5

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Dari publikasi yang dibuat oleh I M Astika (2019), penelitian tentang

peningkatan kekerasan pada material Aluminium alloy Al-Cu 2024

yang telah melalui proses artificial aging dengan suhu solution

treatment sebesar 500 ⁰C selama satu jam, dan artificial aging pada

suhu 180 ⁰C dengan variasi waktu tahan 2 jam, 4 jam, dan 6 jam.

Didapatkan hasil pada raw material didapatkan kekerasan rata- rata

sebesar 58,6 HVN, pada saat holding time 2 jam, 4 jam, dan 6 jam

didapatkan nilai kekerasan rata- rata secara berturut- turut sebesar

63,4 HVN, 67,79 HVN, dan 71,38 HVN.

Tugas akhir dari Nur Imam Subagyo (2017), penelitian tentang

“analisis pengaruh artificial aging terhadap sifat mekanis pada

aluminium seri 6061”. Dari penelitian menyatakan hasil perlakuan

panas suhu 190˚C dengan variasi holding time 1 jam menghasilkan

kekerasan 53,8 HRB, variasi holding time 5 jam kekerasan yang

dihasilkan sebesar 79,6 HRB, variasi holding time 11 jam kekerasan

yang dihasilkan sebesar 50,4 HRB.

Dari tugas akhir yang dibuat oleh Anugerah Nuvrio Angga (2018),

dalam penelitiannya tentang “pengaruh aging 200˚C dengan waktu 1-

9 jam terhadap sifat mekanik pada Al-Cu 4,5% remelting” dari

penelitian menunjukkan hasil bahwa perlakuan aging pada paduan

Al-Cu dapat meningkatkan kekerasan. Peningkatan kekerasan terjadi

pada aging dengan waktu 3 jam sampai 6 jam yaitu nilai kekerasan

91,17 BHN menjadi 97,93 BHN. Namun ketika proses aging dengan

waktu 9 jam, kekerasannya menurun kembali hingga 90,52 BHN

6

Ditinjau dari tugas akhir Pranata, Muhammad Didi Endah., Alfirano.,

Jajat Mujiar (2016)., yang melakukan penelitian dengan judul Analisis

Struktur Mikro dan Sifat Mekanik Pada Paduan AL 2014 Hasil Proses

Aging Dengan Variasi Temperatur dan Waktu Tahan. Dalam penelitian

ini menggunakan metode pemanasan artificial aging dengan proses

awal Solution Treatment dengan suhu sebesar 500⁰C selama 25

menit, selanjutnya dilakukan Pendinginan secara cepat (Quenching)

dengan menggunakan air biasa selama 12 detik yang setelahnya

diikuti dengan proses Artificial Aging dengan variasi temperatur 100,

400, 180, dan 220⁰C serta variasi waktu tahan (Holding Time) 4, 6, 8,

10 jam. Dari hasil proses heat treatment tersebut kemudian dilakukan

pengujian berupa uji struktur mikro dan uji kekerasan. Pada pengujian

struktur mikro material dengan variasi waktu tahan 4, 6, 8, dan 10 jam

menggunakan metode Vickers didapat hasil yang fluktuatif, pada

proses artificial aging dengan varian waktu tahan 4 jam didapatkan

kekerasan pada suhu 100⁰C, 14⁰C 0, 180⁰C, dan 220⁰C secara

berturut- turut sebesar 140,62 VHN, 117,69 VHN, 149,72 VHN,dan

124,64 VHN. Hal tersebut membuktikan bahwa kenaikan suhu pada

proses aritificial aging tidak selalu berbanding lurus dengan kekerasan

pada material.

Dari jurnal Radutoiu, Nicoleta dan Alexis (2019) yang melakukan

penelitian tentang pengaruh perlakuan over aging pada material

Aluminium paduan 2024. Metodenya dengan memanaskan material

dengan suhu 495ºC selama 1jam, diikuti dengan quenching, lalu diberi

perlakuan aging dengan 150ºC 36 hari, 175ºC 50 jam, dan 190ºC

24jam, kemudian dilakukan uji kekerasan vickers. Hasil dari penelitian

tersebut material sebelum melalui proses heat treatment nilai

kekerasannya sebesar. 149HV.,Setelah melalui proses aging nilai

kekerasannya menjadi 136 HV, 139HV dan 133HV. Namun disamping

itu terdapat titik optimal, dimana kekerasan berada pada posisi

puncak, yaitu pada suhu 150ºC, 175ºC dan 190ºC dengan waktu

7

tahan selama 28 hari. Yang berarti material dapat meraih kekerasan

puncak pada suhu yang kecil dalam waktu yang cukup lama

2.2 Landasan teori

2.2.1 Aluminium

Aluminium merupakan unsur logam terbanyak di muka bumi,

dimana hampir 8% berat dari kerak bumi adalah aluminium.

Aluminium ditemukan oleh Sir Humphrey Davy pada tahun 1809

sebagai suatu unsur, dan pertama kali direduksi sebagai suatu

logam oleh H.C. Oersted pada tahun 1955. Bijih bauksit adalah

bahan utama untuk pembuatan aluminium yang terdapat di

dalam batu-batu dalam kerak bumi. Di dalam bebatuan tersebut

aluminium masih berbentuk silikat dan komponen lain yang lebih

kompleks, karena komponen aluminium yang begitu komplek

tersebut maka diperlukan penelitian lebih dari 60 tahun untuk

menemukan cara yang ekonomis untuk membuat aluminium dari

bijih bauksit. (Surdia .T.,Saito,S., 1995)

Adapun aluminium merupakan bahan yang sering

digunakan dalam kehidupan sehari-hari hal tersebut dikarenakan

aluminum mempunyai sifatsifat yang sangat baik dan

mempunyai keunggulan dibandingkan dengan material lain.

