e30

Proceedings, Komputer dan Sistem Intelijen (KOMMIT2004) Auditorium Universitas Gunadarma, Jakarta, 24 – 25 Agustus 2004 ISSN : 1411-6286

PENGARUH PENGECORAN ULANG TERHADAP KEKUATAN TARIK DAN KETANGGUHAN IMPAK PADA PADUAN

ALUMINUM TUANG 320

Purnomo

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Industri Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya (ITATS)

Jl. Arief Rahman Hakim 100 Surabaya. Telp.(031)5927810, (031)5945043 ext 808, Fax.(031)5994620

E-mail : [email protected]

Abstrak Telah dilakukan pengujian dan penelitian tentang pengaruh pengecoran ulang terhadap

kekuatan tarik dan ketangguhan impak pada paduan aluminium tuang 320. Bahan yang digunakan adalah sekrap aluminium terpilih. Bahan dilebur dan tuang pada temperatur rekristalisasi dengan cetakan logam, kemudian dibuat spesimen standar ASTM E8 untuk pengujian tarik dan ASTM E23 untuk ketangguhan impak. Tuang ulang (remelting) dilakukan sampai 3 kali dengan kondisi penuangan yang sama. Alat uji yang digunakan adalah Mesin Uji tarik Universal dan Mesin Impak Charphy. Dari hasil pengujian menunjukkan bahwa untuk tuang ulang pertama menghasilkan kekuatan tarik dan ketangguhan impak lebih besar dari pada pengujian tuang ulang kedua dan tuang ulang ketiga. Penurunan kekuatan tarik dan ketangguhan impak tersebut disebabkan karena pada struktur mikronya terjadi peningkatan porositas dari remelting pertama sampai ketiga. Porositas terjadi karena timbulnya gas H2 pada saat aluminium dilebur. Kesimpulannya adalah bahwa proses remelting akan menurunkan kekuatan dan ketangguhan bahan. Kata Kunci : tuang ulang ( remelting ), kekuatan tarik, ketangguhan impak. 1. Pendahuluan.

Aluminium merupakan logam ringan yang mempunyai sifat mekanik, ketahana korosi dan hataran listrik yang baik. Logam ini dipergunakan secara luas bukan saja untuk peralatan rumah tangga, tetapi juga dipakai untuk keperluan material pesawat terbang, otomotif, kapal laut, konstruksi dan lain – lain. Untuk mendapatkan peningkatan kekuatan mekanik, biasanya logam aluminium dipadukan dengan dengan unsur Cu, Si, Mg, Zn, Mn, Ni, dan sebagainya. Mengolah biji logam menjadi aluminium (Al) memerlukan energi yang besar, sedangkan sumber biji aluminium semakin berkurang. Salah satu usaha untuk mengatasi hal ini adalah dengan melakukan daur ulang.

Karena keterbatasan yang ada seperti pada industri kecil (kasus pengecoran pada industri kecil) tidak semua menggunakan bahan baku murni, tetapi memanfaatkan aluminium sekrap ataupun reject materials dari peleburan sebelumnya untuk dituang ulang (remelting). Dari hasil pengecoran industri kecil ( pelek misalnya ) pada saat digunakan mengalami beban berulang dan kadang - kadang beban kejut sehingga peralatan tersebut harus mendapatkan jaminan terhadap kerusakan akibat retak – lelah, sehingga aman dalam penggunaan atau bahkan mempunyai usia pakai (life time) lebih lama.

Pengaruh Pengecoran Ulang Terhadap Kekuatan Tarik 905 dan Ketangguhan Impak Pada Paduan Aluminium Tuang 3201

Proceedings, Komputer dan Sistem Intelijen (KOMMIT2004) Auditorium Universitas Gunadarma, Jakarta, 24 – 25 Agustus 2004 ISSN : 1411-6286 2. Teori Dasar.

Aluminium dipakai sebagai paduan berbagai logam murni, sebab tidak kehilangan sifat ringan dan sifat – sifat mekanisnya dan mampu cornya diperbaiki dengan menambah unsur – unsur lain. Unsur – unsur paduan itu adalah tembaga, silisium, magnesium, mangan, nikel, dan sebagainya yang dapat merubah sifat paduan aluminium. Macam – macam Unsur paduan aluminium dapat diklasifikasikan sebagai berikut : 1. Paduan aluminium – tembaga, aluminium – temabaga – silisium.

