## PENGARUH TEMPERATUR TUANG TERHADAP SIFAT MEKANIS DAN MIKROSTRUKTUR ALUMINIUM A356 MENGGUNAKAN PENGECORAN METODE COOLING

## SLOPE
Bayu Adithya 1 *, Tugiman 2 , Farida Ariani 3 , M. Sabri 4 1,2,3,4 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Email: adithyabayu03@gmail.com

## Abstract
The  use  of  aluminum  that  is  so  widespread  in  engineering  due  to  having  a  light  density  and corrosion resistance of aluminum is good but has a mechanical properties still need to be improved in  particular  aluminium  which  are  produced  by  using  the  the  method  of  casting.  In  the  casting process  very  many  variables  that  will  affect  the  strength  of  aluminum,  one  of  which  is  the temperature  of  the  pour.  This  research  aims  to  look  at  the  influence  of  the  temperature  of  the mechanical  properties  of  cast  A356  aluminum  against  which  include  violence,  impact,  tensile, wear out, and the microstructures by using the method of cooling slope type casting . Cooling slope used  to  drain  the  already  melted  aluminum  into  the  mold.  Cooling  slope  itself  has  5  angles  of slope, 15˚,  30˚, 45˚, 60˚, dan 75˚.  This research was conducted by varying the temperature pour 620˚C, 650˚C, 680˚C, 710˚C, dan 740˚C, and the angle of the slope is 15˚ cooling using permanent mold. The highest hardness obtained at temperature variations pour 680˚C amounted to 52.8 BHN. The value of the highest impact on temperature variations can pour 710˚C amounted to 0.18 J/mm ².  The  highest  tensile  test  value  obtained  on  temperature  variations  pour  680˚C  of  106.72  Mpa. Testing the wear and tear is done by the method of pin on disk with variation of the rotation of 150 Rpm, Rpm, 180 and 210 Rpm. The results of the photo the micro look at the temperature of the 680˚C distribus Silicon in aluminum matrix more evenly compared with other temperatures.
Key words: Mechanical Properties, Temperature, pour the A356 Aluminum, Cooling Slope

## Abstrak
Penggunaan  aluminium  yang  begitu  luas  dalam  bidang  teknik  dikarenakan  memiliki  massa  jenis yang ringan dan ketahanan korosi yang baik tetapi aluminium memiliki sifat mekanis yang masih perlu  ditingkatkan  khususnya  aluminium  yang  diproduksi  dengan  menggunakan  metode pengecoran.  Pada  proses  pengecoran  sangat  banyak  variabel  yang  akan  mempengaruhi  kekuatan aluminium  yang  salah  satunya  adalah  temperatur  tuang.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  melihat pengaruh  temperatur  tuang  terhadap  sifat  mekanis  aluminium  A356  yang  meliputi kekerasan,impak,tarik,aus,  serta  mikrostruktur  dengan  menggunakan  metode  pengecoran  tipe cooling  slope . Cooling  slope digunakan  untuk  mengalirkan  alumunium  yang  sudah  mencair  ke dalam cetakan. Cooling slope ini sendiri mempunyai 5 sudut kemiringan, yaitu 15˚, 30˚, 45˚, 60˚,
dan 75˚.  Penelitian ini dilakukan dengan memvariasikan temperatur tuang 620˚C, 650˚C, 680˚C, 710˚C,  dan  740˚C  serta  sudut  dari  cooling  slope  adalah  15˚  menggunakan  cetakan  permanen. Kekerasan tertinggi diperoleh pada variasi temperatur tuang 680˚C sebesar 52,8 BHN. Nilai impak tertinggi di dapat pada variasi temperatur tuang 710˚C sebesar 0,18 J/mm². Nilai uji tarik tertinggi diperoleh pada variasi temperatur tuang  680˚C sebesar 106,72 Mpa. Pengujian keausan dilakukan dengan metode pin on disk dengan variasi putaran 150 Rpm, 180 Rpm, dan 210 Rpm. Hasil photo mikro  terlihat  pada  temperatur  680˚C  distribus  silikon  di  dalam  matrik  alumunium  lebih  merata dibandingkan dengan temperatur yang lainnya.
Kata kunci : Sifat mekanis, Aluminium A356, Temperatur tuang, Cooling Slope

