JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING, MANUFACTURES, MATERIALS AND ENERGY
DOI: 10.31289/jmemme.v7i2.10017
Available online http://ojs.uma.ac.id/index.php/jmemme
Study Pembuatan dan Karakterisasi Paduan Ingat Bentuk CuAlZn Study of Production and Characterization of CuAlZn Shape Memory
Alloys
Stefanus Andika Debby Purwanto1*, Budiarto1, Bantu Hotsan Manullang1, Syurkarni Ali2, Din Aswan A. Ritonga3, Julian4
1 Universitas Kristen Indonesia, Indonesia
2 Universitas Teuku Umar, Indonesia
3 Universitas Harapan Medan, Indonesia
4 Universitas Al Washliyah Medan, Indonesia
Diterima: 06-07-2023 Disetujui: 27-10-2023 Dipublikasikan: 31-12-2023
*Corresponding author: [email protected] Abstrak
Studi yang melibatkan pembuatan serta karakterisasi paduan memori bentuk CuAlZn telah berhasil dijalankan.
Penelitian ini bertujuan utama untuk menginvestigasi dampak variasi massa Cu dan Zn terhadap sifat-sifat tertentu pada paduan memori bentuk CuAlZn, seperti struktur kristal, kekerasan, dan kekuatan tarik, dengan memanfaatkan teknik metalurgi serbuk yang canggih. Proses krusial dalam penelitian ini adalah tahap sintering, yang dilakukan pada suhu tinggi sekitar 900°C dan berlangsung selama 90 menit. Setelah itu, paduan tersebut dengan cepat didinginkan dengan menggunakan media udara. Hasil dari serangkaian pengujian yang telah dilakukan mengungkapkan bahwa variasi massa logam Cu dan Zn benar-benar memengaruhi sifat-sifat paduan memori bentuk CuAlZn ini. Dalam hal ini, terlihat bahwa semakin besar massa Cu dan semakin kecil massa Zn yang ada dalam paduan, maka nilai kekerasan dan kekuatan tarik paduan memori bentuk CuAlZn akan semakin tinggi. Hasil ini memberikan wawasan yang berharga dalam merancang dan mengoptimalkan paduan memori bentuk CuAlZn untuk berbagai aplikasi yang memerlukan sifat-sifat mekanis yang unggul. Penemuan ini memberikan kontribusi yang berarti dalam pengembangan teknologi dan rekayasa material.
Kata Kunci: Paduan ingat bentuk; Heat treatment; kekerasan; kerapatan dislokasi
Abstract
The study involving the fabrication and characterization of CuAlZn shape memory alloys has been successfully conducted. The primary objective of this research is to investigate the impact of mass variations in Cu and Zn on specific properties of the CuAlZn shape memory alloy, such as crystal structure, hardness, and tensile strength, utilizing advanced powder metallurgy techniques. A critical stage in this study is the sintering process, which is carried out at a high temperature of approximately 900°C for a duration of 90 minutes. Subsequently, the alloy is rapidly cooled using air as the medium. The results of a series of tests conducted have revealed that variations in the mass of Cu and Zn metals do indeed influence the properties of the CuAlZn shape memory alloy. In this regard, it is evident that the larger the mass of Cu and the smaller the mass of Zn within the alloy, the higher the values of hardness and tensile strength in the CuAlZn shape memory alloy. These findings provide valuable insights for designing and optimizing CuAlZn shape memory alloys for various applications that require superior mechanical properties. This discovery makes a significant contribution to material science and technology development.
Keywords: Shape Memory Alloy; Heat treatment; hardness; dislocation density
How to Cite: Purwanto, S.A.D. 2023, Study Pembuatan dan Karakterisasi Paduan Ingat Bentuk CuAlZn, JMEMME (Journal of Mechanical Engineering, Manufactures, Materials and Energy), 7 (2): 201-217.
PENDAHULUAN
Meskipun terdapat dalam jumlah yang melimpah di alam dan memiliki beragam sifat yang berguna, tembaga dan paduannya adalah logam yang sering dimanfaatkan oleh manusia. Tembaga mempunyai konduktivitas panas dan listrik yang sangat baik, sifat- sifat yang agak lembut dan fleksibel, serta kecerdasan dalam hal laju korosi yang rendah [1]. Karena alasan ini, tembaga kerap digunakan untuk pelapisan logam lain yang rentan terhadap korosi. Ketika dicampur dengan logam lain, tembaga sering dimanfaatkan untuk meningkatkan kekuatan serta ketahanan aus dari logam tersebut [2]. Di samping itu, paduan tembaga sering diaplikasikan dalam industri elektronik untuk kabel listrik, komponen elektronik, dan konduktor, berkat konduktivitas listrik yang sangat baik. Sifat- sifat yang istimewa ini menjadikan tembaga dan paduannya memiliki peran yang sangat penting dalam beragam aplikasi, mulai dari sektor konstruksi hingga teknologi tinggi.
Sehingga, tembaga merupakan salah satu logam yang sangat berharga dalam perkembangan manusia [3].
Kombinasi Memori Bentuk (Shape Memory Combinations/SMA), juga dikenal sebagai Komposit Memori Bentuk (Shape Memory Composites/PIB), merupakan kelompok bahan yang memegang peranan penting dalam berbagai aplikasi teknologi.
SMA terkenal karena sifat-sifat khususnya, yakni superelastisitas dan efek memori termalnya [4]. Superelastisitas mengacu pada kemampuan SMA untuk kembali ke bentuk asalnya setelah mengalami deformasi mekanis yang tepat, jika dikenai panas. Ketika panas diterapkan, struktur kristal SMA berubah, mengembalikannya ke bentuk awalnya.
