TUGAS PAPER TENTANG PERLAKUAN PANAS PADA ALUMINIUM PADUAN Untuk memenuhi tugas matakuliah Ilmu Logam Yang dibina oleh Dr. Heru Suryanto, M.T. Oleh; Mahendra Cahya Liestyanto NIM 190514650006 UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESIN April 2020 LANDASAN TEORI 1. ALUMINIUM Aluminium ialah unsur kimia. Lambang aluminium ialah Al, dan nomor atomnya 13. Aluminium ialah logam paling berlimpah. Aluminium bukan merupakan jenis logam berat, tetapi merupakan elemen yang berjumlah sekitar 8% dari permukaan bumi dan paling berlimpah ketiga. Aluminium terdapat dalam penggunaan aditif makanan, antasida, buffered aspirin, astringents, semprotan hidung, antiperspirant, air minum, knalpot mobil, asap tembakau, penggunaan aluminium foil, peralatan masak, kaleng, keramik, dan kembang api. Aluminium merupakan konduktor listrik yang baik. Ringan dan kuat. Merupakan konduktor yang baik juga buat panas. Dapat ditempa menjadi lembaran, ditarik menjadi kawat dan diekstrusi menjadi batangan dengan bermacam-macam penampang. Tahan korosi. Aluminium digunakan dalam banyak hal. Kebanyakan darinya digunakan dalam kabel bertegangan tinggi. Juga secara luas digunakan dalam bingkai jendela dan badan pesawat terbang. Ditemukan di rumah sebagai panci, botol minuman ringan, tutup botol susu dsb. Aluminium juga digunakan untuk melapisi lampu mobil dan compact disks. 2. ALUMINIUM PADUAN (ALIMINIUM ALLOY) Aluminium paduan merupakan material berbasis aluminium yang ditambah dengan elemen paduan. Elemen paduan yang biasa digunakan seperti tembaga, magnesium, manganese, silicon, seng, bismuth, timbal, boron, nickel, titanium, chromium, vanadium, dan zirconium. Tujuan dari penambahan elemen paduan salah satunya untuk meningkatkan sifat mekanis aluminium. 3. PERLAKUAN PANAS Perlakuan panas pada aluminium paduan dilakukan dengan memanaskan sampai terjadi fase tunggal kemudian ditahan beberapa saat dan diteruskan dengan pendinginan cepat hingga tidak sempat berubah ke fase lain. Jika bahan tadi dibiarkan untuk jangka waktu tertentu maka terjadilah proses penuaan (aging). Perubahan akan terjadi berupa presipitasi (pengendapan) fase kedua yang dimulai dengan proses nukleasi dan timbulnya klaster atom yang menjadi awal dari presipitat. Presipitat ini dapat meningkatkan kekuatan dan kekerasannya. Proses ini merupakan proses age hardening yang disebut natural aging. Jika setelah dilakukan pendinginan cepat kemudian dipanaskan lagi hingga di bawah temperatur solvus (solvus line) kemudian ditahan dalam jangka waktu yang lama dan dilanjutkan dengan pendinginan lambat di udara disebut proses penuaan buatan (artificial aging). Proses dari pemanasan awal hingga pendinginan cepat disebut proses perlakuan pelarutan (solution treatment), dan proses sesudahnya disebut proses perlakuan pengendapan (precipitation treatment). SYARAT PERLAKUAN PANAS Adapun syarat dalam perlakuanpanas yang harus dipenuhi yaitu: • • • Suhu pemanasan harus naik secara teratur dan merata. Alat ukur suhu hendaknya seteliti mungki. Laju pendinginan sesuai dengan jenis perlakuan panas yang dilakukan. JENIS ALUMINIUM PADUAN Secara umum aluminium paduan dibagi menjadi aluminium tuang (cast) dan wrought. • Aluminium Paduan Tuang (Cast Aluminum Alloy) Aluminium paduan tuang memiliki makna bahwa produk jadi aluminium paduan dibuat dengan proses penuangan. Aluminium paduan tuang dibagi menjadi dua jenis yaitu heat-treatable alloy dan non-heat-treatable alloy. Aluminium paduan tuang heat-treatable mengalami solution treating atau fully treating. Sedangkan aluminium paduan tuang non-heattreatable mengalami strain-hardening atau annealing. Contoh material standar yang tergolong dalam aluminium paduan tuang: Heat-treatable: Aluminum Association Number 295.0 dan 356.0; UNS Number A02950 dan A03560. • Aluminium Paduan Wrought (Wrought Aluminum Alloy) Wrought aluminum alloy memiliki makna bahwa produk aluminium jenis ini dikerjakan dengan proses rolling, tempa, dan ekstrusi. Wrought aluminum alloy diklasifikasikan menjadi dua jenis yakni heat-treatable alloy dan non-heat-treatable alloy (sama seperti aluminium paduan tuang). Contoh material standar yang tergolong dalam wrought aluminum alloy: o Heat-treatable: Aluminum Association Number 2024, 