View
9
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
6
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Pengecoran
Pengecoran logam adalah proses pembuatan benda dengan mencairkan
logam dan menuangkan cairan logam tersebut ke dalam rongga cetakan. Proses ini
dapat digunakan untuk membuat benda-benda dengan bentuk rumit. Benda
berlubang yang sangat besar dan sangat sulit atau sangat mahal jika dibuat dengan
metode lain, dapat diproduksi masal secara ekonomis menggunakan teknik
pengecoran yang tepat. Pengecoran logam dapat dilakukan untuk bermacam-
macam logam seperti, besi, baja paduan tembaga (perunggu, kuningan, perunggu
alumunium dan lain sebagainya), paduan ringan (paduan alumunium, paduan
magnesium, dan sebagainya), serta paduan lain, semisal paduan seng, monel
(paduan nikel dengan sedikit tembaga), hasteloy (paduan yang mengandung
molibdenum, chrom, dan silikon), dan sebagainya. Untuk membuat coran harus
melalui proses pembuatan model pencairan logam, penuangan cairan logam ke
model, membongkar, membersihkan dan memeriksa coran. Pencairan logam dapat
dilakukan dengan bermacammacam cara, misal dengan tanur induksi (tungku listrik
di mana panas diterapkan dengan pemanasan induksi logam), tanur kupola (tanur
pelebur dalam pengecoran logam untuk melebur besi tuang kelabu), atau lainnya.
Cetakan biasanya dibuat dengan memadatkan pasir yang diperoleh dari alam atau
pasir buatan yang mengandung tanah lempung. Cetakan pasir mudah dibuat dan
tidak mahal. Cetakan dapat juga terbuat dari logam, biasanya besi dan digunakan
7
untuk mengecor logam-logam yang titik leburnya di bawah titik lebur besi Pada
pengecoran logam, dibutuhkan pola yang merupakan tiruan dari benda yang hendak
dibuat dengan pengecoran. Pola dapat terbuat dari logam, kayu, stereofoam, lilin,
dan sebagainya. Eprints.polsri.ac.id
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses pengecoran:
1. Adanya aliran logam cair kedalam rongga cetak.
2. Terjadi perpindahan panas selama pembekuan dan pendinginan dari logam
dalam cetakan.
3. Pengaruh material cetakan.
4. Pembekuan logam dari kondisi cair.
2.1.1 Macam-macam teknik pengecoran
1. Pengecoran cetakan permanen
1. Permanent Mold Casting
Jenis pengecoran ini , cetakannnya dapat dipakai berulang kali
(terbuat dari logam dan grafit). Pengecoran ini dikhususkan untuk
pengecoran logam non ferrous dan paduan, Kualitas pengecoran ini
tergantung dari kualitas mold, umumnya dikerjakan dengan machining
untuk mendapatkan kualitas yang bagus maka dikerjakan dengan proses
machining yang memiliki keakuratan yang tinggi.
8
1. Centrifugal Casting
Prinsipnya penuangan logam cair ke dalam cetakan yang berputar
dan akibat gaya centrifugal logam cair akan termampatkan sehingga
diperoleh benda kerja tanpa cacat. Pengecoran ini digunakan secara intensif
untuk pengecoran plastik , keramik, beton dan semua logam. Pengecoran
Centrifugal dapat dibagi 2 macam , yaitu pengecoran Centrifugal Mendatar
dan Pengecoran Centrifugal Vertikal.
2. Investment Casting
Proses pengecoran dengan pola tertanam dalam rangka cetak ,
kemudian pola dihilangkan dengan cara pemanasan sehingga diperoleh
rongga cetak. Pola biasanya terbuat dari lilin (wax), plastik atau mateial
yang mudah meleleh, pengecoran ini sering juga disebut WAX LOST
CASTING. Proses Pengecoran ini Dibagi 2 macam, Investment Flask
Casting dan Investment Sheel Casting. Proses yang termasuk juga
Investment Casting adalah FULL MOLD PROCESS atau LOST FOAM
PROCESS.
3. Die Casting
Proses ini mempergunakan tekanan dalam memasukkan logam cair
ke dalam rongga cetakan dan dengan dibawah tekanan dibiarkan membeku.
Die Casting umumnya untuk logam non Ferrous dan paduan . Die biasanya
terbuar dari baja yang dikeraskan. Berdasarkan prosesnya Die Casting dapat
9
dikelompokkan 2 jenis yaitu, Hot Chamber Die Casting dan Cold Chamber
Die Casting.
4. Hot Chamber Die Casting
Pada proses ini, tengku pencair logam jadi satu dengan mesin cetak
dan silinder injeksi terendam dalam logam cair. Silinder injeksi digerakkan
secara penumatik atau hidrolik. Pada umumnya die casting jenis ini hanya
cocok untuk deng, timah putih, dan timbal dan paduannya. Pada mesin ini
mempunyai komponen utama silinder plunger, leher angsa (goose neck),
dan nozzle. Logam cair ditekan kedalam rongga cetakan dengan tekanan
tetap dipertahankan selama pembekuan terjadi. Leher angsa yang terendam
logam cair sewaktu plunger pada kedudukan teratas. Kemudian logam cair
diinjeksi kerongga cetakan dengan amat cepat.
5. Cold Chamber Die Casting
Pada mesin cetak ini, tungkunya terpisah dari mesinnya. Mesin
membutuhkan tekanan yang lebih besar untuk menutup cetakan dan
pengisian rongga cetakan. Cara kerja mesin ini, dimulai dari pencairan
logam cair kemudian dituangkan ke dalam plunger yang berdekatan dengan
cetakan, baru dilakukan penekanan secara hidrolis . Proses ini biasanya
cocok untuk logam-logam yang memiliki temperatur leleh tinggi, misalnya
aluminium dan magnesium.