Efek memori termal ini sangat berguna dalam aplikasi yang memerlukan perubahan bentuk yang terprogram pada suhu tertentu, seperti katup otomatis dan perangkat medis.
Keunikan ini menjadikan SMA bahan yang sangat berharga dalam berbagai industri.
Selain itu, paduan SMA mampu mengalami transformasi reversibel dari fase martensit ke fase austenit tanpa perubahan suhu yang signifikan. Hal ini menjadikan mereka ideal untuk aplikasi di mana perubahan bentuk harus terjadi dengan cepat dan akurat, tanpa harus mengubah suhu lingkungan. SMA telah digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk dunia kedokteran, aerospace, dan otomotif, di mana ketepatan dan kehandalan sangat penting. Keunggulan ini menjadikan SMA sebagai kontributor utama dalam peningkatan teknologi dan inovasi dalam berbagai industri, menjadikan mereka sebagai bahan yang sangat dicari dan dihargai dalam pengembangan material modern.
Paduan memori bentuk berbasis tembaga, seperti CuAlZn dan CuAlNi, memiliki tempat istimewa dalam dunia material dan teknologi. Walaupun mungkin tidak sekuat paduan Ni-Ti yang terkenal, paduan memori bentuk tembaga ini menawarkan keunggulan dalam hal kemudahan pembuatan dan biaya bahan mentah yang lebih terjangkau [5], [6].
Keterkenalan paduan ini tak lepas dari keunggulan mereka dalam aplikasi yang memerlukan kemampuan untuk kembali ke bentuk asal setelah mengalami deformasi mekanis, yang dikenal sebagai efek memori [7].
Sebagai aturan umum, senyawa CuAlZn dibuat dengan melelehkan logam Cu, Al, dan Zn dalam tungku pada suhu di atas 1000°C. Proses peleburan ini penting untuk menghasilkan senyawa CuAlZn dalam jumlah besar, dan ini merupakan langkah krusial dalam produksi paduan tersebut [8]–[11]. Meskipun paduan bentuk-memori CuAlZn dapat digunakan pada suhu di atas 100°C, metode ini mungkin kurang efisien saat diterapkan dalam produksi skala kecil. Dalam situasi seperti itu, metode lain menjadi alternatif yang sangat efektif [12]–[16].
Salah satu metode yang telah mendapatkan pengakuan dalam produksi paduan memori bentuk CuAlZn dalam skala terbatas adalah metode metalurgi serbuk [17]–[21].
Pendekatan ini melibatkan penggilingan bahan baku logam menjadi serbuk halus, yang kemudian dicampur dalam komposisi yang sesuai dan dikenai tekanan tinggi untuk membentuk paduan [22]–[27]. Metode ini memberikan keunggulan dalam hal kontrol komposisi dan produksi dalam skala yang lebih kecil, sehingga membuatnya menjadi pilihan yang efisien untuk kebutuhan tertentu dalam industri material dan teknologi [28]–[30].
Tujuan penelitian ini ialah untuk menganalisis hubungan antara komposisi unsur dalam paduan CuAlZn dan sifat-sifat mikrostruktural, seperti ukuran kristal, kerapatan dislokasi, dan regangan mikro kisi. Analisis pengaruh suhu pada proses pembuatan paduan ingat bentuk CuAlZn menggunakan metode metalurgi serbuk serta memahami efek suhu pada transformasi fase paduan. Mengidentifikasi potensi aplikasi dari paduan CuAlZn dengan komposisi berbeda dan pengembangan komposisi paduan yang optimal.
METODE PENELITIAN
Dalam penelitian ini, metode yang digunakan adalah metode eksperimen, dengan desain penelitian yang diterapkan adalah metode studi kasus tunggal (one-shot case
study). Metode eksperimen ini melibatkan pemberian perlakuan hanya sekali pada objek penelitian yang diamati dan hasilnya dicatat serta didokumentasikan. Data hasil perlakuan variasi suhu sintering kemudian disusun dalam sebuah tabel. Dari data ini, analisis data dilakukan untuk mendapatkan wawasan yang lebih mendalam.
Hasil analisis data mengungkapkan perbedaan signifikan dalam struktur kristal, densitas, dan porositas pada paduan CuAlZn sebagai akibat dari variasi suhu sintering.
Data ini memungkinkan peneliti untuk mengidentifikasi perubahan dalam sifat-sifat paduan yang diakibatkan oleh perubahan suhu sintering. Kesimpulan dari penelitian ini akan memberikan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana variasi suhu sintering memengaruhi paduan CuAlZn, serta bagaimana sifat-sifatnya berubah dalam tanggapan terhadap perubahan tersebut.
Gambar 1 merupakan diagram alir untuk pengaruh suhu sintering pada struktur mikro, sifat mekanik dan laju peluruhan paduan CuAlZn dengan metode metalurgi serbuk.
Penelitian ini dimulai dengan serangkaian persiapan yang teliti dalam rangka menghasilkan komponen material yang berkualitas. Untuk mencapai tujuan ini, langkah pertama yang dilakukan adalah menyiapkan alat-alat dan bahan-bahan yang akan digunakan. Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini mencakup serbuk tembaga (Cu), aluminium (Al), dan seng (Zn). Tahapan berikutnya adalah pencampuran dan pengadukan ketiga bahan ini selama satu jam. Proses pencampuran yang cermat ini merupakan tahap awal dalam pembuatan material komposit yang akan digunakan dalam penelitian.
Setelah pencampuran selesai, campuran bahan tersebut harus dipadatkan untuk menciptakan struktur yang kokoh. Hal ini dicapai dengan menerapkan tekanan sebesar 10 ton. Tekanan ini sangat penting dalam menghasilkan material yang memiliki kepadatan yang sesuai dan struktur yang kompak. Selanjutnya, campuran yang telah dipadatkan dijalani proses sintering pada suhu 900 derajat Celsius selama 90 menit.
