6

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pengecoran

Pengecoran logam adalah proses pembuatan benda dengan mencairkan

logam dan menuangkan cairan logam tersebut ke dalam rongga cetakan. Proses ini

dapat digunakan untuk membuat benda-benda dengan bentuk rumit. Benda

berlubang yang sangat besar dan sangat sulit atau sangat mahal jika dibuat dengan

metode lain, dapat diproduksi masal secara ekonomis menggunakan teknik

pengecoran yang tepat. Pengecoran logam dapat dilakukan untuk bermacam-

macam logam seperti, besi, baja paduan tembaga (perunggu, kuningan, perunggu

alumunium dan lain sebagainya), paduan ringan (paduan alumunium, paduan

magnesium, dan sebagainya), serta paduan lain, semisal paduan seng, monel

(paduan nikel dengan sedikit tembaga), hasteloy (paduan yang mengandung

molibdenum, chrom, dan silikon), dan sebagainya. Untuk membuat coran harus

melalui proses pembuatan model pencairan logam, penuangan cairan logam ke

model, membongkar, membersihkan dan memeriksa coran. Pencairan logam dapat

dilakukan dengan bermacammacam cara, misal dengan tanur induksi (tungku listrik

di mana panas diterapkan dengan pemanasan induksi logam), tanur kupola (tanur

pelebur dalam pengecoran logam untuk melebur besi tuang kelabu), atau lainnya.

Cetakan biasanya dibuat dengan memadatkan pasir yang diperoleh dari alam atau

pasir buatan yang mengandung tanah lempung. Cetakan pasir mudah dibuat dan

tidak mahal. Cetakan dapat juga terbuat dari logam, biasanya besi dan digunakan

7

untuk mengecor logam-logam yang titik leburnya di bawah titik lebur besi Pada

pengecoran logam, dibutuhkan pola yang merupakan tiruan dari benda yang hendak

dibuat dengan pengecoran. Pola dapat terbuat dari logam, kayu, stereofoam, lilin,

dan sebagainya. Eprints.polsri.ac.id

Faktor-faktor yang mempengaruhi proses pengecoran:

1. Adanya aliran logam cair kedalam rongga cetak.

2. Terjadi perpindahan panas selama pembekuan dan pendinginan dari logam

dalam cetakan.

3. Pengaruh material cetakan.

4. Pembekuan logam dari kondisi cair.

2.1.1 Macam-macam teknik pengecoran

1. Pengecoran cetakan permanen

1. Permanent Mold Casting

Jenis pengecoran ini , cetakannnya dapat dipakai berulang kali

(terbuat dari logam dan grafit). Pengecoran ini dikhususkan untuk

pengecoran logam non ferrous dan paduan, Kualitas pengecoran ini

tergantung dari kualitas mold, umumnya dikerjakan dengan machining

untuk mendapatkan kualitas yang bagus maka dikerjakan dengan proses

machining yang memiliki keakuratan yang tinggi.

8

1. Centrifugal Casting

Prinsipnya penuangan logam cair ke dalam cetakan yang berputar

dan akibat gaya centrifugal logam cair akan termampatkan sehingga

diperoleh benda kerja tanpa cacat. Pengecoran ini digunakan secara intensif

untuk pengecoran plastik , keramik, beton dan semua logam. Pengecoran

Centrifugal dapat dibagi 2 macam , yaitu pengecoran Centrifugal Mendatar

dan Pengecoran Centrifugal Vertikal.

2. Investment Casting

Proses pengecoran dengan pola tertanam dalam rangka cetak ,

kemudian pola dihilangkan dengan cara pemanasan sehingga diperoleh

rongga cetak. Pola biasanya terbuat dari lilin (wax), plastik atau mateial

yang mudah meleleh, pengecoran ini sering juga disebut WAX LOST

CASTING. Proses Pengecoran ini Dibagi 2 macam, Investment Flask

Casting dan Investment Sheel Casting. Proses yang termasuk juga

Investment Casting adalah FULL MOLD PROCESS atau LOST FOAM

PROCESS.

3. Die Casting

Proses ini mempergunakan tekanan dalam memasukkan logam cair

ke dalam rongga cetakan dan dengan dibawah tekanan dibiarkan membeku.

Die Casting umumnya untuk logam non Ferrous dan paduan . Die biasanya

terbuar dari baja yang dikeraskan. Berdasarkan prosesnya Die Casting dapat

9

dikelompokkan 2 jenis yaitu, Hot Chamber Die Casting dan Cold Chamber

Die Casting.

4. Hot Chamber Die Casting

Pada proses ini, tengku pencair logam jadi satu dengan mesin cetak

dan silinder injeksi terendam dalam logam cair. Silinder injeksi digerakkan

secara penumatik atau hidrolik. Pada umumnya die casting jenis ini hanya

cocok untuk deng, timah putih, dan timbal dan paduannya. Pada mesin ini

mempunyai komponen utama silinder plunger, leher angsa (goose neck),

dan nozzle. Logam cair ditekan kedalam rongga cetakan dengan tekanan

tetap dipertahankan selama pembekuan terjadi. Leher angsa yang terendam

logam cair sewaktu plunger pada kedudukan teratas. Kemudian logam cair

diinjeksi kerongga cetakan dengan amat cepat.

5. Cold Chamber Die Casting

Pada mesin cetak ini, tungkunya terpisah dari mesinnya. Mesin

membutuhkan tekanan yang lebih besar untuk menutup cetakan dan

pengisian rongga cetakan. Cara kerja mesin ini, dimulai dari pencairan

logam cair kemudian dituangkan ke dalam plunger yang berdekatan dengan

cetakan, baru dilakukan penekanan secara hidrolis . Proses ini biasanya

cocok untuk logam-logam yang memiliki temperatur leleh tinggi, misalnya

aluminium dan magnesium.

