pengaruh temperatur dan waktu penahanan artificial aging
TRANSCRIPT
7/23/2019 Pengaruh Temperatur Dan Waktu Penahanan Artificial Aging
http://slidepdf.com/reader/full/pengaruh-temperatur-dan-waktu-penahanan-artificial-aging 1/12
""Traksi. Vol. 10. No. 1, Juni 2010
PENGARUH TEMPERATUR DAN AKTU PENAHANAN ARTIFICIAL AGING
TERHADAP SI,AT9SI,AT MEKANIS PADUAN 30 PISTON BEKAS DAN 30
ADC 12 UNTUK MATERIAL PISTON MOTOR BENSIN
Fuad 4bdillahM6
Abstra ;aktu penahanan pada temperatur tertentu untuk artificial aging akan menentukan
pengerasan presipitasinya dan sangat berpengaruh terhadap sifat mekanis paduan
-0piston bekas dan -0$%1&. >amanya waktu penahanan akan menghasilkan sifat
mekanis yang berbeda, sehingga dalam hal ini akan dicari lama waktu penahanan yang tepat
untuk mendapatkan sifat mekanis yang optimum. engan studi literatur, maka dilakukan
percobaan pada paduan $l"'i dengan perlakuan panas solution heat treatment -0-0
% dan
di <uenching yang dilan7utkan ke temperatur artificial aging 1000
%, 1--o% dan &00
o%
dengan lama waktu penahanan &, dan - 7am. 'etelah percobaan tersebut, dilakukan pengu7ian kekerasan, dan pengamatan terhadap perubahan struktur mikro. 4erdasarkan
percobaan yang dilan7utkan dengan pengu7ian, maka didapatkan sebuah fenomena dimana
semakin lama waktu penahanan dari & hingga - 7am ter7adi peningkatan kekerasan material
secara drastis tetapi tidak diikuti oleh pengaruh temperatur artificial aging, yang dibuktikan
bahwa temperatur optimal yang menghasilkan kekerasan tertinggi adalah 1--o% sebesar
81,1 !34
!ata unci" $rtificial $ging, 'ifat ekanis, 'truktur ikro
PENDAHULUAN
Pemakaian aluminium khusus pada industri otomoti juga terus meningkat ejak
tahun 1+(0 5@udinski, 20016, dan terus meningkat seiring meningkatnya jumlah kendaraan
bermotor di indonesia. @anyak komponen otomoti yang terbuat dari paduan aluminium,
diantaranya adalah piston, blok mesin, &ylinder head, ale dan lain sebagainya. Penggunaan
paduan aluminium untuk komponen otomoti dituntut memiliki kekuatan yang baik. 4gar
aluminium mempunyai kekuatan yang baik biasanya logam aluminium dipadukan dengan
dengan unsur-unsur sepertiG 3u, i, g, n, n, Ni, dan sebagainya. engolah bijih
aluminium menjadi logam aluminium 54l6 memerlukan energi yang besar dan biaya yang
mahal untuk mendapatkan logam aluminium masalah yang utama sebetulnya pada
keterbatasan bijih aluminium dialam, karena bijih aluminium merupakan sumber daya alam
yang tidak dapat diperbaharui.
M6 $osen Jurusan -1 Teknik esin, 8niersitas uhammadyah emarang 58N/86
7/23/2019 Pengaruh Temperatur Dan Waktu Penahanan Artificial Aging
http://slidepdf.com/reader/full/pengaruh-temperatur-dan-waktu-penahanan-artificial-aging 2/12
"%Traksi. Vol. 10. No. 1, Juni 2010
alah satu usaha untuk mengatasi hal ini adalah dengan melakukan daur ulang.
