Analisis Struktur Mikro dan Sifat Mekanik Paduan Al-Mg Hasil Proses Metalurgi Serbuk

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (213) Analisis Struktur Mikro dan Sifat Mekanik Paduan - Hasil Proses Metalurgi Serbuk M. Muzakki Sholihuddin, Hariyati Purwaningsih Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Kampus ITS Sukolilo, Surabaya hariyati@mat-eng.its.ac.id Abstrak Paduan berbasis aluminium merupakan salah satu paduan yang banyak sekali manfaatnya dalam dunia industri. Salah satu manfaatnya adalah sebagai struktur pesawat terbang. Banyak cara yang dilakukan untuk mensintesa paduan ini. Salah satunya adalah metalurgi serbuk, dengan penambahan benzene. Penambahan benzene berfungsi menghindari gesekan serbuk dan dengan cetakan saat di kompaksi. Kompaksi dilakukan dengan beban 15 Mpa. Dalam penelitian ini juga dilakukan proses sintering terhadap paduan setelah dilakukan mixing dan kompaksi. Sintering dilakukan pada temperatur 4 C selama 2 jam. Identifikasi material dilakukan menggunakan XRD, SEM-EDX, Metallografi, dan Hardness. Banyak faktor yang berpengaruh terhadap sifat mekanik paduan -, maka dalam penelitian kali ini melibatkan serbuk, dan penambahan serbuk dengan 2% berat dan 5% berat. Di harapkan dengan penambahan serbuk dapat memperbaiki struktur mikro dan sifat mekanik paduan berbasis aluminium dibandingkan dengan alumunium murni. Kata Kunci :,, Paduan -, Metalurgi serbuk, I. PENDAHULUAN A luminium adalah logam yang paling banyak terdapat di kerak bumi, dan unsur ketiga terbanyak setelah oksigen dan silikon. uminium terdapat dikerak bumi kira-kira 8,7% hingga 8,23% dari seluruh massa padat dari kerak bumi, dengan produksi tahunan dunia sekitar 3 juta ton pertahun. [1] Selama 5 tahun terakhir aluminium telah menjadi logam yang luas penggunaannya setelah baja. Perkembangan ini didasarkan pada sifat-sifat nya yang ringan, tahan korosi, kekuatan dan ductility yang cukup baik (aluminium paduan). Yang paling terkenal adalah penggunaan aluminium sebagai bahan pembuat pesawat terbang yang memanfaatkan sifat ringan dan kuat nya. [2] Magnesium () merupakan logam paling ringan diantara logam yang biasa dipakai dalam suatu struktur. Magnesium merupakan unsur yang termasuk melimpah keberadaannya di bumi. Dari sifat logam aluminium yg baik serta logam magnesium yg melimpah keberadaan ny di bumi, maka banyak penelitian yang membuat paduan - ataupun paduan - dengan logam yang lain misalnya logam besi (Fe). [3] Paduan aluminum magnesium (-) merupakan salah satu paduan aluminium yang sering digunakan untuk aplikasi teknik dalam bidang industri. Paduan ini banyak digunakan karena mempunyai ketahanan dan mampu tuang yang baik. Paduan aluminum magnesium dapat ditingkatakan kemampuan mekanisnya dengan cara memberikan penambahan unsur dan Fe, juga unsur penghalus butir. Penambahan kadar dalam jumlah yang besar dapat menaikan kekerasan dan kekuatan tarik pada paduan, tetapi menurunkan regangan. [4] Perolehan peningkatan sifat mekanik memanfaatkan unsur-unsur yang terkandung di dalam bahan baku uminium murni yaitu kandungan Si dan Fe yang dikombinasikan dengan logam Magnesium yang ditambahkan. [5] Paduan - sering disebut Hidronalium, merupakan paduan dengan tingkat ketahanan korosi yang paling baik dibandingkan dengan paduan aluminium lainnya. [6] Ada beberapa metode yang digunakan untuk mensintesis aluminium dengan magnesium, seperti mechanical alloying, mechanical milling, solkjaer, mixing, dan lain-lain. Pada penelitian ini digunakan metode mixing [7] dengan penambahan benzene. Penambahan benzene berfungsi untuk menghindari gesekan serbuk dan dengan cetakan pada saat di kompaksi. Kompaksi dilakukan dengan beban 15 M pa. Dalam penelitian ini juga akan dilakukan proses sintering [8] terhadap paduan setelah dilakukan mixing dan kompaksi. Sintering sendiri adalah suatu metode metalurgi serbuk yang didasarkan pada difusi atom. [9] Difusi akan terjadi dengan cepat jika dalam keadaan temperatur yang tinggi dibawah titik lebur bahan. Fungsi dari sintering yaitu dapat mengubah sifat dari bahan yang di sintering. Sintering dilakukan dengan temperatur 4 C selama 2 jam. Banyak faktor yang berpengaruh terhadap sifat mekanik paduan -, maka dalam penelitian ini digunakan variasi % berat Magnesium pada paduan -. Di harapkan dengan variasi % berat Magnesium dapat diketahui kadar % berat Magnesium yang paling baik pada paduan -, untuk meningkatkan sifat mekanik dan struktur mikro pada paduan -. Penelitian ini mengamati dan menganalisa pengaruh Magnesium terhadap struktur mikro dan sifat mekanik paduan -.