10

6. Injection Molding

Perbedaan dengan Die Casting adalah cara material diumpankan dan

masuk ke rongga cetakan. Injection molding dikhususkan untuk material

non logam, seperti gelas, plastik dan karet. Butiran plastik dimasukkan

dalam hopper kemudian feed screw butiran plastik dipanaskan oleh elemen

pemanas kemudian pada waktu sampai di nozzle sudah berupa cairan plastik

dan cairan plastik ditekan masuk ke rongga cetakan . Die pada injection

casting dilengkapi dengan sistem pendingin untuk membentu proses

pembekuan (solidifikasi).

7. Blow Molding

Proses ini digunakan untuk produk plastik, gelas dan karet , seperti

botol plastik, gelas minuman, nipple karet, gelas kendi, dll.

Proses ini diawali dengan pembuatan parison (gumpalan cair dalam bentuk

penampang pipa) dan dimasukkan ke mesin cetak tiup . Kemudian udara

ditiup masuk melalui lubang penampang pipa, karena desakan udara maka

gumpalan tadi akan menyesuaikan dengan bentuk cetakan dan dibiarkan

sampai menjadi padat.

(http://www.gudangmateri.com/2010/04/dasar-pengecoran-dengan-ilmu logam.htm MI Kamil 2015)

11

2. Pengecoran dengan cetakan sekali pakai

Ada beberapa metode pengecoran dengan cetakan sekali pakai yaitu:

1. Sand Casting (penuangan dengan cetakan pasir)

Proses pembentukan benda kerja dengan metoda penuangan logam

cair kedalam cetakan pasir (sand casting), secara sederhana cetakan pasir ini

dapat diartikan sebagai rongga hasil pembentukan dengan cara mengikis

berbagai bentuk benda pada bongkahan dari pasir yang kemudian rongga

tersebut diisi dengan logam yang telah dicairkan melalui pemanasan

(molten metals).

Gambar 2.1 Tahap pengecoran logam dengan cetakan pasir.

Gambar 2.2 kontruksi cetakan pasir

Sumber : Kalpakjian & Schmid, 2008

12

2. Proses Pengecoran dengan Cetakan Khusus

Proses pengecoran telah dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan

khusus. Perbedaan antara metode ini dengan metode cetakan pasir terdapat

dalam komposisi bahan cetakan, cara pembuatan cetakan, atau cara

pembuatan pola. Cetakan kulit (shell molding). Menggunakan pasir dengan

pengikat resin termoset. Contoh produk penggunaan roda gigi, value bodies,

bushing, camshaft.

Gambar 2.3 Tahapan pembuatan cetakan kulit

Sumber : Kalpakjian & Schmid, 2008

3. Proses pengecoran polisteren

Pola cetakan termasuk sistem saluran masuk, riser dan inti (bila

diperlukan) dibuat dari bahan busa polisteren. Dalam hal ini cetakan tidak

harus dapat dibuka dalam kup dan drug, karena pola busa tersebut tidak

perlu dikeluarkan dari rongga cetak. Produksi massal untuk pembuatan

mesin automobile.

13

Gambar 2.4 Tahapan pengecoran polisteren

Tahapan proses pengecoran polisteren:

Pola polisteren dilapisi dengan senyawa tahan api.

Pola busa tersebut ditempatkan pada kotak cetakan, dan pasir

dimasukkan kedalam kotak cetakan dan dipadatkan kesekeliling

pola.

Logam cair dituangkan kedalam bagian pola yang berbentuk cawan

tuang dan saluran turun (sprue), segera setelah logam cair

dimasukan kedalam cetakan, busa polisteren menguap, sehingga

rongga cetak dapat diisi.

4. Pengecoran presisi (investment casting)

Pola cetakan pada proses pengecoran ini dibuat dari lilin yang

dilapisi dengan bahan tahan api, setelah sebelumnya lilin tersebut mencair

terlebih dahulu dan dikeluarkan dari rongga cetakan. Pola lilin dibuat

dengan cetakan induk (master die), dengan cara menuang atau

menginjeksikan lilin cair ke dalam cetakan induk tersebut. Contoh

14

penggunaan, komponen mesin turbin, dan perhiasan. Cetakan presisi dapat

digunakan untuk semua jenis logam, seperti : baja, baja tahan karat, paduan

dengan titik lebur tinggi

Gambar 2.5 Tahapan proses pengecoran presisi

Proses pengecoran presisi:

Membuat pola lilin

Beberapa pola ditempelkan pada saluran turun (sprue) membentuk

pohon bola

Pohon pola dilapisi dengan lapisan tipis bahan tahan api

Seluruh cetakan terbentuk dengan menutup pola yang telah dilapisi

tersebut dengan bahan tahan api sehingga menjadi kaku

Cetakan dipegang dalam posisi terbalik, kemudian dipanaskan

sehingga lilin meleleh dan keluar dari dalam cetakan

15

Cetakan dipanaskan kembali dalam suhu tinggi, sehingga semua

kotoran terbuang dari cetakan dan semua logam cair dapat masuk

kedalam bagian bagian yang rumit disebut proses preheating

Setelah logam cair dituangkan dan membeku cetakan dipecahkan,

dan coran dilepaskan dari sprue-nya

5. Pengecoran dengan cetakan plaster dan kramik

Pengecoran dengan cetakan plaster mieip dengan cetakan pasir, hanya

cetakannya dibuat dengan plaster (2CaSO4-H2O) senagai pengganti pasir.

Bahan tambahan, seperti bubuk dan silica dicampur dengan plaster untuk :

Mengatur kepadatan

Mengatur waktu pengeringan cetakan

Mengurangi terjadinya keretakan

Meningkatkan kekuatan

Untuk membuat cetakan, plaster dicampur dengan air dan dituangkan

kedalam pola plastic atau logam dalam rangka cetak dan dibiarkan

mengering.

Proses Antioch adalah proses yang menggunakan campuran 50% pasir

dengan plaster, memanaskan cetakan dalam autoclave (oven yang

menggunakan uap air superpanas dan bertekanan tinggi), kemudian

dikeringkan. Dengan cara ini akan dihasilkan permeabilitas yang lebih

tinggi dibandingkan dengan cetakan plaster konvensional.

