skripsi aluminium

8/7/2019 Skripsi Aluminium

1/94

KARAKTERISTIK KEKUATAN FATIK

PADA PADUAN ALUMINIUM TUANG

SKRIPSI

Diajukan dalam rangka penyelesaian studi strata I

Untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Disusun Oleh :

Nama : Charis Sonny Harsono

NIM : 5250401053

Program Studi : Teknik Mesin S1

Jurusan : Teknik Mesin

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2006


2/94

ii

ABSTRAK

Penelitian ini dimaksudkan untuk mengetahui sifat fisis, mekanis dan

karakteristik kekuatan fatik pada paduan aluminium tuang, baik yang material

dasar (raw material) ataupun material yang sudah mengalami proses remelting.

Bahan yang digunakan adalah sekrap aluminium terpilih dari pelek mobil

atau motor bekas. Bahan dilebur dan dituang dengan suhu 725C dengan cetakan

logam, kemudian dibuat spesimen standar ASTM E.8 untuk pengujian tarik dan

JIZ Z2201 No.14 A untuk pengujian fatik. Remelting dilakukan setelah material

dasar (raw material) dibuat dengan kondisi penuangan yang sama. Pengujian fatik

dilakukan dengan menggunakan 2 variasi bahan, yaitu material dasar (raw

material) dan paduan aluminium setelah mengalami proses remelting. Pengujian

fatik dilakukan dengan menggunakan tegangan yang sama pada masing-masing

jenis kelompok spesimen.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa remelting mengakibatkan terjadinya

perubahan sifat fisis paduan aluminium yang ditandai dengan bertambahnya

porositas pada struktur mikro tetapi relatif tidak mengubah komposisi kimia.

Remelting mempengaruhi sifat mekanis paduan aluminium, yaitu terdapat

penurunan kekerasan (raw material = 59,06 BHN dan remelting = 58,1 BHN),

penurunan kekerasan ini sebesar 1,62 %. Remelting juga mengakibatkan

penurunan terhadap siklus (N) fatik raw material dengan persamaan S = 476,6

EMBED Equation.3 setelah di lakukan remelting persamaannya menjadi S

= 409,26 EMBED Equation.3 . Jika hal ini dilakukan pada level tegangan

tinggi sebesar 103,488 MPa yang sama antara raw material dan paduan aluminium

setelah dilakukan proses remelting, maka terjadi penurunan siklus (N) sebanyak

19,8 %. Sedangkan pengujian tarik dilakukan hanya untuk mendapatkan besarnya

tegangan yang diperlukan untuk penentuan beban pada pengujian fatik, besaran

itu adalah 143,76 Mpa.

Kata kunci: Struktur komposisi bahan, remelting, foto struktur mikro dan

makro, kekerasan, tarik dan fatik.


3/94

iii

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

Motto :

YAKINLAH semua usaha yang pernah kita

lakukan tidak akan pernah sia-sia.

Suatu kegagalan adalah tolak ukur dari sebuah

keberhasilan

Jangan takut GAGAL apabila ingin mencapai suatu

kesuksesan

IKHTIARlah kepada Allah bila kita telah berusaha

keras

Segala sesuatu ada waktunya, apapun yang tercipta

merupakan jawaban dari putaran waktu yang Tuhan

telah berikan. Emosi, ego, luapan tawa, tetes air

mata dan impian semua lebur jadi satu, menjadi

pengakuan penuh arti buat perjalanan hidup ini.

Mungkin terasa sederhana, namun ini adalah sisi

hidup yang harus kita jalani.

Persembahan :Ayah nan jauh di alam sana dan ibu tercinta terima kasih atas kasih sayang dan

doanya

Keluarga besarku semua tercinta

Spesial untuk Nok Eecha

Teman-teman angkatan 2001, 2002 dan 2003 serta sahabat-sahabatku

Almamaterku.


4/94

iv

KATA PENGANTAR

Alhamdulillahi Robbil 'alamiin syukur pada Allah SWT, atas selesainya

penyusunan skripsi yang berjudul "Karakteristik Kekuatan Fatik Pada Paduan

Aluminium Tuang Skripsi ini untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai

derajat Sarjana S-1 di Program Studi Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang.

Remelting merupakan kasus yang terdapat di industri kecil dengan memanfaatkan

bahan sekrap (bekas). Dengan keterbatasan alat dan teknologi yang dimiliki,

namun produk yang dihasilkan harus sudah diteliti memalui perhitungan-

perhitungan yang matang dan diperlukan perencanaan produksi yang baik,

sehingga dihasilkan produk yang mcmpunyai kualitas tinggi. Melalui skripsi ini,

penulis berusaha mengungkap fenomena yang terjadi pada kasus tersebut.

Dalam penyusunan tesis ini tidak lepas dari dukungan dan bantuan dari

berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Prof. Dr. Soesanto, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas NegeriSemarang.

2. Bapak Drs. Pramono, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas NegeriSemarang.

3. Bapak Ir. Jamasri, Ph.D. atas bimbingan yang telah diberikan.4. Bapak Drs. Aris Budiyono, M.T. atas bimbingan yang telah diberikan.5. Bapak Heri Yudiono, S. Pd, M.T. atas pengarahan yang diberikan.6. Bapak Widi Widayat, S.T., M.T atas revisinya.7. Bapak Sunhaji, selaku teknisi di Laboratorium Bahan Teknik, Teknik Mesin

Universitas Gadjah Mada (UGM), Yogyakarta.

Pimpinan lndustri Pengecoran "Kripton Gama Jaya" Banguntapan

Bantul, atas bantuan dan kerjasamanya.

Rekan-rekan yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu atas

bantuannya

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Skripsi ini masih banyak

kekurangan dan masih jauh dari sempurna, sehingga penulis sangat

mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca untuk perbaikan


5/94

v

penulis dimasa yang akan datang. Semoga penelitian ini dapat bermanfaat bagi

semua pihak.

Semarang, 12 Agustus 2006

Charis Sonny Harsono

Penulis


6/94

vi

DAFTAR ISI

HalamanHALAMAN JUDUL ................................................................................. i

ABSTRAK ..................................................................................... ........... ii

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................... iii

MOTO DAN PERSEMBAHAN .................................................... .......... iv

KATA PENGANTAR .................................................................... .......... v

DAFTAR ISI .................................................................................. .......... vii

DAFTAR TABEL ..................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ...................................................................... .......... x

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................. ........... xii

BAB I. PENDAHULUAN .......................................................... ........... 1

A. Latar Belakang ......................................................... ............ 1B. Batasan Masalah ....................................................... ........... 2C. Tujuan Penelitian ...................................................... ........... 3D. Manfaat Penelitian .................................................... ........... 3E. Penegasan Istilah .................................................................. 4

BAB II. LANDASAN TEORI ..................................................... ............ 5

A. Aluminium ................................................................ ........... 51. Aluminium dan Paduannya ............................... ............... 5

2. Remelting .......................................................... ............... 13

B. Sifat-sifat Bahan ................................................................... 171. Komposisi ......................................................... ............... 17

2. Kekuatan Tarik ................................................................. 17

3. Kekerasan ......................................................................... 23

4. Struktur Mikro .................................................................. 26

5. Fatique .............................................................................. 27

BAB III. METODE PENELITIAN ........................................................... 33

A. Bahan Penelitian ................................................................... 33

B. Alat-alat Penelitian .................................................. ............ 34

C. Proses Pengecoran ................................................................ 35


7/94

vii

D. Langkah-langkah Pengujian ................................................. 36

E. Teknik Pengumpulan Data ................................................... 44

F. Diagram Alur Penelitian ............................................. ......... 46

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN PENELITIAN................ .......... 47

Hasil Penelitian ............................................................... ........... 47

1. Komposisi Kimia ................................................ ............. 47

2. Struktur Mikro .................................................................. 48

3. Uji Kekerasan ................................................................... 52

4. Uji Tarik ........................................................................... 54

5. Uji Fatik ............................................................. .............. 55

BAB V. PENUTUP .................................................................................. 59

A. Simpulan .................................................................... .......... 59

B. Saran ..................................................................................... 60

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................... .......... 61

LAMPIRAN .............................................................................................. 62


8/94

viii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Sifat mekanik aluminium ... 6

Tabel 2. Klasifikasi paduan aluminium tempaan ......................... 6

Tabel 3. Klasifikasi perlakuan bahan ........................................... 7

Tabel 4. Penggunaan diameter penetrator 25

Tabel 5. Nilai kekerasan brinell pada masing-masing beban .. 25

Tabel 6. Gaya maksimal masing-masing diameter penetrator 25

Tabel 7. Lembar pengamatan uji tarik .... 44

Tabel 8. Lembar pengamatan uji fatik 45

Tabel 9. Hasil Uji Komposisi raw material ................................ 47

Tabel 10. Hasil Uji Komposisi setelah di remelting...................... 48

Tabel 11. Spesimen raw material ................................................ 53

Tabel 12. Spesimen paduan aluminium setelah di remelting ...... 53

Tabel 13. Data hasil uji tarik ....................................................... 55

Tabel 14. Data hasil uji tarik ....................................................... 55


9/94

ix

DAFTAR GAMBAR

HalamanGambar 1. Pengaruh suhu pada kelarutan hidrogen dalam aluminium .. 7

Gambar 2. Diagram fasa Al-Si dan perbaikan sifat-sifat mekanik

oleh modifikasi Al-Si ....................................................... .... 11

Gambar 3. Pembebanan tarik ............. 18

Gambar 4. Diagram tegangan-regangan . ........... 19

Gambar 5. Penentuan tegangan luluh dengan metode offset 0,2%......... 22

Gambar 6. Prinsip Uji kekerasan brinell (Dieter : 1986) ............ ........... 24

Gambar 7. Grafik kegagalan material setelah mengalami beban

dengan siklus tak hingga .............. 28

Gambar 8. Gambar komponen alat uji fatik ........................................... 29

Gambar 9. Gambar kurfa fatik aluminium tipe S-N .. ............ 29

Gambar 10. Alat uji fatik . ............ 30

Gambar 11. Sketsa alat uji Fatik .. ............ 30

Gambar 12. Ilustrasi tekanan berulang . ........... 32

Gambar 13. Dimensi uji fatik JIS Z2201 No. 14 A .. ........... 33

Gambar 14. Dimensi uji tarik ASTM E8 ...................................... ........... 34

Gambar 15. Urutan proses pengecoran aluminium .............. 35

Gambar 16. Mesin foto struktur mikro ......................................... ........... 38

Gambar 17. Mesin uji kekerasan brinell ....................................... ........... 39

Gambar 18. Mesin uji tarik servopulser ................................................... 41

Gambar 19. Mesin uji fatik Rotary Bending ............ 41

Gambar 20. Alur penelitian .............. 46

Gambar 21. Foto mikro raw material perbesaran 200 kali .......... ............ 49

Gambar 22. Foto mikro raw material perbesaran 500 kali ........... ........... 49

Gambar 23. Foto mikro paduan aluminium setelah di remelting

dengan perbesaran 200 kali .................................................. 50


dengan perbesaran 500 kali .................................................. 50


10/94

x

Gambar 25. Foto mikro raw material perbesaran 200 kali yang

menunjukkan porositas .................................... .................... 51


perbesaran 200 kali yang menunjukkan porositas ... ............ 52

Gambar 27. Nilai kekerasan paduan aluminium ......................... ............. 54

Gambar 28. Kurva S N hasil pengujian lelah ........................................ 56

Gambar 29. Penampang patah lelah pada spesimen raw material ............ 58

Gambar 30. Penampang patah lelah pada spesimen remelting ................ 58


11/94

xi

DAFTAR LAMPIRAN

HalamanLampiran 1. Komposisi Kimia Paduan Aluminium raw material ... ..... 62

Lampiran 2. Komposisi Kimia Paduan Aluminium remelting ............. 62

Lampiran 3. Data dan Perhitungan Kekerasan ................................. .... 64

Lampiran 4. Data dan Perhitungan Uji Tarik ................................... .... 69

Lampiran 5. Data dan Perhitungan Uji Fatik ........................................ 79

Lampiran 6. Foto Makro ....................................................................... 81

Lampiran 7. Tabel Paduan dan sifat mekanik paduan aluminium

(Ramsden, 2004) .......................................................... .... 83


12/94


13/94

2

digunakan dapat mengalami beban berulang-ulang dan kadang-kadang

mengalami beban kejut sehingga pelek tersebut harus mendapatkan jaminan

terhadap kerusakan akibat retak-lelah, sehingga aman dalam penggunaan atau

bahkan mempunyai usia pakai lebih lama.