<arena keterbatasan yang ada seperti pada industri ke&il, tidak semua menggunakan bahan
baku murni, tetapi memanaatkan aluminium sekrap atau reje&t materials dari peleburan
sebelumnya untuk dituang ulang 5remelting 6. $ari hasil penge&oran industri ke&il 5pelek
misalnya6 pada saat digunakan mengalami beban berulang-ulang dan kadang-kadang beban
kejut sehingga peralatan tersebut harus mendapatkan jaminan terhadap kerusakan akibat
retak-lelah, sehingga aman dalam penggunaan atau bahkan mempunyai usia pakai 5life time6
lebih lama 5Purnomo, 20"G+0%6
4gar piston hasil daur ulang bisa digunakan dengan baik dan aman, maka perlu
dilakukan treatment 5perlakuan6 untuk memperbaiki siat aluminium piston hasil penge&oran
ulang. <arena biasanya siat dan kualitas piston hasil penge&oran ulang tidak bisa sama
dengan piston dari bahan baku baru yaitu 4l-i. Pada penelitian ini, okus penelitian yang
ingin dipelajari adalah proses artificial aging pada paduan aluminium sebagai upaya
meningkatkan siat-siat mekanis piston berbasis material %0 piston bekas dengan %0
4$312.
TIN4AUAN PUSTAKA
4luminium merupakan logam ringan yang mempunyai siat tahan terhadap korosi dan
penghantar listrik baik, juga tahan aus serta koeisien pemuaiannya rendah sehingga bahan ini
sangat luas pemakaiannya. 8ntuk keperluan tertentu dan meningkatkan siat mekaniknya,
harus ditambahkan unsur lain seperti i, g, 3u, n. dan diberi suatu perlakuan panas 5T)6,
Cambar 1 berikut iniG
Cambar 1. $iagram asa 4l-i
7/23/2019 Pengaruh Temperatur Dan Waktu Penahanan Artificial Aging
http://slidepdf.com/reader/full/pengaruh-temperatur-dan-waktu-penahanan-artificial-aging 3/12
")Traksi. Vol. 10. No. 1, Juni 2010
alah satu &iri 4l adalah memiliki siat mampu-&or yang baik, namun risikonya
adalah penurunan siat mekanik, terlihat pada diagram ase baha i dapat larut dalam O-4l
alau prosentasenya terbatas, dan membentuk eutektik pada temperatur ; %**0
3. Pemanasan
paduan 4l-i ke baah temperatur batas kelarutan maksimal D %**0
3, mengakibatkan i
terlarut dalam matriR O-4l se&ara maksimum dengan komposisi eutektik 11,* i. ?arutan
padat yang terbentuk pada temperatur tinggi dapat dipertahankan dalam keadaan
supersaturated yaitu dengan pendinginan &epat 5uen&hing6, guna mengurangi presipitasi
larutan atom yang kasar dan bersiat inkoheren, Jika dilakukan pendinginan &epat sampai
temperatur kamar, phasa O tidak sempat membentuk phasa karena atom i yang berada
dalam O-4l akan terperangkap sehingga tidak sempat keluar dan akhirnya tetap asa tunggal O
super jenuh.
Pemanasan ulang asa tunggal O super jenuh akan menghasilkan presipitat partikel
halus senyaa g2i. Presipitat tersebut terjadi akibat perlakuan age hardening yaitu
pemanasan kembali di baah temperatur batas G* Cone 5temperatur aging 6, sehingga terjadi
proses dekomposisi. Pertumbuhan presipitat akan meningkat seiring dengan naiknya
temperatur dan aktu age hardening. Presipitat berpartikel halus diperoleh dengan
pengaturan temperatur dan aktu aging.
erangkaian proses di atas salah satunya dikenal sebagai perlakuan panas T).
Perlakuan panas T) merupakan &ara memperbaiki siat mekanik dengan penguatan presipitasi
partikel halus.
Cambar 2. kema perlakuan panas T) paduan 4l-i
7/23/2019 Pengaruh Temperatur Dan Waktu Penahanan Artificial Aging
http://slidepdf.com/reader/full/pengaruh-temperatur-dan-waktu-penahanan-artificial-aging 4/12
"*Traksi. Vol. 10. No. 1, Juni 2010
METODE PENELITIAN
Taha)an Pen-eco'an
aterial yang digunakan pada penelitian ini adalah material dari %0 piston bekas
dan %0 4$312 yang terlebih dahulu dilakukan penge&oran sebanyak dua kali dengan
temperatur penuangan *00o
3 dan dilanjutkan pembuatan spe&imen, spe&imen-spe&imen
tersebut selanjutnya dilakukan pengujian komposisi kimia, kekerasan dan sruktur mikro.
