ALUMINIUM MURNI DAN PADUANNYA
DISUSUN OLEH:
Abdul Hafizh
F14080034
Sapto Andriyono
F14080040
Yudhi Sudiyanto
F14080045
Aulia Rizqi Nur Abidi
F14080048
Yuliana
F14080075
Reny Irmayanti
F14080078
Rhamdani Mardiansyah
F14080080
Ahmad Eriska
F14080122
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2009
Kata Pengantar
Puji syukur kami panjatkan atas kehadirat Allah Yang Maha Esa karena atas petunjuk dan perlindungannya, makalah yang berjudul Aluminium Murni dan Paduannya dapat terselesaikan dengan baik.
Sebagai mahasiswa Departemen Teknik Pertanian, pengetahuan terhadap bahan-bahan keteknikan sangatlah penting dalam perancangan dan pembuatan alat dan mesin pertanian serta fasilitas penunjang pertanian seperti sarana penyimpanan hasil pertanian. Pengetahuan yang dibutuhkan antara lain sifat dan struktur hingga aplikasi dan ketersediannya di pasar. Dengan disertai pengetahuan tersebut, diharapkan lulusan Departemen Teknik Pertanian dapat melakukan setiap pekerjaan sesuai dengan tuntutan profesinya.
Segenap anggota kelompok 11 mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya atas bantuan yang diberikan Pak Desrial dan pihak lain yang telah memperlancara penyusunan makalah kami demi kelancaran studi kami. Semoga makalah ini dapat memberikan manfaat bagi mahasiswa Departemen Teknik Pertanian pada khususnya dan masyarakat luas pada umumnya.
Daftar Isi
Kata pengantar 2
Daftar isi 3
A. Pengertian 4
B. Kandungan Atom/Unsur dan Ikatan 5
C. Bentuk Struktur Mikro 6
D. Proses Pembuatan 8
E. Klasifikasi dan Penggolongan 10
F. Sifat-Sifat Teknis Bahan 17
G. Contoh Aplikasi 19
H. Standarisasi dan Kodifikasi 20
I. Bentuk, Ukuran, dan Harga 22
Glosarium 23
Daftar Pustaka 25
Daftar distribusi anggota kelompok 26
A. Pengertian
Aluminium adalah logam berwarna putih keperakan yang lunak.
Gambar 1: Aluminium, dipotong setelah dicetak dari tanur tanpa perlakuan fisik maupun termal.
Aluminium adalah logam yang paling banyak terdapat di kerak bumi, dan unsur ketiga terbanyak setelah oksigen dan silikon. Aluminium terdapat di kerak bumi sebanyak kira-kira 8,07% hingga 8,23% dari seluruh massa padat dari kerak bumi, dengan produksi tahunan dunia sekitar 30 juta ton pertahun dalam bentuk bauksit dan bebatuan lain (corrundum, gibbsite, boehmite, diaspore, dan lain-lain) (USGS). Sulit menemukan aluminium murni di alam karena aluminium merupakan logam yang cukup reaktif.
Aluminium tahan terhadap korosi karena fenomena pasivasi. Pasivasi adalah pembentukan lapisan pelindung akibat reaksi logam terhadap komponen udara sehingga lapisan tersebut melindungi lapisan dalam logam dari korosi.
Selama 50 tahun terakhir, aluminium telah menjadi logam yang luas penggunaannya setelah baja. Perkembangan ini didasarkan pada sifat-sifatnya yang ringan, tahan korosi, kekuatan dan ductility yang cukup baik (aluminium paduan), mudah diproduksi dan cukup ekonomis (aluminium daur ulang). Yang paling terkenal adalah penggunaan aluminium sebagai bahan pembuat pesawat terbang, yang memanfaatkan sifat ringan dan kuatnya.
Aluminium murni adalah logam yang lunak, tahan lama, ringan, dan dapat ditempa dengan penampilan luar bervariasi antara keperakan hingga abu-abu, tergantung kekasaran permukaannya. Kekuatan tensil aluminium murni adalah 90 MPa, sedangkan aluminium paduan memiliki kekuatan tensil berkisar 200-600 MPa. Aluminium memiliki berat sekitar satu pertiga baja, mudah ditekuk, diperlakukan dengan mesin, dicor, ditarik (drawing), dan diekstrusi.
Resistansi terhadap korosi terjadi akibat fenomena pasivasi, yaitu terbentuknya lapisan aluminium oksida ketika aluminium terpapar dengan udara bebas. Lapisan aluminium oksida ini mencegah terjadinya oksidasi lebih jauh. Aluminium paduan dengan tembaga kurang tahan terhadap korosi akibat reaksi galvanik dengan paduan tembaga.
Aluminium juga merupakan konduktor panas dan elektrik yang baik. Jika dibandingkan dengan massanya, aluminium memiliki keunggulan dibandingkan dengan tembaga, yang saat ini merupakan logam konduktor panas dan listrik yang cukup baik, namun cukup berat.
Aluminium murni 100% tidak memiliki kandungan unsur apapun selain aluminium itu sendiri, namun aluminium murni yang dijual di pasaran tidak pernah mengandung 100% aluminium, melainkan selalu ada pengotor yang terkandung di dalamnya. Pengotor yang mungkin berada di dalam aluminium murni biasanya adalah gelembung gas di dalam yang masuk akibat proses peleburan dan pendinginan/pengecoran yang tidak sempurna, material cetakan akibat kualitas cetakan yang tidak baik, atau pengotor lainnya akibat kualitas bahan baku yang tidak baik (misalnya pada proses daur ulang aluminium). Umumnya, aluminium murni yang dijual di pasaran adalah aluminium murni 99%, misalnya aluminium foil.