## 1. Pendahuluan
Teknik  pengecoran  logam  merupakan  bagian  dari  teknik  produksi  tertua  yang diketahui  manusia.    Hingga  saat  ini  pengecoran  logam  masih  dipakai  manusia  untuk menunjang kegiatan produksi dan industri seperti aluminium jenis A356 yang dari tahun ke tahun terus mengalami perkembangan. Namun, pada kondisi tertentu bahan aluminium A356  belum  memenuhi  standar  kekuatan  material  yang  diminta  oleh  pabrik  sehingga perlu  dilakukannya  perbaikan  sifat-sifat  mekanik  dari  bahan  aluminium  A356. Penggunaan  logam  aluminium  untuk  proses  pengecoran  semakin  meluas,  sebab  logam aluminium  dapat  di  proses  dengan casting , rolling,  forging dan  lain-lain.    Proses pembentukan  aluminium  dapat  dilakukan  dengan  berbagai  cara,  salah  satunya  dengan menggunakan  metode  pengecoran  logam.    Proses  pengecoran  logam  merupakan  proses pembuatan  produk  yang  diawali  dengan  mencairkan  logam  ke  dalam  tungku  peleburan kemudian  dituangkan  ke  dalam  cetakan  yang  terlebih  dahulu  dibuat  pola  hingga  logam cair  tersebut  membeku  dan  kemudian  dipindahkan  dari  cetakan  [1].  Terdapat  sejumlah metode pengecoran logam yang telah diterapkan dalam skala industri saat ini.  Metode ini dapat  dibedakan  berdasarkan  jenis  bahan  cetakan  (pasir,  keramik  atau  logam)  serta besarnya gaya tekanan ( gravity, vacum, low and high pressure) yang diberikan pada saat logam cair dimasukkan kedalam cetakan. Parameter-parameter pengecoran mempengaruhi sifat mekanis benda  cor melalui perubahan bentuk dan ukuran butir yang dihasilkan. Ukuran butir lebih halus dapat diperoleh dengan penambahan elemen seperti Sr,  Zr,  Ca  [2],  dan  pengaturan  laju  pendinginan  cairan  logam  secepat  mungkin. Pendinginan  cepat  dapat  dilakukan  dengan  berbagai  cara  diantaranya  metode cooling slope pada  pengecoran  A356  [3],  metode  ini  menurunkan  ukuran  butir  -Al  pada pengecoran  aluminium  alloy  [4]  dan  penghalusan primary  austenite , graphite dan substructure pada pembuatan besi cor kelabu [5]. Cooling slope digunakan dengan tujuan
mendapatkan slurries dengan struktur spheroid , bahan slope dibuat menggunakan bahan mild  steel [6].  Laju  pendinginan  cairan  juga  dipengaruhi  oleh  panjang  serta  kemiringan pelat [7]. Transfer panas yang cepat akan meningkatkan laju pengintian dan penghalusan butir [8].

## 2. Bahan dan Metode
Pada  penelitian  ini  digunakan  aluminium  A356  dengan  memvariasikan  temperatur tuang 620˚C, 650˚C, 680˚C, 710˚C, dan 740˚C serta sudut dari cooling slope adalah 15˚ menggunakan cetakan permanen yang terbuat dari mild steel. Proses pencairan aluminium A356  dilakukan  menggunakan  dapur  peleburan  berbahan  bakar  arang  kayu  laut menggunakan  wadah crusibel grafit.  Cetakan  berbentuk  silinder  dibuat  dari  bahan mild steel digunakan untuk pembuatan spesimen uji kekerasan, uji impak, uji tarik, uji aus, dan mikrostruktur.  Pengujian  kekerasan  menggunakan  metode  Brinell  indentor  bola  baja dengan  pembebanan  500kg.  Pengujian  impak  menggunakan  metode  charpy  dengan bentuk  takikan  jenis  V  yang  mengacu  kepada  standar  ASTM  vol.14.01E23M-00a. Pengujian  tarik  menggunakan  standar  ASTM  E8.  Pengujian  aus  menggunakan  metode pin  on  disc pada  kecepatan  sliding  150,  180,  dan  210  rpm.  Pengujian  mikrostruktur menggunakan mikroskop optic untuk berbagai pembesaran (100-200x).