Hasil pengujian komposisi kimia mengelompokkan paduan %0 piston bekas dan %0
4$312 masuk ke dalam kelompok paduan 4.'''.0 yang biasanya diperuntukkan untuk
material piston motor bensin.
Tabel 1 <omposisi kimia paduan 4'''.0 5umberG 4 ol."6
4llo
y
Pro
d
3omposition56
i Fe 3u n g 3r Ni n Ti =thers7a&h Total
'''.
0
P (,0-
10,0
1,0 ',0
-
",0
0,% 0,0%-
0,%0
- 0,%0 1,0 0,2
%
- 0,%0
Tabel 2 .Hasil uji kekerasan paduan %0Piston bekas dan %0 4$312
NoPENGECORAN I PENGECORAN II
N&la& Ke+e'a#an HRB N&la& Ke+e'a#an HRB
1 %',00 ),*) %0,00 0,01
2 "(,%0 ',)1 "),%0 10,(+
' %0,00 0,1) %1,00 1,21
" %1,00 0,') "(,00 ',)1
% "+,%0 0,+0 %",00 1),(1
Toal 830! 11!>= 8=!= 2!3
Taha)an Pe'la+$an Pana#
Proses perlakuan panas dalam penelitian ini menga&u pada tipe perlakuan panas
paduan 4.'''.0 54 ol." 6 seperti dalam tabel ' berikut iniG
7/23/2019 Pengaruh Temperatur Dan Waktu Penahanan Artificial Aging
http://slidepdf.com/reader/full/pengaruh-temperatur-dan-waktu-penahanan-artificial-aging 5/12
"(Traksi. Vol. 10. No. 1, Juni 2010
Table '.Tipe perlakuan panas paduan 4.'''.0 5umberG 4 ol."6
All
o#
Te"
)e'
T@)
e o
ca#&
n-
Sol$&on 'ea"en A-&n- 'ea"en
Te")e'a
$'
T&
"e5h6
Te")e'a
$'
T&
"e5h6o
3
o
F
o
3
o
F
''
'.0
T) P %
0
%
+
)
0
12 1
%
%
'
1
0
2-%
Proses perlakuan panas dimulai dengan &ara spe&imen diberi perlakuan panas
pelarutan 5 solution heat treatment 6 pada temperatur %0%0
3 selama 12 jam, kemudian di
<uench pada media air *00
3 dengan aktu delay 2% detik. elanjutnya dilakukan pemanasan
artificial aging dengan ariasi temperatur 100
0
3, 1%%
o
3 dan 200
o
3 serta ariasi lama aktu penahanan adalah 2, " dan % jam.
HASIL DAN PEMBAHASAN
1* Pen-$(&an Ke+e'a#an
@erdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat tersaji dalam data-data dengan
ariabel aktu penahan yang berbeda, kekerasan material tersaji dalam table 2 berikut ini G
Tabel " Hasil pengujian kekerasan hasil proses perlakuan panas
T")
Pen$an
-an
Se/el$"
Pe'la+
$an
)ana#
Te")e'a$'A-&n-
1000C
Te")e'a$'A-&n-
1330C
Te")e'a$' A-&n-200
0C
a+
$
A-&n
-
2 (a"
a+
$
A-&n
-
(a"
a+
$
A-&n
-
3(a"
a+
$
A-&n
-
2 (a"
a+
$
A-&n
-
(a"
a+
$
A-&n
-
3(a"
a+
$
A-&n
-
2 (a"
a+
$
A-&n
-
(a"
a+$
A-&n-
3(a"
>00 0C
)'.% )'.0 )(.0 )+.0 *).0 (0.% (2.0 *0.0 *'.% (0.0
%+.% )1.0 )".0 )*.0 **.% *+.% *+.% *".% *2.0 *+.0
)0.0 )2.0 )).% *1.% *(.0 (0.% (2.% *(.0 *'.0 *+.%
)2.% )%.0 )(.% )*.% (0.0 (0.% (1.0 **.% *'.% (2.%
)1.% )).0 )+.0 )(.0 (0.0 (1.0 (0.% *".% *2.0 (1.%
Raa9
'aa61* 6* 6>*2 6:*6 >:* :0* :1*1 >*= >2*: :0*3
7/23/2019 Pengaruh Temperatur Dan Waktu Penahanan Artificial Aging
http://slidepdf.com/reader/full/pengaruh-temperatur-dan-waktu-penahanan-artificial-aging 6/12