Semua perpatahan yang disebabkan kelelahan melalui tahapan proses :

terjadinya retak - perambatan lelah - patahan, oleh karenanya perlu dilakukan

pencegahan pada setiap tahapan proses tersebut dibagian yang paling efektif.

Broek (1986) dalam bukunya menulis bahwa sebagian besar kerusakan

konstruksi disebabkan oleh beban yang berulang atau berfluktuasi.Jika

fluktuasi tegangan ini cukup besar dan berulang-ulang, kegagalan struktur

dapat terjadi walaupun tegangan maksimal yang terjadi pada elemen struktur

tersebut lebih kecil dibandingkan dengan kekuatan materialnya. Kegagalan ini

dikatakan sebagai fatik atau kelelahan. Jadi kelelahan adalah proses peretakan

kemudian merambat dibawah beban yang berulang atau berfluktuasi.

Berdasarkan ulasan diatas penulis tertarik untuk melakukan penelitian

tentang sifat lelah yang dimiliki oleh paduan aluminium tuang, dan penulis

mengambil judul Karakteristik Kekuatan Fatik pada Paduan Aluminium

Tuang.

B.Batasan MasalahPenelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis material

dari produk industri kecil untuk bahan paduan aluminium, maka dilakukan

pembatasan masalah sebagai berikut :


14/94

3

1. Sebagai raw material di ambil dari bahan paduan Al yang dituangpertama, selanjutnya dilakukan remelting.

2. Pada saat remelting tidak ditambahkan unsur paduan apapun sehinggaprosesnya tetap sama dengan raw material.

C.Tujuan PenelitianAdapun tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Untuk mengetahui sifat fisis, mekanis dan kekuatan fatik paduanaluminium.

2. Untuk mengetahui karakteristik kekuatan fatik/lelah pada paduanaluminium tuang yang di cor kembali (remelting).

D.Manfaat PenelitianDengan adanya penelitian mengenai karakteristik retak lelah pada paduan

Aluminium tuang ini dapat diambil manfaat antara lain :

1. Sebagai bahan pertimbangan bagi pengusaha pengecoran aluminiumdalam pemilihan bahan, proses pengecoran dan tindakan yang diperlukan

untuk memperoleh sifat mekanis sesuai dengan permintaan pengguna

produk.

2. Memberi masukan ilmiah tentang pengujian bahan logam untukmengetahui karakteristik kekuatan fatik pada paduan aluminium tuang

yang kemudian di cor kembali (remelting).

3. Meningkatkan pengetahuan dan wawasan serta memperkaya khasanahilmu pengetahuan dan teknologi dibidang pengujian bahan logam.


15/94

4

4. Untuk mengetahui kualitas paduan aluminium tuang sehingga dapatdiaplikasikan sesuai dengan sifat-sifatnya.

E.Penegasan IstilahPenegasan istilah digunakan untuk menghindari kemungkinan salah

pengertian atau salah penafsiran terhadap arti kata-kata yang menjadi judul

skripsi ini.

1. Karakteristik

Sesuatu yang mempunyai sifat khas sesuai dengan perwatakan

tertentu (KBBI, 1989)

2. Fatik

Proses peretakan kemudian merambat dibawah beban yang

berulang atau berfluktuasi.

3. Paduan Aluminium Tuang

Campuran dari beberapa jenis unsur logam dan aluminium murni

yang disatukan dengan cara pengecoran (penuangan). Aluminium adalah

logam putih perak, ringan, dan molar; unsur dengan nomor atom 13,

lambang Al dan bobot atom 26,9815. Aluminium merupakan logam ringan

yang mempunyai ketahanan korosi dan hantaran listrik yang baik serta

sifat-sifat yang baik lainnya sebagai sifat logam (Surdia dan Saito, 2000).


16/94

5

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Aluminium

1. Aluminium dan PaduannyaAluminium merupakan logam ringan yang mempunyai sifat ketahanan

korosi yang baik. Material ini digunakan dalam bidang yang luas bukan hanya

untuk peralatan rumah tangga saja tetapi juga dipakai untuk kepentingan

industri, misalnya untuk industri pesawat terbang, mobil, kapal laut dan

konstruksi-konstruksi yang lain.

Neff (2002) dalam papernya menjelaskan bahwa untuk memenuhi tuntutan

pasar dari aluminium tuang dewasa ini harus memfokuskan pada peningkatan

kualitas logam dengan pengembangan pada proses peleburan. Proses

difokuskan pada eliminasi berbagai kotoran yaitu inklusi yang mcrupakan

problem serius dalam memproduksi hasil coran yang berkualitas. Inklusi yang

dimaksud adalah gas hidrogen yang dapat larut pada aluminium cair yang

menyebabkan porositas pada pengecoran. Daya larut hidrogen meningkat bila

temperatur naik. Tingkat kelarutan hidrogen pada paduan aluminium tidak

sama. Pada saat pembekuan, gas hidrogen masih tersisa sehingga pada hasil

pengecoran terdapat cacat. Dijelaskan pula bahwa tidak semua porositas

diakibatkan oleh gas hidrogen tetapi disebabkan pula oleh penyusutan.

Penyusutan yang terjadi pada saat aluminium membeku sebesar 6% dari

volume ketika aluminium bertransformasi dari cair ke padat.


17/94

6

Adapun sifat-sifat mekanis aluminium dapat dilihat pada tabel dibawah ini

:

Tabel 1. Sifat mekanik aluminium

Kemurnian Al (%)

99,996 >99,0Sifat-sifat

Di anil 75% dirol dingin Di anil H18

Kekuatan tarik (kg/mm2

) 4,9 11,6 9,3 16,9

Kekuatan mulur (0,2) (kg/mm

2

)1,3 11,0 3,5 14,8

Perpanjangan 48,8 5,5 35 5

Kekerasan Brinell 17 27 23 44

Tabel 2. Klasifikasi paduan aluminium tempaan.

Standar AA Standar Alcoa

terdahulu

Keterangan

1001

1100

2010-2029

3003-3009

4030-4039

5050-5086

6061-6069

7070-7079

1S

2S

10S-29S

3S-9S

30S-39S

50S-69S

70S-79S

Al murni 99,5% atau diatasnya

Al murni 99,0% atau diatasnya

Cu merupakan unsur paduan utama

Mn merupakan unsur paduan utama

Si merupakan unsur paduan utama

Mg merupakan unsur paduan utama

Mg2Si merupakan unsur paduan utama

Zn merupakan unsur paduan utama


18/94

7

Tabel 3. Klasifikasi perlakuan bahan.

Tanda Perlakuan

-F

-O

-H

-H 1n

-H 2n

-H 3n

-T

-T2

-T3

-T4

-T5

-T6

-T7

-T8

-T9

-T10

Setelah pembuatan

Dianil penuh

Pengerasan regangan

Pengerasan regangan

Sebagian dianil setelah pengerasan regangan

Dianil untuk penyetabilan setelah pengerasan regangan n=2 (1/4

keras), 4 (1/2 keras), 6 (3/4 keras), 8 (keras), 9 (sangat keras)

Perlakuan panas

Penganilan penuh (hanya untuk coran)

Pengerasan regangan setelah perlakuan pelarutan

Penuaan alamiah penuh setelah perlakuan pelarutan

Penuaan tiruan (tanpa perlakuan pelarutan)

Penuaan tiruan setelah perlakuan pelarutan

Penyetabilan setelah perlakuan pelarutan

Perlakuan pelarutan, pengerasan regangan, penuaan tiruan

Perlakuan pelarutan, penuaan tiruan, pengerasan regangan

Pengerasan regangan setelah penuaan tiruan

Gambar 1. Pengaruh suhu pada kelarutan hidrogen dalam aluminium


19/94

8

Hal-hal yang mempengaruhi sifat-sifat paduan aluminium antara lain

adalah unsur-unsur sebagai berikut :

a. Silisium (Si)

Unsur Si dalam paduan aluminium mempunyai pengaruh positif :

Mempermudah proses pengecoran Meningkatkan daya tahan terhadap korosi Memperbaiki sifat-sifat atau karakteristik coran Menurunkan penyusutan dalam hasil corPengaruh negatif yang ditimbulkan unsur Si berupa :

Penurunan keuletan bahan terhadap beban kejut dan Hasil cor akan rapuh jika kandungan silikon terlalu tinggi.b. Tembaga (Cu)

Pengaruh baik yang dapat timbul oleh unsur Cu dalam paduan aluminium

akan:

Meningkatkan kekerasan bahan Memperbaiki kekuatan tarik Mempermudah proses pengerjaan dengan mesin.Pengaruh buruk yang dapat ditimbulkan oleh unsur Cu akan :

Menurunkan daya tahan terhadap korosi Mengurangi keuletan bahan dan Menurunkan kemampuan dibentuk dan dirol


20/94

9

c. Unsur Magnesium (Mg)

Magnesium memberikan pengaruh baik yaitu :

Mempermudah proses penuangan Meningkatkan kemampuan pengerjaan mesin Meningkatkan daya tahan terhadap korosi Meningkatkan kekuatan mekanis Menghaluskan butiran kristal secara efektif Meningkatkan ketahanan beban kejut/impak.Pengaruh buruk yang ditimbulkan oleh unsur Mg :

Meningkatkan kemungkinan timbulnya cacat pada hasil pengecorand. Unsur besi (Fe)

Pengaruh baik yang dapat ditimbulkan oleh unsur Fe ada1ah :

mencegah terjadinya penempelan logam cair pada cetakan selama prosespenuangan.

