Pengaruh Waktu Penahanan Artificial Aging Terhadap Sifat Mekanis dan Struktur Mikro Coran Paduan Al-7%Si Fuad Abdillah*) Dosen PTM Otomotif IKIP Veteran Semarang Abstrak Waktu penahanan pada temperatur tertentu untuk perlakuan panas artificial aging akan menentukan pengerasan presipitasinya dan sangat berpengaruh terhadap sifat mekanis paduan Al-Si. Lamanya waktu penahanan akan menghasilkan sifat mekanis yang berbeda, sehingga dalam hal ini akan dicari lama waktu penahanan yang tepat untuk mendapatkan sifat mekanis yang optimum. Dengan studi literatur, maka dilakukan percobaan pada paduan Al-Si dengan perlakuan panas C dan di quenching yang dilanjutkan ke temperatur artificial aging solution heat treatment 5 154 C dengan lama waktu penahanan 1, 3, 5 dan 7 jam, kemudian dibandingkan dengan paduan Al-Si satu hari setelah di quench pada temperatur kamar 3 C tanpa artificial aging. Setelah percobaan tersebut, dilakukan pengujian tarik, kekerasan, dan pengamatan terhadap perubahan struktur mikro. Berdasarkan percobaan yang dilanjutkan dengan pengujian, maka didapatkan sebuah fenomena dimana semakin lama waktu penahanan dari 5 hingga 7 jam terjadi peningkatan kekuatan bahan secara drastis tetapi diikuti oleh penurunan tingkat regangannya. Kata kunci : artificial aging, sifat mekanis, struktur mikro, perlakuan panas dan quenching 1. Pendahuluan Dalam rangka menghadapi pasar bebas, industri otomotif di Indonesia perlu meningkatkan kualitas produknya. Seiring dengan hal tersebut maka perlu dilakukan penelitian-penelitian agar kualitasnya dapat dioptimalkan dan disesuaikan dengan kebutuhan. Salah satu bahan yang paling banyak dipakai dalam pembuatan komponen otomotif adalah paduan Al-Si, maka dari itu hingga saat ini masih terus dikembangkan 1-3) dan dilakukan penelitian oleh para ahli. Sifat coran paduan aluminium sangat dipengaruhi oleh unsur paduan utamanya. Dalam paduan Al-Si, silikon (Si) merupakan unsur pemadu utama dan memiliki sifat- sifat yang baik, antara lain : fluiditas, permukaan halus, hot shortness, tahan korosi, ringan, koefisien pemuaian kecil serta sebagai penghantar listrik dan panas 1,4). Sifat-sifat baik (silumin) dapat diperbaiki oleh perlakuan panas dan penambahan unsur pemadu lain 4,5) seperti Mg, Cu serta Ni. Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 1 11
Proses penguatan paduan Al-Si salah satunya dapat dilakukan dengan pembentukan presipitasi partikel halus dalam struktur mikronya... Tinjauan Pustaka Aluminium merupakan logam ringan yang mempunyai sifat tahan terhadap korosi dan penghantar listrik baik, juga tahan aus serta koefisien pemuaiannya rendah sehingga bahan ini sangat luas pemakaiannya. Untuk keperluan tertentu dan meningkatkan sifat mekaniknya, harus ditambahkan unsur lain seperti Si, Mg, Cu, Zn 4, 5) perlakuan panas (T6), Gambar 1 4-5) dan diberi suatu -Al memiliki sifat mampu-cor baik, namun risikonya adalah penurunan sifat mekanik, terlihat pada diagram fase bahwa Si dapat larut dalam α-al walau prosentasenya terbatas, dan membentuk eutektik pada temperatur ± 577 C. Pemanasan paduan Al-Si ke bawah temperatur batas kelarutan maksimal + 577 C, mengakibatkan Si terlarut dalam matrix α-al secara maksimum dengan komposisi eutektik 1,6 % Si. Larutan padat yang terbentuk pada temperatur tinggi dapat dipertahankan dalam keadaan supersaturated yaitu dengan pendinginan cepat (quenching), guna mengurangi presipitasi larutan atom yang kasar dan bersifat inkoheren, 5,6) Gambar. Jika dilakukan pendinginan cepat sampai temperatur kamar, phasa α tidak Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 1 113
sempat membentuk phasa β karena atom Si yang berada dalam α-al akan terperangkap sehingga tidak sempat keluar dan akhirnya tetap fasa tunggal α super jenuh. Pemanasan ulang fasa tunggal α super jenuh akan menghasilkan presipitat partikel halus senyawa Mg Si. Presipitat tersebut terjadi akibat perlakuan age hardening yaitu pemanasan kembali di bawah temperatur batas GP Zone (temperatur aging), sehingga terjadi proses dekomposisi. Pertumbuhan presipitat akan meningkat seiring dengan naiknya temperatur dan waktu age hardening. Presipitat berpartikel halus diperoleh dengan pengaturan temperatur dan waktu aging. Serangkaian proses di atas salah satunya dikenal sebagai perlakuan panas T6. Perlakuan panas T6 merupakan cara memperbaiki sifat mekanik dengan penguatan presipitasi partikel halus. Gambar. Skema perlakuan panas T6 paduan Al-Si 3. Prosedur Penelitian 7) Material dalam penelitian adalah paduan hipo eutektik Al-Si seri A.356. (JIS H 5), yang mempunyai komposisi kimia seperti tabel-1, dan sedikit kandungan Sr, Zn, Mn. Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 1 114