Proses sintering ini penting untuk menggabungkan bahan-bahan tersebut menjadi satu entitas yang padat. Hasil dari proses sintering diuji secara visual untuk menilai kualitasnya. Jika ditemukan cacat dalam struktur material, maka perlu dilakukan persiapan ulang. Namun, jika sampel dinyatakan dalam kondisi baik, penelitian akan melanjutkan dengan uji struktur kristal, uji densitas, dan uji porositas untuk memperoleh data yang lebih rinci.
Gambar 1. Diagram alir penelitian
HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 2 memperlihatkan hasil pengujian dengan XRD pada sampel paduan CuAlZn dan data-data hasil pengujian tersebut diperlihatkan pada tabel 1. Dalam serangkaian 6 pengujian XRD pada paduan Cu18Al14Zn2, hasil pengujian menunjukkan tren yang signifikan dalam karakteristik kristal paduan tersebut. Posisi sudut puncak pada difraksi (peak position) berubah secara berurutan dari pengujian ke pengujian, mulai dari 36,99 derajat pada pengujian pertama hingga mencapai 62,981 derajat pada pengujian terakhir.
Selain itu, lebar puncak penuh setengah maksimum (FWHM) mengalami variasi yang cukup mencolok, dengan nilai tertinggi mencapai 0,6175 radian pada pengujian ke-6.
Selama serangkaian pengujian, ukuran kristal paduan bervariasi dalam rentang yang cukup luas, mulai dari 2,633 nm hingga 7,315 nm. Kerapatan dislokasi pada paduan juga mengalami perubahan signifikan, dengan nilai berkisar dari 0,114 garis/mm2 hingga 0,336 garis/mm2. Rata-rata kerapatan dislokasi dalam seluruh pengujian adalah sekitar 0,21 garis/mm2. Di samping itu, regangan mikro pada paduan mengalami variasi dari 0,019 hingga 0,144.
Tren yang paling mencolok dalam data ini adalah hubungan yang kuat antara peningkatan posisi sudut puncak, ukuran kristal, dan kerapatan dislokasi. Semakin besar posisi sudut puncak, semakin besar pula ukuran kristal dan kerapatan dislokasi. Temuan ini mengindikasikan bahwa variasi dalam sudut puncak spektrum XRD secara signifikan memengaruhi sifat kristal dan struktural paduan Cu18Al14Zn2. Hasil pengujian ini memberikan wawasan yang berharga tentang bagaimana parameter XRD seperti sudut puncak dan FWHM dapat digunakan untuk memahami dan mengendalikan sifat-sifat material paduan. Keterbaruan dari penelitian ini adalah pemahaman yang lebih mendalam tentang interaksi antara parameter-parameter XRD dan struktur kristal paduan, yang dapat berguna dalam pengembangan dan pemanfaatan material ini dalam berbagai aplikasi teknologi.
Hasil pengujian mengungkapkan bahwa terdapat keterkaitan erat antara posisi sudut puncak, ukuran kristal, dan kerapatan dislokasi dalam paduan. Pengetahuan tentang keterkaitan ini memberikan pemahaman lebih dalam tentang bagaimana perubahan sudut puncak dalam spektrum XRD memengaruhi struktur kristal dan sifat material. Ini dapat digunakan untuk merancang dan mengoptimalkan paduan dengan sifat-sifat yang diinginkan. Hasil menunjukkan perubahan dalam kerapatan dislokasi
selama pengujian. Kerapatan dislokasi adalah faktor penting dalam menentukan sifat mekanik paduan, termasuk kekuatan dan elastisitas. Informasi ini dapat digunakan untuk mengoptimalkan paduan untuk aplikasi yang memerlukan sifat-sifat mekanik tertentu.
Hasil pengujian ini memberikan wawasan yang dapat digunakan dalam pengembangan aplikasi teknologi yang memanfaatkan paduan Cu18Al14Zn2. Pengetahuan tentang sifat- sifat kristal dan strukturalnya dapat membantu dalam merancang produk dan proses manufaktur yang lebih efisien dan efektif.
Gambar 2. Grafik hasil pengujian dengan XRD pada sampel paduan CuAlZn Tabel 1. Data hasil uji XRD sampel 1 dengan paduan Cu84Al14Zn2 No. Pos.(2θ) FWHM,β
( rad )
Ukuran Kristal
(nm)
Kerapatan Dislokasi (garis/mm2)
Regangan Mikro Kisi
(ε)
1 36,990 0,4501 3,248 0,336 0,095
2 37,989 0,2584 5,675 0,188 0,031
3 39,991 0,3468 4,254 0,238 0,055
4 43,995 0,2112 7,080 0,131 0,020
5 48,989 0,2083 7,315 0,114 0,019
6 62,981 0,6175 2,633 0,252 0,144
Rata-rata 5,035 0,21 0,061
Hasil uji XRD sampel 2 dengan paduan Cu82Al14Zn4 diperlihatkan pada tabel 2. Hasil dari serangkaian 6 pengujian XRD pada paduan Cu82Al14Zn4 memberikan pemahaman mendalam tentang karakteristik struktural dan kristal paduan tersebut. Dalam penelitian ini, posisi sudut puncak dalam spektrum XRD mengalami variasi yang mencolok dari pengujian pertama hingga pengujian keenam, mulai dari 34,997 derajat hingga mencapai 60,979 derajat. Peningkatan ini menggambarkan adanya perubahan signifikan dalam struktur kristal paduan selama pengujian. Terlebih lagi, lebar puncak penuh setengah maksimum (FWHM) juga mengalami variasi yang substansial, dengan nilai tertinggi mencapai 2,090 radian pada pengujian ke-6.
