PENGUJIAN DAN KARAKTERISASI PADUAN-PADUANALUMINIUM SILIKON P ADA PROGRAM RUT ..

G.J. Tiendas2

ABSTRAKPENGUJlAN DAN KARAKTERISASI PADUAN-PADUAN ALUMINIUM SILIKON PADA PROGRAM RUT I

Telah dilakukan pengujian dan karakterisasi pada paduan-paduan Aluminium cor yang mengandung Si 5% dan Si 10% masing-masingdalam berbagai variasi unsur yaitu Cu dari 0 sampai 5% dengan Mg 0.4% daD Zn 1% dan variasi Zn dari 0 sampai 1.5% dengan Mg 0.4%dan Cu 30/0 Setiap variasi dicor dalam bentuk spesimen uji tarik standar dalam cetakan pasir dan cetakan logam. Jumlah spesimen dibuatsehingga cukup untuk mengadakan pengujian pada kondisi as-cast, perlakuan pada suhu 480 sampai 520 C tanpa dan dengan penuaanbuatan Pemeriksaan metalografi juga telah dilakukan untuk memberi kejelasan tentang hasil pengujian. Dalam tulisan ini diperhatikansecara khusus hasil pengujian kekuatan tarik pada berbagai komposisi daD perlakuan panas. Dapat ditarik kesimpulan bahwa variasikomposisi hanya dapat meningkatkan kuat tarik dari sekitar 17 kgimm2 menjadi sekitar 22 kgimm2 sedang perlakuan panas dapatmeningkatkan sampai 30 kgimm2 bahkan ada yang mencapai lebih dari 35 kgimm2. Data hasil pengujian ini dapat membantu industridalam usaha meningkatkan mutu produk. Metode penelitian yang dilakukan di sini dirasa dapat diterapkan pada spektrum paduanaluminium lainnya yang masih belum diketahui dengan rinci karakterisasinya agar dengan cepat diperoleh data kondisi-kondisi paduandan perlakuan proses yang optimal.

ABSTRACTEXPERIMENTATIONS AND CHARACTERIZATION OF ALUMINUM-SILICON ALLOYS IN THE RUT I

RESEARCH PROGRAM. Experimentations and characterization have been made on cast aluminium alloys containing 5% Si and 10%Si. with variation ofCu from 0% to 5%. all having Mg 0.4 % dan Zn I % and variation of Zn from 0 to 1.5 % having Mg 0,4 % and Cu30/0 respectivelly. From every variation of the alloys, casting were made to produce standardized tension specimen using green sand moldand cast iron permanent mold systems. Enough quantity of specimen was made to be able to carry out testing for the alloy conditions ofa."-ca.,,t. heat treated at 480 C to 520 C with and without artificial aging. Metallographical examination were also carried out to obtainfurther insight of the test results. In this paper special attention was paid to the tensile testing results for the different variation ofchemical composition and heat treat condition. Results showed that changes in the chemical composition made were only able to increasethe tensile strengths from about 17 kgimm2 to about 22 kgimm2 while correct heat treatment easily increase these to 30 kgimm2 even upto beyond 35 kgimm2. Data obtained from these experiments could certainly be utilized to assist the industry in its effort to produce betterquality products. The method of investigation used in this experiments seemed to be appropriate to be applied to other portion of thealuminium alloy spectrum of which their specific characteristics are not too well informed. and where data of alloy conditions andoptimal proses treatment should be obtained in a relatively short time.

KEY WORDSAhllninillm silicon alloy. iron permanent tnold .vystem. tensile strengths.

PENDAHULUAN

Dalam menghadapi alam persaingan yangmakin ketat dalam produk-produk industri, agardapat mempertahankan kelangungan hidup suatupabrik, makin dituntut kualitas yang andal bagiproduk yang dipasarkan. Salah satu segi yang sangatberperan dalam mengembangkan dan menjaga mutuadalah pada segi matrial yang dipakai yang harusdapat memenuhi kriteria yang diminta. Dengan ternsmeningkatnya pemakaian paduan-paduan Aluminiumuntuk berbagai komponen peralatan teknik, terntamayang berupa produk cor, berbagai aspek yangberkaitan dengan informasi, pengetahuan danpengalarnan tentang bagaimana mendapatkan sifat-sifat mekanis daD kemampuan-kemampuan teknisyang optimal dari matrial ini, perlu dimiliki. Alihtcknologi di bidang ini melalui pernsahaan-perusal1aan daD industri di Indonesia yang patungandcngan pernsahaan asing sampai saat ini masihbelum memadai. Untuk ikut mengatasi kendala ini,dalam progranl RUT I -Paduan Aluminium telahdiusahakan untuk dengan dana yang disediakandipadu dengan pemanfaatan sumber daya dan saranayang ada, melakukan kegiatan penelitian di bidang

paduan aluminium yang dirasa belum atau tidakdilakukan oleh industri namun yang hasilnya pastidapat dimanfaatkan oleh industri.

