Prosiding Pertemuan Ilmiah gains Materi 1996 KARAKTERISASI PADUAN ALUMINlliM AIMgSi YANG DI-AGING1 Elman panjaitan2, Sulistioso G. S!, Ari Handayani2 ABSTRAK KARAKTERISASI PADUAN ALUMINIUM AlMgSi YANG DI-AGING. Paduan alumunium AlMgSi yang diaging pada temperatur 160, 180 dan 200.C dalam waktu 30, 50, 100, 200, 250 dan 300 menit, telah dikarakterisasi menggunakan Mikroskop Optik, SEM dan Uji Kekerasan Vickers, untuk mempelajari perubahan kekerasan terhadap perlakuan panas. Hasil pengamatan menunjukan bahwa perlakuan aging pada paduan alumunium mengakibatkan terdifusinya atom-atom Mg dan Si yang membentuk presipitat MSi, dimana dengan pertambahan waktu aging akan meningkatkan kekerasan hingga mencapai maksimum yang pada akhirnya kekerasan menurun kembali. Kekerasan maksimum dicapai pada kondisi "aging" 180 'c selama 100 menit, yaitu sebesar 98 Kgimm2. ABSTRACT CHARACTERIZATION OF AGED ALUMINIUM ALLOYS AlMgSi. Aluminium alloys AlMgSi aged at 160, 180 and 200 c for 30,50, 100, 150,200,250 and 300 minutes had been characterizated using Optical Microscope, Scanning Electron Microscope and Vickers Hardness Tester. The experiments werw carried out in order to understand the aging responds to alloys hardness. The results showed that the aged alloys can affect of diffiltions atoms Mg and Si then growth MSi precipitates, which aging time increase, it hardness can increase too until to maximum hardness than the hardness alloys will back down. Maximum hardness achieve on aging condition 180 C, 100 minutes, it's 98 Kgimm2. PENDAHULUAN Paduan aluminium seri 6061 merupakan paduan alumunium komersil yang banyak digunakan pada industri komersial termasuk industri rumah tangga. A1MgSi adalah salah satu paduan aluminium yang pengerasannya dengan perlakuan panas, yaitu perlakuan panas "aging" yang mengakibatkan terbentuknya presipitat MgzSi. Ukuran dad kestabilan presipitasi MgzSi merupakan fungsi dati temperatur dad waktu "aging", semakin tinggi temperatur dad lama waktu "aging", presipitat semakin setimbang dan stabil. Secara sederhana mekanisme presipitasi pada paduan A1MgSi ini dapat diterangkan sebagai berikut, larutan padat lewat jenuh (super saturated solid solution) dipanaskan pada temperatur relatif rendah, pada suhu kamar, akan terbentuk zona presipitat dad disebut "GP zone", selanjutnya pada temperatur yang cukup tinggi, zona-zona presipitat akan tumbuh menjadi presipitat metastabil, dengan kenaikan temperatur presipitat metastabil akan menjadi presipitat yang stabil [I). Semakin lama waktu "aging", zona presipitat yang terbentuk akan terdifusi merata mengakibatkan paduan AIMgSi menjadi semakin keras dan akan menurunkan keuletannya. Dengan semakin tingginya temperatur "aging" pada waktu yang lama, kekerasan paduan akan mencapai maksimum dad berkaitan dengan sifat presipitat yang metastabil dengan kerapatan presipitat maksimum [2]. Jika proses "aging" dilanjutkan akan terjadi penggabungan presipitat, sehingga ukuran presipitat menjadi besar dad mengakibatkan kekerasan paduan menurun. Presipitasi yang terjadi sebagai akibat "aging" pada paduan AIMgSi ini, dikarakterisasi menggunakan metoda Mikroskop Optik, Scanning Electro Microscope (SEM) dad Uji Kekerasan Makro dengan penekanan penelitian dibataskan pada pengaruh "aging" terhadap kekerasan dengan memperhatikan perubahan komposisi kimia mikro dad struktur mikro dati paduan AIMgSi. BAHAN DAN PERCOBAAN Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah paduan AIMgSi seri 6061 basil pengecoran, dengan bentuk asal berupa pipa pejal dengan diameter, e = 8 Cm, diperoleh dari Alcan International PLC, Inggris, dengan komposisi kimia seperti ditabelkan berikut ini (Tabell) : 98