Pada aluminium paduan, kandungan unsur yang berada di dalamnya dapat bervariasi tergantung jenis paduannya. Pada paduan 7075, yang merupakan bahan baku pembuatan pesawat terbang, memiliki kandungan sebesar 5,5% Zn, 2,5% Mg, 1,5% Cu, dan 0,3% Cr. Aluminium 2014, yang umum digunakan dalam penempaan, memiliki kandungan 4,5% Cu, 0,8% Si, 0,8% Mn, dan 1,5% Mg. Aluminium 5086 yang umum digunakan sebagai bahan pembuat badan kapal pesiar, memiliki kandungan 4,5% Mg, 0,7% Mn, 0,4% Si, 0,25% Cr, 0,25% Zn, dan 0,1% Cu.
B. Kandungan Atom/Unsur dan Ikatan
Aluminium disimbolkan dengan Al, dengan nomor atom 13 dalam tabel periodik unsur. Bauksit, bahan baku aluminium memiliki kandungan aluminium dalam julah yang bervariasi, namun pada umumnya di atas 40% dalam berat. Senyawa aluminium yang terdapat di bauksit diantaranya Al2O3, Al(OH)3, γ-AlO(OH), dan α-AlO(OH).
Gambar 2: Bauksit, sepanjang 4 cm dan ditambang di Little Rock, Arkansas, Amerika Serikat.
Isotop aluminium yang terdapat di alam adalah isotop 27Al, dengan persentase sebesar 99,9%. Isotop 26Al juga terdapat di alam meski dalam jumlah yang sangat kecil. Isotop 26Al merupakan radioaktif dengan waktu paruh sebesar 720000 tahun. Isotop aluminium yang sudah ditemui saat ini adalah aluminium dengan berat atom relatif antara 23 hingga 30, dengan isotop 27Al merupakan isotop yang paling stabil.
Difusi atom di tentukan oleh macam atom, tetapi pada umumnya sangat lambat pada temperature biasa dengan pencelupan dingin kekosongan atom tetap ada, jadi dengan berjalannya waktu struktur atom bisa berubah, yang menghasilkan perubahan sifat-sifatnya. Perubahan sifat-sifat dengan berjalannya waktu pada umumnya di namakan penuaan. Apabila proses itu berjalan pada temperature kamar di namakan penuaan ilmiah, sedangkan apabila proses itu terjadi pada temperatur lebih tinggi dinamakn penuaan buatan.
C. Bentuk Struktur Mikro
Gambar 3. Struktur mikro alumina, bahan baku aluminium.
Gambar 5. Struktur mikro dari paduan aluminium-silikon. Gambar (a) merupakan paduan Al-Si tanpa perlakuan khusus. Gambar (b) merupakan paduan Al-Si dengan perlakuan termal. Gambar (c) adalah paduan Al-Si dengan perlakuan termal dan penempaan. Perhatikan bahwa semakin ke kanan, struktur mikro semakin baik.
Gambar 6.Struktur mikro Al-Si-Mg tanpa perlakuan termal
Gambar 8. Struktur mikro dari Al-Cu
D. Proses pembuatan
Aluminium adalah logam yang sangat reaktif yang membentuk ikatan kimia berenergi tinggi dengan oksigen. Dibandingkan dengan logam lain, proses ekstraksi aluminium dari batuannya memerlukan energi yang tinggi untuk mereduksi Al2O3. Proses reduksi ini tidak semudah mereduksi besi dengan menggunakan batu bara, karena aluminium merupakan reduktor yang lebih kuat dari karbon.
Proses produksi aluminium dimulai dari pengambilan bahan tambang yang mengandung aluminium (bauksit, corrundum, gibbsite, boehmite, diaspore, dan sebagainya). Selanjutnya, bahan tambang dibawa menuju proses Bayer.
Gambar 9: Proses Bayer
Proses Bayer menghasilkan alumina (Al2O3) dengan membasuh bahan tambang yang mengandung aluminium dengan larutan natrium hidroksida pada temperatur 175 oC sehingga menghasilkan aluminium hidroksida,
Al(OH)3. Aluminium hidroksida lalu dipanaskan pada suhu sedikit di atas 1000 oC sehingga terbentuk alumina dan H2O yang menjadi uap air.
Setelah Alumina dihasilkan, alumina dibawa ke proses Hall-Heroult. Proses Hall-Heroult dimulai dengan melarutkan alumina dengan leelehan Na3AlF6, atau yang biasa disebut cryolite. Larutan lalu dielektrolisis dan akan mengakibatkan aluminium cair menempel pada anoda, sementara oksigen dari alumina akan teroksidasi bersama anoda yang terbuat dari karbon, membentuk karbon dioksida. Aluminium cair memiliki massa jenis yang lebih ringan dari pada larutan alumina, sehingga pemisahan dapat dilakukan dengan mudah.
Elektrolisis aluminium dalam proses Hall-Heroult menghabiskan energi yang cukup banyak. Rata-rata konsumsi energi listrik dunia dalam mengelektrolisis alumina adalah 15 kWh per kilogram aluminium yang dihasilkan. Energi listrik menghabiskan sekitar 20-40% biaya produksi aluminium di seluruh dunia.