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (213) II. URAIAN PENELITIAN II.1. Bahan Preparasi awal material menggunakan serbuk (Merck, kemurnian 99,7%), (Merck, kemurnian 9%). PCA yang digunakan ketika mixing adalah benzene. Gas argon digunakan saat proses pemanasan. difraksi dan. (dijelaskan pada gambar 2 dan gambar 3). II.2. Metode Metode yang digunakan dalam penelitian ini sintesa uminium dan Magnesium dengan proses Mixing. Mixing dilakukan menggunakan alat cawan penggerus dengan ditambahkan benzene. Furnace yang digunakan adalah model Tube Furnace. Proses pemanasan dilakukan dalam keadaan vakum dengan dialiri gas argon. II.3 Analisis Analisa distribusi ukuran partikel setelah proses mixing dilakukan dengan menggunakan Sieving. Analisa perubahan fasa yang terjadi pada serbuk dan pellet hasil mixing dan sintering dikarakterisasi menggunakan XRD Phillips X Pert MPD System (X-Ray Diffraction) dengan CuKα sebesar Å dan range sudut sebesar 1 o -9 o. Hasil XRD dianalisa dengan menggunakan software High Score Plus. Karakterisasi struktur mikro hasil kompaksi dan sintering berupa pellet menggunakan SEM (Scanning Electron Microscope) FEI tipe INSPECT S5, dan Metallografi Olympus GX71. Sedangkan analisa sifat mekanik kekerasan menggunakan pengujian Micro Vickers Hardness Bouhler. III. DATA DAN PEMBAHASAN Serbuk hasil mixing dilakukan pengujian sieving untuk mengetahui distribusi partikel yang terdapat pada paduan. Tabel 1 adalah hasil pengujian sieving pada spesimen serbuk pure, + 2%, dan + 5%. Mixing yang dilakukan menunjukkan jarak distribusi ukuran partikel t. Pengaruh penambahan terhadap paduan umunium membuat ukuran partikel semakin besar. Gambar 1. Hasil Uji XRD Pada serbuk Hasil Mixing : (a) Murni (b) + 2% (c) + 5%. Gambar 2 menunjukkan bahwa puncak difraksi pada setiap variabel penambahan komposisi berat. Terdapat pergeseran kurva dan pelebaran kurva yang dimiliki yang semula terdapat pada 2θ = 38,5878º menjadi 2θ = 38,59324º pada + 2%. Pelebaran puncak difraksi ini mengindiasikan terjadi perubahan struktur kristal yang dimiliki dimana perubahan struktur kristal ini diakibatkan dari pembentukan fasa baru yaitu solid solution - atau bisa juga disebut fasa α. Unsur yang terlarut pada. Hasil ini sama dengan yang telah dilaporkan Scudino [1] yang mengatakan bahwa Hasil XRD menggunakan panjang gelombang Co Kα menunjukkan terjadi pelebaran puncak difraksi seiring dengan penambahan komposisi paduan. Melebarnya puncak difraksi ini menandakan bahwa terbentuk fasa solid solution () ss dimana unsur larut dalam. Ukuran Partikel Tabel 1 Distribusi ukuran partikel Murni + 2% + 5% >224µm 21,35 25,55 23, µm 15,46 22,9 19,3 <14 µm 63,19 52,36 57,2 Gambar 1 a dalah hasil pengujian XRD pada serbuk setelah dilakukan mixing. Untuk serbuk murni yang ditunjukan oleh grafik (a), terdapat peak yang menunjukan unsur. Pada grafik (b) yaitu pada serbuk + 2% menunjukan model yang sama dimana hanya terdapat peak untuk. Pada grafik (c) yaitu serbuk + 5% M g juga menunjukan model yang sama tetapi terdapat peak untuk. Bila dilihat secara sepintas terlihat memang tidak terjadi perubahan yang signifikan terhadap puncak difaksi dari unsur dan, tetapi bila diamati dengan detail terjadi pergeseran dan pelebaran kurva pada kedua puncak Gambar 2. Puncak Difraksi Pada Setiap Variabel Penambahan Komposisi Berat. Gambar 3 menunjukkan analisa single peak unsur yang terdapat pada 2θ = 36,6754º. Dapat dilihat puncak difraksi yang dimiliki oleh semakin melebar dan intensitasnya juga semakin tinggi seiring dengan penambahan komposisi berat. Hal ini mengindikasikan