Paduan aluminium – tembaga adalah paduan aluminium yang mengandung tembaga 4,5 %, memiliki sifat – sifat mekanik dan mampu mesin yang baik sedangkan mampu cornya agak jelek. Paduan aluminium tembaga – silisium dibuat dengan menambah 4 – 5 % silisium pada paduan aluminium tembaga untuk memperbaiki sifat mampu cornya. Paduan ini dipakai untuk bagian – bagian motor mobil, meteran, dan rangkah utama dari katup.

2. Paduan aluminium – silisium, aluminium – silisium – magnesium. Paduan eutektik dari aluminium dan silisium sekitar 2 % disebut silumin yang memiliki mampu cor yang baik, sehingga terutama dipakai untuk bagian – bagian meisn biasa. Tetapi paduan yang biasa dicor mempenyai sifat mekanik yang jelek karena butir – butir silisium yang besar, sehingga dicor dengan tambahan natrium dan agitasi dari logam cair untuk membuat kristal halus dan memperbaiki sifat – sifat mekanik, tetapi cara ini tidak efektif untuk coran besar. Paduan aluminium silisium diperbaiki sifat mekaniknya dengan menambahkan magnesium, tembaga atau mangan dan selanjutnya diperbaiki dengan perlakuan panas.

3. Paduan aluminium – magnesium. Paduan aluminium yang mengandung magnesium 4 % atau 10 % mempunyai ketahanan korosi dan sifat mekanik yang baik. Paduan ini mempunyai kekuatan tarik diatas 30 kgf/mm2 dan perpanjangan diatas 12 % dipakia untuk alat – alat industri kimia , kapal laut, dan pesawar terbang.

4. Paduan aluminium tahan panas. Paduan ini terdiri dari Al – Cu – Ni – Mg yang kekuatannya tidak berubah sampai 300 C, sehingga paduan ini dipakai untuk torak dan tutup silender.

Tuang Ulang :

Peleburan aluminium tuang dapat dilakukan pada tanur krus besi cor, tanur krus dan tanur nyala api. Logam yang dimasukkan pada dapur terdiri dari sekrap ( remelt ) dan aluminium ingot. Aluminium paduan tuang ingot didapatkan dari peleburan primer dan sekunder serta pemurnian. Kebanyakan kontrol analisa didapatkan dari analisis pengisian yang diketahui, yaitu ketelitian pemisahan tuang ulang dan ingot aluminium baru. Ketika perlu ditambahkan elemen pada aluminium, untuk logam yang mempenyai titik lebur rendah seperti seng dan magnesium dapat ditambahkan dalam bentuk elemental. Sekrap dari bermacam – macam logam tidak dapat dicampurkan bersama ingot dan tuang ulang apabila standar ditentukan. Praktek peluburan yang baik mengharuskan dapur dan logam yang dimasukan dalam keadaan bersih. Untuk menghemat waktu peleburan dan mengurangi kehilangan karena oksidasi lebih baik memotong logam menjadi potongan kecil yang kemidian dipanaskan mula. Kalau bahan sudah mulai mencair, fluks harus ditaburkan untuk mengurangi oksidasi dan absorbsi gas. Selama pencairan, permukaan harus ditutup fluk dan cairan diaduk pada jangka waktu tertentu untuk mencegah segresi.

906 Pengaruh Pengecoran Ulang Terhadap Kekuatan Tarik dan Ketangguhan Impak Pada Paduan Aluminium Tuang 3201


Hasil pengecoran ketidaksempurnaan yang mempengaruhi kemampuan mekanis. Cacat hasil pengecoran terdiri dari : a. Salah bentuk cetakan

Cacat yang disebabkan oleh salah dalam membuat medel cetakan. b. Cacat inklusi pasir

Yaitu cacat yang disebabkan pasir dari cetakan masuk kedalam cairan logam c. Cacat gas.