16

6. Cetakan keramik

Mirip dengan cetakan plaster, bedanya cetakan keramik

menggunakan bahan keramik tahan api yang lebih tahan tempratur tinggi

dibandingkan dengan plaster. Jadi cetakan keramik dapat digunakan untuk

mencetak baja, besi tuang, dan paduan lainnya yang mempunyai titik lebur

tinggi. Penggunaan sama dengan cetakan plaster hanya titik lebur logam

coran lebih tinggi.

Gambar 2.6 proses pemmbuatan cetakan keramik

7. Pengecoran tuang (slush casting)

Digunakan untuk benda cor yang berlubang dengan cetakan logam tanpa

Inti. Tahapan pengecoran:

Logam cair dituangkan ke dalam cetakan dan dibiarkan sejenak

sampai terjadi pembekuan pada bagian yang bersentuhan dengan

dinding cetakan Cetakan kemudian dibalik, sehingga bagian logam

yang masih cair akan tertuang keluar dari rongga cetakan Diperoleh

benda cor yang berlubang, ketebalannya ditentukan oleh lamanya

waktu penahan sebelum cetakan dibalik.

17

Contoh penggunaannya patung, alas lampu, boneka, dan lain-

lainnya. Logam cor yang biasa dipakai timah hitam, seng, dan timah

putih.

https://sinta.unud.ac.id/uploads/.../1291961007-3-BAB%20II

2.2 Piston

Piston dalam bahasa Indonesia juga dikenal dengan istilah torak adalah

komponen dari mesin pembakaran dalam yang berfungsi sebagai penekan udara

masuk dan penerima hentakan pembakaran pada ruang bakar silinder liner.

Komponen mesin ini dipegang oleh setang piston yang mendapatkan gerakan turun-

naik dari gerakan berputar crankshaft. Piston bekerja tanpa henti selama mesin

hidup. Komponen ini mengalami peningkatan temperatur dan tekanan tinggi

sehingga mutlak harus memiliki daya tahan tinggi. Oleh karena itu, pabrikan kini

lebih memilih paduan aluminium (Al-Si). Logam ini diyakini mampu meradiasikan

panas yang lebih efisien dibandingkan material lainnya.

Karena piston bekerja pada temperatur tinggi maka, pada bagian-bagian

tertentu seperti antara diamater piston dan diameter silinder ruang bakar oleh para

desainer sengaja diciptakan celah-celah Celah ini secara otomatis akan berkurang

(menjadi presisi) ketika komponen-komponen itu terkena suhu panas. Ini yang

kemudian mengurangi terjadinya kebocoran kompresi. Celah piston bagian atas

lebih besar dibandingkan bagian bawah. Ukuran celah piston ini bervariasi

tergantung dari jenis mesinnya. Umumnya antara 0,02 hingga 0,12 mm. Memakai

ukuran celah yang tepat sangat penting. Alasannya, bila terlalu kecil akan

18

menyebabkan tidak ada celah antara piston dan silinder ketika kondisi panas.

Kondisi ini akan menyebabkan piston bisa menekan silinder dan merusak mesin.

Sebaliknya, kalau celahnya terlalu berlebihan, tekanan kompresi dan tekanan gas

hasil pembakaran akan menjadi rendah. Akibatnya mesin kendaraan pun tidak

bertenaga dan mengeluarkan asap. (Nurhadi.2010)

2.3 Sifat Material Aluminium

Aluminium berasal dari bahasa latin “Alumen” Alum. Orang-orang Yunani

dan Romawi kuno menggunakan Aluminium sebagai cairan penutup pori-pori dan

bahan penajam proses pewarnaan. Pada tahun 1761 De Morveau mengajukan nama

Alumine untuk basa Alum dan Lavosier, pada tahun 1787, ia mengira bahwa ini

adalah oksida logam yang belum ditemukan. Metode untuk mengambil logam

aluminium adalah dengan cara mengelektrolisis alumina yang terlarut dalam

Cryolite. Metode ini ditemukan oleh Hall di AS pada tahun 1886 dan pada saat yang

bersamaan oleh Heroult di Perancis. Cryolite, bijih alami yang ditemukan di

Greenland sekarang ini tidak lagi digunakan untuk memproduksi aluminium secara

komersil. Penggantinya adalah cairan buatan yang merupakan campuran natrium,

aluminium dan kalsium flourida. Umumnya aluminium dicampur dengan logam

lainnya sehingga membentuk aluminium paduan. Material ini dimanfaatkan bukan

saja untuk peralatan rumah tangga, tetapi juga dipakai untuk keperluan industry,

kontruksi, dan lain sebagainya. Sampai sekarang proses Heroult Hall masih dipakai

untuk memproduksi aluminium. Penggunaan aluminium sebagai logam setiap

tahunnya adalah pada urutan yang kedua setelah besi dan baja, yang tertinggi

diantara logam Non-Ferro. Produksi aluminium tahunan di dunia mencapai 15 juta

19

ton per tahun pada tahun 1981. Dengan memadukan unsur-unsur lainnya, sifat

murni aluminium dapat diperbaiki. Adanya penambahan unsur-unsur logam lain

akan mengakibatkan berkurangnya sifat tahan korosi dan berkurangnya keuletan

dari aluminium tersebut. Dengan penambahan sedikit mangan, besi, timah putih

dan tembaga sangat berpengaruh terhadap sifat tahan korosinya. Aluminium

merupakan bahan logam yang proses penambangan dan ekskresinya cukup sulit

bila dibandingkan dengan besi. Hal ini menjadi satu penyebab mengapa besi jauh

lebih banyak dipakai dibandingkan aluminium. (Surdia, Tata. dan Shinroku, 1992)

Penggunaan aluminium selama 50 tahun terakhir, Aluminium telah menjadi

logam yang luas penggunaanya setelah baja. Perkembangan ini didasarkan pada

sifatnya yang ringan, tahan korosi, kekuatan, dan keuletan yang cukup baik.