Berikut ini merupakan sifat-sifat umum aluminium.

a. Ringan Memiliki bobot sekitar 1/3 dari bobot besi dan baja,

atau tembaga dan banyak digunakan dalam industri

transportasi seperti angkutan udara.

b. Tahan terhadap korosi Sifatnya durabel sehingga baik

dipakai untuk lingkungan yang dipengaruhi oleh unsur-unsur

8

seperti air, udara, suhu dan unsur-unsur kimia lainnya, baik

di ruang angkasa atau bahkan sampai ke dasar laut.

c. Kuat,Aluminium memiliki sifat yang kuat terutama bila dipadu

dengan logam lain. Digunakan untuk pembuatan komponen

yang memerlukan kekuatan,tinggi seperti: pesawat terbang,

kapal laut, bejana tekan, kendaraan dan lain-lain.

d. Mudah dibentuk Proses pengerjaan Aluminium mudah

dibentuk karena dapat disambung dengan logam/material

lainnya dengan pengelasan, brazing, solder, adhesive

bonding, sambungan mekanis, atau dengan teknik

penyambungan lainnya.

e. Konduktor listrik Aluminium dapat menghantarkan arus listrik

dua kali lebih besar jika dibandingkan dengan tembaga.

Karena Aluminium tidak mahal dan ringan, maka Aluminium

sangat baik untuk kabel-kabel listrik overhead maupun

bawah tanah.

f. Konduktor panas Sifat ini sangat baik untuk penggunaan

pada mesin-mesin/alat-alat pemindah panas sehingga dapat

memberikan penghematan energi.

g. Memantulkan sinar dan panas Aluminium dapat dibuat

sedemikian rupa sehingga memiliki kemampuan pantul yang

tinggi yaitu sekitar 95% dibandingkan dengan kekuatan

pantul sebuah cermin. Sifat pantul ini menjadikan Aluminium

sangat baik untuk peralatan penahan radiasi panas.

h. Non magnetik Aluminium sangat baik untuk penggunaan

pada peralatan elektronik, pemancar radio/TV dan lain-lain.

Dimana diperlukan faktor magnetisasi negatif.(Anonim, 2012)

9

Tabel 2.1 Karateristik dan Sifat Aluminium (Hans Orsted tahun 1825,

pertama kali diisolasi oleh Friedrich Wohler pada tahun 1827).

Sifat-sifat Kemurnian (Al)

Simbol Al

Nomor Atom 13

Berat Atom 26,981

Klasifikasi Pasca transisi

logam

Fase pada Suhu

Kamar

Padat

Kepadatan/Massa

Jenis

2,70 gram per cm3

Titik Leleh 660,32oC,

1220,58oF

Titik Didih 2519oC, 4566oF

2.2.2 Paduan Aluminium

Logam paduan Alumunium dapat diklasifikasikan dalam tiga

cara. Pertama berdasarkan klasifikasi atas paduan Alumunium

cor dan tempa. Kedua dengan berdasarkan perlakuan

panasnya diklasifikasikan atas paduan yang dapat diperlakukan

panas ( heat treatable alloy) dan yang tidak dapat diperlaku-

panaskan (not heat treatable alloy). Dan yang ketiga

berdasarkan unsur-unsur yang dikandungnya diklasifikasikan

atas beberapa nomor seri.

10

Rendy Saputra (2012) mengakatan bahwa paduan yang

paling penting untuk paduan Alumunium adalah tembaga (Cu),

Mangan (Mn), Silikon (Si), Magnesium (Mg), dan Seng (Zn).

Diagram fasa untuk masing-masing elemen paduan semuanya

mempunyai kesamaan. Elemen tersebut menunjukkan

kelarutan yang baik pada temperatur tinggi, tapi kelarutan yang

rendah pada temperatur kamar.

Tabel 2.2. Alumunium dan Paduannya Serta Kode Penamaan

Al

paduan

untuk

dimesin

Paduan

jenis tidak

dapat

diperlakukan

panas (non

heat

treatable)

Al murni (seri 1000)

Paduan Al-Mn (seri

3000)

Paduan Al-Si (Seri

4000)

Paduan Al-Mg (Seri

5000)

Paduan

jenis dapat

diperlakukan

panas (heat

treatable)

Paduan Al-Cu (seri

2000)

Paduan Al-Mg-Si

(Seri 6000)

Paduan Al-Mg (Seri

7000)

Al

paduan

untuk

coran

Non heat

treatable

alloy

Paduan Al-Mg

Heat

treatable

alloy

Paduan Al-Cu

Paduan Al-Mg-Si

11

Berikut ini adalah beberapa elemen paduan pada alumunium yang

memberikan efek baik maupun buruk.

