PENGARUH AGING TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS PADUAN ALUMINIUM TUGAS AKHIR

(1)

i

Nomor Soal : 716 / TA / FT_USD / TM / September / 2006

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

Disusun Oleh

FRANSISKUS IPRAN

NIM : 015214086

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2007

(2)

ii

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

to Obtain the Sarjana Teknik Degree

in Mechanical Engineering

By :

FRANSISKUS IPRAN

Study Number : 015214086

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SAINS AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2007

(3)

iii

DAN MEKANIS PADUAN ALUMINIUM

Disusun oleh :

Fransiskus Ipran

NIM : 015214086

Telah disetujui oleh :

Pembimbing I

(4)

iv

(5)

v

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang

pernah diajukan untuk memperolah gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan

sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah

ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam

naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 27 Agustus 2007

(6)

vi

Suatu visi tidak akan berarti bila tidak mengembangkan suatu

strategi dan untuk meraihnya.

By : Gendron

Jika engkau bijak, kebijakanmu itu bagimu sendiri, jikalau

engkau mencemooh, engkau sendirilah orang yang akan

menanggungnya.

(Amsal 9 : 12)

Berpeganglah pada didikan, janganlah melepaskannya,

peliharalah dia, karena dialah hidupmu.

(Amsal 4 : 13)

(7)

vii

I dedicate my Final Project

simply to :

Tuhan Yesus Kristus dan Bunda Maria yang

selalu memberi kasih, kekuatan, dan membentuk

hidupku menjadi lebih indah. Ajarilah aku

untuk selalu bersyukur atas semua itu.

Bapak Ewaldus Edy dan Ibu Florensia Ernawati,

terima kasih atas doa, dukungan dan kasih

sayang serta perhatian Bapak dan Ibu.

Ketiga adikku (Martina beserta keluarga, Siska

dan de’ Gia) terima kasih atas semua masukan,

doa dan dukungannya.

Yang paling spesial di Ati (Lucia Santi)

terima kasih atas doa, semangat, nasehat dan

dukungannya.

Almamaterku Teknik Mesin Sanata Dharma,

disinilah aku menemukan jati diriku.

(8)

viii

Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yesus Kristus dan Bunda Maria, yang telah

memberikan berkat, semangat, rahmat dan cinta kasih yang berlimpah di dalam

penulisan tugas akhir ini hingga selesai.

Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi bagi mahasiswa

Teknik Mesin sebelum dinyatakan lulus sebagai Sarjana Teknik. Dalam pelaksanaan

dan penulisan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, baik berupa

materi, bimbingan, kerja sama serta dukungan moril. Dalam kesempatan ini penulis

mengucapkan terima kasih kepada :

1. Romo Ir. Greg Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc. selaku Dekan

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin,

Universitas Sanata Dharma.

3. Bapak Ir. Rines, M.T. selaku dosen pembimbing akademik.

4. Bapak Doddy Purwadianto, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing Tugas

Akhir.

5. Seluruh Dosen dan Karyawan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas

Sanata Dharma.

6. Bapak Martono, Bapak Rony, Bapak Intan, Bapak Wardoyo dan semua

laboran yang banyak membantu dalam penelitian.

(9)

ix

kepercayaan dan doanya selama ini.

8. Katarina Martina beserta keluarga, Siska, Gia serta seluruh keluarga yang

banyak membantu.

9. Lucia Santi yang selalu memberi semangat dan dorongannya.

10. Teman-teman TEKSAPALA, atas kebersamaan dan dukungannya.

11. Teman-teman DKD, Josua, Simon, Dedet, Lambertus, Agustinus, Erik, Redy,

Juvensius, Jefry, Prisko, Hardi, Heru, Yudiatno, Agon, Fero, Maman, Nicko.

12. Teman-teman Teknik Mesin USD, Sakius Ginting, Edy, Willy, Teguh,

Apryadi, Anggi, Alex, U’ux dan seluruh teman-teman Teknik Mesin angkatan

2001.

13. Rekan-rekan dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu-persatu yang

telah membantu dalam penulisan tugas akhir ini.

Penulis

(10)

x

komposisi kimia 94,03% Al, 0,58% Cu, 2,73% Si, dan unsur lain-lain sebesar 2,64%.

Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis lelah paduan

aluminium setelah mendapat perlakuan panas aging dan perlakuan panas aging

disertai pendinginan cepat dengan media air.

Proses penelitian yang dilakukan adalah paduan aluminium diberi perlakuan

panas aging dan perlakuan panas aging disertai pendinginan cepat dengan 2 variasi

suhu dan dipertahankan selama 24 jam. Variasi suhu yang digunakan adalah : 175

o

C

dan 200

o

C. Setelah mendapat perlakuan panas aging dan perlakuan panas aging

disertai pendinginan cepat maka dilakukan pengujian bahan untuk mengetahui sifat

fisis dan mekanis. Pengujin bahan yang dilakukan adalah uji tarik, uji kelelahan,

analisis struktur makro dan mikro dan uji kekerasan Brinell.

Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa kekuatan tarik benda uji aging

suhu 175

o

C yang disertai pendinginan cepat (16,276 kg/mm

2

) memiliki kekuatan

tarik lebih besar dari benda uji aging suhu 175

o

C (16,113 kg/mm

2

), dan kekuatan

tarik benda uji aging suhu 200

o

C yang disertai pendinginan cepat (17,777 kg/mm

2

)

memiliki kekuatan tarik lebih besar dari benda uji aging suhu 200

o

C (16,052

kg/mm

2

). Ketahanan lelah aluminium dibandingkan terhadap baban yang sama yaitu

12,5 kg pada masing-masing perlakuan panas, benda uji aging suhu 200°C disertai

pendinginan cepat (2.205.185 siklus) memiliki siklus lebih banyak dari benda uji

aging suhu 200°C (445.785 siklus), dan benda uji aging suhu 175°C (1.355.704

siklus) memiliki siklus lebih banyak dari benda uji aging suhu 175°C yang disertai

pendinginan cepat (1.304.884 siklus). Struktur makro pada pengujian kalelahan

menunjukkan bahwa benda uji memiliki bentuk patahan yang ralatif halus pada

pembebanan terkecil. Pada pengujian struktur mikro, bahan yang mengalami

perlakuan panas aging suhu 175°C dan suhu 200°C memiliki butiran yang lebih

besar, merata dan teratur dibandingkan terhadap bahan aging suhu 175°C dan suhu

200°C yang disertai pendinginan cepat terlihat bentuk butiran yang tidak teratur. Pada

hasil pengujian kekerasan Brinell menunjukkan bahwa kekerasan pada benda uji

aging suhu 175

o

C (79,33 BHN) memiliki nilai kekerasan lebih besar dari benda uji

aging suhu 175

o

C yang disertai pendinginan cepat (72,83 BHN), dan pada benda uji

aging suhu 200

o

C yang disertai pendinginan cepat (79,33 BHN) memiliki nilai

kekerasan lebih besar dari benda uji aging suhu 175

o

C (72,83 BHN).

(11)

xi

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERNYATAN KEASLIAN KARYA ... v

HALAMAN MOTTO ... vi

HALAMAN PERSEMBAHAN ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

INTISARI ... x

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xv

DAFTAR TABEL ... xix

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang Penelitian ... 1

1.2. Tujuan Penelitian ... 2

1.3. Batasan Masalah ... 2

BAB II DASAR TEORI ... 4

2.1. Sifat-sifat Aluminium ... 5

2.2. Produksi Alumina ... 6

2.2.1. Proses Pengolahan Alumina ... 7

2.2.2. Preoses Elektrolisa Alumina Menjadi Aluminium ... 7

2.3. Aluminium Murni ... 9

2.4. Paduan Aluminium ... 10

2.4.1. Klasifikasi Paduan Aluminium ... 11

2.4.2. Paduan Aluminium Cor ... 12

2.4.3. Paduan Al-Cu ... 14

2.4.4. Paduan Al-Si, Al-Si-Mg dan Al-Si-Cu ... 15

(12)

xii

2.5. Pengaruh Unsur Paduan Dalam Aluminium ... 19

2.6. Perlakuan Panas ... 23 2.6.1. Tempering ... 23 2.6.2. Annealing ... 24 2.6.3. Aging ... 24 2.6.4. Quenching ... 25 2.6.5. Normalizing ... 25 2.7. Pengujian Bahan ... 25 2.8. Pengujian Merusak ... 28 2.8.1. Pengujian Tarik ... 28 2.8.2. Pengujian Kelelahan ... 32

