Analisa Kekuatan Tarik Aluminium Dengan Magnesium ANALISA KEKUATAN TARIK PADUAN ALUMINIUM DENGAN MAGNESIUM PADA DUDUKAN SHOCKBREAKER UKURAN 70 X 30 X 30 mm Zamah Syari Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Hasyim Asy ari, E-mail : Syarizamah@gmail.com Abstrak Aluminium adalah logam Non-Ferrous yang banyak digunakan pada proses pengecoran, Aluminium pada keadaan murni mempunyai sifat mekanik yang buruk sehingga perlu ditambahkan unsur paduan lain guna meningkatkan sifat mekanisnya. Sehingga perlu dilakukan penelitian menggunakan metode eksperimen pada paduan Aluminium-Magnesium. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui nilai tegangan dan regangan dengan uji tarik pada aduan Aluminium- Magnesium untuk digunakan sebagai bahan pada dudukan Shockbreaker sepeda motor dengan penambahan unsur magnesium sebesar 3%, 5%, dan 7%. Hasil uji tarik menunjukkan sifat mekanis Aluminium dengan penambahan unsur Magnesium. Nilai tegangan pada paduan Al-Mg 3%, Al-Mg 5%, dan Al-Mg 7% berturut-turut adalah 161,15 MPa, 142,04 Mpa dan 91,28 MPa dan nilai regangan pada paduan Al-Mg 3%, Al-Mg 5%, dan Al-Mg 7% adalah 0,05, 0,03 dan 0,02. Nilai tegangan dan regangan dapat dilihat perbedaannya pada setiap spesimen uji. Dengan bertambahnya persen Magnesium pada pengujian tarik maka nilai tegangan dan regangan akan menurun. Kata kunci : Aluminium-Magnesium, Uji tarik, Tegangan dan Regangan, Dudukan Shockbreaker. Abstract Aluminium is a Non-Ferrous metal that is widely used in casting process, aluminium in pure state has poor mechanical properties, so it is necessary to add other alloying elements to improve its mechanical properties. so it is necessary to do research using eksperimental method on aluminium-magnesium. The purpose of the research is to know the stress and strain with tensile test on aluminium-magnesium alloy to be used as material on motorbike shockbreaker holder with addition magnesium 3%, 5% and 7%. Tensile test results show the mecanical properties of aluminium with The addition of magnesium elementer. The stress values of alloy of Al-Mg 3%, AlMg 5% and Al-Mg 7% were 161,15 MPa, 142,04 MPa And 91, MPa and 91,28 MPa respectively. And value of strain on alloys Al-Mg 3%, Al-Mg 5% and 7% is 0,05, 0,03 and 0,02. The stress and strain values can be seen diffferently on each test, The stress and strain values will decrease. Keywords : Aluminium-Magnesium, Tensile test, stress and strain, Shockbreaker Holder. PENDAHULUAN Aluminium adalah logam Non-Ferrous yang banyak digunakan pada pengecoran logam. Aluminium pada keadaan murni tidak bisa digunakan secara maksimal karena aluminium pada keadaan murni mempunyai sifat mekanis yang buruk walaupun mempunyai keunggulan sifat cor yang baik dan ketahanan korosi yang baik. Untuk memperbaiki sifat mekanis dari aluminium perlu ditambahkan unsur paduan lain guna meningkatkan sifat mekanisnya, adapun unsur paduan yang biasanya ditambahkan pada paduan aluminium adalah Tembaga (Cu), Silicon (Si), Magnesium (Mg), Mangan (Mn), Nikel dan lain sebagainya (surdia dan Chijiwa 2000). Proses pada pembentukan aluminium bisa menggunakan beberapa cara, adapun salah satunya dengan menggunakan proses pengecoran. Proses pengecoran logam merupakan proses pembuatan produk yang sudah diawali dengan mencairkan logam ke dalam tungku peleburan kemudian dituangkan ke dalam cetakan yang terlebih dahulu dibuat pola sehingga logam cair tersebut membeku dan kemudian dipindahkan dari cetakan (Surdia, 2000). Jenis-jenis cetakan yang dipakai pada pengecoran biasnya menggunakan cetakan pasir dan cetakan logam, cetakan pasir biasanya menggunakan pasir alam dan pasir buatan yang mengandung tanah liat, dan pada penggunaan cetakan logam yang digunakan untuk pengecoran jenis logam yang digunakan harus memiliki titik lebur yang lebih tinggi dari logam-logam yang dicairkan atau dicor. Magnesium (Mg) adalah logam teknik ringan yang ada, dan memiliki karakteristik meredam getaran yang baik. ini digunakan dalam aplikasi struktural dan non-struktural di mana berat sangat diutamakan. 14