Pengaruh buruk yang dapat ditimbulkan unsur paduan ini adalah :

Penurunan sifat mekanis Penurunan kekuatan tarik Timbulnya bintik keras pada hasil coran Peningkatan cacat porositas.Paduan aluminium utama adalah :

a. Al-Cu

Sebagai paduan coran dipergunakan paduan yang mengandung 4-5%

Cu. Ternyata dari fasanya ini mempunyai daerah luas dari pembekuannya,


21/94

10

penyusutan yang besar, risiko besar pada kegetasan panas dan mudah

terjadi retakan pada coran. Adanya Si 4-5%sangat berguna untuk

mengurangi keadaan itu dan penambahan Ti sangat efektif untuk

memperhalus butir. Paduan dalam system ini terutama dipakai sebagai

bagian-bagian motor mobil, meteran dan rangka utama dari katup-katup.

b. Al-Si

Paduan Al-Si sangat baik kecairannya, yang mempunyai permukaan

bagus sekali, tanpa kegetasan panas, dan sangat baik untuk paduan coran,

sebagai tambahan, ia mempunyai ketahanan korosi yang baik, sangat

ringan, koefisien pemuaian yang kecil dan sebagai penghantar yang baik

untuk listrik dan panas. Karena mempunyai kelebihan yang mencolok,

paduan ini sangat banyak dipakai. Paduan Al-12%-Si sangat banyak

dipakai untuk paduan cor cetak. Paduan yang memerlukan perlakuan panas

ditambah dengan Mg juga Cu serta Ni untuk memberikan kekerasan pada

saat panas, bahan ini biasa dipakai untuk torak motor.

Peleburan aluminium-silium

Gambar 2 menunjukkan diagram fasa dari sistim ini. Ini adalah tipe

eutektik yang sederhana yang mempunyai titik eutektik pada 577

o

C,

11,7%Si, larutan padat terjadi pada sisi Aluminium, karena batas kelarutan

padat sangat kecil maka pengerasan penuaan sukar diharapkan.

Kalau paduan ini didinginkan pada cetakan logam, setelah cairan

logam diberi natrium flourida kira-kira 0,05-1,1% kadar logam natrium,

tampaknya temperatur eutektik meningkat kira-kira pada 14%. Hal ini


22/94

11

biasa terjadi pada paduan hipereuektik seperti 11,7-14% Si, Si mengkristal

sebagai kristal primer, tetapi karena perlakuan yang disebut di atas

Aluminium mengkristal sebagai kristal primer dan struktur eutektiknya

menjai sangat halus. Ini dinamakan struktur yang idmodifikasi. Sifat-sifat

mekaniknya sangat diper-baiki yang ditunjukkan pada gambar 2.

Fenomena ini ditemukan oleh A. Pacz tahun 1921 dan paduan yang telah

diadakan perlakuan tersebut dina-makan silumin.

Gambar 2. Diagram fasa Al-Si dan perbaikan sifat-sifat mekanik oleh modifikasi Al-

Si

c. Al-Mg

Paduan Al-Mg mempunyai ketahanan korosi yang sangat baik, sejak

lama disebut hidronalium dan dikenal sebagai paduan yang tahan korosi.

Cu dan Fe sangat berbahaya bagi ketahanan korosi, terutama Cu sangat

memberikan pengaruhnya. Maka perlu perhatian khusus terhadap

tercampurnya unsur pengotor. Paduan aluminium yang mengandung

magnesium 4% sampai 10% mempunyai kekuatan tarik diatas 30


23/94

12

kgf/mm 2 dan perpanjangan diatas 12%. Paduan ini biasanya dipakai untuk

alat-alat industri kimia, kapal laut dan pesawat terbang.

d. Paduan aluminium tahan panasPaduan ini terdiri dari Al-Cu-Ni-Mg yang kekuatannya tidak

berubah sampai 300 0 C, sehingga paduan ini dipakai untuk torak dan tutup

silinder.

Paduan Al diklasifikasikan dalam berbagai standar oleh berbagai

standar oleh berbagai negara di dunia. Saat ini klasifikasi yang sangat

terkenal dan sempurna adalah standar Aluminium Association di Amerika

(AA) yang didasarkan atas standar terdahulu dari Alcoa (Aluminium

Company of America). Paduan tempaan dinyatakan dengan satu atau dua

angka S, sedangkan paduan coran dinyatakan dengan 3 angka. Standar

AA menggunakan penandaan dengan 4 angka sbb: Angka pertama

menyatakan sistim paduan dengan unsur-unsur yang ditambahkan, yaitu:1.

Al murni, 2. Al-Cu,3: Al-Mn, 4. AL-Si, 5. Al-Mg, 6. Al-Mg-Si dan 7: Al-

Zn, sebagai contoh, paduan Al-Cu. Dinyatakan dengan angka 2000. Angka

pada tempat kedua menyatakan kemurnian dalam paduan yang

dimodifikasi dan Al murni sedangkan angka ketiga dan keempat

dimaksudkan untuk tanda Alocoa terdahulu kecuali S, sebagai contoh, 3 S

sebagai 3003 dan 63S sebagai 6063. Al dengan kemurnian 99,05% atau di

atasnya dengan ketakmurnian terbatas (2S) dinyatakan sebagai 1100. Tabel

2 menunjukkan hubungan tersebut.


24/94

13

2.RemeltingDapur peleburan aluminium tuang dilakukan pada tanur krus besi cor,

tanur krus dan tanur nyala api. Bahan-bahan logam yang akan dimasukkan

pada dapur terdiri dari sekrap (remelt) dan bahan murni (aluminium ingot).

Untuk menjaga standar paduan yang telah ditentukan maka sekrap dari

bermacam-macam logam tidak boleh dicampurkan bersama ingot tetapi harus

dipilih terlebih dahulu. Penambahan unsur yang mempunyai titik lebur rendah

seperti seng dan magnesium dapat ditambahkan dalam bentuk elemental

sedangkan logam yang mempunyai titik lebur tinggi seperti Cu, Mg, Ni, Mn,

Si, Ti, dan Cr adalah paling baik ditambahkan sebagai paduan. Dalam praktek

peleburan yang baik mempersyaratkan dapur dan logam yang dimasukan

dalam keadaan bersih (Heini dkk, 1981).

Sebelum dilakukan peleburan di dalam tungku sebaiknya logam dipotong-

potong menjadi kecil-kecil, hal ini bertujuan untuk menghemat waktu

peleburan dan mengurangi kehilangan komposisi karena oksidasi. Setelah

material mencair, fluks dimasukkan ke dalam coran, yang bertujuan untuk

mengurangi oksidasi dan absorbsi gas serta dapat bertujuan untuk mengangkat

kotoran-kotoran yang menempel pada aluminium. Selama pencairan,

permukaan harus ditutup fluks dan cairan diaduk pada jangka waktu tertentu

untuk mencegah segresi (Surdia dan Chijiiwa, 1991). Kemudian kotoran yang

muncul di ambil dan dibuang. Setelah pada suhu kurang lebih 725 0 C

aluminium di tuang ke dalam cetakan. Adapun untukremelting, material hasil

peleburan di atas dilebur kembali.


25/94

14

Pengecoran merupakan proses tertua yang dikenal manusia dalam

pembuatan benda logam. Proses pengecoran dengan menggunakan pasir cetak

meliputi : pembuatan cetakan, persiapan dan peleburan logam, penuangan

logam cair kedalam cetakan, pembersihan coran dan proses daur ulang pasir

cetakan. Berikut ini adalah proses pengecoran pada aluminium tuang :

a.Pembuatan PolaPola merupakan bagian yang penting dalam proses pembuatan benda

cor, karena itu pulalah yang akan menentukan bentuk dan ukuran dari

benda cor. Pola yang digunakan untuk benda cor biasanya terbuat dari

kayu, resin, lilin dan logam. Kayu dapat dipakai untuk membuat pola

karena bahan tersebut harganya murah dan mudah dibuat dibandingkan

pola logam. Oleh karena itu pola kayu umumnya dipakai untuk cetakan

pasir. Biasanya kayu yang dipakai adalah kayu seru, kayu aras, kayu

mahoni, kayu jati dan lain-lain (Surdia, 1982:62).

b.Pembuatan IntiMenurut (Surdia, 1982: 104) mengatakan bahwa inti adalah suatu

bentuk dari pasir yang dipasang pada rongga cetakan, fungsi dari inti

adalah untuk mencegah pengisian logam pada bagian-bagian yang

berbentuk lubang atau rongga suatu coran. Inti harus memiliki kekuatan

yang memadai dan juga mempunyai polaritas (Amstead, 1990:99).

Disamping itu inti harus mempunyai permukaan yang halus dan tahan

panas. Inti yang mudah pecah harus diperkuat dengan kawat, selain itu

harus dicegah kemungkinan terapungnya inti dalam logam cair.


26/94

15

c.Pembuatan CetakanCetakan berfungsi untuk menampung logam cair yang akan

menghasilkan benda cor. Macam-macam cetakan adalah :

1. Cetakan pasirCetakan dibuat dengan jalan memadatkan pasir, pasir yang akan

digunakan adalah pasir alam atau pasir buatan yang mengandung

tanah lempeng. Pasir ini biasanya dicampur pengikat khusus, seperti

air, kaca, semen, resin ferol, minyak pengering. Bahan tersebut akan

memperkuat dan mempermudah operasi pembuatan cetakan (Surdia:

1982: 3).

2. Cetakan logamCetakan ini dibuat dengan menggunakan bahan yang terbuat dari

logam. Cetakan jenis logam biasanya dipakai untuk industri-industri

besar yang jumlah produksinya sangat banyak, sehingga sekali

membuat cetakan dapat dipakai untuk selamanya. Cetakan logam

harus terbuat dari bahan yang lebih baik dan lebih kuat dari logam

coran, karena dengan adanya bahan yang lebih kuat maka cetakan

tidak akan terkikis oleh logam coran yang akan di tuang.

d.Peleburan (pencairan logam)Untuk mencairkan bahan coran diperlukan alat yang namanya dapur

pemanas. Dalam proses peleburan bahan coran ada dua dapur pemanas

yang digunakan yaitu dengan menggunakan dapur kupola atau dengan

menggunakan dapur tanur induksi. Kedua jenis dapur tersebut yang sering


27/94

16

digunakan oleh industri adalah tanur induksi frekuensi rendah karena

mempunyai beberapa keuntungan (Surdia, 1982: 145). Keuntungan

tersebut adalah mudah mengontrol komposisi yang teratur, kehilangan

logam yang sedikit, kemungkinan menggunakan logam yang bermutu

rendah, efisiensi tenaga kerja, dapat memperbaiki persyaratan kerja.

e.PenuanganMenuang adalah memindahkan logam cair dari dapur pemanas ke

dalam cetakan dengan bantuan alat yang disebut ladel, kemudian

dituangkan ke dalam cetakan. Ladel berbentuk kerucut dan biasanya

terbuat dari plat baja yang terlapisi oleh batu tahan api. Saat penuangan

diusahakan sedekat mungkin dengan dapur sehingga dapat menghindari

logam coran yang membeku sebelum sampai ke cetakan yang diinginkan.

f.Membongkar dan Membersihkan CoranPada prinsipnya pembongkaran hasil pengecoran logam dari cetakan

dilakukan secara langsung atau mekanis. Setelah benda cetakan membeku

atau dingin sampai temperatur rendah., cetakan dibongkar, tempat

pembongkaran harus memiliki sarana ventilasi udara yang baik.

g.Pemeriksaan Coran

Pada proses pengecoran pemeriksaan hasil coran mempunyai tujuan

yang memelihara kualitas dan penyempurnaan teknik. Dari pemeriksaan

maka akan diketahui kekurangan suatu proses yang telah dilakukan,

dimana adanya kekurangan tersebut akan meningkatkan hasil yang

berkualiatas.