2.9. Pengujian Tak Merusak ... 33

2.9.1. Pengujian Kekerasan ... 33

2.10. Pengujian Struktur Kristal ... 38

2.10.1.Pengujian Struktur Makro ... 38

2.10.2.Pengujian Struktur Mikro ... 38

2.11. Patahan dan Putus Pada Benda Uji ... 39

2.11.1.Patah Pada Benda Uji ... 39

2.11.2.Putus Pada Benda Uji ... 43

2.12. Kelelahan Pada Bahan Uji ... 43

2.12.1.Pengertian Kelelahan ... 43

2.12.2.Hal-hal Yang Berpengaruh Pada Kegagalan Lelah ... 47

2.13. Retakan (Crack) ... 49

BAB III METODE PENELITIAN ... 50

3.1. Diagram Alir Penelitian ... 50

3.2. Bahan Yang Digunakan ... 51

3.3. Peralatan Yang Digunakan ... 51

(13)

xiii

3.5. Proses Perlakuan Panas Aging ... 55

3.6. Pengujian Bahan ... 57

3.6.1. Pengujian Tarik ... 57

3.6.2. Pengujian Kelelahan ... 58

3.6.3. Pengujian Kekerasan Brinell ... 59

3.6.4. Pengujian Struktur Mikro ... 61

3.6.5. Pengujian Struktur Makro ... 62

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 63

4.1. Hasil Uji Komposisi ... 63

4.2. Hasil Pengujian Tarik ... 63

4.2.1. Data Hasil Pengujian Tarik ... 64

4.2.2. Perhitungan Uji Tarik ... 65

4.2.3. Pembahasan Uji Tarik ...66

4.3. Hasil Pengujian Kelelahan ... 68

4.3.1. Data Hasil Pengujian Kelelahan ... 68

4.3.2. Pembahasan Uji Kelelahan ... 74

4.4. Hasil Pengujian Struktur Mikro ... 75

4.4.1. Gambar Hasil Pengujian Struktur Mikro ... 75

4.4.2. Pembahasan Struktur Mikro ... 77

4.5. Hasil Pengujian Struktur Makro ... 78

4.5.1. Pengamatan Struktur Patahan ... 78

4.5.2. Data Hasil Pengujian Struktur Makro ... 79

4.6. Hasil Pengujian Kekerasan Brinell ... 84

4.6.1. Data Hasil Pengujian Kekerasan Brinell ... 85

(14)

xiv DAFTAR PUSTAKA

(15)

xv

Gambar 2.1. Proses elektrolisa alumina dengan Dapur Cell ... 8

Gambar 2.2. Proses elektrolisa alumina menjadi aluminium ... 9

Gambar 2.3. Hubungan tegangan dan regangan uji tarik ... 29

Gambar 2.4. Prinsip uji kekerasan Brinell ... 34

Gambar 2.5. Irisan penampang uji kekerasan Brinell ... 34

Gambar 2.6. Bentuk penampang patah ... 40

Gambar 2.7. Bentuk lekukkan hasil patahan paduan Al-Cu ... 41

Gambar 2.8. Macam-macam bentuk patahan ... 42

Gambar 2.9. Retak ductile paduan Al-Cu ... 42

Gambar 2.10. Pengujian kelelahan ... 44

Gambar 2.11. Hubungan tegangan (S) dengan jumlah siklus (N) ... 46

Gambar 3.1. Diagram alir penelitian ... 50

Gambar 3.2. Spesimen uji tarik ... 52

Gambar 3.3. Spesimen uji kelelahan ... 54

Gambar 3.4. Spesimen uji kekerasan ... 55

Gambar 3.5. Oven perlakuan panas ... 56

Gambar 3.6. Mesin uji tarik ... 58

Gambar 3.7. Mesin uji kelelahan ... 59

Gambar 3.8. Mesin uji kekerasan ... 60

Gambar 3.9. (a) Mikroskop dan kamera; (b) Loop ... 61

Gambar 4.1. Grafik perbandingan kekuatan tarik maksimum terhadap masing-masing perlakuan panas ... 66

Gambar 4.2. Grafik perbandingan regangan terhadap benda uji pada masing-masing perlakuan panas ... 67

Gambar 4.3. Grafik S-N spesimen perlakuan panas aging 175°C selama 24 jam ... 70

Gambar 4.4. Grafik S-N spesimen perlakuan panas aging suhu 175°C disertai pendinginan cepat ... 71

Gambar 4.5. Grafik S-N spesimen perlakuan panas aging 200°C selama 24 jam ... 72

(16)

xvi

24 jam dan aging suhu 175°C disertai pendinginan cepat ... 73 Gambar 4.8. Grafik S-N spesimen perlakuan panas aging suhu 200°C selama

24 jam dan aging suhu 200° disertai pendinginan cepat ... 74 Gambar 4.9. Struktur mikro benda uji aging suhu 175°C selama 24 jam ... 75 Gambar 4.10. Struktur mikro benda uji aging suhu 175°C

disertai pendinginan cepat ... 76 Gambar 4.11. Struktur mikro benda uji aging suhu 200°C selama 24 jam ... 76 Gambar 4.12. Struktur mikro benda uji aging suhu 200°C disertai

pendinginan cepat ...77 Gambar 4.13. Penampang patahan lelah material aging suhu 175°C

selama 24 jam dengan tegangan lengkung 12,850 kg/mm2,

siklus 39.540 ... 79 Gambar 4.14. Penampang patahan lelah material aging suhu 175°C

siklus 858.131 ... 79 Gambar 4.15. Penampang patahan lelah material aging suhu 175°C

siklus 2.130.727 ... 80 Gambar 4.16. Penampang patahan lelah material aging suhu 175°C disertai

pendinginan cepat dengan tegangan lengkung 12,968 kg/mm2, siklus 4.448 ... 80 Gambar 4.17. Penampang patahan lelah material aging suhu 175°C disertai

pendinginan cepat dengan tegangan lengkung 7,568 kg/mm2,

siklus 1.098.186 ... 81 Gambar 4.18. Penampang patahan lelah material aging suhu 200°C

Siklus 1.697 ... 81 Gambar 4.19. Penampang patahan lelah material aging suhu 200°C

(17)

xvii

pendinginan cepat dengan tegangan lengkung 13,972 kg/mm2, siklus 2.732 ... 83 Gambar 4.22. Penampang patahan lelah material aging suhu 200°C disertai

siklus 2.205.185 ... 84 Gambar 4.24. Grafik rata-rata kekerasan Brinell ... 87 Gambar L.1. Spesimen 1 grafik uji tarik bahan aging suhu 175°C

selama 24 jam ... 93 Gambar L.2. Spesimen 2 grafik uji tarik bahan aging suhu 175°C

selama 24 jam ... 93 Gambar L.4. Spesimen 1 grafik uji tarik bahan aging suhu 175°C disertai

pendinginan cepat ... 93 Gambar L.5. Spesimen 2 grafik uji tarik bahan aging suhu 175°C disertai

pendinginan cepat ... 94 Gambar L.7. Spesimen 1 grafik uji tarik bahan aging suhu 200°C

(18)

xviii

pendinginan cepat ... 95 Gambar L.13. Foto perbesaran kawat ... 99

(19)

xix

Tabel 2.1. Sifat-sifat fisik aluminium ... 9

Tabel 2.2. Sifat-sifat mekanik aluminium ... 10

Tabel 2.3. Klasifikasi paduan aluminium cor ... 12

Tabel 2.4. Klasifikasi paduan aluminium tempa ... 12

Tabel 2.5. Sifat-sifat mekanis paduan aluminium cor menurut aluminium association ... 13

Tabel 2.6. Pengaruh unsur paduan pada aluminium ... 13

Tabel 2.7. Fasa presipitasi terbentuk selama penuaan paduan biner Al-Cu (Silcock dkk) ... 15

Tabel 2.8. Kekuatan tarik panas paduan Al–Si–Ni–Mg ... 16

Tabel 2.9. Sifat-sifat mekanis paduan Al–Mg2Si ... 16

Tabel 2.10.Sifat-sifat mekanik paduan Al–Cu–Mg ... 18

Tabel 2.11.Penggunaan penetrator untuk uji kekerasan Brinell ... 35

Tabel 3.1. Ukuran spesimen pengujian tarik menurut standar SII 1048-76 ... 53

Tabel 4.1. Komposisi paduan aluminium ... 63

Tabel 4.2. Data pengujian tarik benda uji aging suhu 175°C selama 24 jam ... 64

Tabel 4.3. Data pengujian tarik benda uji aging suhu 175°C disertai pendinginan cepat ... 64

Tabel 4.4. Data pengujian tarik benda uji aging suhu 200°C selama 24 jam ... 64

Tabel 4.5. Data pengujian tarik benda uji aging suhu 200°C disertai pendinginan cepat ... 65

Tabel 4.6. Data uji tarik rata-rata ... 66

Tabel 4.7. Data hasil pengujian kelelahan proses aging suhu 175°C selama 24 jam ... 69

Tabel 4.8. Data hasil pengujian kelelahan proses aging suhu 175°C disertai pendinginan cepat ... 70

Tabel 4.9. Data hasil pengujian kelelahan proses aging suhu 200°C selama 24 jam ... 71

Tabel 4.10.Data hasil pengujian kekerasan proses aging suhu 200°C disertai pendinginan cepat ... 72

(20)

xx

Tabel 4.13.Data hasil pengujian kekerasan meterial aging suhu 200°C ... 86 Tabel 4.14.Data hasil pengujian kekerasan meterial aging suhu 200°C

(21)

1 1.1 LATAR BELAKANG PENELITIAN

Perkembangan teknologi yang semakin pesat khususnya dalam bidang industri menyebabkan kebutuhan akan bahan meningkat dari waktu ke waktu. Karena kebutuhan akan bahan yang semakin meningkat itulah yang memotivasi manusia untuk berkembang dengan melakukan berbagai penelitian untuk mendapatkan dan mengetahui sifat mekanik dari bahan-bahan industri. Bahkan mereka berinovasi dengan berbagai cara untuk mendapatkan dan mengetahui sifat mekanik, sifat fisis, serta komposisi dari suatu bahan dengan berbagai metode perlakuan untuk mendapatkan suatu bahan yang memiliki sifat-sifat yang diinginkan.

Berdasarkan hal tersebut, penulis mencoba melakukan penelitian mengenai pengaruh aging terhadap aging disertai pendinginan cepat dengan menggunakan media air pada paduan aluminium. Penulis memilih paduan aluminium sebagai bahan penelitian untuk tugas akhir, karena penggunaan aluminium yang semakin banyak diberbagai bidang dewasa ini. Ini disebabkan oleh sifat-sifat aluminium yang merupakan logam ringan, tahan korosi dan mudah dibentuk.

