bab ii tinjauan pustaka 2.1 direct chill casting

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Direct Chill Casting

Direct Chill Casting paduan aluminium sering dikenal dengan DC casting,

teknologi ini sangat membantu untuk memenuhi kebutuhan masyarakat,

aluminium adalah logam yang ditemukan pada 200 tahun yang lalu, DC casting

dapat menghasilkan aluminium batangan (ingot) padat berbentuk dari beberapa

paduan dari aluminium yang digunakan, contohnya aluminium 4xxx yang dapat

digunakan untuk DC casting tersebut, secara umum paduan aluminium

diklasifikasikan menjadi 2 jenis, yaitu aluminium cor, dan aluminium tempa.

Untuk aluminium cor contohnya yaitu velg, piston, blok mesin. sedangkan

aluminium tempa yaitu plat yang digunakan dalam konstruksi. DC casting

digunakan pada skala industri karena produk yang dihasilkan cukup baik,

permukaan ingot yang mulus serta rata, hal tersebut menjadi salah satu alasan

mengapa DC casting digunakan dalam skala industry, proses terjadinya ingot

dapat dilihat dari gambar dibawah ini, skema diagram menggunakan metode

DC casting. [8]

Gambar 2.1 Skema Diagram DC Casting

(Sumber : Fegade R.S, 2019) [8s]

7

2.2 Aluminium

Aluminium berasal dari bahasa latin: Alumen, Alum. Yunani bangsa

romawi kuno menggunakan Alum sebagai cairan untuk menutupi pori-pori,

bahan nya membuat proses pewarnaan lebih jelas. Pada 1787, Lavoisier

menebak unsur ini adalah oksida logam yang belum ditemukan. Di tahun 1761,

de Morveau mengusulkan untuk menamai bauksit sebagai bauksit dasar. Di

tahun 1827, Wohler disebut-sebut sebagai ilmuwan yang berhasil mengisolasi

logam ini. Pada 1807 davy mengusulkan untuk menamai logam tersebut

aluminium, meski akhirnya disepakati untuk menggantinya dengan aluminium

[9]. Aluminium adalah logam paling umum di bumi hampir sebanyak 8% massa

kerak bumi di isi dengan aluminium. Aluminium diciptakan oleh Humphrey

Davy pada tahun 1809 sebagai elemen dan untuk pertama kalinya direduksi

sebagai logam oleh H.C. Oersted pada tahun 1955. Bijih bauksit adalah bahan

pokok dalam memproduksi aluminium, ditemukan pada bebatuan di kerak bumi.

Ada aluminium di dalam bebatuan tetapi masih membentuk silikat dan

komponen lain yang lebih rumit. Komponen aluminium yang rumit seperti itu

diperlukan waktu yang cukup lama sekitar kurang lebih dari 60 tahun untuk

menemukan cara ekonomis dari produksi aluminium bijih bauksit [10].

Aluminium merupakan material yang biasa digunakan kehidupan sehari-hari

karena karakteristik aluminium sangat baik, dibandingkan dengan material jenis

lain. Berikut adalah karakteristik umum aluminium:

a. Ringan

Beratnya yaitu 1/3 dari baja, temabaga, material ini banyak digunakan

dalam transportasi udara.

b. Tahan Terhadap Korosi

Aluminium memiliki sifat daya tahan yang baik, sehingga dapat digunakan

di lingkungan yang ekstrim yang dapat menyebabkan korosi yaitu, air,

udara, suhu, dan unsur kimia lain nya, hingga luar angkasa bahkan bawah

laut.

8

c. Kuat

Aluminium sangat dapat di unggulkan dan memiliki kekuatan yang sangat

baik, apabila ketika dipadu dengan logam yang lain nya. Komponen yang

memerlukan kekuatan seperti : pesawat terbang, kapal laut dan lain-lain

sangat cocok menggunakan material ini.

d. Konduktor Listrik

Aluminium selain kuat dan tahan terhadap korosi, material ini dapat

menghantarkan arus listrik lebih besar dari tembaga. Serta aluminium

terkategori murah dan tidak berat, aluminium sering juga digunakan untuk

kabel-kabel listrik overhead, maupun bawah tanah yang mana itu cukup

baik dengan karakteristiknya.

e. Mudah Dibentuk

Pengolahan aluminium mudah dibentuk karena dapat disambungkan

melalui pengelasan, menyolder, dengan logam lainnya. Atau dengan teknik

penyambungan lainnya.

f. Konduktor Panas

Selain menghantarkan arus listrik, aluminium juga menghantarkan panas,

karakteristik ini menjadi sangat baik saat digunakan pada mesin pemindah

panas, untuk penghematan energi.

g. Non Magnetik

Aluminium sangat cocok untuk peralatan elektronik, karena dibutuhkan

magnet negatif. [9].

