STUDI KEKUATAN IMPAK PADA PENGECORAN PADUAL Al-Si (PISTON BEKAS) DENGAN PENAMBAHAN UNSUR Mg Rusnoto Program Studi Teknik Mesin Unversitas Pancasakti Tegal E-mail: rusnoto74@gmail.com Abstrak Piston merupakan material paduan Al-Si yang mempunyai karakteristik kekuatan dan kekerasan tinggi, tahan korosi, dan ringan. Tetapi setelah mengalami kerusakan akibat overheating maka beberapa sifat mekanik tadi akan mengalami penurunan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan unsur Mg pada pengecoran piston bekas terhadap kekuatan impak. Bahan yang digunakan adalah paduan Al-Si ( piston bekas ), Mg (magnesium) yang digunakan sebagai unsur penambah berbentuk waffle ingot dengan komposisi penambahan 0%, 5%, 10% dan 15%, cetakan yang digunakan menggunakan cetakan pasir. Material piston bekas sebelum dilebur dibersihkan dari kotoran terutama kerak dengan menggunakan larutan pembersih dan digosok dengan menggunakan kertas amplas. Kemudian memotong dan menimbang piston bekas dan Mg dengan komposisi yang sudah ditentukan. Piston bekas yang sudah ditimbang dimasukkan kedalam tungku pemanas untuk dilebur. Setelah piston bekas lebur barulah unsure Mg dimasukkan. Hal ini dilakukan karena paduan Al-Si (piston) memiliki titik lebur yang tinggi dibandingkan dengan Mg. Setelah kedua bahan tercampur kemudian diaduk selama 1 menit. Hasil campuran dituang kedalam cetakan dan didinginkan pada temperatur kamar. Uji yang dilakukan adalah pengujian impak. Dari hasil penelitian menunjukkan kekuatan impak meningkat seiring dengan penambahan unsure Mg pada paduan Al-Si berbasis material piston bekas. Harga Impak rata-rata terbesar terjadi pada penambahan unsur Mg sebesar 15% yaitu sebesar 0,035 J/mm 2. Sedangkan pada penambahan 0% Mg kekuatan impak sebesar 0,021 J/mm 2. Kata kunci : Paduan Al-Si, unsur Mg, pengecoran, uji impak. 1. PENDAHULUAN Pemakaian aluminium khusus pada industri otomotif juga terus meningkat sejak tahun 1980 dan terus meningkat seiring meningkatnya jumlah kendaraan bermotor di Indonesia. Banyak komponen otomotif yang terbuat dari paduan aluminium, diantaranya adalah piston, blok mesin, cylinder head, valve dan lain sebagainya. Aluminium memiliki beberapa kelebihan daripada logam lainnya. Aluminium relatif lebih ringan dari pada baja, tembaga, maupun kuningan. Sebagai konduktor listrik dan panas yang baik, tahan korosi. Aluminium juga memiliki titik lebur yang rendah, sehingga lebih mudah difabrikasi. Silikon (Si) merupakan unsur yang umum digunakan dalam paduan aluminium. Hal ini dikarenakan penambahan unsur silikon meningkatkan karakteristik pengecoran seperti meningkatkan mampu alir (fluidity), ketahanan terhadap retak panas (hot tearing), dan feeding characteristic. Paduan Al-Si memiliki sifat mampu cor yang baik, tahan korosi, dapat diproses dengan permesinan dan dapat dilas. Paduan Al-Si yang telah diperlakukan panas dinamakan Silumin. Sifat sifat silumin sangat diperbaiki oleh perlakuan panas dan sedikit diperbaiki oleh unsur paduan. Paduan Al-Si umumnya dipakai dengan 0,15% 0,4%Mn dan 0,5 % Mg. Paduan Al-Si yang memerlukan perlakuan panas ditambah dengan Mg juga Cu serta Ni untuk memberikan kekerasan pada saat panas. Bahan paduan ini biasa dipakai untuk torak motor (Tata & Saito, 2005). Magnesium adalah unsur yang dapat meningkatkan kekuatan dan kekerasan pada paduan heat-treated Al-Si dan umumnya digunakan pada paduan Al-Si kompleks yang mengandung Cu, Ni dan elemen lain yang berfungsi sama. Mg adalah unsur logam, 24