28/94

17

Untuk mendapatkan sifat aluminium yang baru biasa dilakukan dengan

jalan menambahkan unsur-unsur paduan kedalam aluminium murni. Namun

ada juga yang melakukan penggabungan beberapa paduan aluminium dengan

jalan pengecoran (penuangan) untuk memperoleh sifat mekanis bahan yang

lebih baik.

B. Sifat-sifat Bahan

1. Komposisi

Uji komposisi merupakan pengujian yang berfungsi untuk mengetahui

seberapa besar atau seberapa banyak jumlah suatu kandungan yang terdapat

pada suatu logam, baik logam ferro maupun logam non ferro. Uji komposisi

biasanya dilakukan ditempat pabrik-pabrik atau perusahaan logam yang

jumlah produksinya besar, ataupun juga terdapat di Instititut pendidikan yang

khusus mempelajari tentang logam.

Proses pengujian komposisi berlangsung dengan pembakaran bahan

menggunakan elektroda dimana terjadi suhu rekristalisasi, dari suhu

rekristalisasi terjadi penguraian unsur yang masing-masing beda warnanya.

Penentuan kadar berdasar sensor perbedaan warna. Proses pembakaran

elektroda ini tidak lebih dari tiga detik. Pengujian komposisi dapat dilakukan

untuk menentukan jenis bahan yang digunakan dengan melihat persentase

unsur yang ada.


29/94

18

2. Kekuatan Tarik

Proses pengujian tarik mempunyai tujuan utama untuk mengetahui

kekuatan tarik bahan uji. Bahan uji adalah bahan yang akan digunakan sebagai

konstruksi, agar siap menerima pembebanan dalam bentuk tarikan.

Pembebanan tarik adalah pembebanan yang diberikan pada benda dengan

memberikan gaya yang berlawanan pada benda dengan arah menjauh dari titik

tengah atau dengan memberikan gaya tarik pada salah satu ujung benda dan

ujung benda yang lain diikat.

Gambar 3. Pembebanan tarik

Penarikan gaya terhadap bahan akan mengakibatkan terjadinya perubahan

bentuk (deformasi) bahan tersebut. Kemungkinan ini akan diketahui melalui

proses pengujian tarik. Proses terjadinya deformasi pada bahan uji adalah

proses pergeseran butiran-butiran kristal logam yang mengakibatkan

melemahnya gaya elektromagnetiksetiap atom logam hingga terlepasnya ikatan

tersebut oleh penarikan gaya maksimum. Penyusunan butiran kristal logam

yang diakibatkan oleh adanya penambahan volume ruang gerak dari setiap

butiran dan ikatan atom yang masih memiliki gaya elektromagnetik, secara

otomatis bisa memperpanjang bahan tersebut.

Hasil yang diperoleh dari proses pengujian tarik adalah grafik tegangan-

regangan, parameter kekuatan dan keliatan material pengujian dalam prosen


30/94

19

perpanjangan, kontraksi atau reduksi penampang patah, dan bentuk permukaan

patahannya.

Pada pengujian tarik beban diberikan secara kontinyu dan pelan-pelan

bertambah besar, bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan mengenai

perpanjangan yang dialami benda uji. Kemudian dapat dihasilkan kurva

tegangan dan regangan.

Tegangan dapat diperoleh dengan membagi beban dengan luas penampang

mula-mula benda uji.

oA

P= ..(1)

Dimana :

= Tegangan nominal )(2

mm

kg

P = Gaya tarik aksial (kg)

oA = Luas penampang normal (mm2 )

Gambar 4. Diagram tegangan-regangan

a.Bahan tidak ulet, tidak ada deformasi plastis, contoh: besi corb.Bahan ulet dengan titik luluh, misalnya pada baja carbn rendahc.Bahan ulet tanpa titk luluh yang jelas, misalnya aluminiumd.Kurva tegangan sesungguhnya remangan-tegangan nominalp : kekuatan patah f : regangan sebelum patah

u : kekuatan tarik x : titik patah

y : kekuatan luluh YP : titik luluh


31/94

20

Untuk menghitung luas penampang normal ( oA ) suatu spesimen dapat

ditentukan dengan rumus sebagai berikut :

2

4dAo

= ..................................(2)

Dimana :

d = Diameter spesimen

Prosentase pertambahan panjang (regangan) diartikan sebagai

perpanjangan tiap satuan panjang, yang diperoleh dengan membagi

perpanjangan panjang ukur L mula-mula benda uji.

%1001 xL

LL

L

Le

o

o

o

=

= ................(3)

Dimana :

e = Regangan (%)

L 1 = Panjang akhir (mm)

oL = Panjang awal (mm)

Pembebanan tarik dilakukan secara menerus dengan menambahkan beban

sehingga akan mengakibatkan perubahan bentuk pada benda berupa

pertambahan panjang dan pengecilan serta bila diteruskan akan

mengakibatkan kepatahan pada bahan. Prosentase pengecilan yang terjadi

dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut :

%1001 xA

AA

A

Aq

o

o

o

=

= (4)

Dimana :

q = Reduksi penampang (%)

oA = Luas penampang mula (mm2)1A = Luas penampang terkecil setelah patah (mm

2)


32/94

21

Pengujian tarik dilaksanakan dengan mesin pengujian tarik Servopulser

yang selama pengujian akan mencatat setiap kondisi bahan sampai terjadinya

tegangan ultimate )( u , juga sekaligus akan menggambarkan diagram tarik

dari benda uji, adapun panjang L 1 akan diketahui sete1ah benda uji patah

dengan menggunakan pengukuran secara manual. Tegangan ultimate adalah

beban tertinggi yang bekerja pada luas penampang semula.

o

uu

AP= ..(5)

Dimana :

u = Tegangan Ultimate )(

2mm

kg

uP = Beban tertinggi yang bekerja (kg)

oA = Luas penampang semula (mm2)

Tegangan luluh ( y ) hasilnya haruslah lebih kecil dari tegangan maksimal

atau tegangan Ultimate ( u ), sedangkan tegangan luluh dinyatakan dengan

rumus :

o

y

yA

P= ........................................(6)

Dimana :

y = Tegangan luluh )( 2mm

kg

yP = Beban luluh yang bekerja (kg)

oA = Luas penampang semula (mm2)

Bahan yang liat biasanya memiliki grafik uji tarik dimana titikyield

langsung dapat diketahui. Bahan yang tidak liat biasanya titikyield-nya tidak


33/94

22

dapat dilihat secara langsung. Dengan memberikan tambahan beban, maka

regangan mulai bertambah. Akibatnya kurva tegangan-regangan akan

memiliki kemiringan (slope) tertentu, kemudian kemiringannya berubah

menjadi keeil sehingga kurvanya mendatar dan terjadi perpanjangan yang

besar tanpa tambahan gaya tarik. Gejala ini dikenal sebagai peluluhan

(yielding) bahan dan tegangan pada daerah ini disebut tegangan luluh (yield

stress) atau merupakan kekuatan luluh bahan. Akhirnya pembebanan

mencapai harga maksimum dan tegangannya disebut tegangan tertinggi

(ultimate stress) atau merupakan kekauatan tarik bahan. Kondisi selanjutnya

diikuti pengurangan beban dan akhirnya putus (failure).

Apabila suatu bahan seperti paduan aluminium tidak memiliki titik luluh

yang jelas dan masih mengalami regangan-regangan besar setelah batas luluh

terlewati, maka suatu tegangan luluh sembarang dapat ditentukan melalui

metoda offset(offsetmethod) (lihat gambar 5. Disini sebuah garis lurus ditarik

sejajar dengan bagian awal kurva yang linier pada diagram tegangan-regangan

yang berjarak 0,2% sampai 0,35% dari grafik keseluruhan (Suherman, 1987:

14). Perpotongan garis offset dengan kurva tegangan-regangan (titik A pada

gambar 5) didefinisikan sebagai tegangan luluh ( y ).


34/94

23

Gambar 5. Penentuan tegangan luluh dengan metode offset 0,2%

Kebanyakan bahan memiliki suatu daerah awal pada diagram tegangan-

regangan dimana bahan berkelakuan secara elastis dan linier. Jenis kelakuan

ini sangat penting dalam rekayasa dan mesin didesain untuk berfungsi pada

tegangan yang rendah dan agar menghindari terjadinya deformasi plastis.

Hubungan linier antara tegangan dan regangan dikenal sebagai hukum Hooke

(Shackelford, 1996) serta dinyatakan oleh persamaan :

E= (7)

dimana E adalah konstanta pembanding yang dikenal sebagai modulus

elastisitas dari bahan. Modulus elastisitas adalah kemiringan dari diagram

tegangan-regangan dalam daerah elastis linier, dan harganya tergantung pada

bahan.

3. Kekerasan

Pengujian kekerasan adalah satu pengujian dari sekian banyak pengujian

yang dipakai, karena dapat dilaksanakan pada benda uji yang relatif kecil

tanpa kesukaran mengenai spesifikasi benda uji. Pengujian yang banyak

dipakai adalah dengan cara menekankan penekanan tertentu kepada benda uji


35/94

24

dengan beban tertentu dan mengukur bekas hasil penekanan yang terbentuk di

atasnya (Surdia, 2000).

Terdapat tiga jenis umum mengenai ukuran kekerasan yang tergantung

pada cara melakukan pengujian. Ketiga jenis tersebut adalah kekerasan

goresan, kerasan lekukan dan kekerasan pantulan. Akan tetapi pengujian yang

sering dilakukan adalah pengujian penekanan. Pada pengujian penekanan

terdapat beberapa alat ujiyang dapat digunakan, antara lain dengan alat ujiBrinell,Vickers danRockwell.

Uji kekerasan Brinell dilakukan dengan penekanan sebuah bola yang

terbuat dari baja cram yang telah disepuh ke permukaan benda uji tanpa

sentakan. Tekanan yang digunakan berupa gaya tekan statis. Bola Brinell

mempunyai standart dengan diameter (D) sama dengan 10 mm dengan

penyimpangan maksimum saat beban tekan bekerja 0.005 mm. Selain itu

masih ada bola lain dengan diameter 0.65 mm, I mm, 1.25 mm, 2 mm, 2.5

mm, dan 5 mm. Pengujian kekerasan harus dilakukan sampai pada batas

plastis suatu benda uji, karena bila masih berada pada batas elastis benda uji

maka dikhawatirkan bekas pijakan akan kembali lagi, walaupun tidak pada

kondisi semula.