Selain sifat di atas, pada tabel di bawah terdapat sifat mekanik dari

aluminium sebagai acuan pada kekuatan aluminium yang diberikan

perlakuan, sebagai berikut :

9

Tabel 2.1 Sifat Mekanik Aluminium

Sumber : Surdia.T.,Saito,S., 1995 [10]

Aluminium dapat di bagi menjadi dua jenis, yaitu aluminium paduan dan murni,

terdapat perbedaan dari dua jenis tersebut diantaranya sebagai berikut :

a. Aluminium Murni

Berat jenis aluminium adalah 2,7 gram/cm3 , yaitu sepertiga dari aluminium

baja 7,83 gram/cm3, tembaga 8,93 gram/cm3, atau kuningan. Aluminium

dapat tahan terhadap korosi dengan cuaca yang cukup ekstrim. Dari

perspektif konduktivitas termal antara 50% dan 60% tembaga, itu non-

magnetik dan tidak beracun.[10]

b. Aluminium Paduan

Menurut metode pengerasan, aluminium terbagi menjadi dua kelompok,

paduan yang dapat diolah dengan panas dan paduan yang tidak dapat diolah

dengan panas. Heattreatble alloys yaitu paduan yang dapat dikeraskan

aging. Pada saat yang sama, nonheattreable alloys tidak dapat diperkuat

dengan aging tetapi penguatan larutan-padat (Solid Solution Strengthening),

pengerasan butiran, atau pengerasan dispersi. Paduan tempa yang bisa

diperkuat dengan perlakuan panas adalah kelas satu. Beberapa kombinasi

meningkatkan elemen integrasi, memperkuat mekanisme dan perkiraan

nilai kekuatan yang bisa dilihat pada tabel berikut [11] :

Sifat-sifat

Kemurnian Al %

99,996 >99,0

Dianil 75% dirol

dingin

Dianil H18

Kekuatan Tarik

(kg/mm2)

4,9 11,6 9,3 16,9

Kekuatan mulur (0,2%)

(kg/mm2)

1,3 11,0 3,5 14,8

Perpanjangan % 48,8 5,5 35 5

Kekerasan Brinell 17 27 23 44

10

Tabel 2.2 Klasifikasi Paduan Tempa Aluminium, Mekanisme Penguatan, dan

Rentang Nilai Kekuatannya

Sumber :Surdia .T.,Saito,S., 1995 [10]

Tabel berikut adalah tabel klasifikasi paduan aluminium yang diperkuat

setelah perlakuan panas dan tidak dapat diberi perlakuan panas. Seperti yang

ditunjukkan pada Tabel 2.2 ini memberikan perkiraan nilai intensitas itu

dapat dicapai, dan Tabel 2.3 adalah klasifikasi paduan aluminium. Dari tabel

tersebut dapat diketahui bahwa kode dan karakteristik material menurut

paduan aluminium yang berbeda pengelompokan atau klasifikasi pada

Tabel 2.3

Seri

Aluminium

Sistem

Paduan

Tensile Strength (MPa)

Work – Hardenable Alloys

1xxx Al-Murni 70-75

3xxx Al-Mn-Mg 140-280

4xxx Al-Si 105-350

5xxx Al-Mg 140-280

Precipitation-Hardenable Alloys

2xxx Al-Cu-Mg 170-310

2xxx Al-Cu-Mg 380-520

6xxx Si 150-380

7xxx Al-Mg-Si 380-520

7xxx Al-Zn-Mg 520-620

8xxx Al-Zn-Mg-

Cu-Al-Li-

Cu-Mg

280-560

11

Tabel 2.3 Klasifikasi Paduan Aluminium

Sumber : Subagyo, 2017 [9]

Selain klasifikasi paduan aluminium, terdapat tabel klasifikasi aluminium

berdasarkan paduan utama dan proses pengerjaan dapat dijelaskan pada

tabel 2.4

Al Paduan Untuk

Dimesin

Paduan Jenis Tidak

Dapat di Perlakukan

Panas

Al Murni (Seri 1000)

Paduan Al-Mn (Seri 3000)

Paduan Al-Si (Seri 4000)

Paduan Al-Mg (Seri 5000)

Paduan Jenis Dapat di

Perlakukan Panas

Paduan Al-Cu (Seri 2000)

Paduan Al-Mg-Si (Seri 6000)

Paduan Al-Zn (Seri 7000)

Al Paduan Untuk

Coran

Non Heat Treatable

Alloy

Paduan Al-Si (Silumin)

Paduan Al-Mg (Hydronarium)

Heat Treatable Alloy Paduan Al-Cu

Paduan Al-Sl-Mg (Silumin,

Lo-ex)

12

Tabel 2.4 Klasifikasi Paduan Aluminium Tempaan dengan Unsur Paduan Utama

Sumber : Surdia . T.,Saito,S., 1995 [10]