Sifat-sifat yang dimiliki suatu logam dapat diperbaiki dengan suatu perlakuan panas, ataupun dengan penambahan unsur lain. Penelitian ini untuk mengetahui perubahan sifat paduan aluminium dalam hubungannya dengan perlakuan panas. Selain dipergunakan untuk peralatan rumah tangga, aluminium

(22)

banyak dipergunakan untuk keperluan industri diantaranya bahan pesawat terbang, mobil, kapal laut, konstruksi dan lain sebagainya.

1.2 TUJUAN PENELITIAN

Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan pengaruh aging terhadap pengaruh aging yang disertai pendinginan cepat dengan menggunakan media air pada sifat fisis dan mekanis paduan aluminium (Al-Si-Cu) yaitu :

1. Membandingkan uji tarik bahan yang mengalami perlakuan panas aging terhadap pengaruh aging disertai pendinginan cepat.

2. Membandingkan uji kelelahan bahan yang mengalami perlakuan panas aging terhadap pengaruh aging disertai pendinginan cepat.

3. Membandingkan struktur mikro bahan yang mengalami perlakuan panas aging terhadap pengaruh aging disertai pendinginan cepat.

4. Membandingkan struktur makro patahan bahan yang mengalami perlakuan panas aging terhadap pengaruh aging disertai pendinginan cepat.

5. Membandingkan uji kekerasan Brinell bahan yang mengalami perlakuan panas aging terhadap pengaruh aging disertai pendinginan cepat.

1.3 BATASAN MASALAH

Dalam penelitian ini diberikan batasan-batasan agar dapat terarah dan sistematis. Paduan aluminium (Al-Si-Cu) dengan komposisi bahan telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya (Sakius Ginting, Tugas Akhir, FT USD 2006). Perlakuan panas yang dipakai adalah aging dan aging disertai pendinginan cepat

(23)

dengan menggunakan media air, dengan lama aging 24 jam dengan variasi suhu 175°C dan 200°C. Adapun pengujian yang bersifat mekanis yaitu: uji tarik dan uji kelelahan serta uji kekerasan Brinell, sedangkan pengujian yang bersifat fisis yaitu struktur mikro dan struktur makro.

(24)

4 Aluminium merupakan unsur logam yang banyak terdapat di alam, karena pada kerak bumi 8 % adalah aluminium. Pertama kali aluminium ditemukan sebagai unsur oleh Sir Humphey Davy pada tahun 1809, kemudian di reduksi pertama kali sebagai logam oleh Hans Cristian Oerted tahun 1825. Pada tahun 1886 Paul Heriult di Prancis dan C.M. Haal di Amerika, secara terpisah telah memperoleh logam aluminium dari alumina dengan cara elektrolisa (Ir. Surdia, Tata 1995).

Bahan dasar aluminium berupa bauksit yaitu suatu senyawa hidroksid aluminium (Al2O3H2O) yang banyak terdapat di daerah tropis dan sub tropis yang

memiliki curah hujan tinggi. Bauksit terbentuk dari proses pelapukan (weathering) batuan beku, yang nengandung 60 % aluminium oksida (Al2O3), 10

% besi oksida (Fe2O3), 10 % SiO2 dan 20 % H2O yang terikat secara kimiawi.

Aluminium merupakan logam ringan yang mempunyai ketahanan korosi yang baik dan hantaran listrik yang baik serta sifat-sifat yang baik lainnya sebagai sifat logam. Sebagai tambahan terhadap kekuatan mekaniknya yang sangat meningkat dengan penambahan Cu, Mg, Si, Mn, Zn, Ni, dan lain sebagainya, secara satu persatu atau bersama-sama, memberikan juga sifat-sifat baik lainnya seperti ketahanan korosi, ketahanan aus, koefisien pemuaian rendah dan lain sebagainya. Material ini dipergunakan di dalam bidang yang luas.

(25)

2.1. SIFAT-SIFAT ALUMINIUM

Keunggulan aluminium dibandingkan dengan logam lain dapat dilihat dari sifat-sifat yang dimilikinya, antara lain :

1. Sifat utama adalah berat jenis yang rendah, berat jenis aluminium yang hanya sepertiga dari berat jenis baja, berat jenis aluminium 2700 kg/m3

(berat jenis baja adalah 7700 kg/m3_{), kekuatan tarik 90–120 MPa,}

tegangan luluh 34 MPa, kekerasan 23 BHN dan modulus elastis (E) sebesar 70000 N/mm2_.

2. Tahan terhadap korosi (corrosion resistance), untuk logam non ferro dijelaskan bahwa semakin besar kerapatannya maka semakin baik daya tahan korosinya, tetapi untuk aluminium ada pengecualian. Hal ini disebabkan oleh lapisan atau selaput tipis oksida transparan dan jenuh oksigen di seluruh permukaan, selaput ini mengendalikan laju korosi dan melindungi lapisan di bawahnya.

3. Sifat mekanis (mechanical properties), aluminium mempunyai kekuatan tarik, kekerasan, dan sifat mekanis lain yang sebanding dengan paduan bukan besi (non ferrous alloys) lainnya, dan juga sebanding dengan beberapa jenis baja.

4. Penghantar panas dan listrik yang baik (head and electrical conductivity), disamping daya tahan yang baik terhadap korosi, aluminium memiliki daya hantar panas dan listrik yang tinggi, daya hantar listrik aluminium murni sekitar 60 % dari daya hantar tembaga.

(26)

5. Tidak beracun (nontoxicity), aluminium dapat digunakan sebagai bahan pembungkus atau kaleng makanan dan minuman. Hal ini disebabkan reaksi kimia antara makanan atau minuman dengan aluminium tidak menghasilkan zat beracun yang membahayakan kesehatan manusia.

6. Sifat mampu bentuk (formability), aluminium dapat dibentuk dengan mudah, aluminium mempunyai sifat mudah untuk di tempa (malleability) yang memungkinkannya dibuat dalam bentuk plat atau lembaran tipis. 7. Titik lebur rendah (melting point), titik lebur aluminium relatif rendah

(660°C) sehingga sangat baik untuk proses penuangan dengan waktu peleburan relatif singkat dan biaya operasi lebih murah.

8. Selain sifat-sifat tersebut diatas, masih banyak sifat-sifat aluminium yang menguntungkan antara lain anti magnetik, nilai arsitektur dan dekoratif, mudah untuk dilakukan proses pengerjaan akhir (finishing) dan lain sebagainya.

2.2. PRODUKSI ALUMINA

Aluminium diproduksi dari bauksit yang merupakan campuran mineral gibsite [Al(OH)3], diaspore [AlO(OH)] dan mineral lempung seperti kaolinit

[Al2Si2O5(OH)4]. Proses aluminium dari bauksit melalui dua tahap, yaitu :

1. Proses pengolahan alumina ( Al2O3 )

2. Proses Elektrolisa alumina menjadi aluminium

Proses produksi dibuat dua tahap karena agak sulit untuk memisahkan antara alumina dan bauksit.

(27)

2.2.1. Proses Pengolahan Alumina

Proses pengolahan bauksit menjadi alumina melalui suatu rangkaian proses yang disebut proses Bayer. Bauksit di masukkan dalam larutan (NaOH) dan di dalamnya membentuk sodium aluminat.

Al2O3 + 2 NaOH ⇒ 2 NaAlO2 + H2O (160°C–170°C)

Lalu didinginkan perlahan-lahan sampai temperatur 25°C–35°C untuk mengendapkan aluminium hidroksida [Al (OH)3] menurut reaksi :

NaAlO2 + 2H2O ⇒ Al(OH)3 + NaOH

Kemudian Al (OH)3 atau hidroksida dicuci selanjutnya dipanaskan sampai suhu

1100°C–1200°C untuk menghasilkan aluminium oksida (Al2O3) menurut reaksi

sebagai berikut :

2Al(OH)3 ⇒ Al2O3 + 3H2O

2.2.2. Proses Elektrolisa Alumina Menjadi Aluminium

Alumina yang diperolah dari pengolahan bauksit, diproses secara elektrolisa pada temperatur tinggi dengan proses Hall–Heroult. Karena alumina mempunyai titik lebur yang tinggi (2000°C) maka alumina dilarutkan ke dalam cairan cryolite (Na3AlF6) yang bertindak sebagai elektrolit, sehingga

mengakibatkan titik lebur menjadi rendah (1000°C).15% Al2O3 dapat diuraikan ke

dalam cryolite dan elektrolisa disini sebagai reduksi AlO3

Al2O3 + 3C ⇒ 2Al + 3CO

(28)

Cara elektrolisa lain untuk alumina menggunakan dapur cell, biasanya dapur cell dengan ukuran ± 2,5 m × 1,5 m × 0,6 m dan memerlukan arus listrik antara 8000–30000 A pada tegangan 7 V. Anoda perlahan-lahan terbakar oleh elektroda bermuatan positif.

Gambar 2.1 Proses Elektrolisa Alumina Dengan Dapur Cell

(Sumber : Malau V : Bahan Teknik Manufaktur, Diktat Kuliah, USD Yogyakarta)

Apabila arus listrik melewatinya, alumina bermuatan positif akan tertarik ke pelapis dapur yang merupakan elektroda negatif (katoda), dan akan didapat aluminium cair yang terkumpul di dasar dapur dan dapat diambil bila perlu, sementara oksigen akan sampai ke anoda dan terbakar.

