Pros;d;ng Pertemuan Ilm;ah Sa;ns Mater; 1997 /SSN 14/0 -2897

PENGARUH Cu TERHADAP SIF A T MEKANIK DANSTRUKTUR MIKRO P ADA P ADUAN Al-Si-Mg1

Muhyin2 dan SuhariyantoJ

ABSTRAKPENGARUH CD TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO PADA PADUAN AI-Si-Mg. Pengaruh Cu

terhadap sifat mekanik dan struktur mikro, dapat diketahui dengan cars membuat sampel paduan AI-Si-Mg dengan vareasi Cu sebesar : 0; 1,5 ; 3 dan 5 % wt. Selanjutnya dilakukan pengujian terhadap sifat mekanik dan struktur mikronya, seisin itu juga dilakukanpengujian dengan SEM-EDAX , dan Maping untuk mendukung analisisnya. Hasil pengujian menunjukkan bahwa : semakin tinggikandungan Cu , maka kekerasannya aksu naik, sedangkan kekuatan tariknya mula-mula naik sampai kandungan Cu sebesar 3 %wtkemudian tumn sampai kandungan Cu sebesar 5 %wt. Dari basil foto struktur mikro dan didukung dengan SEM-EDAX dapat diketahuibahwa : pads paduan tersebut muncul dua rasa yang sangat dominan, yaitu rasa yang kaya AI sebagai matriknya dan rasa yang kaya Si.Kandungan Cu dalam paduan berpengaruh terhadap bentuk morfologi struktur mikronnya. Morfologi struktur mikro yang rasa kaya Si-nya berbentuk serabut mempunyai kekuatan tarik yang relatiftinggi

ABSTRACTTHE INFLUENCE OF Cu TOWARDS THE MECHANIC CHARACTERISTIC AND THE MICRO STRUCTURE TO

THE FUSION OF AI-Si-Mg. The influence of Cu towards the mechanic characteristic and the micro structure, so it needs the fusionspecimen of AI-Si-Mg with the variations ofCu as great as: 0 ; 1,5; 3 and 5 %wt. Furthermore it can be done a test with the SEM-EDAX and Maping to support the analysis. The results of the test show that the content of Cu is high, then the violence will be rise,whereas the begining of the pulling strenght rises until the content ofCu -as great as 3 %wt, afterward it descends till the content ofCuto become 5 %wt. From the micro structur photo result and the supporting of the SEM-EDAX, can be know that: the mention of thefusion above appears to become two (2) fasa which is the most dominant, that is, It has AI riches as the matrix and the fasa which hasthe Si riches. The content of the Cu in the fusion is influence towards micro form ofmorfology structur. The micro morfology structurewhich has rich fasa Si is formed fibre sets up which has the high relatively pulling strength.

KEY WORDMechanic characteristic. Microstructure. Fusion

PENDAHULUAN pengembangan ilmu pengetahuan daD teknologikhususnya bidang Sains Materi.

TINJAUAN PUSTAKAUntuk mendapatkan berbagai macam sifat

yang diinginkan, biasanya sulit diperoleh dari satujenis material mumi, oleh karena itu perlu dibuatsuatu paduano Sebagai contoh kombinasi dariberbagai sifat aluminium dan pacluannnya, membuatlogam ini mempunyai sifat-sifat yang baik, seperti :penghantar panas clan listrik yang tinggi, tahankorosi, kekerasan clan kekuatan tarik yang tinggi,ringan dan sebagainya. Dengan sifat-sifat tersebut,maka paduan Aluminium banyak dipakai, mulai darikebutuhan rumah tangga sampai kebutuhan industri

pesawat terbang.Dengan semakin pentingnya paduan

Aluminium maka perlu dikembangkan suatupenelitian paduan Aluminium untuk mencari sifat-sifat mekanik clan fisik yang diinginkan sehinggamenghasilkan suatu produk yang mempunyai daya

guna tinggi.Tujuan dari penelitian ini adalah untuk

mengetahui sejauh mana pengaruh Cu terhadap sifatmekanik (kekerasan mikro dan kekuatan tarik ) danstruktur mikronya. Diharapkan dari hasil penelitianini dapat meningkatkan daya guna paduanAluminium dengan mengatur komposisi berat Cu(%wt) sehingga sangat bermanfaat untuk

Daya guna suatu produk sangat dipengaruhioleh : pengaturan komposisi, laku panas, sistempengerjaan daD pengecorannya. Jadi denganmengatur komposisi paduan, dapat diperoleh sifat-sifat yang diinginkan. Pacta penelitian ini dilakukanpenambahan Cu pacta paduan AI-Si-Mg denganharapan dapat meningkatkan sifat-sifat paduantersebut.