36/94

25

Gambar 6. Prinsip Uji kekerasan brinell (Dieter : 1986)

Pada pengujian BHN ( Brinell Hardness Number), besar beban yang

bekerja tcrgantung pada diameter bola dan jenis benda uji, sedangkan untuk

penetrator diameternya tergantung dari tebal benda uji tersebut.

Tabel 4. Penggunaan diameter penetrator

Tebal benda uji (mm) Diameter penetrator (mm)

1 33 6

>6

D = 2,5D = 5,0

D = 10

Tabel 5. Nilai kekerasan brinell pada masing-masing beban

HB rata-rata2

D

P

Bahan

20 80

80 160

160

5

10

30

Aluminium,Tembaga

Kuningan, Paduan Cu

Baja, Besi cor

Tabel 6. Gaya maksimal masing-masing diameter penetrator

Penetrator

D (mm)

52=

D

P10

2=

D

P30

2=

D

P

Gaya (kg)

2,5

5

10

31,25

125

500

62,5

250

1000

187,5

750

300

Untuk mengetahui besarnya nilai kekerasan Brinell, maka digunakan

rumus sebagai berikut :


37/94

26

BHNinjakanbekaspenampangLuas

penetratorpadaGayaHB = (8)

BHNdDDD

PHB

)(

.2

22

=

Dimana :

HB = Harga kekerasanBrinell (BHN)

P = Gaya pada penetrator (kg)

D = Diameeter identor (mm)

d = Diameter bekas injakan (mm)

4. Struktur Mikro

Struktur mikro adalah struktur terkecil yang terdapat dalam suatu bahan

yang keberadaannya tidak dapat di lihat dengan mata telanjang, tetapi harus

menggunakan alat pengamat struktur mikro diantaranya; mikroskop cahaya,

mikroskop electron, mikroskop field ion, mikroskop field emission dan

mikroskop sinar-X. Penelitian ini menggunakan mikroskop cahaya, adapun

manfaat dari pengamatan struktur mikro ini adalah:

1. Mempelajari hubungan antara sifat-sifat bahan dengan struktur dan cacatpada bahan.

2. Memperkirakan sifat bahan jika hubungan tersebut sudah diketahui.Langkah-langkah untuk melakukan pengamatan struktur mikro adalah

pemotongan spesimen menjadi ukuran yang kecil kurang lebih seukuran 10mm

x 10mm x 10mm, penempatan spesimen ke dalam cetakan dan cetakan tadi di

isi resin yang bertujuan untuk memermudah dalam proses penghalusan,

pengampelasan dengan menggunakan amplas halus secara berurutan, mulai


38/94

27

dari yang paling kasar (nomor kecil) sampai yang halus (nomor besar),

pemolesan dengan menggunakan bubuk penggosok ataupun pasta diamond.

Pemeriksaan struktur mikro memberikan informasi tentang bentuk struktur,

ukuran butir dan banyaknya bagian struktur yang berbeda.

5. Fatigue

Patahan lelah disebabkan oleh tegangan yang berfluktuasi, dan juga

dijumpai pada tegangan kurang dari 1/3 kekuatan tarik statik pada bahan

struktur tanpa konsentrasi tegangan. Dalam keadaan dimana pemusatan

tegangan diperhitungkan, mungkin bahan akan putus pada tegangan yang

lebih rendah. Jadi kelelahan memegang peranan utama dalam putusnya bahan

secara mendadak pada penggunaan suatu struktur atau komponen.

Semua patahan yang disebabkan kelelahan melalui tahapan proses :

1. Terjadi keretakan lelah.

2. Perambatan retakan lelah.

3. Patahan statik terhadap luas penampang.

Oleh karena itu pencegahan masing-masing perlu dilakukan pada setiap

tahapan proses tersebut dibagian yang paling efektif. Dengan pembebanan

statis, retak dapat diinisiasi sebagai hasil dari deformasi plastis berulang.

Walaupun tegangan nominal masih dalam batas elastis secara lokal tegangan

dapat diatas luluh karena konsentrasi tegangan pada cacat atau takikan

mekanis. Konsekuensinya deformasi plastis terjadi secara lokal pada skala

mikro.


39/94

28

Material yang mengalami siklus tegangan bolakbalik dapat mengalami

kegagalan pada tegangan yang relatif lebih rendah (dibawah kekuatan elastis

material). Batas daya tahan material adalah tegangan satuan maksimum

dimana material dapat menahan dengan siklus tak hingga tanpa mengalami

kegagalan .

Salah satu sifat mekanis material adalah kelelahan (fatique). Sifat ini

merupakan kekuatan material yang juga berpengaruh terhadap patahnya suatu

logam. Dengan pembebanan tunggal kita bisa mengkarakterisasi sifat material

logam, misalnya dengan uji tarik dan uji impak. Namun pada kenyataannya,

beberapa aplikasi yang ada sering memunculkan adanya beban siklik (cyclic

loading) dari pada beban statis. Dan dengan begitu akan muncul masalah yang

khusus dalam penggunaan suatu material. Kekuatan fatik adalah fenomena

umum dari kegagalan material setelah beberapa siklus pembebanan diberikan

pada tingkat tegang di bawah tegangan tarik maksimal (ultimate tensile

strenght). Di bawah ini adalah contoh grafik kegagalan material setelah

mengalami beban dengan siklus tak hingga.

Gambar 7: Grafik kegagalan material setelah mengalami

beban dengan siklus tak hingga


40/94

29

Untuk mengetahui besar pembebanan untuk uji fatik ini sebelumnya

dilakukan dahulu pengujian tarik, langkah ini di maksudkan untuk mengetahui

tegangan tarik maksimal suatu material , karena dalam pengujian fatik ini

harga tegangan harus dibawah tegangan ultimate gambar dibawah ini

menggambarkan uji laboratorium yang digunakan untuk memprediksi nilai

tegangan (stress -level) sebelum dikenakan uji fatik.

Gambar 8: Gambar komponen alat uji fatik

Salah satu jenis kurva fatik dapat dilihat dari gambar di bawah ini:

Gambar 9: Gambar kurfa fatik aluminium tipe S-N dengan tanpa ada

titik batas lelah (Easley, and Rolfe 1981, Figure 14.14)

Data tersebut menunjukkan bahwa material pada saat tegangan 40 ksi

siklus yang didapatkan adalah5

10 , saat pembebanan 30 ksi siklus yang


41/94

30

didapatkan adalah 610 , saat pembebanan 20 ksi siklus yang didapatkan adalah

710 lebih, dan pada pembebanan 10 ksi siklus yang didapatkan adalah 810 .

Hal ini menunjukkan bahwa material aluminium tidak mempunyai titik batas

(endurance limit).

Setelah mendapatkan nilai tegangan ultimate/tegangan maksimal dari

proses pengujian tarik maka tegangan ultimate ( u ) digunakan untuk

menentukan beban yang akan di berikan pada proses pengujian fatik, yaitu

dengan cara:

Gambar 10. Alat uji fatik

Gambar 11. Sketsa alat uji Fatik


42/94

31

I

CM.= ..(9)

Rumus tersebut di atas dapat di jabarkan menjadi :

4.64

2.

2

.

d

daP

= ...(10)

Untuk mencari beban (P) yang akan digunakan, maka persamaan tersebut

menjadi :

4.64

2.

2

.

d

daP

=

2.

2

..

64. 4

daPd =

2.

2..64

. 4

aPd

d

=

Jadi beban (P) :

ad

d

P.

2.2..4

. 4

= ........(11)

Dimana :

P = Beban yang akan digunakan (kg)

= Tegangan (2

mm

kg)

d = Diameter benda uji (mm)

a = Panjang dari bearing ke dudukan (felerum) (mm)

L = Panjang dari dudukan (felerum) ke dudukan berikutnya (mm)


43/94

32

M = Momen puntir berlawanan (mm

kg)

C = Constanta empiris (2

d)

I = Momen Inersia bahan ( 4mm )

Endurance limit(batas daya tahan material) adalah ciri khas dari logam-

logam yang mengandung Ferro. Pada logam-logam non ferro batas daya tahan

material ini tidak jelas terlihat bahkan tidak ada. Demikian halnya dengan

paduan Al. Logam ini tidak mempunyai endurance limit (batas daya tahan

material), walaupun pada kenyataannya jika diturunkan maka akan

memberikan jumlah siklus yang lebih banyak. Dibawah ini adalah gambar dari

suatu ilustrasi bagaimana tekanan berulang dapat menghasilkan kelainan

bentuk plastik dipermukaan campuran logam secara cepat.

Gambar 12: Ilustrasi tekanan berulang


44/94

33

BAB III

METODE PENELITIAN

Metode Penelitian adalah cara yang dipakai dalam suatu kegiatan

penelitian, sehingga mendapatkan hasil yang dapat dipertanggungjawabkan secara

akademis dan ilmiah. Bahan yang akan diteliti adalah paduan aluminium dari

sekrap (pelek mobil bekas) yang terdapat pada industri pengecoran pelek Kripton

Gama Jaya produsen pelek kendaraan merek POWER Kecamatan

Banguntapan Kabupaten Bantul.

A. Bahan Penelitian

Spesimen dibuat dari bahan yang berasal dari pelek mobil bekas yang

kemudian di cor kembali. Sebagai bahan spesimen uji komposisi, foto mikro dan

makro, uji tarik, uji kekerasan dan uji fatik/lelah. Dimensi spesimen pengujian

untuk uji fatik geometrinya dibuat sesuai dengan manual pada, Schenck Rotary

Bending Machine PUPN (Simplex) yang menggunakan standar JIS Z2201 No.14

A. Sedangkan pada uji tarik menggunakan standar ASTM E8. Berikut ini adalah

dimensi spesimen uji fatik dan uji tarik:

Gambar 13. Dimensi uji fatik JIS Z2201 No. 14 A

33


45/94

34

Gambar 14. Dimensi uji tarik ASTM E8

Jumlah spesimen dalam pengujian ini adalah 28 batang. Untuk uji tarik

disediakan 4 batang dan diberi beban sama sejumlah 4 ton per spesimen.

Sedangkan untuk uji fatik disediakan 24 batang yang terdiri dari 12 batang R1

(raw material) dan 12 batang R2 (R1 yang dicor kembali/remelting) dengan

beban yang berbeda-beda.

B. Alat-Alat Penelitian

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

a. Mesin uji komposisi.

b. Mesin gergaji.

c. Mesin uji Fatik tipe Schenck Rotary Bending Machine PUPN (Simplex).

d. Mesin uji tarik Servopulser.

e. Dapur crusibel tanah.

f. Mesin bubut.

g. Mesin Frais.

h. Kamera foto struktur mikro.

i. Kamera foto struktur makro.