"+Traksi. Vol. 10. No. 1, Juni 2010
Cambar '. Craik pengujian kekerasan hasil proses perlakuan panas
$ari graik pada Cambar ' dapat diketahui baha pada temperatur aging 10003
sampai 1%%03 graik kekerasan hasil perlakuan panas material piston %0 P@ D %0 4$312
menunjukkan ke&enderungan menghasilkan nilai kekerasan yang meningkat. Tetapi setelah
temperatur aging 1%% 03 graik menunjukkan ke&enderungan menghasilkan nilai kekerasan
yang menurun. ehingga kekerasan optimal didapatkan pada temperatur aging 1%%03. Hasil
ini sejalan dengan schematic aging curve 5 strength or hardness vs time9 oleh mith,
51++'G"))6 $idapatkannya temperatur aging 1%%03 sebagai temperatur yang optimum
dikarenakan pada temperatur tersebut merupakan titik peak aged dimana ukuran dan
distribusi pripitation untuk penguatan paduan sudah men&apai titik optimum.
Cambar ". schematic aging curve 5 strength or hardness vs time9
Eotinsulu, inthia .J. 2001G 10 dalam penelitiannya menyatakan baha pada
perlakuan panas 4l-i ter&apainya kekerasan optimum pada temperatur aging tertentu
7/23/2019 Pengaruh Temperatur Dan Waktu Penahanan Artificial Aging
http://slidepdf.com/reader/full/pengaruh-temperatur-dan-waktu-penahanan-artificial-aging 7/12
%0Traksi. Vol. 10. No. 1, Juni 2010
disebabkan terbentuknya presipitat metastabil yang optimal yang menghalangi pergerakan
dislokasi. edangkan jika temperatur aging ditingkatkan setelah ter&apai titik optimum maka
kekerasan &enderung akan menurun. Hal ini dikarenakan oleh penggabungan atau pengerasan
presipitat yang menjadi koheren dengan matriknya. Hasil dari penelitian ini sekaligus juga
menjaab mengapa pada 4 " untuk paduan 4.'''.0 rekomendasi temperatur aging pada
proses perlakuan panas adalah 1%%03
$ari graik pada Cambar ' juga dapat diketahui baha seiring dengan penambahan
aktu aging kekerasan yang dihasilkan &enderung meningkat. $imana kekerasan tertinggi
dihasilkan pada aktu aging % jam. Hal ini dikarenakan pada aktu permulaan aging, ona
CP yang terbentuk terus berkembang baik dari segi ukuran, maupun jumlah seiring dengan
bertambahnya aktu aging. 8ntuk presipitat yang bertambah besar dan jumlah yang juga
bertambah banyak menyebabkan jarak antar partikel presipitat semakin rapat. Presipitat yang
rapat inilah yang bertindak sebagai penghalang yang menyebabkan pergeseran dislokasi
semakin sulit ketika terjadi deormasi. 4kibatnya didapatkan kekerasan paduan 4l-i yang
meningkat seiring dengan peningkatan aktu penahan. Peningkatan kekerasan seiring dengan
peningkatan aktu aging juga akan menemui titik pun&ak dan setelah titik pun&ak dileati
kekerasan &enderung akan menurun.