1. Magnesium (Mg)

Menurut Budenski, K: Michael (1999) kandungan magnesium

(Mg) meningkatkan kekuatan dengan penguatan larutan padat

(Solid Solution Strengthening), dan dengan paduan sekitar 3%

akan terjadi pengerasan prestipitasi. Kandungan magnesium (Mg)

memberikan sifat-sifat yang baik terhadap ketahanan korosi,

kemampuan dilas dan kekuatan cukup baik. Sedangkan pengaruh

buruknya didapati pada saat pengecoran.

2. Tembaga (Cu)

Menurut Elwin L. Rooy (1997) pengaruh baik yang

ditimbulkan oleh unsur tembaga (Cu) dalam paduan alumunium

adalah berupa peningkatan kekerasan bahan, perbaikan kekuatan

tarik, dan mempermudah proses pengerjaan dengan mesin.

Paduan yang mengandung 4-6% Cu memberikan reaksi yang baik

terhadap perlakuan panas. Tembaga biasanya mengurangi

ketahanan terhadap korosi secara umum serta mengurangi

ketahanan terhadap hot tear dan mampu cor (castability).

Sedangkan pengaruh buruknya adalah menyebabkan turunnya

ketahanan korosi, mengurangi keuletan material.

3. Seng (Zn)

Menurut Budenski, K: Michael (1999) sifat mampu cornya

rendah, paduan seng yang tinggi cenderung mudah untuk retak

pada saat panas (hot cracking) dan penyusutan yang tinggi,

dengan prosentase 10% cenderung memproduksi tegangan retak

korosi (stress corrosion cracking), kombinasi seng dengan elemen

lain menaikkan kekuatan dengan sangat tinggi, konsentrasi

12

rendah pada paduan kembar (kurang dari 3%) menghasilkan efek

yang tidak berguna.

4. Mangan (Mn)

Menurut Budenski, K: Michael (1999) pengaruh baik yang

ditimbulkan unsur mangan (Mn) dalam paduan Alumunium adalah

meningkatkan kekakuan dengan penguatan larutan padat (Solid

Solution Strengthening), dan dengan paduan sekitar 3% (0,5%

dan ketahanan pada temperatur tinggi, meningkatkan ketahanan

korosi, dan mengurangi pengaruh buruk unsur besi. Sedangkan

pengaruh buruknya adalah menurunkan kemampuan penuaan

dan meningkatkan kekasaran butiran pertikel.

5. Besi (Fe)

Besi (Fe) Merupakan pengotor (impurity) yang paling

sering ditemukan di dalam aluminium. Besi memiliki kelarutan

yang cukup tinggi pada aluminium cair, dan mudah sekali

larut pada seluruh fasa aluminium Studi pengaruh fading. (Budi

Lesmana, FT UI, 2008).

Kelarutan besi dalam aluminium pada fasa padat sangat

rendah (~0.04%), dan kebanyakan keberadaan besi dalam

aluminium yang melebihi jumlah tersebut berupa fasa intermetalik

kedua yang berkombinasi dengan aluminium dan unsur

lainnya. Penambahan besi pada aluminium akan meningkatkan

ketahanan hot tear dan menurunkan kecenderungan penempelan

atau persambungan dengan cetakan die casting. Besi bereaksi

membentuk fasa-fasa tidak terlarut (insoluble) dalam leburan

paduan aluminium, yang umumnya berupa FeAl3,

FeMnAl6, dan AlFeSi. Fasa-fasa tak larut ini berpengaruh

pada peningkatan kekuatan, terutama pada kondisi kenaikan

temperatur. Unsur yang secara alami sebagai pengotor pada

13

aluminium ini dalam jumlah kecil juga akan mengurangi

kecenderungan retak panas (hot-cracking) dalam pengecoran.

Akan tetapi, adanya kadar besi pada paduan yang berlebihan

secara substansial yang kemudian membentuk kristal FeSiAl5

akan menurunkan sifat keuletan dan ketahanan korosi paduan Al-

Si dan mengakibatkan struktur butir yang kasar. Besi dengan

penambahan mangan pada komposisi sekitar eutektik akan

menghasilkan kekuatan dan keuletan pada temperatur ruang dan

mempertahankan kekuatannya pada temperatur tinggi. Hal ini

didasari pada kehalusan butir akibat fasa intermetalik yang

terdispersi halus dan merata.

Menurut Budenski, K: Michael (1999) pengaruh baik

mencegah terjadinya penempelan logam cair pada cetakan

selama proses penuangan dan pengaruh buruk yaitu penurunan

sifat mekanis, penurunan kekuatan tarik, timbulnya bintik keras

pada hasil coran,peningkatan cacat porositas.

6. Silikon (Si)

Menurut Budenski, K: Michael (1999) unsur silikon (Si) dalam

Alumunium paduan mempunyai pengaruh baik dan

mempermudah proses pengecoran meningkatkan mampu alir,

memperbaiki sifat-sifat atau karateristik coran, menurunkan

penyusutan dalam coran, meningkatkan ketahanan korosi.

Sedangkan pengaruh buruk yang ditimbulkan dalam unsur silikon

adalah penurunan keuletan material terhadap bahan kejut dan

coran akan rapuh jika kandungan terlalu tinggi.

