Pengaruh Temperatur Dan Waktu Penahanan Artificial Aging

7/23/2019 Pengaruh Temperatur Dan Waktu Penahanan Artificial Aging

http://slidepdf.com/reader/full/pengaruh-temperatur-dan-waktu-penahanan-artificial-aging 1/12

""Traksi. Vol. 10. No. 1, Juni 2010

PENGARUH TEMPERATUR DAN AKTU PENAHANAN ARTIFICIAL AGING

TERHADAP SI,AT9SI,AT MEKANIS PADUAN 30 PISTON BEKAS DAN 30

ADC 12 UNTUK MATERIAL PISTON MOTOR BENSIN

Fuad 4bdillahM6

Abstra ;aktu penahanan pada temperatur tertentu untuk artificial aging akan menentukan

pengerasan presipitasinya dan sangat berpengaruh terhadap sifat mekanis paduan

-0piston bekas dan -0$%1&. >amanya waktu penahanan akan menghasilkan sifat

mekanis yang berbeda, sehingga dalam hal ini akan dicari lama waktu penahanan yang tepat

untuk mendapatkan sifat mekanis yang optimum. engan studi literatur, maka dilakukan

percobaan pada paduan $l"'i dengan perlakuan panas solution heat treatment -0-0

% dan

di <uenching yang dilan7utkan ke temperatur artificial aging 1000

%, 1--o% dan &00

o%

dengan lama waktu penahanan &, dan - 7am. 'etelah percobaan tersebut, dilakukan pengu7ian kekerasan, dan pengamatan terhadap perubahan struktur mikro. 4erdasarkan

percobaan yang dilan7utkan dengan pengu7ian, maka didapatkan sebuah fenomena dimana

semakin lama waktu penahanan dari & hingga - 7am ter7adi peningkatan kekerasan material

secara drastis tetapi tidak diikuti oleh pengaruh temperatur artificial aging, yang dibuktikan

bahwa temperatur optimal yang menghasilkan kekerasan tertinggi adalah 1--o% sebesar

81,1 !34

!ata unci" $rtificial $ging, 'ifat ekanis, 'truktur ikro

PENDAHULUAN

Pemakaian aluminium khusus pada industri otomoti juga terus meningkat ejak

tahun 1+(0 5@udinski, 20016, dan terus meningkat seiring meningkatnya jumlah kendaraan

bermotor di indonesia. @anyak komponen otomoti yang terbuat dari paduan aluminium,

diantaranya adalah piston, blok mesin, &ylinder head, ale dan lain sebagainya. Penggunaan

paduan aluminium untuk komponen otomoti dituntut memiliki kekuatan yang baik. 4gar

aluminium mempunyai kekuatan yang baik biasanya logam aluminium dipadukan dengan

dengan unsur-unsur sepertiG 3u, i, g, n, n, Ni, dan sebagainya. engolah bijih

aluminium menjadi logam aluminium 54l6 memerlukan energi yang besar dan biaya yang

mahal untuk mendapatkan logam aluminium masalah yang utama sebetulnya pada

keterbatasan bijih aluminium dialam, karena bijih aluminium merupakan sumber daya alam

yang tidak dapat diperbaharui.

M6 $osen Jurusan -1 Teknik esin, 8niersitas uhammadyah emarang 58N/86



"%Traksi. Vol. 10. No. 1, Juni 2010

alah satu usaha untuk mengatasi hal ini adalah dengan melakukan daur ulang.

<arena keterbatasan yang ada seperti pada industri ke&il, tidak semua menggunakan bahan

baku murni, tetapi memanaatkan aluminium sekrap atau reje&t materials dari peleburan

sebelumnya untuk dituang ulang 5remelting 6. $ari hasil penge&oran industri ke&il 5pelek

misalnya6 pada saat digunakan mengalami beban berulang-ulang dan kadang-kadang beban

kejut sehingga peralatan tersebut harus mendapatkan jaminan terhadap kerusakan akibat

retak-lelah, sehingga aman dalam penggunaan atau bahkan mempunyai usia pakai 5life time6

lebih lama 5Purnomo, 20"G+0%6

4gar piston hasil daur ulang bisa digunakan dengan baik dan aman, maka perlu

dilakukan treatment 5perlakuan6 untuk memperbaiki siat aluminium piston hasil penge&oran

ulang. <arena biasanya siat dan kualitas piston hasil penge&oran ulang tidak bisa sama

dengan piston dari bahan baku baru yaitu 4l-i. Pada penelitian ini, okus penelitian yang

ingin dipelajari adalah proses artificial aging pada paduan aluminium sebagai upaya

meningkatkan siat-siat mekanis piston berbasis material %0 piston bekas dengan %0

4$312.