Tabell: Komposisi kimia paduan AIMgSi seri 6061 Percobaan Paduan AIMgSi dipotong menjadi 23 buah, kemudian diberi perlakuan panas yang meliputi : "solution treatment" pada temperatur 530 C selama 30 menit, diikuti dengan "quenching" pada air, selanjutnya perlakuan panas "aging" pada temperatur 160, 180 clan 200 C masingmasing selama 50, 100, 150, 200, 250 clan 300 menit. Diagram perlakuan panas tersebut digambarkan pada Gambar 1. Pengamatan struktur mikro dilakukan menggunakan Mikroskop Optik dad SEM, yang terlebih dahulu cuplikan di etsa menggunakan larutan Keller (2,5 ml HCI, 2,5 ml HNO3 dalam 95 inl Air),sehingga rasa-rasa yang tumbuh dapat terarnati. Analisa komposisi kimia mikro menggunakan SEM-EDX dan uji kekerasan menggunakan "macro hardness" Vikcers dengan beban 10 Kg. BASIL DAN PEMBAHASAN Efek "aging" pada paduan aluminium 6061, dengan tempeatur 160, 180 dan 200 C selama 30, 50, 100, 150, 200, 250 dan 300 menit, diamati menggunakan Mikroskop Optik tidak menunjukan perubahan mikroskopik yang berarti, lihat Gambar 2. Gambar 2.a, mikro struktur paduan 6061 yang di-aging pada temperatur 160 C selarna 300 menit dan Gambar 2.b, struktur mikro yang ill-aging pada temperatur 250 C selama 300 menit. Keduanya menunjukan bentuk dan besar butir yang relatif sarna dan pada barns butir terlihat adanya penumpukan partikel ditandai dengan adanya garis hitam terputusputus, dimana garis hitam terputus tersebut menunjukan terjadinya presipitasi Mg2Si [3]. Q..:... ==... Co E Q Gambar 1. Perlakuan aging paduan AIMgSi 99
Gambar 3. Stmktur mikro paduan 6061, aging 160 C selama 100 men it, basil pengamatan SEM Presipitat Mg2Si pada paduan AlMgSi yang diaging terbentuk bilamana konsentrasi Mg pada suatu daerah yang diamati mempunyai konsentrasi lebih besar dari 0,3 % berat [4]. Mengacu pada Tabel 2 tersebut diatas, maka jelas bahwa garis putus hitam pada batas butir yang teramati pada Gambar 2 dan Gambar 3 mempunyai indikasi sebagai presipitat Mg2Si. Hasil uji kekerasan menggunakan kekerasan makro Vickers, Gambar 4, menunjukkan kekerasan maksimum dari setiap perlakuan "aging" 160, 180 dan 200 C dicapai pada waktu pemanasan 100 menit, yaitu masingmasing 83,52; 98,00 dan 92,26 Kg/mm2. Presipitat Mg2Si pada paduan AlMgSi yang di-aging terbentuk bilamana konsentrasi Mg pada suatu daerah yang diamati mempunyai konsentrasi lebih besar dari 0,3 % berat [4]. Hasil uji kekerasan menggunakan kekerasan makro Vickers, Gambar 4, menunjukkan kekerasan maksimum dari setiap perlakuan "aging" 160, 180 dan 200 C dicapai pada waktu pemanasan 100 menit, yaitu masingmasing 83,52; 98,00 dan 92,26 Kg/mm2. Perubahan kekerasan akibat pertumbuhan presipitat dapat diterangkan sebagai berikut, akibat "aging" pada temperatur relatif rendah (sekitar temperatur kamar) mengakibatkan pertumbuhan presipitat berupa zona yang berbentuk jarum dengan kuantitas presipitatnya sedikit, pemanasan lebih lanjut dengan temperatur lebih tinggi dan waktu yang lebih lama zona presipitat berubah menjadi presipitat metastabil dengan kuantitas yang lebih besar hingga mencapai kerapatan yang maksimum. Tabel 2. Perbandingan komposisi Mg dad Si pada presipitat dari paduan AlMgSi 6061yang diaging Parameter "aging l _O C, 100 menit -_180 C, 100 menit 200 100 menit - 2,77 % Atom Si 0,67 100