Kelarutan seng pada 442°C bisa mencapai 88,8% .

penambahan unsur seng pada paduan Al-Si tidak akan memiliki

pengaruh yang signifikan. Namun , bila dipadu bersama dengan

tembaga (Cu) dan atau magnesium (Mg) dapat menghasilkan sifat

kekerasan dan kekuatan karena menghasilkan paduan head-

14

treadment dikarenakan terbentuk MgZn2 dan CuAl2. Namun,dalam

kadar yang berlebih, unsur Zn meningkatkan kegetasan,

menurunkan ketangguhan dan menurunkan ketahanan korosi.

Oleh karena itu, kandngan dibatasi kurang dari 1% sampai

dengan maksimal hanya 0,1%.

2.2.3 Jenis-jenis Paduan Alumunium

1. Paduan Alumunium – Tembaga (Al – Cu)

Menurut Avner, Sidney, H. (1974) kelarutan maksimum

dari tembaga pada Alumunium adalah 5,65% pada suhu

101,80F, sedangkan pada suhu 572°F. kelarutannya turun

menjadi 0,45%. Adapun paduan yang mengandung tembaga

2,5-5% dapat mengalami perlakuan panas dengan

pengerasan penuaan. Fasa theta ialah fasa menengah

paduan yang komposisinya mendekati senyawa CuAl2.

Perlakuan kelarutan denggan memanaskan paduan pada

daerah fasa tunggal kappa yang diikuti dengan pendinginan

secara cepat. Penuaan selanjutnya, baik alami mapun

buatan akan mengakibatkan presipitasi pada fasa theta

sehingga memperkuat paduan tersebut. Paduan ini mungkin

mengandung sejumlah kecil silikon, besi, mangan,

magnesium, dan seng.

15

Gambar 2.1. Diagram Fasa Al-Cu

(ASM Handbook Vol 4)

Gambar 2.2. Struktur Mikro Paduan Al-Cu

(Material Handbook 8th edition, Vol.7)

CuAl2

Al

16

2. Paduan Al-Si-Cu

Menurut Surdia (2000) bahwa paduan Aluminum –

Silikon – Tembaga dibuat dengan menambahkan 4-5 %

silikon pada paduan alumunium tembaga untuk memperbaiki

mampu cornya, paduan ini disebut “lautal”, ialah salah satu

dari paduan Alumunium yang terutama. Paduan ini dipakai

untuk bagian dari motor dan mobil, meteran dan rangka

utama dari katup-katup. Seperti gambar dibawah ini terlihat

bagian putih adalah Alumunium proetektik dan bagian hitam

yang berbentuk seperti jarum adalah CuAl2.

Gambar 2.3. Struktur Mikro Paduan Al-Si-Cu

(Surdia,T.;Chijiwa,K.,2000)

3. Paduan Al-Mg-Zn

Paduan ini, kelarutan menurun apabila temperatur turun

paduan sistem ini dapat dibuat keras sekali dengan

penuaan setelah perlakuan pelarutan, tetapi sejak lama tidak

dipakai karena memiliki sifat patah getas dan retakan korosi

tegangan. Di Jepang, pada pemulaan tahun 1940. Igarashi

dkk mengadakan penelitian dan berhasil dalam

pengembangan suatu paduan dengan penambahan kira-kira

0,3% Mn atau Cr, dimana butir kristal padat diperhalus dan

mengubah bentuk presipitasi serta retekan korosi tegangan

tidak terjadi. Paduan ini mempunyai kekuatan tertinggi

17

dibandingkan paduan-paduan lainnya. Penggunaan paduan

ini yang paling besar adalah untuk bahan kontruksi pesawat

udara.

Gambar 2.4. Diagram Fasa Al-Mg-Zn (Surdian, T.;

Saito,S., 1990)

Gambar 2.5. Struktur Mikro Paduan Al-Mg-Zn

(Surdian,T.;Saito,S.,1990)

4. Paduan Alumunium – Seng (Al – Zn)

Menurut Avner, Sidney, H., (1974) kelarutan Zn pada

Alumunium adalah 31,6% pada suhu 5270F, akan tetapi

turun menjadi 5,6% pada 2570F. Paduan Alumunium tempa

komersial mengandung Zn, Mg, dan Cu dengan sejumlah

kecil penambahan Mg dan Cr. Sedangkan paduan AlZn cor

18

dikenal sebagai 40E, mengandung 5,5% Zn ,0,6% Mg,0,5 %

Cr, dan 0,2% Ti, memberikan sifat-sifat mekanik tanpa

perlakuan kelarutan.

Gambar 2.6. Diagram Fasa Al – Zn (Avner,

Sidney, H., 1974)

Gambar 2.7. Struktur Mikro Paduan Al-Zn

5. Paduan Alumunium – Silikon – Magnesium (Al-Si-Mg)

Menurut Avner, Sidney, H., (1974) magnesium dan

silikon membentuk senyawa magnesium silicide (Mg2Si),

yang berubah bentuk sistem eutectic yang sederhana

dengan Alumunium. Presipitasi Mg2Si setelah penuaan

Zn Al

19

buatan dapat membuat paduan ini mencapai kekuatan

maksimum.

Gambar 2.8. Diagram Fasa Al – Si – Mg (Avner,

Sidney, H.,1974)

Gambar 2.9. Struktur Mikro Paduan Al-Si-Mg

6. Paduan Alumunium – Magnesium (Al-Mg)

Avner, Sidney, H., (1974) mengatakan walaupun garis

solvus menunjukkan penurunan yang sangat tajam pada

kelarutan magnesium dengan kenaikan temperatur paduan

Alumunium tempa pada kelompok ini mengandung

magnesium kurang dari, 5 % dan juga kandungan silikon

yang rendah.