Stand ar AA Standar Alcoa

Terdahulu Keterangan

1001 1S Al Murni 99,5% Atau diatasnya

1100 2S Al Murni 99,0% Atau diatasnya

2010-2029 10S-29S Cu Merupakan Unsur Paduan

Utama

3003-3009 3S-9S Mn Merupakan Unsur Paduan

Utama

4030-4039 30S-9S Si Merupakan Unsur Paduan

Utama

5050-5086 50S-69S Mg Merupakan Unsur Paduan

Utama

6061-6069 Mg2Si Merupakan Unsur

Paduan Utama

7070-7079 70S-79S Zn Merupakan Unsur Paduan

Utama

13

Terdapat klasifkasi paduan aluminium berdasarkan perlakuan bahan, pada

tabel berikut :

Tabel 2.5 Klasifikasi Paduan Aluminium Berdasarkan Perlakuan Bahan

Tanda Perlakuan

-F Setelah Pembuatan

-O Dianil Penuh

-H Pengerasan Regangan

-H 1n Pengerasan Regangan

-H 2n Sebagian Dianil Setelah Pengerasan Regangan

-H 3n Dianil 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

-T9 Perlakuan Pelarutan, Penuaan Tiruan, Pengerasan Regangan

-T10 Pengerasan Regangan Setelah Penuaan Tiruan

Sumber : Surdia . T.,Saito,S., 1995 [10]

Berikut ini adalah jenis aluminium paduan yang paling banyak digunakan

dengan cara pengerjaan yang berbeda-beda.

a. Paduan Aluminium-Silikon

Pada paduan aluminium-silikon dapat menghasilkan paduan aluminium

yang mengandung silikon hingga 15% kekerasan dan kekuatan Tarik,

yang cukup tinggi hingga 525 MPa pada paduan aluminium yang

dihasilkan dengan perlakuan panas. Jika konsentrasi silicon lebih besar

dari 15% maka derajat kerapuhan logam akan meningkat secara drastis,

dikarenakan pembentukan kristal butiran silika.

14

b. Paduan Aluminium-Magnesium

Kandungan magnesium sebesar 15,35% dapat menurunkan titik leleh

paduan logam yang sangat kuat dari 660 ºC hingga 450 ºC. Namun tidak

akan membuat paduan aluminium menjadi ulet, justru mudah digunakan

karena korosi yang terjadi berada di atas suhu 60 ºC. Kehadiran

magnesium juga membuat logam paduan tersebut bekerja dengan baik

pada suhu yang sangat rendah. Logam akan mengalami kegagalan pada

saat di temperatur tersebut.

c. Paduan Aluminium-Tembaga

Paduan Aluminium-Tembaga memiliki ketangguhan dan performa yang

kuat, tetapi dapat rapuh juga. Biasanya untuk penempaan paduan

konsentrasi tembaga tidak boleh melebihi 5,6% senyawa CuAl2

terbentuk di dalam logam, sehingga membentuk logam menjadi rapuh.

d. Paduan Aluminium-Seng

Aluminium-seng adalah paduan yang kebanyakan orang menggunakan

nya, karena merupakan bahan untuk sayap pesawat terbang.

Dibandingkan dengan paduan-padaun lain nya, paduan ini memiliki

kekuatan paling tinggi sebaliknya, aluminium dengan seng kandungan

nya mencapai 5,5% memiliki kekuatan Tarik 580 MPa, perpanjangan

11% per 50 mm bahan. Sangat jauh ketika di bandingkan dengan

aluminium dengan magnesium hanya 1%. Sedangkan kekuatan tariknya

hanya 410 MPa, dan memiliki perpanjangan sebesar 6% per 50 mm

bahan.[9]

Selain jenis paduan aluminium di atas, aluminium juga memiliki kelas tergantung

pada elemen paduan dan perlakuan panasnya terhadap aluminium itu sendiri.

Peringkat dari aluminium mungkin memiliki sifat mekanik yang berbeda dari

aluminium dengan penampilan yang bagus, kemudahan eksekusi, daya tahan

korosi yang baik, kemampuan las yang baik serta ketahanan retak yang tinggi.

Peringkat dalam aluminium yang sesuai tergantung pada aplikasinya ketika

15

dibutuhkan dan kebutuhan dilapangan. Ini dia paduan aluminium berdasarkan

peringkat dan kode masing-masing paduan aluminium.

a. Grade Aluminium Seri 1xxx

Terdapat pembagian kelas aluminium seri 1xxx yaitu (1050, 1060, 1100,

1145, 1200, 1230, 1350 dll.) dicirikan oleh ketahanan aluminium yang

sangat baik terhadap korosi, konduktivitas sifat termal dan listrik, sifak

mekanik rendah, dan kemampuan kerja yang sangat baik. Kelas

aluminium ini memiliki kandungan besar besi dan silicon.

b. Grade Aluminium Seri 2xxx


2018, 2124, 2219, 2319, 2010, 2030, 2060, 2240, 2420 dll). sangat

memerlukan proses pemanasan yang baik untuk mendapatkan kinerja

terbaik dalam perlakuan panas, sifat mekanik mirip dengan baja karbon

rendah, bahkan terkadang, melebihi sifat mekanik baja karbon rendah.