Kegiatan yang direncanakan dilakukandengan membuat paduan-paduan sendiri dari bahandasar Al murni basil pabrik PT INALUM yangdicampur dengan elemen-elemen pemadu yang dapatdibeli di pasaran dalam negeri. Dari setiap campuranyang dipadu dibuatkan spesimen uji yang setelahdiberi berbagai perlakuan panas dilakukankarakterisasi. Karena jumlah paduan aluminiumkomersial yang telah dikenal di dunia ini begitubanyak, sekitar 960 macam [I], sedang yang dipakaidalam industri di Indonesia barn beberapa saja, makauntuk tahap awal dipilih kelompok yang dekatdengan yang sudah banyak dipakai di SilU, yaitukelompok AISi. Yang menjadi pokok perhatiankhusus adalah sifat mekanis kuat tarik, karena sifatini masih tetap relevan sebagai dasar teknis dalamkriteria disain [2]. Hasil uji diolah dalam berbagaibentuk graflk yang dapat mempennudah untukmenyimak maknanya. Sebagai pembandingdiperhatikan data teknis yang dikemukakan dalam [3]halama.. 56 dan selandjumya.

71

Prosidin~ertemuan l~h Sains Materi 1997 /SSN /4/0-2897

CARA KERJA Pengujian mekanis.Uji tarik dilakukan dengan mesin uji tarik

universal merek "Detroit" model UTN4 yang telahdikalibrasi. Data kuat tarik diperoleh denganmenghitung dari mmus S=F/Ao dengan F adalahgaya pada waktu spesimen akan patah dan Ao adaIahluas penampang yang terdapat pada diameter ujispesimen. Elongasi didapat dari pengukumn panjangukur spesimen sesudah patah dikurangi panjang awaldibagi panjang awal dengan mmus: e=(L I-Lo )/Lo,[2].

Penyediaan sam pel.Paduan dibuat dengan menimbang unsur-

unsur yang akan menjadi satu batch dengan susunankimia tertentu. Peleburan dilakukan dalam suatutungku krusibel kapasitas 80 kg yang dipanasidengan bahan bakar minyak. Macam paduan yangdibuat ialah seperti yang tercantum dalam Tabel 1.Setiap komposisi paduan. dicor dalam bentukspesimen uji tlrik standar untuk cetakan pasir daD

Tabel

AISi 10%Co [%]

0

1,5353333

AlSi 5%Co [%]

0

1,5353331

~11

Znf%!KodeAllAllAl3Al4A31A3lA33A34

KodeBllB12B13B14B31B32B33B34

0

0,50

0,5

1 ) l,~

Pemeriksaan metalografi.Sampel metalogarnfi dibuat menurut

prosedur yang lazim untuk paduan Aluminium dandilakukan untuk setiap macam paduan dengan semuakondisi perlakuan panas dan macam cetakan yangdipakai. Pemeriksaan dilakukan dengan mikroskopoptis dengan lensa pembesaran lOOx dan 500x dandibuatkan foto-fotonya. Hasil pemeriksaan inisangat diperlukan untuk meyakini dan mendapatpengertian yang lebih mendalam tentang gejala-gejala yang diperoleh pada pengujian-pengujian yangtelah dilakukan.

untuk cetakan logam. Jumlah sampel yang harnsdisediakan adalah sedemikian sehingga tersedia 4sampel uji tank untuk setiap kondisi perlakuan panas,yaitu As-cast, pelarntan pada subu 480 C tanpapenuaan (aging), pelarntan pada subu 480 C denganaging, pelarntan pada subu 500 C tanpa dan denganaging, demikian juga pelarntan pada subu 520 Ctanpa dan dengan aging.Pemberian kode sam pel.

