BAB IPendahuluan1.1 Latar BelakangKebututuhan teknologi material
belakangan ini mengarah kepada pengembangan material ringan dan
kuat, dengan mampu bentuk yang tinggi, dan komposisi kimia yang
sederhana. Hal in dipicu oleh meningkatnya harga bahan bakar dan
keterbatasan persedian logam. Keterbatasan persediaan logam memicu
penghematan penggunaan logam, sehingga cara pemaduan logam untuk
meningkatkan kekuatannya pada saat ini menjadi kurang efektif.
Salah satu dari sekian banyak bahan non ferrous yang mempunyai
banyak penggunaan adalah aluminum. Aluminum sudah banyak
dipergunakan dalam bidang industri dan transportasi karena memiliki
banyak sifat yang menguntungkan serta teknologi pengolahan yang
ekonomis, hal tersebut menyebabkan aluminum memiliki penggunaan
yang semakin luas. Penggunaan aluminum yang sering dijumpai di
pasaran adalah dalam bentuk paduan.Sebagai tambahan terhadap
kekuatan mekaniknya, aluminum dapat dipadukan dengan Cu, Mg, Si,
Mn, Ni dan sebagainya, secara sendiri-sendiri maupun bersama-sama.
Hal ini dapat memberikan sifat-sifat yang menguntungkan sebagai
contoh diantaranya, yaitu : meningkatkan kekerasan, benda bertambah
ringan, ketahanan terhadap beban impak, tahan aus, koefisien muai
yang rendah dan sebagainya.Kekuatan paduan aluminum yang berkisar
antara 83-310 Mpa dapat ditingkatkan melalui beberapa cara, yaitu :
menambahkan unsur paduan, pengerjaan dingin dan heat treatment
sehingga dapat diperoleh paduan aluminum dengan kekuatan melebihi
700 Mpa (B.H. Amstead : 1995). Di pasaran dapat diperoleh dengan
mudah paduan aluminum dalam berbagai bentuk, antara lain bentuk
pelat dan lembaran. Hampir semua paduan aluminum adalah mampu
bentuk (wrought alloys) sehingga dapat ditempa, dibentuk sambil
dirol, diregang dan dicetak-tekan.Pada proses industri aluminum
hasil pengerjaan dingin memberikan dampak berkurangnya deformasi
plastis karena mengalami pengerasan regangan (strain hardening).
Sehingga pada pengerjaan berikutnya aluminum menjadi keras, kurang
ulet sehingga memerlukan lebih banyak daya untuk pembentukan
selanjutnya dan besar kemungkinan terjadi retak. Oleh karena itu,
si klus pengerjaan dingin (cold working) dilanjutkan annealing
rekristalisasi banyak digunakan untuk membantu proses produksi.
Dengan annealing rekristalisasi maka pengerasan regangan dapat
hilang seiring terbentuknya butir-butir baru sekaligus menaikkan
keliatan bahan (Van Vlack : 1992).Berdasarkan uraian di atas, maka
dalam penelitian ini penulis memilih material paduan aluminium (Al
-Fe) bentuk pelat hasil proses pembentukan yang banyak beredar di
pasaran dan dengan cara perlakuan panas annealing untuk 3
mengetahui sejauh mana pengaruh sebelum dan sesudah mengalami
annealing pada sifat fisis dan mekanisnya.
1.2 TujuanMahasiswa manpu menganalisa hasil uji tarik beberapa
jenis logam sebagia respon mekanis terhadap deformasi dari luar dan
manpu menganalisis karakteristik perpatahan yang dihasilkan.
BAB II TEORI DASAR2.1 Landasan TeoriLandasan teori Surdia
(2009), aluminum ditemukan oleh Sir Humphrey Davy padaoleh H.