berwarna putih dengan titik lebur 648,8 C dan titik didih 1.107 C. Selain meningkatkan kekuatan dan kekerasan, unsur Mg juga meningkatkan ketahanan terhadap korosi paduannya. Eddy (2008), melakukan penelitian tentang perlakuan panas T6 terhadap kekerasan dan struktur mikro pada paduan AL-Si-Mg dengan waktu tahan 4 jam dengan suhu yang bervariasi, yaitu 30 o C, 150 o C, 180 o C, 210 o C, dan 240 o C, ternyata mampu meningkatkan nilai kekerasan dari 63,3 HVN menjadi 93,30 HVN dan kekuatan impak 5,13 J/cm 2 pada suhu 210 o C. Tjokorda (2010), dalam penelitiannya tentang studi struktur mikro silikon dalam paduan Aluminium-Silikon pada piston dari berbagai merk, menyimpulkan bahwa struktur mikro silikon dari masing-masing merk sepeda motor ternyata berbeda-beda yang menunjukkan piston tersebut dibuat melalui proses dan komposisi yang berbeda. Perbedaan ditemukan khusunya dalam ukuran dan bentuk silikon. Perbedaan ini selanjutnya menentukan sifat-sifat dari masing-masing piston tersebut dihubungkan dengan ketahanan aus. Pengujian kuat impak merupakan suatu pengujian yang mengukur ketahanan bahan terhadap beban kejut. Dasar pengujian impak adalah penyerapan energi potensial dari pendulum beban yang berayun dari suatu ketinggian tertentu dan menumbuk benda uji sehingga benda uji mengalami deformasi. Sejumlah uji impak batang uji bertakik dengan berbagai desain telah dilakukan dalam menentukan perpatahan rapuh pada logam. Metode yang telah menjadi standar untuk uji impak ini ada 2, yaitu uji impak metode Charpy dan metode Izod. 2. METODE PENELITIAN Bahan penelitian : - Paduan Al-Si yang digunakan pada penelitian ini menggunakan material piston bekas. - Magnesium sebagai bahan utama untuk ditambahkan pada paduan Al-Si (piston bekas) dengan komposisi penambahan fraksi berat 0%, 5%, 10% dan 15%. Tujuannya untuk mendapatkan data yang relevan perihal sifat mekanis (kekuatan impak) paduan Al-Si berbasis material piston bekas setelah diberi penambahan unsur Mg. Pada penelitian ini yang digunakan adalah Mg dengan bentuk waffle ingot. - Cetakan pasir untuk pasir cetakan dicampur tanah lempung sebagai pengikat, pembuatan cetakan dengan tangan dari pasir basah. - Amplas untuk membersihkan piston dari kerak. Alat penelitian : Alat uji impak charpy digunakan untuk menguji kekuatan impak material. Usaha yang dilakukan pendulum waktu memukul benda uji atau energi yang diserap benda uji sampai patah menggunakan persamaan Energi yang diserap= m. g. λ (cos β cos α) (1) Dimana : m = Berat Pendulum (Kg) g = Gravitasi 9,81 m/s 2 λ = Jarak lengan pengayun (m) cos α = Sudut ayunan tanpa benda uji cos β = Sudut ayunan mematahkan benda Gambar 1. Pembebanan metode charpy dan metode izod Besarnya Kekuatan impak dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini : 25
HI = (2) 3. HASIL DAN PEMBAHASAN (2) Dimana : HI = Kekuatan Impak (J/mm 2 ) A = Luas penampang dibawah takikan (mm 2 ) Standar yang digunakan pada pembuatan specimen impak adalah ASTM E23 05, seperti pada gambar di bawah ini : Gambar 2. Sketsa spesimen uji impak Charpy Metode Penelitian : Material piston bekas sebelum dilebur dibersihkan dari kotoran terutama kerak dengan menggunakan larutan pembersih dan digosok dengan menggunakan kertas amplas. Kemudian material piston bekas dipotong dan unsur Mg juga dipotong lalu ditimbang dengan komposisi fraksi berat Mg adalah 0%, 5%, 10% dan 15%. Paduan Al-Si (piston bekas) dimasukkan terlebih dahulu kedalam tungku pemanas untuk dilebur. Setelah piston bekas tadi lebur barulah unsur Mg dimasukkan sesuai komposisi tadi. Hal ini dilakukan karena paduan Al-Si (piston) memiliki titik lebur yang lebih tinggi dibandingkan