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (213) semakin banyak penambahan komposisi berat maka puncak difraksi semakin melebar dan intensitasnya juga semakin tinggi. Hasil ini sama dengan yang telah dilaporkan Yuriy [11] pada penelitiannya menyatakan bahwa hasil XRD yang dilakukan pada paduan mekanik - dengan penambahan %berat, menunjukkan semakin banyak penambahan % berat maka terjadi penambahan lebar kurva pada. unsur. Peak ini bersesuaian dengan (JCPDF# ) dengan 2θ sebesar 45,2676. Pada grafik (b) yaitu pada pellet + 2% menunjukan model yang sama terdapat peak untuk. Peak ini bersesuaian dengan (JCPDF# ) dengan 2θ sebesar 45,2376. Untuk unsur pada grafik (b) terlihat terjadi kenaikan intensias dari pada grafik (a) murni. Hal ini dikarenakan adanya penambahan Magnesium pada paduan uminium. Pada grafik (c) yaitu pada pellet + 5% menunjukan model yang sama terdapat peak untuk yang mengalami kenaikan intensitas. Peak ini bersesuaian dengan (JCPDF# ) dengan 2θ sebesar 44,7229. Bila dilihat secara sepintas terlihat memang tidak terjadi perubahan yang signifikan terhadap puncak difraksi dari unsur, tetapi bila diamati dengan detail terjadi pergeseran dan pelebaran kurva pada puncak difraksi. Pada masing-masing spesimen yang dilakukan sintering terjadi perubahan puncak difraksi. Gambar 3. Puncak Difraksi Pada Setiap Variabel Penambahan Komposisi Berat. Pada Tabel 2 menunjukkan analisa data XRD serbuk hasil mixing. Berdasarkan tabel 2 pada kolom FWHM variabel penambahan komposisi berat terdapat perbedaan. Besarnya nilai FWHM ini berpengaruh pada pelebaran kurva. Berdasarkan Tabel 2 pada kolom FWHM untuk fasa menunjukkan perubahan nilai yang signifikan. Perubahan ini mengindikasikan adanya perubahan struktur kristal pada unsur. Dari nilai FWHM dapat dihitung nilai mikrostrain (ε) dari murni, + 2%, dan + 5%. Dari hasil perhitungan di dapatkan nilai mikrostrain (ε) dari murni sebesar 31,56 x 1-4, pada + 2% sebesar 4,14 x 1-4, dan pada + 5% sebesar 23,16 x 1-4. Sedangkan pada kolom parameter kisi menunjukkan perubahan nilai yang meningkat pada setiap variabel penambahan komposisi berat, pada murni sebesar 4,41, pada + 2% nilai parameter kisi meningkat sebesar 4,51, dan pada + 5% juga terjadi peningkatan sebesar 4,65. Hal ini mengindikasikan lattice parameter mengalami regangan karena difusi atomik pada setiap variabel penambahan komposisi berat. Sampel 2θ ( o ) Murni + 2% + 5% Tabel 2. Analisa Data XRD Hasil Mixing. 38, , ,672 d- spacing 2,3419 2,3316 2,33212 Parameter Kisi a b C 4,41 4,51 4,65 4,41 4,51 4,65 4,41 4,51 4,65 FW HM,167 3,22,18 Strain (ε)x1-4 31,56 27,69 28,89 Gambar 4. Hasil Uji XRD Pada Pellet Hasil sintering dengan Temperatur 4 o C, holding time 2 jam : (a) Murni (b) + 2% (c) + 5% Gambar 5 dijelaskan puncak difraksi dari pellet yang sesudah di sintering. Pada masing-masing pellet murni, + 2%, dan + 5% M g menunjukan adanya kenaikan intensitas dari pada spesimen yang sebelum di sintering. Kenaikan intensitas ini seiring dengan penambahan komposisi berat Magnesium pada paduan uminium. Hal ini di sebabkan karena adanya reaksi ikatan antar partikel serbuk dan pada waktu proses sintering yang mengakibatkan perubahan struktur Kristal, sehingga membentuk fasa baru yaitu solid solution - atau bisa juga disebut fasa α, dimana unsur yang larut pada. Hasil ini sesuai apa yang dilaporkan dinda [12] yang mengatakan bahwa penambahan unsur pada paduan uminium menunjukkan peak tidak muncul pada analisa XRD setelah dilakukan proses sintering. Hal ini menandakan bahwa terbentuk fasa solid solution () ss dimana unsur larut dalam. Gambar 4 adalah hasil pengujian XRD pada pellet setelah dilakukan sintering dengan Temperatur 4 o C, holding time 2 jam. Untuk serbuk murni yang ditunjukan oleh grafik (a), terdapat peak yang menunjukan