(29)

Gambar 2.2 Proses Elektrolisa Alumina Menjadi Aluminium

2.3. ALUMINIUM MURNI

Aluminium yang didapat dalam keadaan cair dengan elektrolisa, umumnya mencapai kemurnian 99,85% berat. Dengan mengelektrolisa kembali dapat dicapai kemurnian 99,99% berat yaitu dicapai dengan empat angka sembilan.

Tabel 2.1 Sifat-Sifat Fisik Aluminium Kemurnian Al (%) Sifat-sifat

99,996 >99,0

Massa jenis (20°C) Titik cair

Panas jenis (cal/g°C)(100) Hantaran listrik (%)

Tahanan listrik koefisien temperatur (°C) Koefisien pemuaian (20 - 100°C) Jenis kristal, kontraksi kisi

2,6989 660,2 0,2226 64,94 0,00429 23,86 × 10–6 fcc, a = 4,013 kX 2,71 653 - 657 0,2297 59 (dianil) 0,0115 23 × 10–6 fcc, a = 4,04 kX

Catatan : fcc = face centered cubic = kubus berpusat muka

(30)

Tabel 2.2 Sifat-Sifat Mekanik Aluminium Kemurnian Al (%)

99,996 >99,0

Sifat-sifat

Dianil 75% dirol dingin Dianil H18

Kekuatan tarik (kg/mm2₎ Kekuatan mulur (0,2%)(kg /mm2₎ Perpanjangan (%) Kekerasan Brinell 4,9 1,3 48,8 17 11,6 11,0 5,5 27 9,3 3,5 35 23 16,9 14,8 5 44 (Sumber : Surdia T,Saito S, : Pengetahuan Bahan Teknik, hal 134)

Sifat-sifat fisik dan sifat-sifat mekanik yang ditunjukkan dalam Tabel 2.1 dan Tabel 2.2, ketahanan korosi berubah menurut kemurnian, aluminium dengan kemurnian 99,0% atau di atasnya dapat dipergunakan di udara selama bertahun-tahun. Hantaran listrik aluminium kira-kira 65% dari hantaran listrik tembaga, tetapi massa jenisnya kira-kira sepertiganya sehingga memungkinkan untuk perluasan penampangnya. Oleh karena itu dapat dipergunakan untuk kabel-kabel tenaga dan bisa untuk lembaran tipis (foil). Aluminium dengan kadar 99,0% dapat dipergunakan untuk reflektor yang memerlukan reflektipitas yang tinggi dan juga untuk kodensor elektrolitik dipergunakan aluminium dengan angka sembilan empat.

2.4. PADUAN ALUMINIUM

Penggunaan aluminium pada umumnya terbatas pada aplikasi yang tidak terlalu mengutamakan faktor kekuatan seperti penghantar panas dan listrik, perlengkapan bidang kimia, lembaran (plat) dan sebagainya. Salah satu usaha

(31)

untuk meningkatkan aluminium murni adalah dengan proses pengerasan regang atau dengan perlakuan panas (heat treatment). Tetapi cara ini tidak senantiasa memuaskan bila tujuan utama adalah untuk menaikan kekuatan bahan.

Pada perkembangan selanjutnya, peningkatan kekuatan aluminium dapat dicapai dengan menambahkan unsur-unsur paduan ke dalam aluminium. Unsur-unsur paduan tersebut dapat berupa tambahan tembaga (Cu), mangan (Mn), silikon (Si), magnesium (Mg), seng (Zn), dan lain-lain.

Kekuatan aluminium paduan dapat dinaikan lagi dengan pengerasan regang atau dengan perlakuan panas. Sifat-sifat lainnya seperti mampu cor dan mampu mesin juga bertambah baik, dengan demikian penggunaan aluminium paduan lebih luas dibandingkan dengan aluminium murni.

2.4.1. Klasifikasi Paduan Aluminium

Paduan aluminium diklasifikasikan dalam berbagai standar oleh berbagai negara. Paduan aluminium diklasifikasikan menjadi dua kelompok umum yaitu :

1. Paduan aluminium cor (cast aluminium alloys) 2. Paduan aluminium tempa (wrought aluminium alloys)

Setiap kelompok tersebut dibagi lagi menjadi dua kategori, yaitu paduan dengan perlakuan panas (heat treatable alloys) dan paduan tanpa perlakuan panas (non heat treatable alloys). Sistem penandaan untuk kedua kelompok paduan tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.3 dan Tabel 2.4.

(32)

Tabel 2.3 Klasifikasi Paduan Aluminium Cor

Seri paduan Unsur paduan utama

1xxx 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx 8xxx Al ≥ 99 % Cu Si + Cu atau Mg Si Mg Tidak digunakan Zn Zn Sn

Tabel 2.4 Klasifikasi Paduan Aluminium Tempa

Seri paduan Unsur paduan utama

1xxx 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx 8xxx Al ≥ 99 % Cu atau Cu + Mg Mn Si Mg Mg + Si Zn + Mg atau Zn + Mg + Cu Unsur lain

Perubahan cukup nyata dari sifat-sifat paduan aluminium dapat juga terjadi karena perlakuan panas tertentu seperti pengerasan regang, peng-anil-an dan lain-lain.

2.4.2. Paduan Aluminium Cor

Struktur mikro paduan aluminium cor (berhubungan erat dengan sifat-sifat mekaniknya) terutama tergantung pada laju pendinginan saat pengecoran

(33)

dilakukan. Laju pendinginan ini tergantung pada jenis cetakan yang digunakan. Dengan cetakan logam, pendinginan akan berlangsung lebih cepat dibanding dengan cetakan pasir sehingga struktur logam cor yang dihasilkan akan lebih halus dan menyebabkan peningkatan sifat mekaniknya. Tabel 2.5 memperlihatkan sifat-sifat mekanik beberapa paduan aluminium cor.

Tabel 2.5 Sifat-Sifat Mekanis Paduan Aluminium Cor Menurut Aluminium Association Paduan Komposisi rata-rata (%) Proses pembuatan Perlakuan panas σy0,2 (MPa) σx (MPa) Regangan (%) 295.0 4,5 Cu - 1 Si Cetakan pasir T6 165 250 5 308.0 5,5 Si - 4,5 Cu Cetakan pasir F 90 150 1 356.0 7 Si - 0,3 Mg Cetakan pasir T6 160 230 1,5 390.0 17 Si - 4,5 Cu - 0,6 Mg Cetakan pasir Tekanan T6 T5 270 290 280 310 <0,5 1 413.0 12 Si - 1,3 Fe Tekanan F 160 280 3 712.0 5,8 Zn - 0,6 Mg - 0,5 Cr - 0,2 Ti Cetakan pasir F 130 200 5

Tabel 2.6 Pengaruh Unsur Paduan Pada Aluminium

Mg Cu Si Zn Mn Pb

Batas getas + + + + + ++ + 0

Daya tahan terhadap korosi ++ - ++ - ++ 0

Kemampuan dituang + 0 ++ 0 0 0

Kemampuan diproses cutting + 0 + + - -

(Sumber : Suroto,A.Sudibyo,b.Ilmu Logam)

Keterangan : ++ : Sangat meningkat

+ : Meningkat

- : Menurun

(34)

Disamping sifat-sifat tersebut, ada beberapa sifat penting yang diperoleh dari paduan aluminium, yaitu dengan kemampuan dispersi, hal ini dengan dengan memberikan paduan tembaga dan seng atau paduan magnesium-silisium (Mg–Si2)

atau Magnesium-seng (Mg–Zn2) dapat diketahui perbedaan antara aluminium

yang dapat dikeraskan dengan aluminium yang tidak dapat dikeraskan, ini sangat penting bagi proses pengerjaan, pengaruh ini dapat dilihat seperti pada Tabel 2.6.

2.4.3. Paduan Al–Cu

Paduan Al–Cu sangat jarang digunakan karena tingkat kecairannya jelek. Paduan Al–Cu dapat di perbaiki dengan menambahkan unsur Si. Karena bahan ini memiliki sifat cukup baik pada penggunaan suhu tinggi bisa ditambahkan unsur Ni dan Mg.

Paduan aluminium dengan kadar Cu 4,5% memiliki sifat-sifat mekanis dan mampu mesin yang baik, sedangkan mampu cor bahan ini agak jelek.

Paduan Al–Cu–Si dengan kadar 4–5%Si pada paduan dapat memperbaiki mampu cor aluminium. Paduan Al–Cu–Si biasa dipakai untuk rangka utama katup-katup komposisi paduan ini yaitu : Al – 4,20%Cu – 4,58%Si – 0,14%Fe.

(35)

Tabel 2.7 Fasa Presipitasi Terbentuk Selama Penuaan Paduan Biner Al-Cu (Silcock dkk) Konsentrasi paduan Temperatur penuaan (°C) 2% Cu 3% Cu 4% Cu 4,5% Cu 110 130 165 190 220 240 GP [1] θ' atau θ'' dan GP [2] atau GP [1] – θ' θ' – GP [1] GP [1] θ' dan GP [2] sesaat θ' GP [2] terbatas – – GP [1] GP [1] GP [1] dan GP [2] GP [2] danθ' terbatas θ' θ' GP [1] GP [1] – GP [2] θ' – (Sumber : Surdia, T.Saito,S. Pengetahuan Bahan Teknik, hal.132)

2.4.4. Paduan Al–Si, Al–Si–Mg dan Al–Si–Cu

Paduan Al–Si merupakan paduan aluminium yang paling banyak digunakan dengan kadar Si yang bervariasi dari 5–20%. Kebanyakan paduan ini memiliki struktur mikro eutektik atau hypoeutektik (komposisi eutektik pada 12,17%Si). Paduan ini mempunyai viskositas yang baik dan tahan terhadap korosi serta memiliki sifat mampu cor yang baik, sehingga terutama dipakai untuk elemen-elemen mesin. Paduan ini relatif ringan, koefisien pemuaian rendah, penghantar panas dan listrik yang baik. Bila paduan ini di cor, akan mempunyai sifat mekanis rendah karena butir-butir Si cukup besar, sehingga pada saat pengecoran perlu ditambahkan natrium untuk membuat kristal halus dan memperbaiki sifat-sifat mekanisnya. Tapi cara ini tidak efektif untuk coran tebal.