Jurnal Reaktom, Volume 01 No. 02 Tahun 2018, 14-19. Magnesium juga merupakan unsur paduan dalam berbagai jenis logam non-ferro. magnesium khusus digunakan di dalam pesawat terbang dan komponen rudal, peralatan penanganan material, perkakas listrik portabel, tangga, koper, sepeda, barang olahraga, dan komponen ringan umum. ini tersedia sebagai produk cor/tuang (seperti bingkai kamera) atau sebagai produk tempa (seperti konstruksi dan bentuk balok/batangan, benda tempa, dan gulungan dan lembar pelat). Penambahan unsur Magnesium pada aluminium akan meningkatkan sifat mekanik pada Aluminium, dan penambahan unsur Magnesium ini tidak akan menurunkan kualitas keuletan dari aluminium yang dicor, pada paduan aluminium dan magnesium ini juga mempunyai sifat ketahanan korosi yang baik, paduan aluminium yang mengandung magnesium sekitar 4% atau 10% mempunyai ketahanan korosi dan sifat-sifat mekanik yang baik (Surdia, 2000). Pada paduan aluminium sifat mekanik juga ditentukan dari persentase penambahan unsur paduan yang ditambahkan, sifat mekanik adalah sifat yang berkaitan dengan kekuatan, kekerasan, keuletan dan kekakuan dari suatu bahan. Adapun cara untuk mengetahui kekuatan bahan tersebut yaitu dengan cara pengujian kekuatan tarik, dari pengujian kekuatan tarik maka akan diketahui nilai tegangan, regangan teknik dan modulus elastisitas sehingga diketahui kekuatan mekanik dari bahan yang diuji. aluminium yang mengandung Magnesium sekitar 4% atau 10% mempunyai ketahanan dan sifat mekanik yang baik. ini mampu mempunyai kekuatan tarik di atas 30 kgf/mm² dan perpanjangan di atas 12% setelah perlakuan panas. tersebut disebut hidronalium dan dipakai untuk alat-alat industri kimia, kapal laut, kapal terbang, dan sebagainya yang membutuhkan ketahanan korosi (Surdia, 2000). Salah satu produk yang dibuat menggunakan bahan aluminium adalah dudukan shockbreaker sepeda motor, pembuatan dudukan shockbreaker ini pada umumnya menggunakan proses pemesinan sehingga produksi yang dihasilkan tidak bisa banyak. Berdasarkan uraian di atas maka penulis membuat penelitian menggunakan bahan aluminium yang dipadukan dengan Magnesium pada produk dudukan shockbreaker ukuran 70 x 30 x 30 mm, penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan produk yang mempunyai mutu dan kualitas yang optimal. Pada umumnya sifat aluminium dengan berbagai perlakuan memiliki kekuatan mekanik yang rendah. Oceh sebab itu penelitian ini menggunakan pengecoran dengan bahan baku aluminium paduan magnesium dengan variasi penambahan magnesium, dan pengujian yang digunakan menggunakan uji tarik agar diketahui kekuatan mekanik terbaik dari variasi penambahan magnesium. METODE Metode yang digunakan yaitu menggunakan metode eksperimen dengan menggunakan proses pengecoran dan bahan utama menggunakan aluminium murni yang dipadukan dengan magnesium murni yang berbentuk batangan, proses pengecoran dilakukan di CV. Polehan Malang, dan pengujian yang dilakukan menggunakan alat uji tarik agar diketahui perbedaan nilai tegangan dan regangan pada variasi penambahan magnesium, pengujian ini dilakukan di laboratorium Material teknik mesin Universitas Negeri Solo. Teknik pengumpulan data yang dipakai adalah penelitian lapangan (field Research) dan penelitian kepustakaan (Library