Gambar 10: Diagram Proses Hall-Heroult yang disederhanakan. Perhatikan letak katoda yang berada di dasar wadah, untuk mengantisipasi massa jenis aluminium cair yang lebih tinggi dibandingkan larutan cryolite-alumina
Aluminium daur ulang
Salah satu keuntungan aluminium lainnya adalah, mampu didaur ulang tanpa mengalami sedikitpun kehilangan kualitas. Proses daur ulang tidak mengubah struktur aluminium, daur ulang terhadap aluminium dapat dilakukan berkali-kali (wasteonline.org).
Mendaur ulang aluminium hanya mengkonsumsi energi sebesar 5% dari yang digunakan dalam memproduksi aluminium dari bahan tambang (economist.com). Di Eropa, terutama negara Skandinavia, 95% aluminium yang beredar merupakan bahan hasil daur ulang.
Proses daur ulang aluminium berawal dari kegiatan meleburkan sampah aluminium. Hal ini akan menghasilkan endapan. Endapan ini dapat diekstraksi ulang untuk mendapatkan aluminium, dan limbah yang dihasilkan dapat digunakan sebagai bahan campuran aspal dan beton karena merupakan limbah yang berbahaya bagi alam.
E. Klasifikasi dan Penggolongan Aluminium Murni
Aluminium 99% tanpa tambahan logam paduan apapun dan dicetak dalam keadaan biasa, hanya memiliki kekuatan tensil sebesar 90 MPa, terlalu lunak untuk penggunaan yang luas sehingga seringkali aluminium dipadukan dengan logam lain.
Aluminium Paduan
Elemen paduan yang umum digunakan pada aluminium adalah silikon, magnesium, tembaga, seng, mangan, dan juga lithium sebelum tahun 1970.
Secara umum, penambahan logam paduan hingga konsentrasi tertentu akan meningkatkan kekuatan tensil dan kekerasan, serta menurunkan titik lebur. Jika melebihi konsentrasi tersebut, umumnya titik lebur akan naik disertai meningkatnya kerapuhan akibat terbentuknya senyawa, kristal, atau granula dalam logam.
Namun, kekuatan bahan paduan aluminium tidak hanya bergantung pada konsentrasi logam paduannya saja, tetapi juga bagaimana proses perlakuannya hingga aluminium siap digunakan, apakah dengan penempaan, perlakuan panas, penyimpanan, dan sebagainya.
Paduan Aluminium-Silikon
Paduan aluminium dengan silikon hingga 15% akan memberikan kekerasan dan kekuatan tensil yang cukup besar, hingga mencapai 525 MPa pada aluminium paduan yang dihasilkan pada perlakuan panas. Jika konsentrasi silikon lebih tinggi dari 15%, tingkat kerapuhan logam akan meningkat secara drastis akibat terbentuknya kristal granula silika.
Paduan Aluminium-Magnesium
Keberadaan magnesium hingga 15,35% dapat menurunkan titik lebur logam paduan yang cukup drastis, dari 660 oC hingga 450 oC. Namun, hal ini tidak menjadikan aluminium paduan dapat ditempa menggunakan panas dengan mudah karena korosi akan terjadi padasuhu di atas 60 oC. Keberadaan magnesium juga menjadikan logam paduan dapat bekerja dengan baik pada temperatur yang sangat rendah, di mana kebanyakan logam akan mengalami failure pada temperatur tersebut.
Gambar 12. Diagram fase Paduan Al-Mg, temperatur vs persentase Mg
Paduan Aluminium-Tembaga
Paduan aluminium-tembaga juga menghasilkan sifat yang keras dan kuat, namun rapuh. Umumnya, untuk kepentingan penempaan, paduan tidak boleh memiliki konsentrasi tembaga di atas 5,6% karena akan membentuk senyawa CuAl2 dalam logam yang menjadikan logam rapuh.
Paduan Aluminium-Mangan
Penambahan mangan memiliki akan berefek pada sifat dapat dilakukan pengerasan tegangan dengan mudah (work-hardening) sehingga didapatkan logam paduan dengan kekuatan tensil yang tinggi namun tidak terlalu rapuh.
Selain itu, penambahan mangan akan meningkatkan titik lebur paduan aluminium.
Gambar 14. Diagram fase Al-Mn, temperatur vs konsentrasi Mn
Paduan Aluminium-Seng
Paduan aluminium dengan seng merupakan paduan yang paling terkenal karena merupakan bahan pembuat badan dan sayap pesawat terbang. Paduan ini memiliki kekuatan tertinggi dibandingkan paduan lainnya, aluminium dengan 5,5% seng dapat memiliki kekuatan tensil sebesar 580 MPa dengan elongasi sebesar 11% dalam setiap 50 mm bahan. Bandingkan dengan aluminium dengan 1% magnesium yang memiliki kekuatan tensil sebesar 410 MPa namun memiliki elongasi sebesar 6% setiap 50 mm bahan.
Gamba15. Diagram fase Al-Zn, temperatur vs persentase Zn
Paduan Aluminium-Lithium
Lithium menjadikan paduan aluminium mengalami pengurangan massa jenis dan peningkatan modulus elastisitas; hingga konsentrasi sebesar 4% lithium, setiap penambahan 1% lithium akan mengurangi massa jenis paduan sebanyak 3% dan peningkatan modulus elastisitas sebesar 5%. Namun aluminium-lithium tidak lagi diproduksi akibat tingkat reaktivitas lithium yang tinggi yang dapat meningkatkan biaya keselamatan kerja.
Paduan Aluminium-Skandium
Penambahan skandium ke aluminium membatasi pemuaian yang terjadi pada paduan, baik ketika pengelasan maupun ketika paduan berada di lingkungan yang panas. Paduan ini semakin jarang diproduksi, karena terdapat paduan lain yang lebih murah dan lebih mudah diproduksi dengan karakteristik yang sama, yaitu paduan titanium. Paduan Al-Sc pernah digunakan sebagai bahan pembuat pesawat tempur Rusia, MIG, dengan konsentrasi Sc antara 0,1-0,5% (Zaki, 2003, dan Schwarz, 2004).