Sifat-sifat mekanis paduan Al–Si dapat diperbaiki dengan menambahkan Mg, Cu, atau Mn, dan selanjutnya diperbaiki dengan perlakuan panas. Penambahan unsur Mg (0,3–1%) pada paduan Al–Si akan menghasilkan

(36)

peningkatan cukup besar terhadap sifat-sifat mekanisnya. Dalam hal ini unsur Mg meningkatkan respon terhadap perlakuan panas bahan. Peningkatan tersebut terjadi karena adanya presipitasi Mg2Si. Paduan 5053, 6063 dan 6061 merupakan

paduan dari sistem ini yang mempunyai kekuatan kurang baik sebagai paduan tempa dibandingkan dengan paduan-paduan lainnya, tetapi sangat liat, sangat baik mampu bentuknya pada temperatur kamar serta tahan korosi.

Tabel 2.8 Kekuatan Tarik Panas Paduan Al–Si–Ni–Mg

Sifat-sifat mekanik

Paduan Perlakuan ratur uji Temp-

(°C) Kekuatan tarik (kgf/mm2₎ Kekuatan mulur (kgf/mm2₎ Perpan-jangan (%) Alcoan 325 Al-12,5Si-1,0Mg-0,9Cu-0,9Ni (untuk dibentuk) T6: 510-521°C,4 jam dicelup dingin di air, 160-174°C, 6-10 jam penuaan 24 240 316 371 39,2 11,2 4,2 2,5 32,2 7,7 2,5 1,4 8 30 60 120 Alcoa A 132 Al-12Si-2,5Ni-1,2Mg-0,8Cu (untuk dicor cetak)

T551: 168-174°C, 14-18 jam dianil, tanpa perlakuan pelarutan

24 204 316 25,2 16,1 7,7 19,6 9,5 3,5 0,5 2,0 8,0 Alcoa D 132 Al-9Si-3,5Cu-0,8Mg-0,8Ni (untuk dicor cetak)

T5: 204°C, 7-9 jam dianil, tanpa perlakuan pelarutan

24 240 316 371 25,2 14,4 6,3 3,9 19,6 9,1 4,2 2,8 1,0 5,0 20,0 40,0 (Sumber : Surdia,T.Saito,S. Pengetahuan Bahan Teknik, hal.138)

Tabel 2.9 Sifat-Sifat Mekanis Paduan Al–Mg2Si

Paduan Keadaan Kekuatan tarik

(kgf/mm2₎ Kekuatan mulur (kgf/mm2₎ Perpanjangan (%) Kekuatan geser (kgf/mm2₎ Kekerasan Brinell Batas lelah (kgf/mm2₎ 6061 O T4 T6 12,6 24,6 31,6 5,6 14,8 28,0 30 28 15 8,4 16,9 21,0 30 65 95 6,3 9,5 9,5 6063 T5 T6 T83 19,0 24,6 26,0 14,8 21,8 24,6 12 12 11 11,9 15,5 15,5 60 73 82 6,7 6,7 – (Sumber : Surdia,T.Saito,S. Pengetahuan Bahan Teknik, hal.140)

(37)

Penambahan unsur Cu (3–5%) pada paduan Al–Si dapat juga meningkatkan sifat-sifat mekanik paduan. Paduan Al–Si–Cu, dengan komposisi Si mendekati komposisi eutektik dapat digunakan pada suhu tinggi dengan koefisien muai panjang relatif kecil, paduan ini banyak diginakan untuk bahan piston motor bakar (internal combustion engine)

Duralumin (paduan seri 2017) merupakan salah satu paduan populer dari aluminium dengan komposisi standar Al – 4%Cu – 0,5%Mg – 0,5%Mn. Bila kandungan unsur Mg ditingkatkan sehingga komposisi standarnya berubah menjadi Al – 4,5%Cu – 1,5%Mn dinamakan paduan 2024 dengan nama lamanya duralumin super.

2.4.5. Paduan Al–Mg

Paduan aluminium dengan kadar Mg sekitar 4–10% mempunyai ketahanan korosi dan sifat-sifat mekanis yang baik. Paduan ini mempunyai kekuatan tarik diatas 300 MPa, dan perpanjangan diatas 12 % setelah perlakuan panas. Paduan Al–Mg (disebut juga hidronalium) dipakai untuk bagian-bagian dari alat-alat industri kimia, kapal laut, pesawat terbang yang membutuhkan daya tahan terhadap korosi. Paduan mempunyai daya tahan sangat baik terhadap korosi dalam air laut dan udara dengan kadar garam relatif tinggi. Komposisi dari paduan ini yaitu : A l – 3,86%Mg – 0,18%Si – 0,39%Mn – 0,29%Fe – 0,07%Cu.

Paduan seri 5052 dengan 2–3%Mg dapat dengan mudah ditempa, dirol dan diekstrusi. Paduan 5056 merupakan paduan paling kuat dalam sistem ini, dan dipakai setelah pengerasan bila diperlukan kekerasan tinggi. Paduan 5083 dengan

(38)

4,5%Mg setelah dianil merupakan paduan cukup kuat dan mudah di las. Paduan ini banyak dipakai sebagai bahan produksi LNG.

Paduan yang mengandung Cu mempunyai daya tahan jelek terhadap korosi, bila kita ingin meningkatkan ketahanan korosinya maka biasanya pada permukaan paduan tersebut dilapisi dengan aluminium murni atau paduan aluminium tahan korosi. Paduan dengan sistem ini terutama dipakai sebagai bahan pesawat terbang.

Tabel 2.10 Sifat-Sifat Mekanik Paduan Al–Cu–Mg

2.4.6. Paduan Al–Mn

Mangan (Mn) merupakan unsur yang memperkuat aluminium tanpa mengurangi ketahanan terhadap korosi, dan dipakai untuk membuat paduan tahan korosi.

Sifat-sifat mekanis

Paduan Keadaan Kekuatan

tarik (MPa) Kekuatan mulur (MPa) Regangan (%) Kekuatan geser (MPa) Kekerasan Brinell Batas lelah (MPa) 17S (2017) T4 O 183 436 281 70 – – 127 267 105 45 127 77 A17S (A2017) T4 302 169 27 197 70 95 R317 Dianil 429 246 22 – 100 – 24S (2024) O T4 T36 189 478 51,3 77 323 401 22 22 – 127 288 295 42 120 130 – – – 14S (2014) (2014) 14S 190 394 490 98 280 420 18 25 13 127 239 295 45 100 135 – – –

(39)

2.4.7. Paduan Al–Mg–Zn

Aluminium menyebabkan keseimbangan biner semu dengan senyawa antara logam MgZn2, kelarutannya menurun apabila temperatur turun. Paduan

bersifat keras dan getas oleh korosi tegangan. Dengan penambahan kira-kira 0,3%Mn atau Cr, butir kristal padat diperhalus dan mengubah bentuk presipitasi serta terhindar dari retakan korosi tegangan. Paduan tersebut dinamakan ESD, duralumin super ekstra, mempunyai kekuatan tertinggi diantara paduan-paduan lainnya.

Penggunaan paduan 7075 terutama untuk bahan konstruksi pesawat terbang yang komposisi paduannya yaitu : Al – 2,5%Mg – 0,3%Cr – 5,5%Zn – 1,5%Cu – 0,2%Mn. Disamping itu penggunaanny lebih penting sebagai bahan kontruksi.

2.4.8. Paduan Aluminium Tahan Panas

Paduan Al–Cu–Ni–Mg mempunyai kekuatan konstan sampai suhu 300°C, sehingga paduan ini banyak digunakan untuk piston atau tutup silinder.

Paduan Al–Si–Cu–Ni–Mg mempunyai koefiien muai rendah dan tahan suhu tinggi sehingga paduan ini banyak digunakan untuk piston.

2.5. PENGARUH UNSUR PADUAN DALAM ALUMINIUM

Paduan-paduan biasanya dipakai untuk meningkatkan pengaruh positif pada aluminium tetapi memiliki pengaruh negatif juga.

(40)

1. Unsur Magnesium (Mg)

Unsur magnesium memberikan pengaruh positif yaitu : – Mempermudah proses penuangan

– Meningkatkan kemampuan pengerjaan mesin – Meningkatkan daya tahan terhadap korosi – Meningkatkan kekuatan mekanis

– Menghaluskan butiran kristal secara efektif

– Meningkatkan ketahanan terhadap beban kejut/impak Pengaruh negatif yang ditimbulkan unsur Mg :

– Meningkatkan kemungkinan timbulnya cacat pada hasil cor. 2. Unsur Besi (Fe)

Pengaruh positif yang ditimbulkan unsur besi pada paduan aluminium :

– Mencegah terjadinya penempelan logam cair pada cetakan selama proses penuangan.