10
6. Injection Molding
Perbedaan dengan Die Casting adalah cara material diumpankan dan
masuk ke rongga cetakan. Injection molding dikhususkan untuk material
non logam, seperti gelas, plastik dan karet. Butiran plastik dimasukkan
dalam hopper kemudian feed screw butiran plastik dipanaskan oleh elemen
pemanas kemudian pada waktu sampai di nozzle sudah berupa cairan plastik
dan cairan plastik ditekan masuk ke rongga cetakan . Die pada injection
casting dilengkapi dengan sistem pendingin untuk membentu proses
pembekuan (solidifikasi).
7. Blow Molding
Proses ini digunakan untuk produk plastik, gelas dan karet , seperti
botol plastik, gelas minuman, nipple karet, gelas kendi, dll.
Proses ini diawali dengan pembuatan parison (gumpalan cair dalam bentuk
penampang pipa) dan dimasukkan ke mesin cetak tiup . Kemudian udara
ditiup masuk melalui lubang penampang pipa, karena desakan udara maka
gumpalan tadi akan menyesuaikan dengan bentuk cetakan dan dibiarkan
sampai menjadi padat.
(http://www.gudangmateri.com/2010/04/dasar-pengecoran-dengan-ilmu logam.htm MI Kamil 2015)
11
2. Pengecoran dengan cetakan sekali pakai
Ada beberapa metode pengecoran dengan cetakan sekali pakai yaitu:
1. Sand Casting (penuangan dengan cetakan pasir)
Proses pembentukan benda kerja dengan metoda penuangan logam
cair kedalam cetakan pasir (sand casting), secara sederhana cetakan pasir ini
dapat diartikan sebagai rongga hasil pembentukan dengan cara mengikis
berbagai bentuk benda pada bongkahan dari pasir yang kemudian rongga
tersebut diisi dengan logam yang telah dicairkan melalui pemanasan
(molten metals).
Gambar 2.1 Tahap pengecoran logam dengan cetakan pasir.
Gambar 2.2 kontruksi cetakan pasir
Sumber : Kalpakjian & Schmid, 2008
12
2. Proses Pengecoran dengan Cetakan Khusus
Proses pengecoran telah dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan
khusus. Perbedaan antara metode ini dengan metode cetakan pasir terdapat
dalam komposisi bahan cetakan, cara pembuatan cetakan, atau cara
pembuatan pola. Cetakan kulit (shell molding). Menggunakan pasir dengan
pengikat resin termoset. Contoh produk penggunaan roda gigi, value bodies,
bushing, camshaft.
Gambar 2.3 Tahapan pembuatan cetakan kulit
Sumber : Kalpakjian & Schmid, 2008
3. Proses pengecoran polisteren
Pola cetakan termasuk sistem saluran masuk, riser dan inti (bila
diperlukan) dibuat dari bahan busa polisteren. Dalam hal ini cetakan tidak
harus dapat dibuka dalam kup dan drug, karena pola busa tersebut tidak
perlu dikeluarkan dari rongga cetak. Produksi massal untuk pembuatan
mesin automobile.
13
Gambar 2.4 Tahapan pengecoran polisteren
Tahapan proses pengecoran polisteren:
Pola polisteren dilapisi dengan senyawa tahan api.
Pola busa tersebut ditempatkan pada kotak cetakan, dan pasir
dimasukkan kedalam kotak cetakan dan dipadatkan kesekeliling
pola.
Logam cair dituangkan kedalam bagian pola yang berbentuk cawan
tuang dan saluran turun (sprue), segera setelah logam cair
dimasukan kedalam cetakan, busa polisteren menguap, sehingga
rongga cetak dapat diisi.
4. Pengecoran presisi (investment casting)
Pola cetakan pada proses pengecoran ini dibuat dari lilin yang
dilapisi dengan bahan tahan api, setelah sebelumnya lilin tersebut mencair
terlebih dahulu dan dikeluarkan dari rongga cetakan. Pola lilin dibuat
dengan cetakan induk (master die), dengan cara menuang atau
menginjeksikan lilin cair ke dalam cetakan induk tersebut. Contoh
14
penggunaan, komponen mesin turbin, dan perhiasan. Cetakan presisi dapat
digunakan untuk semua jenis logam, seperti : baja, baja tahan karat, paduan
dengan titik lebur tinggi
Gambar 2.5 Tahapan proses pengecoran presisi
Proses pengecoran presisi:
Membuat pola lilin
Beberapa pola ditempelkan pada saluran turun (sprue) membentuk
pohon bola
Pohon pola dilapisi dengan lapisan tipis bahan tahan api
Seluruh cetakan terbentuk dengan menutup pola yang telah dilapisi
tersebut dengan bahan tahan api sehingga menjadi kaku
Cetakan dipegang dalam posisi terbalik, kemudian dipanaskan
sehingga lilin meleleh dan keluar dari dalam cetakan
15
Cetakan dipanaskan kembali dalam suhu tinggi, sehingga semua
kotoran terbuang dari cetakan dan semua logam cair dapat masuk
kedalam bagian bagian yang rumit disebut proses preheating
Setelah logam cair dituangkan dan membeku cetakan dipecahkan,
dan coran dilepaskan dari sprue-nya
5. Pengecoran dengan cetakan plaster dan kramik
Pengecoran dengan cetakan plaster mieip dengan cetakan pasir, hanya
cetakannya dibuat dengan plaster (2CaSO4-H2O) senagai pengganti pasir.
Bahan tambahan, seperti bubuk dan silica dicampur dengan plaster untuk :
Mengatur kepadatan
Mengatur waktu pengeringan cetakan
Mengurangi terjadinya keretakan
Meningkatkan kekuatan
Untuk membuat cetakan, plaster dicampur dengan air dan dituangkan
kedalam pola plastic atau logam dalam rangka cetak dan dibiarkan
mengering.
Proses Antioch adalah proses yang menggunakan campuran 50% pasir
dengan plaster, memanaskan cetakan dalam autoclave (oven yang
menggunakan uap air superpanas dan bertekanan tinggi), kemudian
dikeringkan. Dengan cara ini akan dihasilkan permeabilitas yang lebih
tinggi dibandingkan dengan cetakan plaster konvensional.