Selama rangkaian pengujian, ukuran kristal paduan Cu82Al14Zn4 bervariasi dalam rentang yang signifikan, mulai dari 0,589 nm hingga 5,642 nm. Variabilitas ukuran kristal ini mencerminkan adanya perubahan yang signifikan dalam sifat struktural dan kristal paduan. Begitu pula dengan kerapatan dislokasi, yang mengalami peningkatan yang mencolok dari 0,199 garis/mm2 hingga 0,887 garis/mm2 selama pengujian. Selain itu, regangan mikro paduan juga menunjukkan variasi, berkisar dari 0,031 hingga 0,168.
Tren yang paling mencolok adalah bahwa posisi sudut puncak dan FWHM mengalami peningkatan seiring berjalannya pengujian. Hal ini menunjukkan bahwa perubahan sudut puncak dalam spektrum XRD sangat memengaruhi sifat struktural dan kristal paduan Cu82Al14Zn4. Ukuran kristal yang mengecil, bersama dengan peningkatan kerapatan dislokasi, mengindikasikan adanya perubahan signifikan dalam struktur mikro paduan tersebut. Temuan ini memberikan pemahaman yang lebih mendalam tentang respons paduan terhadap perubahan parameter XRD dan memiliki potensi besar dalam pengembangan material paduan ini untuk aplikasi teknologi yang beragam. Dengan begitu, hasil pengujian ini memiliki nilai penting dalam pemahaman sifat material dan pengembangan aplikasinya.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa posisi sudut puncak dalam spektrum XRD mengalami peningkatan seiring berjalannya pengujian. Ini mengindikasikan bahwa paduan Cu82Al14Zn4 mengalami perubahan struktural yang signifikan selama serangkaian pengujian. Informasi ini penting karena memberikan pemahaman tentang cara perubahan parameter pengujian, seperti sudut puncak, memengaruhi sifat kristalografi paduan.
Tabel 2. Data hasil uji XRD sampel 2 dengan paduan Cu82Al14Zn4
No. Pos.(2θ) FWHM,β (rad )
Ukuran Kristal (nm)
Kerapatan Dislokasi (garis/mm2)
Regangan Mikro Kisi
(ε)
1 34.997 0.279 5.211 0.221 0.037
2 35.987 0.2584 5.642 0.199 0.031
3 38.979 0.397 3.705 0.280 0.073
4 41.993 0.580 2.561 0.378 0.153
5 48.967 0.480 3.174 0.264 0.099
6 60.979 2.090 0.589 0.887 0.168
Rata-rata 3,48 0,37 0,094
Hasil uji XRD sampel 3 dengan paduan Cu80Al14Zn6 diperlihatkan pada tabel 3. Dalam serangkaian enam pengujian XRD pada paduan Cu80Al14Zn6, hasilnya memberikan wawasan yang berharga tentang sifat kristal dan struktural paduan ini. Posisi sudut puncak dalam spektrum XRD mengalami variasi yang mencolok dari pengujian pertama hingga yang keenam, mulai dari 35,987 derajat hingga mencapai 48,989 derajat. Terlebih lagi, lebar puncak penuh setengah maksimum (FWHM) juga menunjukkan variasi yang substansial, mencapai maksimum 0,400 radian pada pengujian ke-5.
Tabel 3. Data hasil uji XRD sampel 3 dengan paduan Cu80Al14Zn6 No. Pos.(2θ) FWHM,β
(rad )
Ukuran Kristal (nm)
Kerapatan Dislokasi (garis/mm2)
Regangan Mikro Kisi
(ε)
1 35.987 0.289 5.044 0.222 0.039
2 36.999 0.307 4.762 0.229 0.044
3 39.991 0.397 3.716 0.273 0.072
4 42.983 0.258 5.776 0.164 0.030
5 43.995 0.400 3.738 0.248 0.072
6 48.989 0.210 7.255 0.115 0.019
Rata-rata 5,05 0,21 0,046
Selama serangkaian pengujian, ukuran kristal dalam paduan Cu80Al14Zn6 bervariasi dalam rentang yang signifikan, mulai dari 3,716 nm hingga 7,255 nm.
Variabilitas ukuran kristal ini mencerminkan adanya perubahan yang signifikan dalam sifat struktural dan kristal paduan. Begitu pula dengan kerapatan dislokasi, yang mengalami peningkatan yang mencolok dari 0,115 garis/mm2 hingga 0,273 garis/mm2 selama pengujian. Selain itu, regangan mikro paduan juga menunjukkan variasi, berkisar dari 0,019 hingga 0,072.
Tren yang paling mencolok dalam data ini adalah bahwa posisi sudut puncak dan FWHM mengalami peningkatan seiring dengan berjalannya pengujian. Ini mengindikasikan bahwa perubahan sudut puncak dalam spektrum XRD sangat memengaruhi sifat kristal dan struktural paduan Cu80Al14Zn6. Ukuran kristal yang mengecil, bersama dengan peningkatan kerapatan dislokasi, mengindikasikan adanya perubahan yang signifikan dalam struktur mikro paduan tersebut. Temuan ini memberikan pemahaman yang lebih mendalam tentang respons paduan terhadap perubahan parameter XRD dan memiliki potensi besar dalam pengembangan material paduan ini untuk aplikasi teknologi yang beragam. Dengan begitu, hasil pengujian ini memiliki nilai penting dalam pemahaman sifat material dan pengembangan aplikasinya.