Pengaruh negatif yang ditimbulkan unsur besi : – Penurunan sifat mekanis

– Penurunan kekuatan tarik

– Timbulnya bintik keras pada hasil coran – Peningkatan cacat porositas

3. Unsur Seng (Zn)

Pada paduan aluminium unsur seng memberikan pengaruh positif berupa : – Meningkatkan sifat mampu cor

(41)

– Mempermudah dalam pembentukan – Meningkatkan keuletan bahan

– Meningkatkan kekuatan terhadap beban kejut Pengaruh negatif unsur seng pada paduan aluminium adalah :

– Menurunkan ketahanan korosi

– Menurunkan pengaruh baik dari unsur besi dan bila kadar Zn terlalu tinggi dapat menimbulkan cacat rongga udara.

4. Unsur Titanium (Ti)

Pengaruh positif dari unsur titanium pada aluminium adalah : – Meningkatkan kekuatan hasil cor pada temperatur tinggi – Memperhalus butir kristal dan permukaan

– Mempermudah proses penuangan.

Unsur titanium memberikan pengaruh negatif terhadap paduan aluminium : – Menaikan viskositas logam cair dan mengurangi fluiditas logam cair 5. Unsur Silikon (Si)

Pengaruh positif dari unsur silikon dalam paduan aluminium adalah : – Mempermudah proses pengecoran

– Meningkatkan daya tahan terhadap korosi – Memperbaiki sifat-sifat atau karakteristik coran – Menurunkan penyusutan dalam hasil cor Pengaruh negatif yang ditimbulkan unsur Si adalah :

– Penurunan keuletan bahan terhadap beban kejut

(42)

6. Unsur Mangan (Mn)

Pengaruh positif unsur mangan dalam paduan aluminium yaitu :

– Meningkatkan kekuatan dan daya tahan pada temperatur tinggi – Meningkatkan daya tahan terhadap korosi

– Mengurangi pengaruh buruk unsur besi Pengaruh negatif yang ditimbulkan unsur mangan yaitu :

– Menurunkan kemampuan penuangan – Meningkatkan kekerasan butiran partikel 7. Unsur Tembaga (Cu)

Pengaruh positif yang ditimbulkan unsur tembaga yaitu : – Meningkatkan kekerasan bahan

– Memperbaiki kekuatan tarik

– Mempermudah proses pengerjaan dengan mesin Pengaruh negatif yang ditimbulkan :

– Menurunkan daya tahan terhadap korosi – Mengurangi keuletan bahan

– Menurunkan kemampuan dibentuk dan di rol 8. Unsur Nikel (Ni)

Pengaruh positif yang ditimbulkan unsur nikel yaitu :

– Meningkatkan kekuatan dan ketahanan bahan pada temperatur tinggi – Penurunan pengaruh buruk unsur besi dalam paduan

(43)

2.6. PERLAKUAN PANAS

Perlakuan panas adalah suatu proses pemanasan atau pendinginan logam dalam keadaan padat untuk mengubah sifat-sifat fisis maupun mekanis logam tersebut. Bahan yang diberi perlakuan panas bisa dikeraskan sehingga tahan aus dan kemampuan potongnya meningkat, atau dapat dilunakkan sehingga dapat memudahkan dalam permesinan lanjut. Melalui perlakuan panas yang tepat tegangan dalam dapat dihilangkan, besar butiran dapat di perbesar atau di perkecil, ketangguhan ditingkatkan atau dapat dihasilkan suatu permukaan yang keras di sekeliling yang ulet.

Untuk melakukan perlakuan panas yang tepat, bahan yang akan diberi perlakuan panas harus diketahui komposisi kimianya, diharapkan setelah perlakuan panas perubahan sifat fisis dapat diketahui. Jenis-jenis perlakuan panas:

1. Tempering 2. Annealing 3. Aging 4. Quenching 5. Normalizing 2.6.1. Tempering

Perlakuan panas logam pada temperatur di bawah titik kritis untuk waktu tertentu kemudian didinginkan perlahan-lahan dalam dapur.

Tujuan perlakuan panas tempering adalah untuk mengurangi internal stress, menaikan keuletan, meningkatkan ketangguhan. Berdasarkan temperatur pemanasan ada tiga macam tempering untuk baja, yaitu :

(44)

1. Tempering temperatur rendah (150°C–350°C)

Tujuan untuk menghilangkan internal stress dan menaikan keuletan tanpa mengubah struktur dan kekerasan banyak dilakukan pada alat iris law-alloy steel.

2. Tempering temperatur sedang (350°C–450°C)

Tujuan untuk mengurangi kekerasan dan menaikan elongation dan keuletan.

3. Tempering temperatur tinggi (450°C–650°C)

Tujuan untuk memperoleh keseimbangan antara kekuatan dan keuletan bahan.

2.6.2. Annealing

Tujuan untuk menurunkan tegangan dalam atau internal stress logam, menghaluskan butiran dan mengurangi kekerasan, sehingga setelah proses ini diperoleh sifat yang lebih plastis dan ulet. Apabila pemanasan terlalu tinggi dapat menyebabkan munculnya struktur dengan butiran yang kasar dan ini disebut over heating. Setelah mencapai suhu yang diinginkan, kemudian dipertahankan selama 30–50 menit. Pendinginan dilakukan di dalam dapur sehingga diharapkan mempunyai laju 150–200°C/jam.

2.6.3. Aging

Aging adalah proses penuaan aluminium pada beberapa waktu, penuaan aluminium ada beberapa macam, yaitu penuaan alamiah dan penuaan buatan.

(45)

Penuaan alamiah adalah proses penuaan aluminium pada temperatur kamar, sedangkan untuk penuaan buatan atau penuaan temper adalah proses penuaan pada temperatur lebih tinggi dari temperatur kamar (untuk aluminium pada 120°C–180°C).

2.6.4. Quenching

Logam dipanaskan 50°C di atas suhu kritis dan dipertahankan kemudian didinginkan secara tiba-tiba (secara cepat dengan dengan media) :

– Air dengan macam-macam temperatur – Soda kaustik

– Air garam soda – Minyak

Tujuan Quenching adalah untuk menaikan kekerasan bahan.

2.6.5. Normalizing

Normalizing yaitu logam yang dipanaskan kira-kira 30°C diatas temperatur kritis, ditahan kemudian didinginkan perlahan-lahan. Tujuan Normalizing adalah mengurangi internal stress dan pembentukan kristal.

2.7. PENGUJIAN BAHAN

Pengujian bahan dimaksudkan adalah untuk mengetahui sifat-sifat bahan dari bahan yang diuji. Sifat-sifat suatu bahan meliputi :

(46)

1. Sifat mekanis – Tegangan tarik – Modulus elastis – Beban patah – Tegangan kelelahan – Pengerasan – Keliatan – Kecepatan – Viskositas – Kekerasan

– Tegangan elastis (proposionalitas : 0,2 % ; batas atas dan batas bawah) – Tahanan keausan, dll.

2. Sifat kimia

– Tahanan pada korosi dan oksidasi – Stabilitas, reaktifitas 3. Sifat phisik – Panas spesifik – Koefisien dilatasi – Kerapatan – Konduktivitas listrik – Konduktivitas panas – Reflektivitas – Emissivitas

(47)

– Energi permukaan

– Suhu dan panas laten transformasi – Energi ikatan atom,dll.

Secara garis besar, pengujian mekanis terhadap benda uji dapat dibedakan atas pengujian bersifat merusak benda uji (destruktif) dan pengujian bersifat tidak merusak benda uji (non destruktif). Pengujian bersifat merusak benda uji akan menimbulkan kerusakan berarti pada benda uji setelah pengujian selesai.

Pegujian bersifat merusak benda uji meliputi : – Uji tarik – Uji kelelahan – Uji lengkung – Uji kejut – Uji geser – Uji puntir – Uji lengkung – Uji tekan, dll.

Sedangkan pengujian bersifat tidak merusak benda uji meliputi :

– Uji kekerasan (Brinell, Rockwell, Vickers, Knoop, Scleroscope) – Uji Zyglo

– Uji Magnetografis – Uji Ultrasonik

(48)

– Uji Ames – Uji Magnaflux – Uji Sinar X, Sinar γ

2.8. PENGUJIAN MERUSAK

Yang merupakan pengujian merusak yaitu benda uji akan rusak setelah mengalami pengujian. Pada penelitian sifat-sifat mekanis pada aluminium paduan dalam pengujian merusak digunakan pengujian tarik dan pengujian kelelahan. 2.8.1. Pengujian Tarik

Pengujian tarik adalah pengujian bahan dengan cara bahan atau benda uji diberi beban tarik secara perlahan-lahan sampai suatu beban tertentu dan akhirnya benda uji patah. Beban tarik yang bekerja pada benda uji akan menimbulkan pertambahan panjang disertai pengecilan diameter benda uji. Perbandingan antar pertambahan panjang (∆L) dengan panjang awal benda uji (L) disebut regangan (ε) : L L ∆ = ε

Perbandingan antara perubahan penampang setelah pengujian dan penampang awal (sebelum pengujian) disebut kontraksi (ψ) :

0 0 A A A − f = ψ Dengan :

A0 = Luas penampang awal benda uji

(49)

Hubungan antara tegangan yang timbul σ ( σ = F/A ) dan regangan yang timbul (ε) selama pengujian dapat dijelaskan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Hubungan Tegangan dan Regangan Uji Tarik σp = tengangan proporsional

σy = tegangan elastisitas (yielding stress) σl = tegangan luluh

σt = tegangan tarik σB = tegangan patah

εx ,εt , εB masing-masing merupakan regangan pada saat pembebanan benda pada

titik-titk X, T, B (XX’// TT’// BB’// PO).