16
6. Cetakan keramik
Mirip dengan cetakan plaster, bedanya cetakan keramik
menggunakan bahan keramik tahan api yang lebih tahan tempratur tinggi
dibandingkan dengan plaster. Jadi cetakan keramik dapat digunakan untuk
mencetak baja, besi tuang, dan paduan lainnya yang mempunyai titik lebur
tinggi. Penggunaan sama dengan cetakan plaster hanya titik lebur logam
coran lebih tinggi.
Gambar 2.6 proses pemmbuatan cetakan keramik
7. Pengecoran tuang (slush casting)
Digunakan untuk benda cor yang berlubang dengan cetakan logam tanpa
Inti. Tahapan pengecoran:
Logam cair dituangkan ke dalam cetakan dan dibiarkan sejenak
sampai terjadi pembekuan pada bagian yang bersentuhan dengan
dinding cetakan Cetakan kemudian dibalik, sehingga bagian logam
yang masih cair akan tertuang keluar dari rongga cetakan Diperoleh
benda cor yang berlubang, ketebalannya ditentukan oleh lamanya
waktu penahan sebelum cetakan dibalik.
17
Contoh penggunaannya patung, alas lampu, boneka, dan lain-
lainnya. Logam cor yang biasa dipakai timah hitam, seng, dan timah
putih.
https://sinta.unud.ac.id/uploads/.../1291961007-3-BAB%20II
2.2 Piston
Piston dalam bahasa Indonesia juga dikenal dengan istilah torak adalah
komponen dari mesin pembakaran dalam yang berfungsi sebagai penekan udara
masuk dan penerima hentakan pembakaran pada ruang bakar silinder liner.
Komponen mesin ini dipegang oleh setang piston yang mendapatkan gerakan turun-
naik dari gerakan berputar crankshaft. Piston bekerja tanpa henti selama mesin
hidup. Komponen ini mengalami peningkatan temperatur dan tekanan tinggi
sehingga mutlak harus memiliki daya tahan tinggi. Oleh karena itu, pabrikan kini
lebih memilih paduan aluminium (Al-Si). Logam ini diyakini mampu meradiasikan
panas yang lebih efisien dibandingkan material lainnya.
Karena piston bekerja pada temperatur tinggi maka, pada bagian-bagian
tertentu seperti antara diamater piston dan diameter silinder ruang bakar oleh para
desainer sengaja diciptakan celah-celah Celah ini secara otomatis akan berkurang
(menjadi presisi) ketika komponen-komponen itu terkena suhu panas. Ini yang
kemudian mengurangi terjadinya kebocoran kompresi. Celah piston bagian atas
lebih besar dibandingkan bagian bawah. Ukuran celah piston ini bervariasi
tergantung dari jenis mesinnya. Umumnya antara 0,02 hingga 0,12 mm. Memakai
ukuran celah yang tepat sangat penting. Alasannya, bila terlalu kecil akan
18
menyebabkan tidak ada celah antara piston dan silinder ketika kondisi panas.
Kondisi ini akan menyebabkan piston bisa menekan silinder dan merusak mesin.
Sebaliknya, kalau celahnya terlalu berlebihan, tekanan kompresi dan tekanan gas
hasil pembakaran akan menjadi rendah. Akibatnya mesin kendaraan pun tidak
bertenaga dan mengeluarkan asap. (Nurhadi.2010)
2.3 Sifat Material Aluminium
Aluminium berasal dari bahasa latin “Alumen” Alum. Orang-orang Yunani
dan Romawi kuno menggunakan Aluminium sebagai cairan penutup pori-pori dan
bahan penajam proses pewarnaan. Pada tahun 1761 De Morveau mengajukan nama
Alumine untuk basa Alum dan Lavosier, pada tahun 1787, ia mengira bahwa ini
adalah oksida logam yang belum ditemukan. Metode untuk mengambil logam
aluminium adalah dengan cara mengelektrolisis alumina yang terlarut dalam
Cryolite. Metode ini ditemukan oleh Hall di AS pada tahun 1886 dan pada saat yang
bersamaan oleh Heroult di Perancis. Cryolite, bijih alami yang ditemukan di
Greenland sekarang ini tidak lagi digunakan untuk memproduksi aluminium secara
komersil. Penggantinya adalah cairan buatan yang merupakan campuran natrium,
aluminium dan kalsium flourida. Umumnya aluminium dicampur dengan logam
lainnya sehingga membentuk aluminium paduan. Material ini dimanfaatkan bukan
saja untuk peralatan rumah tangga, tetapi juga dipakai untuk keperluan industry,
kontruksi, dan lain sebagainya. Sampai sekarang proses Heroult Hall masih dipakai
untuk memproduksi aluminium. Penggunaan aluminium sebagai logam setiap
tahunnya adalah pada urutan yang kedua setelah besi dan baja, yang tertinggi
diantara logam Non-Ferro. Produksi aluminium tahunan di dunia mencapai 15 juta
19
ton per tahun pada tahun 1981. Dengan memadukan unsur-unsur lainnya, sifat
murni aluminium dapat diperbaiki. Adanya penambahan unsur-unsur logam lain
akan mengakibatkan berkurangnya sifat tahan korosi dan berkurangnya keuletan
dari aluminium tersebut. Dengan penambahan sedikit mangan, besi, timah putih
dan tembaga sangat berpengaruh terhadap sifat tahan korosinya. Aluminium
merupakan bahan logam yang proses penambangan dan ekskresinya cukup sulit
bila dibandingkan dengan besi. Hal ini menjadi satu penyebab mengapa besi jauh
lebih banyak dipakai dibandingkan aluminium. (Surdia, Tata. dan Shinroku, 1992)
Penggunaan aluminium selama 50 tahun terakhir, Aluminium telah menjadi
logam yang luas penggunaanya setelah baja. Perkembangan ini didasarkan pada
sifatnya yang ringan, tahan korosi, kekuatan, dan keuletan yang cukup baik.
