TENTANG
: Ir. Galuh Widati,MSc.
Bahasa Indonesia: NIDN
: Pembaca
Ir. Galuh Widati,MSc.
Untuk melakukan Penelitian dengan judul : 2018-2022 menugaskan:
Tidak. 36-B/UKI.F6.D/PP.2/2021
Jabatan Fungsional Nama
Dekan, : Fakultas Teknik UKI
: 141111/ 0302115801 : Lektor/IVA
Dalam rangka menyelenggarakan kegiatan Penelitian di Fakultas Teknik Universitas Kristen Indonesia, Jakarta
Unit Kerja
Demikian Surat Tugas ini kami buat untuk dilaksanakan dengan penuh tanggung jawab.
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS KRISTEN INDONESIA
Unit Kerja
Nama
menyampaikan Ir. Galuh Widati, MSc. Sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Kristen Indonesia masa kerja
: Fakultas Teknik UKI Pangkat/Golongan
: Ir. Budiarto M.Sc.
maka dengan ini Pimpinan Fakultas :
: : Dekan
Jakarta, 01 Februari 2021 NIP/NIDN
Berdasarkan Surat Keputusan Rektor Universitas Kristen Indonesia Nomor : 93/UKI.R/SK/SDM.8/2018 tentang
TUGAS MELAKUKAN KEGIATAN PENELITIAN: 03.261261.03
Pangkat/Golongan/Ruang
Genap Semester Tahun Akademik 2020/2021
2. Analisis Pemanfaatan Bahan Bakar Biogas Limbah Sawit Sebagai Gas Engine (Generator Listrik) Kutipan:
AIP Conference Proceedings 2342, 070004 (2021); https://doi.org/10.1063/5.0045876 Diterbitkan Daring: 22 April 2021 Rahmad Samosir, Budiarto, dan Andreas Kristiawan
1.“Material Science and Nanotechnology”, Pengaruh waktu penuaan buatan terhadap ukuran kristal, kerapatan dislokasi, kekerasan dan struktur mikro pada paduan material Al 6061. Publikasi dalam AIP Conference Proceedings 2342, 060001 (2021); ); https://doi.org/10.1063/5.0045373 Diterbitkan Online: 22 April 2021 Budiarto, Susilo,
dan Ulung Sanjaya
SURAT TUGAS
Fakultas Teknik
UNIVERSITAS KRISTEN INDONESIA
• RENDAH HATI • BERBAGI DAN PEDULI • PROFESIONAL • BERTANGGUNG
a)Penulis korespondensi: [email protected]
Variasi waktu penahanan 1 jam, 24 jam, dan 30 jam. Pengujian ukuran kristal, kerapatan dislokasi, dan mikrostruktur kisi menggunakan difraktometer sinar-X, pengujian kekerasan dengan skala Vickers, dan mikrostruktur permukaan dengan SEM-EDX. Hasil pengujian ukuran kristal, kerapatan dislokasi, dan regangan mikro kisi pada ÿ-Al 4 fasa pada bidang indeks Miller (111), (200), (220), dan (311) menunjukkan bahwa ukuran kristal meningkat seiring dengan lamanya waktu pemanasan penuaan buatan. Sementara kerapatan dislokasi dan regangan
mikro kisi meningkat selama periode pemanasan 1 jam hingga 30 jam, kerapatan dislokasi dan regangan kisi menurun pada bidang indeks Miller (111) hingga (311).
Abstrak. Penelitian tentang pengaruh perlakuan panas T6 dan waktu hidup buatan terhadap ukuran kristal, kerapatan dislokasi, kekerasan, dan struktur mikro material paduan Al 6061 yang dibuat dengan metode metalurgi serbuk. Perlakuan panas T6 diawali dengan larutan padat yang dipanaskan pada suhu 530 °C, ditahan selama 60 menit, kemudian dilakukan quenching ke dalam media air, dan proses penuaan buatan pada suhu 200 °C dan 300 °C.
1Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Indonesia, Jakarta, Indonesia 2Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Indonesia, Jakarta Jl. Mayjen Sutoyo no.2 Cawang, Kramat Jati, Jakarta 13630
Indonesia 3Lapangan Balmetsenpi, Puslabfor, Mabes Polri, Jakarta, Indonesia
Pengujian kekerasan material cor Al 6061 adalah 54 HV setelah pendinginan nilai kesadahan air sebesar 75 HV, namun setelah penuaan buatan kekerasannya menurun dengan waktu penahanan yang lebih lama dari 45,50 HV menjadi 39,95 HV. Pengamatan mikrostruktur dengan SEM-EDX, menunjukkan bahwa sampel uji Al 6061 tanpa perlakuan panas menunjukkan matriks ÿ-Al yang dominan, sedangkan pada sampel Al 6061 setelah proses T6 terlihat bahwa fasa Mg2Si berfungsi untuk mengeraskan paduan Al 6061.
Aluminium merupakan material yang banyak digunakan untuk konstruksi, mulai dari sepeda, otomotif, kapal, roket, hingga pesawat terbang. Keunggulan material aluminium adalah bobotnya yang ringan dan kekuatannya yang dapat ditingkatkan sesuai dengan kebutuhan. Kekuatan aluminium biasanya ditingkatkan dengan cara paduan dan perlakuan panas. Sebagian besar material aluminium diperkuat dengan mekanisme penguatan logam yang disebut pengerasan presipitasi. Dalam pengerasan presipitasi harus memiliki dua fase, yaitu fase yang jumlahnya lebih banyak disebut matriks dan fase yang jumlahnya lebih sedikit disebut presipitat. Mekanisme penguatan ini meliputi tiga tahap, yaitu a). solid solution treatment: pemanasan hingga di atas garis solvus untuk mendapatkan fase larutan padat yang homogen, b). quenching:
lebih baik dengan cepat untuk mempertahankan mikrostruktur fase padat yang homogen untuk mencegah difusi, dan c).
aging: dipanaskan dengan suhu yang tidak terlalu tinggi sehingga terjadi difusi fase alfa pada jarak pendek untuk membentuk presipitat [3,4].
Aluminium merupakan unsur terbanyak ke-4 di bumi yang merupakan logam ringan yang mempunyai sifat-sifat ringan, tahan korosi dan konduktivitas listrik serta panas yang baik, mudah dibentuk baik melalui proses pembentukan maupun pemesinan, dan sifat-sifat baik lainnya sebagai sifat logam. Di alam, aluminium merupakan oksida yang stabil yang tidak dapat direduksi dengan cara yang sama seperti logam lainnya. Reduksi aluminium hanya dapat dilakukan dengan
elektrolisis. Selain kekuatan mekaniknya yang sangat meningkat dengan penambahan Cu, Mg, Si. Mn, Zn, Ni, dan lain-lain, secara sendiri-sendiri maupun bersama-sama, juga memberikan sifat-sifat baik lainnya seperti tahan korosi, tahan aus, koefisien muai yang rendah dan lain sebagainya [1,2].
Budiarto1,a), Susilo2 Bahasa Indonesia:
Kepadatan Dislokasi, Kekerasan dan Struktur Mikro pada Al Pengaruh Waktu Penuaan Buatan terhadap Ukuran Kristal,
6061 Material Paduan
dan Ulung Sanjaya3
PERKENALAN
METODOLOGI
TABEL 1. Data komposisi unsur kimia paduan Al 6061 dengan Spektrometer OE Ulement Al Pb Wt% 97,11 0,86
angka 0
angka 0 Bahasa Inggris: Cr
Pengujian struktur kristal berupa ukuran kristal, kerapatan dislokasi, dan struktur mikro kisi paduan Al 6061 menggunakan XRD (model Smartlab-Rigaku) dengan radiasi Cu Kÿ (ÿ = 1,5406 Å). Data XRD diperoleh pada suhu ruang pada kisaran 25 hingga 100 ° dengan kecepatan pindai 2 °/menit dan lebar langkah 0,02 °. Parameter kristal berupa ukuran kristal rata-rata, regangan kisi, kerapatan dislokasi, dan parameter kisi (a dan c) ditentukan dari hasil analisis XRD. Rata-rata ukuran kristal (D) paduan Al 6061 diestimasi menggunakan persamaan Derby Scherrer [4], D = 0,9 ÿ / ÿ cos ÿ ... (1) dimana, ÿ adalah panjang gelombang sinar-X (1,5405 Å), ÿ adalah FWHM (lebar penuh pada setengah maksimum) puncak (hkl) dan ÿ adalah sudut difraksi.