Tegangan pada titik P disebut tegangan batas proporsional (σp) yaitu

tegangan tertinggi dimana hukum Hooke masih berlaku. Hukum Hooke : ∆L = A E L F A L F E . . . 1 _× ₌

(50)

Dengan mengambil σ = A F dan ε = L L ∆

, maka hukun Hooke diatas dapat dinyatakan dalam bentuk : σ = ε × E

Apabila beban tarik diperbesar sampai titik Y (ada pertambahan panjang

∆L), kemudian beban diturunkan sampai titik 0 (beban ditiadakan), maka benda uji akan kembali ke panjang semula (L). Tetapi bila pembebanan sudah berada di atas titik Y (dengan pertambahan panjang tertentu), kemudian diturunkan sampai titik 0 (beban ditiadakan), maka benda uji tidak akan kembali ke panjang semula. Dalam hal ini benda uji telah mempunyai regangan permanen atau disebut regangan plastis. Dalam kondisi ini dapat disimpulkan bahwa titik Y merupakan titik batas elastis benda uji dan tegangan pada titik Y disebut tegangan elastis bahan (σy).

Tegangan maksimum σt disebut juga kekuatan tarik (tensile strength =

ultimate stress) merupakan tegangan tertinggi yang dimiliki benda uji sebagai reaksi terhadap beban yang diberikan. Setelah titik T, tegangan turun dan benda uji akhirnya putus pada saat tegangan σB. Selama pembebanan berlangsung dari

titik 0 sampai titik T, diameter benda uji mengecil secara seragam (terjadi pertambahan panjang). Selama pembebanan berlangsung dari titik T sampai titik B, diameter benda uji berubah tidak seragam melainkan terjadi pengecilan setempat lebih cepat dibandingkan dengan tempat-tempat lainnya. Pengecilan diameter setempat ini disebut “necking” dan pada akhirnya benda uji putus pada daerah necking tersebut. Hukum Hooke hanya berlaku pada benda-benda yang memiliki batas proporsional seperti baja lunak, sedang pada benda-benda yang

(51)

tidak memiliki batas proporsional seperti besi tuang dan tembaga, hukum Hooke tidak berlaku.

Sifat-sifat terhadap beban tarik : a. Modulus elastis

Modulus elastis adalah ukuran kekakuan suatu bahan, makin besar modulus elastisnya maka makin kecil regangan elastis yang dihasilkan akibat pemberian tegangan. Modulus elastis suatu bahan ditentukan oleh gaya ikatan antar atom pada bahan tersebut, karena gaya ini tidak dapat diubah tanpa terjadi perubahan mendasar sifat bahannya, maka modulus elastis merupakan salah satu dari banyak sifat mekanik yang tidak mudah diubah. Sifat ini hanya sedikit berubah oleh adanya penambahan paduan, perlakuan panas atau pengerjaan dingin. Modulus elastis biasanya diukur pada suhu tinggi dengan metode dinamik. Pada tegangan tarik rendah terdapat hubungan linear antara tegangan dan regangan dan disebut daerah elastis, pada daerah ini berlaku hukum Hooke. b. Batas proporsional

Batas proporsional adalah tegangan maksimum elastis bahan, sehingga apabila tegangan-regangan yang diberikan tidak melebihi proporsional, bahan tidak akan mengalami deformasi dan akan kembali kebentuk semula.

c. Batas elastis

Batas elastis adalah tegangan terbesar yang masih dapat ditahan oleh suatu bahan tanpa terjadi regangan sisa permanen yang terukur pada saat beban ditiadakan dengan bertambahnya ketelitian pengukuran regangan, nilai batas

(52)

elastisnya menurun hingga suatu batas yang sama dengan batas elastis sejati yang diperolah dengan cara pengukuran regangan mikro.

d. Kekuatan luluh

Kekuatan luluh adalah tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah kecil deformasi plastis yang ditetapkan.

e. Tegangan tarik maksimum

Tegangan tarik maksimum adalah beban tarik maksimum yang dapat ditahan material sebelum patah.

2.8.2. Pengujian Kelelahan

Kelelahan berkaitan dengan perpatahan logam secara prematur karena tegangan rendah yang terjadi secara berulang-ulang. Untuk menyatakan karakteristik tegangannya, hal yang perlu diperhatikan :

a. Besar tegangan maksimum

b. Tegangan rata-rata yang cukup besar c. Periode siklus tegangan

Adapun rumus untuk mencari tegangannya adalah sebagai berikut :

3 32 2 d L W × × = π σ (kg/mm2₎ Dengan :

L = jarak antar tumpuan (mm) d = diameter ukur (mm) W = beban pada pengujian tarik

(53)

2.9. PENGUJIAN TAK MERUSAK

Pada penelitian sifat-sifat fisis pada aluminium paduan dalam pengujian tidak merusak digunakan pengujian Kekerasan Brinell.

2.9.1. Pengujian Kekerasan

Pengujian kekerasan merupakan salah satu dari sekian banyak pengujian yang dipakai, karena dapat dilakukan pada benda uji yang kecil tanpa mengalami kesukaran mengenai spesifikasi.

Pengujian paling banyak diakukan adalah dengan jalan menekan indentor dengan beban tertentu pada benda uji dan mengukur ukuran bekas penekanan yang terbentuk diatasnya, cara ini dilakukan dengan kekerasan penekanan. Pada pengujian kekerasan ini, ada cara lain misalnya dengan menjatuhkan bola baja dengan ukuran tertentu dari ketinggian tertentu di atas benda uji dan diperoleh pantulan tertentu.

a. Pengujian Kekerasan Brinell

Sebagai dasar pengukuran kekerasan digunakan deformasi yang terjadi oleh penetrator dalam benda uji. Dalam hal ini digunakan penetrator bola baja yang telah dikeraskan dan ditekan masuk ke dalam benda uji dengan beban dan waktu tertentu. Kekerasan Brinell diberi simbol dengan HB atau BHN (Brinell Hardness Number) dihitung berdasarkan rumus :

(

2 2

)

2 DD D d P HB − − = _π (kg/mm2)

(54)

Dimana :

P : Beban yang bekerja pada penetrator (kg) D : Diameter penetrator (mm)

d : Diameter bekas injakan (mm)

Gambar 2.4 Prinsip Uji Kekerasan Brinell

Gambar 2.5 Irisan Penampang Uji Brinell

Beban yang bekerja pada penetrator tergantung pada : 1. Jenis logam benda uji

(55)

Keberatan dari Brinell yaitu :

– Bila bola baja kurang keras, maka hasil pengujian kurang akurat – Bekas injakan kadang-kadang terlalu besar

– Disekitar bekas penekanan terjadi kenaikan permukaan benda uji mengurangi ketelitian

Saat uji kekerasan Brinell, dalam praktek perlu diperhatikan beban tekan (P), diameter bola dan jenis logam yang diuji. Diameter penetrator yang digunakan tergantung pada tebal benda uji seperti ditunjukan dalam Tabel 2.11.

Tabel 2.11 Penggunaan Penetrator Untuk Uji Kekerasan Brinell

Tebal benda uji (mm) Diameter penetrator (mm)

1 – 3 3 – 6 > 6 D = 2,5 D = 5 D = 10 HB rata-rata ₂ D P Bahan 160 160–80 80–20 30 10 5

Baja, besi cor Kuningan, logam campuran Cu

Aluminium, Tembaga 5 2 = D P 10 2 = D P 30 2 = D P Diameter penetrator D (mm) Gaya (kg) 2,5 31,25 62,5 187,5 5 125 250 750 10 500 1000 3000

(56)

b. Pengujian Kekerasan Vickers

Pengujian ini menggunakan penetrator piramida intan. Kekerasan benda uji dengan uji Vickers ini tergantung pada panjang diagonal bekas injakan. Diagonal bekas injakan biasanya diukur dengan bantuan mikroskop optik. Sudut antara dua sisi piramida adalah 136°.

Kekerasan Vickers : Hv = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ 2 2 2 . 854 , 1 mm kg atau mm N D P Dengan :

P : Beban yang bekerja pada penetrator (kg) D : Diagonal bekas injakan (mm)

c. Pengujian Kekerasan Rockwell

Pengujian dengan metode Rockwell bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap benda penguji (dapat berupa bola baja atau kerucut intan) yang ditekan pada permukaan benda uji tersebut. Untuk baja digunakan kerucut intan sebagai benda penguji, disebut pengujian rockwell, sedangkan untuk material lain dipakai bola baja. Penetrator yang digunakan :

1. Kerucut intan dengan sudut puncak 120° dengan pembulatan pada ujungnya dengan radius 0,2 mm dan selanjutnya dinyatakan dengan skala C (Cones).

2. Bola baja di keraskan dengan diameter 1/16 inci, tercantum dalam skala B (Ball).

(57)

Pada pengujian rockwell ini yang dilakukan adalah :

– Mengukur dalamnya penetrator yang masuk ke dalam benda uji (bukan luas penampang injakan)

– Pada benda uji dari bahan lunak, penetrator masuk lebih dalam dibandingkan dengan bahan yang keras

– Menggunakan beban awal dan beban utama, pengukuran kekerasan benda uji dimulai saat penggunaan beban utama

Uji kekerasan ini diuji dengan alat penguji Rockwell. Bola baja keras atau kerucut intan ditekan pada permukaan bahan yang diuji, kemudian dalamnya bekas penekanan diukur.