Aluminium paduan mudah diproduksi dan cukup ekonomis. Aluminium daur ulang
yang paling terkenal adalah penggunaan Aluminium sebagai bahan pembuat
pesawat terbang yang memanfaatkan sifat ringan dan kuatnya. Tahan terhadap
korosi akibat fenomena pasivasi, yaitu terbentuknya lapisan aluminium oksidasi
ketika aluminium terpapar dengan udara bebas. Lapisan aluminium oksida ini
mencegah terjadi oksidasi lebih jauh. Aluminium paduan dengan tembaga kurang
tahan terhadap korosi akibat reaksi galvanik dengan paduan tembaga, beberapa
penggunaan aluminium antara lain :
1. Sektor industry otomotif
2. Untuk membuat badan pesawat terbang
3. Sector pembangunan perumahan, untuk kusen pintu dan jendela
4. Sector industry makanan, untuk kemasan produk
20
5. kabel listrik, perabotan rumah tangga dan barang kerajinan
6. Membuat termit, yaitu campuran serbuk aluminium dengan serbuk besi
oksida, digunakan untuk mengelas baja ditempat, misalnya untuk
menyambung rel kereta api.
2.3.1 Sifat-sifat Aluminium
Aluminium merupakan logam yang lembut dan ringan, dengan rupa
keperakan pudar, karena lapisan pengoksidaan yang tipis terbentuk apabila terkena
udara. Aluminium tak bermagnet dan tidak menghasilkan karat. Aluminium
mempunyai kekuatan tegangan sebanyak 49 MPa dan 700 MPa setelah dibentuk
menjadi alloy.
Sifat-sifat yang dimiliki aluminium antara lain :
1. Ringan, tahan korosi dan tidak beracun maka banyak digunakan untuk alat
rumah tangga seperti panci, wajan dan lain-lain.
2. Reflektif, dalam bentuk aluminium foil digunakan sebagai pembungkus
makanan, obat, dan rokok.
3. Daya hantar listrik dua kali lebih besar dari Cu maka Al digunakan sebagai
kabel listrik.
4. Paduan Al dengan logam lainnya menghasilkan logam yang kuat seperti
Duralium (campuran Al, Cu, Mg) umtuk membuat badan pesawat.
5. Al sebagai zat reduktor untuk oksida MnO₂ dan Cr₂O₃.
21
Temperatur lebur atau titik leleh aluminium murni adalah 600̊C dan massa
jenisnya adalah 2.79g/cmᶟ. Aluminium memiliki sifat yang cukup tangguh pada
tempratur udara luar yang sangat rendah, konduktivitas termal aluminium sekitar
lima kali lebih baik dari baja karbon rendah.
2.3.2 Aluminium Murni
Aluminium diperoleh dalam keadaan cair melalui suatu proses yang disebut
elektrolisasi, umumnya mencapai kemurnian 99,85% melalui proses elektrolisasi
kembali maka diperoleh aluminium dengan nilai kemurnian mencapai 99,99%.
Ketahanan korosi berubah menurut kemurnian, aluminium 99,0% atau diatasnya
dapat dipergunakan diudara tahan dalam waktu bertahun-tahun,dapat dilihat dari
tabel 1 dimana menunjukkan sifat fisik aluminium.
Tabel 2.1. Sifat fisik aluminium ( Sonawan, dkk,2003)
22
Aluminium dapat digunakan untuk campuran kabel dan dalam berbagai kebutuhan
dapat kita jumpai aluminium dalam bentuk lembaran seperti aluminium foil, dalam
hal ini aluminium yang digunakan sebesar 99,0%. Sedangkan untuk reflector yang
memerlukan refleksitas yang tinggi juga untuk kondensor elektrolitik digunakan
aluminium dengan kemurnian 99,99%.
2.3.3 Sifat Mekanik Aluminium
Sifat bahan aluminium murni dan aluminium paduan dipengaruhi oleh
konsentrasi bahan dan perlakuan yang diberikan terhadap bahan tersebut.
Aluminium terkenal sebagai bahan yang tahan terhadap korosi. Hal ini disebabkan
oleh fenomena pasivasi, yaitu proses pembentukan lapisan oksida dipermukaan
logam aluminium segera setelah logam terpapar oleh udara bebas. Lapisan
aluminium oksida ini mencegah terjadinya oksidasi lebih jauh. Namun pasivasi
dapat terjadi lebih lambat jika dipadukan dengan logam yang bersifat katodik,
karena dapat mencegah oksidasi aluminium. Aluminium memiliki sifat mekanik:
Kekerasan
Kekerasan bahan aluminium murni sangatlah kecil, yaitu 65 skala
brinnel, sehingga dengan sedikit gaya saja dapat mengubah bentuk
logam. Untuk kebutuhan aplikasi yang membutuhkan kekerasan,
aluminium perlu dipadukan dengan logam lain atau diberi perlakuan
termal atau fisik.
23
Tensial
Kekuatan tensil pada aluminium murni pada berbagai perlakuan
umumnya sangat rendah, yaitu sekitar 90 MPa, sehingga untuk
penggunaan yang memerlukan kekuatan tensil yang tinggi,
aluminium perlu dipadukan. Dengan dipadukan dengan logam lain,
ditambah dengan berbagai perlakuan termal, aluminium paduan
akan memiliki kekuatan tensil hingga 580 Mpa.
Ductility
Ductility didefinisikan sebagai sifat mekanis dari suatu bahan untuk
menerangkan seberapa jauh bahan dapat diubah bentuknya secara
pelastis tanpa terjadi retakan. Dalam pengujian Tarik deculitiy
ditunjukkan dengan bentuk neckingnya. Material dengan ductility
yang tinggi akan mengalami necking yang sangat sempit, sedangkan
bahan yang memiliki ductility rendah hamper tidak mengalami
necking.