Dalam beberapa kasus, proses perlakuan panas digunakan untuk

meningkatkan sifat mekanik. Paduan aluminium pada seri 2xxx tidak

memiliki ketahanan korosi yang baik. Nilai aluminium dalam seri 2xxx

cocok untuk suku cadang yang membutuhkan kekuatan tinggi, yaitu

dengan suhu hingga 150ºC (300ºF). selain kelas 2219 paduan aluminium

memiliki ini bisa dilas, tapi masih terbatas. Beberapa paduan seri ini

memiliki kemampuan mesin yang baik.

c. Grade Aluminium Seri 3xxx


3830, 3850, 3900). Umumnya mempunyai sifat rentan terhadap panas

tetapi memiliki kekuatan 20% lebih dari seri 1xxx, karena hanya

mempunyai 1,5 % mangan. Yang dapat ditambahkan ke aluminium,

mangan digunakan sebagai elemen utama di beberapa paduan.

d. Grade Aluminium Seri 4xxx


4643, dll). Silikon dapat ditambahkan hingga 12%, menghasilkan rentang

16

leleh yang sangat berkurang. Oleh karena itu paduan Al-Si digunakan di

kawat las, serta titik leleh lebih rendah dari logam dasar yang dipakai.

e. Grade Aluminium Seri 5xxx


5086, dll) paduan yang terdapat pada seri ini yaitu magnesium, jika dipakai

sebagai elemen dasar atau bahkan dicampurkan dengan mangan, hasilnya

yaitu mempunyai tingkat kekerasan yang sedang sampai tinggi. Mangan

kurang efektif sebagai pengeras dibandingkan magnesium jauh lebih

efektif. Sekitar 0,8% Mg sama dengan 1,25% Mn. Mempunyai sifat

pengelasan yang cuku baik serta ketahanan yang baik terhadap korosi.

Pekerjaan dingin sangat dibatasi yaitu 150º.[12]

f. Grade Aluminium Seri 6xxx

Terdapat pembagian kelas aluminium seri 6xxx yaitu (6061, dan 6063)

kelas aluminium ini mengandung silikon serta magnesium sekitar dalam

proporsi yang dibutuhkan untuk membentuk magnesium silisida (Mg2Si),

sehingga paduannya memiliki kinerja perlakuan panas yang baik. Meski

tidak sekuat aluminium kelas 2xxx dan 7xxx, paduan aluminium kelas

6xxx memiliki kemampuan bentuk, las, serta ketahanan korosi yang baik.

Paduan aluminium seri 6xxx mengandung elemen paduan Al-Mg-Si.

Paduan ini sangat kurang baik jika dijadikan sebagai bahan tempa,

dibandingkan dengan paduan lain, tetapi aluminium kelas ini sangat baik

ketika dijadikan penempaan, dan ekstrusi. Paduan aluminium 6063

digunakan untuk rangka struktural.[10]

Paduan aluminium 6061 adalah salah satu bahan yang memiliki banyak

aplikasi di industry untuk saat ini, karena memiliki berbagai keunggulan

seperti, kemampuan permesinan yang bagus, permukaan sempurna,

kekuatan yang tinggi serta ringan dan tahan korosi.[13]

17

g. Grade Aluminium Seri 7xxx


7100, 7110) dalam seri ini terdapat zinc yang berjumlah sebanyak 1%

sampai 8% yang menjadi paduan utama. Ketika dicampur dengan

magnesium yang persentasenya lebih kecil didalam perlakuan panas maka

paduan tersebut dapat mempunyai kekuatan yang cukup tinggi. Selain

magnesium ada unsur lain yang ditambahkan dalam jumlah kecil yaitu

tembaga dan kromium. Paduan ini biasanya digunakan dalam pembuatan

struktur badan pesawat.

h. Grade Aluminium Seri 8xxx


8500, 8510, 8520). Ada beberapa unsur yang digunakan dalam seri ini

yaitu besi dan nikel untuk meningkatkan kekuatan tanpa kerugian dalam

konduktivitas listrik. Aluminium-lithium paduan 8090, dikembengkan di

aplikasi ruang angkasa karena memiliki kekuatan yang sangat tinggi. [10]

Tabel 2.6 Komposisi Aluminium

Sumber : Titiek Deasy, 2014 [14]

Jenis

Bahan

Komposisi

Cu Mg Si Fe Mn Ni Zn Ti Pb Sn Cr

Aluminium

Siku 0.028 0.0171 0.09 0.1975 0.0177 00024 0.0352 0.0161 0.00006 0.0054 0.005

Kampas

Rem 2.245 0.1226 10.66 1.1163 0.1586 0.0558 0.8256 0.0252 0.0609 0.0235 0.0264

Panci

Bekas 0.156 0.0294 0.7 0.6236 0.0815 0.0136 0.6461 0.0119 0.0436 0.019 0.0123

Aluminium

Plat 0.06 0.6355 0.38 0.4249 0.0408 0.0084 0.0854 0.0143 0.0063 0.0072 0.0106

18

2.3 Heat Treatment

Heat Treatment adalah proses perubahan bentuk logam, dari padat ke cair

dengan menggunakan proses pemanasan logam tersebut, akan tetapi tidak

sedikitpun mengubah kandungan yang ada pada logam yang telah dilakukan

proses heat treatment. Tujuan dari proses heat treatment ini adalah untuk

mencapai sifat-sifat dari logam yang harus melewati proses heat treatment

terlebih dahulu dan sesuai dengan yang kita butuhkan. Ada beberapa proses di

dalam heat treatment yaitu [9] :