6061, dan 7075; UNS Number A92024, A96061, dan A97075. o Non-heat-treatable: Aluminum Association Number 1100, 3003, dan 5052; UNS Number A91100, A93003, dan A95052. MEKANISME PENGERASAN Untuk menjelaskan mekanisme terjadinya pengerasan, sebagai contoh diambil untuk diagram fase Al-Cu. Dari diagram tampak bahwa kelarutan Cu dalam Al menurun dengan menurunnya temperatur. Suatu paduan dengan 4 % Cu mulai membeku di titik 1 dengan membentuk dendrit larutan padat a. Dan pada titik 2 seluruhnya sudah membeku menjadi larutan padat a dengan 4 % Cu. Pada titik 3 kelarutan Cu dalam Al mencapai batas jenuhnya, bila temperaturnya diturunkan akan ada Cu yang keluar dari larutan padat a berupa CuAl2. Makin rendah temperaturnya makin banyak Cu-Al yang keluar. Pada gambar struktur mikro Al-Cu tampak partikel CuAl tersebar didalam matriks a. Dengan pemanasan kembali sampai diatas garis solvus (titik 3) semua Cu larut kembali di dalam a. Dengan pendingan cepat (quench) Cu tidak sempat keluar dari a. Pada suhu kamar struktur masih tetap berupa larutan padat a fase tunggal Sifatnyapun masih belum berubah. Masih tetap lunak dan sedikit ulet. Dalam keadaan ini larutan dikatakan sebagai larutan yang lewat jenuh karena mengadung solute yang melampaui batas jenisnya untuk temperatur itu. Setelah beberapa saat larutan yang lewat jenuh ini akan mengalami perubahan kekerasan dan kekuatan. Menjadi lebih kuat dan keras , tetapi struktur mikro tidak tampak mengalami perubahan. Penguatan ini terjadi karena timbulnya partikel CuAl2 (fase q) yang berpresipitasi di dalam kristal a. Presipitat ini sangat kecil tidak tampak di mikroskop (submicroscopic) dan akan menyebabkan terjadinya tegangan pada lattis kristal a di sekitar presipitat ini . Karena presipitat tersebar merata didalam lattis kristal. Maka dapat dikatakan seluruh lattis menjadi tegang mengakibatkan kekuatan dan kekerasan menjadi lebih tinggi. Struktur mikro dari presipitasi AlCu dapat dilihat pada gambar berikut ini : Micrograph showing Cu rich GP zones in Al-4%Cu, aged for 6 hours at 180 °C. Micrograph showing θ’ precipitates in Al-4%Cu, aged for 2 hours at 200 °C Micrograph showing θ precipitates in Al-4%Cu, aged for 45 mins at 450 °C. Gambar . Presipitasi Al-Cu Aging dapat dilakukan dengan membiarkan larutan lewat jenuh itu pada temperatur kamar selama beberapa waktu. Dinamakan natural aging atau dengan memanaskan kembali larutan lewat jenuh itu ke temperatur di bawah garis solvus dan dibiarkan pada temperatur tersebut selama beberapa saat. Dinamakan artficial aging Bila aging temperatur terlalu tinggi dan atau aging time terlalu panjang maka partikel yang terjadi akan terlalu besar (sudah mikroskopik) sehingga effek penguatannya akan menurun bahkan menghilang sama sekali, dan ini dinamakan over aged. Proses precipitation hardening atau hardening dapat dibagi menjadi beberapa tahap yaitu: 1. Solution treatment, yaitu memanaskan paduan hingga diatas solvus line. 2. Mendinginkan kembali dengan cepat (quenching) 3. Aging, yaitu menahan pada suatu temperatur tertentu (temperatur kamar atau temperatur dibawah solvus line) selang waktu tertentu. Paduan Aluminium lainnya yang dapat di perlakukan panas sebagaimana diagram fasa di bawah ini : 1) Paduan Al-Mg dengan kadar Mg kurang dari 17,1 % termasuk yang heat treatable karena jika dipanaskan di atas garis solvus mampu mencapai fasa tunggal. 2) Paduan Al-Si masuk kategori non heat tretable, tetapi untuk paduan Al-Si dengan kadar Si kurang dari 1,6 sebagaimana diagram fasa di bawah ini masih memungkinkan Al-Si mencapai fasa tunggal jika dipanaskan di atas garis solvus. Berarti memungkinkan untuk di heat treatmen. 3) Paduan Al-Cu dengan kadar Cu kurang dari 5,65 % juga heat treatable. REFERENSI • • • • Abdillah, F. (2010). Perlakuan panas paduan Al-Si pada prototipe piston berbasis material piston bekas (Doctoral dissertation, Diponegoro University). Mazzolani, F. (1994). Aluminium alloy structures. CRC Press. Raharjo, W. P. (2008). Pengaruh Perlakuan Panas Terhadap Struktur Mikro Dan Kekerasan Coran Paduan Al-Mg-Si. Mekanika, 7(1). Raharjo, S., Abdillah, F., & Wanto, Y. (2011). Analisa Pengaruh Pengecoran Ulang Terhadap Sifat Mekanik Paduan Alumunium ADC 12. Prosiding SNST Fakultas Teknik, 1(1).