Modulus Elastisitas
Aluminium memiliki modulus elastisitas yang lebih rendah bila
dibandingkan dengan baja maupun besi, tetapi dari sisi strength to
weight ratio, aluminium lebih baik. Aluminium yang elastis
memiliki titik lebur yang lebih rendah dan kepadatan. Dalam kondisi
yang dicairkan dapat diproses dalam berbagai cara. Hal ini yang
memungkinkan produk-produk dari aluminium yang akan dibentuk
24
pada dasarnya dekat dengan akhir dari desain produk. Ifani Anesa.
Aluminium. Universitas Sumatra Utara
2.3.4 Klasifikasi Paduan Aluminium
Paduan aluminium diklasifikasikan dalam berbagai standar oleh negara di
dunia. Saat ini klasifikasi yang digunakan adalah Aluminium Association (AA) di
Amerika yang didasarkan oleh standar terdahulu dari ALCOA (Aluminium
Company Of America). Paduan tampaan dinyatakan dengan satu angka dan dua
angka ‘S’ standar AA menggunakan penandaan 4 angka.
Tabel 2.2. Klasifikasi paduan Aluminium Tempaan.
Secara garis besar Aluminium dapat dikelompokkan menjadi 2 yaitu:
1. Wrought aluminium alloys
Wrought aluminium alloys adalah paduan aluminium yang dapat mengalami
heat treatment dan cold working, dengan kata lain paduan ini dapat
25
mengalami deformasi plastis. Paduan aluminium yang diproduksi dalam
bentuk wrought yaitu sheet, plate, extrusion, wire dan diklasifikasikan
menurut unsur utama logam paduannya.
a. Duraluminium
Adalah nama dari salah satu jenis paduan aluminium awal
Hardenable. Unsur paduan utama adalah tembaga, mangan, dan
magnesium. Yang umum digunakan jenis ini adalah paduan
AA2024, yang mengandung tembaga 4.4%, magnesium 1.5%,
mangan 0.6% dan 93.5% aluminium.kekuatan luluh 450 MPa
dengan variasi tergantung pada komposisi.
b. Silumin
Adalah material ringan, dan memiliki kekuatan paduan aluminium
tinggi dengan kadar silicon 12%.keuntungan dari silumin adalah
memiliki resistensi terhadap korosi, sehingga cocok untuk
lingkungan lembab. Penambahan silikon untuk aluminium juga
membuat cairan kurang kental, yang bersama-sama dengan biaya
murah (kedua elemen komponen relatif murah untuk mengekstrak),
membuatnya menjadi paduan casting sangat bagus dibandingkan
dengan logam murni.
c. Hidronallium
Paduan Al-Mg, sering disebut Hidronalium, merupakan paduan
dengan tingkat ketahanan korosi yang paling baik dibandingkan
dengan paduan aluminium lain. Selain itu paduan Al-Mg 5%
26
merupakan Non Heat-treatable Alloy. Sehingga dengan
dilakukannya proses Solution Treatment 300̊C menurunkan
kekerasan hingga 18.06%, kekuatan Tarik 6.14% dan regangan
41.04%.
Matriks aluminium sekitar endapan dasar pada bidang-bidang kisi relative
tidak terdistorsi sehingga dislokasi dapat bergerak dengan bebas pada tempat
tersebut di antara endapan. Sedangkan atom pada larutan dan endapan pada disperse
yang halus menimbulkan distorsi pada seluruh kisi, sehingga menghalangi
pergerakan semua dislokasi. Kekuatan pada paduan Non Heat-Treatable akan
bertambah dengan Cold hardening, tetapi akan menurun dengan derastis. Paduan
ini memiliki aplikasi luas. Jika diperlukan paduan rendah sampai menengah maka
lebih dipakai paduan ini daripada paduan Heat–Treatable atau aluminium murni,
karena mudah difabrikasi dan tidak sensitif terhadap peralatan panas.
2. Casting Alloys
Paduan aluminium berupa Casting Alloy dikembangkan untuk
memperbaiki kualitas pengecoran seperti Fluidity. disamping itu tetap
diperhatikan sifat-sifat mekanik seperti kekuatan, keuletan dan ketahanan
korosi. komposisi kimia casting alloy berbeda dengan wrought alloy dan
juga penomorannya. penambahan unsur silikon sebanyak 5-2% merupakan
unsur utama pemadu paa casting alloy karena openambahan ini
meningkatkan fluidity aluminium cair, disamping meningkatkan
kekuatannya. Penambahan magnesium sebanyak 0.3–1% dapat
meningkatkan kekuatan terutama dengan mekanisme penguatan presipitasi.
27
Penambahan copper sebanyak 2% juga dapat meningkatkan kekuatan
terutama untuk pemakaian pada temperatur tinggi.
2.3.5 Aluminium dan paduannya
paduan Al dikalsifikasikan dalam berbagai standar di berbagai Negara
dunia. standard aluminium association (AA).
a. Paduan Al-Cu dan Al-Cu-Mg (seri 2000)
Mengandung 4% Cu dan 0.5% Mg dan paduan ini dinamakan
duralumin. Salah satu duralumin adalah paduan 2017, komposisi
standarnya adalah aluminium dengan kandungan 4% Cu, 1.5% Mg,
0.5% Mn. paduan yang ditingkatkan magnesiumnya dari komposisi
standar, yaitu aluminium dengan kandungan 4.5% Cu, 1.5% Mg, 0.5%
Mn yang disebut paduan 2024.paduan yang mengandung Cu
mempunyai ketahanan korosi yang tidak baik, jadi apabila ketahanan
korosi diperlukan permukaannya dilapisi dengan Al murni atau paduan
Al yang tahan korosi, material yang telah dilapisi tersebut disebut Al
clad.