°
Perubahan sifat yang terjadi pada akhir proses perlakuan panas disebabkan oleh perubahan struktur mikro logam selama proses pemanasan dan pendinginan. Besarnya struktur mikro ini sangat dipengaruhi oleh komposisi kimia logam atau paduannya serta jenis perlakuan panas yang dijalaninya, oleh karena itu jenis proses perlakuan panas terbagi menjadi, perlakuan panas yang menyebabkan perubahan struktur mikro pada seluruh bagian logam. Pengendapan partikel fase kedua melibatkan proses difusi yang sangat bergantung pada suhu dan waktu, oleh karena itu baik suhu maupun waktu penuaan merupakan dua parameter penting dalam proses pengerasan presipitat. Selama proses penuaan, kekerasan dan kekuatan tarik material akan meningkat dan mencapai nilai maksimum ketika partikel pengendapan yang koheren mencapai distorsi dan ukuran optimal. Jika ukuran partikel terlalu kasar, jarak antar partikel akan terlalu jauh sehingga tidak efektif lagi dalam menahan pergerakan dislokasi [6,7].
Hari ini
1 jam, kemudian diquenching dalam media air dingin. Setelah itu dilakukan artificial aging dengan suhu 200 selama 1 jam, 24 jam, dan 30 jam. Proses metalografi dimulai dari grinding, polishing hingga etching. Spesimen paduan Al 6061 selanjutnya dilakukan tiga kali pengujian yaitu uji kekerasan skala mikro Vickers, uji ukuran kristal, kerapatan dislokasi, dan regangan kisi mikro dengan alat XRD di UPT FMIPA UI, dan uji struktur mikro permukaan dengan SEM-EDXS serta pengujian kekerasan menggunakan skala mikro Vickers standar ASTM E384 dengan waktu tekan 12 detik dan beban mayor 0,5 KgF di Laboratorium Forentik Puslabfor Mabes Polri.
Regangan mikro kisi (ÿ) dihitung menggunakan persamaan berikut [4], Ya
Dalam dunia industri khususnya otomotif, penggunaan material dan paduan aluminium sering digunakan, sehingga inovasi untuk material aluminium terus dikembangkan untuk mendapatkan hasil yang maksimal. Dalam proses pengecoran berbahan dasar aluminium untuk komponen transmisi sub-assy salah satu permasalahan yang dihadapi adalah kurangnya kesempurnaan pada produk komponen transmisi sub-assy, seperti pengisian yang tidak komplet, sifat mekanik yang rendah, penyusutan, dan porositas. Melalui proses perlakuan panas paduan aluminium berfungsi untuk memperbaiki sifat mekanik material, dan modifikasi struktur mikro dari material itu sendiri. Penelitian tentang penambahan Sr pada analisis sifat mekanik Pengecoran Aluminium dengan proses modifier berdasarkan variasi strontium 0wt. %Sr, 0,05wt.
%Sr, 0,075wt. %Sr, dan 0,1 wt. % Sr akan meningkatkan kuat tarik sebesar 30,1% dan kuat tekan sebesar 14,8% dan telah dilakukan pembentukan fasa Al-Fe-Mn-Si, fasa silikon dan fasa ÿ-Al [5].
C dipegang
Mg Cu Mn Zn Fe 1,52 0,018 0,002 0,51
Perlakuan larutan padat C untuk 0
Kepadatan dislokasi (ÿ) akibat regangan kisi dapat dinyatakan dengan hubungan [4],
pencampuran serbuk Al, Mg dan Si kemudian dicetak dan dipress dengan tekanan 20 Ton dan temperatur sinter 475 diameter dan tebal 2 mm.
