Prosiding Pertemuan Ilmiah /lmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002Serpong, 22 -23 Oktober 2002 ISSN 1411-2213

PENGARUH Si SERPIHAN DAN PELAT DALAMSTRUKTUR EUTEKTIK PADA KEKERASAN PADUAN AI-Si

SyahbuddinJurusan Teknik Mesin, Universitas Gunadarma

JI.Margonda Raya No.IOO, Depok 16242

ABSTRAK

PENGARUH Si SERPllIANDAN PELAT DALAM STRUKTUR EUTEK11K TERHADAP KEKERASAN PADUANAI;'Si. Pengaruh Si serpihan dan pelat dalarn tiga paduan AI-Si terhadap kekerasan paduan dipelajari dalam penelitian ini.Strukturmikro paduan Al12SiCuMgNi terdiri dari Si berbentukfiber dan jarum yang tersebar pada rasa matriks AI (struktureutektik). Tarnbahan jumlah Si hingga 19% pada paduan (paduan A119SiCuMgNi) menyebabkan adanya tarnbahan Si berbentukserpihan pada struktur eutektik. Jumlah serpihan tersebut meningkat dengan meningkatnya jumlah Si hingga 23% (paduanA~3SiCuMgNi) dan Si berbentuk pelat panjang terdapat pada strukturmikro e~tektik. ~erub~an strukturmikro paduan tersebu~diikuti dengan perubahan kekerasan paduano Kekerasan rata-rata paduan Al12SICuMgNi sekltar 45 dalarn skala HRF. Adanya SIberbentuk serpihan dan pelat panjang pada paduan Al19SiCuMgNi dan A123SiCuMgNi, kekerasannya lebih tinggi, masing-masingsekitar 54-56 dan 55-58 skala HRF.

Kala kunci : Struktur eutektik, paduan. strukturrnikro. kekerasan

ABSTRACT

EFFECT ~F Si FL:""KES AND PLAT.ES IN EUT~KTIC MI~ROSTRUCTURE ON HARDNESS ot Al-SiALLOYS. The effect of SI flakes and plates In three Al-SI alloys on Its hardness has been studied. Microstructure ofAl12Si I Cu I Mg I Ni alloy consisted of very tine Si fibers and needles in Al matrix (eutectic structure). Si addition of up to 19%to AI alloy (A119SiCuMgNi alloy) tormed Si flakes in the eutectil: structure. Those Si flakes increased in AI alloy contained of23%Si (Al23SiCuMgNi alloy) and Si long plates were also tound in the eutectic structure. The change of the microstructures wasfollowed by increasing the alloy hardness. Hardness of the Al I2SiCuMgNi alloy was about 45 in HRF scale while the Al SiCuMgNi

19and the Al23SiCuMgNi alloys with Si flakes and plates have about 54-56 and 55-58 HRF, respectively.

Key words

;utectic

structure, alloy, microstructure, hardness

PENDAHULUAN

paduan AI12SiCuMgNi, Al19SiCuMgNi danAl2JSiCuMgNi. Kandungan silikon daD unsur lain padaketiga paduan tersebut ditarnpilkan pada Tabell. Paduan

tersebut mula-mula diani I pada suhu 400°C untuk waktu1 jam, kemudian didinginkan dalam tungku tersebutuntuk menghilangkan tegangan sisa pada paduano

Untuk mengamati strukturmikro, pengujiankekerasan dan komposisi kimia, sampel paduan Al-Sidipersiapkan dengan proses metalografi standar. Lamtanetsa tidak digunakan untuk memunculkan stroktumikro.Dalarn pengamatan strukturmikro melalui mikroskopoptik (MO), jumlah Si serpihan dan pelat pactastrukturmikro eutektik dihitung dengan metode fraktal.Perhitungan ini menggunakan transparan yang berisikangambar segi empat berukuran 3x3 mm berjumlah 858(26x33) buah. Nilai satu diberikan untuk satu segi empatyang penuh terisi oleh bagian Si serpihan dan pelat, dansetengah untuk satu segi empat yang tidak terisi penuholeh bagian Si serpihan dan pelat. Persentasi jumlah Siserpihan dan pelat dihitung daTi jumlah nilai Si dibagi

Paduan AI-Si telah digunakan secara luas pactakomponen otomotif daTi produk piston hingga blokmesin. Fluiditas paduan ini dalam bentuk cair sangattinggi, kontraksinya selama pembentukan rendah dancukup murah. Kandungan Si dalam paduan bervariasidari kandungan rendah hingga tinggi.