1. Heating

Proses melebur suatu logam dengan temperatur tinggi agar merubah

bentuk dari padat ke cair.

2. Holding

Proses penahanan saat peleburan suatu logam dengan temperatur tinggi

lalu agar logam tersebut dapat membentuk struktur dengan teratur dan

sejenis sebelum proses pendinginan.

3. Cooling

Proses terjadi nya pendinginan logam yang awalnya telah dilebur menjadi

cair, lalu di dinginkan menjadi padat kembali sesuai dengan bentuk yang

di inginkan.[9]

Hal di atas dapat meningkatkan ketangguhan dari suatu material, serta

mendapatkan hasil yang ulet. Terdapat beberapa proses dari untuk heat

treatment yang dapat dilakukan yaitu :

a. Annealing

Proses annealing yaitu proses memanaskan suatu logam hingga

mencapai suhu tertentu kemudian pendinginannya dilakukan secara

perlahan dalam tungku. Kegunaan dari proses ini yaitu :

1. Menurunkan kekerasan

2. Melenyapkan tegangan sisa

3. Memperbaiki sifat mekanik

4. Melenyapkan terjadinya retak panas

5. Menurunkan ketidakhomogenan struktur

6. Memperhalus ukuran butir

19

7. Melenyapkan tegangan dan mempersiapkan strukur logam untuk

dilakukan perlakuan panas

b. Tempering

Proses tempering yaitu proses pemanasan logam setelah mengeras pada

temperature dibawah suhu kritis. Lalu dilakukan proses pendinginan,

logam khususnya baja yang mengeras akan mengalami kerapuhan

setelah melewati proses tempering, baja akan mendapatkan sifat uletm

serta tangguh tetapi kekuatan tariknya akan turun.

c. Normalizing

Proses Normalizing yaitu proses menstandarkan dengan perlakuan

panas, biasanya sangat cocok untuk hampir semua produk pengecoran,

standarisasi ini bertujuan untuk meningkatkan ketangguhan,

meminimalisir tegangan sisa, dan memperbaiki sifat mekanik suatu

baja paduan rendah.[9]

d. Quenching

Proses quenching yaitu proses pengerasan logam dengan cara

memanaskan sampai batas leleh, lalu didinginkan dengan menggunakan

beberapa media pendingin yaitu, oli, air, dan lain-lain. Tujuan dari

proses ini yaitu agar menghasilkan material yang tangguh. [16]

2.4 Media Pendingin

Media pendingin sangat beragam, dari viskositas nya, temperatur, kadar

larutan, media tersebut dapat mempengaruhi hasil dari produk yang

membutuhkan media pendingin, media pendingin harus disesuaikan dengan

kebutuhan, karena dari sifat media pendingin tersebut berbeda-beda yang

nantinya akan menentukan hasil dari proses pendinginan yang terjadi.

Beberapa contoh media pendingin yang dapat digunakan yaitu, oli, air, minyak,

dan lain-lain. Berikut penjelasan mengenai media pendingin yang dapat

digunakan sebagai berikut [16] :

20

1. Air

Air dapat mendinginkan dengan cepat. Air mempunyai ciri khas yang

senyawa lain tidak punya, yaitu suhu 0 ºC - 100 ºC berwujud cair,

sedangkan 0 ºC yaitu titik beku, dan 100 ºC yaitu titik didih. Temperatur

air berubah secara lambat maka dari itu air memiliki ciri penyimpan panas

yang baik. Sifat ini membuat air tidak seketika panas lalu dingin, atau

sebaliknya.

2. Oli/Minyak

Oli dapat digunakan menjadi media pendingin, oli memiliki viskositas

yang cukup kental dibandingkan air, viskositas dapat mempengaruhi pada

kekerasan dari proses quenching. Minyak mineral sering digunakan karena

memiliki sifat pendinginan yang baik, selain itu minyak memiliki

pendinginan tertinggi sekitar 600 ºC. [16]