Unsur-unsur seperti : Cu , Mg , Mn , daD Fedapat meningkatkan kekerasan paduan aluminium[I]. Unsur-unsur tersebut secara bergantiandivareasi kandungan Cu-nya, kemudian diujikekerasannya. Mula-mula paduan dasar mempunyaikekerasan 86 BHN, maka dengan dinaikkannyakandungan Cu,kekerasannya akan meningkatmenjadi 94 BHN.

Untuk meningkatkan kekerasan yang lebihtinggi, paduan tersebut diberi laku panas T5 (waktutahan 4 jam dengan suhu yang bervariasi : 25 °c ,125 °c , 180 °c , 200 °c daD 220 °c. Dari basilpenelitian ini dapat dilihat bahwa perlakuan panasdapat meningkatkan kekerasan paduan [I].

I Dipresentasikan pada Pertemuan Ilmiah gains Materi 19972Y.P.T.A. UNTAG, Surabaya

135

Prosidinf! Pertemuan Ilmiah Sa;ns Mater; 1997 ISSN 1410 -2897

Maping. Hasil analisis kualitatif dengan SEM-EDAX dapat dilihat pada Tabel I.

Tabel Hasil analisis kwantitatif dengan SEM-EDAX

Sam

pelKet.

Al

Unsur-unsur paduan seperti : Cu , Mn , Mgdan Zn dapat meningkatkan kekuatan tarik paduanAluminium [2]. Mula-mula paduan AI dengankandungan Cu sebesar 3 %wt kekuatan teriknya 150Mpa, dengan dinaikkannya Cu sebesar 6 %wtkekuatan tariknya menjadi 310 Mpa.

Untuk meningkatkan paduan AI-Si-Mg bisajuga dengan perlakuan panas, sebagaimana telahdilakukan terhadap paduan AI-Si-Mg dengan nomorseri AC98 [3]. Dari basil penelitian tersebutdiperoleh bahwa kekerasan tertinggi 70 HRBtercapai ketika diberi perlakuan panas T6(temperatur tahan 200 °C dengan waktu tahan 4

jam).