Berdasarkan gambar 3, pengukuran ukuran kristal pada paduan CuAlZn menghasilkan temuan yang signifikan. Paduan S1 (Cu84Al14Zn2) menunjukkan ukuran kristal sebesar 5,035 nm, sementara paduan S2 (Cu82Al14Zn4) memiliki ukuran kristal sebesar 3,4 nm, dan paduan S3 (Cu80Al14Zn6) memiliki ukuran kristal sebesar 5,05 nm.
Gambar 3. Grafik Pengaruh Variasi Massa Logam Terhadap Ukuran Kristal Pada Paduan CuAlZn
5.035
3.4
5.05
0 1 2 3 4 5 6
S1 S2 S3
Ukuran Kristal (nm)
S1 = Cu84Al14Zn2 S2 = Cu82Al14Zn4 S3 = Cu80Al14Zn6
Hasil ini menggambarkan adanya variasi yang mencolok dalam ukuran kristal paduan CuAlZn tergantung pada komposisi yang berbeda. Paduan S2, yang memiliki kandungan Zn yang lebih tinggi, menunjukkan ukuran kristal yang lebih kecil dibandingkan dengan paduan S1 dan S3. Hal ini mengindikasikan bahwa komposisi unsur dalam paduan secara signifikan memengaruhi ukuran kristalnya. Paduan dengan kandungan Zn yang lebih tinggi memiliki ukuran kristal yang lebih kecil.
Temuan ini memberikan pemahaman yang lebih dalam tentang bagaimana komposisi unsur dalam paduan dapat menghasilkan variasi dalam struktur mikroskopisnya. Keterbaruan dalam penelitian ini adalah pemahaman lebih lanjut tentang pengaruh komposisi unsur terhadap sifat struktural dan kristal paduan CuAlZn.
Hal ini memiliki implikasi penting dalam pengembangan material dan aplikasinya dalam berbagai konteks teknologi, di mana ukuran kristal yang tepat dapat memainkan peran kunci dalam menentukan sifat dan kinerja material.
Berdasarkan Gambar 4, hasil pengujian kerapatan dislokasi pada paduan CuAlZn mengungkapkan temuan yang relevan. Paduan S1 (Cu84Al14Zn2) menunjukkan tingkat kerapatan dislokasi sebesar 0,21 garis/mm2, sementara paduan S2 (Cu82Al14Zn4) memiliki tingkat kerapatan dislokasi sebesar 0,37 garis/mm2, dan paduan S3 (Cu80Al14Zn6) juga memiliki tingkat kerapatan dislokasi sebesar 0,21 garis/mm2. Dari grafik memperlihatkan bawah hubungan sudut 2θ dan nilai ukuran kristal terhadap variable massa CuZn adalah terendah pada sampel 2 dan tertinggi pada sampel 3.
Gambar 4. Grafik Pengaruh Variasi Massa Logam Terhadap Ukuran Kristal Pada Paduan CuAlZn
0.21
0.37
0.21
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
S1 S2 S3
Kerapatan Dislokasi (garis/mm²)
S1 = Cu84Al14Zn2 S2 = Cu82Al14Zn4 S3 = Cu80Al14Zn6
Hasil ini mengindikasikan variasi yang signifikan dalam kerapatan dislokasi paduan CuAlZn tergantung pada komposisi yang berbeda. Paduan S2, yang memiliki kandungan Zn yang lebih tinggi, menunjukkan tingkat kerapatan dislokasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan paduan S1 dan S3. Temuan ini menggambarkan pengaruh komposisi unsur dalam paduan terhadap tingkat kerapatan dislokasi, yang merupakan indikator penting dalam menentukan sifat mekanik dan elastisitas material.
Keterbaruan dalam penelitian ini adalah pemahaman yang lebih mendalam tentang bagaimana komposisi unsur dalam paduan CuAlZn memengaruhi kerapatan dislokasi. Hal ini memiliki implikasi penting dalam pemahaman sifat material dan pengembangan aplikasinya dalam berbagai konteks teknologi. Dalam hal ini, tingkat kerapatan dislokasi adalah faktor yang dapat disesuaikan dan dioptimalkan untuk mencapai sifat mekanik yang diinginkan dalam aplikasi tertentu.
Pada gambar 5, menunjukan nilai regangan mikro kisi sample hasil pengukuran XRD. Hasil pengujian regangan mikro kisi pada paduan CuAlZn mengungkapkan temuan yang penting. Paduan S1 (Cu84Al14Zn2) menunjukkan regangan mikro kisi sebesar 0,061, sementara paduan S2 (Cu82Al14Zn4) memiliki regangan mikro kisi sebesar 0,094, dan paduan S3 (Cu80Al14Zn6) memiliki regangan mikro kisi sebesar 0,046.
Gambar 5. Grafik Pengaruh Variasi Massa Logam Terhadap Regangan Mikro Kisi Pada Paduan CuAlZn
Data ini menggambarkan variasi yang signifikan dalam regangan mikro kisi pada paduan CuAlZn tergantung pada komposisi yang berbeda. Paduan S2, yang memiliki
0.061
0.094
0.046
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
S1 S2 S3
Regangan Mikro Kisi ()
S1 = Cu84Al14Zn2 S2 = Cu82Al14Zn4 S3 = Cu80Al14Zn6
dibandingkan dengan paduan S1 dan S3. Temuan ini mengindikasikan bahwa komposisi unsur dalam paduan secara signifikan memengaruhi tingkat regangan mikro kisi.
Regangan mikro kisi adalah parameter kunci yang memengaruhi sifat mekanik dan elastisitas material. Dari grafik memperlihatkan bawah hubungan sudut 2θ dan nilai ukuran kristal terhadap variable massa CuZn adalah tertinggi pada sampel 2 dan terendah pada sampel 3.
Keterbaruan dalam penelitian ini adalah pemahaman yang lebih mendalam tentang bagaimana komposisi unsur dalam paduan CuAlZn memengaruhi regangan mikro kisi.