2* Pen-$(&an S'$+$' M&+'o
Pengujian struktur mikro dilakukan baik sebelum dan sesudah dilakukan perlakuan
panas . truktur mikro sebelum dilakukan perlakuan panas tersaji pada gambar % berikut ini G
Cambar %. truktur mikro paduan %0P@D%04$312 sebelum perlakuan panas
Pengujian struktur mikro setelah proses perlakuan panas dilakukan dengan tujuan
untuk mengetahui sejauh mana perbedaan bentuk struktur mikro sesudah dan sebelum proses
7/23/2019 Pengaruh Temperatur Dan Waktu Penahanan Artificial Aging
http://slidepdf.com/reader/full/pengaruh-temperatur-dan-waktu-penahanan-artificial-aging 8/12
%1Traksi. Vol. 10. No. 1, Juni 2010
pelakuan panas. Hasil dari pengujian struktur mikro ini diharapkan dapat memperkuat hasil
dari pengujian kekerasan, karena dengan pengamatan struktur mikro dapat terlihat susunan
dan struktur kristal suatu logam.
Hasil pengamatan stuktur mikro terhadap material setelah proses perlakuan panas
dengan aktu penahanan 2 jam terlihat pada Cambar ), * dan ( dibaah ini .
Cambar ) . truktur mikro setelah perlakuan panas dengan temperatur 4ging 100o3
Cambar * . truktur mikro setelah perlakuan panas dengan temperatur 4ging 1%%o3
Cambar ( . truktur mikro setelah perlakuan panas dengan temperatur 4ging 200o3
7/23/2019 Pengaruh Temperatur Dan Waktu Penahanan Artificial Aging
http://slidepdf.com/reader/full/pengaruh-temperatur-dan-waktu-penahanan-artificial-aging 9/12
%2Traksi. Vol. 10. No. 1, Juni 2010
Hasil pengamatan stuktur mikro terhadap material %0P@D%04$312 setelah
proses perlakuan panas aktu penahanan " jam terlihat pada Cambar +, 10 dan 11 dibaah
ini .
Cambar + . truktur mikro setelah perlakuan panas dengan temperatur 4ging 100o3
Cambar 10 . truktur mikro setelah perlakuan panas dengan temperatur 4ging 1%%o3
Cambar 11 . truktur mikro setelah perlakuan panas dengan temperatur 4ging 200o3
7/23/2019 Pengaruh Temperatur Dan Waktu Penahanan Artificial Aging
http://slidepdf.com/reader/full/pengaruh-temperatur-dan-waktu-penahanan-artificial-aging 10/12
%'Traksi. Vol. 10. No. 1, Juni 2010
Hasil pengamatan stuktur mikro terhadap material %0P@D%04$312 setelah
proses perlakuan panas dengan aktu penahanan % jam terlihat pada Cambar 11, 12 dan 1'
dibaah ini .
Cambar11 . truktur mikro setelah perlakuan panas dengan temperatur 4ging 100o3
Cambar12 . truktur mikro setelah perlakuan panas dengan temperatur 4ging 1%%o3
Cambar1' . truktur mikro setelah perlakuan panas dengan temperatur 4ging 200o3
Perlakuan panas menyebabkan perubahan bentuk struktur mikro paduan 4l-i. Hal ini
terlihat baik dimana terdapat perbedaan bentuk struktur mikro sebelum dan sesudah
perlakuan panas. Perubahan yang terjadi akibat proses perlakuan panas dimungkinkan karena
pemanasan yang diberikan memberi peluang atom untuk bergerak dan menata letaknya,
sehingga bentuk struktur atom setelah proses perlakuan panas menjadi lebih tertata.
7/23/2019 Pengaruh Temperatur Dan Waktu Penahanan Artificial Aging
http://slidepdf.com/reader/full/pengaruh-temperatur-dan-waktu-penahanan-artificial-aging 11/12
%"Traksi. Vol. 10. No. 1, Juni 2010
eiring dengan penambahan aktu aging bentuk matrik i menjadi tertata dan
kelihatan lebih rapat. truktur mikro yang kelihatan tertata seiring dengan pertambahan
aktu aging dikarenakan ona CP yang terbentuk terus berkembang baik dari segi ukuran,
maupun jumlahnya. Perlakuan panas menyebabkan presipitat bertambah besar dan jumlah
juga bertambah banyak, hal ini menyebabkan jarak antar partikel presipitat semakin rapat.