Research). Penelitian lapangan yang dilakukan dengan cara wawancara, dan observasi, wawancara yang dilakukan yaitu tanya jawab dengan pihak-pihak yang menguasai dengan penelitian yang dilakukan, sedangkan observasi yang dilakukan yaitu observasi atau studi lapangan yang dilakukan untuk menunjang dalam proses penelitian yang dilakukan, dan untuk mendapatkan data-data serta informasi yang dibutuhkan dengan melakukan observasi di lapangan. Penelitian kepustakaan yang dilakukan yaitu dengan cara Studi literatur yang digunakan untuk memperoleh data-data, dasar teori serta informasi yang dibutuhkan dalam penelitian yang dilakukan yang diperoleh dari buku, internet, dan jurnal yang erat kaitannya dengan penulisan analisa proses pengecoran paduan aluminium dengan magnesium pada dudukan shockbreaker ini. Proses pembuatan dan pengujian spesimen uji tarik ini meggunakan standar ASTM E8. pembentukan spesimen uji tarik dilakukan dengan mengguanakan mesin bubut agar didapatkan dimensi sesuai dengan standar ASTM E8 yang dipakai. Pengujian tarik dilakukan mengguankan alat uji tarik untuk mengetahui tegangan dan regangan pada setiap variasi perbedaan penambahan magnesium. Gambar 1. Dimensi Spesimen Uji Tarik ASTM E8 Analisa data yang dilakukan adalah perhitungan-perhitungan yang didapatkan dari hasil pengujian dariu produk aluminium yang sudah di cor memakai standar uji ASTM E8 menggunakan alat uji tarik, dimana dari pengujian tarik ini maka akan di dapatkan data tentang tegangan regangan dan modulus elastisitas dari hasil cor paduan aluminium dengan perbedaan persentase penambahan 15
Analisa Kekuatan Tarik Aluminium Dengan Magnesium magnesium, sehingga diketahui kekuatan mekanik paling baik pada produk cor yang dibuat. Dari data yang diperoleh dari hasil pengujian tarik maka dapat dilakukan perhitungan dengan persamaan : Keterangan : σu = Tegangan tarik maksimal (MPa). Pu = Beban tarik (KN). A0 = Luas awal penampang (mm²). yang didapatkan dipengujian tarik sangat penting untuk rekayasa teknik dan desain produk karena menghasilkan data kekuatan material. Uji tarik yang dilakukan adalah untuk mengetahui kekuatan suatau bahan agar diketahui kekuatan mekanik dari bahan yang diuji, alat yang dipakai untuk melakukan uji tarik adalah Universal Testing Machine (UTM). Regangan yang dipergunakan pada kurva diperoleh dengan cara membagi perpanjangan panjang akhir dengan panjang awal, persamaannya yaitu : Keterangan : = Regangan. L = Panjang akhir (mm). Lo = Panjang awal (mm). L = pertambahan panjang (mm). Hubungan antara kedua Persamaan di atas adalah modulus elastisitas (Young Modulus) hubungan antara tegangan dan regangan dapat dicari dengan persamaan di bawah ini : E= Keterangan : E = Modulus Elastisitas (MPa) = Tegangan (MPa) = Regangan Dari hasil perhitungan maka didapatkan data kekuatan dari tegangan, regangan dan modulus elastisitas dari paduan cor aluminium dan magnesium yang dibuat dengan variable penmbahan magnesium dengan persentase penambahan magnesium sebanyak 3%, 5% dan 7%, data hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel di bawah ini : Tabel 1. Data Hasil Pengujian Tarik paduan σ ( MPa ) ε E ( MPa ) 3057,98 Al 97% - Mg 161,15 0,05 3% Al 95% - Mg 142,04 0,03 4425,06 5% Al 93% - Mg 91,28 0,02 3471.06 7% Gambar 2. Alat Uji Tarik Gambar 3. Gambaran Singkat Uji Tarik dan Datanya HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Hasil pengecoran Proses peleburan logam alumunium dengan campuran magnesium menggunakan dapur crucible dengan menggunakan cetakan logam (die casting) seperti dapat dilihat pada Gambar 4 di bawah ini : Uji tarik adalah salah satu uji stress-strain mekanik yang bertujuan untuk mengetahui kekuatan bahan terhadap gaya tarik, dalam pengujiannya bahan uji ditarik secara terus menerus sampai putus. Hasil Gambar 4. Cetakan Logam 16