Paduan Aluminium-Besi
Besi (Fe) juga kerap kali muncul dalam aluminium paduan sebagai suatu "kecelakaan". Kehadiran besi umumnya terjadi ketika pengecoran dengan menggunakan cetakan besi yang tidak dilapisi batuan kapur atau keramik. Efek kehadiran Fe dalam paduan adalah berkurangnya kekuatan tensil secara signifikan, namun diikuti dengan penambahan kekerasan dalam jumlah yang sangat kecil. Dalam paduan 10% silikon, keberadaan Fe sebesar 2,08% mengurangi kekuatan tensil dari 217 hingga 78 MPa, dan menambah skala Brinnel dari 62 hingga 70. Hal ini terjadi akibat terbentuknya kristal Fe-Al-X, dengan X adalah paduan utama aluminium selain Fe.
Tabel 1. Pengaruh Fe terhadap paduan aluminium. Perhatikan bahwa elongasi berbanding lurus dengan kekuatan tensil pada tabel di bawah ini, berbeda dengan kondisi pada umumnya yang berbanding terbalik, menunjukkan efek merusak Fe terhadap paduan aluminium % Fe Kekuatan tensil (MPa) Elongasi (%) pada 50 mm bahan Skala kekerasan Brinnel 0,29 217 14 62 0,79 216 9,8 65 0,90 210 6,0 65 1,13 171 2,5 66 1,60 126 1,5 68 2,08 78 1,0 70
Kelemahan aluminium paduan adalah pada ketahanannya terhadap lelah (fatigue). Aluminium paduan tidak memiliki batas lelah yang dapat diperkirakan seperti baja, yang berarti failure akibat fatigue dapat muncul dengan tiba-tiba bahkan pada beban siklik yang kecil.
Satu kelemahan yang dimiliki aluminium murni dan paduan adalah sulit memperkirakan secara visual kapan aluminium akan mulai melebur, karena aluminium tidak menunjukkan tanda visual seperti baja yang bercahaya kemerahan sebelum melebur.
Gambar 16: Aluminium cair. Warna kemerahan adalah cetakan yang memanas, sedangkan aluminium cair tidak menunjukkan perubahan warna walau dalam keadaan cair
Aluminium paduan untuk keperluan penempaan
Tabel 2. Sifat aluminium tempa pada tiga jenis paduan dengan komposisi yang berbeda-beda. Perlu diperhatikan bahwa elongasi berbanding terbalik dengan kekuatan tensil.
Paduan Komposisi (%) Kekuatan tensil (MPa) Elongasi (%) pada 50 mm bahan 1100 99,00 Al 90-170 5-35 3003 1,2 Mn 110-200 4-30 3004 1,2 Mn, 1,0 Mg 180-290 5-20 5052 2,5 Mg, 0,2 Cr 195-295 8-30 5056 5,2 Mg, 0,1 Mn, 0,1 Cr 295-440 10-35
Dengan persentase campuran tertentu, akan didapatkan aluminium paduan dengan kekuatan tensil hingga 400 MPa dengan ductility yang cukup. Aluminium paduan jenis ini lebih murah biaya produksinya karena tidak memerlukan perlakuan termal.
Aluminium paduan dengan perlakuan termal
Tabel 3. Sifat aluminium paduan dengan perlakuan panas pada beberapa jenis paduan dengan komposisi yang berbeda-beda. Perlu diperhatikan bahwa elongasi berbanding terbalik dengan kekuatan tensil.
Paduan Komposisi (%) Kekuatan tensil (MPa) Elongasi (%) pada 50 mm bahan 2014 4,4 Cu, 0,8 Si, 0,8 Mn, 0,4 Mg 190-490 10-22 2024 4,5 Cu, 0,6 Mn, 1,5 Mg 190-525 6-20 6061 1,0 Mg, 0,6 Si, 0,2 Cr 125-410 6-25 7075 5,5 Zn, 2,5 Mg, 1,5 Cu, 0,3 Cr 230-580 11-17
Aluminium paduan jenis memiliki biaya produksi yang lebih tinggi karena memerlukan teknik khusus dalam pembentukannya hingga aluminium siap untuk dipakai. Teknik ini akan menghasilkan paduan dengan kekuatan tensil yang cukup tinggi, yaitu di atas 400 MPa, sehingga pengurangan massa dapat dilakukan untuk mengurangi biaya dan mendapatkan kekuatan yang sesuai untuk aplikasi tertentu.
Perlakuan termal yang umum dilakukan adalah:
• Pengerjaan logam dengan menggunakan panas (misal: hot extrusion)
• Memanaskan logam hingga mendekati titik leburnya, lalu didinginkan secara perlahan. Proses ini disebut annealing, dan menghasilkan logam yang lunak.
• Pendinginan dengan cepat, baik dengan menggunakan es, air dingin, ataupun air mendidih sesuai kebutuhan. Proses ini dinamakan quenching.
• Disimpan pada temperatur tertentu (umumnya mendekati titik leburnya) selama beberapa lama (antara 1 jam hingga 40 hari). Proses ini disebut artificial age hardening.
Perlakuan termal dapat berupa kombinasi nomor dua, tiga, dan empat, namun ada juga yang melakukan penyimpanan selama beberapa lama pada suhu kamar setelah quenching sebelum siap digunakan. Ada juga yang ditempa pada suhu kamar sebelum disimpan pada suhu tinggi.