TIN4AUAN PUSTAKA

4luminium merupakan logam ringan yang mempunyai siat tahan terhadap korosi dan

penghantar listrik baik, juga tahan aus serta koeisien pemuaiannya rendah sehingga bahan ini

sangat luas pemakaiannya. 8ntuk keperluan tertentu dan meningkatkan siat mekaniknya,

harus ditambahkan unsur lain seperti i, g, 3u, n. dan diberi suatu perlakuan panas 5T)6,

Cambar 1 berikut iniG

Cambar 1. $iagram asa 4l-i



")Traksi. Vol. 10. No. 1, Juni 2010

alah satu &iri 4l adalah memiliki siat mampu-&or yang baik, namun risikonya

adalah penurunan siat mekanik, terlihat pada diagram ase baha i dapat larut dalam O-4l

alau prosentasenya terbatas, dan membentuk eutektik pada temperatur ; %**0

3. Pemanasan

paduan 4l-i ke baah temperatur batas kelarutan maksimal D %**0

3, mengakibatkan i

terlarut dalam matriR O-4l se&ara maksimum dengan komposisi eutektik 11,* i. ?arutan

padat yang terbentuk pada temperatur tinggi dapat dipertahankan dalam keadaan

supersaturated yaitu dengan pendinginan &epat 5uen&hing6, guna mengurangi presipitasi

larutan atom yang kasar dan bersiat inkoheren, Jika dilakukan pendinginan &epat sampai

temperatur kamar, phasa O tidak sempat membentuk phasa karena atom i yang berada

dalam O-4l akan terperangkap sehingga tidak sempat keluar dan akhirnya tetap asa tunggal O

super jenuh.

Pemanasan ulang asa tunggal O super jenuh akan menghasilkan presipitat partikel

halus senyaa g2i. Presipitat tersebut terjadi akibat perlakuan age hardening yaitu

pemanasan kembali di baah temperatur batas G* Cone 5temperatur aging 6, sehingga terjadi

proses dekomposisi. Pertumbuhan presipitat akan meningkat seiring dengan naiknya

temperatur dan aktu age hardening. Presipitat berpartikel halus diperoleh dengan

pengaturan temperatur dan aktu aging.

erangkaian proses di atas salah satunya dikenal sebagai perlakuan panas T).

Perlakuan panas T) merupakan &ara memperbaiki siat mekanik dengan penguatan presipitasi

partikel halus.

Cambar 2. kema perlakuan panas T) paduan 4l-i



"*Traksi. Vol. 10. No. 1, Juni 2010

METODE PENELITIAN

Taha)an Pen-eco'an

aterial yang digunakan pada penelitian ini adalah material dari %0 piston bekas

dan %0 4$312 yang terlebih dahulu dilakukan penge&oran sebanyak dua kali dengan

temperatur penuangan *00o

3 dan dilanjutkan pembuatan spe&imen, spe&imen-spe&imen

tersebut selanjutnya dilakukan pengujian komposisi kimia, kekerasan dan sruktur mikro.

Hasil pengujian komposisi kimia mengelompokkan paduan %0 piston bekas dan %0

4$312 masuk ke dalam kelompok paduan 4.'''.0 yang biasanya diperuntukkan untuk

material piston motor bensin.

Tabel 1 <omposisi kimia paduan 4'''.0 5umberG 4 ol."6

4llo

y

Pro

d

3omposition56

i Fe 3u n g 3r Ni n Ti =thers7a&h Total

'''.

0

P (,0-

10,0

1,0 ',0

-

",0

0,% 0,0%-

0,%0

- 0,%0 1,0 0,2

%

- 0,%0

Tabel 2 .Hasil uji kekerasan paduan %0Piston bekas dan %0 4$312

NoPENGECORAN I PENGECORAN II

N&la& Ke+e'a#an HRB N&la& Ke+e'a#an HRB

1 %',00 ),*) %0,00 0,01

2 "(,%0 ',)1 "),%0 10,(+

' %0,00 0,1) %1,00 1,21

" %1,00 0,') "(,00 ',)1

% "+,%0 0,+0 %",00 1),(1

Toal 830! 11!>= 8=!= 2!3

Taha)an Pe'la+$an Pana#

Proses perlakuan panas dalam penelitian ini menga&u pada tipe perlakuan panas

paduan 4.'''.0 54 ol." 6 seperti dalam tabel ' berikut iniG



"(Traksi. Vol. 10. No. 1, Juni 2010

Table '.Tipe perlakuan panas paduan 4.'''.0 5umberG 4 ol."6

All

o#

Te"