20

Gambar 2.10 Diagram Fasa Al-Mg (Avner, Sidney,

H., 1974)

Gambar 2.11 Struktur Mikro Paduan Al – Mg

Pada gambar diatas menunjukkan struktur mikro dari

paduan Al 3,86% Mg, terlihat bahwa bagian putih

menunjukkan α – Al, sedangkan titik hitam menunjukkan

Mg2Si.

7. Paduan Alumunium – Mangan (Al-Mn)

Menurut Avner, Sidney, H., (1974) kelarutan maksimum

mangan pada kelarutan padat adalah 1,82% pada

temperatur eutektik 12160F. Walaupun kelarutan berkurang

dengan adanya penurunan temperatur secara umum paduan

21

pada kelompok ini tidak dapat mengalami pengerasan

penuaan. Dikarenakan keterbatasan kelarutan mangan tidak

dipergunakan sebagai elemen paduan utama pada paduan

paduan cor dan hanya dipergunakan pada beberapa paduan

tempa.

Gambar 2.12. Diagram Fasa Al – Mn (Avner,

Sidney, H., 1974)

8. Paduan Alumunium – Silikon (Al-Si)

Menurut Avner, Sidney, H., (1974) Paduan Al-Si ini

dibagi menjadi tiga daerah utama dalam diagram. Fasanya

yaitu komposisi hipoetektik dengan Si yang dipadukan +

11,7% sampai 12,2% dan hipetektik penambahan silikon

dengan kadar + diatas 12,2% seperti yang terlihat pada

gambar 2.12.

Gambar 2.13. Diagram Fasa Al – Si (Avner, Sidney, H.,

1974).

22

Gambar 2.14. Struktur Mikro Paduan Al-Si

Fasa utama dari tiga komposisi paduan ini adalah fasa α

– Al yang mengandung banyak Al. Perbedaan antara ketiga

daerah ini terletak pada fasa-fasa pendamping matriks α - Al

yaitu fasa silikon primer alumunium primer, maupun fasa

etektik. Pada komposisi hipeutektik, sesuai dengan diagram

fasanya, maka alumunium dari keadaan cair akan membeku

mengikuti garis lurus sesuai dengan penurunan temperatur

2.2.4 Heat Treatment

Proses perlakuan panas (Heat Treatment) adalah suatu proses

mengubah sifat logam dengan cara mengubah struktur mikro

melalui proses pemanasan dan pengaturan kecepatan

pendinginan dengan atau tanpa merubah komposisi kimia

logam yang bersangkutan. Tujuan proses perlakuan panas

untuk menghasilkan sifat-sifat logam yang diinginkan.

Perubahan sifat logam akibat proses perlakuan panas dapat

mencakup keseluruhan bagian dari logam atau sebagian dari

logam.(Jaya, 2015)

23

Proses dalam heat treatment meliputi heating, holding, dan

cooling. Adapun tujuan dari masing-masing proses yaitu :

1. Heating : Proses pemanasan sampai temperatur tertentu

dan dalam periode waktu. Tujuannya untuk memberikan

kesempatan agar terjadinya perubahan struktur dari atom-atom

dapat menyeluruh.

2. Holding : Proses penahanan pemanasan pada temperatur

tertentu, bertujuan untuk memberikan kesempatan agar

terbentuk struktur yang teratur dan seragam sebelum proses

pendinginan.

3. Cooling : Proses pendinginan dengan kecepatan tertentu,

bertujuan untuk mendapatkan struktur dan sifat fisik maupun

sifat mekanis yang diinginkan. (Masgik, 2010)

Terdapat beberapa jenis proses perlakuan panas atau heat

tereatment yang dapat dilakukan, adapun jenis – jenis heat

treatment yang biasa dilakukan adalah sebagai berikut :

a. Annealing Proses annealing yaitu proses pemanasan

material sampai temperatur austenit lalu ditahan beberapa

waktu kemudian pendinginannya dilakukan perlahan-lahan di

dalam tungku. Keuntungan yang didapat dari proses ini adalah

sebagai berikut : Menurunkan kekerasan, menghilangkan

tegangan sisa, memperbaiki sifat mekanik, memperbaiki

mampu mesin dan mampu bentuk, menghilangkan terjadinya

retak panas, menurunkan atau menghilangkan ketidak

homogenan struktur, memperhalus ukuran butir,

menghilangkan tegangan dalam dan menyiapkan struktur baja

untuk proses perlakuan panas.