Penyimpanan pada suhu tinggi bermanfaat untuk meningkatkan kekerasan dan kekuatan tensil. Nilai peningkatan kekuatan tensil dapat mencapai tiga kalinya jika dibandingkan dengan aluminium paduan tanpa perlakuan termal.
Tabel 4. Perlakuan panas yang berbeda-beda terhadap paduan 2014 (4,4 Cu, 0,8 Si, 0,8 Mn, 0,4 Mg) dan pengaruhnya terhadap sifat mekanik bahan
Perlakuan Kekuatan Tensil Elongasi (%) pada 50 mm bahan Skala Kekerasan Brinnel Annealing 190 18 45
Quenching, lalu disimpan pada suhu kamar
435 20 105
Quenching, lalu disimpan dengan temperatur tertentu
490 13 135
Paduan 7075 merupakan paduan Al-Zn yang paling terkenal. Jika diberi perlakuan quenching, lalu disimpan dengan temperatur tinggi selama beberapa waktu, logam paduan akan memiliki kekuatan tensil 580 MPa. Jika tidak diberikan perlakuan termal, paduan hanya memiliki kekuatan tensil 230 MPa.
Pada penggunaan di lingkungan yang bersifat korosif, permukaan paduan Al-Cu yang merupakan paduan yang mudah korosi, harus dilapisi dengan aluminium murni dengan teknik "hot rolling". Hal ini akan mencegah oksidasi Al-Cu lebih jauh, bahkan ketika logam terpotong karena aluminium bersifat anodik. Meski pelapisan dengan aluminium dapat mengurangi kekuatan, hal ini umum dilakukan.
Aluminium paduan cor
Aluminium dapat dicor di cetakan pasir/tanah liat, cetakan besi, atau cetakan baja dengan diberi tekanan. Logam cor dapat lebih cepat mengeras jika dicor dengan cetakan logam, sehingga akan menghasilkan efek yang sama seperti efek quenching, yaitu memperkeras logam.
Pengecoran dengan besi harus dilakukan dengan hati-hati karena dapat menyebabkan intrusi besi ke dalam paduan, menyebabkan paduan memiliki komposisi yang tidak diinginkan. Proses pengecoran, selain harus terbebas dari pengotor pencetaknya, juga harus terbebas dari uap air. Aluminium, dalam temperatur tinggi, dapat bereaksi dengan uap air membentuk aluminium hidroksida dan gas hidrogen. Aluminium cair, sepeti logam cair pada umumnya, dapat melarutkan gas tersebut, dan ketika logam mulai mendingin
dan menjadi padat, gelembung-gelembung hidrogen akan terbentuk di dalam logam, menyebabkan logam menjadi berpori-pori dan menyebabkan logam semakin rapuh.
Untuk mencegah keberadaan gas hidrogen dalam logam, pengecoran sebaiknya dilakukan dalam keadaan kering dan tidak lembab serta logam tidak dilelehkan pada temperatur jauh di atas titik lelehnya. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan tanur listrik, namun hal ini akan meningkatkan biaya produksi.
Komposisi utama aluminium paduan cor pada umumnya adalah tembaga, silikon, dan magnesium. Al-Cu memberikan keuntungan yaitu kemudahan dalam pengecoran dan memudahkan pengerjaan permesinan. Al-Si memmberikan kemudahan dalam pengecoran, kekuatan, ketahanan pada temperatur tinggi, dan pemuaian yang rendah. Sifat pemuaian merupakan sifat yang penting dalam logam cor dan ekstrusi, yang pada umumnya merupakan bagian dari mesin. Al-Mg juga memberikan kekuatan, dan lebih baik dibandingkan Al-Si karena memiliki ketahanan yang lebih tinggi hingga logam mengalami deformasi plastis (elongasi). Namun konsentrasi lebih dari 10% dapat mengurangi kemudahan dalam pengecoran.
F. Sifat-Sifat Teknis Bahan Sifat Fisik Aluminium
Table 5, menunjukan sifat fisik aluminium
Nama, Simbol, dan Nomor Aluminium, Al, 13 Sifat Fisik
Wujud Padat
Massa jenis 2,70 gram/cm3
Massa jenis pada wujud cair 2,375 gram/cm3
Titik lebur 933,47 K, 660,32 oC, 1220,58 oF Titik didih 2792 K, 2519 oC, 4566 oF Kalor jenis (25 oC) 24,2 J/mol K
Resistansi listrik (20 oC) 28.2 nΩ m Konduktivitas termal (300 K) 237 W/m K Pemuaian termal (25 oC) 23.1 µm/m K
Modulus Young 70 Gpa
Modulus geser 26 Gpa
Poisson ratio 0,35
Kekerasan skala Mohs 2,75
Kekerasan skala Vickers 167 Mpa Kekerasan skala Brinnel 245 Mpa
Sifat Mekanik Aluminium
Sifat teknik bahan aluminium murni dan aluminium paduan dipengaruhi oleh konsentrasi bahan dan perlakuan yang diberikan terhadap bahan tersebut.
Aluminium terkenal sebagai bahan yang tahan terhadap korosi. Hal ini disebabkan oleh fenomena pasivasi, yaitu proses pembentukan lapisan aluminium oksida di permukaan logam aluminium segera setelah logam terpapar oleh udara bebas. Lapisan aluminium oksida ini mencegah terjadinya oksidasi lebih jauh. Namun, pasivasi dapat terjadi lebih lambat jika dipadukan
dengan logam yang bersifat lebih katodik, karena dapat mencegah oksidasi aluminium.