C.Oersted tahun 1825. Secara industri tahun 1886, Paul heroult
dierancis dan C. M. Hall di Amerika Serikat secara terpisah
telahmemperoleh logam aluminum dari alumina dengan cara elektrolisa
dari garamnya yang terfusi. Sampai sekarang proses Heroult Hall
masih dipakai untuk mereduksi aluminum.Pemakaian aluminum semakin
meluas akhirakhir ini karena beberapa faktor yang menguntungkan
baik produsen maupun konsumen, antara lain karena ringan dan kuat,
konduktifitas yang baik, daya hantar listrik yang cukup tinggi,
reflektor yang baik dan juga dapat dilakukan hampir semua perlakuan
permukaan, tidak bersifat magnetik, tidak memercik dan tidak
bersifat racun. Aluminum diproduksi dengan cara mereduksi aluminum
klorida. Bahan baku pengolahan aluminum adalah bauksit, yang
terdiri dari : 60 % Alumina / Aluminum Oksida ( Al2O3 ). 34 %
Oksida besi ( FeO3 ) 2,5 % Oksida Titan ( TiO2 ) 3,2 % Asam Keizel
Anhydriet ( SiO2 )Bijih bauksit didapat dalam bentuk batu kecil
dengan warna merah tua dan mengandung air sampai 30 %. Pengolahan
Al2O3 menjadi aluminum menggunakan oven elektrolis yaitu proses
dimana tanah aluminum bersama soda dicairkan dibawah tekanan pada
suhu 160 C dan terjadi persenyawaan aluminum dan sodanya ditarik
sehingga berubah menjadi oksida aluminum yang masih mempunyai titik
cair tinggi (2200 C), titik cair turun menjadi sebesar 1000 C jika
dicampur kriolit, proses cair oksida aluminum yang terjadi dalam
sebuah dapur listrik yang terdiri atas sebuah bak baja plat, di
bagian dalam dilapisi dengan arangmurni, dan diatasnya terdapat
batang - batang arang yang dicelupkan kedalam campuran
tersebut.Arus listrik yang mengalir akan mengangkat kriolit menjadi
cairoleh panas yang terjadi karena arus listrik yang mengangkat
dalam cairan kriolit tersebut adalah sebagai bahan pelarut untuk
oksida aluminum. Al didapat dalam keadaan cair dengan elektrolisa,
umumnya mencapai kemurnian 99,85 % berat. Dengan dielektrolisa
kembali dapat dicapai kemurnian 99,99 %.Aluminum mempunyai sifat
fisik hantaran listrik yang tinggi sepertiterlihat pada tabel 2.1.
Hantaran listrik aluminum kirakira 65 % dari hantaran listrik
tembaga, tetapi massa jenisnya kira kira sepertiganya sehingga
memungkinkan untuk memperluas penampangnya. Oleh karena itu
aluminum dapat digunakan untuk kabel tenaga. Ketahanan korosi
berubah menurut kemurniannya, pada umumnya untuk kemurnian 99,0 %
atau di atasnya dapat dipergunakan di udara dan tahan dalam waktu
bertahuntahun.2.2 sifat fisik dan mekanik pada aluminium2.1 Sifat
fisik aluminiumAluminum mempunyai sifat fisik hantaran listrik yang
tinggi sepertiterlihat pada tabel 2.1. Hantaran listrik aluminum
kirakira 65 % darihantaran listrik tembaga, tetapi massa jenisnya
kira kira sepertiganyasehingga memungkinkan untuk memperluas
penampangnya. Oleh karenaitu aluminum dapat digunakan untuk kabel
tenaga. Ketahanan korosiberubah menurut kemurniannya, pada umumnya
untuk kemurnian 99,0 %atau di atasnya dapat dipergunakan di udara
dan tahan dalam waktubertahuntahun.Tabel 2.1 sifat-sifat fisik
aluminiumNama, Simbol, dan NomorAluminium, Al, 13
Sifat Fisik
WujudPadat
Massa jenis2,70 gram/cm3
Massa jenis pada wujud cair2,375 gram/cm3
Titik lebur933,47 K, 660,32 oC, 1220,58 oF
Titik didih2792 K, 2519 oC, 4566 oF
Kalor jenis (25 oC)24,2 J/mol K
Resistansi listrik (20 oC)28.2 n m
Konduktivitas termal (300 K)237 W/m K
Pemuaian termal (25 oC)23.1 m/m K
Modulus Young70 Gpa
Modulus geser26 Gpa
Poisson ratio0,35
Kekerasan skala Mohs2,75
Kekerasan skala Vickers167 Mpa
Kekerasan skala Brinnel245 Mpa
2.2Sifat mekanik aluminiumUntuk sifat mekanik sendiri seperti
terlihat pada tabel 2.2 tergantung dari seberapa besar kemurnian
aluminum itu sendiri, karenauntuk mendapatkan aluminum dengan
kekuatan mekanik yang baik, dapat menambahkan unsur logam lain
sebagai paduannya, antara lain : Cu, Mg,Zn, Si, Mn, Ni dan
sebagainya baik secara satu persatu maupunersamasama. Berikut
adalah tabel sifat sifat mekanis dan fisisaluminum.Table 2.2 sifat
mekanik aluminium
Sifat Mekanik AluminiumSifat teknik 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 aluminium oksida di
permukaan 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 lebih katodik, karena dapat
mencegah oksidasi aluminium.