b. Paduan Al-Mn
Mn (mangan) adalah unsur yang memperkuat Al tanpa mengurangi
ketahanan korosi, dan digunakan untuk membuat paduan yang tahan
korosi. sebagai paduan tahan korosi dengan tingkat tensile yang tinggi
tetapi tidak terlalu rapu. Angga.blog.ub.ac.id 2011
28
c. paduan Al-Si
Paduan Al-Si sangat baik kecairannya, yang mempunyai permukaan
yang sangat bagus, tanpa kegetasan panas, dan sangat baik untuk paduan
coran. Sebagai tambahan, paduan ini memiliki ketahanan korosi yang
baik, sangat ringan, koefisien pemuaian yang sangat kecil, dan sebagai
penghantar panas dan listrik yang baik. Karena memiliki kelebihan yang
baik, paduan ini sangat banyak dipakai. Tetapi dalam hal ini modifikasi
tidak perlu dilakukan. Sifat-sifat silumin sangat diperbaiki oleh
perlakuan panas dan sedikit diperbaiki oleh unsur paduan. Umumnya
dilakukan paduan dengan 0,15-0,4%Mn dan 0,5%Mg. Paduan yang
diberi perlakuan pelarutan dan dituakan dinamakan silumin gamma dan
yang hanya ditemper dinamakan silumin beta. Paduan yang memerlukan
perlakuan panas ditambah dengan Mg juga Cu serta Ni untuk
memberikan kekerasan pada saat panas, bahan ini biasa digunakan
untuk torak motor. Koefisien pemuaian termal Si yang sangat rendah
membuat koefisien termal paduannya juga rendah apabila ditambah Si
lebih banyak. Telah dikembangkan paduan hypereutektik Al-Si sampai
29% Si untuk memperhalus butir primer Si. Proses penghalusan akan
lebih efektif dengan penambahan P oleh paduan Cu-P atau penambahan
fosfor klorida (PCl5) untuk mencapai presentasi 0,001%P, dapat
tercapai penghalusan primer dan homogenisasi. Paduan Al-Si banyak
dipakai sebagai elektroda untuk pengelasan yaitu terutama mengandung
5%Si. Paduan seri ini non heat treatable.Paduan Al-Mg (seri 5000)
29
Mempunyai ketahanan korosi yang sangat baik, dangan kandungan 2-
3% Mg mempunyai sifat mudah untuk ditempah, diroll dan diekstrusi.
Paduan 5056 merupakan paduan yang paling kuat dalam seri ini. Paduan
5083 adalah paduan dengan 4.5% Mg, sifatnya kuat dan mudah dilas.
d. Paduan Al-Mg
Keberadaan magnesium hingga 15,35% dapat menurunkan titik lebur
logam paduan yang cukup drastis, dari 660 oC hingga 450 oC. Namun,
hal ini tidak menjadikan aluminium paduan dapat ditempa
menggunakan panas dengan mudah karena korosi akan terjadi pada suhu
di atas 60oC. Keberadaan magnesium juga menjadikan logam paduan
dapat bekerja dengan baik pada temperatur yang sangat rendah, di mana
kebanyakan logam akan mengalami failure paa tempratur tersebut.
Angga.blog.ub.ac.id 2011
e. Paduan Al-Zn
Suatu paduan yang terdiri dari aluminium, 5.5% Zn, 2.5% Mn, 1.5% Cu.
0.3% Cr, 0.2% Mn ini dinamakan paduan 7075. paduan ini memiliki
kekuatan tertinggi diantara paduan-paduan lainnya. Penggunaan paduan
ini kebanyakan untuk bahan kontruksi pesawat terbang dan juga sebagai
bahan kopntruksi. aluminium dengan 5,5% seng dapat memiliki
kekuatan tensil sebesar 580 MPa dengan elongasi sebesar 11% dalam
setiap 50 mm bahan. Bandingkan dengan aluminium dengan 1%
magnesium yang memiliki kekuatan tensil sebesar 410 MPa namun
memiliki elongasi sebesar 6% setiap 50 mm bahan. (Agus Rohimat, 1993).
30
2.3.6 Aluminium Daur Ulang
Aluminium daur ulang adalah aluminium yang dipadukan dengan logam
lain yang memiliki keterikatan senyawa atom satu sam lain.paduan logam tersebut
berguna untuk meningkatkan kekuatan aluminium yang bersifat lunak dan tidak
tahan terhadap panas. Jumlah dan distribusi penyebaran partikel penguat komposit
matriks logam sangat berpengaruh terhadap sifat-sifat mekanis dan komposit.
Penambahan jumlah partikel yang tersebar belum tentu mampu meningkatkan
kekerasan komposit. Untuk itu perlu diketahuo jumlah fraksi partikel yang tersebar
secara optimal pada logam sehingga akan diperoleh kekerasan yang optimal. Cor
ulang yang dilakukan pada aluminium dapat menyebabkan kekerassan meningkat
dan ketangguhan menurun, serta porositasnya bertambah. Porositasnya ini tentunya
akan mengurangi kekuatan dari aluminium cor, akan tetapi dikemukakan bahwa
porositasnya dalam kondisi tertentu akan memperbaiki karakteristiknya tribology
logam karena membentuk reservoir bagi pelumas dan memudahkan untuk
bersirkulasi sehingga menghasilkan pelumasan yang lebih baik.
2.4 Logam seng (Zn)
Seng merupakan salah satu unsur dengan symbol Zn, memiliki nomor atom
30, massa atom 65,37 g/mol, konfigurasi electron (Ar)3d104s2 dan terdapat pada
golongan II B unsur transisi didalam tabel priodik.seng adalah logam yang
berwarna putih kebiruan yang sangat mudah ditempa. Seng liat pada suhu 110ºC-
150ºC, melebur pada suhu 410ºC, dan mendidih pada suhu 906ºC. logamnya yang
31
murni melarut lambat dalam asam maupun basa, adanya zat-zat pencemar atau
kontak dengan platinum atau tembaga, yang dihasilkan oleh penambahan beberapa
tetes larutan garam dari logam-logam ini dapat mempercepat reaksi. Hal tersebut
menjelaskan seng-seng komersial dapat dengan mudah larut dalam asam klorida
encer dan asam sulfat encer dengan mengeluarkan gas hydrogen:
Zn(s) + 2HCl(aq) → Zn2+ + 2Cl- + H2(g)↑
Asam nitrat pekat akan membentuk ion-ion seng (II) dan nitrogen oksida (NO):
3Zn(s) + 8HNO3(aq)→3Zn2+ +2NO(g)↑ + 6NO3- + 4H2O(1)
Asam nitrat pekat mempunyai pengaruh yang kecil terhadap seng, karena
rendahnya kelarutan seng nitrat. Dengan asam sulfat pekat akan melarutkan seng
dan melepaskan belerang dioksida:
Zn(s) + 2H2SO4(aq) → Zn2+ + SO2(g) ↑ + SO42-+ 2H2O(l)
Seng membentuk hanya satu seri garam, garam-garam ini mengandung kation seng
(II), yang diturunkan dari seng oksida, ZnO (vogel, 1985).