I

<':u I Zn I1~~oL'~_1

~~~~

0,080;301:64

~

'04 0,34

0,93

PEMBAHASAN

METODOLOGI PENELITIAN Pengaruh Cu Terhadap Kekerasan pada PaduanAI-Si-Mg

Oari hasil penelitian menunjukkan bahwapada saat Cu = 0 %wt, kekerasannya 74 Hv padamatriknya, daD 80 Hv pada rasa yang kaya Si. Oarifoto struktur mikro, Sampel 1.1 menunjukkan bahwasebagian besar partkel Si berada di sekitar batas butir

~!oi~r~ OOI£ I'---.-11\01-

1001

175

Dibuat sampel paduan AI-Si-Mg denganvariasi pernell berat Cu sebesar : 0 ; 1,5 ; 3 dan 5%wt. Unsur-unsur yang lain konstan, yaitu : Si = 5%wt, Mg = 0,4 %wt , Zn = I %wt dan sisanya AI.Kemudian dari sampel-sampel terse but dibuatspesimen untuk persiapan uji kekerasan, kekuatantarik dan struktur mikro.

Untuk mendukung analisis kuantitatif,struktur kristal dan distribusi unsur-unsur paduannya, dilakukan pengujian dengan SEM-EDAX, danMaping.

Setelah didapatkan data-data basil pengujianselanjutnya dilakukan analisis dan pembahasan,kemudian disimpulkan.

Io~

IcL--"". "" '.100

,) .) ~ I I 6 ~ 25 3 35 --5 5 .6.6

Ic.!n{lUngen (OJ "wtl-"""Nan pd _"k -+- --'" -4- k ,," Tor,k

BASIL EKSPERIMEN

Dari hasil uji kekerasan mikro clan ujikekuatan tarik diperoleh, bahwa pada kandungan Cu= 0 %wt, kekerasan matriknya 74 Hv, kekerasanpada rasa yang kaya Si adalah 80 Hv sedangkekuatan tariknya 155 Mpa. Semakin besarkandungan Cu kekerasannya semakin naiksedangkan kekuatan tariknya naik samapai batastertentu kemudian turun. Kekerasan tertinggitercapai pada kandungan Cu sebesar 5 %wt , sedangkekuatan tarik tertinggi tercapai pada kandungan Cusebesar 3 %wt, yaitu 175 Mpa. lihat Gambar 1.

Gambar Fek Cu terhadap kekerasan & kekuatan tarik

pacta paduan Al-Si-Mg.

Hasil Foto struktur mikro daD Maping dapatdilihat pada Gambar : 2 daD 3 (lampiran) , dari fotostruktur mikro ini terlihat adanya dua rasa yangdominan, dengan bentuk morfologi yang berbeda -

beda. Paduan dengan kandungan Cu sebesar 0 %wtunsur Cu daD Si tersebar / terdistribusi pada batasbutir. Dengan penambahan Cu unsur-unsur Simembentuk kelompok, disamping itu sebagianmasuk ke dalam matriknya, hal ini nampak dari basil

dan membentuk semacam jaringan yang salingberkaitan antar sesamanya, dan sebagian kecil yangtersebar pada matriknya. Hal ini didasarkan padawama gelap dari basil rota struktur mikro, dan daribasil pengujian kekerasan menunjukkan adanya nilaikekerasan yang yang sangat berbeda. Diperjelas lagidari basil Maping, disamping itu juga ditunjangdengan basil SEM-EDAX yang menunjukkan bahwapada daerah tersebut kandungan Si-nya cukup tinggi(20,98 %wt).

Pada Sampel 1.2 (kandungan Cu = 1,5 %wt)menunjukkan adanya kenaikan kekerasan baik padamatriknya maupun pada rasa yang kaya Si. Darirota struktur mikro menunjukkan bentuk jaringan-jaringan partikel Si semakin membesar. Dari SEM-EDAX menunjukkan adanya peningkatan Si baikpada matrik maupun pada rasa yang kaya Si. Dari

136

Prosidin Pertemuan llmiah Sains Materi 1997 1SSN 1410 -2897

maka dapat dikatakan seluruh lattis menjaditegangan sehingga menyababkan kekerasan menjadinaik.

Dengan bertambahnya Cu maka CuAl2 yangterbentuk juga semakin besar, sehingga lattis kristalakan semakin tegang, dengan semakin tegangnyalattis kristal inilah yang menyebabkan tingginya nilaikekerasan dengan dinaikkannya Cu.

Pengaruh Cu terhadap Kekuatan TarikSeperti dijelaskan di depan bahwa Cu, selain

berpengaruh terhadap kekerasan juga berpengaruhterhadap kekuatan tarik. Dari basil penelitianmenunjukkan bahwa dengan dinaikkannyakandungan Cu mulai dari 0 %wt sampai dengan 3%wt , kekuatan tariknya akan naik, kemudiandengan dinaikkannya Cu sebesar 5 %wt, kekuatantarik paduan akan turun.

Kenaikan kekuatan tarik ini disebabkankarena adanya atom-atom Cu yang larut dalampaduan AI-Si-Mg membentuk larutan padat, dalampaduan ini Cu tersebar sebagaimana ditunjukkanoleh basil Maping. Dengan adanya unsur tambahanCu ini maka pergerakan dislokasi tidak dapat bebas,sehingga basil paduan tersebut kekuatan tariknya

meningkat.

basil Maping kelihatan jelas penyebaran Si, partikel-partikel Si sebagian besar mulai membentukkelompok (koloni) clan sebagian kecil masuk kedalam matriknya.

Selanjutnya dengan kandungan Cu sebesar3 %wt (Sampel 1.3), menunjukkan adanya kenaikankekerasan, juga adanya perubahan bentuk morfologistruktur mikronya. Dari basil Maping menunjukkanbahwa jumlah Cu kelihatan meningkat dari pada

sebelumnya, sedangkan Si-nya sebagianmengelompok, sebagian lagi menyebar, denganpenyebaran yang lebih banyak dari pada

sebelumnya.Dari basil eksperimen tersebut menunjukkan