2.3 Paduan AluminumPaduan aluminum diklasifikasikan dalam
berbagai standar olehberbagai negara di dunia. Saat ini klasifikasi
yang sangat terkenal dansempurna adalah standar Aluminum
Association di Amerika (AA) yangdidasarkan atas standar terdahulu
dari Alcoa (Aluminum Company ofAmerica) antara lain sebagai
berikut:1. Al Cu dan Al Cu MgDalam diagram fasa Al-Cu yang
ditunjukkan pada gambar 2.1perlakuan panas dan pengerasan paduan
alumunium dapat dilakukandi sistem antara Al dan CuAl2, larutan
padat alfa di daerah sisi Al padatemperatur tinggi merupakan
larutan padat dari berbagai komponenkedua, yang kelarutannya
menurun kalau temperatur diturunkan. Bagipaduan yang mempunyai
diagram fasa seperti itu kalau paduan padakomposisi tertentu
misalnya 4 % Cu-Al, didinginkan dari larutan padatyang homogen
sampai pada temperatur memotong kurva kelarutan unsur kedua dimana
konsentrasinya mencapai jenuh. Selanjutnyadengan pendinginan yang
lebih jauh pada keadaan mendekatikeseimbangan, fasa kedua akan
terpresipitasikan. Konsentrasi darilarutan dapat berubah tergantung
pada kurva kelarutan, dan padatemperatur biasa merupakan suatu
campuran antara larutan padat yang jenuh dan fasa kedua.
Presipitasi tersebut memerlukan keadaantransisi dari atom yaitu
difusi, yang memerlukan pula waktu yangcukup.Kalau material
didinginkan dengan cepat dari larutan padatyang homogen pada
temperatur tinggi, yaitu dengan pencelupandingin, keadaan pada
temperatur tinggi itu dapat dibawa ketemperatur yang biasa.Operasi
ini dinamakan perlakuan pelarutan.
Gambar 2.1 Diagram fasa Al - CuSebagai paduan coran dipergunakan
paduan yang mengandung 4 5 % Cu. Ternyata dari fasanya paduan ini
mempunyai daerah pembekuan yang luas, penyusutan yang besar,resiko
besar pada kegetasan panas dan mudah terjadi retakan pada coran.
Adanya Si sangat berguna untuk mengurangi keadaan itu dan
penambahan Ti sangat efektif untuk memperhalus butir.Sebagai paduan
Al Cu Mg paduan yang mengandung 4 % Cu dan 0,5 % Mg dapat mengeras
dengan baik dalam beberapa hari oleh penuaan pada temperatur biasa
setelah pelarutan, paduan ini ditemukan oleh A. Wilm dalam usaha
mengembangkan paduan Al yang kuat yang dinamakan duralumin. Paduan
yang mengandung Cu mempunyai ketahanan korosi yang rendah, jadi
apabila ketahanan korosi yang khusus diperlukan permukaannya
dilapisi dengan Al murni atau paduan Al yang tahan korosi yang
disebut plat alklad. Aplikasi paduan ini adalah pada bahan pesawat
terbang.2. Paduan Al MnMn adalah unsur yang memperkuat Al tanpa
mengurangiketahanan korosi dan dipakai untuk membuat paduan yang
tahankorosi. Contoh paduan ini adalah Al 1,2% Mn, Al 1,2% Mn
1,0%Mg. Dalam diagram fasa Al Mn yang terdapat pada gambar 2.2
yangada dalam keseimbangan dengan larutan padat Al adalah
Al6Mn.