2.5 Cooling Rate and Melt Temperature

Terdapat beberapa faktor yang sangat penting dalam melakukan proses

pengecoran terutama dalam menggunakan metode dc casting yaitu

pendinginan dan suhu leleh. pendingin berhubungan erat dengan tingkat

pembekuan, atau dapat disebut dengan kecepatan membeku. Tingkat

pembekuan serta pendinginan sangat memengaruhi bentuk selama proses

pembekuan. Tingkat kehalusan dari sebuah produk cor dengan menggunakan

material aluminium jarang sekali dilelehkan sampai dengan suhu 800 ºC karena

akan mengakibatkan produk dengan permukaan yang kasar. Beberapa

penelitian menjelaskan bahwa suhu, viskositas, serta massa jenis diamati pada

proses heating dan cooling, maka dari itu hal ini sangatlah mempengaruhi hasil

dari proses pendinginan serta temperature leleh yang dilakukan. Jika

pendinginan terlalu cepat, maka hasil pengecoran tidak akan sempurna,

membeku dahulu sebelum menjadi produk yang sesuai harapan. Dan jika suhu

leleh pada suatu aluminium tidak sesuai maka proses solidifikasi atau

pembekuan akan gagal yang mengakibatkan proses pengecoran gagal. [5]

21

2.6 Water Sprays Cooling

Media pending dengan menyemprotkan air, water sprays cooling digunakan

untuk mendinginkan proses pengecoran dengan metode dc casting, fungsi dari

water sprays cooling tersebut yaitu menciptakan suhu yang dingin, untuk proses

pemadatan (solidification). Kecepatan pendinginan yang tinggi dapat

menaikkan produktivitas tetapi dapat menimbulkan suhu yang lebih tinggi di

dalam ingot. Hal tersebut tidak dapat menghasilkan keseimbangan dalam proses

solidifikasi.

Besar lubang yang biasa digunakan yaitu sekitar 70 µm - 100 µm, air yang

digunakan dalam penyemprotan ini sebagai tahap awal proses solidifikasi, hal

ini yang dapat mengubah aluminium yang cair menjadi padat. Berikut adalah

gambar dari water sprays cooling di dalam metode dc casting.[17]

Gambar 2.2 Water Sprays Cooling

Sumber : Otmani A, 2020 [17]

22

2.7 Uji Kekerasan Material (Hardness Test)

Hardness Test atau bisa disebut dengan uji kekerasan material, hal ini

biasanya digunakan untuk menguji suatu material agar kita dapat mengetahui

suatu kualitas dan sifat kekerasan dari material tersebut. Alat yang digunakan

dalam pengujian kekerasan ini yaitu Universal Hardness Tester Zwick Roell

ZHU 250 Cl Models dan sebuah computer untuk mengoperasikan alat tersebut.

Gambar 2.3 Universal Hardness Tester Zwick Roell ZHU 250 CL Models

Sumber : Modul Praktikum Material Teknik Itera, 2020 [18]

Lalu Ada beberapa metode yang bisa digunakan sebagai berikut :

1. Stracth Hardness

2. Indentation Hardness

3. Rebound Hardness

Proses pengujian ini berguna untuk mengetahui seberapa kuat dan kerasnya

suatu material, dengan cara memberi gaya pada material yang akan

mengakibatkan deformasi. Dari gaya tersebut dapat dianalisis seberapa besar

kekerasan yang dihasilkan. Material memiliki nilai kekerasan yaitu deformasi

karena kekerasan lekukan pada permukaan. Selain itu dalam pengujian nya

terdapat standar yang harus dipatuhi yaitu :

1. ASTM E10 & ISO 6506 Brinell

2. ASTM E92, E384 & ISO 6507 Vickers

3. ASTM E18 Rockwell

23

A. Brinell

Pengujian kekerasan brinell ditemukan oleh J.A Brinell di tahun 1990.

Sebelum dilakukan nya pengujian kekerasan brinell yang perlu diperhatikan

yaitu permukaan logam, harus dipastikan sudah datar, permukaan tidak

kasar, serta bersih dari debu, lalu permukaan material ditekan dengan

menggunakan bola indentor, dengan waktu yang sudah ditentukan, lalu hasil

nya diukur. Dapat dilihat pada gambar dibawah :

Gambar 2.4 Pengujian Kekerasan Brinell


Terdapat persamaan untuk pengujian kekerasan brinell ini, yaitu:

BHN = 𝑃

𝜋

2[𝐷−{𝐷2−𝑑2}

1

2]……………………………..(2.1)

Diketahui :

P = Beban yang diterapkan (kgf)

D = Diameter pada indentor (µm)

d = Diameter Lekukan (µm)

Pengujian kekerasan brinell ini menimbulkan bekas yang cukup besar yang

membuat keuntungan dalam pemerataan dalam keseragaman. Pengujian ini

hanya memiliki sedikit goresan serta permukaan kekasaran nya berbeda dari

jenis pengujian yang lain seperti vickers dan rockwell. Tetapi ada

kekurangan dari uji brinell ini, benda uji yang kecil dapat menghalangi

dalam penggunaan uji brinell dan dapat mengakibatkan kegagalan pada

material yang akan di uji coba.