Logam seng memiliki sifat fisik dan sifat kimia yaitu mempunyai berat
molekul 161,4 mengandung satu atau tujuh molekul air hidrat, hablur transparan
atau jarum-jarum kecil, serbuk hablur atau butir, tidak berwarna, tidak berbau,
larutan memberikan reaksi asam terhadap lakmus. Konsentrasi Zn lebih besar dari
5 mg/L di dalam air dapat menyebabkan rasa pahit. Seng dalam air juga mungkin
dihasilkan dari sisa racun industri (Dirjen POM, 1995).
32
2.5 Silikon
Silikon adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki
lambang Si dan nomor atom 14. Senyawa yang dibentuk bersifat
paramagnetik. Unsur kimia ini ditemukan oleh Jöns Jakob Berzelius.
Silikon merupakan unsur metaloid tetravalensi, bersifat lebih tidak reaktif
daripada karbon, unsur nonlogam yang tepat berada di atasnya pada tabel
periodik, tapi lebih reaktif daripada germanium, metaloid yang berada
persis di bawahnya pada tabel periodik. Silikon pertama kali dibuat dalam
bentuk murninya pada tahun 1824 dengan nama silisium (dari kata bahasa
Latin: silicis). Singgih Prayoko
2.6 Uji Tarik
Menurut (Purnomo, 2017) Uji tarik adalah pemberian gaya atau tegangan
tarik kepada material dengan maksud untuk mengetahui atau mendeteksi kekuatan
dari suatu material. Uji tarik dilakukan dengan cara penarikan dengan gaya tarik
terus menerus, sehingga bahan panjangnya meningkat terus menerus dan teratur
sampai putus, dengan tujuan menentukan nilai tarik. Untuk mengetahui kekuatan
tarik suatu bahan dalam pembebanan tarik, garis gaya harus berhimpit dengan garis
sumbu bahan sehingga pembebanan terjadi beban tarik lurus. Tetapi jika gaya tarik
sudut berhimpit maka yang terjadi adalah gaya lentur.
Hasil uji tarik tersebut mencatat fenomena hubungan antara tegangan-
regangan yang terjadi selama proses uji tarik dilakukan. Mesin uji tarik sering
33
diperlukan dalam kegiatan engineering untuk mengetahui sifat-sifat mekanik suatu
material. Mesin uji tarik terdiri dari beberapa bagian pendukung utama diantaranya
kerangka, pencekam spesimen, system penarik, mekanikme dan system pengukur.
Uji tarik banyak dilakukan untuk melengkapi informasi rancangan dasar kekuatan
suatu bahan dan sebagai data pendukung bagi spesifikasi bahan. Pada uji tarik
benda uji diberi beban gaya tarik sesumbuh yang bertambah secara kontinu, dan
bersamaan dari itu dilakukan pengamatan mengenai perpanjangan yang dialami
benda uji. Berdasarkan hasil pengujian tarik yaitu berupa data gaya dan
perpanjangan, makan dapat dianalisa untuk menentukan tegangan dan regangan
secara teknis, yaitu persamaannya:
1. Tegangan Teknis
Tegangan yang didapatkan dari kurva tegangan yang membujur rata-rata
dari pengujian tarik. Tegangan tersebut diperoleh dengan cara membagi
beban dengan luas awal penampang lintang benda uji itu.
σ = 𝑃
𝐴𝑜 (N/mm2)
Dimana:
P = gaya yang diberikan pada benda uji (N)
Ao = luas penampang awal benda uji (mm2)
2. Regangan Teknis
Regangan yang didapatkan adalah regangan linier rata-rata, yang
diperoleh dengan cara membagi perpanjangan benda uji, dengan panjang
awal.
34
Є = ∆𝐿
𝐿𝑜 =
𝐿−𝐿𝑜
𝐿𝑜
Jika terus menarik suatu benda uji sampai putus, akan mendapatkan
profil tarikan yang lengkap yang berupa kurva seperti gambar 4. Kurva
ini menunjukkan hubungan antara gaya tarik dengan perubahan panjang.
Gambar 2.7. Gambar kurva pengujian tarik
2.6.1 Tegangan-Regangan Sejati
Tegangan-regangan tidak memberikan indikasi karakteristik deformasi yang
sesungguhnya, karena kurva tersebut semuanya berdasarkan pada dimensi awal
benda uji, sedangkan selama pengujian terjadi perubahan dimensi. Pada tarik untuk
logam liat akan terjadi penyempitan setempat pada saat beban mencapai harga
maksimum. Karena pada tahap ini luas penampang lintang benda uji turun secara
cepat, maka beban yang dibuttuhkan untuk melanjutkan deformasi akan segera
mengecil. Tegangan-regangan teknik juga menurun setelah melewati beban
maksimum. Keadaan sebenarnya menunjukkan, logam masih mengalami
pengerasan regangan sampai patah sehingga tegangan yang dibutuhkan untuk
melanjutkan deformasi juga bertambah besar. Tegangan yang sesungguhnya
35
adalah beban pada saat manapun dibagi dengan luas penampang lintang benda uji,
Ao dimana beban itu bekerja.