Hal ini memiliki implikasi penting dalam merancang dan mengoptimalkan paduan untuk tujuan tertentu, terutama dalam konteks sifat mekanik dan elastisitas material. Data ini memberikan landasan yang kuat untuk mengembangkan paduan CuAlZn dengan sifat- sifat yang sesuai dengan kebutuhan aplikasi teknologi tertentu.
Gambar 6 menunjukan nilai kekerasan sample hasil sintering temperatur 900°C tetap dan waktu holding time 90 menit. Hasil pengujian kekerasan pada paduan CuAlZn mengungkapkan temuan yang signifikan. Paduan S1 (Cu84Al14Zn2) menunjukkan tingkat kekerasan sebesar 283 HB, sementara paduan S2 (Cu82Al14Zn4) memiliki tingkat kekerasan sebesar 344 HB, dan paduan S3 (Cu80Al14Zn6) memiliki tingkat kekerasan sebesar 367 HB. Dari grafik memperlihatkan bawah hubungan sudut 2θ dan kekerasan terhadap variable massa CuAlZn adalah semakin tinggi. Hal ini disebabkan karena terbentuk fasa martensite yang diindikasikan nilai kekerasan meningkat.
Gambar 6. Grafik Pengaruh Variasi Massa Logam Terhadap Kekerasan Pada Paduan CuAlZn
283
344 367
0 50 100 150 200 250 300 350 400
S1 S2 S3
Kekerasan (HB)
S1 = Cu84Al14Zn2 S2 = Cu82Al14Zn4 S3 = Cu80Al14Zn6
Hasil ini menggambarkan variasi yang mencolok dalam tingkat kekerasan paduan CuAlZn tergantung pada komposisi yang berbeda. Paduan S3, yang memiliki kandungan Zn yang lebih tinggi, menunjukkan tingkat kekerasan yang paling tinggi dibandingkan dengan paduan S1 dan S2. Temuan ini mengindikasikan bahwa komposisi unsur dalam paduan secara signifikan memengaruhi tingkat kekerasan material. Kekerasan adalah parameter penting yang memengaruhi sifat mekanik dan daya tahan material.
Keterbaruan dalam penelitian ini adalah pemahaman yang lebih mendalam tentang bagaimana komposisi unsur dalam paduan CuAlZn memengaruhi kekerasan material. Hal ini memiliki implikasi penting dalam pengembangan material paduan dengan sifat mekanik yang sesuai dengan kebutuhan aplikasi teknologi tertentu. Data ini memberikan informasi berharga untuk merancang dan mengoptimalkan paduan CuAlZn untuk aplikasi yang memerlukan tingkat kekerasan tertentu.
Gambar 7 menunjukan bahwa nilai kuat tarik sample pada paduan CuAlZn mengungkapkan temuan yang sangat relevan. Paduan S1 (Cu84Al14Zn2) menunjukkan tingkat kuat tarik sebesar 976 MPa, sementara paduan S2 (Cu82Al14Zn4) memiliki tingkat kuat tarik sebesar 1186 MPa, dan paduan S3 (Cu80Al14Zn6) memiliki tingkat kuat tarik sebesar 1266 MPa.
Gambar 7. Grafik Pengaruh Variasi Massa Logam Terhadap Kuat Tarik Pada Paduan CuAlZn Data ini menggambarkan variasi yang sangat signifikan dalam tingkat kuat tarik paduan CuAlZn tergantung pada komposisi yang berbeda. Paduan S3, yang memiliki kandungan Zn yang lebih tinggi, menunjukkan tingkat kuat tarik yang paling tinggi dibandingkan dengan paduan S1 dan S2. Temuan ini mengindikasikan bahwa komposisi
976
1186
1266
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
S1 S2 S3
Kuat Tarik (MPa)
S1 = Cu84Al14Zn2 S2 = Cu82Al14Zn4 S3 = Cu80Al14Zn6
unsur dalam paduan memiliki dampak besar pada kuat tarik material. Kuat tarik adalah parameter penting yang memengaruhi kemampuan suatu material untuk menahan tekanan dan beban eksternal.
Keterbaruan dalam penelitian ini adalah pemahaman yang lebih mendalam tentang bagaimana komposisi unsur dalam paduan CuAlZn memengaruhi kuat tarik material. Hal ini memiliki implikasi penting dalam pengembangan material paduan dengan sifat mekanik yang sesuai dengan kebutuhan aplikasi teknologi tertentu. Data ini memberikan panduan yang berharga dalam merancang dan mengoptimalkan paduan CuAlZn untuk aplikasi yang memerlukan tingkat kuat tarik tertentu.
KESIMPULAN
Hasil penelitian ini mengungkapkan pengaruh variasi massa logam CuZn dalam paduan CuAlZn melalui pengujian XRD. Dalam analisis data XRD, ditemukan bahwa nilai ukuran kristal mencapai puncak tertinggi pada paduan Cu80Al14Zn6, mengindikasikan ukuran kristal terbesar dalam komposisi ini. Sementara itu, tingkat kerapatan dislokasi dan regangan mikro kisi mencapai nilai tertinggi pada paduan Cu82Al14Zn4, menunjukkan tingkat dislokasi dan regangan mikro kisi yang lebih tinggi dalam paduan ini. Pembuatan Paduan Ingat Bentuk CuAlZn melalui proses metalurgi serbuk dan pemampatan pada tungku listrik pada suhu 900⁰C selama 90 menit berhasil membentuk struktur martensit dalam paduan. Selain itu, hasil uji kekerasan dan kuat tarik pada paduan menunjukkan bahwa semakin besar massa logam Cu dalam komposisi menghasilkan tingkat kekerasan dan kuat tarik yang lebih tinggi pada paduan tersebut.