Aluminium paduan mudah diproduksi dan cukup ekonomis. Aluminium daur ulang

yang paling terkenal adalah penggunaan Aluminium sebagai bahan pembuat

pesawat terbang yang memanfaatkan sifat ringan dan kuatnya. Tahan terhadap

korosi akibat fenomena pasivasi, yaitu terbentuknya lapisan aluminium oksidasi

ketika aluminium terpapar dengan udara bebas. Lapisan aluminium oksida ini

mencegah terjadi oksidasi lebih jauh. Aluminium paduan dengan tembaga kurang

tahan terhadap korosi akibat reaksi galvanik dengan paduan tembaga, beberapa

penggunaan aluminium antara lain :

1. Sektor industry otomotif

2. Untuk membuat badan pesawat terbang

3. Sector pembangunan perumahan, untuk kusen pintu dan jendela

4. Sector industry makanan, untuk kemasan produk

20

5. kabel listrik, perabotan rumah tangga dan barang kerajinan

6. Membuat termit, yaitu campuran serbuk aluminium dengan serbuk besi

oksida, digunakan untuk mengelas baja ditempat, misalnya untuk

menyambung rel kereta api.

2.3.1 Sifat-sifat Aluminium

Aluminium merupakan logam yang lembut dan ringan, dengan rupa

keperakan pudar, karena lapisan pengoksidaan yang tipis terbentuk apabila terkena

udara. Aluminium tak bermagnet dan tidak menghasilkan karat. Aluminium

mempunyai kekuatan tegangan sebanyak 49 MPa dan 700 MPa setelah dibentuk

menjadi alloy.

Sifat-sifat yang dimiliki aluminium antara lain :

1. Ringan, tahan korosi dan tidak beracun maka banyak digunakan untuk alat

rumah tangga seperti panci, wajan dan lain-lain.

2. Reflektif, dalam bentuk aluminium foil digunakan sebagai pembungkus

makanan, obat, dan rokok.

3. Daya hantar listrik dua kali lebih besar dari Cu maka Al digunakan sebagai

kabel listrik.

4. Paduan Al dengan logam lainnya menghasilkan logam yang kuat seperti

Duralium (campuran Al, Cu, Mg) umtuk membuat badan pesawat.

5. Al sebagai zat reduktor untuk oksida MnO₂ dan Cr₂O₃.

21

Temperatur lebur atau titik leleh aluminium murni adalah 600̊C dan massa

jenisnya adalah 2.79g/cmᶟ. Aluminium memiliki sifat yang cukup tangguh pada

tempratur udara luar yang sangat rendah, konduktivitas termal aluminium sekitar

lima kali lebih baik dari baja karbon rendah.

2.3.2 Aluminium Murni

Aluminium diperoleh dalam keadaan cair melalui suatu proses yang disebut

elektrolisasi, umumnya mencapai kemurnian 99,85% melalui proses elektrolisasi

kembali maka diperoleh aluminium dengan nilai kemurnian mencapai 99,99%.

Ketahanan korosi berubah menurut kemurnian, aluminium 99,0% atau diatasnya

dapat dipergunakan diudara tahan dalam waktu bertahun-tahun,dapat dilihat dari

tabel 1 dimana menunjukkan sifat fisik aluminium.

Tabel 2.1. Sifat fisik aluminium ( Sonawan, dkk,2003)

22

Aluminium dapat digunakan untuk campuran kabel dan dalam berbagai kebutuhan

dapat kita jumpai aluminium dalam bentuk lembaran seperti aluminium foil, dalam

hal ini aluminium yang digunakan sebesar 99,0%. Sedangkan untuk reflector yang

memerlukan refleksitas yang tinggi juga untuk kondensor elektrolitik digunakan

aluminium dengan kemurnian 99,99%.

2.3.3 Sifat Mekanik Aluminium

Sifat bahan aluminium murni dan aluminium paduan dipengaruhi oleh

konsentrasi bahan dan perlakuan yang diberikan terhadap bahan tersebut.

Aluminium terkenal sebagai bahan yang tahan terhadap korosi. Hal ini disebabkan

oleh fenomena pasivasi, yaitu proses pembentukan lapisan oksida dipermukaan

logam aluminium segera setelah logam terpapar oleh udara bebas. Lapisan

aluminium oksida ini mencegah terjadinya oksidasi lebih jauh. Namun pasivasi

dapat terjadi lebih lambat jika dipadukan dengan logam yang bersifat katodik,

karena dapat mencegah oksidasi aluminium. Aluminium memiliki sifat mekanik:

Kekerasan

Kekerasan bahan aluminium murni sangatlah kecil, yaitu 65 skala

brinnel, sehingga dengan sedikit gaya saja dapat mengubah bentuk

logam. Untuk kebutuhan aplikasi yang membutuhkan kekerasan,

aluminium perlu dipadukan dengan logam lain atau diberi perlakuan

termal atau fisik.

23

Tensial

Kekuatan tensil pada aluminium murni pada berbagai perlakuan

umumnya sangat rendah, yaitu sekitar 90 MPa, sehingga untuk

penggunaan yang memerlukan kekuatan tensil yang tinggi,

aluminium perlu dipadukan. Dengan dipadukan dengan logam lain,

ditambah dengan berbagai perlakuan termal, aluminium paduan

akan memiliki kekuatan tensil hingga 580 Mpa.

Ductility

Ductility didefinisikan sebagai sifat mekanis dari suatu bahan untuk

menerangkan seberapa jauh bahan dapat diubah bentuknya secara

pelastis tanpa terjadi retakan. Dalam pengujian Tarik deculitiy

ditunjukkan dengan bentuk neckingnya. Material dengan ductility

yang tinggi akan mengalami necking yang sangat sempit, sedangkan

bahan yang memiliki ductility rendah hamper tidak mengalami

necking.