## 3.  Hasil dan Pembahasan

## 3.1 Hasil pengujian kekerasan (Hardness)
Pengujian kekerasan dilakukan terhadap lima variasi temperatur tuang  menggunakan metode Brinell, hasil pengujian seperti diperlihatkan pada gambar 3.1 berikut :
Gambar 3.1 Kekerasan vs Temperatur tuang
44 46 48 50 52 54 620˚C 650˚C 680˚C 710˚C 740˚C 47.7 50.7 52.8 47.8 50.6 Ke k era sa n (BHN )
Temperatur tuang (˚C)
Gambar  3.1  diatas  memperlihatkan  nilai  kekerasan  alumunium  A356  yang  dileburkan menggunakan  metode cooling  slope dengan  variasi  temperatur  tuang  meningkat  pada temperatur 680˚C sebesar 52,8 BHN. Dan biasanya setelah temperatur optimum tercapai maka  tren  kekerasan  akan  cenderung  menurun  dikarenakan  terbentuknya  porositas diantara struktuur α alumunium dan silikon terdisfersi diantara matrik aluminium [9].

## 3.2 Hasil pengujian impak
Pengujian  impak  dilakukan  pada  sampel  A356  untuk  melihat  pengaruh  variasi temperatur tuang terhadap kekuatan impak dari bahan tersebut, ketahanan terhadap beban impak dapat dinyatakan dengan energi impak, hasil pengujian seperti diperlihatkan pada gambar 3.2 berikut :
Gambar 3.2 Energi yang diserap vs Temperatur tuang
Gambar 3.2 dapat diketahui bahwa kenaikan temperatur tuang pengecoran yang diberikan saat  proses  pembekuan  produk  hasil Cooling  Slope akan  menurunkan  kekuatan  impak bahan  alumunium  A356  hal  ini  dikarenakan  pada  saat  temperatur  naik  maka  porositas aluminium  akan  naik  [9].  Energi  serap  impak  yang  paling  kecil  didapatkan  pada  variasi temperatur tuang 650˚C yaitu 9,15 joule dan energi serap impak yang paling besar didapat pada variasi temperatur tuang 710˚C yaitu sebesar 14,645 joule.
Hasil pengujian impak terhadap bahan ini dapat juga dinyatakan dalam satuan joule/mm 2 yang  menyatakan  nilai  impak  dari  suatu  bahan  seperti  diperlihatkan  pada  gambar  3.3 berikut :
0 5 10 15 620˚C 650˚C 680˚C 710˚C 740˚C 10.945 9.15 13.245 14.645 9.595 En erg i y an g d ise ra p (Jo u le)
Temperatur tuang (˚C)
Gambar 3.3 Nilai impak vs Temperatur tuang
Gambar  bentuk  patahan  dari  sampel  uji  impak  juga  relative  sama  permukaan  patahan masih berserabut/bergerigi tidak rata menunjukkan sampel masih memiliki keuletan yang baik. Patahan seperti diperlihatkan pada gambar 3.4 berikut ini :
Gambar 3.4 Bentuk patahan sampel setelah dilakukan pengujian impak
Gambar  3.4  diatas  memperlihatkan  bentuk  patahan  dari  sampel  uji  impak  juga  relatif sama  permukaan  patahan  masih  berserabut  tidak  rata  menunjukkan  sampel  masih memiliki keuletan yang baik.
0 0.05 0.1 0.15 0.2 620˚C 650˚C 680˚C 710˚C 740˚C 0.12 0.112 0.165 0.18 0.1165 Nilai im p ak (Jo u le/m m 2 ) Temperatur tuang (˚C) 620 ˚C 650 ˚C 680 ˚C 710 ˚C