Sebelum dilakukan pengujian, material diberikan perlakuan panas T6 pada suhu 530
... ... ... (3)
Material yang digunakan berupa Al 6061 bentuk silinder dibuat dengan metode metalurgi serbuk dengan cara ditimbang, C. Ukuran 20 mm
ÿ = 1 / D2
0,005 0,001 0,003 0,002
ÿ = ÿ / 4tan ÿ ... ... ... (2)
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh waktu ketahanan penuaan buatan terhadap ukuran kristal, kerapatan dislokasi, mikrostruktur kisi dengan metode difraksi sinar-X, kekerasan dan mikrostruktur pada paduan Al 6061 yang dibuat dengan metode metalurgi serbuk setelah proses T6.
GAMBAR 2. Grafik hubungan antara medan indeks Miller dan ukuran kristal pada variasi waktu umur buatan paduan Al 6061
GAMBAR 1. Difraktogram dari paduan Al 6061 pada suhu 200 0C yang mengalami penuaan buatan dengan waktu penahanan 1 jam, 24 jam, dan 30 jam.
4.5000 4.0000 3.5000 3.0000 5.5000 5.0000 6.0000 6.5000
200 - 1 jam 200 - 24 jam 200 - 30 jam
Pesawat hkl
Analisis Ukuran Kristal, Densitas Islokasi, dan Agregat Ikro dengan XRD HASIL DAN PEMBAHASAN
dengan satuan Ys dalam MPa dan ÿ dalam m/m3 atau garis/m2
Setelah kerapatan dislokasi diketahui, maka kekuatan luluh (Ys) dapat dihitung dengan persamaan berikut [4]: Ys = 274,54 + 4,963 × 10-6 ÿÿ ... (4)
220 311
200 111
Bahasa
Ukuran
Dislokasi (Garis/
Regangan
GAMBAR 3. Grafik hubungan antara medan indeks Miller dan kerapatan dislokasi pada variasi waktu umur buatan paduan Al 6061
16,25
200 - 30 jam 0,05000
18,75 0,06000
17,5
200 - 24 jam 0,02000
0,07000
20
200 - 1 jam 0,03000
200 - 30 jam
200 0,04000
311
220 Pesawat hkl
12,5
200 - 24 jam
311 Pesawat hkl
220
13,75 15
200 - 1 jam
200
111 111
Puncak difraksi hasil XRD menunjukkan bahwa paduan Al 6061 mempunyai 4 fasa ÿ-Al pada bidang indeks Miller yaitu (111), (200), (220), dan (311) ukuran kristal terlihat semakin lama waktu penahanan maka ukuran kristal semakin kecil (6,3nm sampai 5,8nm) pada bidang indeks Miller (111), begitu pula pada bidang indeks Miller (311) ukuran kristal semakin kecil (4,3nm sampai 4,0nm) terlihat pada Gambar 2.
GAMBAR 4. Grafik hubungan antara medan indeks Miller dan regangan kisi mikro pada variasi waktu umur buatan paduan Al 6061
Ukuran kristalit pada bidang indeks Miller (111) yaitu 6,3 nm berkurang dengan waktu penahanan penuaan buatan 30 jam yaitu 4 nm pada bidang indeks Miller (311). Data tersebut menunjukkan bahwa peningkatan ukuran kristalit kemungkinan besar disebabkan oleh proses rekristalisasi dan pertumbuhan butir selama penuaan. Hal ini dapat dijelaskan oleh regangan kisi mikro, bahwa sebagian besar deformasi plastis paduan Al 6061 terjadi melalui proses dislokasi slip dan twin. Dengan demikian penuaan buatan yang dikenakan pada material paduan Al 6061 tidak berubah menjadi regangan butir tetapi menjadi rotasi pada kisi kristal. Pergeseran kisi kristal ini menghasilkan kristalit. Karena adanya perlakuan panas (penuaan buatan) yang kedua menyebabkan terjadinya difusi atom pada batas butir, yang ditandai dengan peningkatan ukuran kristal. Pada Gambar 2 terlihat nilai kerapatan dislokasi terlihat semakin lama waktu penahanan maka semakin besar pula kerapatan dislokasi (0,028 garis/mm2 pada bidang indeks Miller (111) sampai 0,058 garis/mm2 pada bidang indeks Miller (311).