Apabila diberi kesempatan paduan aluminium akan menyerap gas hidrogen. Peningkatan temperatur sebuah efek yang sangat besar pada kelarutan maksimum dari hidrogen pada aluminium, sebagaimana ditunjukkan pada gambar 1. Pada titik lebur tiba – tiba terjadi kenaikkan kelarutan hidrogen pada aluminium sampai dicapainya temperatur penuangan.

Gamar 1. Pengaruh temperatur pada kelarutan hidrogen dalam aluminium

d. Cacat penyusutan.

Yaitu cacat yang disebabkan kontraksi volume di dalam larutan dan pada saat pembekuan. 3. Proses Pengecoran.

Bertitik tolak pada cara kerja proses ini, maka proses pembuatan jenis pengecoran ini dapat dibagi menjadi 2 yaitu :

1. Proses penuangan. 2. Proses pencetakan.

Proses penuangan adalah proses pembuatan benda kerja dari logam tanpa adanya penekanan sewaktu logam cair mengisi cetakan. Cetakan biasanya terbuat dari pasir, plaster, keramik, atau bahan tahan api lainnya. Proses pencetakan adalah proses pembuatan benda kerja dari logam cair disertai dengan penekanan pada waktu logam cair tersebut mengisi rongga cetakan. Proses ini, cetakan biasanya terbuat dari logam. 4 Uji Tarik

Untuk mengetahui kekuatan tarik suatu bahan adalah dengan menggunkan pengujian tarik. Beban dikenakan pada spesimen yang ditarik dengan tarikan konstan. Beban (P) dan perpanjangan (∈ ) hasilk langsung dari pengujian. Sedangkan tegangannya (σ) adalah beban (P) dibagi dengan luas penampang ( A ), sehingga rumusnya adalah : Pengaruh Pengecoran Ulang Terhadap Kekuatan Tarik 907 dan Ketangguhan Impak Pada Paduan Aluminium Tuang 3201


σ = AP

kg / mm2 (1)

dimana : σ = Tegangan P = Beban A = Luas penampang.

Gambar 2. Spesimen uji tarik

5. Pengujian Impak.

Tenaga impak adalah tenaga yang diperlukan untuk memematahkan standar benda uji di bawah beban impak dan ini merupakan ketangguhan dari bahan. Pada umumnya pengukuran tenaga impak menggunakan Charpy. Batang percobaan berbentuk batang empat persegi panjang dengan ukuran yang dinormalisir. Beban dijatuhkan dengan sudut jatuh α dan sisi pisau mengenai batang percobaan yang oleh karenanya akan patah dan berayun melalui sudut β Pada metode charpy batang uji ditunjang pada kedua ujungnya diletakkan horizontal dan arah pemukulan searah dengan takikkan. ( gambar 4 ) Gambar 3. Spesimen Uji Impak Kekuatan impak dapat didefinisikan sebagai energi yang digunakan untuk mematahkan batang uji dibagi dengan luas penampang pada daerah takikkan. Energi yang mematahkan barang uji dihitung berdasarkan berat dan ketinggian ayuana pendulum sebelum dan setelah impak. Tanpa memperhatikan kehilangan energi. Energi yang dipakai untuk mematahkan test piece dapat dihitung sebagai berikut :

- Energi awal (Eo) : W L = W (1 – Cos α ) (2)



- Energi akhir (E1) : W L1 = W ( 1 – Cos β ) (3)

Energi unutk mematahkan test piece adalah : - (E) = W . L ( cos β - cos α ) kgm (4) Untuk kekuatan impak dari paduan aluminium dapat dihitung dengan rumus ;

- IS = A

WLg )cos(cos αβ − (kg/mm2) (5)

5. Cara Penelitian Bahan yang diteliti adalah paduan aluminium dengan komposisi kimia : 72,37 % Al, 11,39% Si, 6,82% Mg, 2,77% Cu. Jalan pene;itian :

1. Proses pengecoran untuk membuat spesimen pengujian. 2. Proses Machining. 3. Pengujian bahan 4. Analisa data.

Diagram alir penelitian dapat dilihat di bawah ini :