46/94

35

C. Proses Pengecoran

Pengecoran dilakukan di pabrik Kripton Gama Jaya produsen pelek

kendaraan merek POWER Kecamatan Banguntapan Kabupaten Bantul. Bahan

baku berasal dari sekrap pelek mobil bekas yang di cor kembali dalam dapur

crusibel tanah sederhana dengan menggunakan minyak tanah sebagai bahan

bakunya dan ditempatkan dalam tabung udara serta diberikan tekanan

menggunakan udara. Berikut ini adalah cara pengecoran aluminium yang akan di

buat menjadi spesimen :

a. Pembersihan Cetakan b. Peleburan pelekmobil c.Fluk/pembersih

kotoran

d. Fluks dimasukkan e.Ditahan pada suhu 725 C0 f. Suhu cetakan 300 C0

g. Memasukkan logam h. Pendinginan i. Dapur crusible tanah

Gambar 15. Urutan proses pengecoran aluminium


47/94

36

Langkah proses pengecoran aluminium dengan menggunakan cetakan

logam adalah sebagai berikut :

a. Sebelum cetakan di gunakan, cetakan harus dibersihkan dulu serta di

semprotkan kapur cair ke dalam permukaannya agar bersih serta pada saat

akan mengambil coran tidak lengket pada cetakan.

b. Peleburan pelekaluminium bekas sebagai bahan dasar.

c. Setelah aluminium mencair semua kemudian masukkan fluks. Fluks

berguna untuk mengangkat kotoran pada saat proses pengecoran.

d. Setelah bersih, tahan pada suhu sekitar 725 0 C

e. Panaskan cetakan pada suhu 300 C0 agar pada saat penuangan logam coran

tidak membeku sebelum memenuhi cetakan.

f. Masukkan logam coran ke dalam cetakan, usahakan cetakan jangan terlalu

jauh letaknya dengan dapur pengecoran.

g. Setelah itu buka cetakan dan keluarkan hasilnya dari cetakan serta

dinginkan dengan pendingin udara.

D.Langkah-langkah Pengujian :

1. Uji Komposisi

Uji komposisi dilakukan untuk mengetahui komposisi kimia yang

terkandung dalam bahan spesimen atau prosentase dari tiap unsur pembentuk

bahan spesimen misalnya C, Si, Fe, Cu, Mg, Al dan unsur lainnya. Langkah

pengujian komposisi adalah sebagai berikut :

a. Spesimen yang telah dipotong minimal sepanjang 15 mm dibersihkan

permukaannya dengan dibubut muka terlebih dulu sampai halus dan rata.


48/94

37

b. Spesimen diletakkan pada beddan dibakar dengan semacam elektroda atau

sinar laser hingga bahan mengalami pencairan atau rekristalisasi. Proses

pembakaran elektroda ini tidak lebih dari tiga detik Alat uji komposisi

akan menangkap wama sensor cahaya hasil dari proses rekristalisasi dan

diteruskan ke dalam program komputer dan mencatat hasilnya.

2. Pembuatan Spesimen

Pembuatan spesimen dilakukan dalam beberapa tahapan permesinan yang

tertuang dalam langkah-langkah pembuatan di bawah ini :

a. Proses pembuatan fatik spesimen menurut standar JIS Z220 I No. 14 A1) Memotong bahan ukuran 15 X 230 mm sebanyak 12buah dengan

mesin gergaji.

2) Membubut bahan hingga berukuran 11,8 X 225 mm sesuai bentuk

standar JIS Z2201 No. 14 A

b. Proses pembuatan tarik spesimen menurut standar ASTM E81) Memotong bahan ukuran 20 X 130 mm sebanyak 12buah dengan

mesin gergaji.

2) Membubut bahan hingga berukuran 17,5 X 125 mm sesuai bentuk

standar ASTM E8

c. Pembuatan spesimen untuk Foto mikro dan uji kekerasan dengan 20mm

d. ProsesfinishingFinishing atau penghalusan spesimen dengan kertas ampelas pada mesin

bubut.


49/94

38

3. Foto mikro

Langkah sebelum melakukan pengujian foto mikro adalah pemolesan.

Pemolesan dilakukan baik pada raw materials ataupun spesimen yang di

remelting dengan menggunakan ampelas mulai dari ampelas no. 800 sampai no.

1500 kemudian diberi autosol agar lebih halus dan mengkilap. lni dilaksanakn

di laboratorium bahan S1 UGM dengan mesin ampelas. Setelah pemolesan

selesai, baru melaksanakan foto mikro terhadap bahan tersebut dengan mesin

mesin foto struktur mikro.

Gambar 16. Mesin foto struktur mikro

Langkah-langkah pengujian struktur mikro :

a. Spesimen yang akan dilakukan uji foto mikro harus rata terhadap bidangukur, sehingga spesimen tersebut diampelas dengan menggunakan ampelas

halus, kemudian melakukan finishing dengan menggosok spesimen

menggunakan autosol.

b. Nyalakan mikroskop dengan menekan ON pada power switch .c. Letakan spesimen pada stage.d.

Pilih cahaya yang sesuai dengan memutar light intensity control knop.


50/94

39

e. Pilih perbesaran lensa objektif dengan memutar revolving nosepiece.f. Lihat gambar pada eyepieceyaitu pada lensa okuler.g. Fokuskan gambar.h. Pilih lokasi yang akan diinginkan deengan memutar stage drive control

knop.

i. Pemotretan: masukan film pada kamera, pilih spesifik gambar yang akandiambil denganphoto unit adjuster dial, dan tekan exposeuntuk melakukan

pemotretan.

4. Pengujian KekerasanBrinell

Gambar 17. Mesin uji kekerasan brinell

Langkah pengujian kekerasanBrinell :

a. Siapkan spesimen yang akan diuji, yaitu dengan mengampelasspesimen sampai dengan nomor ampelas 1500, kondisikan rata dan

tegak lurus pada benda uji.

b. ON-kan mesin uji kekerasanBrinell.c. Tentukan tekanan yang akan diberikan oleh mesin sesuai dengan

spesifikasi benda uji tersebut.

d. Tempatkan benda uji pada stage. Fokuskan gambar.


51/94

40

e. Pilih lokasi yang akan diinginkan dengan memutar stage drivecontrolknop.

f. Geser tuasnya sehingga bergerak ke atas (bola Brinell bekerjamenekan).

g. Jika tuas sudah berhenti, tarik dan kembalikan pada posisi semula.h. Ukur diameter jejak bolaBrinell pada layar mikroskop.i. Catat hasilnya.

5. Pengujian TarikPengujian tarik ini dilakukan untuk mengetahui kekuatan tarik dari

material sebelum dilakukan pengujian fatik. Dengan demikian akan dapat

diketahui kekuatan atau beban maksimun dari material yang selanjutnya dapat

diketahui kekuatan atau beban luluhnya. Beban luluh inilah yang digunakan

sebagai patokan pembebanan pada pengujian fatik, dimana berkisar antara (20 -

80) % dari kekuatan luluh tersebut.

Langkah-langkah pengujian tarik adalah :

1. Siapkan spesimen yang akan diuji, yaitu dengan mengampelas spesimensampai dengan nomor ampelas 1500, tempatkan benda pada mesin

Servopulserdan jepit kedua ujung batang secara tegak lurus.

2. Siapkan milimeter book pada ploter yang sudah tersedia dalam mesin uji.3. Atur skala beban sesuai dengan yang kita kehendaki.4. Penarikan dimulai dari beban nol dengan penambahan beban perlahan-lahan

dan merata sehingga tidak terjadi beban kejutan.

5. Selama penarikan berlangsung, berarti terjadi perpanjangan dan pengecilanspesimen hingga putus.

6. Hasil dari pengujian dapat dilihat pada kertas milimeter book yang telah dipasang di dalam ploteryang berupa grafik, serta penunjuk beban maksimal

pada alat Servopulser.


52/94

41

Gambar 18. Mesin uji tarikservopulser

6.Pengujian Fatik5 6 7 8 9 10 11

1 2 3 4

Gambar 19. Mesin uji fatikRotary Bending

Keterangan :

1.Handle pengatur beban.

2. Skala penunjuk beban.3.Handle penahan saat mengatur beban.

4. Tombol penanda ON/OFF.

5. Cekam kiri.

6. Pemberat kiri.

7. Benda kerja.

8. Pemberat kanan.

9. Cekam kanan.

10. Motor listrik

11. Meteran penunjuk siklus (N)


53/94

42

Pengujian fatik ini dilakukan untuk mengetahui kekuatan lelah dari

material sebelum dan sesudah dilakukan remelting. Dengan demikian dilakukan

dua macam pengujian yaitu untuk raw material dan remelting material.

Banyaknya pengujian untuk spesimen tanpa remelting adalah 12 buah dan untuk

spesimen yang telah mengalami remelting adalah 12 buah untuk tiap variasi

beban.

Langkah-Iangkah yang dilakukan dalm pengujian fatik yaitu :

a. Menyiapkan alat-alat yang dibutuhkan seperti: mesin uji fatik, bandul

beban, kunci-kunci pendukung (cekam), obeng (-) dan (+) dan lembar

pengamatan (pulpen dan stopwatch)

b. Membuka tutup pengaman mesin uji yang terbuat dari fiber glass.

sehingga transparan dan letakkan di tempat yang aman.

c. Netralkan/nol (0) kan beban dengan menggunakan handle pengatur

beban dan lihat jarum penunjuk bebannya.

d. Melepas spesimen contoh yang terpasang di alat dari cekam sebalah kiri

dan kanan dengan menariknya keluar.

e. Memasang spesimen yang kita buat ke mesin fatik dengan memasukkan

kedalam cekam sebelah kiri ke cekam sebelah kanan dengan pengunci

cekam yang dilonggarkan.

f. Atur besar beban yang sesuai dengan perhitungan dengan memutar

handle putar beban sambil memperhatikan jarum penenjuk beban.


54/94

43

g. Memulai dengan beban yang terbesar terlebih dulu. Beban berasl dari

0,2 - 0,8 dikalikan dengan kekuatan luluh rata-rata pada pengujian tarik

raw matreial (20-80% y ).

h. Menutup mesin dengan tutup pelindung dan mencatat data siklus (N)

yang tertera pada meteran pada mesin sebelah kanan.

i. Menghidupkan mesin uji dengan menekan tombol ON, kemudian handle

beban kita lepaskan secara perlahan agar tidak terjadi beban kejut.

j. Setelah spesimen patah, catat hasil pada meteran siklus (N), mesin secara

otomatis akan berhenti atau mati dengan sendirinya.

k. Melepas spesimen yang telah patah caranya hampir sama dengan saat

memasang spesimen. Buka tutup mesin, lepaskan cekam kiri bersama

spesimen yang telah patah dan melepas spesimen dari cekam kanan

dengan mengendorkan mur pengunci cekam. Kemudian memasang

spesimen berikutnya dengan beban yang lebih rendah dari sebelunmya.

l. Penurunan beban berikutnya dapat dilakukan secara berurutan atau jika

pada beban terbesar siklus yang diperoleh sedikit atau cepat patah, maka

beban bisa diturunkan ke yang terendah atau tengah-tengah.

m. Setelah raw materials selesai, maka lanjutkan pengujian pada spesimen

yang dikenakan pengecoran kembali (remelting). Sesekali memeriksa

atau menambahkan grease yang terdapat pada bantalan.