Analisis Kekerasan Mikro Vickers
GAMBAR 5. Grafik hubungan antara kekerasan pada proses T6, pada variasi waktu umur buatan paduan Al 6061
Kekerasan
Dari hasil pengujian kekerasan rata-rata sampel uji Al 6061 yang mengalami perlakuan panas T6,
Pendinginan
Waktu 30 jam
40
Waktu 1 jam
Selain itu regangan kisi mikro sampel paduan Al 6061 hasil pencelupan cepat dan penuaan buatan dalam waktu 24 jam pada medan indeks Miller (311) lebih kecil 13% jika dibandingkan dengan penuaan buatan medan indeks Miller (111) dalam waktu 24 jam yaitu 19%. Data ini menunjukkan bahwa mikrostruktur kisi rendah tersebut kemungkinan terjadi proses rekristalisasi dan pertumbuhan butir pada saat penuaan buatan. Berdasarkan data bahwa kerapatan dislokasi hasil penuaan buatan pada indeks Miller (311) lebih besar dibandingkan dengan kerapatan dislokasi medan indeks Miller (111), berarti terdapat batas regangan maksimum akibat deformasi. Regangan maksimum tersebut disebabkan oleh mekanisme deformasi dan harus memenuhi rasio c/a yang konstan, sehingga kerapatan dislokasi meningkat. Peningkatan kerapatan dislokasi mengakibatkan peningkatan tegangan sisa terhadap kekuatan luluh lebih lanjut [7,8].
3
nomor telepon 0123456
Pada Gambar 3 terdapat 4 puncak difraksi dari hasil XRD yang menunjukkan bahwa paduan Al 6061 yang terdiri dari medan indeks Miller yaitu (111), (200), (220), dan (311) dari struktur mikro kisi menunjukkan bahwa semakin lama waktu penahanan maka regangan mikro kisi semakin besar (17,2%) pada medan indeks Miller (111), begitu pula pada medan indeks Miller (311) semakin lama waktu penahanan maka regangan mikro kisi semakin kecil yaitu sebesar 13%.
TIDAK.
45,5
20
54 TABEL 2. Hasil pengujian kekerasan skala mikro Vickers dari paduan Al 6061
80
Proses perlakuan panas
Sebagai pemeran
Waktu 24 jam 2
39,95
angka 0
Akibat dari peningkatan bentuk garis cacat kristal ditunjukkan dengan peningkatan nilai mikrostruktur kisi yang mengakibatkan peningkatan kerapatan dislokasi. Karena mikrostruktur kisi mempengaruhi panjang garis dislokasi per satuan volume kristal [7].
60
Kekerasan Vickers (HV)
75
Gambar 1.2, 3, dan 4 menunjukkan bahwa peningkatan waktu penahanan perlakuan panas penuaan mengakibatkan penyempitan puncak difraksi yang ditandai dengan penurunan nilai FWHM. Hasil penelitian menunjukkan bahwa terjadi pertumbuhan butir dari paduan Al 6061. Selain itu, pola difraktogram juga menunjukkan bahwa intensitas puncak difraksi meningkat seiring dengan peningkatan waktu penahanan penuaan buatan selama perlakuan panas. Hal ini menunjukkan adanya peningkatan kualitas kristal paduan Al 6061. Kualitas kristal paduan Al 6061 dipengaruhi oleh regangan kisi mikro dan kerapatan dislokasi. Nilai regangan dan kerapatan dislokasi yang rendah menunjukkan kualitas kristal yang baik. Hasil ini terkait erat dengan pengurangan cacat kristal bentuk garis pada paduan Al 6061.
1
42 variasi waktu selama 1 jam, 24 jam dan 30 jam.