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (213) (a) (b ) (c ) Gambar 7. Hasil SEM Setelah Proses sintering 4 o C, holding time 2 jam Perbesaran 2X Pada (a) Pure (b) + 2% (c) + 5% Gambar 5. Perubahan Puncak Difraksi Setelah proses Sintering 4 o C dan Sebelum proses Sintering 4 o C. Pada Gambar 6 dijelaskan hasil uji SEM pellet setelah mixing. Gambar (a) pada murni terlihat morfologi berbentuk pipih atau flake. Pada gambar (b) dan (c) dengan penambahan dapat dilihat morfologi unsur berbentuk spherical atau bulat yang menempel pada unsur berbentuk pipih atau flake. Hal ini mengindikasikan adanya interaksi antara unsur dan setelah melalui proses mixing dan kompaksi. (a) (b ) (c ) Gambar 6. Hasil SEM Setelah Proses Mixing Perbesaran 2X Pada (a) Murni (b) + 2% (c) + 5%. Pada Gambar 7 dijelaskan hasil SEM pellet setelah proses sintering 4 o C, holding time 2 jam. Gambar (a) pada murni terlihat morfologi berbentuk pipih atau flake. Pada gambar (b) dan (c) dengan penambahan dapat diketahui bahwa Interaksi antara unsur dengan telah mulai banyak terjadi, dengan adanya morfologi bentuk flake yang menempel pada dinding unsur berbentuk spherical atau bulat. Dapat dilihat dari morfologi dan dimana distribusi terbentuknya solid solution - semakin banyak terjadi bila dibandingkan dengan yang belum melalui proses sintering. Hal ini menunjukan bahwa unsur dan mulai berinteraksi bila dipanaskan hingga mencapai temperatur 4 o C membentuk fasa solid solution -, dimana unsur larut dalam. Pada Gambar 8 merupakan hasil Metallografi, pada gambar (a) murni dengan perbesaran 5x terlihat komponen utama dengan struktur mikro menunjukkan α-aluminum solid solution matriks dendrit. Sedangkan pada gambar (b) dengan penambahan 2% M g pada terlihat struktur mikro berupa spherical atau bulat pada matriks α-aluminum solid solution. Untuk penambahan 5% pada gambar (c) struktur mikro menunjukkan semakin tersebar pada matriks α-aluminum solid solution. Unsur yang tersebar pada matriks α-aluminum dapat meningkatkan sifat mekanik dari paduan -. Untuk mengetahui lebih jelas peningkatan sifat mekanik dari paduan - dengan penambahan komposisi berat magnesium di lakukan pengujian kekerasan (hardness). (a) (b ) (c) Gambar 8. Struktur mikro (a) Murni 5X (b) + 2% 5X (c) + 5% 5X. Pada gambar 9 hasil pengujian kekerasan (hardness) menunjukkan adanya distribusi kekerasan pada Murni rata-rata sebesar 36,3 HV. Untuk paduan dengan penambahan 2% menunjukkan peningkatan kekerasan sebesar 43,6 HV. Begitu juga dengan penambahan 5% terjadi peningkatan kekerasan sebesar 53,3 HV. Hal ini mengindikasikan bahwa pengaruh penambahan unsur pada paduan dapat meningkatkan nilai kekerasan (sifat mekanik) dari paduan -. Hasil ini sesuai dengan apa yang dikatakan pada penelitian Tomy Yuan. [4] Yang mengatakan bahwa penambahan kadar dalam jumlah yang besar dapat menaikan nilai kekerasan dan kekuatan tarik pada paduan, tetapi menurunkan nilai regangan.