Jurnal Reaktom, Volume 01 No. 02 Tahun 2018, 14-19. Produk cor yang akan diuji adalah dudukan shockbreaker Sepeda motor ukuran 70 x 30 x 30 mm dengan menggunakan paduan aluminium dengan magnesium, hasil pengecoran dudukan shockbreaker dapat dilihat pada Gambar 5. di bawah ini : kurva uji tarik paduan Al 97% - 20 Mg3% 18 16 Titik 14 12 10 8 6 4 2 0 0 0, 4 0, 8 1, 2 1, 6 2 2, 4 2, 8 3, 2 pertambahan panjang (mm) Gambar 7. Kurva hasil uji tarik P (KN) L b. Al 95% -Mg 5% Dari kurva pengujian tarik dengan variasi Al karena kecepatan pembekuan, semakin 97%-Mg 3% terlihat beban ultimate rendah kecepatan pembekuan, maka mempunyai nilai 15,98 KN. Hasil pengujian kemungkinan terjadinya porositas akan tarik pada paduan variasi Al 97% - Mg 3% dapat dilihat pada Gambar 8. di bawah ini: Gambar 5. Dudukan Shockbreaker Spesimen yang akan diuji menggunakan standar uji ASTM E8 proses pembuatan spesimen menggunakan proses permesinan yaitu menggunakan mesin bubut, ini bertujuan agar dimensi spesimen sesuai dengan standar uji ASTM E8. Gambar 8. Kurva Hasil Uji Tarik P (KN) L Gambar 6. Spesimen yang Siap untuk diuji 1. Pengujian kekuatan Tarik Pengujian kekuatan tarik menggunakan alat uji tarik dengan pembebanan maksimum sampai benda uji putus, ukuran specimen uji menggunakan ASTM E8 seperti yang terlihat pada gambar 2. Di bawah ini adalah grafik uji tarik ya menunjukkan kekuatan tarik pada setiap spesimen. a. Al 97% - Mg 3% Dari kurva pengujian tarik dengan variasi Al 97% - Mg 3% terlihat beban ultimate mempunyai nilai 18,13 KN. Kurva hasil pengujian tarik pada paduan variasi Al 97% - Mg 3% dapat dilihat pada Gambar 7. c. Al 95% - Mg 5% Kurva pengujian tarik dengan variasi Al 93%- Mg 7% terlihat beban ultimate mempunyai nilai 10,27 KN. Kurva hasil pengujian tarik pada paduan variasi Al 93% - Mg 7% dapat dilihat pada Gambar 9. di bawah : Gambar 9. Kurva Hasil Uji Tarik P (KN) L (mm) 17
Analisa Kekuatan Tarik Aluminium Dengan Magnesium Dari Gambar grafik memperlihatkan bahwa semakin besar penambahan unsur magnesium di dalam aluminium, maka kekuatan tarik aluminium akan semakin kecil. Kerak atau kotoran adalah salah satu penyebab menurunnya kekuatan tarik, kerak/kotoran ini juga dapat menyebabkan cacat pada spesimen hasil pengecoran. Hal lain yang menyebabkan terjadinya penurunan kekuatan tarik adalah porositas adalah suatu cacat yang terjadi pada suatu produk cor yang dapat menurunkan kualitas benda tuang. Salah satu penyebab terjadinya porositas adalah karena kecepatan pembekuan, semakin rendah kecepatan pembekuan, maka kemungkinan terjadinya porositas akan lebih besar. 3. Perhitungan tegangan, regangan dan nodulus elastisitas a. Tegangan (σ) Tegangan uji tarik merupakan beban (P) dibagi dengan luas penampang (A) pada spesimen, maka hasil perhitungan tegangan pada setiap variabelnya sama, dapat dihitung dengan persamaan berikut : σ = Dimana : σ = Tegangan (MPa) P = Beban pada pengujian (N) A = Luas penampang (mm 2 ) Nilai tegangan masing-masing paduan adalah : 1) A1 97% - Mg 3% Maka, σ = P = 18130 = 161,15 MPa A 112,5 2) A1 95% - Mg 5% Maka, σ = P = 15980 = 142,04 MPa A 112,5 3) A1 93% - Mg 7% Maka, σ = P = 10270 = 91,28 Mpa A 112,5 Tabel 2. Nilai Teganngan Masing-Masing σ (MPa) A1 97% - Mg 3% 161,15 A1 95% - Mg 5% 142,04 A1 93% - Mg 7% 91,28 b. Regangan Nilai regangan diambil dari nilai perpanjangan dari setiap spesimen yang diuji, maka nilai regangan dapat ditentukan dari persamaan berikut : 1) Al 97% - Mg 3% Maka = 0,05 2) Al 97% - Mg 5% Maka 3) Al 93% - Mg 