)e'

T@)

e o

ca#&

n-

Sol$&on 'ea"en A-&n- 'ea"en

Te")e'a

$'

T&

"e5h6

Te")e'a

$'

T&

"e5h6o

3

o

F

o

3

o

F

''

'.0

T) P %

0

%

+

)

0

12 1

%

%

'

1

0

2-%

Proses perlakuan panas dimulai dengan &ara spe&imen diberi perlakuan panas

pelarutan 5 solution heat treatment 6 pada temperatur %0%0

3 selama 12 jam, kemudian di

<uench pada media air *00

3 dengan aktu delay 2% detik. elanjutnya dilakukan pemanasan

artificial aging dengan ariasi temperatur 100

0

3, 1%%

o

3 dan 200

o

3 serta ariasi lama aktu penahanan adalah 2, " dan % jam.

HASIL DAN PEMBAHASAN

1* Pen-$(&an Ke+e'a#an

@erdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat tersaji dalam data-data dengan

ariabel aktu penahan yang berbeda, kekerasan material tersaji dalam table 2 berikut ini G

Tabel " Hasil pengujian kekerasan hasil proses perlakuan panas

T")

Pen$an

-an

Se/el$"

Pe'la+

$an

)ana#

Te")e'a$'A-&n-

1000C

Te")e'a$'A-&n-

1330C

Te")e'a$' A-&n-200

0C

a+

$

A-&n

-

2 (a"

a+

$

A-&n

-

(a"

a+

$

A-&n

-

3(a"

a+

$

A-&n

-

2 (a"

a+

$

A-&n

-

(a"

a+

$

A-&n

-

3(a"

a+

$

A-&n

-

2 (a"

a+

$

A-&n

-

(a"

a+$

A-&n-

3(a"

>00 0C

)'.% )'.0 )(.0 )+.0 *).0 (0.% (2.0 *0.0 *'.% (0.0

%+.% )1.0 )".0 )*.0 **.% *+.% *+.% *".% *2.0 *+.0

)0.0 )2.0 )).% *1.% *(.0 (0.% (2.% *(.0 *'.0 *+.%

)2.% )%.0 )(.% )*.% (0.0 (0.% (1.0 **.% *'.% (2.%

)1.% )).0 )+.0 )(.0 (0.0 (1.0 (0.% *".% *2.0 (1.%

Raa9

'aa61* 6* 6>*2 6:*6 >:* :0* :1*1 >*= >2*: :0*3



"+Traksi. Vol. 10. No. 1, Juni 2010

Cambar '. Craik pengujian kekerasan hasil proses perlakuan panas

$ari graik pada Cambar ' dapat diketahui baha pada temperatur aging 10003

sampai 1%%03 graik kekerasan hasil perlakuan panas material piston %0 P@ D %0 4$312

menunjukkan ke&enderungan menghasilkan nilai kekerasan yang meningkat. Tetapi setelah

temperatur aging 1%% 03 graik menunjukkan ke&enderungan menghasilkan nilai kekerasan

yang menurun. ehingga kekerasan optimal didapatkan pada temperatur aging 1%%03. Hasil

ini sejalan dengan schematic aging curve 5 strength or hardness vs time9 oleh mith,

51++'G"))6 $idapatkannya temperatur aging 1%%03 sebagai temperatur yang optimum

dikarenakan pada temperatur tersebut merupakan titik peak aged dimana ukuran dan

distribusi pripitation untuk penguatan paduan sudah men&apai titik optimum.