Bahan

Spesimen

Remelting III

Spesimen

Spesimen

Pengujian

Remelting II

Remelting I

Kekuatan Tarik, Ketangguhan Impak

Gambar 4. Diagram alir penelitian Pengaruh Pengecoran Ulang Terhadap Kekuatan Tarik 909 dan Ketangguhan Impak Pada Paduan Aluminium Tuang 3201

Proceedings, Komputer dan Sistem Intelijen (KOMMIT2004) Auditorium Universitas Gunadarma, Jakarta, 24 – 25 Agustus 2004 ISSN : 1411-6286 6.1 Hasil dan Pembahasan. Kekuatan Tarik Hasil pengujian terhadap kekuatan tarik terlihat pada tabel 1.

Tabel 1. Hasil pengujian kekuatan tarik Spesimen Diameter

mm Luas

(mm2) P maks

(kg) σ

(kg/mm2) σ rata-rata Keterangan

R1 R1 R1

8 8 8

50,24 50,24 50,24

1500 1330 1420

29,85 26,47 28,26

28,19 Remelting I

R2 R2 R2

8 8 8

50,24 50,24 50,24

1363 1130 1213

27,12 22,49 24,14

24,58 Remelting II

R3 R3 R3

8 8 8

50,24 50,24 50,24

1245 1018 1121

24,78 20,26 22,31

22,45 Remelting III

Pada remelting 1 menghasilkan kekuatan tarik rata – rata 28,19 kg/mm2, remelting II rata – rata 24,58 kg/mm2 , dan remelting III rata – rata 22,45 kg/mm2

Kg/mm2 28 * 24 * 22 * 0 1 2 3 Remelting

Gambar 5. Grafik perubahan kekuatan tarik. Dari grafik diatas terlihat bahwa pada remelting mengakibatkan terjadinya penurunan kekuatan tarik. Sehingga kecenderungannya bahan yang dituang ulang secara terus menerus akan semakin kecil kekuatan tariknya. Ketangguhan Impak. Hasil pengujian terhadap ketangguhan impak terlihat pada tabel 2.



Tabel 2. Hasil pengujian ketangguhan impak Spesimen Sudut α0 Sudut β0 Tenaga patah

(kgm) Tenaga patah

Rata – rata Keterangan

R1a R1b R1c

155 155 155

150 151.5 152

2.2 1.8 1.2

1.73 Remelting I

R2a R2b R2c

155 155 155

151.9 152 152

1.7 1.3 1.3

1.43 Remelting II

R3a R3b R3c

155 155 155

152 152 152

1.3 1.3 1.3

1.3 Remelting III

Perubahan ketangguhan impak kgm 2 * 1.5 * * 0.5 0 1 2 3 Remelting Gambar6. Grafik perubahan ketangguhan impak Dari grafik diatas terlihat bahwa terhadi penurunan ketangguhan impak pada bahan yang dituang semakin sering dituang ulang maka bahan semakin getas. 7. Kesimpulan.

Berdasarkan hasil pengujian dan perhitungan pada aluminium paduan Al.320, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut.

1. Tuang ulang mengakibatkan penurunan kekuatan tarik. 2. Tuang ulang mengakibatkan penurunan ketangguhan impak 3. Penurunan kekuatan tarik dan ketangguhan impak disebabkan karena pada struktur

mikronya terjadi peningkatan porositas setiap dilakukan tuang ulang. Porositas terjadi karena timbulnya gas H2 .

8. Daftar Pustaka.

[1] Neff, David V., 2002 Understanding Aluminium Degassing, Modern Casting, May 2002.

[2] Surdia, T., dan Chijiwa K., 1991, Teknik Pengecoran Logam, PT Pradnya Paramita, Jakarta.

[3] Surdia, T., dan Shinroku., 1992, Pengetahuan Bahan Teknik, PT Pradnya Paramita, Jakarta.

[4] Shachelfort J.F., 1992, Introduction to Materials Science for Engineers, Prentice Hall International Inc

Pengaruh Pengecoran Ulang Terhadap Kekuatan Tarik 911 dan Ketangguhan Impak Pada Paduan Aluminium Tuang 3201

e30

Documents