bahwa dengan penambahan Cu, kekerasan paduanakan meningkat. Hal ini disebabkan karena partikel-partikel Si yang berada disekitar batas butir yangmembentuk semacam jaringan terse but, sebagianmasuk ke dalam matriknya. Sedangkan Si tidakmembentuk jaringan lagi namun sudah mulaimengelompok, hal ini ditunjukkan oleh basilMaping, dengan masuknya Si ke dalam matrik makamatrik akan menjadi lebih keras. Hal ini disebabkankarena Si sendiri lebih keras darai pada AI,disamping itu juga disebabkan dengan masuknya Simaka akan diperlukan energi yang lebih besar untukmendeformasi material tersebut.

Pada saat penambahan Cu semakin besar, Simempunyai kecenderungan untuk membentuk suatukelompok clan sebagian menyebar ke dalam matrik.Adanya penambahan Cu yang kurang dari bataskelarutannya maka Cu tersebut larut dalam AImembentuk solid solution dan membentuk presipitatCuAI2 [6]. AI akan lebih mudah berikatan denganCu dari pada dengan Oksigen sehingga yang tadinyaterbentuk Aluminium oksida maka posisi Oksigenini akan diganti oleh Cu, sehinga terbentuklah CuAI2sebagai presipitat. Presipitat ini akan menyebabkanterjadinya tegangan pada lattis -kristal AI, karenapresipitat ini tersebar merata di dalam lattis kristal,

c. Pengaruh Cu Terhadap Bentuk MorfologiStruktur Mikro

Dari hasil foto struktur mikro, SEM-EDAXdan foto Maping memperlihatkan adanya pengaruhCu terhadap bentuk morfologi struktur mikro, lihatGambar 2 daD Gambar: 3.

Pada saat kandungan Cu = 0 %wt, Simembentuk semacam jaringan yang saling berikatanantar sesamanya, namun ikatan lemah karenakemampuan untuk menghambat penjalaran dislokasirelatif kecil. Unsur Mg lebih banyak di matriknya,sedangkan unsur Zn lebih banyak berikatan denganSi.

,,~1A

137

Pros;d;nl! Pertemuan Ilm;ah Sa;ns Mater; 1997 /SSN /4/0 -2897

Pada saat kandungan Cu = 1,5 %wt, bentuk

mofologi berubah yang tadinya membentuk jaringankecil-kecil, dengan adanya Cu ini maka jaringan-jaringan yang kaya Si ini sebagian membesar,sebagian lagi terputus, sehingga bentuk matriknya

kelihatan lebih besar. Unsur Cu , Mg clan Znkelihatannya menyebar, tidak membentuk kelompokatau jaringan seperti Si.

Selanjutnya dengan kandungan Cu = 3 %wt,maka Si kelihatan ada yang menbentuk kelompok,.~ ,-.,, --

(b) S.-.npel .1.1: 4Lt1n'bllti Si(~) S8IIpeI 1.1 ~ ~Ousi AI

(c) Sampel .1 distnOU1oiMg=-~..' ---

(e) Satntlel .1.1 mtrib.--:z-rt"--- -Gambar 3. Hasil Pengujian maping dengan SEM (sampell.l)

serabut yang lebih kecil ini kemampuan untukmenahan penj:llr:ln disloka!;i menjadi lebih kecil. MgdaD Zn kelihatan tersebar merata, sedangkan Cusebagian masuk ke dalam matrik, sebagian lagimembentuk kelompok-kelompok kecil yang salingberikatan.

ada yang menyebar daD ada yang membentukscmncnm serabut yang letaknya tidak teratur, denganletak semacam ini kemampuan untuk menghambatpenjalaran dislokasi menjadi lebih besar. Unsur Mglebih banyak masuk ke dalam matriknya sedangkanZn tersebar merata.

Kemudian dengan kandungan Cu = 5 %wt,

tidak kelihatan adanya jaringan-jaringan rasayangkaya Si, pada sampel ini Si-nya membentukkelompok, sebagian lagi membentuk semacamserabut-serabut yang lebih kecil, dengan bentuk

KESIMPULAN1. Semakin besar kandungan Cu dalam paduan Al-

Si-Mg, maka kekerasannya akan naik sedangkekuatan tariknya mula-mula naik sampai

138

Prosiding Pertemuan Rmiah SOins Mater; 1997 1SSN 1410 -2897

kandungan Cu = 3 %wt, kemudian turunsampai kandungan Cu = 5 % wt.

2. Bahwa paduan AI-Si-Mg terse but muncul duarasa yang dominan, yaitu rasa yang kaya Al(sebagai matrik) clan rasa yang kaya Si.

3. Penambahan Cu pada paduan AI-Si-Mg dapatmempengaruhi sifat mekanik clan bentukmorfologi struktur mikronya.

4. Morfologi struktur mikro yang rasa kaya Si-nyaberbentuk serabut yang berserakan (tidakteratur) mempunyai kekuatan tarik yang relatiflebih tinggi.

DAFfARPUSTAKA

[I] SAMUEL; A.M., SAMUEL, F .H., Efect ofAlloying Element and DAS on TheMicrostructur and Hardness of AI-Si-Mg

Aluminium Die Casting Alloy. Journal of Mat.Sci, Vol.30 (1995),1313-1319.

[2] HA TCH,J.E., Aluminium: Properties andPhisical Metallurgy. American Sociaty forMetals, Ohio, (1995).

[3] SVMAROW,E., Pengaruh Perlakuan PanasTerhadap Struktur Mikro dan Sifat MekanikMaterial AI-Si-Mg Untuk Piston Motor. PPSMaterials Science VI, Jakarta (1995).

[4] DAVIS, Aluminium and Aluminium Alloy.Specialty Handbook, ASM International, Ohio,(1993).

[5] CALLISTER, W.D., Material Science andEngineering. John Willey and Sons, Inc.NewYork, (1985).

[6] PARK;D.S., NAM,S.W., Effects ofManganese Dispersoid on The MechanicalProperties in AI-Mg-Zn Alloy. Journal of Mat.Sci. Vol. 30 1425- 1433.

139