Cambar ". schematic aging curve 5 strength or hardness vs time9

Eotinsulu, inthia .J. 2001G 10 dalam penelitiannya menyatakan baha pada

perlakuan panas 4l-i ter&apainya kekerasan optimum pada temperatur aging tertentu



%0Traksi. Vol. 10. No. 1, Juni 2010

disebabkan terbentuknya presipitat metastabil yang optimal yang menghalangi pergerakan

dislokasi. edangkan jika temperatur aging ditingkatkan setelah ter&apai titik optimum maka

kekerasan &enderung akan menurun. Hal ini dikarenakan oleh penggabungan atau pengerasan

presipitat yang menjadi koheren dengan matriknya. Hasil dari penelitian ini sekaligus juga

menjaab mengapa pada 4 " untuk paduan 4.'''.0 rekomendasi temperatur aging pada

proses perlakuan panas adalah 1%%03

$ari graik pada Cambar ' juga dapat diketahui baha seiring dengan penambahan

aktu aging kekerasan yang dihasilkan &enderung meningkat. $imana kekerasan tertinggi

dihasilkan pada aktu aging % jam. Hal ini dikarenakan pada aktu permulaan aging, ona

CP yang terbentuk terus berkembang baik dari segi ukuran, maupun jumlah seiring dengan

bertambahnya aktu aging. 8ntuk presipitat yang bertambah besar dan jumlah yang juga

bertambah banyak menyebabkan jarak antar partikel presipitat semakin rapat. Presipitat yang

rapat inilah yang bertindak sebagai penghalang yang menyebabkan pergeseran dislokasi

semakin sulit ketika terjadi deormasi. 4kibatnya didapatkan kekerasan paduan 4l-i yang

meningkat seiring dengan peningkatan aktu penahan. Peningkatan kekerasan seiring dengan

peningkatan aktu aging juga akan menemui titik pun&ak dan setelah titik pun&ak dileati

kekerasan &enderung akan menurun.

2* Pen-$(&an S'$+$' M&+'o

Pengujian struktur mikro dilakukan baik sebelum dan sesudah dilakukan perlakuan

panas . truktur mikro sebelum dilakukan perlakuan panas tersaji pada gambar % berikut ini G

Cambar %. truktur mikro paduan %0P@D%04$312 sebelum perlakuan panas

Pengujian struktur mikro setelah proses perlakuan panas dilakukan dengan tujuan

untuk mengetahui sejauh mana perbedaan bentuk struktur mikro sesudah dan sebelum proses




pelakuan panas. Hasil dari pengujian struktur mikro ini diharapkan dapat memperkuat hasil

dari pengujian kekerasan, karena dengan pengamatan struktur mikro dapat terlihat susunan

dan struktur kristal suatu logam.

Hasil pengamatan stuktur mikro terhadap material setelah proses perlakuan panas

dengan aktu penahanan 2 jam terlihat pada Cambar ), * dan ( dibaah ini .

Cambar ) . truktur mikro setelah perlakuan panas dengan temperatur 4ging 100o3

Cambar * . truktur mikro setelah perlakuan panas dengan temperatur 4ging 1%%o3

Cambar ( . truktur mikro setelah perlakuan panas dengan temperatur 4ging 200o3




Hasil pengamatan stuktur mikro terhadap material %0P@D%04$312 setelah

proses perlakuan panas aktu penahanan " jam terlihat pada Cambar +, 10 dan 11 dibaah

ini .

Cambar + . truktur mikro setelah perlakuan panas dengan temperatur 4ging 100o3

Cambar 10 . truktur mikro setelah perlakuan panas dengan temperatur 4ging 1%%o3

Cambar 11 . truktur mikro setelah perlakuan panas dengan temperatur 4ging 200o3



%'Traksi. Vol. 10. No. 1, Juni 2010

Hasil pengamatan stuktur mikro terhadap material %0P@D%04$312 setelah

proses perlakuan panas dengan aktu penahanan % jam terlihat pada Cambar 11, 12 dan 1'

dibaah ini .

Cambar11 . truktur mikro setelah perlakuan panas dengan temperatur 4ging 100o3

Cambar12 . truktur mikro setelah perlakuan panas dengan temperatur 4ging 1%%o3

Cambar1' . truktur mikro setelah perlakuan panas dengan temperatur 4ging 200o3

Perlakuan panas menyebabkan perubahan bentuk struktur mikro paduan 4l-i. Hal ini

terlihat baik dimana terdapat perbedaan bentuk struktur mikro sebelum dan sesudah

perlakuan panas. Perubahan yang terjadi akibat proses perlakuan panas dimungkinkan karena

pemanasan yang diberikan memberi peluang atom untuk bergerak dan menata letaknya,

sehingga bentuk struktur atom setelah proses perlakuan panas menjadi lebih tertata.