Kekuatan tensil
Kekuatan tensil adalah besar tegangan yang didapatkan ketika dilakukan pengujian tensil. Kekuatan tensil ditunjukkan oleh nilai tertinggi dari tegangan pada kurva tegangan-regangan hasil pengujian, dan biasanya terjadi ketika terjadinya necking. Kekuatan tensil bukanlah ukuran kekuatan yang sebenarnya dapat terjadi di lapangan, namun dapat dijadikan sebagai suatu acuan terhadap kekuatan bahan.
Kekuatan tensil pada aluminium murni pada berbagai perlakuan umumnya sangat rendah, yaitu sekitar 90 MPa, sehingga untuk penggunaan yang memerlukan kekuatan tensil yang tinggi, aluminium perlu dipadukan. Dengan dipadukan dengan logam lain, ditambah dengan berbagai perlakuan termal, aluminium paduan akan memiliki kekuatan tensil hingga 580 MPa (paduan 7075).
Kekerasan
Kekerasan gabungan dari berbagai sifat yang terdapat dalam suatu bahan yang mencegah terjadinya suatu deformasi terhadap bahan tersebut ketika diaplikasikan suatu gaya. Kekerasan suatu bahan dipengaruhi oleh elastisitas, plastisitas, viskoelastisitas, kekuatan tensil, ductility, dan sebagainya. Kekerasan dapat diuji dan diukur dengan berbagai metode. Yang paling umum adalah metode Brinnel, Vickers, Mohs, dan Rockwell.
Kekerasan bahan aluminium murni sangatlah kecil, yaitu sekitar 65 skala Brinnel, sehingga dengan sedikit gaya saja dapat mengubah bentuk logam. Untuk kebutuhan aplikasi yang membutuhkan kekerasan, aluminium perlu dipadukan dengan logam lain dan/atau diberi perlakuan termal atau fisik. Aluminium dengan 4,4% Cu dan diperlakukan quenching, lalu disimpan pada temperatur tinggi dapat memiliki tingkat kekerasan Brinnel sebesar 135. Ductility
Ductility didefinisikan sebagai sifat mekanis dari suatu bahan untuk menerangkan seberapa jauh bahan dapat diubah bentuknya secara plastis tanpa terjadinya retakan. Dalam suatu pengujian tensil, ductility ditunjukkan dengan bentuk neckingnya; material dengan ductility yang tinggi akan mengalami necking yang sangat sempit, sedangkan bahan yang memiliki ductility rendah, hampir tidak mengalami necking. Sedangkan dalam hasil pengujian tensil, ductility diukur dengan skala yang disebut elongasi. Elongasi adalah seberapa besar pertambahan panjang suatu bahan ketika dilakukan uji kekuatan tensil. Elongasi ditulis dalam persentase pertambahan panjang per panjang awal bahan yang diujikan.
Aluminium murni memiliki ductility yang tinggi. Aluminium paduan memiliki ductility yang bervariasi, tergantung konsentrasi paduannya, namun pada umumnya memiliki ductility yang lebih rendah dari pada aluminium murni, karena ductility berbanding terbalik dengan kekuatan tensil, serta hampir semua aluminum paduan memiliki kekuatan tensil yang lebih tinggi dari pada aluminium murni.
G. Contoh Aplikasi
Aluminium adalah logam non-besi yang paling banyak digunakan di seluruh dunia. Produksi global dunia pada tahun 2005 mencapai 31,9 juta ton, melebihi produksi semua logam non-besi lainnya (Hetherington et al, 2007).
Aluminium memiliki rasio kekuatan terhadap massa yang paling tinggi, sehingga banyak digunakan sebagai bahan pembuat pesawat dan roket. Aluminium juga dapat menjadi reflektor yang baik; lapisan aluminium murni dapat memantulkan 92% cahaya .
Aluminium murni, saat ini jarang digunakan karena terlalu lunak. Penggunaan aluminium murni yang paling luas adalah aluminium foil (92-99% aluminium).
Paduan aluminium-magnesium umumnya digunakan sebagai bahan pembuat badan kapal. Paduan lainnya akan mudah mengalami korosi ketika berhadapan dengan larutan alkali seperti air laut.
Paduan aluminium-tembaga-lithium digunakan sebagai bahan pembuat tangki bahan bakar pada pesawat ulang-alik milik NASA.
Uang logam juga terbuat dari aluminium yang diperkeras. Hingga saat ini, sulit dicari apa bahan paduan uang pembuat uang logam berwarna putih keperakan ini, kemungkinan dirahasiakan untuk mencegah pemalsuan uang logam.
Velg mobil juga menggunakan bahan aluminium yang dipadu dengan magnesium, silicon, atau keduanya, dan dibuat dengan cara ekstrusi atau dicor.
Beberapa jenis roda gigi menggunakan paduan Al-Cu. Penggunaan paduan Cu untuk mendapatkan tingkat kekerasan yang cukup dan memperpanjang usia benda akibat fatigue.
Gambar 17. Uang logam, juga terbuat dari aluminium
Gambar 19. Aluminium foam
Gambar 20. Velg mobil, mengunakan paduan Al-Si, Al-Mg, atau Al-Si-Mg
Gambar 21. Roda gigi menggunakan paduan Al-Cu
Gambar 22. Pesawat terbang, dibuat dengan menggunakan paduan 7075, Al-Zn.
H. Standarisasi dan Kodifikasi
Pengkodean aluminium tempa berdasarkan International Alloy Designation System adalah sebagai berikut:
• Seri 1xxx merupakan aluminium murni dengan kandungan minimun 99,00% aluminium berdasarkan beratnya.