Modulus Elastisitas

Aluminium memiliki modulus elastisitas yang lebih rendah bila

dibandingkan dengan baja maupun besi, tetapi dari sisi strength to

weight ratio, aluminium lebih baik. Aluminium yang elastis

memiliki titik lebur yang lebih rendah dan kepadatan. Dalam kondisi

yang dicairkan dapat diproses dalam berbagai cara. Hal ini yang

memungkinkan produk-produk dari aluminium yang akan dibentuk

24

pada dasarnya dekat dengan akhir dari desain produk. Ifani Anesa.

Aluminium. Universitas Sumatra Utara

2.3.4 Klasifikasi Paduan Aluminium

Paduan aluminium diklasifikasikan dalam berbagai standar oleh negara di

dunia. Saat ini klasifikasi yang digunakan adalah Aluminium Association (AA) di

Amerika yang didasarkan oleh standar terdahulu dari ALCOA (Aluminium

Company Of America). Paduan tampaan dinyatakan dengan satu angka dan dua

angka ‘S’ standar AA menggunakan penandaan 4 angka.

Tabel 2.2. Klasifikasi paduan Aluminium Tempaan.

Secara garis besar Aluminium dapat dikelompokkan menjadi 2 yaitu:

1. Wrought aluminium alloys

Wrought aluminium alloys adalah paduan aluminium yang dapat mengalami

heat treatment dan cold working, dengan kata lain paduan ini dapat

25

mengalami deformasi plastis. Paduan aluminium yang diproduksi dalam

bentuk wrought yaitu sheet, plate, extrusion, wire dan diklasifikasikan

menurut unsur utama logam paduannya.

a. Duraluminium

Adalah nama dari salah satu jenis paduan aluminium awal

Hardenable. Unsur paduan utama adalah tembaga, mangan, dan

magnesium. Yang umum digunakan jenis ini adalah paduan

AA2024, yang mengandung tembaga 4.4%, magnesium 1.5%,

mangan 0.6% dan 93.5% aluminium.kekuatan luluh 450 MPa

dengan variasi tergantung pada komposisi.

b. Silumin

Adalah material ringan, dan memiliki kekuatan paduan aluminium

tinggi dengan kadar silicon 12%.keuntungan dari silumin adalah

memiliki resistensi terhadap korosi, sehingga cocok untuk

lingkungan lembab. Penambahan silikon untuk aluminium juga

membuat cairan kurang kental, yang bersama-sama dengan biaya

murah (kedua elemen komponen relatif murah untuk mengekstrak),

membuatnya menjadi paduan casting sangat bagus dibandingkan

dengan logam murni.

c. Hidronallium

Paduan Al-Mg, sering disebut Hidronalium, merupakan paduan

dengan tingkat ketahanan korosi yang paling baik dibandingkan

dengan paduan aluminium lain. Selain itu paduan Al-Mg 5%

26

merupakan Non Heat-treatable Alloy. Sehingga dengan

dilakukannya proses Solution Treatment 300̊C menurunkan

kekerasan hingga 18.06%, kekuatan Tarik 6.14% dan regangan

41.04%.

Matriks aluminium sekitar endapan dasar pada bidang-bidang kisi relative

tidak terdistorsi sehingga dislokasi dapat bergerak dengan bebas pada tempat

tersebut di antara endapan. Sedangkan atom pada larutan dan endapan pada disperse

yang halus menimbulkan distorsi pada seluruh kisi, sehingga menghalangi

pergerakan semua dislokasi. Kekuatan pada paduan Non Heat-Treatable akan

bertambah dengan Cold hardening, tetapi akan menurun dengan derastis. Paduan

ini memiliki aplikasi luas. Jika diperlukan paduan rendah sampai menengah maka

lebih dipakai paduan ini daripada paduan Heat–Treatable atau aluminium murni,

karena mudah difabrikasi dan tidak sensitif terhadap peralatan panas.

2. Casting Alloys

Paduan aluminium berupa Casting Alloy dikembangkan untuk

memperbaiki kualitas pengecoran seperti Fluidity. disamping itu tetap

diperhatikan sifat-sifat mekanik seperti kekuatan, keuletan dan ketahanan

korosi. komposisi kimia casting alloy berbeda dengan wrought alloy dan

juga penomorannya. penambahan unsur silikon sebanyak 5-2% merupakan

unsur utama pemadu paa casting alloy karena openambahan ini

meningkatkan fluidity aluminium cair, disamping meningkatkan

kekuatannya. Penambahan magnesium sebanyak 0.3–1% dapat

meningkatkan kekuatan terutama dengan mekanisme penguatan presipitasi.

27

Penambahan copper sebanyak 2% juga dapat meningkatkan kekuatan

terutama untuk pemakaian pada temperatur tinggi.

2.3.5 Aluminium dan paduannya

paduan Al dikalsifikasikan dalam berbagai standar di berbagai Negara

dunia. standard aluminium association (AA).

a. Paduan Al-Cu dan Al-Cu-Mg (seri 2000)

Mengandung 4% Cu dan 0.5% Mg dan paduan ini dinamakan

duralumin. Salah satu duralumin adalah paduan 2017, komposisi

standarnya adalah aluminium dengan kandungan 4% Cu, 1.5% Mg,

0.5% Mn. paduan yang ditingkatkan magnesiumnya dari komposisi

standar, yaitu aluminium dengan kandungan 4.5% Cu, 1.5% Mg, 0.5%

Mn yang disebut paduan 2024.paduan yang mengandung Cu

mempunyai ketahanan korosi yang tidak baik, jadi apabila ketahanan

korosi diperlukan permukaannya dilapisi dengan Al murni atau paduan

Al yang tahan korosi, material yang telah dilapisi tersebut disebut Al

clad.