24

Proses Anil tidak dimaksudkan untuk memperbaiki sifat

mekanik baja perlitik dan baja perkakas. Sifat mekanik baja

struktural diperbaiki dengan cara dikeraskan dan kemudian

diikuti dengan tempering.(Anrinal, 2011)

b. Tempering Perlakuan untuk menghilangkan tegangan

dalam dan menguatkan baja dari kerapuhan disebut dengan

memudakan (tempering). Tempering didefinisikan sebagai

proses pemanasan logam setelah dikeraskan pada temperatur

tempering (di bawah suhu kritis), yang dilanjutkan dengan

proses pendinginan. Baja yang telah dikeraskan bersifat rapuh

dan tidak cocok untuk digunakan, melalui proses tempering

kekerasan dan kerapuhan dapat diturunkan sampai memenuhi

persyaratan penggunaan. Kekerasan turun, kekuatan tarik akan

turun pula sedang keuletan dan ketangguhan baja akan

meningkat. (Jaya, 2015)

c. Normalizing Proses normalizing atau menormalkan adalah

jenis perlakuan panas yang umum diterapkan pada hampir

semua produk cor, over-heated forgings dan produk-produk

tempa yang besar. Normalizing ditujukan untuk memperhalus

butir, memperbaiki mampu mesin, menghilangkan tegangan

sisa dan juga memperbaiki sifat mekanik baja karbon struktural

dan baja paduan rendah. (Anrinal, 2011)

d. Quenching Proses quenching melibatkan beberapa faktor

yang saling berhubungan. Pertama yaitu jenis media pendingin

dan kondisi proses yang digunakan, yang kedua adalah

komposisi kimia dan hardenbility dari logam tersebut.

Hardenbility merupakan fungsi dari komposisi kimia dan ukuran

25

butir pada temperatur tertentu. Selain itu, dimensi dari logam

juga berpengaruh terhadap hasil proses quenching

2.2.5 Perlakuan Panas Aluminium

. Perlakuan Panas (Heat Treatment) salah satu cara

perlakuan panas pada logam paduan aluminium adalah dengan

penuaan keras (age hardening). Melalui penuaan keras, logam

paduan aluminium akan memperoleh kekuatan dan kekerasan

yang lebih baik. Istilah penuaan keras (age hardening) telah

dibakukan dari istilah istiah sebelumnya tang sering digunakan

misalnya pemuliaan atau penemperan keras. Pada paduan

aluminium, age hardening dibedakan atas age hardening dalam

keadaan dingin dan age hardening dalam keadaan panas.

Penuaan keras (age hardening) berlangsung dalam tiga tahap

yaitu:

a. Tahap.Perlakuan Panas Pelarutan ( Solution Heat

Treatment )

Tahap pertama dalam proses age hardening yaitu solution

heat treatment atau perlakuan panas pelarutan. Solution

heat treatment yaitu pemasan logam aluminium dalam

dapur pemanas dengan temperatur 550ºC-560ºC dan

dilakukan penahanan atau holding sesuai dengan jenis dan

ukuran benda kerja (Schonmetz, 1990). pada tahap solution

heat treatment terjadi pelarutan fasa-fasa yang ada, menjadi

larutan padat. Tujuan dari solution heat treatment itu sendiri

yaitu untuk mendapatkan larutan padat yang mendekati

homogen.

26

b. Tahap Pengejutan Pendinginan ( Quenching )

Quenching dilakukan dengan cara mendinginkan logam

yang telah dipanaskan dalam dapur pemanas kedalam

media pendingin. Pendingin dilakukan secara cepat, dari

temperatur pemanas ke temperatur. yang lebih rendah,

pada umumnya mendekati temperatur ruang. Tujuan

dilakukan quenching adalah agar larutan padat homogen

yang terbentuk pada solution heat treatment dan kekosongan

atom dalam keseimbangan termal pada temperatur tinggi

tetap pada tempatnya. Pada tahap quenching akan

menghasilkan larutan padat lewat jenuh (Super Saturated

Solid Solution) yang merupakan fasa tidak stabil pada

temperatur biasa atau temperatur ruang. Pada proses

quenching tidak hanya menyebabkan atom terlarut tetap ada

dalam larutan, namun juga menyebabkan jumlah

kekosongan atom tetap besar. Adanya kekosongan atom

dalam jumlah besar dapat membantu proses difusi atom

pada temperatur ruang untuk membentuk Zona-Guinier-

Preston (Zona GP). Zona Guinier-Preston (Zona GP)

adalah kondisi didalam paduan dimana terdapat agregasi

atom padat atau pengelompokan atom padat. (Tata Surdia

dan Shinroku Saito, 1992).

c. Tahap Penuaan ( Aging )

Setelah solution heat treatment dan quenching tahap

selanjutnya dalam proses age hardening adalah aging atau

penuaan. Perubahan sifat-sifat dengan berjalanya waktu

pada umumnya dinamakan aging atau penuaan. Aging atau

penuaan pada paduan aluminium dibedakan menjadi dua,

yaitu penuaan alami ( natural aging ) dan penuaan buatan

(artificial aging ). Penuaan alami ( natural aging ) adalah

27

penuaan untuk paduan aluminium yang di age hardening

dalam keadaan dingin. Natural aging berlangsung pada

temperatur ruang antara 15ºC - 25ºC dan dengan waktu

penahanan 5 sampai 8 hari. Penuaan buatan (artifical aging)

adalah penuaan untuk paduan aluminium yang di age

hardening dalam keadaan panas. Artifical aging berlangsung

pada temperatur antara 100ºC - 200ºC dan dengan lamanya

waktu penahanan antara 1 sampai 24 jam. (Schonmetz,

1990). Pada tahap artificial aging dalam proses age

hardening dapat dilakukan beberapa variasi perlakuan yang

dapat mempengaruhi hasil dari proses age hardening. Salah

satu variasi tersebut adalah variasi temperatur artificial aging.