• Seri 2xxx adalah paduan dengan tembaga. Terdiri dari paduan bernomor 2010 hingga 2029.
• Seri 3xxx adalah paduan dengan mangan. Terdiri dari paduan bernomor 3003 hingga 3009.
• Seri 4xxx adalah paduan dengan silikon. Terdiri dari paduan bernomor 4030 hingga 4039
• Seri 5xxx adalah paduan dengan magnesium. Terdiri dari paduan dengan nomor 5050 hingga 5086.
• Seri 6xxx adalah paduan dengan silikon dan magnesium. Terdiri dari paduan dengan nomor 6061 hingga 6069
• Seri 7xxx adalah paduan dengan seng. Terdiri dari paduan dengan nomor 7070 hingga 7079.
• Seri 8xxx adalah paduan dengan lithium.
Perlu diperhatikan bahwa pengkodean aluminium untuk keperluan penempaan seperti di ats tidak berdasarkan pada komposisi paduannya, tetapi berdasarkan pada sistem pengkodean terdahulu, yaitu sistem Alcoa yang menggunakan urutan 1 sampai 79 dengan akhiran S, sehingga dua digit di belakang setiap kode pada pengkodean di atas diberi angka sesuai urutan Alcoa terdahulu. Pengecualian ada pada paduan magnesium dan lithium.
Pengkodean untuk aluminium cor berdasarkan Aluminium Association adalah sebagai berikut:
• Seri 1xx.x adalah aluminium dengan kandungan minimal 99% aluminium
• Seri 2xx.x adalah paduan dengan tembaga
• Seri 3xx.x adalah paduan dengan silikon, tembaga, dan/atau magnesium
• Seri 4xx.x adalah paduan dengan silikon
• Seri 5xx.x adalah paduan dengan magnesium
• Seri 7xx.x adalah paduan dengan seng
• Seri 8xx.x adalah paduan dengan lithium
Perlu diperhatikan bahwa pada digit kedua dan ketiga menunjukkan persentase aluminiumnya, sedangkan digit terakhir setelah titik adalah keterangan apakah aluminium dicor setelah dilakukan pelelehan pada produk aslinya, atau dicor segera setelah aluminium cair dengan paduan tertentu. Ditulis hanya dengan dua angka, yaitu 1 atau 0.
Klasifikasi aluminium pada Standar Nasional Indonesia tidak berdasarkan pada konsentrasi paduan maupun perlakuannya. Klasifikasi aluminium paduan pada Standar Nasional Indonesia didasarkan pada aplikasi aluminium tersebut. Berikut ini adalah contoh penomoran aluminium pada Standar Nasional Indonesia:
• 03-2583-1989 aluminium lembaran bergelombang untuk atap dan dinding
• 07-0417-1989 ekstrusi aluminium paduan
• 03-0573-1989 jendela aluminium paduan
• 07-0603-1989 aluminium ekstrusi untuk arsitektur
• 07-0733-1989 ingot aluminium primer
• 07-0734-1989 aluminium ekstrusi untuk arsitektur, terlapis bahan anodisasi
• 07-0829-1989 ingot aluminium paduan untuk cor
• 07-0851-1989 plat dan lembaran aluminium
• 07-0957-1989 aluminium foil dan paduannya
• 04-1061-1989 kawat aluminium untuk penghantar listrik
Terdapat 84 produk aluminium yang terdaftar dalam Sistem Informasi Standar Nasional Indonesia, berupa aluminium murni dan paduannya, senyawa aluminium, bahkan petunjuk teknis pembuatan aluminium dan aplikasinya juga merupakan produk terdaftar di SNI.
I. Bentuk, Ukuran, dan Harga
TOKO MEGA ALUMUNIUM Jl. KH Soleh Iskandar (JL. Baru) no. 9 Bogor
• Ukuran 3” x 1,5” x 1,0mm
Bentuk Harga
M Rp. 208.500
Holo (persegi panjang) Rp. 172.100
Spanrel Rp. 180.400 Plat Siku Rp. 27.500 L Rp. 80.700 Plat strip Rp. 65.600 • Ukuran 1,20 m x 2,40 m x 0,3 mm Bentuk Harga Plat Lembaran Rp. 800.000 • Ukuran 4” x 1,5” x 1,0 mm Bentuk Harga M Rp. 256.000 Spanrel Rp. 255.300
Holo (persegi panjang) Rp. 218.900
• Alumunium Batang
Bentuk Panjang Tebal Harga
Batang siku 6 m 0.8 mm Rp. 38.000,00
Batang H 6 m 1 mm Rp. 225.000,00
Glosarium
Age-hardening Adalah teknik perlakuan termal untuk meningkatkan kekuatan tensil dari material yang dapat ditempa yang mengandalkan prinsip perubahan fase dalam respon suatu material terhadap temperatur.
Annealing Adalah perlakuan termal yang mengubah struktur mikro dari suatu material yang menyebabkan perubahan sifat seperti kekuatan, kekerasan, dan ductility. Dalam logam, perlakuan ini dilakukan dengan memanaskan material hingga bercahaya.
Cryolite Bahan yang digunakan sebagai pelarut alumina untuk proses elektrolisis. Susunan senyawanya adalah Na3AlF6. Die casting Proses membentuk logam cair di bawah tekanan
menggunakan cetakan.
Ductility Sifat mekanik yang digunakan untuk menjelaskan seberapa jauh benda dapat dilakukan deformasi plastis hingga mengalami keretakkan.