E. Teknik Pengumpulan Data

Lembar pengamatan sangat diperlukan dalam suatu penelitian. Langkah ini

akan mempermudah dalam proses pengolahan data selanjutnya. Dengan


55/94

44

menggunakan lembar pengamatan tersebut diharapkan penelitian yang dilakukan

dapat berjalan dengan lancar dan tertib serta data yang didapat tercatat dengan

baik. Wawancara dengan ahli metalurgi akan, memberikan gambaran umum

mengenai penelitian yang akan dilakukan. Untuk itu perlu konsultasi dengan

pakar/ahli metalurgi sebelum melakukan penelitian dan persiapan bahan serta

instrumen lainnya. Adapun lembar pengamatan dalam penelitian ini adalah

sebagai berikut:

Tabel 7. Lembar pengamatan uji tarik

Kekuatan (kg/mm 2 ) Perpanjangan (%) Kontraksi (%)Parameter

Spesimeny

u oL 1L e oA 1A q

1

2

3

4

Keterangan :

y = Kekuatan luluh (yield).

u = Kekuatan tarik.

oL = Panjang sebelum ditarik.

1L = Panjang.setelah ditarik.

e = Prosen perpanjangan (regangan).

oA = Luas penampang sebelum putus.

1A = Luas penampang setelah putus.

q = Prosen kontraksi (reduksi penampang).


56/94

45

Tabel 8. Lembar pengamatan uji fatik

Spesimen

()

TeganganMaksimal

(MPa)

Jumlah Siklus

(N)

Beban )( uP

(kg)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Keterangan :

(.) dapat diisi :Raw material (R1)

Material R1 yang telah di cor kembali/remelting

(R2)

F. Diagram Alur Penelitian


57/94

46

Gambar 20. Alur penelitian

Pengecoran ke I

(raw material)

Pengecoran ke II

( remelting)

KekerasanFoto mikro

dan makro

TarikKomposisi Fatiq

Hasil

Analisis data

Simpulan

Bahan Paduan

Alumunium

Spesimen

Spesimen


58/94

47

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN PENELITIAN

Hasil penelitian dan pembahasan yang akan diuraikan meliputi : komposisi

unsur kimia, pengamatan struktur mikro dan makro, kekerasan, kekuatan tarik,

serta kelelahan/fatik.

A. HASIL PENELITIAN1. Komposisi Kimia

Hasil penguji komposisi raw material dan aluminium setelah

remelting pada penelitian ini dituangkan dalam tabel sebagai berikut:

Tabel 9. Hasil Uji Komposisi raw material

Unsur (%)

Si 6,80888

Fe 0,14908

Cu 0,0315

Mn 0,00707

Mg 0,24992

Zn 0,02003

Ti 0,13718

Cr 0,00268

Ni 0,00309

Pb -

Sn 0,00283

Na -Sb 0,00223

Al 92,58575


59/94

48

Tabel 10. Hasil Uji Komposisi setelah di remeltingUnsur (%)

Si 6,73Fe 0,1701

Cu 0,072

Mn 0,0029

Mg 0,2323

Zn 0,0456

Ti 0,1349

Cr 0,0024

Ni 0,003

Pb 0,0021

Sn 0,0034

Na -Sb -

Al 92,60

Berdasarkan pada tabel nomer 2 atau sesuai dengan klasifikasi

paduan aluminium tempaan hasil pengujian komposisi pada bahan

aluminium tuang raw material dan paduan aluminium remelting seperti

ditunjukkan pada Tabel 9 dan 10 maka aluminium tuang tersebut diatas

termasuk ke dalam kelompok 4030-4039 atau menurut standar Alcoa

(Aluminium Company of America) dapat digolongkan pada kelompok 30S-

39S, yang terdiri dari AlSi. Sedangkan menurut Ramsden (2004)

membentuk paduan aluminium 357.0 F.

2. Struktur mikroSetiap spesimen yang akan di lakukan pengujian seharusnya

dilakukan foto mikro dahulu, tujuannya adalah untuk menganalisa struktur

pada benda uji atau spesimen agar kita nantinya dapat menentukan langkah

selanjutnya dalam pengujian tarik dan fatik.


60/94

49

Gambar 21. Foto mikro raw material perbesaran 200 kali


Foto mikro yang ditunjukkan pada gambar raw material perbesaran

200 kali dan foto mikro raw material perbesaran 500 kali diatas

menunjukkan larutan padat yang banyak, menyebar merata dan berukuran

sedang. Larutan yang berwarna hitam berbintik-bintik dan mengendap serta

Al

Si

Al

Si

Mg

100

20

Si


61/94

50

mengelilingi warna keabu-abuan (Mg) adalah larutan Si. Larutan yang

berwarna kelabu dan kedudukannya didalam Si adalah Mg.


dengan perbesaran 200 kali


dengan perbesaran 500 kali

Foto mikro yang ditunjukkan pada gambar paduan aluminium setelah

di remelting dengan perbesaran 200 kali dan 500 kali menunjukkan bahwa

Al

Si

Cu

Mg

Al

Si

100

20


62/94

51

larutan padat yang sedikit, posisinya menyebar dan berukuran sedang.

Larutan Si berwarna hitam bintik-bintik dan mengendap serta mengelilingi

warna keabu-abuan (Mg). Untuk Mg letaknya di dalam Si dan berwarna

abu-abu. Sedangkan untuk larutan Cu memiliki warna abu-abu agak

kemerah-merahan. Larutan Si dalam paduan aluminium setelah di remelting

tidak sebanyak paduan aluminium raw material, sehingga menyebabkan

spesimen paduan aluminium setelah di remelting kurang bagus ketahanan

korosinya dibandingkan raw material dan spesimen ini mudah untuk

dikerjakan dalam permesinan karena banyak terdapat Cu.


yang menunjukkan porositas.

Porositas

100


63/94

52


perbesaran 200 kali yang menunjukkan porositas.

Dari gambar foto mikro raw material perbesaran 200 kali dan foto

mikro paduan aluminium setelah di remelting, menunjukkan bahwa paduan

aluminium setelah di remelting mempunyai porositas yang lebih besar bila

di bandingkan dengan bahan pengecoran dasar (raw material). Hal ini

disebabkan oleh adanya gas hidrogen yang dapat larut pada aluminium cair

kemudian setelah logam membeku gas hydrogen tersebut terjebak serta oleh

adanya pula penyusutan logam yang terjadi pada saat logam bertransformasi

dari fase cair ke padat. Ini sesuai dengan pernyataan Neff (2002) yang di

tulis dalam papernya.

3. Uji kekerasanUji kekerasan dalam spesimen ini menggunakan uji kekerasan brinell,

sehingga menghasilkan data nilai kekerasan (BHN). Hasil kekerasan brinell

ditunjukkan dengan tabel berikut ini:

Porositas

100


64/94

53

Tabel 11. Spesimen raw material

No. D (mm) Harga KekerasanBrinell

1 0,82 57,6

2 0,80 60,6

3 0,81 59,0

Rata-rata06,59

3

2,177=

Tabel 12. Spesimen paduan aluminium setelah di remelting

No. D (mm) Harga KekerasanBrinell

1 0,83 56,1

2 0,80 60,6

3 0,82 57,6

Rata-rata1,58

3

3,174=

Pengujian dilakukan menggunakan beban 31,25 kg dengan diameter

penetrator 2,5 mm. Pengujian sebanyak 3 titik per spesimen, posisi titik dari

tepi ke tengah. Dilihat dari tabel 9 dan 10 maka nilai kekerasan brinell pada

spesimen yang telah di remelting mengalami penurunan sebanyak 1,62 %.

Walaupun tidak begitu signifikan hal ini menunjukkan bahwa spesimen raw

material lebih keras daripada spesimen yang dikerjakan dengan proses

remelting, hal ini dapat dilihat dengan diagram batang berikut ini :


65/94

54

59,06 58,1

0

10

20

30

40

50

60

Kekerasan(BHN)

Raw material Spesimen setelah di

remelting

Spesimen

Gambar 27. Nilai kekerasan paduan aluminium

4. Uji TarikPengujian tarik dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat mekanis dari

material aluminium tuang sebagai material uji dalam penelitian ini. Hasil

pengujian tarik pada umumnya adalah parameter kekuatan (kekuatan tarik

dan kekuatan luluh), parameter keliatan/keuletan yang ditunjukkan dengan

adanya prosen perpanjangan (e) dan prosen kontraksi atau reduksi (q)

penampang patah dan bentuk-bentuk penampang patah.

Pengujian dengan menggunakan mesin servopulser pada skala beban

4 ton dan menggunakan spesimen standar untuk pengujian tarik ASTM E8.

Pengujian tarik ini bertujuan untuk mendapatkan data kekuatan tarik

maksimal atau tegangan Ultimate yang akan digunakan untuk penentuan

besarnya beban pada pengujian fatik. Dari hasil pengujian tarik didapatkan

data sebagai berikut:


66/94

55

Tabel 13. Data hasil uji tarik

Benda Pembebananyang diberikan

(ton)

Beban(%)

Beban(kg)

0L (mm)

1L (mm) )(mm

L

0d (mm)

1d )(mm

d )(mm

1 4 43,0% 1720 49,98 52,88 2,9 12,28 12,20 0,08

2 4 45,7% 1828 49,97 53,12 3,15 12,27 12,18 0,09

3 4 41,9% 1676 50 52,99 2,99 12,35 12,24 0,11

Tabel 14. Data hasil uji tarik

SpesimenuP

(kg)

yP

(kg)

oA

( 2mm )

1A

( 2mm )

y

(Mpa)

u

(MPa)

e

(%)

q

(%)

1 1720 1495,65 118,37 116,8 123,774 142,39 5,8 1,3

2 1828 1056,64 118,18 116,45 87,61 151,50 6,3 1,46

3 1676 1297,5 119,73 117,6 106,13 137,2 5,98 1,77

Jadi tegangan maksimal (Ultimate) rata-rata yang akan berguna untuk

penentuan beban fatik adalah :

3

321 uuu

u ratarata

++

=

= 2)3

1446,1553,14

( mm

kg++

= 14,672

mm

kg= 143,76 MPa................(12)

5. Uji FatikPengujian kelelahan yang dilakukan dalam penelitian ini dipergunakan

untuk mengetahui umur lelah material paduan aluminium tuang sebagai


67/94

56

spesimen pengujian yang digunakan adalah aluminium dari pelek mobil

ataupun motor. Penelitian ini menggunakan dua jenis spesimen uji lelah

yang terdiri dari spesimen raw material dan spesimen pengecoran ulang

(remelting).

Metode penyajian data hasil pengujian dengan menggunakan kurva S-

N. Kurva S-N hasil pengujian untuk material paduan aluminium tuang

ditunjukkan pada gambar 26.

Hubungan antar level tegangan dan siklus pembebanan tersebut seperti

yang dinyatakan dalam persamaan 12.

p

a NC

= . .................................................................(12)

atau N. pa = CpCCuntuk

1

=

Dimana : a = amplitudo tegangan

N = jumlah putaran hingga terjadi kegagalan

C dan p= konstanta empiris bahan

S2 = 409,26N-0,1331

S1 = 476,6N-0,1422

0

20

40

60

80

100

120

10000 100000 1000000 10000000

SIKLUS (N)

TEGANGAN(

MPa)

Remelting

Raw material

Pow er ( Remelting)

Pow er (Raw material)

Gambar 28. Kurva S N hasil pengujian lelah.