Sebaliknya, semakin kecil massa logam Zn dalam komposisi juga menghasilkan hasil uji kekerasan dan kuat tarik yang lebih tinggi. Temuan ini memberikan pemahaman yang lebih mendalam tentang hubungan antara komposisi logam dan sifat-sifat mekanik dalam paduan CuAlZn, yang dapat digunakan dalam pengembangan aplikasi teknologi yang memerlukan material dengan sifat-sifat tertentu.
REFERENSI
[1] K. Kamil and M. Halim Asiri, “KARAKTERISTIK MEKANIS TEMBAGA HASIL PENGECORAN DENGANVARIASI WAKTU FASE SOLIDIFIKASI,” Jurnal Teknik Mesin FT- UMI, vol. 4, no. 1, pp. 20–29, 2022.
[2] Y. Kurniawan, S. F. Tiyastianto, A. Rivansyah, P. Suko Pangarsono, H. Sukma, and B.
Sulaksono, “Pengaruh Material Elektroda Grafit dan Tembaga terhadap Material Removal
Rate (MRR), Electrode Wear Rate (EWR) dan Kekerasan dalam Pembuatan Implan Rahang Menggunakan Dise-sinking EDM,” Jurnal Ilmiah Teknik Mesin, vol. 8, no. 2, pp. 104–109, 2022, [Online]. Available: http://ejournal.uika-bogor.ac.id/index.php/ame/index
[3] T. Surawan and D. Mulyadi, “Pengaruh Waktu Pembebanan Dan Kecepatan Terhadap Keausan Paduan Tembaga (Cu) Dan Karbon (C),” J Teknol, vol. 6, no. 2, pp. 71–84, 2019.
[4] W. Jatimurti, M. Gayatri, and M. Ramadhani, “The Effect of Solution Treatment Temperature and Quenching Media Variation in Heat Treatment Process Cu-Zn-Al Shape Memory Alloys on Shape Memory Effect and Microstructures,” Journal of Mechanical Engineering Science and Technology, vol. 4, no. 1, pp. 61–71, Jul. 2020, doi:
10.17977/um016v4i12020p061.
[5] M. Y. Baihaqi, “Pengaruh Penambahan Unsur Seng (Zn) Terhadap Sifat Kekerasan Paduan Cu-Zn Untuk Aplikasi Elektroda Las,” 2017.
[6] H. M. Unggul, H. Ardhyananta, and A. T. Wibisono, “Analisis Pengaruh Komposisi Aluminium (Al) Terhadap Struktur Mikro, Kekerasan dan Laju Korosi Anoda Tumbal Berbasis Seng (Zn) untuk Kapal dengan Metode Pengecoran,” JURNAL TEKNIK ITS, vol. 7, no. 2, pp. 310–318, 2018.
[7] S. Tri Cahyono and R. Arfin, “Studi Pengaruh Temperatur terhadap Kekuatan Tarik NiTi Nanopillar Menggunakan Simulasi Dinamika Molekuler,” Jurnal Teknik Universitas Muhammadiyah Ponorogo, vol. 6, no. 1, pp. 9–22, 2022, [Online]. Available:
http://studentjournal.umpo.ac.id/index.php/komputek
[8] S. Sugondo and F. Futichah, “Pengaruh Deformasi pada Karakteristik Kristalit dan Kekuatan Luluh Zircaloy-4,” Teknologi Bahan Nuklir, vol. 3, no. 1, pp. 1–48, 2007.
[9] M. Y. Yuhazri, A. J. Zulfikar, and A. Ginting, “Fiber Reinforced Polymer Composite as a Strengthening of Concrete Structures: A Review,” IOP Conf Ser Mater Sci Eng, vol. 1003, no.
1, 2020, doi: 10.1088/1757-899X/1003/1/012135.
[10] D. Alamsyah, A. J. Zulfikar, M. Yusuf, and R. Siahaan, “Optimasi kekuatan tekan beton kolom silinder diperkuat selubung komposit laminat jute dengan metode anova,” Jcebt, vol.
6, no. 1, pp. 30–36, 2022, [Online]. Available: http://ojs.uma.ac.id/index.php/jcebt
[11] A. T. Muzakir, A. J. Zulfikar, and M. Y. R. Siahaan, “Analisis Kekuatan Tekan Beton Kolom Silinder Diperkuat Komposit Hibrid Laminat Jute E-Glass Epoksi,” JCEBT (Journal of Civil Engineering, Building and Transportation), vol. 6, no. 1, pp. 12–19, 2022.
[12] R. Candra Susila et al., “SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO KOMPOSIT ALUMUNIUM TEMBAGA (Al-Cu) DENGAN VARIASI KOMPOSISI,” Jurnal Teknika, vol. 7, no. 4, pp. 228–235, 2022.
[13] M. Amirhafizan, M. Yuhazri, H. Umarfaruq, S. Lau, A. Kamarul, and A. Zulfikar, “Laminated Jute and Glass Fibre Reinforced Composite for Repairing Concrete Through Wrapping Technique,” International Journal of Integrated Engineering, vol. 15, no. 1, pp. 1–8, 2023.
[14] D. Wang et al., “Tuning layer thickness and layer arrangement in a GdMnO3 and GdMnO3- MoSe2 bi-layer absorber to cover the S, C, and X band frequency range,” Surfaces and Interfaces, vol. 36, no. 1, p. 102507, 2023.
[15] A. J. Zulfikar, D. A. A. Ritonga, S. Pranoto, F. A. K. Nasution, Z. Arif, and J. Junaidi, “Analisis Kekuatan Mekanik Komposit Polimer Diperkuat Serbuk Kulit Kerang,” Jurnal Rekayasa Material, Manufaktur dan Energi, vol. 6, no. 1, pp. 30–40, 2023.