## 3.3 Hasil pengujian tarik (Tensile Test)
Hasil  pengujian  tarik  dari  berbagai  temperatur  tuang  pengecoran cooling  slope pada aluminium  A356  dengan  variasi  temperatur  tuang  620˚C,  650˚C,  680˚C,  710˚C,  dan 740˚C.  Gambar  3.5  menunjukkan  kekuatan  tarik  hasil  pengecoran cooling  slope pada aluminium  A356  dengan  variasi  temperatur  tuang  620˚C,  650˚C,  680˚C,  710˚C,  dan 740˚C.  Kekuatan  tarik  hasil  coran cooling  slope pada  aluminium  A356  yang  tertinggi pada  temperatur  tuang  680˚C  dengan  nilai  kekuatan  tarik  106,72  Mpa,  sedangkan  nilai kekuatan  tarik  terendah  pada  temperatur  tuang  620˚C  dengan  nilai  kekuatan  tarik  71,16 Mpa.  Penurunan  kekuatan  tarik  ini  disebabkan  adanya  perubahan  struktur  mikro  pada paduan  aluminium  hasil  coran.  Perubahan  struktur  mikro  ini  disebabkan  karena  adanya perbedaan  waktu  pembekuan  logam  cair.  Semakin  tinggi  temperatur  tuang  maka  waktu pembekuan  juga  akan  semakin  lama,  sehingga  struktur  mikronya  akan  berubah  dari struktur aluminium dendrite pada permukaan coran, serta eutektik silikon yang berbentuk serpihan sempit pada temperatur tuang rendah menjadi eutektik silikon dengan serpihan tipis dan pendek diantara dendrite yang renggang. Eutektik silikon yang tipis dan pendek akan  berpengaruh  terhadap  sifat  mekanis  kekuatan  tarik  hasil  coran  yaitu  menjadi kekuatan tariknya rendah [10].
Gambar 3.5 Nilai kuat tarik vs Temperatur tuang