24

b. Vickers

Pengujian kekerasan vickers, berbeda dengan pengujian brinell. Pengujian

ini memakai indentor berbentuk bujursangkar dengan berbahan dasar

material dari piramida intan. Sudut yang terdapat pada piramida intan

tersebut adalah 136º. Ada alasan mengapa memakai besaran sudut 136º,

karena besar dari nilai diameter lekukan serta diameter penumbuk bola

sesuai dengan perbandingan yang diinginkan. Terdapat persamaan yang

dapat digunakan pada pengujian vickers ini yaitu :

HV =2𝑃 𝑆𝑖𝑛

𝜃

2

𝑑2 =

(1,854)𝑃

𝑑2………………………………..(2.2)

Diketahui :

P = Beban yang diterapkan (kgf)

θ = Sudut permukaan Intan 136º

d = Panjang rata-rata diagonal (µm)

Pada pengujian vicker ini memiliki jejak, ketika terjadinya penekanan

terhadap material dengan menggunakan indentor berbentuk pyramid, dan

ukuran jejak tersebut tidak terdapat masalah mengenai ukurannya. Maka dari

itu VHN tidak bergantung dengan beban. Beban seberat 120 kg biasanya

sering digunakan dalam pengujian ini. Dan tergantung dengan kekerasan

suatu material yang nantinya akan diuji. Terdapat beberapa hal yang dimiliki

oleh uji vickers sehingga uji ini jarang digunakan dan tidak menguntungkan

yaitu:

1. Uji vickers sangat tidak cocok digunakan jika rutin, karena pengujian nya

tergolong sangat lambat

2. Harus mempersiapkan dengan hati-hati untuk permukaan benda uji

3. Penting nya penentuan panjang diagonal, tetapi sering kali terdapat

kesalahan manusia pada penentuan panjang diagonal

25

Gambar 2.5 Jenis Lekukan Pada Piramid Intan a) Lekukan yang Sempurna b)

Lekukan Dengan Bantal Jarum dan c) Lekukan yang Berbentuk Tong


Dalam penentuan panjang diagonal khususnya piramid intan, lekukan harus

berbentuk bujur sangkar seperti pada gambar a, selain itu terdapat lekukan

bantal jarum seperti pada gambar b, logam di sekitar permukaan piramida

yang datar mengalami penurunan akibat lekukan bantal jarum. Keadaan

tersebut diakibatkan karena material dilunakkan yang nantinyua akan

mengakibatkan pengukuran panjang dan diagonal yang berlebihan.

Lekukan pada gambar c, dikarenakan adanya logam atau material yang telah

mengalami proses pendinginan.

c. Rockwell

Selain uji brinell, vickers, terdapat uji rockwell. Uji ini cukup mirip dengan

uji brinell, karena ketika telah dilakukan pengujian lalu angka pada

kekerasan diperoleh, pada uji tersebut merupakan fungsi derajat dari

indentas. Pengujian ini memiliki variasi dari beban dan indentor nya

tergantung pada pengujian yang dilakukan dengan kondisi tertentu.

Pengujian rockwell sangat berbeda dengan brinell, karena indentasi yang

dihasilkan lebih kecil dan sangat halus dengan indentor dan beban yang

digunakan lebih kecil. Pengujian ini sangat sering digunakan karena

prosedur pada pengujian rockweel sangatlah cepat. Metode rockwell

tersebut paling sering digunakan juga karena hasil uji nya dapat langsung

dilihat pada gage yang terdapat di mesin, pengujian ini bertujuan untuk

menghindari kesalahan manusia (human error) pada pembacaan hasil yang

sudah di dapat pada mesin. terdapat beberapa kekerasan yang cukup kecil

ketika baja diperkuat dari pengujian ini. Serta bagian yang telah

26

mendapatkan perlakuan panas (heat treatment) dapat dilakukan pengujian

terhadap kekerasan nya, tanpa harus takut menimbulkan kerusakan pada

material yang diuji dan ukuran lekukan yang cukup kecil. Terdapat 2

pengujian dalam metode rockwell, yaitu uji rockwell biasa lalu uji rockwell

superficial, dalam pengujian ini memiliki 2 variasi yaitu pembebanan mayor

dan minor dengan nilai dari masing-masing pembebanan berbeda.

Pembebanan pada minor dilakukan agar spesimen yang kotor dapat diatasi.

Maka itu energi dari penekanan yang diberikan, kotoran tersebut dapat

menyerapnya.[18]

Lalu pembebanan mayor, pembebanan ini dilakukan untuk mendapatkan

hasil yang cukup akurat. Metode rockwell memiliki beragam indentor, dari

setiap indentor memiliki nilai dengan macam-macam pembebanan nya

seperti yang ada pada tabel berikut :

Tabel 2.7 Skala Pada Pengujian Rockwell


27

2.8 Analisis Struktur Mikro

Rumpun ilmu yang mempelajari metode pengamatan atau observasi yang

diperuntukkan guna memahami hubungan antar struktur dengan karakteristik

suatu logam atau paduan disebut dengan metalografi. Salah satu sifat yang

terdapat pada metode metalografi adalah sifat makroskopik. Sifat ini berkaitan

erat dengan mikrostruktur dan sifat makroskopik yang mempunyai peran

penting dalam pengembangan material logam. Hal tersebut berfungsi untuk

mengetahui performa material dengan menguji mikrostruktur suatu material.