7% Maka = 0,02 Tabel 3. Regangan pada Masing-masing Spesimen Al 95% - Mg 5% 0,03 Al 93% - Mg 7% 0,02 c. Modulus Elastisitas Rumus nodulus elastisitas E = Nilai modulus elastisitas untuk masingmasing paduan adalah : 1) Al 97% - Mg 3% Maka, E = = 3057,98 MPa. 2) Al 97% - Mg 5% Maka, E = = 4425,06 MPa. 3) Al 97% - Mg 3% Maka, E = = 3471.06 MPa. Tabel 4. Nilai Modulus Elastisitas Masing-masing E (MPa) Al 97% - Mg 3% 3057,98 Al 95% - Mg 5% 4425,06 Al 93% - Mg 7% 3471.06 PENUTUP Simpulan Dari perhitungan di atas dapat diketahui bahwa spesimen uji tarik dengan variabel persentase penambahan magnesium dapat dilihat perbedaannya. Penambahan Unsur Magnesium mempengaruhi nilai kekuatan tarik pada paduan Aluminium yang dicor. Kekuatan tarik maksimum terdapat pada paduan Aluminium 97%-Magnesium 3 dengan tegangan tarik sebesar 161,15 MPa paduan ini paling baik digunakan untuk dudukan Shockbreaker, dan kekuatan tarik pada paduan Aluminium 95%- Magnesium 5% dengan nilai kekuatan tarik sebesar 142,04 MPa dan kekuatan tarik minimum adalah pada persentase paduan Aluminium 93%-Magnesium 7% dengan tegangan tarik sebesar 91,28 MPa. Penambahan unsur magnesium mempengaruhi nilai regangan pada setiap paduan Aluminium yang di cor nilai regangan paling tinggi terdapat pada paduan Aluminium 97% - Magnesium 3% dengan regangan sebesar 0,05 paduan ini yang paling bagus untuk digunakan pada dudukan Shockbreaker dan ε 18
Jurnal Reaktom, Volume 01 No. 02 Tahun 2018, 14-19. nilai regangan pada paduan Aluminium 95%Magnesium 5% adalah 0,03 dan nilai regangan paling rendah pada paduan Aluminium 93%Magnesium 7% dengan regangan sebesar 0,02. Dari data uji tarik pada setiap spesimen dapat diketahui semakin banyak penambahan unsur magnesium pada paduan aluminium maka kekuatan tarik akan menurun karena penambahan magnesium menyebabkan semakin tingginya porositas pada spesimen sehingga menjadikan spesimen lebih getas. Syahreza, M. 2012. Pengaruh Penambahan Kadar Magnesium Pada Aluminium Terhadap Kekuatan Tarik Dan Struktur Mikro Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Sumatera. Saran Salah satu penyebab menurunnya kekuatan tarik dari Aluminium coran adalah kerak/kotoran dan tidak meratanya campuran Aluminium - Magnesium pada proses pengecoran. Oleh karena itu, perlu diperhatikan adanya kerak/kotoran dan perlunya pengadukan yang merata pada proses pengecoran. Pada proses pengecoran dilakukan sebaiknya ditambahkan fluks pada saat pengecoran agar kerak atau kotoran terangkat dan tidak bercampur dengan material coran. Sebaiknya dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai kadar optimum Magnesium apabila dipadukan dengan Aluminium untuk mendapatkan hasil yang lebih sempurna. DAFTAR PUSTAKA Jutz, Herman and Eduard Scharkus.1966. Westernmann Tables For The Material Trade. New Delhi : Wiley Eastern Limited. Putera, Boy Isma dkk. 2008. Elemen Mesin untuk Teknik Industri, Graha ilmu. Yogyakarta. Rohimat, Agus. 1993. Kumpulan Materi Training Shot Peening PT Garuda Indonesia. Diklat IPTN : Bandung. Sardianto, dkk. 2015 Pengaruh Penambahan Unsur Magnesium (Mg) Terhadap Sifat Fisis Dan Mekanis Material Chassis Berbahan Dasar Limbah Aluminium Hasil Pengecoran HPDC. Semarang : Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Diponegoro. Sato, G. Takhesi., Sugiharto.2003. Menggambar Mesin Menurut Standar ISO. Pradnya Paramita. Jakarta. Setiawan Noor Cholis dkk., 2012 Pengaruh Penambahan Unsur Magnesium (Mg) Terhadap Kekerasan Dan Struktur Mikro Pada Pengecoran Aluminium Surdia, T., Saito, S, 2000. Pengetahuan Bahan Teknik. Pradnya Paramita. Jakarta. Surdia, T., Chijiwa, K., 2000. Teknik Pengecoran Logam. Pradnya Paramita. Jakarta. 19