## 3.4 Hasil pengujian aus (wear)
Hasil pengujian  ketahanan aus  metode  pin  on  disk  terhadap  bahan  alumunium  A356 pada berbagai temperatur tuang seperti diperlihatkan pada tabel 3.1.
Tabel 3.1 Hasil uji keausan variasi temperatur tuang dan variasi putaran
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 620˚C 650˚C 680˚C 710˚C 740˚C 71.16 91.19 106.72 90.84 89.51 N ilai u ji t ari k, (Mp a) Temperatur tuang (˚C)
n (rpm) Sudut Suhu tuang ā(μm) ƃ(μm) Vp (mm³) ψp (mm³/s) 210 15 620 1,2776 0,2532 53,38 1,779 650 1,023 0,3104 51,89 1,730 680 1,2026 0,1954 38,67 1,289 710 1,1153 0,2644 48,37 1,612 740 1,1559 0,2394 45,46 1,515 n (rpm) Sudut Suhu tuang ā(μm) ƃ(μm) Vp (mm³) ψp (mm³/s) 180 15 620 1,1638 0,2216 42,37 1,412 650 0,9033 0,2532 37,20 1,240 680 1,0895 0,1691 30,18 1,006 710 1,1131 0,2269 41,43 1,381 740 1,1407 0,2296 42,99 1,433 n (rpm) Sudut Suhu tuang ā(μm) ƃ(μm) Vp (mm³) ψp (mm³/s) 150 15 620 1,0559 0,1986 34,32 1,144 650 0,8973 0,246 35,62 1,187 680 1,0303 0,1605 27,04 0,901 710 1,1072 0,1783 32,36 1,079 740 0,925 0,2125 32,00 1,067
Laju keausan yang diperoleh pada tabel 3.1 selanjutnya dapat dibuatkan grafik temperatur tuang  terhadap  laju  keausan  untuk  tiga  kecepatan  sliding  yang  berbeda.  Berikut  grafik laju keausan vs temperatur tuang:
Gambar 3.6 Grafik laju keausan vs Temperatur tuang
Dari  gambar  3.6  memperlihatkan  kenaikan  laju  keausan  pada  bahan  Aluminium  A356 dengan  variasi  temperatur  penuangan  620˚C,  650˚C,  680˚C,  710˚C,  dan  740˚C.  Laju keausan  bertambah  seiring  dengan  peningkatan  putaran.  Secara  experiment  kenaikan temperatur  penuangan  dapat  menurunkan  laju  keausan,  pada  gambar  3.6  diperoleh  laju keausan  paling  rendah  terjadi  pada  suhu  penuangan  680˚C  untuk  semua  kecepatan
1.144
1.187
0.901 1.079 1.067
1.412 1.24
1.006
1.381
1.433
1.779 1.73 1.289 1.612 1.515 0 0.5 1 1.5 2 620˚C 650˚C 680˚C 710˚C 740˚C Laju ke au san ( mm³/ s) Temperatur tuang 150 rpm 180 rpm 210 rpm
sliding,  hal  ini  berkesesuain  dengan  hasil  pengujian  kekerasan  dan tensile  strength . Sebaliknya  laju  keausan  terbesar  diperoleh  pada  suhu  tuang  620˚C  kecepatan  210  rpm, data ini juga sesuai denga hasil uji kekerasan dan tensile strength yang memiliki kekuatan terendah  pada  temperatur  ini.  Meningkatnya  kekerasan  dan  uji  tarik  pada  material Aluminium  A356  variasi  temperatur  penuangan  dengan  metode cooling  slope dapat mengurangi laju keausan pada saat pengujian dengan menggunakan metode pin on disk.

## 3.5 Hasil pengujian mikrostruktur
Pengujian  mikrostruktur  dilakukan  menggunakan  mikroskop  optic  untuk  melihat bentuk butiran yang terbentuk, hasilnya seperti diperlihatkan pada gambar 3.7 berikut :
Gambar 3.7 Photo mikro sampel A356 Temperatur pembesaran 100x,
a) 620˚C b) 650˚C, c) 680˚C, d) 710˚C, e) 740˚C
Gambar  3.7  memperlihatkan  hasil  photo  mikro  variasi  temperatur  tuang  pada  rentang suhu  620˚C,  650˚C,  680˚C,  710˚C,  740˚C  dan  kemiringan  slope  15˚  tidak  memberikan perubahan struktur yang signifikan, dilihat dari ukuran butir ( grain ) pada suhu 650˚C dan 680˚C  memiliki  ukuran  butir  yang  lebih  kecil  dibandingkan  suhu  620˚C  dan  710˚C. Mikrostruktur  pada temperatur  tuang 620˚C  juga memperlihatkan  porositas  yang  cukup besar,  keberadaan  porositas  di  bagian  dalam  coran  tentunya  akan  menurunkan  sifat mekanis coran.
a) Al Si Porositas b) c) Al Al Si Si d) e) Al Al
Si Si
Porositas