Gambar 2.2 diagram fasa Al-Mn
3. Paduan AlSiDalam diagram fasa dari sistem paduan Al Si
terlihat padagambar 2.3 ini adalah tipe eutektik yang sederhana
yang mempunyai titik eutektik pada 577 0C, 11,7 % Si, larutan padat
terjadi pada sisi Al,karena batas kelarutan padat sangat kecil maka
pengerasan penuaansukar diharapkan. Kalau paduan ini didinginkan
pada cetakan logam,setelah cairan logam diberi natrium flourida
kira kira 0,05 - 1,1 %,tampaknya temperatur eutektik meningkat kira
kira 15 0C, dankomposisi eutektik bergeser ke daerah kaya Si kira
kira pada 14 %.Hal ini biasa terjadi pada paduan hipereuektik
seperti 11,7 14 % Si,Si mengkristal sebagai kristal primer, tetapi
karena perlakuan yangdisebut di atas Al mengkristal sebagai kristal
primer dan struktureutektiknya menjadi sangat halus. Ini dinamakan
struktur yangdimodifikasi. Sifat sifat mekaniknya sangat
diperbaiki, fenomena iniditemukan oleh A. Pacs tahun 1921 dan
paduan yang telah diadakanperlakuan tersebut dinamakan silium.
Gambar 2.3. Diagram fasa Al Si
Paduan AlSi sangat baik kecairannya, yang mempunyai permukaan
bagus sekali, tanpa kegetasan panas dan sangat baik untuk paduan
coran. Sebagai tambahan ia mempunyai ketahanan korosi yang tinggi,
sangat ringan, koefesien pemuaian yang kecil dan sebagai penghantar
yang baik untuk listrik dan panas. Karena mempunyai kelebihan
tersebut, paduan ini sangat banyak dipakai.Paduan Al12 % Si sangat
banyak dipakai untuk cor cetak.Tetapi dalam hal ini modifikasi
tidak perlu dilakukan.Sifat sifat silumin sangat diperbaiki oleh
perlakuan panas dan sedikit diperbaikioleh unsur paduan.Paduan Al
Si juga banyak dipakai sebagai elektroda untuk pengelasan yaitu
terutama yang mengandung 5 % Si.4. Paduan Al MgDalam paduan biner
Al Mg satu fasa yang ada dalamkeseimbangan dengan larutan padat Al
adalah larutan padat yangmerupakan senyawa antar logam yaitu
Al3Mg2.Sel satuannyamerupakan hexagonal susunan rapat tetapi juga
ada sel satuannyamerupakan kubus berpusat muka rumit.Dapat dilihat
pada gambar2.4.diagram Al-Mg untuk titik eutektiknya adalah 450 oC,
35 % Mgdan batas kelarutan padatnya pada temperatur eutektik adalah
17,4 %Mg, yang menurun pada temperatur biasa kira kira 1,9 % Mg,
jadikemampuan penuaan dapat diharapkan. Secara praktis penambahanMg
tidaklah banyak, pengerasan penuaan yang berarti tidakdiharapkan.
Senyawa beta mempunyai massa jenis yang rendah danmudah
teroksidasi, oleh karena itu biasanya ditambahkan sedikit fluxdari
Be, sebagai contoh 0,004 %.
5. Paduan AlSiMg Pada paduan ini kalau sedikit Mg ditambahkan
kepada Alpengerasan sangat jarang terjadi, tetapi apabila secara
simultan mengandung Si, maka dapat dikeraskan dengan penuaan
perlakuan panas setelah perlakuan pelarutan. Pada gambar 2.5
menunjukkan diagram fasa paduan Al-Mg2Si yang berasal dari
kelarutan yang menurun dari Mg2Si terhadap larutan padat Al dari
temperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah.