Kekerasan Rockwell (R) adalah :

(

)

C h h K R= − 1− Dengan : K = suatu konstanta

K = 0,20 untuk penetrator kerucut intan = 0,26 untuk penetrator bola baja

C = harga penunjukan pembagian skala dial indikator untuk penekan penetrator.

Keuntungan penggunaan uji Rockwell dibandingkan dengan uji Brinell, yaitu : – Bekas injakan penetrator lebih kecil, demikian juga dengan beban yang

digunakan

– Dapat digunakan untuk pengujian logam yang keras – Pembacaan harga kekerasan lebih cepat

(58)

Kelemahan penggunaan uji Rockwell dibandingkan dengan pengujian Brinell : – Ukuran bekas injakan relatif kecil, karena itu perlu mengetahui terlebih

dahulu berapa kira-kira kekerasan bahan yang akan diuji untuk memilih dengan tepat penetrator yang akan digunakan

– Penunjukan harga kekerasan benda uji kurang tepat karena adanya sedikit debu antara benda uji dan penetrator

2.10. PENGUJIAN STRUKTUR KRISTAL

Ada dua macam pengujian struktur kristal yang biasa dilakukan yaitu pengujian struktur makro dan pengujian struktur mikro.

2.10.1. Pengujian Struktur Makro

Pengujian struktur makro dari kristal adalah pengujian patahan dimana bahan dinilai dari besar butir kristal, warna, dan mengkilatnya patahan dari batang uji atau produk yang dipatahkan.

2.10.2. Pengujian Struktur Mikro

Dalam pengujian ini, kualitas bahan ditentukan dengan mengamati struktur dibawah mikroskop dan dapat pula mengamati cacat dari bahan yang diuji. Mikroskop yang digunakan adalah mikroskop cahaya. Permukaan logam yang akan diamati, dipoles dan dilakukan bermacam etsa kemudian diperiksa di bawah mikroskop.

(59)

2.11. PATAH DAN PUTUS PADA BENDA UJI 2.11.1. Patah Pada Benda Uji

Patahan pada bahan biasanya dimulai dengan adanya retak pada permukaan dan mekanismenya harus melalui proses yang tergantung pembebanan siklus patah akibat kelelahan. Biasanya dimulai dari permukaan dimana lenturan dan puntiran akan menyebabkan tegangan yang tinggi sehingga menyebabkan konsentrasi tegangan pada bagian tertentu yang akan menyebabkan patah pada daerah tersebut.

Ketelitian pengerjaan permukaan terutama kehalusannya pada bagian yang berputar mutlak dibutuhkan ketelitian yang optimal, hal ini berpengaruh pada bahan terhadap kelelahan akibat beban tekan dan beban puntir, dari sini retak awal atau initial crack diketahui. Ciri patahan sendiri adalah dengan pelepasan sejumlah besar dislokasi secara tiba-tiba sewaktu luluh. Dislokasi tersebut bersama dan membentuk retak, retak merambat pada waktu yang singkat sehingga terjadi tegangan secara slip didaerah yang saling berdekatan, maka akan terjadi perpatahan dan hal ini terjadi karena adanya pengaruh dari tegangan geser pada bahan sewaktu terjadi puntiran.

Perpatahan pada bahan dapat dibedakan, antara lain : 1. Perpatahan Getas (cleavage fracture)

Perpatahan Getas (cleavage fracture), yaitu bentuk perpatahan yang paling getas yang terjadi di dalam material kristalin. Patah getas yang terjadi pada material ulet disebabkan karena beroperasi pada suhu yang rendah dan laju pembebanan yang tinggi. Karakteristik dari patah getas sendiri adalah bahwa

(60)

penampang patah berhubungan dengan bidang kristalografik secara khusus. Patahan ini menghasilkan bentuk patahan yang rata dan memberikan warna yang terang pada permukaan patah.

2. Perpatahan Ulet (ductile fracture)

Perpatahan Ulet atau liat adalah bila spesimen ditarik dengan beban berlebih yang akan menyebabkan perpanjangan dan terkonsentrasi secara lokal pada suatu titik, mekanisme perpatahan ulet ini terjadi pada pengujian tarik.

Perpatahan pada logam sendiri biasanya diawali oleh adanya retak pada bahan. Retak adalah deformasi plastis yang terjadi pada suhu tinggi akibat beban lebih yang konstan selama periode tertentu, retak juga bervariasi dengan berubahnya tegangan yang terjadi.

(61)

Gambar 2.7 Bentuk Lekukkan Hasil Patahan Paduan Al-Cu

(Sumber : Broek David, Elementary Engineering Fracture Mechanics, hal 53)

Patahan pada bahan dapat disebabkan oleh beberapa hal, antara lain : 1. Komposisi Bahan

Komposisi bahan sangat berpengaruh, karena setiap bahan mempunyai karakteristik yang berbeda, selain itu juga adanya pengaruh campuran pada bahan yang dapat memberikan kelebihan dan kekurangan pada bahan tersebut.

2. Perlakuan Panas

Perlakuan panas biasanya dilakukan untuk mengendalikan besar butir benda uji dan untuk menghaluskan struktur yang terkandung pada bahan. Pada struktur yang halus akan memberikan keuletan yang lebih menjamin.

3. Pengerasan

Deformasi plastis yang kecil pada temperatur ruang akan meningkatkan keuletan pada temperatur rendah, akan tetapi pada umumnya deformasi yang digunakan untuk pengerasan dapat merapuhkan logam karena terjadi pembentukan dislokasi yang saling berpotongan, kekosongan dan cacat.

(62)

Gambar 2.8 Macam-Macam Bentuk Patahan

(Sumber : Metalurgi Mekanik, Dieter, Edisi Ketiga, Jilid 1)

Gambar 2.9 Retak Ductile Paduan Al-Cu

(63)

2.11.2. Putus Pada Benda Uji

Selain patah pada bahan, juga terjadi putus yang terjadi pada bahan. Dimana jika kegagalan ulet pada bahan tidak tercapai maka putus ulet yang akan terjadi kemudian. Pada benda uji yang mengalami deformasi beban tarik akhirnya mencapai ketidak stabilan mekanis bilamana deformasi yang terlokalisir diperciut. Bila peregangan diteruskan maka penampang akan mengecil hingga menjadi nol dan benda uji akan retak. Regangan untuk putus tergantung dari jumlah regangan yang terjadi sebelum dan sesudah dislokasi. Sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa putus yang terjadi pada bahan adalah dominan tegangan tarik sebagai penyebab utamanya, adapun pada patahan karena tekanan.

2.12. KELELAHAN PADA BENDA UJI 2.12.1. Pengertian Kelelahan

Kelelahan berkaitan dengan perpatahan logam secara prematur karena tegangan rendah yang terjadi secara berulang-ulang. Adapun pengujian kelelahan terdiri dari beberapa jenis yaitu pengujian torsi, tegangan (tension), dan pengujian kompresi. Namun semuanya mempunyai prinsip yang sama yaitu dengan memberikan siklus tegangan yang berulang secara konstant pada sampel. Untuk menyatakan karakteristik tegangannya, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan :

1. Besar tegangan maksimum

2. Tegangan rata-rata yang cukup besar 3. Periode siklus tegangan

(64)

Dalam penelitian sering digunakan siklus berulang dan balik, karena disamping lebih mudah dilakukan, juga telah memenuhi standar kelelahan. Sampel yang mendapatkan beban lengkung dan putaran secara terus menerus akan menyebabkan kondisi tarik dan tekan. Kondisi ini akan berlangsung berulang-ulang hingga pada akhirnya sampel mengalami kelelahan dan akhirnya patah.

Adapun rumus untuk mencari tegangannya adalah sebagai berikut :

(

2

)

3 / 32 2 _kg _mm d L W × × = _π σ Dengan :

L = jarak antar tumpuan (mm) d = diameter ukur (mm)

W = beban pada pengujian tarik (kg)

(65)

Untuk melaksanakan pengujian dengan alat uji kelelahan menggunakan kurun tegangan (S) yang berbeda untuk setiap benda uji, jumlah siklus tegangan (N) yang dialami oleh benda uji pada setiap tegangan tertentu dicatat dan dibuat gambar diagram kelelahan atau sering disebut dengan diagram S–N. Untuk benda uji tertentu mempunyai titik aman pada siklus tertentu, hal ini disebabkan karena :

a. Kegagalan akibat kelelahan bahan

Kegagalan lelah timbul akibat adanya retak kecil (initial crack), retak ini sangat kecil, sehingga tidak dapat dilihat dengan mata telanjang. Retak tersebut timbul pada titik ketidak mulusan bahan seperti pada perubahan penampang, goresan pada permukaan bahan akibat pengerjaan dan lubang akibat pengecoran yang kurang baik pada bahan. Sekali saja retak awal, maka akan terjadi pengaruh pemusatan tegangan menjadi lebih besar lagi dan retak tersebut merambat lebih cepat pada penampang bahan. Begitu ukuran luas yang menerima tegangan berkurang, maka tegangan bertambah besar sampai akhirnya luas yang tersisa tidak dapat menerima tegangan tersebut dan terjadilah kegagalan lelah.

Adapun penyebab kegagalan lelah yaitu :

1. Karena perkembangan dari retak yang ada 2. Patah mendadak pada bagian bahan yang rapuh

Kegagalan lelah sering digolongkan sebagai akibat siklus, umur dan waktu penggunaan bahan. Daerah umur tak terhingga (infinite life region), meliputi perancangan yang melampaui batas siklus tegangan lelah atau disebut dengan kegagalan bersiklus tinggi. Pada umur ini bahan memang dibuat berumur pendek