## 4.  Kesimpulan
Dari hasil penelitian ini dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Kenaikan  temperatur  tuang  pada  range  yang  diambil  akan  menaikkan  nilai kekerasan,  nilai brinell  hardness  number yang  diperoleh  pada  hasil  coran  yang paling tinggi sebesar 52,8 BHN pada temperatur 680˚C dan paling rendah sebesar 47,7 BHN pada temperatur 620˚C.
2. Hasil  pengujian  impak  yang  telah  dilakukan  terlihat  energi  yang  diserap  paling tinggi  diperoleh  pada  temperatur  710˚C  sebesar  14,6  Joule  dan  paling  rendah pada temperatur 650˚C sebesar 9,15 Joule. Diketahui bahwa kenaikan temperatur tuang akan menaikkan porositas.
3. Hasil  pengujian  tarik  yang  telah  dilakukan  terlihat  nilai  tarik  paling  tinggi diperoleh  pada  temperatur  680˚C  sebesar  106,72  Mpa  dan  paling  rendah  pada temperatur  620˚C  sebesar  71,16  Mpa.  Penurunan  kekuatan  tarik  ini  disebabkan adanya  perubahan  mikro  pada  hasil  coran.  Perubahan  struktur  mikro  tersebut karena adanya perbedaan waktu pembekuan logam cair.
4. Hasil  pengujian  keausan  yang  telah  dilakukan  terlihat  laju  keausan  yang  paling rendah diperoleh pada temperatur 680˚C yaitu 1,289 mm3/s, hal ini sesuai dengan hasil pengujian kekerasan dan tensile strenght. Sebaliknya laju keausan terbesar diperoleh pada temperatur 620˚C yaitu 1,779 mm3/s, hal ini sesuai dengan hasil pengujian kekerasan dan tensile strenght.
5. Variasi temperatur tuang pada rentang suhu 620˚C, 650˚C, 680˚C, 710˚C, 740˚C dan kemiringan slope 15˚ tidak memberikan perubahan struktur yang signifikan, dilihat  dari  ukuran  butir  ( grain )  pada  suhu  650˚C  dan  680˚C  memiliki  ukuran butir  yang  lebih  kecil  dibandingkan  suhu  620˚C  dan 710˚C.  Mikrostruktur  pada temperatur  tuang  620˚C  juga  memperlihatkan  porositas  yang  cukup  besar, keberadaan  porositas  di  bagian  dalam  coran  tentunya  akan  menurunkan  sifat mekanis coran.

## Referensi
[ 1]  Surdia  Tata  dan  Kenji  Chijiwa.  2000. Teknik  Pengecoran  Logam. Jakarta:  Pradnya Paramita.
[2]  Y.C.  Lee,  A.K.  Dahle,  D.H.  StJohn, The  role  of  solute  in  grain  refinement  of magnesium, Metallurgical and Materials Transactions A. 31 (2000) 2895–2906.
[ 3]  Y.  Birol, Semi-solid  processing  of  the  primary  aluminium  die  casting  alloy  A365, Journal of Alloys and Compounds. 473 (2009)  133–138.
[4]  D.M.  Adss,  Effect  Of  Cooling  Slope  Casting  Parameters  On  The  Thixotropic Microstructure Of A356 Aluminum Alloy, (2015).
[ 5] A. Muumbo, M. Takita, H. Nomura, Processing of semi-solid gray cast iron using the cooling plate technique, Materials Transactions. 44 (2003)  893–900.
[6]  H.  Watari,  K.  Davey,  M.T.  Rasgado,  T.  Haga,  S.  Izawa,  Semi-solid  manufacturing process  of  magnesium  alloys  by  twin-roll  casting,  Journal  of  Materials  Processing Technology. 155–156 (2004) 1662–1667.
[ 7] F. Taghavi, A. Ghassemi, Study on the effects of the length and angle of inclined plate on  the  thixotropic  microstructure  of  A356  aluminum  alloy,  Materials  and  Design.  30 (2009) 1762–1767.
[8] A. Mehmood, M. Shah, N.A. Sheikh, J.A. Qayyum, S. Khushnood, Grain refinement of ASTM A356 aluminum alloy using sloping plate process through gravity die casting, Alexandria Engineering Journal.
[ 9] Tugiman dan Suprianto, 2014, “ Pengaruh temperatur Tuang terhadap Sifat Mekanis dan  Mikrostruktrur  Coran  A356  Menggunakan  Metode  Stir  Casting”.
[10]  Wijoyo,  2012,” Pengaruh  Temperatur  Tuang  Pada  Pengecoran  Lost  Foam Terhadap  Kekuatan  Tarik  Paduan  Aluminium”. Departemen  Teknik  Mesin,  Fakultas Teknik, Universitas Surakarta.