Temperatur artificial aging dapat ditetapkan pada temperatur

saat pengkristalan paduan alumunium (150ºC), di bawah

temperatur pengkristalan atau di atas temperatur

pengkristalan logam paduan alumunium.(Schonmetz,1990).

Penuaan buatan (artificial aging) berlangsung pada suhu

antara 100ºC – 200ºC. Pengambilan temperatur artificial

aging pada temperatur antara 100ºC-200ºC akan

berpengaruh pada tingkat kekerasan sebab pada proses

artificial aging akan terjadi perubahan-perubahan fasa atau

struktur. Perubahan fasa tersebut akan memberikan

sumbangan terhadap pengerasan.

28

Urutan perubahan fasa dalam proses artificial aging adalah

sebagai berikut :

Gambar 2.15 Tahap perubahan fasa proses aging

Gambar 2.16 Hubungan kekerasan dengan waktu

tahan terhadap fasa yang terbentuk

Larutan padat lewat jenuh (super saturated solid solution)

Zona (GP1)

Zona (GP2) atau Fasa θ”

Fasa θ’

Fasa θ

29

(a). Larutan Padat Lewat Jenuh (Super Saturated Solid

Solution α)

Setelah paduan alumunium melawati tahap solution heat

treatmen dan quenching maka akan didapatkan larutan

padat lewat jenuh pada temperatur kamar. Pada kondisi ini

secara simultan kekosongan atom dalam keseimbangan

termal pada temperatur tinggi tetap pada tempatnya.

Setelah pendinginan atau quenching, maka logam paduan

alumunium menjadi lunak jika dibandingkan dengan

kondisi awalnya.

(b). Zona [GP 1]

Zona [GP 1] adalah zona presipitasi yang terbentuk oleh

temperatur penuaan atau aging yang rendah dan dibentuk

oleh segregasi atom Cu dalam larutan padat lewat jenuh

atau super saturated solid solution α .( Smith, 1995) Zona

[GP 1] akan muncul pada tahap mula atau awal dari proses

artificial aging. Zona ini terbentuk ketika temperatur

artificial aging dibawah 100ºC atau mulai temperatur ruang

hingga temperatur 100ºC dan Zona [GP 1] tidak akan

terbentuk pada temperatur artificial aging yang terlalu tinggi.

Terbentuknya Zona [GP 1] akan mulai dapat meningkatkan

kekerasan logam paduan alumunium (Smith, 1995). Jika

artificial aging ditetapkan pada temperatur 100ºC, maka

tahap perubahan fasa hanya sampai terbentuknya zona

[GP 1] saja. Proses pengerasan dari larutan padat lewat

jenuh sampai terbentuknya zona [GP 1] biasa disebut

dengan pengerasan tahap pertama.

30

(c). Zona [GP 2] atau Fasa ϴ”

Setelah temperatur artificial aging melewati 100ºC ke atas,

maka akan mulai muncul fasa ϴ” atau zona [GP 2]. Pada

temperatur 130ºC akan terbentuk zona [GP2] dan apabila

waktu penahanan artificial agingnya terpenuhi maka akan

didapatkan tingkat kekerasan yang optimal (Smith, 1995).

Biasanya proses artificial aging berhenti ketika sampai

terbentuknya zona [GP 2] dan terbentuknya fasa antara

yang halus (presipitasi ϴ”), karena setelah melewati zona

[GP 2] maka paduan akan kembali menjadi lunak kembali.

Jika proses artificial aging berlangsung sampai

terbentuknya fasa ϴ” atau zona [GP 2], maka disebut

dengan pengerasan tahap kedua. Gambar 2.5.

menunjukkan terbentuknya kembali fasa keseimbangan

pada proses aging aluminium tembaga (Al-Cu) sehingga

paduan akan kembali ke fasa awal yaitu θ.

(d). Fasa ϴ’

Kalau paduan alumunium dinaikan temperatur aging atau

waktu aging diperpanjang tetapi temperaturnya tetap,

maka akan terbentuk presipitasi dengan struktur kristal

yang teratur yang berbeda dengan fasa ϴ’. Fasa ini

dinamakan fasa antara atau fasa ϴ’. Terbentuknya fasa ϴ’

ini masih dapat memberikan sumbangan terhadap

peningkatan kekerasan pada paduan alumunium.

Peningkatan kekerasan yang terjadi pada fasa ϴ’ ini

berjalan sangat lambat.

(e). Fasa ϴ

Apabila temperatur dinaikan atau waktu penuaan

diperpanjang, maka fasa ϴ’ berubah menjadi fasa ϴ. Jika

31

fasa ϴ terbentuk maka akan menyebabkan paduan

aluminium kembali menjadi lunak. Sementara waktu

penahanan dalam artificial aging merupakan salah satu

komponen yang dapat mempengaruhi hasil dari proses

age hardening secara keseluruhan. Seperti halnya

temperatur, waktu penahanan pada tahap artificial aging

akan mempengaruhi perubahan struktur atau perubahan

fasa paduan alumunium. Sehingga pemilihan waktu

penahan artificial aging harus dilakukan dengan hati-hati.

