hal

ini disebabkan pengaruh unsur-unsur Si, Cu, Fe, Mn, dan Mg. Dimana kita

tahu unsur- unsur tersebut memiliki sifat dapat meningkatkan kekuatan

tarik.

Adapun harga dari setiap variabel-variabel tersebut adalah sebagai

berikut. Harga kekuatan tarik maksimal 93.8 N/mm2, regangan maksimal

1.65 %, Modulus Elastisitas maksimal 90.12 N/mm2, kekakuan maksimal

113.49 N/mm2.

5. Data Hasil Uji Impact Dan Pembahasan

Tabel Data Hasil Pengujian Impact Aluminium Paduan Al-Si-Cu

Ao(mm2) Energi diserap(J) Harga Impact(J/mm2)

80 1,47 0,018

Dari hasil pengujian impak diketahui energi serap rata-rata yang

dihasilkan aluminium paduan menggunakan cetakan pasir, yaitu sebesar

1.47 Joule, dengan harga impak 0.018 Joule/mm2. Apabila ditinjau dari

jenis patahannya, aluminium paduan mengindikasikan jenis aluminium

getas. Hal ini diindikasikan oleh warna patahan yang mengkilat dan bekas

patahan yang cenderung merata.

KESIMPULAN DAN SARAN

1. Kesimpulan Penelitian

Berdasarkan analisa dan pembahasan hasil penelitian pada

aluminium paduan Al-Si-Cu yang dicetak dengan menggunakan cetakan

pasir, diperoleh kesimpulan sebagai berikut ;

1. Pada aluminium paduan dengan menggunakan cetakan pasir

diperoleh 12 unsur penyusun aluminium paduan. Dari unsur

penyusunnya diperoleh 5 unsur dominan, yang antara lain ; Al, Si, Cu,

Mg, dan Fe. Besarnya prosentase unsur dominan aluminium paduan

menggunakan cetakan pasir adalah : Al 87,58 %, Si 7,93 %, Cu

2,8030 %, Mg 0,5047% dan Fe 0,4862%.

2. Dari pengamatan struktur mikro pada spesimen uji, terbentuk

beberapa fasa yang dapat diamati, yang antara lain : fasa Al

(berwarna terang), fasa AlSi (kelabu terang) dan fasa CuAl2 (berwarna

kelabu gelap kecoklatan).

3. Dari pengujian kekerasan diperoleh harga kekerasan rata-rata

aluminium paduan dengan cetakan pasir, sebesar HB= 84.3 HBN

4. Dari hasil pengujian tarik pada aluminium paduan dengan

menggunakan cetakan pasir didapatkan tegangan tarik maksimal 93.8

N/mm2, regangan maksimal 1,65 (%), Modulus Elastisitas maksimal

90.12 N/mm2, dan kekakuan maksimal 113.49 N/mm2.

5. Dari hasil pengujian impak diketahui energi serap rata-rata yang

dihasilkan aluminium paduan menggunakan cetakan pasir, yaitu

sebesar 1,47 Joule, dengan harga impak 0,018 Joule/mm2.

2. Saran

1 Dalam penyiapan spesimen uji sebaiknya dipersiapkan dengan

jumlah yang lebih, guna menghindari kekurangan spesimen akibat

dari kegagalan pada saat pengujian, ada pun jumlah spesimen

yang akan diujikan disesuaikan dengan standar pengujian yang

digunakan.

2 Dalam penelitian ini penulis menyadari bahwa tidak ada suatu

apapun ciptaan atau pekerjaan manusia yang sempurna kecuali

ciptaan Allah SWT. Untuk itu penulis dengan lapang hati menerima

saran dan kritik yang sifatnya membangun. Akhirnya penulis

berharap semoga karya ini bermanfaat dan menambah

pengetahuan kita semua. Amin.

DAFTAR PUSTAKA

……….Annual Hand Book ASTM B577. Standard Test Methods of

Tension Testing Wrought and Cast Aluminum- and Magnesium-

Alloy Products1.

……….Annual Hand Book ASTM E 23 – 02, Standard Test Methods for

Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials1,

……….Annual Hand Book ASTM E 3 – 01 Standard Guide for Preparation

of Metallographic Specimens1.

……….Annual Hand Book ASTM E 10 – 01 Standard Test Method for

Brinell Hardness of Metallic Materials1.

……….Annual Hand Book ASTM E1251 - 11 Standard Test Method for

Analysis of Aluminium and Aluminum Alloys by Spark Atomic

Emission Spectrometry.

Ahmadi ,N.,2002,Pengaruh Pengecoran Batang Torak Dari Aluminium

Paduan Al,Cu,Ni Dengan Cetakan Pasir Dan Logam, Laporan

Tugas Akhir Fakultas Teknik UMS, Juli 2002, Surakarta.

Bondan T. Sofyan, 2008, Peran 1 Dan 9 Wt. % Zn Dalam Proses

Pengerasan Presipitasi Paduan Aluminium AA319,

http:www.wikipedia.com/.html/Bondan T. Sofyan/2008 “Makara,

Teknologi, Volume, 12, No. 1”. Diakses pada bulan april 2008/

yefrichan,2011, Jenis-Jenis Baja ( Types Of Steel ), http://www.yefrichan.

wordpress.com/2011/04/16/jenis-jenis-baja/, mechanical blog.

Diakses pada 12 maret 2012 pada pukul 08:10 WIB

Nadca, 2006, product specification standart for die casting,

http://www.phbcorp.com/cms/uploads/downloads/alloy%20data-

3.pdf, diakses pada desember 2011 pada pukul 09.30 WIB

Prayitno, A.,2007, Analisis Sifat Fisis Dan Mekanis Aluminium (Al) Paduan

Daur Ulang Dengan Menggunakan Cetakan Logam Dan Cetakan

Pasir, Laporan Tugas Akhir Fakultas Teknik UMS, Juli 2007,

Surakarta.

Surdia,T., Chijiwa,K.,2000, Teknik Pengecoran Logam, Cetakan Ke-8, PT.

Pradnya Paramita, Jakarta.

Surdia,T., Saito,S., 1995, Pengetahuan Bahan Teknik, PT. Pradnya

Paramita, Jakarta.

Vliet,V., W. Both, 1984, Tegnologi Untuk Bangunan Mesin Bahan-Bahan 1

, Erlangga, Jakarta.