2.4. Metalurgi Las
2.6.2 Sifat – Sifat dan Pemakaian Aluminium
Titik cair aluminium 6600C dan titik didihnya 18000C. Untuk bahan penghantar kemurniannya mencapai 99,5 % dan sisanya terdiri dari unsur besi, silicon dan tembaga. Aluminium murni sangat lemah dan lunak ( tembaga lebih kuat dibanding aluminium), Untuk menambah kekuatan biasanya digunakan dengan menggunakan logam campuran.
Aluminium lebih menguntungkan dibanding tembaga bila digunakan untuk hantaran yang tidak memerlukan penyekat (misalnya hantaran transmisi diatas tanah) sebab daya hantar panas/daya hantar listrknya kira-kira 60 % daya hantar listrik tembaga sehingga untuk mendapatkan tahanan yang sama dengan tembaga (yang panjang dan penampangnya sama) dibutuhkan penampang 60 % lebih besar namun demikian beratnya sangat ringan dibanding tembaga.
Aluminium adalah logam yang sangat ringan (berat jenis aluminium 2,56 atau 1/3 berat jenis tembaga) dan tahanan jenis 2 X 10-8 atau 1,25 kali tahanan jenis tembaga, sifat tahan tarik aluminium dalam keadaan dingin 17-20 kg / mm2. Oleh sebab itu aluminium hanya dapat dipakai untuk lebar tegangan yang pendek,
Untuk tegangan yang panjang dipakai kabel aluminium (beberapa kawat yang dipilih) dengan kawat baja sebagai intinya. Aluminium tidak baik untuk dipatri, tetapi dapat dilas, las dapat menyebabkan tegangan tariknya menjadi turun karena panas yang ditimbulkan. Oleh karena itu hantaran tegangan aluminium dengan sambungan patri atau las harus diberikan jepitan.
Aluminium yang tipis sekarang dapat menggantikan kertas perak (yang dipakai antara lain pada kondensor). Aluminium juga biasanya dipakai untuk chasis pesawat radio.
Barang-barang aluminium dapat terlapis oleh oksida aluminium. Dalam udara terbuka dapat melindungi bagian bawah aluminium dari zat asam dan mencegah oksidasi lebih lanjut. Lapisan ini merupakan tahanan yang sangat tinggi (Sumanto, 1994)
Aluminium adalah logam yang ringan dengan berat jenis 2.7 gram/cm3 setelah Magnesium (1.7 gram/cm3) dan Berilium(1.85 gram/cm3) atau sekitar 1/3 dari berat jenis besi maupun tembaga. Konduktifitas listriknya 60 % lebih dari tembaga sehingga juga digunakan untuk peralatan listrik. Selain itu juga memiliki sifat penghantar panas, memiliki sifat pantul sinar yang baik sehingga digunakan pula pada komponen mesin, alat penukar panas, cermin pantul, komponen industri kimia dll. Aluminium merupakan logam yang reaktif sehingga mudah teroksidasi dengan oksigen membentuk lapisan aluminium oksida, alumina (Al2O3) dan membuatnya tahan korosi yang baik. Namun bila kadar Fe, Cu dan Ni ditambahkan akan menurunkan sifat tahan korosi karena kadar aluminanya menurun. Penambahkan Mg, Mn tidak mempengaruhi sifat tahan korosinya.
Aluminium bersifat ulet, mudah dimesin dan dibentuk dengan kekuatan tarik untuk aluminium murni sekitar 4~5 kgf/mm2. Bila diproses penguatan regangan seperti dirol dingin kekuatan bisa mencapai ± 15 kgf/mm2.