Gambar 2.17 Diagram Fasa perubahan mikrostruktur

paduan Al-Cu (Sumber: William K. Dalton:

259)

2.2.6 Pengujian

1. Komposisi Kimia

Alat pengujian komposisi kimia menggunakan alat

spectrometer, dimana alat ini digunakan untuk mentukan

jenis dan prosentase berbagai unsur kimia yang terkandung

dalam logam atau spesimen dengan spectrum emisi gas

argon dan pembacaan komputer. Spectrometer bekerja

dengan cara menambahkan elektroda pada spesimen atau

logam dengan bantuan gas argon, setelah itu sinar pantul

32

yang berasal dari spesimen akan melalui prisma spectrum

yang nantinya akan dibiaskan pada detector sehingga tampil

beberapa warna dengan intensitas yang berbeda. Tiap

warna dan intensitas cahaya menunjukkan jenis unsur dan

kandungannya, yang kemudian akan diterjemahkan dalam

bahasa program komputer menjadi tulisan.

Cara kalibrasi alat spectrometer, Metode pertama,

kalibrasi biner, mempekerjakan kurva kalibrasi yang

ditentukan dengan menggunakan sejumlah besar kemurnian

tinggi calibrants biner. Proses ini digunakan ketika ada

kebutuhan untuk menganalisis hampir seluruh bagian

paduan aluminium. Karena calibrants biner dapat merespon

secara berbeda dari calibrants paduan, yang terakhir

digunakan untuk meningkatkan akurasi dengan menerapkan

kemiringan dan / atau membatasi koreksi untuk pembacaan

yang diamati. Metode kedua, kalibrasi global,

mempekerjakan kurva kalibrasi yang ditentukan dengan

menggunakan berbagai calibrants paduan yang berbeda

dengan berbagai komposisi. Matematis perhitungan yang

digunakan untuk mengoreksi kedua perbedaan paduan dan

antar-elemen efek. Seperti metode di atas, spesifik paduan

calibrants dapat digunakan untuk menerapkan kemiringan

dan / atau koreksi mencegat untuk pembacaan diamati.

2. Pengujian Kekerasan Rockwell

Kekerasan (hardness) adalah salah satu sifat mekanik

(Mechanical of properties) dari suatu material. Kekerasan

suatu material merupakan ketahanan material terhadap gaya

penekanan atau deformasi dari material lain yang lebih

keras. Yang menjadi prinsip dalam suati uji kekerasan

33

adalah terletak pada permukaan material tersebut diberi

perlakuan penekanan sesuai dengan parameter (diameter,

beban, dan waktu). Berdasarkan mekanisme penekanan

yang dilakukan pada saat proses pengujian, metode

pengujian kekerasan dalam menentukan kekerasan suatu

material.

Di dunia teknik, umumnya pengujian kekerasan

menggunakan 3 macam, salah satu metode pengujian

kekerasan,yaitu pengujian kekerasan rockwell

Pengujian kekerasan dengan metode rockwell dilakukan

dengan tujuan menentukan kekerasan suatu material dalam

bentuk daya tahan material terhadap identor berupa bola

baja ataupun kerucut intan yang ditekankan pada permukaan

material uji tersebut. Adapun standar dari pengujian

kekerasan dengan metode rockwell ditunjukkan pada tabel

dibawah ini :

Tabel 2.3 Skala Kekerasan Metode Pengujian Rockwell

(sumber : ASTM E18-15)

Pada pengujian kekerasan material metode rockwell

dikenal beberapa skala untuk menggambarkan besaran

34

kekerasan mulai dari skala A, B, C, D, E, dan lain-lain. Setiap

skala memiliki kriteria masing- masing dalam

penggunaannya, seperti contoh, pada skala B yang biasanya

diaplikasikan pada material yang lunak seperti paduan-

paduan tembaga, paduan aluminium, dan baja lunak,

dengan menggunakan indentor bola baja berdiameter 1/16”

dan beban total 100 kgf. Sedangkan skala C diaplikasikan

untuk material-material yang lebih keras, seperti besi tuang,

dan banyak paduan- paduan baja yang memakai kerucut

intan sebagai indentornya dengan beban total hingga 150

kgf.

Pertama – tama benda uji ditekan oleh identor dengan

beban (minor load F0) selanjutnya ditekan dengan beban

mayor (major load F1) pada langkah yang kedua dan pada

langkah ketiga beban mayor dilepas sehingga yang tersisa

adalah minor load dimana padad kondisi ketiga ini indentor

ditahan seperti kondisi pada saat total load F yang terlihat

pada gambar 2.17 dibawah ini.

Gambar 2.18 prinsip kerja metode pengukuran kekerasan

rockwell (sumber : Hadi 2011)

35

3. Struktur mikro

Alat uji yang digunakan untuk mengamati struktur mikro

menggunakan Olympus Metallurgycal Microscope (BH-2)

dan untuk pengambilan gambar digunakan Sofware

Optilab.. Alat ini berfungsi untuk mengamati dan mengambil

gambar struktur mikro pada permukaan logam atau

spesimen yang sebelumnya sudah dietsa. Larutan etsa yang

dipakai dalam proses ini adalah larutan NaOH atau Natrium

Hidroksida. Spesimen atau logam yang sudah dietsa

nentinya akan memantulkan kembali sinar yang dating dari

lensa mikroskop electron dengan warna yang berbeda pada

tiap bagian permukaan akibat pengikisan pada permukaan

spesimen, kemudian kamera yang tersambung dengan

monitor akan menangkap dan menyimpan gambar struktur

mikro.

Gambar 2.19 Proses pengamatan pada Struktur Mikro

(Arianata, 2017)