b. Paduan Al-Mn

Mn (mangan) adalah unsur yang memperkuat Al tanpa mengurangi

ketahanan korosi, dan digunakan untuk membuat paduan yang tahan

korosi. sebagai paduan tahan korosi dengan tingkat tensile yang tinggi

tetapi tidak terlalu rapu. Angga.blog.ub.ac.id 2011

28

c. paduan Al-Si

Paduan Al-Si sangat baik kecairannya, yang mempunyai permukaan

yang sangat bagus, tanpa kegetasan panas, dan sangat baik untuk paduan

coran. Sebagai tambahan, paduan ini memiliki ketahanan korosi yang

baik, sangat ringan, koefisien pemuaian yang sangat kecil, dan sebagai

penghantar panas dan listrik yang baik. Karena memiliki kelebihan yang

baik, paduan ini sangat banyak dipakai. Tetapi dalam hal ini modifikasi

tidak perlu dilakukan. Sifat-sifat silumin sangat diperbaiki oleh

perlakuan panas dan sedikit diperbaiki oleh unsur paduan. Umumnya

dilakukan paduan dengan 0,15-0,4%Mn dan 0,5%Mg. Paduan yang

diberi perlakuan pelarutan dan dituakan dinamakan silumin gamma dan

yang hanya ditemper dinamakan silumin beta. Paduan yang memerlukan

perlakuan panas ditambah dengan Mg juga Cu serta Ni untuk

memberikan kekerasan pada saat panas, bahan ini biasa digunakan

untuk torak motor. Koefisien pemuaian termal Si yang sangat rendah

membuat koefisien termal paduannya juga rendah apabila ditambah Si

lebih banyak. Telah dikembangkan paduan hypereutektik Al-Si sampai

29% Si untuk memperhalus butir primer Si. Proses penghalusan akan

lebih efektif dengan penambahan P oleh paduan Cu-P atau penambahan

fosfor klorida (PCl5) untuk mencapai presentasi 0,001%P, dapat

tercapai penghalusan primer dan homogenisasi. Paduan Al-Si banyak

dipakai sebagai elektroda untuk pengelasan yaitu terutama mengandung

5%Si. Paduan seri ini non heat treatable.Paduan Al-Mg (seri 5000)

29

Mempunyai ketahanan korosi yang sangat baik, dangan kandungan 2-

3% Mg mempunyai sifat mudah untuk ditempah, diroll dan diekstrusi.

Paduan 5056 merupakan paduan yang paling kuat dalam seri ini. Paduan

5083 adalah paduan dengan 4.5% Mg, sifatnya kuat dan mudah dilas.

d. Paduan Al-Mg

Keberadaan magnesium hingga 15,35% dapat menurunkan titik lebur

logam paduan yang cukup drastis, dari 660 oC hingga 450 oC. Namun,

hal ini tidak menjadikan aluminium paduan dapat ditempa

menggunakan panas dengan mudah karena korosi akan terjadi pada suhu

di atas 60oC. Keberadaan magnesium juga menjadikan logam paduan

dapat bekerja dengan baik pada temperatur yang sangat rendah, di mana

kebanyakan logam akan mengalami failure paa tempratur tersebut.

Angga.blog.ub.ac.id 2011

e. Paduan Al-Zn

Suatu paduan yang terdiri dari aluminium, 5.5% Zn, 2.5% Mn, 1.5% Cu.

0.3% Cr, 0.2% Mn ini dinamakan paduan 7075. paduan ini memiliki

kekuatan tertinggi diantara paduan-paduan lainnya. Penggunaan paduan

ini kebanyakan untuk bahan kontruksi pesawat terbang dan juga sebagai

bahan kopntruksi. aluminium dengan 5,5% seng dapat memiliki

kekuatan tensil sebesar 580 MPa dengan elongasi sebesar 11% dalam

setiap 50 mm bahan. Bandingkan dengan aluminium dengan 1%

magnesium yang memiliki kekuatan tensil sebesar 410 MPa namun

memiliki elongasi sebesar 6% setiap 50 mm bahan. (Agus Rohimat, 1993).

30

2.3.6 Aluminium Daur Ulang

Aluminium daur ulang adalah aluminium yang dipadukan dengan logam

lain yang memiliki keterikatan senyawa atom satu sam lain.paduan logam tersebut

berguna untuk meningkatkan kekuatan aluminium yang bersifat lunak dan tidak

tahan terhadap panas. Jumlah dan distribusi penyebaran partikel penguat komposit

matriks logam sangat berpengaruh terhadap sifat-sifat mekanis dan komposit.

Penambahan jumlah partikel yang tersebar belum tentu mampu meningkatkan

kekerasan komposit. Untuk itu perlu diketahuo jumlah fraksi partikel yang tersebar

secara optimal pada logam sehingga akan diperoleh kekerasan yang optimal. Cor

ulang yang dilakukan pada aluminium dapat menyebabkan kekerassan meningkat

dan ketangguhan menurun, serta porositasnya bertambah. Porositasnya ini tentunya

akan mengurangi kekuatan dari aluminium cor, akan tetapi dikemukakan bahwa

porositasnya dalam kondisi tertentu akan memperbaiki karakteristiknya tribology

logam karena membentuk reservoir bagi pelumas dan memudahkan untuk

bersirkulasi sehingga menghasilkan pelumasan yang lebih baik.

2.4 Logam seng (Zn)

Seng merupakan salah satu unsur dengan symbol Zn, memiliki nomor atom

30, massa atom 65,37 g/mol, konfigurasi electron (Ar)3d104s2 dan terdapat pada

golongan II B unsur transisi didalam tabel priodik.seng adalah logam yang

berwarna putih kebiruan yang sangat mudah ditempa. Seng liat pada suhu 110ºC-

150ºC, melebur pada suhu 410ºC, dan mendidih pada suhu 906ºC. logamnya yang

31

murni melarut lambat dalam asam maupun basa, adanya zat-zat pencemar atau

kontak dengan platinum atau tembaga, yang dihasilkan oleh penambahan beberapa

tetes larutan garam dari logam-logam ini dapat mempercepat reaksi. Hal tersebut

menjelaskan seng-seng komersial dapat dengan mudah larut dalam asam klorida

encer dan asam sulfat encer dengan mengeluarkan gas hydrogen:

Zn(s) + 2HCl(aq) → Zn2+ + 2Cl- + H2(g)↑

Asam nitrat pekat akan membentuk ion-ion seng (II) dan nitrogen oksida (NO):

3Zn(s) + 8HNO3(aq)→3Zn2+ +2NO(g)↑ + 6NO3- + 4H2O(1)

Asam nitrat pekat mempunyai pengaruh yang kecil terhadap seng, karena

rendahnya kelarutan seng nitrat. Dengan asam sulfat pekat akan melarutkan seng

dan melepaskan belerang dioksida:

Zn(s) + 2H2SO4(aq) → Zn2+ + SO2(g) ↑ + SO42-+ 2H2O(l)

Seng membentuk hanya satu seri garam, garam-garam ini mengandung kation seng

(II), yang diturunkan dari seng oksida, ZnO (vogel, 1985).