Setiap sampel diberi kode dengan hurufketok pada bagian sampel yang tidak menggangu danterganggu dan agar kode dapat bertahan dan terbacasampai sesudah pengujian. Kode Axx berarti paduanmengandung Si 5% dan Bxx berarti mengandung Si10%. Diberi tanda P untuk proses cor cetakan pasirdan L untuk proses cor cetakan logam. Angka dibelakang P dan L adalah nomer pengecoTan. Yangtidak diberi perlakuan panas diberi tanda AC (AsCast), TI mcnandakc'ln telah diberi perlakuan panaspelarntan pada subu 480 C selama 12 jam diikutidengan pecelupan langsung ke air pendingin. T2menandakan subu pelarutan 500 C dan T3menandakan subu pelarntan 520 C. Tanda Asesudahnya berarti bahwa sesudah perlakuan panaspelarutan dan pencelupan, serta telah dilanjutkandengan penuaan buatan pada subu 175 C selama 10jam. Penandaan kode sampel sedemikian ini pentinguntllk mencegah tertukamya sampel dan agar dapatditelusuri dengan cermat sejarah perlakuannya.

BASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil uji berupa data pengamatan telahdiolah dan disusun menjadi bentuk-bentuk grafikyang dapat mempennudah menyimak makna daripengujian dan karakterisasi yang telah dibuat antaralain pengertian-pengertian sebagai berikut:

Pengaruh penambahan dad pengubahankandungan unsur.

Graftk-grafik pada Gambar 1 menunjukkanbahwa tanpa sesuatu perlakuan panas, penambahankadar Cu sampai 5% hanya dapat menaikkan kuattarik dari sekitar 17 kg/mm2 menjadi sekitar 24kgimm2. Pemakaian cetakan logam memang selalumemperbaiki kuat tarik [3J. Kadar Si 10% ternyatahanya sedikit meningkatkan kuat tarik.

172

reran perlakuan panas.Gmfik All daTi Gambar 2 menunjukkan

bahwa perlakuan panas makin meningkatkan kuattarik kelompok AI Si 50/0, daTi sekitar 15 kgimm2

menjadi 120 sampai 25 kgimm2 walau tidak dengan

penuaan buatan. Dengau penambahau penuaanbuatan kuat tarik dapat mencapai 28 sampai 35

kgimm2.

KESIMPULAN

I. Kegiatan program semacam ini telahsangat membuka wawasan pengenalan danpengetahuan dan pengalaman mengenai banyakaspek dari proses pemaduan, pengecoran, pengujiandan penyimakan basil uji.

2. Hasil uji yang didapat ini dapat menjadiacuan daD titik tolak untuk penelitian yang lebihIan jut.

3. Data yang diperoleh dapat dijadikanpatokan untuk industri yang ingin meningkatkanmutu kekuatan produk yang mernakai paduan AI Sidengan berbagai komposisi yang ada di sekitarpaduan-paduan yang diperiksa di sini.

DAFTAR PUSTAKA

[IJ JOHN G. GENSURE dan DANIEL L. POTfS(Editor), "International Metallic Material Cross-Reference", 3rd Edition, Genium PublishingCorporation, New York, USA (1991).

[2J PATRICIA HAN (Ed.), "Tensile Testing",ASM International, The Materials InfonnationSociety, Materials Park, Ohio, USA (1993)

[3J DONNA L. ZALENSAS, "Aluminum CastingTechnology", 2nd Edition, AmericanFoUDdrymen'S Society, Inc., Des Plaines,Illinois, USA (1993).

[4J ASM, "ASM Handbook, Volume 9Metallography dan Microstructures", ASMInternational, The Materials InfonnationSociety, Materials Park, Ohio, USA, (1995) 377.

Untuk kandungan Cu 3% dan 50;0 dapatdiperoleh kUat tarik yang optimal pacta kondisi subupeJarutan 500 C disertai penuaan buatan. Bila diberi

subu pelarutan 520 C, kuat tariknya justru jatuhdrastis. Teljadi pelampauan suhu kritis yang

menyebabkan peleburan eutektik [4], yangfenomenanya terbaca pacta rota metalografi sepertipacta Gambar6.

Pengaruh perubahan kadar Si.

Grafik untuk paduan Bl3 pacta Gambar 3menunjukkan bahwa Si menolong untuk mencegahjatuhnya harga kuat tarik untuk paduan yangmengandung 3% Cu daD dapat memberikan kuattarik maksimum 40 kg/mrn2 pacta kondisi pelarutan

520C.