Presipitat yang rapat inilah yang kemudian bertindak sebagai penghalang terjadinya dislokasi.
ehingga ketika terjadi deormasi maka, akan sulit terjadi dislokasi. Hasil struktur mikro ini
memperkuat hasil pengujian kekerasan dimana seiring bertambahnya aktu aging kekerasan
paduan 4l-i menjadi meningkat.
<enaikan temperatur aging dapat memperbaiki susunan struktur mikro. Hal ini
terlihat pada gambar struktur mikro temperatur aging 10003 dan 1%%
03. $imana bentuk
struktur mikro temperatur aging 1%%03 lebih tertata dan merata matrik i nya dibandingkan
pada paduan 10003. 4kan tetapi pada temperatur aging 200
03 bentuk struktur mikronya
tidak lebih baik dibandingkan pada temperatur aging 1%% 03.
Ke#&")$lan
$ari pembahasan data hasil pengujian pada penelitian ini diperoleh kesimpulan
sebagai berikut G
1.
8paya meningkatkan siat mekanik material piston berbasis %0 piston bekas dan %0
4$312 salah satunya adalah proses $rtificial $ging
2.
Temperatur aging yang menghasilkan kekerasan tertinggi adalah 1%%o3 dan aktu
agingnya % jam.
'.
Pertambahan angka kekerasan setelah artificial aging material piston berbasis %0
piston bekas dan %0 4$312 men&apai )0
Daa' P$#a+a
1. @udinski., 2001, 7ngineering aterials Properties and ele&tion, PH/ Ne $elhi, pp.
%1*:%').2. 3ole, C ., and herman, 4. ., 1++%, K?ight eight materials or automotie
appli&ations, aterial 3hara&teriSation, '% 516 pp. ':+.
'. $urrant, C., Callerneault, ., 3antor, @.,1++), KueeSe &ast aluminum reinor&ed ith
mild steel inserts J ater &ien&e, '1 pp. %(+:)02.
7/23/2019 Pengaruh Temperatur Dan Waktu Penahanan Artificial Aging
http://slidepdf.com/reader/full/pengaruh-temperatur-dan-waktu-penahanan-artificial-aging 12/12
%%Traksi. Vol. 10. No. 1, Juni 2010
". 7ided Litthaya,200* K 7e&t o solution treatment and r-odii&ation on
mi&rostru&ture and me&hani&al properties o 4l-i piston alloys.
%. Haue, . ., et al ., 2001, Kstudy on ear properties o aluminum : sili&on piston
alloy, J aterial pro&essing te&hnology , 11( pp. )+:*'.
). <im, L. J., et al 200%, K3orrosion perorman&e o plasma sprayed 3ast /ron &oatings on
4luminum alloy or automotie &omponent, ura&e &oating and Te&hnology, 200 pp
11)2-)*.
*. Noorsy. !200*#, impor 4luminium akan melonjak, inar Harapan, %%"2....
(. mith, F. Lilliam. 1++%. aterial 'cience and engineering. second edition9. Ne AorkG
& Cra- Hill in&.
+. urdia, Tata B aito, hinroku. 1++2. *engetahuan 4ahan Teknik. edisi kedua9. JakartaG
Pradnya Paramita
10. T.V. Eajan,3P harma B harma 4shok ,1++*, KHeat Treatment prin&iple and
Te&hniues K 5reised edition6, PH/ Ne $elhi, pp. 110001
11. Viala,V. 3., Peronnet. ., @osselet F., @ouiR, J., 2002, K/ntera&e &hemistry in
aluminum alloy ith iron base inserts, 3omposites, Part 4, '', pp. 1"1*: 1"20
12. Vaillant ,P., Petitet, J. P.,1++%, K/ntera&tions under hydrostati& pressure o mild steel
ith liuid aluminum alloys,.Jater &ien&e '0 pp ")%+:"))(
1'. Lang ,A .,et al , 200%, K&uing resistan&e o &oated piston skirts run against &ylinder
bores, Lear 2%+, pp. 10"1:10"*
1". eren uSaer, 200) K The ee&t o heat treatment on aluminium-based piston alloys