Gambar 2.5. Diagram fasa biner semu dari paduan AlMg2Si
Paduan dalam sistem ini mempunyai kekuatan kurang sebagai bahan
tempaan dibandingkan dengan paduanpaduan lainnya, tetapisangat
liat, sangat baik mampu bentuknya untuk penempaan, ekstrusi dan
sebagainya dan sangat baik untuk mampu bentuk yang tinggipada
temperatur biasa. Mempunyai mampu bentuk yang baik padaekstrusi dan
tahan korosi.Karena paduan dalam sistem ini mempunyai kekuatan yang
cukup baik tanpa mengurangi hantaran listrik, maka banyak digunakan
untuk kabel tenaga.Dalam hal ini pencampuran Cu, Fe dan Mn perlu
dihindari karena unsur unsur itu menyebabkan ketahanan listrik
menjadi tinggi.
6. Paduan AlMgZnDalam digram fasa paduan ini yang terdapat pada
gambar 2.6tersebut, aluminum menyebabkan keseimbangan biner semu
dengansenyawa antar logam MgZn2, dan kelarutannya menurun
apabilatemperatur turun.
Gambar 2.6. Diagram fasa biner semu dari paduan Al-MgZn2Paduan
ini dapat dibuat keras sekali dengan penuaan setelah perlakuan
pelarutan. Tetapi sudah sejak lama tidak dipakai karena mempunyai
sifat getas terhadap retak korosi tegangan.
BAB IIIPembahasan3.1Paduan Aluminium 2024 T3(paduan Al-Cu)Paduan
Seri 2XXX. Unsur pemadu utama adalah copper (Cu), tetapi magnesium,
silikon dan mangan juga ditambahkan pada paduan ini. Salah satu
paduan yang penting pada kelompok ini adalah Al 2024. Paduan 2024
diperkuat dengan solid solution and precipitation strengthening,
Paduan 2024-T3 memiliki kekuatan tarik sekitar 400 MPa, sedangkan
pada kondisi T6 sekitar 440 MPa. Paduan ini banyak dipakai pada
struktur pesawat terbang terutama untuk skin dan rivet. Sedangkan
paduan dengan kadar Cu dinaikkan menjadi 4,5% dan Mg menjadi 1,5%
sering dinamakan paduan 2024 yang nama lama disebut duralumin
super. Paduan aluminium 2024 yang ada berasal dari proses
pengerjaan yang dilakukan dengan mengkondisikan T3 sehingga menjadi
paduan Al 2024-T3. dalam hal ini material dipanaskan antara
900-10500F tergantung dari paduannya dan kekuatan paduannya
tergantung pada pemanasan, quenching dan arifticial aging.Al-Cu dan
Al-Cu-Mg Mempunyai kandungan 4% Cu dan 0,5% Mg untuk menambah
kekuatan paduan mampu mesin yang baik serta dipakai pada bahan
pesawat terbang.Memiliki sifat-sifat: 1. Mampu menahan kekuatan
tarik yang tinggi. 2. Memiliki fracture toughness yang baik. 3.
Memiliki perambatan retak yang lambat. 4. Fatigue life baik. 5.
Aplikasi untuk struktur pesawat.6. manpu las yang kurang
Gambar specimen paduan aluminium tipe 2024 T3 sebelum
ditarik
Gambar specimen paduan tipe 2024 T3 sesudah ditarik
3.1.1uji tarik pada aluminium 2024 T3Width (mm)Thickness
(mm)Laod at Max Load (kgf)Stress at Max Load (kgf/mm2)Stress at
offset Yieldi(kgf/mm2)% strain at Auto Break(%)
12.6601.540834.89743.28526.99318.891
3.1.2 Diagram aluminium paduan 2024 T3
3.1.3 Struktur mikro Aluminium paduan 2024 T3
2024 T3 ETSA H3PO4 10%Yang warna hitam = presipitat, yang
berwarna putih = Alfa3.1.4 Aplikasi Aluminiun 2024 T3 Pada sayap
pesawat terbang Skin pesawat terbang Roda gigi3.1.5 kekerasan
Aluminium paduan 2024 T3 HRB = 64 HB = 110Alat yang digunakan yaitu
Nikkon Elviso3.2 Paduan Aluminium tipe 7075 T62 (paduan