%"Traksi. Vol. 10. No. 1, Juni 2010

eiring dengan penambahan aktu aging bentuk matrik i menjadi tertata dan

kelihatan lebih rapat. truktur mikro yang kelihatan tertata seiring dengan pertambahan

aktu aging dikarenakan ona CP yang terbentuk terus berkembang baik dari segi ukuran,

maupun jumlahnya. Perlakuan panas menyebabkan presipitat bertambah besar dan jumlah

juga bertambah banyak, hal ini menyebabkan jarak antar partikel presipitat semakin rapat.

Presipitat yang rapat inilah yang kemudian bertindak sebagai penghalang terjadinya dislokasi.

ehingga ketika terjadi deormasi maka, akan sulit terjadi dislokasi. Hasil struktur mikro ini

memperkuat hasil pengujian kekerasan dimana seiring bertambahnya aktu aging kekerasan

paduan 4l-i menjadi meningkat.

<enaikan temperatur aging dapat memperbaiki susunan struktur mikro. Hal ini

terlihat pada gambar struktur mikro temperatur aging 10003 dan 1%%

03. $imana bentuk

struktur mikro temperatur aging 1%%03 lebih tertata dan merata matrik i nya dibandingkan

pada paduan 10003. 4kan tetapi pada temperatur aging 200

03 bentuk struktur mikronya

tidak lebih baik dibandingkan pada temperatur aging 1%% 03.

Ke#&")$lan

$ari pembahasan data hasil pengujian pada penelitian ini diperoleh kesimpulan

sebagai berikut G

1.

8paya meningkatkan siat mekanik material piston berbasis %0 piston bekas dan %0

4$312 salah satunya adalah proses $rtificial $ging

2.

Temperatur aging yang menghasilkan kekerasan tertinggi adalah 1%%o3 dan aktu

agingnya % jam.

'.

Pertambahan angka kekerasan setelah artificial aging material piston berbasis %0

piston bekas dan %0 4$312 men&apai )0

Daa' P$#a+a

1. @udinski., 2001, 7ngineering aterials Properties and ele&tion, PH/ Ne $elhi, pp.

%1*:%').2. 3ole, C ., and herman, 4. ., 1++%, K?ight eight materials or automotie

appli&ations, aterial 3hara&teriSation, '% 516 pp. ':+.

'. $urrant, C., Callerneault, ., 3antor, @.,1++), KueeSe &ast aluminum reinor&ed ith

mild steel inserts J ater &ien&e, '1 pp. %(+:)02.



%%Traksi. Vol. 10. No. 1, Juni 2010

". 7ided Litthaya,200* K 7e&t o solution treatment and r-odii&ation on

mi&rostru&ture and me&hani&al properties o 4l-i piston alloys.

%. Haue, . ., et al ., 2001, Kstudy on ear properties o aluminum : sili&on piston

alloy, J aterial pro&essing te&hnology , 11( pp. )+:*'.

). <im, L. J., et al 200%, K3orrosion perorman&e o plasma sprayed 3ast /ron &oatings on

4luminum alloy or automotie &omponent, ura&e &oating and Te&hnology, 200 pp

11)2-)*.

*. Noorsy. !200*#, impor 4luminium akan melonjak, inar Harapan, %%"2....

(. mith, F. Lilliam. 1++%. aterial 'cience and engineering. second edition9. Ne AorkG

& Cra- Hill in&.

+. urdia, Tata B aito, hinroku. 1++2. *engetahuan 4ahan Teknik. edisi kedua9. JakartaG

Pradnya Paramita

10. T.V. Eajan,3P harma B harma 4shok ,1++*, KHeat Treatment prin&iple and

Te&hniues K 5reised edition6, PH/ Ne $elhi, pp. 110001

11. Viala,V. 3., Peronnet. ., @osselet F., @ouiR, J., 2002, K/ntera&e &hemistry in

aluminum alloy ith iron base inserts, 3omposites, Part 4, '', pp. 1"1*: 1"20

12. Vaillant ,P., Petitet, J. P.,1++%, K/ntera&tions under hydrostati& pressure o mild steel

ith liuid aluminum alloys,.Jater &ien&e '0 pp ")%+:"))(

1'. Lang ,A .,et al , 200%, K&uing resistan&e o &oated piston skirts run against &ylinder

bores, Lear 2%+, pp. 10"1:10"*

1". eren uSaer, 200) K The ee&t o heat treatment on aluminium-based piston alloys

Documents

Pengaruh Temperatur Dan Waktu Penahanan Artificial Aging