Tegangan-regangan rekayasa didasarkan atas dimensi awal (luas area dan
panjang) dari benda uji, sementara untuk mendapatkan tegangan-regangan sejati
diperlukan luas area dan panjang aktual pada saat pembebanan setiap saat terukur.
Perbedaan kedua kurva tidaklah terlampau besar pada regangan yang kecil, tetapi
menjadi signifikan pada rentang terjadinya pengerasan regangan, yaitu setelah titik
luluh terlampaui. Secara khusus perbedaan menjadi demikian besar di dalam daerah
necking. Pada teganganregangan rekayasa, dapat diketahui bahwa benda uji secara
aktual mampu menahan turunnya beban karena luas area awal Ao bernilai konstan
pada saat penghitungan tegangan σ = P/Ao. Sementara pada kurva tegangan-
regangan sejati luas area aktual adalah selalu turun hingga terjadinya perpatahan
dan benda uji mampu menahan peningkatan tegangan karena σ¹ = P/Ai. Hubungan
tegangan-regangan sejati dan tegangan-regangan teknis, yaitu dengan persamaan
sebagai berikut:
σ¹ = σ (1 + є), (N/mm2)
є¹ = ln (1 + є), (%)
Dimana:
σ¹ = tegangan sejati (N/mm2)
є¹ = regangan sejati (%)
36
Kekuatan tarik atau kekuatan tarik maksimum (ultimate tensile strength)
adalah nilai yang paling sering dituliskan sebagai hasil suatu uji tarik, tetapi
padakenyataannya nilai tersebut kurang bersifat mendasar dalam kaitannya
dengankekuatan material. Untuk logam ulet, kekuatan tariknya harus dikaitkan
dengan beban maksimum, dimana logam dapat menahan beban sesumbu untuk
keadaan yang sangatterbatas. Pada tegangan yang lebih komplek, kaitan nilai
tersebut dengan kekuatanlogam kecil sekali kegunaannya. Kecenderungan yang
banyak ditemui adalah,mendasarkan rancangan statis logam ulet pada kekuatan
luluhnya. Tetapi karena jauh lebih praktis menggunakan kekuatan tarik untuk
menentukan kekuatan bahan, makametode ini lebih banyak dipakai. Kekuatan tarik
adalah besarnya beban maksimum dibagi dengan luas penampang lintang awal
benda uji.
σ = 𝑃𝑚𝑎𝑘𝑠
𝐴𝑜 (N/mm2)
Korelasi emperis yang diperluas antar kekuatan tarik dengan sifat mekanik
lainnya seperti kekerasan dan kekuatan lelah, sering dipergunakan. Hubungan
tersebut hanya terbatas pada hasil penelitian beberapa jenis material.
2.6.2 Tegangan Tarik
Sebuah batang uji ditarik pada mesin tarik sampai putus, batang uji
sebelumnya diberi tanda dahulu supaya dapat diukur jarak sebelum dan sesudah
ditarik (gauge marks), juga diukur tebal, untuk penampang segi empat dan diameter
untuk penampang bulat.Setelah ditarik maka dapat dihitung tegangan tariknya
dengan rumus:
37
a. Untuk penampang segiempat
σ µ : Fmax
Ao(𝑘𝑔/𝑚𝑚²)
Dimana
σ µ : tegangan tarik (𝑘𝑔/𝑚𝑚²)
Fmax : beban tertinggi selama pengujian tarik (kg)
Ao : luas penampang spesimen (mm2)
b. Untuk penampang bulat
σ µ : Fmax
Ao (𝑘𝑔/𝑚𝑚²)
Dimana
σ µ : tegangan tarik (𝑘𝑔/𝑚𝑚²)
Ao : luas penampang sebelum putus
Ao : 𝜋
4D2 (mm2) untuk penampang pejal
Ao : 𝜋
4 (D2-d2) (mm2) untuk penampang bulat
c. Perpanjangan
Perpanjangan benda uji setelah putus dapat dihitung dengan rumus:
ε : 𝑙𝑢−𝑙𝑜
𝑙𝑜 x 100%
Dimana
ε : Perpanjangan akibat tarik ( % )
Lu : Panjang yang diberi batas setelah mengalami Tarikan
sampai putus ( mm )
38
Lo : Panjang yang diberi batas semula (mm)
d. Kontraksi
Yang dimaksud dengan kontraksi adalah berkurangnya luas penampang
benda uji dalam % bila dibandingkan dengan penampang awal.
C : 𝑆𝑜−𝑆𝑢
𝑆𝑜 x 100%
Dimana
C : kontraksi (%)
So : luas penampang sebelum ditarik (mm)
Su : luas penampang sesudah ditarik
Su : 𝜋
4 (dzu2-dwu2)
dzu : diameter luar sesudah ditarik
dwu : diameter dalam sesudah ditarik
(Dyan Widodo Ponco Pratomo. 2018)
e. Modulus Young
Modulus Young, juga dikenal sebagai modulus elastis adalah suatu ukuran
bagaimana suatu materi atau struktur akan rusak dan berubah bentuk jika
ditempatkan di bawah tegangan. Modulus Young adalah ukuran kekakuan
suatu bahan isotropik elastis dan merupakan angka yang digunakan untuk
mengkarakterisasi bahan. Modulus Young didefinisikan sebagai rasio dari
tegangan sepanjang sumbu atas regangan sepanjang poros sumbu tersebut
39
di mana hukum Hooke berlaku. Modulus Young adalah ukuran bagaimana
sulitnya untuk memampatkan material, seperti baja. Mengukur tekanan dan
biasanya dihitung dalam satuan pascal (Pa). Hal ini paling sering digunakan
oleh fisikawan untuk menentukan tegangan yaitu pengukuran seberapa
material, menanggapi tekanan, seperti terjepit atau diregangkan.
E = 𝜎
𝜀
E = Besar modulus elastisitas
σ = Tegangan (KN/mm2)
ℇ = Regangan
(Yusuf Amin Nurdin. 2018)
Recommended