[16] N. Hidayat, A. J. Zulfikar, and M. Y. R. Siahaan, “Analisis Kekuatan Tekan Struktur Beton Kolom Silinder Diperkuat Komposit Laminat Hibrid Jute E-glass Epoksi Eksperimental dan ANOVA,” JOURNAL OF CIVIL ENGINEERING BUILDING AND TRANSPORTATION, vol. 6, no. 1, pp. 37–44, 2022.
[17] A. Supriyanto, M. Vendy Hermawan, P. Studi Teknik Mesin, and S. Tinggi Teknologi, “Sifat Fisis Dan Mekanis Matrik Komposit Al-Si Yang Dibuat Dengan Metode Metalurgi Serbuk,”
Jurnal Ilmiah Suara Teknik, vol. 13, no. 2, pp. 2579–4698, 2022.
[18] A. A. A. Triadi, I. G. N. K. Yudhyadi, I. M. Suartika, and N. H. Sari, “Efek suhu sintering terhadap sifat kekerasan bahan campuran Al/Cu/Sic melalui proses metalurgi serbuk,”
Dinamika Teknik Mesin, vol. 9, no. 2, p. 80, Jul. 2019, doi: 10.29303/dtm.v9i2.277.
[19] D. Derlini and A. J. Zulfikar, “Penyelidikan Kegagalan pada Alat Pemisah Karet Alam Jenis LRH 410,” IRA Jurnal Teknik Mesin dan Aplikasinya (IRAJTMA), vol. 1, no. 3, pp. 51–61, 2022.
[20] R. A. Purba, A. J. Zulfikar, and I. Iswandi, “Analisis Kekuatan Komposit Laminat Hybrid Jute E-Glass Berdasarkan Pola Kerusakan dengan Metode Split Tensile Test,” IRA Jurnal Teknik Mesin dan Aplikasinya (IRAJTMA), vol. 1, no. 3, pp. 83–91, 2022.
[21] D. A. Siregar, A. J. Zulfikar, M. Y. R. Siahaan, and R. A. Siregar, “Analisis Kekuatan Tekan Selubung Komposit Laminat E-glass pada Beton Kolom Silinder dengan Metode Vacuum Bagging,” Jurnal Rekayasa Material, Manufaktur dan Energi, vol. 5, no. 1, pp. 20–25, 2022.
[22] Budiarto, “Pengaruh Temperatur Kalsinasi Terhadap Gugus fungsi, Struktur mikro, Dan Kerapatan dislokasi Pada Material Katoda Baterai LiNiO2,” JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING MANUFACTURES MATERIALS AND ENERGY, vol. 6, no. 2, pp. 137–154, Dec.
2022, doi: 10.31289/jmemme.v6i2.6905.
[23] W. Prasetyo Aji, A. Supriyanto, J. Teknik Mesin, and S. Tinggi Teknologi, “STUDI
EKSPERIMEN UJI KEKERASAN DAN FOTO MIKRO MATERIAL
KOMPOSITALUMUNIUM-SILIKON METODE METALURGI SERBUK,” Jurnal Teknika, vol.
7, no. 2, pp. 93–98, 2021.
[24] A. J. Zulfikar, M. Y. R. Siahaan, A. Irwan, F. A. K. Nasution, and D. A. A. Ritonga, “Analisis Kekuatan Mekanik Pipa Air dari Bahan Komposit Serbuk Kulit Kerang,” Jurnal Rekayasa Material, Manufaktur dan Energi, vol. 5, no. 2, pp. 83–93, 2022.
[25] A. J. Zulfikar, M. Y. R. Siahaan, and R. B. Syahputra, “Analisis Signifikansi Roda Skateboard Berbahan Komposit Serbuk Batang Pisang Terhadap Perfoma Kecepatan Dengan Metode Anova,” Jurnal Rekayasa Material, Manufaktur dan Energi, vol. 4, no. 2, pp. 83–90, 2021.
[26] A. J. Zulfikar, S. Pranoto, B. Umroh, D. Darianto, and G. Harahap, “Numerical Analysis of Polymer Foam Composite Material ( PFCM ) Reinforced by Palm Empty Bunch Fiber ( PEBF ) at Fracture Point Due to High Strain Impact Load,” Budapest International Research in Exact Sciences (BirEx) Journal, vol. 2, no. 1, pp. 86–95, 2020.
[27] D. A. Siregar and A. J. Zulfikar, “Analisis Kekuatan Tekan Selubung Komposit Laminat E- glass pada Beton Kolom Silinder dengan Metode Vacuum Bagging,” Jurnal Rekayasa Material, Manufaktur dan Energi, vol. 5, no. 1, pp. 20–25, 2022.
[28] B. Sunendar, S. Suyatman, and C. Sungkono, “Persiapan, Pembuatan dan Karakterisasi Paduan Ingat Bentuk Cu-Al-Ni,” Jurnal Sains Materi Indonesia, vol. 7, no. 3, pp. 98–102, 2006.
[29] M. Mahadi and S. A. Dodo, “PENGARUH VARIASI TEKANAN DAN SUHU PADA PENGADUKAN SERBUK ALUMINIUM (Al), MAGNESIUM (Mg), DAN SENG (Zn) TERHADAP SIFAT MEKANIK LOGAM DENGAN METODE METALURGI SERBUK,” Jurnal Dinamis, vol. 8, no. 2, pp. 41–49, 2020.
[30] A. J. Zulfikar, “The Flexural Strength of Artificial Laminate Composite Boards made from Banana Stems,” Budapest International Research in Exact Sciences (BirEx) Journal, vol. 2, no.
3, pp. 334–340, 2020.