Beberapa studi [1] telah melaporkan bahwakandungan Si sangat berpengaruh pacta sifat-sifatmekanik. Kekerasan paduan meningkat denganmeningkatnya kandungan Si. Akan tetapi inforrnasi yangmenguraikan hubungan Si serpihan pacta struktureutektik dengan sifat mekanik sangat sedikit.

Untuk itu, penelitian ini akan mempelajari perilakusifat mekanik khususnya kekerasan paduan yangdihubUllgkan dengan jumlah Si serpihan dan pelat pactastruktur eutektik.

BAHANDANPERCOBAAN

Bahan yang digunakan dalam penelitian beropa

120

Pengaruh Si Serpihan Dan Pelat Dalam Struktur Eutektik Pada Kekerasan Paduan AI-Si (Syahbuddin)

Tabel Komposisi kimia paduan AI"SiCuMgNi, AI"SiCuMgNi daD AI2)SiCuMgNi

Komposisi (% atom)

I Zn Mn

I 0,01 0,01

0,01 0,01

I 0,01 ~0,01

Paduan

I

Co~~

0,92

Mg Si Fe Ni Ph~

0

0

Sn

0

0

0

Al12SilCulMglNi

Al19SilCulMglNiAl23SilCulM21Ni

)..03 111,55 LO,13 I I,l~

TiIO~IO~I

O.l~

ISis

1~3 I 18,97 1_O,17 I 0,81

AI

anya

SisanyaSisanva1~4 123,08 10.17 i 0.82

I CrU

-..Q.-0,01

jumlah total segi empat pacta transparan. Untuk ujikekerasan, daerah pengujian harus mempunyai distribusiSi yang merata. Pengujian kekerasan dilaksanakanmengunakan uji kekerasan dengan skala Rockwell F(HRF). Komposisi kimia rasa yang terbentuk pactastruktunnikro paduan diidentifikasi dengan spektrometerEDAX pacta Scanning Electron Microscope (SEM).

dengan komposisi l2%Si pada paduan Al dikenaldengan struktunnikro eutektik paduan Al-Si [1].

Untuk paduan Al19SiCuMgNi, struktunnikronyaditunjukkan pada Gambar 2. Tampak struktur eutektiktetap menyusun paduan tersebut, ditambah denganadanya Si berbentuk serpihan-serpihan yang berwarnaagak gelap. Hasil analisis unsur pada serpihan tersebutmelalui spektrometer ED AX didapat bahwa kandunganSi sangat tinggi, sekitar 96,60%, Al sekitar 2,36% dansisanya merupakan kandungan unsur-unsur Mg, AI, Fe,Ni dan Cu. Menumt diagram rasa AI-Si, Si serpihanterbentuk karena jumlah Si pada paduan ini melebihikandungan paduan eutektik AI-Si. Fasa Si ini mempakanrasa utama Si. Hasil pengamatan melalui mikrokop optik,jumlah Si serpihan bervariasi antara 4,5% hingga 25,0%pada pennukaan paduano Jumlah rata-rata Si serpihansekitar 12,4% sedangan basil perhitungan dengan aturan

pengungkit (level rule) [4] sekitar6,8%. WalaupunjumlahSi serpihan basil perhitungan berada pada rentangjumlah Si serpihan basil pengamatan, akan tetapijumlahini masih dibawah jumlah rata-rata. Perbedaan inidikarenakan perhitungan Si serpihan dengan aturanpengungkit didasarkan dengan volume sedangkanpengamatan dilaksanakan pada pennukaan sampel.

BASIL DAN DISKUSI

Strukturmikro Paduan AI-Si

Strukturmikro daTi ketiga paduan Al-Siditampilkan pada Gambar 1, Gambar 2 daD Gambar 3.Gambar 1 merupakan strukturmikro paduan AI yangmengandung l2%Si. Paduan ini terdiri daTi rasa Siberwama abu-abu agak gelap daD Al berwama terang.Fasa Si berbentuk fiber halus daD jarum, tersebardiseluruh rasa matriks AI. Karena paduan inimengandung unsur-unsur lain dalam jumlah yang kecilselain Si, kemungkinan unsur-unsur tersebut akanterlarut atau membentuk rasa -rasa intermetallik [1-2].Akan tetapi, pengaruhnya akan ada pada sifat mekanisapabila paduan djkenakan perlakuan panas daDperbedaannya sangat kecil karena presentasi unsur-unsurnya tidak jauh berbeda pada ketiga paduantersebut.