68/94

57

Dari hasil pengujian tersebut diperoleh hubungan persamaan level

tegangan dan siklus pembebanan sebagai berikut :

a. Persamaan untuk spesimen raw materialS = 476,6 1422,0N ...................................................(13)

b. Persamaan untuk spesimen paduan aluminium setelah di remeltingS = 409,26 1331,0N .................................................(14)

Dari grafik di atas tergambar bahwa proses remelting mempunyai

persamaan grafik yang berada di bawah persamaan grafik raw material.

Pada level tegangan tinggi sebesar 103,488 MPa yang sama setelah

dilakukan proses remelting terjadi penurunan siklus (N) sebanyak 19,8 %,

sehingga hal ini membuktikan bahwa perlakuan remelting dapat

menurunkan siklus (N) fatik yang diterima oleh suatu paduan aluminium, ini

dikarenakan oleh adanya cacat pada waktu pengecoran yaitu terjadinya

porositas ataupun penyusutan.

Hasil penampang patah spesimen uji lelah juga menunjukkan adanya

karakteristik patah lelah, seperti pembentukan retak awal (initial crack),

daerah perambatan retak (beach mark), dan daerah patah tiba-tiba/statis

( final fracture), kondisi tersebut seperti ditunjukkan pada gambar 29 dan

gambar30. Daerah perambatan retak digambarkan seperti pada garis pantai.


69/94

58

Gambar 29. Penampang patah lelah pada spesimen raw material

Gambar 30. Penampang patah lelah pada spesimen remelting

Patah

statis/tiba-tiba

Daerah

perambatan retak

Retak awal

Patah

statis/tiba-tiba

Retak awal

Daerah

perambatan retak


70/94

59

BAB V

PENUTUP

A. SimpulanDari hasil-hasil penelitian yang telah dilakukan, maka dapat ditarik

beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Aluminium dalam penelitian ini termasuk dalam paduan Al-Si, karena92,60% adalah aluminium, 6,73% Si dan sisanya adalah paduan unsur

lain. Setelah dilakukan foto mikro ternyata paduan aluminium yang telah

di remelting mempunyai porositas yang lebih besar dibandingkan dengan

raw material, sedangkan untuk unsur-unsur paduannya tidak begitu

banyak mengalami perubahan yang signifikan. Porositas disebabkan oleh

peningkatan gas hidrogen pada saat peleburan dan penyusutan pada saat

logam bertransformasi dari fasa cair ke padat, tetapi unsur-unsur

paduannya relatif tidak mengalami perubahan.

2. Proses remelting mempengaruhi sifat mekanis pada paduan alumunium,yaitu terdapat penurunan kekerasan sebesar 1,62% (raw material

mempunyai harga kekerasan Brinell = 59,06 BHN sedangkan paduan

alumunium dengan proses remelting mempunyai harga kekerasan brinell

sebesar = 58,1 BHN). Pada pengujian tarik hanya dilakukan untuk langkah

menuju ke pengujian fatik, sehingga hanya diambil dari data benda raw

material saja. Tegangan ultimate raw material aluminium paduan ini


71/94

60

adalah sebesar 143,76 MPa, sedangkan untuk tegangan luluhnya sebesar

109,56 MPa.

3. Kekuatan fatik pada paduan aluminium yang telah mengalami prosesremelting mengalami penurunan siklus (N) sebesar 19,8 % dari yang

semula mempanyai persamaan sebesar S = 476,6 1422,0N menjadi S =

409,26 1331,0N . Hal ini dapat dilihat pada level tegangan tinggi sebesar

103,488 MPa yang sama. Jadi proses remelting dapat merubah kekuatan

fatik menjadi menurun. Hal ini dikarenakan oleh adanya cacat pada waktu

pengecoran yaitu terjadinya porositas ataupun penyusutan pada saat logam

yang sedang ber-transformasi dari fasa cair ke padat.

B. SaranData yang disajikan dalam penelitian ini masih sangat terbatas, tetapi

setelah penelitian ini justru muncul pemikiran-pemikiran baru sehingga perlu

diadakan penelitian lebih lanjut misalnya pemulihan (recovery) terhadap

penurunan sifat fisis maupun mekanis yang terjadi akibat proses remelting.


72/94

61

DAFTAR PUSTAKA

Barsom, J .M. dan Rolfe, ST., 1999, Fracture and Fatigue Control in

Structures:

Applications of Fracture Mechanics, Third Edition, Butterworth--

Heinemann, Philadelphia

B. H. Amstead, Teknologi Mekanik, Terjemahan Sriati Djaprie, Erlangga,

Jakarta, 1987.

E. P Propov, Mekanika Teknik, Terjemahan Zainul Astamar Msc, Erlangga,

Jakarta, 1984.

.Ferdinand L. Singer, Andrew Pytel, Kekuatan Bahan, Terjemahan Ir. Darwin

Sebayang, Erlangga, Jakarta, 1980.

George E. Dieter, Metalurgi Mekanik, Terjemahan Sriati Djaprie, Erlangga,

Jakarta, 1988.

Ing M Hirt, Elemen Mesin, Terjemahan Ir Anton Budiman, Ir Bambang

Priambodo, Erlangga, Jakarta, 1986.

Joseph E. Shigley, Perencanaan Teknik Mesin, Terjemahan Ghandhi Harahap,

M.Eng, Erlangga Jakarta.

Neff, D.V.,2002, Understanding Aluminium Degassing, Modern Casting, May

2002, p.24-26.

Ramsden, 2004, Mechanical Properties of Aluminium Casting Alloys,

http://www.ramsden.on.ca/alloys.htm

Surdia, T. dan Cijiiwa K, 1991, Teknik Pengecoran Logam, PT Pradnya

Paramita, Jakarta.

Surdia, T. dan Shinroku, 1992, Pengetahuan Bahan Teknik, PT Pradnya

Paramita, Jakarta.


73/94

62

Lampiran 1. Komposisi Kimia Paduan Aluminiumraw material


74/94

63

Lampiran 2. Komposisi Kimia Paduan Aluminiumremelting


75/94

64

Lampiran 3. Data dan Perhitungan Kekerasan


76/94

65

Perhitungan uji kekerasanBrinell padaRaw Material

Skala pengujian :Brinell

Beban pengujian : 31,25 kgf

Diameter identor (D) : 2,5 mm

Pengukuran diameter injakan : Mikrroskop, skala 1mm = 38 strip

Perbesaran 100 X

1. Kekerasan padaRaw Material (1)P = 31,25 kgf

D = 2,5 mm

d = 0,82 mm

)(

2

22dDDD

PBHN

=

)82,05,25,2(5,214.3

25,312

22= xx

x

BHN

BHN= 57,6


D = 2,5 mm

d = 0,80 mm

)(

2

22dDDD

PBHN

=

)80,05,25,2(5,214.3

25,312

22

=

xx

xBHN

BHN= 60,6


77/94

66


D = 2,5 mm

d = 0,81 mm

)(

2

22dDDD

PBHN

=

)81,05,25,2(5,214.3

25,312

22

=

xx

xBHN

BHN= 59,0

Rata-rata BHNraw material:

BHN =3

0,596,606,57 ++

BHN =3

2,177

BHN = 59,06


78/94

67

Perhitungan uji kekerasanBrinell padaMaterial Remelting

1. Kekerasan pada hasil remelting (1)P = 31,25 kgf

D = 2,5 mm

d = 0,83 mm

)(

2

22dDDD

PBHN

=

)83,05,25,2(5,214.3

25,312

22

=xx

xBHN

BHN= 56,1


D = 2,5 mm

d = 0,80 mm

)(4

22dDDxDx

PBHN

=

)80,05,25,2(5,24

25,31

22

=

xx

BHN

BHN= 60,6


D = 2,5 mm

d = 0,81 mm

)(

2

22dDDD

PBHN

=


79/94

68

)82,05,25,2(5,214.3

25,312

22

=

xx

xBHN

BHN= 57,6

Rata-rata BHNremelting:

BHN =3

6,576,601,56 ++

BHN =3

3,174

BHN = 58,1


80/94

69

Lampiran 4. Data dan Perhitungan Uji Tarik

Grafik pengujian tarik :

Alat uji : Mesin uji tarik universal Servopulser

Standar spesimen : ASTM E8

Beban pengujian : 4000 kg

Dari hasil pengujian tarik didapatkan data sebagai berikut:

Benda Pembebanan yang

diberikan(ton)

Beban(%)

Beban(kg)

0L

(mm)

1L

(mm) )(mm

L

0d

(mm)

1d

)(mm

d )(mm

1 4 43,0% 1720 49,98 52,88 2,9 12,28 12,20 0,08

2 4 45,7% 1828 49,97 53,12 3,15 12,27 12,18 0,09

3 4 41,9% 1676 50 52,99 2,99 12,35 12,24 0,11

Spesimenu

P

(kg)

y

P

(kg)

o

A

( 2mm )

1

A

( 2mm )

y

(Mpa)

u

(MPa)

e

(%)

q

(%)

1 1720 1495,65 118,37 116,8 123,774 142,39 5,8 1,3

2 1828 1056,64 118,18 116,45 87,61 151,50 6,3 1,46

3 1676 1297,5 119,73 117,6 106,13 137,2 5,98 1,77


81/94

70

(a) Grafik uji tarikraw material I

(b) Grafik uji tarikraw material II


82/94

71

(c) Grafik uji tarikraw material III


83/94

72

Perhitungan data benda uji I

uP = 43,0 %

= 43,0 % * 4000 kg

= 1720 kg

yP = mmmm

kg30*

5,34

1720

= 1495,65 kg

0A =2

4 d

= 0,785 * (12,28) 2 mm

= 118,37 mm 2

Tegangan luluh :

y =

o

y

A

P

= 237,118

65,1495

mm

kg

= 12,632

mm

kgatau 123,774 MPa

Kekuatan Tarik / Tegangan Ultimate :

u =

0A

Pu

=2

37,118

1720

mm

kg

= 14,532

mm

kgatau 142,39 Mpa


84/94

73

Persentase pertambahan panjang atau regangan (e)

e = %1001 xL

LL

LL

o

o

o

=

e = %10098,49

98,4988,52x

e = 5,8 %

Pengecilan/reduksi penampang (q)

q = %1001 xA

AA

A

A

o

o

o

=

q = %10037,118

8,11637,118x

q = 1,3 %


85/94

74

Perhitungan data benda uji II

uP = 45,7 %

= 45,7 % * 4000 kg

= 1828 kg

yP = mmmm

kg50*

5,86

1828

= 1056,64 kg

0A =2

4 d

= 0,785 * (12,27) 2 mm

= 118,18 mm2

Tegangan luluh :

y =

o

y

A

P

= 218,118

64,1056

mm

kg

= 8,942

mm

kgatau 87,61 MPa

Kekuatan Tarik / Tegangan Ultimate :

u =

0A

Pu

=2

18,118

1828

mm

kg

= 15,462

mm

kgatau 151,50 Mpa


86/94

75

Persentase pertambahan pa

skripsi aluminium

Documents