Penuaan 4
5
Analisis Struktur Mikro dengan SEM-EDXS
GAMBAR 7. Mikrograf paduan Al 6061 pada suhu umur 200 0
GAMBAR 6. Mikrograf paduan Al 6061 pada suhu umur 200 0C, waktu 1 jam, pembesaran 10.000X
C, waktu 24 jam, pembesaran 10.000X
dan variasi waktu penahanan 1 jam, 24 jam, dan 30 jam menurunkan nilai kekerasan dibandingkan dengan bahan tanpa perlakuan panas sebesar 15,74% atau semula 54 HV menjadi 45,5 HV. Nilai kekerasan tertinggi setelah quenching adalah 75 HV. Hal ini disebabkan oleh adanya fasa kedua, Mg2Si sebagai presipitat. Adanya presipitat ini berperan dalam meningkatkan kekerasan paduan Al 6061, dengan cara menghalangi pergerakan dislokasi dan penumpukan dislokasi yang menyebabkan distorsi kisi pada paduan Al 6061 saat mengalami deformasi. [7] Setelah dilakukan penuaan buatan nilai kekerasan menurun dengan lama waktu penahanan dari 1 jam (45,5 HV) menjadi 30 jam (39,95 HV). Hal ini konsisten untuk semua variasi waktu penuaan buatan pada paduan Al 6061. Fenomena menurunnya nilai kekerasan pada proses penuaan buatan ini disebut dengan over aging. [10/8] menurunkan nilai kekerasan. Hal ini disebabkan oleh penggabungan presipitat menjadi partikel berukuran lebih besar yang menyebabkan hambatan pergerakan dislokasi menjadi lebih lemah, sehingga menurunkan sifat mekanik. Selain itu disebabkan oleh presipitat yang tidak menyebar secara merata dan ukuran presipitat yang besar pada paduan Al 6061 [7,9].
Hasil uji kekerasan paduan Al 6061 dengan skala Micro Vickers lihat Tabel 2. Sampel paduan Al 6061 cor (asli)
memiliki kekerasan 54 HV dan setelah pendinginan 75 HV. Proses penuaan buatan dengan suhu 200o C
UCAPAN TERIMA KASIH KESIMPULAN
REFERENSI
2. T.Surdia, Ilmu Teknik Material, Jakarta, Pradnya Paramit, (1987).
3. G. Singh, Kumar, A. Singh, Jurnal Internasional Penelitian di Bidang Teknik Mesin & Teknologi: 1- 4 (2013)
4. WD Callister, edisi ke-3, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey (1994).
Ucapan terima kasih kepada Rektor Universitas Kristen Indonesia yang telah mendanai penelitian ini dan International Conference on Chemical Science and Technology (ICCST) -2020.
1.NM, Hawas. Universitas J.Kerbala. 11, 4 (2013).
Dari hasil perhitungan dan analisis diperoleh kesimpulan bahwa setelah proses T6 dimulai solid solution treatment, quenching dan variasi holding time artificial aging pada paduan Al 6061 mengakibatkan terjadinya rekristalisasi dan pertumbuhan butir yang dibuktikan dengan terjadinya peningkatan mikrostruktur kisi dan ukuran kristalit fasa ÿ-Al pada medan indeks Miller (111), (200), (220) dan (311) dalam waktu 24 jam serta densitas dislokasi menurun. Nilai kekerasan menurun dengan bertambahnya waktu aging. Hal ini disebabkan karena bergabungnya presipitat sebagai fasa dua Mg2Si menjadi partikel berukuran lebih besar yang menyebabkan hambatan pergerakan dislokasi menjadi semakin lemah, sehingga nilai kekerasan (sifat mekanik) menurun. Berubahnya bentuk butir setelah artificial aging disebabkan karena adanya deformasi sehingga mengubah bentuk material paduan Al 6061. Hal ini juga akan berdampak pada sifat mekanik yaitu kekerasan yang dihasilkan.
Dari Gambar 6, 7, dan 8 terlihat bahwa mikrogram paduan Al 6061 setelah penuaan membantu pada variasi waktu 1 jam, 24 jam, dan 30 jam. Semuanya tampak ekuaksial pada kondisi 1 sampai 30 jam. Butiran penuaan buatan
menunjukkan butiran yang memanjang. Perubahan bentuk butiran setelah penuaan buatan disebabkan oleh deformasi sehingga mengubah bentuk material paduan Al 6061. Hal ini juga akan berdampak pada sifat mekanik yaitu kekerasan yang dihasilkan.
5. RESmallman R.Bishop dan S. Djaprie, Metalurgi Fisik Modern dan Teknik Material, Erlangga, Jakarta, (2000).
![ANALISIS SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO ALUMINIUM PADUAN [Al-Mg-Si] SERI 6061 HASIL PENGELASAN FRICTION WELDING DENGAN VARIASI TEKANAN GESEK](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)