Disamping itu, paduan AI-Si dalam penelitian inihanya dianil untuk menghilangkan tegangan sisa.Dengan demikian, penelitian ini hanya difokuskan padarasa-rasa utama AI daD Si. Fasa-fasa yang terbentukpada paduan AI12SiCuMgNi sesuai dengan diagramkesetimbangan Al-Si [3], yaitu Si yang berbentukfiherdanjarum tersebarpada rasa AI matriks. Strukturmikro

Gambar 2. Strukturmikro paduan Al1.SiCuMgNi (SOX).

Perbedaan kedua cara tersebut akan rnernberikan hasilyang berbeda antara perhitungan daD pengarnatan.

Stmkturmikro yang sarna juga tarnpak pactapaduan A123SiCuMgNi (Garnbar 3). Akan tetapi Siserpihan lebih bervariasi bentuknya pacta struktureutektik. Dibeberapa bagian paduan (Gambar 3.a),stmkturrnikronya sarna seperti strukturmikro yangterdapat pacta paduan Al19SiCuMgNi. Akan tetapi SiGambar 1. Strukturmikro paduan Al,zSiCuMgNi (1 OOX).

121

Prosiding Pertemuan /lmiah /lmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002Serpong, 22 -23 Oktober 2002 ISSN 1411-2213

serpihan pada paduan Al23SiCuMgNi umumnya lebihbanyak daD berukuran lebih besar. Hal ini terjadidikarenakan jumlah kandungan Si yang membentukserpihan lebih besar pada paduan ini. Disamping itu,dibeberapa bagian paduan tampak Si berbentuk pelatmemanjang pada struktur eutektik, seperti yangditunjukkan pada Gambar 3.b. Dengan demikian,perubahan kandungan Si pada paduan AI memberikanperubahan strukturmikro yang cukup signifikankhususnya dengan munculnya Si serpihan pada paduanAl19SiCuMgNi daD AI23SiCuMgNi, daD Si pelatmemanjang pada paduan Al23SiCuMgNi. Jumlah Siserpihan daD pelat memanjang basil pengamatanbervariasi dari 7,5% hingga 25,0% pada struktur eutektik.Rata-ratajumlah Si berbentuk serpihan sekitar 16,4%dan ini jauh lebih besar dibandingkan dengan basilperhitungan dengan aturan pengungkit, yaitu 12,5%.Sarna halnya dengan paduan Al19SiCuMgNi, perbedaanini disebabkan pengamatan dilaksanakan padapermukaan sedangkan perhitungan didasarkan padavolume.

struktur eutektik pacta kekerasan paduan Al-Siditunjukkan pacta Garnbar 4. Kekerasan rata-rata paduanAl12SiCuMgNi dengan struktur eutektik diuji sekitar 45HRF. Tambahan kandungan Si hingga 19% pacta paduanrnenyebabkan peningkatan kekerasan yang siginifikan.Hal yang sarna telah dilaporkan pacta penelitian

sebelumnya yang rnenginformasikan bahwa peningkatanjumlah kandungan Si akan rneningkatkan kekerasanwalaupun presentasi Si serpihan pacta strukturmikronyatidak diinformasikan [1 J. Perubahan kekerasan tersebutdikarenakan adanya perbedaan strukturmikro keduapaduano Paduan Al12SiCuMgNi rnempunyai struktureutektik, rasa Si yang terdapat pacta rnatriks Alberbentuk fiber halos daD jarurn (struktur eutektik)

sedangkan paduan All9SiCuMgNi daD paduanAl23SiCuMgNi, disamping struktur eutektik, rnempunyairasa Si berbentuk serpihan daD pelat rnemanjang.