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (213) HV Micro Vickers Hardness Murni + 2% + 5% % Berat Gambar 9. Distribusi Kekerasan Berdasarkan pada beberapa pengujian di atas, analisis penelitian dilakukan untuk mengetahui pengaruh penambahan komposisi berat Magnesium terhadap struktur mikro dan sifat mekanik paduan -. Sintesa paduan - dengan proses mixing, dalam pengujian sieving menunjukkan jarak distribusi ukuran partikel terlalu besar. Identifikasi awal menggunakan XRD pada serbuk yang telah melalui proses mixing, pada + 5% masih adanya peak untuk, sedangkan peak untuk menunjukkan adanya pelebaran kurva pada puncak difraksi. Melebarnya puncak difraksi ini menandakan bahwa terbentuk fasa solid solution -, dimana unsur larut dalam. Pada pellet hasil kompaksi setelah dilakukan sintering 4 C, holding time 2 jam pada masing-masing spesimen, hasil XRD menunjukkan kenaikan intensitas seiring dengan penambahan komposisi berat Magnesium. Hal ini di sebabkan karena adanya reaksi ikatan antar partikel serbuk dan pada waktu proses sintering yang mengakibatkan perubahan struktur Kristal, sehingga membentuk fasa baru yaitu solid solution - atau bisa juga disebut fasa α, dimana unsur larut pada. Analisis morfologi menggunakan SEM pada pellet sebelum sintering terlihat morfologi unsur yang memiliki bentuk pipih atau flake menempel pada dinding unsur yang berbentuk spherical atau bulat membentuk sebuah paduan unsur dan. Setelah dilakukan sintering 4 C terlihat bahwa morfologi unsur yang memiliki bentuk pipih atau flake menyelimuti unsur yang berbentuk spherical atau bulat. Hal ini menunjukan bahwa unsur dan mulai berinteraksi bila dipanaskan hingga mencapai temperatur 4 o C membentuk fasa solid solution -, dimana unsur larut dalam. Pada analisis struktur mikro, pengaruh penambahan pada paduan umunium menunjukkan semakin tersebar pada matriks α-aluminum solid solution pada + 5%. Hal ini berpengaruh pada sifat mekanik yang menunjukkan terjadi peningkatan nilai kekerasan pada + 5% menggunakan pengujian Micro Vickers Hardness. Hal ini mengindikasikan bahwa pengaruh penambahan unsur pada paduan dapat meningkatkan nilai kekerasan (sifat mekanik) dari paduan -. IV. KESIMPULAN Dari hasil penelitian pembuatan sintesa paduan - melalui proses metalurgi serbuk serta karakterisasinya, maka dapat ditarik kesimpulan : 1. Hasil proses sintering temperatur 4 o C, holding time 2 jam menunjukkan distribusi terbentuknya solid solution - semakin banyak terjadi bila dibandingkan dengan yang belum melalui proses sintering. 2. Pengaruh penambahan pada struktur mikro paduan umunium menunjukkan semakin tersebar pada matriks α-aluminum solid solution pada + 5%. 3. Pengaruh penambahan pada sifat mekanik paduan umunium menunjukkan nilai kekerasan semakin meningkat pada + 5%. DAFTAR PUSTAKA [1] Andriyono, Sapto. 29. Aplikasi Paduan -. Bogor : Institut Pertanian Bogor. [2] Oxtoby. 23. uminum and Classification. New York : Marcel Dekker. [3] Utomo, ghanie riphandi Magnesium murni dan sifat magnesium. Malang : U niversitas Brawijaya. [4] Yuan, Tomy. 21. Pengaruh penambahan terhadap paduan. Bandung : I nstitut Teknologi Bandung. [5] Hafiz, Abdul. 29. uminium Murni dan Paduannya. Bogor : Institut Pertanian Bogor. [6] Abrari Kholiq, Ahmad Paduan umunium. Malang : Universitas Brawijaya. [7] Lubis, Ahmad Husni, S.Si Pencampuran Bahan Kimia (Mixing Process). Medan : Universitas Sumatera Utara. [8] Kang, Suk-Joong L. 25. Sintering: Densification, Grain Growth, and Microstructure. Elsevier Ltd. [9] Lee & R ainforth Microstructures Ceramics During Sintering. New York : Marcel Dekker. [1] Scudino. 29. Mechanical loying and Mechanical Milling of - loys. Journal of loys and Compounds. 493(29) 2-7. [11] Yuriy L. shoshin, ruslan S. mudry, and Edward L. dreizin Energitic Preparation And Characterization Of - Mechanical loy Powders. New Jersey Institute of Technology, Department of Mechanical Engineering, University Heights, Newark, USA. [12] Hafizah Dinda dan Heny Faisal. Pengaruh Sintering pada Paduan uminium. Bogor : Institut Pertanian Bogor.