dengan Mg. Setelah kedua bahan tersebut lebur dan tercampur kemudian diaduk selama 1 menit. Hasil campuran tadi dituang ke dalam cetakan dan kemudian didinginkan pada temperatur kamar. Setelah itu spesimen dilakukan uji impak. Dalam perhitungan, langkah yang pertama adalah menghitung besarnya energi yang diserap sebelum patah (Pers.1). Kemudian langkah berikutnya adalah menghitung kekuatan impak (Pers.2). Dari hasil pengujian impak dan perhitungan didapatkan table dan gambar di bawah ini : Tabel 1. Kekuatan impak rata-rata pada penambahan unsu Mg Penambahan Kekuatan Impak spesimen unsur (J/mm 2 ) 1 0,019 0% Mg 2 0,019 3 0,025 Rata-rata 0,021 5% Mg 2 0,025 3 0,02875 Rata-rata 0,0283 10% Mg 2 0,035 3 0,03125 Rata-rata 0,0325 15% Mg 2 0,0375 3 0,0375 Rata-rata 0,035 Kekuatan Impak (J/mm²) 0.04 0.035 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 0% Mg 5% Mg 10% Mg 15% Mg Variasi penambahan Mg Gambar 3. Grafik pengaruh penambahan unsur Mg terhadap kekuatan impak 26
Gambar 4. Struktur mikro paduan Al-Si (piston bekas) ditambah 0% Mg Dari Tabel 1 dan Gambar 3. Hasil uji impak paduan Al-Si berbasis material piston bekas dengan variasi penambahan unsur Mg didapatkan bahwa Harga Impak material meningkat seiring dengan penambahan Mg. Hal ini dapat dilihat dari hasil uji impak material dengan penambahan Mg 0% kekuatan impak sebesar 0,021 J/mm 2. Setelah ditambahkan Mg sebesar 5% kekuatan impaknya meningkat menjadi 0,0283 J/mm 2. Penambahan Mg sebesar 10% didapat kekuatan impak 0,0325 J/mm 2 dan penambahan Mg sebesar 15% didapat kekuatan impak sebesar 0,035 J/mm 2. Dari hasil foto mikro seperti pada Gambar 4 (0% Mg), Gambar 5 (5% Mg) dan Gambar 6 (15% Mg) menunjukkan bahwa penyebaran partikel unsur paduan semakin banyak dan merata dengan bertambahnya unsur paduan Mg. 4. KESIMPULAN Gambar 5. Struktur mikro paduan Al-Si (piston bekas) ditambah 5% Mg Gambar 6. Struktur mikro paduan Al-Si (piston bekas) ditambah 15% Mg Dari hasil uji impak dapat disimpulkan pada material paduan Al-Si (piston bekas) dengan menambahkan unsure Mg dapat meningkatkan kekuatan impak pada piston bekas tersebut. Kenaikan tersebut seiring dengan meningkatnya penambahan fraksi berat Mg. Harga Impak rata-rata terbesar terjadi pada penambahan Mg sebesar 15% yaitu sebesar 0,035 J/mm 2. Tanpa penambahan (Mg 0%) sebesar 0,021 J/mm 2. DAFTAR PUSTAKA Abdillah Fuad, 2010, Perlakuan Panas Paduan Al-Si pada Prototipe Piston Berbasis Material Piston Bekas. Tesis, Jurursan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Semarang. Duskiardi dan Soejono Tjitro, 2002, Pengaruh Tekanan Dan Temperatur Die Proses Squeeze Casting Terhadap Kekerasan Dan Struktur Mikro Pada Material Piston Komersial Lokal, Volume 4, No. 1. Eddy Djatmiko dan Budiarto, 2008, Pengaruh Perlakuan Panas T6 Terhadap Kekerasan Dan Struktur Mikro Pada Paduan Al-Si- Mg. Indriyati Martha, 2008, Pengaruh Penambahan Modifier Fosfor Terhadap Struktur Mikro 27
dan Sifat Mekanik Paduan Aluminium AC8A Hipereutektik. Skripri, Program Studi Teknik Metalurgi dan Material, Fakultas Teknik, Iniversitas Indonesia, Depok. Putu Hadi Setyarini, 2011, Perilaku Impak Dan Porositas Paduan Al-Si-Mg Pada Pengecoran Sentrifugal Akibat Temperatur Pemanasan Awal Cetakan, Volume 2, No. 1. Surdia, T. dan Shinroku S. 2005, Pengetahuan Bahan Teknik, PT Pradnya Paramita, Jakarta. Surdia, T. dan Chijiiwa K, 2006, Teknik Pengecoran Logam, PT Pradnya Paramita, Jakarta. Tjokorda Gde Tirta Nindhia, 2010, Studi Struktur Mikro Silikon Dalam Paduan Al- Si Pada Piston dari Berbagai Merk Sepeda Motor, Volume 4, No. 1. 28