Suhu perlakuan panas pelarutan.

Grafik-grafik pacta Gambar 4 menunjukkanbahwa untuk kelompok AISi 5% daD AISi 10% subupelarutan memegang peranan yang menentukan.Dengan subu pelarutan 480 C kuat trik yang didapattanpa penuaan buatan justru dapat sedikit lebih tinggidari yang memakai penuaan buatan, yaitu naik darisekitar 16 sampai 19 kg/mm2 menjadi sekitar 24

sampai 28 kg/mrn2. Namun dengan subu pelarutan500 C, penuaan baru dapat memberi basil yang jaub

diatas yang tanpa penuaan yaitu dapat mencapaiharga 35 kg/mm2 dan lebih dibandingkan dengan 25

sampai 30 kg/mrn2 bagi yang tanpa penuaan buatan.

Pengaruh Si 10% dibandingkan dengan Si 5%.

Grafik-grafik pacta Gambar 5 menunjukkanbahwa kuat tarik pada kelompok AISi 5% (Allsampai A34) tidak jaub berbeda dengan basil yangdiperoleh dari kelompok AlSi 10% (Ell sampaiB34). Kadar Si tinggi sering diperlukan da1am prosespengecoran karena meningkatkan fluiditas.

Hasil pemeriksaan metalografi.

Gambar 6 memperlihatkan bahwa

peningkatan suhu pelarutan menjadi 520 C. telah

mengakibatkan terjadinya peleburan pacta barns-barnsbutir AISi yang mengandung Cu 5% yang bersifat

sangat rapull [4]. Ini menyebabkan jatuhnya hargakuat tarik seperti yang terlihat pacta grafik padaGambar 2.

173

ISSN 1410-2897Prosidin!?-£ertemuan Il~iah Sains Materi 1997

Kuat Tarik AISi 5%, Pasir &

LogamGrafik A

Kuat Tarik AI Si S% dan 10%Cetakan Logam

Grafik B

40

N

~O'Dt~.»'wo

40 j. -' I }o i ..: .

..ijZO ",-- ~~

~O ~~ r --1; ,

r-~;;;)1' l~::::~) .1--L,,-

1:; ;; IK8d., Cu (%)

0

---~

-+-Si S°A.(Logam) :

, L:r!::::!2~~!.j:

0 III I

0 1.5 3 5K8d8rCUI%)

0

Kuat tarlk AI-51 5% & 10%Cetakan Paslr

Grafik D

40 ~I

10 i",

Kuat tarik berbagai paduan AlSi 5% dan 10% pada kondisitidak diperlakukan panas.

Gambar

174

10 -""-' ,

]0 51 5%(PaV> .-

Sl1~(P")0 ,,""" : '"

0 1.5 3 5

K8d8r Cu 1%1-..

Pro"l'iding Pertemuan Ilmiah SainsMateri 1997 /SSN 14/0-2897

Kuat Tarik Paduan A12

oX'C

~~~

Kuat Tarik Paduan A14

Kuat tarik paduan-paduan AISi 5% pada berbagai kondisiperlakuan panas.

Garnbar 2.

175

Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Maten 1997 ISSN 1410-2897

Kuat Tank Paduan 811

~_..

Kult Tlrik Plduan 812

Kuat Tarik Paduan 814

0{0N'"

Gambar 3. Kuat tarik paduan-paduan AISi 10% pada berbagai kondisiperlakuan panas

176

~

~

Kuat tarik paduan AISi 5% dan 10 % dengan perlakuan panas(cetakan pasir).

Gambar4.

177

ISSN 1410-2897Prosiding Pe~~muan Ilmiah Sai~s Materi 199~

45

40

35 i

I30 .

~,.-",r.~~~~~~, i -'-1G-L-480A

a;

.5

.0

35

30

25 ;

20

15

10

5

0

-

" ~

-+-10-l-AC-O-10-l-500-'-10-l-500A

--+ ,-- 1--N .., ..-

,

~~~aJ ~

KodePaduan

;-.

~m

~II)

Gambar 5. Kuat tarik berbagai paduan AlSi 5% daD 10% dengan

perlakuan panas (cetakan logam).

178

Gejala pelebunm batas butir yang terlihat pada sampel yangmengalami perlakuan panas pelarutan pada subu 520C.

Gambar 6

179