Tabel 2.4 Sifat-sifat Aluminium Murni Tinggi
Sifat-sifat Alumunium murni tinggi
Struktur Kristal FCC
Desitas pada 20ºC 2.698(sat.10³kg/m³)
Titik cair 660.1(ºC)
Koefisien mulur panas kawat 20º~ 100ºC 23.9(10ˉ6/ K) Konduktifitas panas 20 º ~ 400ºC 23.8(W/(m·k)
Tahanan listrik 20ºC 2.69(10ˉ8KΩ·m)
Modulus elastisitas 70.5(GPa)
Modulus kekakuan 26.0(GPa)
Tabel 2.5 Macam-macam Aluminium dan Paduannya serta Kode Penamaan Klasifikasi Aluminium
Al paduan untuk dimesin
Paduan jenis tidak dapat di perlakukan 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 perlakuanpanas (heat-treatable)
Paduan Al-Cu (seri 2000) Paduan Al-Mg-Si (seri 6000) Paduan Al-Zn (seri 7000) Al paduan untuk coran
Non-heat-treatable alloy
Paduan Al-Si (Silumin) Paduan Al-Mg (hydronarium)
Heat-treatable alloy Paduan Al-Cu (Lautal)
Paduan Al-Si-Mg (Silumin, Lo-ex)
Beberapa macam paduan aluminium tempa/pengerjaan:
1. Paduan Al-Cu
a. Paduan aluminium seri 2000, biasanya terkenal dengan sebutan duraluminium atau super duraluminium.
b. Kandungan Si yang lebih banyak pada A2014 dibandingkan A2017 membuat A2014 dapat ditingkatkan kekuatannya dengan melakukan perlakuan panas pendinginan cepat (quenching) lalu dipanaskan lagi ditemperatur di bawah suhu rekristalisasi dan didinginkan dalam udara (tempering).
c. Kandungan Cu dan Mg yang rendah pada A2117 membuat lebih tidak keras sehingga digunakan untuk bahan rivet.
d. Kandungan Ni yang ditambahkan pada A2018 meningkatkan kekuatan tahan panasnya sehingga digunakan untuk komponen tahan panas dengan daerah panas penggunaan antara 200~250°C.
2. Paduan Al-Mn
b. Penambahan Mn sekitar 1.2% pada A3003 meningkatkan kekuatan 10% dari pada aluminium murni dengan sifat tahan korosi dan sifat mampu mesin yang sama dengan aluminium murni.
c. Digunakan untuk peralatan dapur, panel. 3. Paduan Al-Mg
a. Merupakan paduan aluminium seri 5000
b. A5005 yang memiliki Mg yang rendah digunakan untuk aksesoris.
c. Sedangkan paduan yang memiliki Mg antara 2 ~ 5% digunakan untuk material konstruksi seperti A5052, A5056, A5083.
d. Untuk meningkatkan kekuatan terhadap korosi tegangan (stress-corrosion), Mn dan Cr ditambahkan.
4. Paduan Al-Mg-Si
a. Merupakan paduan aluminium seri 6000.
b. Memiliki sifat tahan korosi dan kekuatan yang tinggi.
c. Contoh: A6061 digunakan untuk material konstruksi dan A6063 untuk bingkai arsitektur
5. Paduan Al-Zn-Mg
a. Merupakan paduan aluminium seri 7000.
b. Contoh: A7075 memiliki kekuatan yang tinggi sehingga banyak digunakan untuk material konstruksi pesawat terbang.
Beberapa macam paduan aluminium coran:
Dibandingkan dengan aluminium paduan memiliki unsur paduan yang lebih banyak dan memiliki butiran yang lebih kecil yang disebabkan oleh adanya penambahan Ti.
1. Paduan Al-Cu Tuang/Cor.
a. Mengandung Cu 4~5% dengan sifat dimesin yang baik namun memiliki sifat cor yang kurang baik.
b. Untuk komponen mobil, komponen hidrolis untuk pesawat terbang 2. Paduan Al-Si Tuang
a. Mengandung Si 10~13% dan biasa disebut Silumin. b. Digunakan untuk penutup kotak
c. Penambahan Si 17 ~25% meningkatkan kekuatan suhu tinggi dengan koefisien mulur panas yang kecil, sehingga digunakan untuk silinder, piston dll.
3. Paduan Al-Cu-Ni-Mg Tuang
a. Mengandung Ni 2%, Mg 1.5%.
b. Memiliki kekuatan suhu tinggi yang baik, serta koefisien mulur panas yang kecil sehingga digunakan untuk silinder head, mesin disel, piston dan sejenisnya.