Logam seng memiliki sifat fisik dan sifat kimia yaitu mempunyai berat

molekul 161,4 mengandung satu atau tujuh molekul air hidrat, hablur transparan

atau jarum-jarum kecil, serbuk hablur atau butir, tidak berwarna, tidak berbau,

larutan memberikan reaksi asam terhadap lakmus. Konsentrasi Zn lebih besar dari

5 mg/L di dalam air dapat menyebabkan rasa pahit. Seng dalam air juga mungkin

dihasilkan dari sisa racun industri (Dirjen POM, 1995).

32

2.5 Silikon

Silikon adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki

lambang Si dan nomor atom 14. Senyawa yang dibentuk bersifat

paramagnetik. Unsur kimia ini ditemukan oleh Jöns Jakob Berzelius.

Silikon merupakan unsur metaloid tetravalensi, bersifat lebih tidak reaktif

daripada karbon, unsur nonlogam yang tepat berada di atasnya pada tabel

periodik, tapi lebih reaktif daripada germanium, metaloid yang berada

persis di bawahnya pada tabel periodik. Silikon pertama kali dibuat dalam

bentuk murninya pada tahun 1824 dengan nama silisium (dari kata bahasa

Latin: silicis). Singgih Prayoko

2.6 Uji Tarik

Menurut (Purnomo, 2017) Uji tarik adalah pemberian gaya atau tegangan

tarik kepada material dengan maksud untuk mengetahui atau mendeteksi kekuatan

dari suatu material. Uji tarik dilakukan dengan cara penarikan dengan gaya tarik

terus menerus, sehingga bahan panjangnya meningkat terus menerus dan teratur

sampai putus, dengan tujuan menentukan nilai tarik. Untuk mengetahui kekuatan

tarik suatu bahan dalam pembebanan tarik, garis gaya harus berhimpit dengan garis

sumbu bahan sehingga pembebanan terjadi beban tarik lurus. Tetapi jika gaya tarik

sudut berhimpit maka yang terjadi adalah gaya lentur.

Hasil uji tarik tersebut mencatat fenomena hubungan antara tegangan-

regangan yang terjadi selama proses uji tarik dilakukan. Mesin uji tarik sering

33

diperlukan dalam kegiatan engineering untuk mengetahui sifat-sifat mekanik suatu

material. Mesin uji tarik terdiri dari beberapa bagian pendukung utama diantaranya

kerangka, pencekam spesimen, system penarik, mekanikme dan system pengukur.

Uji tarik banyak dilakukan untuk melengkapi informasi rancangan dasar kekuatan

suatu bahan dan sebagai data pendukung bagi spesifikasi bahan. Pada uji tarik

benda uji diberi beban gaya tarik sesumbuh yang bertambah secara kontinu, dan

bersamaan dari itu dilakukan pengamatan mengenai perpanjangan yang dialami

benda uji. Berdasarkan hasil pengujian tarik yaitu berupa data gaya dan

perpanjangan, makan dapat dianalisa untuk menentukan tegangan dan regangan

secara teknis, yaitu persamaannya:

1. Tegangan Teknis

Tegangan yang didapatkan dari kurva tegangan yang membujur rata-rata

dari pengujian tarik. Tegangan tersebut diperoleh dengan cara membagi

beban dengan luas awal penampang lintang benda uji itu.

σ = 𝑃

𝐴𝑜 (N/mm2)

Dimana:

P = gaya yang diberikan pada benda uji (N)

Ao = luas penampang awal benda uji (mm2)

2. Regangan Teknis

Regangan yang didapatkan adalah regangan linier rata-rata, yang

diperoleh dengan cara membagi perpanjangan benda uji, dengan panjang

awal.

34

Є = ∆𝐿

𝐿𝑜 =

𝐿−𝐿𝑜

𝐿𝑜

Jika terus menarik suatu benda uji sampai putus, akan mendapatkan

profil tarikan yang lengkap yang berupa kurva seperti gambar 4. Kurva

ini menunjukkan hubungan antara gaya tarik dengan perubahan panjang.

Gambar 2.7. Gambar kurva pengujian tarik

2.6.1 Tegangan-Regangan Sejati

Tegangan-regangan tidak memberikan indikasi karakteristik deformasi yang

sesungguhnya, karena kurva tersebut semuanya berdasarkan pada dimensi awal

benda uji, sedangkan selama pengujian terjadi perubahan dimensi. Pada tarik untuk

logam liat akan terjadi penyempitan setempat pada saat beban mencapai harga

maksimum. Karena pada tahap ini luas penampang lintang benda uji turun secara

cepat, maka beban yang dibuttuhkan untuk melanjutkan deformasi akan segera

mengecil. Tegangan-regangan teknik juga menurun setelah melewati beban

maksimum. Keadaan sebenarnya menunjukkan, logam masih mengalami

pengerasan regangan sampai patah sehingga tegangan yang dibutuhkan untuk

melanjutkan deformasi juga bertambah besar. Tegangan yang sesungguhnya

35

adalah beban pada saat manapun dibagi dengan luas penampang lintang benda uji,

Ao dimana beban itu bekerja.