Ekstrusi Proses membuat benda dalam bentuk yang telah ditetapkan dengan mendorong material melalui “die” hingga terbentuk bentuk yang diinginkan.
Elektrolisis Metode menggunakan arus listrik untuk memicu reaksi kimia non-spontan.
Elongasi Seberapa besar pertambahan panjang suatu bahan ketika dilakukan uji kekuatan tensil. Elongasi ditulis dalam persentase pertambahan panjang per panjang awal bahan yang diujikan.
Failure Hilangnya kemampuan suatu bahan dalam menahan beban atau bahkan beban dirinya sendiri.
Fatigue Kerusakan material dan progresif yang terjadi akibat beban siklik yang diaplikasikanke suatubahan.
Ingot Suatu material, umumnya logam, yang dicetak dalam bentuk yang siap dipakai untuk pemrosesan berikutnya.
Kekerasan Berbagai sifat dari suatu material dalam wujud padat yang memberikannya resistansi terhadap berbagai perubahan bentuk ketika gaya diaplikasikan.
Kekuatan tensil Adalah seberapa besar gaya per satuan luas yang
diaplikasikan dalam uji tensil hingga benda uji mengalami necking.
Modulus geser Rasio dari tegangan geser dan regangan geser ketika suatu bahan mengalami gaya paralel pada permukaan yang berlawanan dengan arah yang berlawanan.
Modulus young Rasio dari tegangan dan regangan ketika suatu benda mengalami tekanan atau tarikan dalam satu arah.
Necking Adalah bentuk dari deformasi tensil ketika tegangan yang relatif besar memindahkan secara disproporsional sebagian dari suatu bahan.
Pasivation Proses yang menjadikan suatu material bersifat pasif terhadap zat lainnya.
Perlakuan termal Perlakuan yang menggunakan temperatur, dalam bentuk pendinginan atau pemanasan, umumnya hingga mendekati temperatur ekstrim, untuk mendapatkan hasil yang
diinginkan, berupa meningkatnya kekuatan bahan atau melunakkan suatu bahan.
Poisson Ratio Rasio kontraksi benda secara horisontal terhadap meregangnya benda seara vertikal ketika benda diregangkan
Quenching Proses termal, yaitu mendinginkan dalam waktu cepat suatu material yang sedang berada dalam kondisi temperatur yang mendekati ekstrim.
Work-hardening Penambahan kekuatan suatu logam dengan deformasi plastis
Daftar Pustaka
Ahmad, Zaki.2003. "The properties and application of scandium-reinforced aluminum". JOM
Anonim. Aluminium, dari [[http://webmineral.com/data/Aluminum.shtml]] diunduh pada tanggal 15 Desember 2009
Christoph Schmitz, Josef Domagala, Petra Haag.2006. Handbook of aluminium recycling: fundamentals, mechanical preparation, metallurgical
processing, plant design. Vulkan-Verlag GmbH. Dieter G. E.1988. Mechanical Metallurgy. McGraw-Hill.
Emsley, John.2001. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, UK: Oxford University Press
Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A.1997. Chemistry of the Elements (2nd ed.), Oxford: Butterworth-Heinemann.
Guilbert, John M. and Carles F. Park.1986. The Geology of Ore Deposits. Freeman
Polmear, I. J. 1995. Light Alloys: Metallurgy of the Light Metals. Arnold.
__________. 2006. Light alloys from traditional alloys to nanocrystals. Oxford: Elsevier/Butterworth-Heinemann
Schwarz James A. Contescu Cristian I., Putyera Karol. 2004. Dekker encyclopédia of nanoscience and nanotechnology, Volume 3. CRC Press Surdia Tata, dan Saito Shinroku.1985. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta:
PT Dainippon Gitakarya Printing Venetski S. 1969. ""Silver" from clay".
Daftar kontribusi anggota kelompok :
1. Abdul Hafizh
Mencari bahan untuk pembuatan makalah, sebagai narasumber mengenai standarisasi dan pengkodean, membuat slide mengenai standarisasi dan pengkodean
2. Sapto Andriyono
Mencari bahan untuk pembuatan makalah, membuat makalah,sebagai narasumber mengenai proses pembuatan, membuat slide mengenai proses pembuatan.
3. Yudhi Sudiyanto
Mencari bahan untuk pembuatan makalah, sebagai moderator dan operator.
4. Aulia Rizqi Nur Abidi
Mencari bahan untuk pembuatan makalah, sebagai narasumber mengenai klasifikasi dan penggolongan, membuat slide mengenai klasifikasi dan penggolongan, membuat dan merapikan bahan aluminium,mengedit makalah.
5. Yuliana
Mencari bahan untuk pembuatan makalah, sebagai narasumber mengenai pengertian dan kandungan unsur, membuat slide mengenai pengertian dan kandungan unsur, membuat dan merapikan bahan aluminium, survey bahan aluminium
6. Reny Irmayanti
Mencari bahan untuk pembuatan makalah, sebagai narasumber mengenai harga dan aplikasi, membuat slide mengenai harga dan aplikasi, membuat dan merapikan bahan aluminium, survey bahan aluminium
7. Rhamdani Mardiansyah
Mencari bahan untuk pembuatan makalah, sebagai narasumber mengenai struktur mikro, membuat slide mengenai struktur mikro, survey bahan aluminium, membuat layout+mengedit slide
8. Ahmad Eriska
Mencari bahan untuk pembuatan makalah, sebagai narasumber mengenai sifat-sifat, membuat slide mengenai sifat-sifat, membuat layout+mengedit slide