Material diberi perlakuan panas pelarutan (solution heat treatment) pada temperatur 5 C selama 6 jam, kemudian di quench pada media air 7 C dengan waktu delay 5 detik. Selanjutnya dilakukan pemanasan artificial aging (T=154 penahanan adalah 1, 3, 5 dan 7 jam). C, variasi lama waktu Hasil quenching tanpa artificial aging dan yang diberi artificial aging masing-masing diuji mekanis, yaitu uji tarik, metalografi, dan uji kekerasan. Secara skematis proses perlakuan panasnya seperti pada Gambar 1, dan Gambar. 4. Hasil dan Pembahasan Berdasarkan data-data hasil penelitian dengan variabel waktu penahan yang berbeda, kekuatan tarik maksimal (UTS, ultimate tensile strength) terjadi pada waktu artificial aging 7 jam yaitu sebesar 3,61 kg/mm seperti ditunjukkan pada grafik hubungan antara waktu artificial aging terhadap UTS, regangan, dan kekerasan, Gambar 3. Regangan terbesar terjadi pada kondisi tanpa artificial aging yaitu sebesar 19,7 % dan semakin lama waktu penahanan (artificial aging) 1 hingga 7 jam, regangan semakin menurun yaitu hingga 9,74 %. Korelasi antara kekuatan tarik, regangan, dan metalografi, oleh adanya perlakuan panas T6, yaitu perlakuan panas pelarutan (solution heat treatment), quenching, dan artificial aging, menghasilkan kesimpulan sbb : terjadi perubahan partikel Si eutektik yang pada awalnya berbentuk bulat kecil menjadi bulat besar, sehingga mengakibatkan peningkatan kekuatan tarik dan penurunan remangan Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 1 115
Gambar 3. Pengaruh Waktu artificial- aging terhadap UTS, Regangan dan Kekerasan Pada dasarnya bentuk butiran kristal kecil akan menghasilkan daerah rintangan lebih besar untuk dapat dilalui gerakan dislokasi atau sebaliknya. Struktur mikro as-cast terdiri dari partikel Si eutektik berbentuk bulat kecil, senyawa Mg Si dengan bentuk tidak merata dan senyawa Al FeSi berbentuk jarum (Gambar 4). 5 Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 1 116
Dengan perlakuan panas solution heat treatment kemudian diquenching tanpa artificial aging, bentuk jarum berubah menjadi bentuk batang, Gambar 5. Oleh perlakuan artificial aging 154 C dengan waktu penahanan 1 hingga 7 jam, bentuk batangan semakin lama menjadi batangan tebal berujung tumpul, Gambar 6. Perubahan tersebut karena pada kondisi ini dihasilkan energi gerak cukup besar sehingga ada kecenderungan untuk saling menyatu. Hal inilah yang memperlihatkan terjadinya peningkatan nilai kekerasan. Pada dasarnya peningkatan nilai kekerasan tersebut lebih disebabkan oleh adanya presipitat atom-atom Mg atau Si dalam matriknya (Al). Atomatom Mg atau Si tersebut pada kondisi artificial aging akan cenderung memposisikan diri terhadap atom pelarutnya sehingga terjadi koherensi (kesamaletakan). Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 1 117
Hubungan kekerasan dan kekuatan tarik, pada senyawa Al FeSi yang berbentuk jarum 5 cenderung menunjukkan bahwa arah slipnya semakin sulit untuk mengadakan gerak dislokasi. Hal ini merupakan akibat gerakan dislokasinya terhalang oleh adanya penampang yang berbentuk jarum Kesimpulan 1. Proses perlakuan panas T6 sangat berpengaruh terhadap perubahan bentuk partikel Si eutektik yang awalnya (as-cast) bulat kecil berubah menjadi bulat besar dan beraglomerasi; sedangkan pada senyawa intermetalik Al FeSi dari bentuk jarum 5 berubah menjadi bentuk batangan.. Semakin lama waktu penahanan yaitu 1 hingga 7 jam pada temperatur artificial aging 154 C terjadi peningkatan kekuatan tarik 34,14 % dari,8 kg/mm menjadi 3,61 kg/mm, penurunan regangan 49,39 % dari 19,7 % menjadi 9,98 %, dan kenaikan kekerasan 15 % dari 4, HVN menjadi 9,5 HVN 3. Peningkatan sifat mekanis di atas lebih disebabkan adanya presipitat intermetalik Mg Si dalam matrik α aluminium. Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 1 118
Daftar Pustaka rd 1. Kaiser, Casting Kaiser Aluminum, 3 Chemichal Sales, Inc., 1979. ed. Oakland, California, Kaiser Aluminum and. Banga, T.R., Agarwal, R.L. Manghnai, T, Foundry Engineering, Delhi; Khana Publisers Delhi, 1981. 3. Varley, P.C., The Technology of Aluminum and Its Alloys, Ohio; Press Cleveland, 197. 4. Kalpakjian, S, Manufacturing Process for Engineering Material, 3 ed, California: Addisson Wesley Publishing Company, Inc., 1997. 5. Dieter,G.E., Mechanichal Metallurgy, SI Metric, 1995 th 6. Metals Hand Book, 8 edition, Metalographys Structures and Phase Diagrams, ASM, Metal Park, Ohio, 1981. 7. JIS Hand Book, Non-Ferrous Metal and Metallurgy, 1994. Gardan. Vol. 1 No.1, Juli 1 119