Hasil pengamatan menggunakan SEM - ED X, seperti ditunjukan pada Gambar 3, terlihat gambaran yang sarna seperti ditunjukan pada struktur rnikro basil pengamatan Mikroskop Optik, yaitu pada barns butir terlihat adanya garis putus menghitam. Tanda panah yang ditunjukan pacta Gambar 3, merupakan daerah yang dianalisa untuk mendapatkan komposisi kimia mikro dari posisi tersebut, dengan basil pengamatan seperti ditunjukan pacta Tabel 2. 101
Pada kondisi kerapatan presipitat metastabil yang maksimum inilah paduan AlMgSi mencapai kekerasan maksimum pula, yang pada akhimya bentuk presipitat berubah menjadi pelat yang stabil dengan ukuran yang lebih besar dibandingkan presipitat metastabil, tetapi kerapatannya relatif menjadi lebih rendah, kurang rapatnya presipitat stabil memungkinkan terjadinya pergerakan dislokasi. Hasil uji kekerasan menunjukan bahwa, kekerasan maksimum yang dicapai pada temperatur "aging" 100 menit cenderung mengandung presipitat metastabil dengan kerapatan maksimum [5,6], sedangkan waktu "aging" diatas 100 menit cenderung presipitat membesar dengan kerapatan menurun, sehingga kekerasannya menurun. Dengan kala lain Gambar 4 menunjukan bahwa kerapatan presipitat maksimum terbesar dicapai pada kondisi "aging" 180 DC, 100 menit yaitu bersesuaian dengan nilai kekerasan maksimum terbesar ( 98 Kgimm2 ). Kekerasan maksimum untuk tiap kondisi "aging" berbeda, menunjukan bahwa kerapatan presipitat yang terbentuk pada tiap kondisi "aging" berbeda. Kerapatan presipitat maksimum dicapai pada kondisi "aging" 180 C, 100 menit dengan kekerasan 98 Kgimm2. U CAP AN TERIMAKASm Pada Kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Ka. PPSM, DR. Wuryanto dad Ka BTK, Dra Rukihati, SUo, yang telah menyetujui 0 dan mendorong terlaksananya penelitian ini. Penulis juga menghaturkan terima kasih kepada Rodian P., mahasiswa FMlPA USU, yang telah banyak membantu penulis daiam preparasi cuplikan, demikian hainya kepada seluruh star BTK dan MBI PPSM penulis menghaturkan terima kasih atas segala dorongannya sehingga penelitian ini dapat terselesaikan. KESIMPULAN.Proses "aging" paduan AlMgSi mengakibatkan perubahan kekerasan, sebagai akibat pertumbuhan presipitat. Presipitat yang terbentuk adalah Mg2Si dengan perbandingan konsentrasi atom Mg: Si = 2,82 : 0,77. - Nee - ; '" OJ Waktu Aging (menit) Gambar 4 Respon kekerasan terbadap aging dari paduan AlMgSi 102
DAFTARPUSTAKA 1. JACOBS, M.H., The Structure Of Metastable Precipitates Formed During Aging Of An AI-Mg-Si Alloys. The Philosophical Magazine, V. 26, p. 245, 1972. 2. SMITH. W.F. Principle Of Materials.\'cience And Engineering. 2nd edition. p. 508. McGraw Hill Pub. Co.. 1990. 3. HATCH, J.E.. Alumunium Properties And Physical Metallurgy. p. 58, American Society For Metals. 1990. 4. MONDOLFO, L.F., Alumunium Alloys Structure And Properties, WCS Limited, 1979. DISKUSI Pertanvaan: Riwayat perlakuan panas yang dipilih itu, meniru atau mensimulasikan kejadian, bila ya, apa dad dimana? Apakah hanya dipilih sembarang? (Z. Amilius) Jawaban : -Perlakuan panas yang dikenai pada cuplikan mengacu pada referensi (WF. Smith, Principle Of Materials Science And Engineering,...) yaitu, pada range temperatur aging (perlakuan panas untuk pengerasan bahan dengan presipitasi), seperti diuraikan pada sub bab Percobaan. 5 MASRUKAN. ELMAN P.. Karakterisasi Paduan ALMgSi Menggunakan Mikroskop Elektron Transmisi. Dipresentasikan Pada Seminar Daur Bahan Bakar Nuklir. PEBN BATAN. 1996. 6. SUTIARSO, Pengamatan Presipitat Pada Paduan ALMgSi Dengan Mikroskop Elektron Transmisi. Dipresentasikan Pada Seminar Nasional dad Workshop Elektron Mikroskop. FMIPA-ITS, 1995. 103