Pengkodean aluminium umumnya berdasarkan standar AA (Aluminium Association of America) dengan menggunakan penamaan 4 angka.
Gambar 2.40 Pengkodean Alumunium 1. Huruf pertama A adalah singkatan dari Aluminium
2. Angka ke-2 : menunjukkan jenis paduannya seperti ditunjukkan di tabel berikut: Tabel 2.6 Jenis Paduan Alumunium
1 : Alumunium murni dengan kadar 99% tau lebih
5 : Paduan Al-Mg 6 : Paduan Al-Mg-Si 2 : Paduan Al-Cu-Mg 7 : Paduan Al-Zn-Mg
3 : Paduan Al-Mn 8 : Paduan selain yang disebutkan 4 : Paduan Al-Si 9 : Untuk cadangan penaman
3. Angka ke-3 : menggunakan angka 0 ~ 9. 0 menunjukkan paduan dasar, sedangkan 1 ~ 9 menunjukkan perbaikan dari paduan.
4. Angka ke-4 dan 5 menunjukkan kadar kemurnian aluminium untuk aluminum murni. Contoh : A1100 memiliki unsur paduan total 1% dengan aluminium 99 % A1050 memiliki unsure paduan 0.5% dengan aluminium 99.5%
5. Angka ke-6 menunjukkan bentuk dari material P : Plate (pelat), W: Wire (kawat), T: Tube (tabung), B: Bar (batang)
6. Angka ke-7 menunjukkan macam perlakuan panas yang telah dilakukan seperti ditunjukkan di tabel berikut ini:
Tabel 2.7 Macam-macam Arti Kode Alumunium
Tabel 2.8 Kandungan Unsur Kimia Alumunium
Keterangan:
Tr.= Treatment
sy 0.2= tegangan luluh metode offset 0.2% (MPa)
El(%)= perpanjangan=elongation (%)
2.7.
Logam akan mengalami pengaruh pemanasan akibat pengelasan dan mengalami perubahan struktur mikro disekitar daerah lasan. Bentuk struktur mikro bergantung pada temperatur tertinggi yang dicapai pada pengelasan, kecepatan pengelasan dan laju pendinginan daerah lasan. Daerah logam yang mengalami perubahan struktur mikro akibat mengalami pemanasan karena pengelasan disebut daerah pengaruh panas (DPP), atau Heat Affected Zone (HAZ). Daerah hasil pengelasan yang akan kita temui bila kita melakukan pengelasan, yaitu :
Gambar 2.41 Daerah Pengaruh Panas Keterangan :
1. Logam Las (Weld Metal)
Adalah daerah dimana terjadi pencairan logam dan dengan cepat kemudian membeku.
2. Fusion Line
Merupakan daerah perbatasan antara daerah yang mengalami peleburan dan yang tidak melebur. Daerah ini sangat tipis sekali sehingga dinamakan garis gabungan antara weld metal dan H A Z.
3. H A Z ( Heat Affected Zone )
Merupakan daerah yang dipengaruhi panas dan juga logam dasar yang bersebelahan dengan logam las yang selama proses pengelasan mengalami siklus termal pemanasan
dan pendinginan cepat, sehingga terjadi perubahan struktur akibat pemanasan tersebut disebabkan daerah yang mengalami pemanasan yang cukup tinggi .
4. Logam Induk (Parent Metal)
Merupakan logam dasar dimana panas dan suhu pengelasan tidak menyebabkan terjadinya perubahan-perubahan struktur dan sifat.
Daerah HAZ merupakan daerah paling kritis dari sambungan las, karena selain berubah strukturnya juga terjadi perubahan sifat pada daerah ini. Secara umum struktur dan sifat daerah panas efektif dipengaruhi dari lamanya pendinginan dan komposisi dari logam induk itu sendiri. Siklus termal las adalah proses pemanasan dan pendinginan yang terjadi pada daerah lasan. Proses las terjadi proses pemanasan dan juga pendinginan maka dapat dikatakan proses las juga proses heat treatment hanya saja terjadinya lokal, tidak seperti proses heat treatment pada umumnya. Untuk melihat fenomena proses tersebut dapat dilihat pada grafik siklus termal las.