Penggunaan metode metalografi berawal dari tahap pengembangan, produksi,

manufacturing process control, hingga analisis kegagalan logam. Metode

tersebut menggunakan alat mikroskopik optic yang dihubungkan dengan

computer serta sistem analisis gambar yang akurat. Melalui pengamatan

metalografi, dapat diketahui ukuran, bentuk, distribusi fasa hingga matriks

mikrostruktur. Hasil akhir dari penelitian ini yaitu data mikrostruktur yang

dapat digunakan untuk memprediksi sifat mekanik logam seperti deformasi

plastis, elongasi serta kekuatan Tarik, selain itu terdapat tujuan dari proses

pengujian ini yaitu agar mengetahui dan memahami spesimen yang telah diuji

dan terbentuk setelah melewati proses persiapan heat treatment. Sifat suatu

logam memiliki kaitan erat dengan struktur mikro pada material tersebut.

Perubahan struktur mikro dapat dilakukan melalui pengaturan pendingin atau

heat treatment, yang dapat mengubah sifat baja. Pengaturan pendingin terdiri

dari annealing, quenching, normalizing, dan tempering. Alat yang

dipergunakan dalam pengujian analisis struktur mikro menggunakan Trinocular

Metalurgical Microscope Carl Zeiss Type Axiovert Al MAT berikut gambar alat

pengujian nya :

28

Gambar 2.6 Trinocular Metalurgical Microscope


Hubungan antara temperatur yang terjadi saat perubahan fasa selama proses

pendinginan dan pemanasan lambat yang memiliki kandungan karbon (%C)

dapat dilihat melalui diagram Fe-Fe3c. Diagram fasa besi dan karbida besi Fe3c

dapat menjadi landasan untuk perlakuan panas dari kebanyakan macam jenis

baja yang diketahui. Terdapat beberapa informasi penting yang diperoleh dari

diagram fasa sebagai berikut:

a. Terdapat perbedaan antara fasa yang terjadi pada komposisi dan

temperature dengan pendinginan yang lambat.

b. Jika melakukan pendinginan yang lambat, maka dapat diketahui

temperatur pembekuan dan daerah-daerah pembekuan paduan Fe-C.

c. Derajat temperatur yang cair dari setiap paduan.

d. Batas kesetimbangan atau batas kelarutan dari unsur karbon fasa

tertentu.

e. Hasil reaksi metalurgis

Suhu eutektid yang terdapat pada 4,3% berat karbon yang terdiri atas 17% atom

adalah 1.148ºC. salah satu komponen yang berada pada daerah eutekid yaitu

besi cork arena rata-rata mengandung 2.5% - 4%. Suatu mikrostruktur baja

dapat diatur dan disesuaikan dengan keinginan jika berada pada bagian

29

diagram antara 700ºC - 900ºC dan daerah karbon antara 0% - 1%. Terdapat

struktur yang berada pada diagram fasa Fe – Fe3c sebagai berikut :

a. Besi γ atau austenit besi γ merupakan suatu larutan padat yang memiliki

sifat ketangguhan yang baik, dan memiliki ketahanan korosi yang cukup

baik, mudah dibentuk, non hardened heat treatment, merupakan besi

yang banyak digunakan dalam industri. Selain itu, austenite memiliki

batas maksimum kelarutan karbon sebesar 2.11% C pada temperatur

1148 ºC, lalu struktur kristalnya FCC (Face Center Cubic)

b. Besi α atau ferrit merupakan suatu komposisi logam yang memiliki sifat

ketangguhan rendah, keuletan tinggi, ketahanan korosi medium,

kekerasan kurang dari 90 HRB dan merupakan struktur paling lunak

pada diagram Fe-Fe3C. Selain itu, ferrit memiliki batas maksimum

kelarutan karbon sebesar 0,025% pada temperatur 723 ºC, struktur

kristal BCC (Body Center Cubic) dan batas kelarutan karbon 0,008% C

pada temperatur kamar.

c. Besi karbida atau cementite merupakan senyawa yang terdiri dari unsur

fed an c dengan sifat sangat keras dan bersifat getas serta mempunyai

rumus empiris sebagai perbandingan tertentu dan struktur kristalnya

orthorhombic.

d. Lediburite merupakan campuran eutectic yang terdiri atas cementite

dengan besi gamma yang mengandung 4.3% karbon serta terjadi pada

suhu 1.130 ºC

e. Pearlit merupakan campuran eeutectoid yang terdiri atas ferrite dan

cementite (α + Fe3C) yang mengandung 0.8% karbon serta terjadi pada

suhu 723 ºC. [16]

bab ii tinjauan pustaka 2.1 direct chill casting

Documents