Pacta paduan Al19SiCuMgNi, seperti yangditunjukkan pacta Gambar 4, 10% Si serpihan daD pelatyang terdistribusi pacta struktur eutektik rnernpunyaikekerasan sekitar 54 HRF. Dibandingkan dengan paduanA112SiCuMgNi, kekerasan ini lebih besar 9 skala.Kekerasan paduan All9SiCuMgNi rneningkat rnenjadi 55HRF daD 56 HRF untuk struktur eutektik yangrnernpunyai Si serpihan sekitar 14% dan 25%.

r;:~

~~

Gambar la. Strukturmikro paduan AIZ]SiCuMgNidengan Si serpihan (SOX)

10 15 20

Jumlah SI S.rplhan danP.lat ('I.)~5 30

Gambar 4. Hubungan jumlah Si serpihan dan pelatmemanjang dengan kekerasan paduan Al-Si.

Gambar 3b. Strukturmikro paduan AluSiCuMgNidengan Si pelat memanjang (SOX)

Pengamh Si Serpihan daD Pelat Terhadap KekerasanPaduan AI-Si

Hal yang sarna terjadi pada paduanAI23SiCuMgNi. Struktur eutektik rnengandung Siserpihan dan pelat rata-rata lebih besar dibandingkanpada kedua paduan AI-Si lainnya. Dengan kandunganSi serpihan dan pelat sekitar 10%, kekerasannyarnencapai sekitar 54,5 HRF dan ini lebih besar

dibandingkan dengan paduan AI19SiCuMgNi.Kekerasan 56 HRF dicapai dengan kandungan Siserpihan dan pelat sekitar 15% dan kekerasan rnaksimum,58 HRF, untuk paduan yang rnengandung Si serpihandan pelat sekitar 25%.

Secara urnum, jumlah Si serpihan dan pelat untukpaduan Al19SiCuMgNi terkonsentrasi antara 10% dan17%, sedangkan konsentrasi Si serpihan dan pelat untukPengaruh jumlah Si serpihan dan pelat dalam

122

Pengaruh Si Serpihan Dan Pelat Dalam Struktur Eutektik Pada Kekerasan Paduan Al-Si (Syahbuddin)

paduanAI23SiCuMgNiantara 17%dan 25% (Gambar4).Sebagaimana telah diuraikan sebelumnya, paduanA112SiCuMgNi akan berstruktur eutektik berupa Siberbentukfiber balus danjarum tersebarpadafasa matrikAI. Menurut aturan pengungkit [4], Si serpihan rata-ratauntuk paduan AIl9SiCuMgNi betjumlah 12,4% dan untuk

paduan A123SiCuMgNi, jumlahnya 16,4%. Dengandemikian, naiknya kandungan Si serpihan dan pelat padastruktur eutektik menyebabkan peningkatan paduanAI-Si.

KESIMPULAN

Hasil pengamatan strukturmikro dan pengujiansuat mekanik melalui uji kekerasan paduan AI dengankandungan 12%, 19% dan 23% Si memberikankesimpulan sebagai berikut:1. Paduan Al12SiCuMgNi mempunyai struktur

eutektikberupa Si berbentukjiber halus danjammtersebar diselumh rasa matriks AI.

1 Kandungan Si sekitar 19% pada paduan Al-Simenyebabkan terbentuknya Si serpihan padastruktur eutektik.

3. Kandungan Si sekitar 23% pada paduan Al-Simenyebabkan terbentuknya Si serpihan dan pelatmemanjang pada struktur eutektik.

4. Adanya Si serpihan dan pelat pada struktureutektik akan meningkatkan kekerasan daTi 45 HRFuntuk paduan Al12SiCuMgNi hingga 55 untukpaduan AI19SiCuMgNi dan 58 HRF untuk paduanAI23 Si CuMgNi.

DAFTAR PUSTAKA

[1]. L. F. MONDOLFO, Alwninium Alloys: Structure andProperties, Butterworth & Co (publishers) Ltd

(1979).[2]. K. T. KASHYAP, S. MURALI, K.S. RAMAN, and

K.S. MURTHY, Mat. Science and Tech. 9 (1993),189-203.

[3]. T. B. MASSALSKI, et.al, Binary Alloy PhaseDiagrams, 2nd ed., 1-3, ASM International (1990).

[4]. J. F. SHACKELFORD, Introduction to MaterialsScience for Engineers, 4th Ed., Pretice HallInternational Inc. (1996).

123