Gambar 2.42 Grafik Siklus Thermal Las
Pencairan logam saat pengelasan menyebabkan adanya perubahan fasa logam dari padat hingga mencair. Ketika logam cair mulai membeku akibat pendinginan cepat, maka akan terjadi perubahan struktur mikro dalam deposit logam las dan logam dasar yang terkena pengaruh panas (Heat affected zone/HAZ). Struktur mikro dalam logam lasan biasanya berbentuk columnar, sedangkan pada daerah HAZ terdapat perubahan yang sangat bervariasi. Sebagai contoh, pengelasan baja karbon tinggi sebelumnya berbentuk pearlite, maka seelah pengelasan struktur mikronya tidak hanya pearlite, 8 tetapi juga terdapat bainite dan martensite . Perubahan ini mengakibatkan perubahan pula sifat-sifat logam dari sebelumnya.
Struktur mikro pearlite memiliki sifat liat dan tidak keras, sebaliknya martensite mempunyai sifat keras yang getas. Biasanya keretakan sambungan las berasal dari struktur mikro ini.
Gambar dibawah mendeskripsikan distribusi temperatur pada logam dasar yang sangat bervariasi telah menyebabkan berbagai macam perlakuan panas terhadap daerah HAZ logam tersebut. Logam lasan mengalami pemanasan hingga termperatur 1500° C dan daerah HAZ bervariasi mulai 200° C hingga 1100° C (lihat Gambar 3). Temperatur 1500° C pada logam lasan menyebabkan pencairan dan ketika membeku membentuk struktur mikro. Temperatur 200° C hingga 1100° C menyebabkan perubahan struktur mikro pada logam dasar baik ukuran maupun bentuknya.
Gambar 2.43 Distribusi Temperatur Pada Logam
Di dalam proses pengelasan pasti akan kita jumpai sesuatu yang bernama HAZ,hal inilah yang sangat berpengaruh terhadap umur logam pengelasan,Mungkin diantara sahabat ada yang mengerti apa itu HAZ pada proses pengelasan dan ada pula yang belum mengerti,disini saya akan menjelaskan sedikit tentang apa itu HAZ dan proses terjadinya HAZ (Heat Affected Zone).
HAZ (Heat Affected Zone) adalah logam dasar yang bersebelahan dengan logam las yang selama proses pengelasan mengalami siklus thermal pemanasan dan pendinginan cepat.sedangkan proses terjadinya HAZ / Filosofi HAZ sendiri terjadi di logam dasar yang bersebelahan dengan logam las yang selama proses pengelasan mengalami siklus termal pemanasan dan pendinginan cepat sehingga daerah ini yang paling kritis dari sambungan las.
Secara visual daerah yang dekat dengan garis lebur las maka susunan struktur logamnya semakin kasar, Pada daerah HAZ terdapat tiga titik yang berbeda, titik 1 dan 2 menunjukkan temperatur pemanasan mencapai daerah berfasa austenit dan ini disebut dengan transformasi menyeluruh yang artinya struktur mikro baja mula-mula ferit+perlit kemudian bertransformasi menjadi austenit 100%. Titik 3 menunjukkan temperatur pemanasan, daerah itu mencapai daerah berfasa ferit dan austenit dan ini yang disebut transformasi sebagian yang artinya struktur mikro baja mula-mula ferit+perlit berubah menjadi ferit dan austenit.
Gambar 2.44 Perubahan Struktur Fasa
Daerah HAZ sekitar kampuh las yang tidak meleleh terkena pemanasan sengit dan ini menyebabkan mikro-struktur baja untuk mengubah. Tingkat perubahan ini tergantung pada komposisi bahan dan kecepatan dimana HAZ dipanaskan. Kecepatan pendinginan juga penting dan itu tergantung pada ketebalan material, dimensi benda kerja, input panas yang dihasilkan oleh proses pengelasan dan metode pendinginan.
1 Weld metal 2 Incomplete 3 Overheated 4 Normalised 5 Incomplete transformation 6 Parent material
Gambar 2.45 Heat Affected Zone