Tegangan-regangan rekayasa didasarkan atas dimensi awal (luas area dan

panjang) dari benda uji, sementara untuk mendapatkan tegangan-regangan sejati

diperlukan luas area dan panjang aktual pada saat pembebanan setiap saat terukur.

Perbedaan kedua kurva tidaklah terlampau besar pada regangan yang kecil, tetapi

menjadi signifikan pada rentang terjadinya pengerasan regangan, yaitu setelah titik

luluh terlampaui. Secara khusus perbedaan menjadi demikian besar di dalam daerah

necking. Pada teganganregangan rekayasa, dapat diketahui bahwa benda uji secara

aktual mampu menahan turunnya beban karena luas area awal Ao bernilai konstan

pada saat penghitungan tegangan σ = P/Ao. Sementara pada kurva tegangan-

regangan sejati luas area aktual adalah selalu turun hingga terjadinya perpatahan

dan benda uji mampu menahan peningkatan tegangan karena σ¹ = P/Ai. Hubungan

tegangan-regangan sejati dan tegangan-regangan teknis, yaitu dengan persamaan

sebagai berikut:

σ¹ = σ (1 + є), (N/mm2)

є¹ = ln (1 + є), (%)

Dimana:

σ¹ = tegangan sejati (N/mm2)

є¹ = regangan sejati (%)

36

Kekuatan tarik atau kekuatan tarik maksimum (ultimate tensile strength)

adalah nilai yang paling sering dituliskan sebagai hasil suatu uji tarik, tetapi

padakenyataannya nilai tersebut kurang bersifat mendasar dalam kaitannya

dengankekuatan material. Untuk logam ulet, kekuatan tariknya harus dikaitkan

dengan beban maksimum, dimana logam dapat menahan beban sesumbu untuk

keadaan yang sangatterbatas. Pada tegangan yang lebih komplek, kaitan nilai

tersebut dengan kekuatanlogam kecil sekali kegunaannya. Kecenderungan yang

banyak ditemui adalah,mendasarkan rancangan statis logam ulet pada kekuatan

luluhnya. Tetapi karena jauh lebih praktis menggunakan kekuatan tarik untuk

menentukan kekuatan bahan, makametode ini lebih banyak dipakai. Kekuatan tarik

adalah besarnya beban maksimum dibagi dengan luas penampang lintang awal

benda uji.

σ = 𝑃𝑚𝑎𝑘𝑠

𝐴𝑜 (N/mm2)

Korelasi emperis yang diperluas antar kekuatan tarik dengan sifat mekanik

lainnya seperti kekerasan dan kekuatan lelah, sering dipergunakan. Hubungan

tersebut hanya terbatas pada hasil penelitian beberapa jenis material.

2.6.2 Tegangan Tarik

Sebuah batang uji ditarik pada mesin tarik sampai putus, batang uji

sebelumnya diberi tanda dahulu supaya dapat diukur jarak sebelum dan sesudah

ditarik (gauge marks), juga diukur tebal, untuk penampang segi empat dan diameter

untuk penampang bulat.Setelah ditarik maka dapat dihitung tegangan tariknya

dengan rumus:

37

a. Untuk penampang segiempat

σ µ : Fmax

Ao(𝑘𝑔/𝑚𝑚²)

Dimana

σ µ : tegangan tarik (𝑘𝑔/𝑚𝑚²)

Fmax : beban tertinggi selama pengujian tarik (kg)

Ao : luas penampang spesimen (mm2)

b. Untuk penampang bulat

σ µ : Fmax

Ao (𝑘𝑔/𝑚𝑚²)

Dimana

σ µ : tegangan tarik (𝑘𝑔/𝑚𝑚²)

Ao : luas penampang sebelum putus

Ao : 𝜋

4D2 (mm2) untuk penampang pejal

Ao : 𝜋

4 (D2-d2) (mm2) untuk penampang bulat

c. Perpanjangan

Perpanjangan benda uji setelah putus dapat dihitung dengan rumus:

ε : 𝑙𝑢−𝑙𝑜

𝑙𝑜 x 100%

Dimana

ε : Perpanjangan akibat tarik ( % )

Lu : Panjang yang diberi batas setelah mengalami Tarikan

sampai putus ( mm )

38

Lo : Panjang yang diberi batas semula (mm)

d. Kontraksi

Yang dimaksud dengan kontraksi adalah berkurangnya luas penampang

benda uji dalam % bila dibandingkan dengan penampang awal.

C : 𝑆𝑜−𝑆𝑢

𝑆𝑜 x 100%

Dimana

C : kontraksi (%)

So : luas penampang sebelum ditarik (mm)

Su : luas penampang sesudah ditarik

Su : 𝜋

4 (dzu2-dwu2)

dzu : diameter luar sesudah ditarik

dwu : diameter dalam sesudah ditarik

(Dyan Widodo Ponco Pratomo. 2018)

e. Modulus Young

Modulus Young, juga dikenal sebagai modulus elastis adalah suatu ukuran

bagaimana suatu materi atau struktur akan rusak dan berubah bentuk jika

ditempatkan di bawah tegangan. Modulus Young adalah ukuran kekakuan

suatu bahan isotropik elastis dan merupakan angka yang digunakan untuk

mengkarakterisasi bahan. Modulus Young didefinisikan sebagai rasio dari

tegangan sepanjang sumbu atas regangan sepanjang poros sumbu tersebut

39

di mana hukum Hooke berlaku. Modulus Young adalah ukuran bagaimana

sulitnya untuk memampatkan material, seperti baja. Mengukur tekanan dan

biasanya dihitung dalam satuan pascal (Pa). Hal ini paling sering digunakan

oleh fisikawan untuk menentukan tegangan yaitu pengukuran seberapa

material, menanggapi tekanan, seperti terjepit atau diregangkan.

E = 𝜎

𝜀

E = Besar modulus elastisitas

σ = Tegangan (KN/mm2)

ℇ = Regangan

(Yusuf Amin Nurdin. 2018)