AL-Zn)Paduan Seri 7XXX. Unsur pemandu utama paduan ini adalah Zn,
disamping itu juga ditambahkan unsur lain seperti Mg, Cu, Mn dan
Cr, dimana akan terbentuk senyawa metalik MgZn2yang merupakan
presipitat dasar yang memperkuat paduan ini. Paduan 7075 merupakan
salah satu paduan yang penting dari kelompok ini dimana kekuatan
tariknya dapat mencapai 500 MPa.Paduan ini banyak digunakan pada
struktur pesawat terbang.Pada pesawat terbang, front spar dibuat
dari paduan aluminium type 7075, pada paduan ini memiliki ketahanan
korosi disetai ketahanan terhadap bebantekan yang baik.Gambar
specimen paduan aluminium tipe 7075 T62 sebelum ditarik
Gambar specimen paduan aluminium tipe 7075 T62 sesudah
ditarik
3.2.1. Data uji tarik aluminium paduan tipr 7075 T6/ seri
7XXXWidth (mm)Thickness (mm)Load at Max Load (kgf)Stress at Max
Load (kgf/mm2)Stress at offset Yield (kgf/mm2)% Stain at Auto Break
(%)
12.4401.5401154.67760.27253.45611.947
3.2.2 Diagram aluminium paduan tipe 7075 T62/seri 7XXX
3.2.3 Struktur miko paduan aluminium tipe 7075 T62
7075 T6 ETSA KELLER
3.2.4 Aplikasi paduan aluminium tipe 7075 T62 Rangka pesawat
Font spar3.2.5 Data kekerasan dari paduan aluminium tipe 7075 T62
HRB 91 HB 190
3.3 Paduan aluminiu 6061T4Paduan Seri 6XXX.Unsur pemadu utama
adalah magnesium dan silikon yang membentuk senyawa intermetalik
Mg2Si, yang dalam bentuk presipitat memperkuat paduan ini.Paduan
6061 merupakan salah satu kelompok yang banyak dipakai, pada
kondisi T6 paduan ini mempunyai kekuatan tarik sekitar 290
MPa.Paduan ini banyak dipakai untuk stuktur-stuktur umum.Paduan
Aluminium-Magnesium-Silikon termasuk dalam jenis yang dapat
diperlakupanaskan dan mempunyai sifat mampu potong, mampu las dan
tahan korosi yang cukup (Wiryosumarto, 2000). Jika Magnesium dan
Silikon dipadukan bersama Aluminium, maka akan terbentuk Magnesium
Silikat (Mg2Si), kebanyakan paduan Aluminium mengandung Si,
sehingga penambahan Magnesium diperlukan untuk memperoleh efek
pengerasan dari Mg2Si. Tetapi sifat paduan ini akan menjadi getas,
sehingga untuk mengurangi hal tersebut, penambahan dibatasi antara
0,03% - 0,1% (Heine, 1995:320).Sifat aluminium paduan Al-Mg-Si
Gambar specimen paduan aluminium 6061 T4 sebelum ditarik
Gambar specimen paduan aluminium 6061 T4 sesudah ditarik
3.3.1 data uji tarik paduan aluminium tipe 6061 T4Width
(mm)Thickness (mm)Load at Max Load (kgf)Stress at Max
load(kgf/mm2Stress at offset yield(kgf/mm2% strain at Auto break
(%)
12.5001.500537.77628.68115.07622.085
3.3.2 Diagram paduan aluminium tipe 6061 T4
3.3.3 Struktur Mikro paduan aluminium tipe 6061 T4
6061 T62 ETSA HF2%3.3.4 Aplikasi paduan aluminium tipe 6061 T4
Cubing hidrolik Skin bawah pesawat terbang3.3.5 Data kekerasan dari
paduan aluminium tipe 6061 T4 HRE 75 HB 83
Alat digunakan pada proses uji tarik aluminium sebagai
berikut
KesimpulanBerdasarkan hasil pengujian dan hasil dari data yang
diperoleh maka disimpulkan bahwa1. Kekerasan yang diperoleh dari
ketiga spesime adalah sebagai berikut Tipe 7075 T62 kekerasanya HRB
91 HB 190 Tipe 2024 T3 kekerasanya HRB = 64 HB = 110 Tipe 6067 T4
kekerasanya HRE 75 HB 83
2 | Page