## PEMBUATAN PELAT PADUAN ALUMINIUM-MAGNESIUM DAN  ANALISIS VARIASI KAMPUH LAS  PADA PADUAN ALUMINIUM-MAGNESIUM AKIBAT BEBAN STATIK DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSYS WORKBENCH V 14.0
Syahrul Ramadhan 1 , Bustami Syam 2 , M. Sabri, I. Isranuri 3 , Syahrul Abda 4 , Darwin Sitompul 5 Madhun_piztha@yahoo.com
1,2,3,4,5 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara

## ABSTRAK
Aluminium  merupakan  unsur  yang  paling  banyak  digunakan  di  bidang  teknologi,  khususnya  bidang transportasi.  Permasalahan  seputar  pemakaian  bahan  bakar  dan  pengurangan  berat  komponen  yang digunakan,  telah  membuat  paduan  aluminium-magnesium  dalam  industri  ini  sangat  berkembang. Dengan  mengurangi  berat  dari  komponen  yang  digunakan  maka  konsumsi  energi  dalam  hal penggunaan  bahan  bakar  dan  emisi  gas  buangnya  juga  dapat..  Pada  penelitian  ini  dilakukan penambahan Magnesium kedalam Aluminium sesuai variasi yang dikerjakan yaitu 1,4% dan 2,2%   , kemudian  dilakukan  simulasi  dengan  menggunakan software ansys  dengan  cara  mendesign  model menyerupai bentuk spesimen aslinya, dan memberikan perlakuan yang sama sesuai dengan pengujian secara eskperimental. Dengan menggunakan simulasi ansys ini, banyak parameter yang akan didapat. Pada  simulasi ini dicari tegangan normal, tegangan maksimum dan regangan terhadap beban statik . Dari simulasi didapat untuk paduan Al 98%-Mg 1,4% dengan sudut kampuh 60 o diperoleh tegangan normal  sebesar  118,77  MPa    .  Pada  paduan  Al  98%-Mg  1,4%  dengan  sudut  kampuh  90 o diperoleh tegangan  normal  sebesar  107,89  MPa.  Pada  paduan  Al  97%-Mg  2,2%  dengan  sudut  kampuh  60 o diperoleh tegangan normal sebesar 155,2 MPa. Pada paduan Al 97%-Mg 2,2% dengan sudut kampuh 90 o diperoleh  tegangan  normal  sebesar  117,95  MPa.  Pada  paduan  Al  98%-Mg  1,4%  dengan  sudut kampuh  60 o diperoleh  tegangan  maksimum  sebesar  122,9  MPa.  Pada  paduan  Al  98%-Mg  1,4% dengan sudut kampuh 90 o diperoleh tegangan maksimum sebesar 132,67 MPa. Pada paduan Al 97%- Mg 2,2%  dengan sudut kampuh 60 o diperoleh tegangan maksimum sebesar 160,82 MPa. Pada paduan Al 97%-Mg 2,2% dengan sudut kampuh 90 o diperoleh tegangan maksimum sebesar 145,35 MPa. Pada paduan Al 98%-Mg 1,4% dengan sudut kampuh 60 o diperoleh regangan maksimum sebesar 0,0020302 mm. Pada paduan Al 98%-Mg 1,4%dengan sudut kampuh 90 o diperoleh regangan maksimum sebesar 0,0021916  mm.  Pada  paduan  Al  97%-Mg  2,2%    dengan  sudut  kampuh  60 o diperoleh  regangan maksimum  sebesar  0,00260201  mm.  Pada  paduan  Al  97%-Mg  2,2%    dengan  sudut  kampuh  90 o diperoleh regangan maksimum sebesar 0,0023681 mm.
Kata Kunci: Aluminium, Magnesium, Pengecoran, Uji Komposisi, Ansys Workbench, Beban Statik.

## 1. PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi di bidang industri, khususnya dalam industri transportasi merupakan salah  satu  teknologi  yang  sangat  pesat  perkembangannya.  Permasalahan  seputar  pemakaian  bahan bakar dan pengurangan berat komponen yang digunakan, telah membuat penggunaan aluminium dan paduannya  dalam  industri  ini  sangat  berkembang.  Dengan  mengurangi  berat  dari  komponen  yang digunakan  maka  konsumsi  energi  dalam  hal  penggunaan  bahan  bakar  dan  emisi  gas  buangnya  juga dapat dikurangi.
Aluminium dan paduannya  merupakan salah satu logam  yang paling banyak digunakan oleh manusia. Lebih dari seperempat logam ini digunakan untuk bidang industri transportasi seperti: mobil, bus,  truk,  kereta  api,  kapal    dan  pesawat  terbang.  Penggunaan  aluminium  yang  sangat  luas  karena logam ini memiliki sifat ringan, tahan terhadap korosi dan penghantar listrik yang baik.
Proses  pengecoran  merupakan  proses  pembuatan  manufaktur    tertua  yang  sampai  saat  ini masih  terus  diterapkan,  keunggulan  proses  pengecoran  adalah  kemampuannya  untuk  memproduksi komponen  dengan  bentuk  kompleks  secara  masal.  Terdapat  tiga  bagian  utama  proses  pengecoran, yang  pertama  proses  pembuatan cetakan  pasir. Kedua  adalah  proses  pembuatan inti  dan  yang  ketiga adalah proses  pengecoran logam. Dengan semakin canggihnya perkembangan teknologi sekarang ini
maka  untuk  mendapatkan  hasil  kekuatan  dari    paduan  Aluminium-Magnesium  tersebut,  kita  dapat secara langsung menganalisanya dengan menggunakan software Ansys Workbench V 14.0 .

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 Sejarah Aluminium
Aluminium diambil dari bahasa Latin: alumen, alum . Orang-orang Yunani dan Romawi kuno menggunakan alum sebagai  cairan  penutup  pori-pori  dan  bahan  penajam  proses  pewarnaan.  Pada tahun  1787,  Lavoisier  menebak  bahwa  unsur  ini  adalah  Oksida  logam  yang  belum  ditemukan.  Pada tahun  1761,  de  Morveau  mengajukan  nama alumine untuk  basa alum .  Pada  tahun  1827,  Wohler disebut  sebagai  ilmuwan  yang  berhasil  mengisolasi  logam  ini.  Pada  tahun  1807,  Davy  memberikan proposal  untuk  menamakan  logam  ini  Aluminum,  walau  pada  akhirnya  setuju  untuk  menggantinya dengan  Alumin ium .  Nama  yang  terakhir  ini  sama  dengan  nama  banyak  unsur  lainnya  yang  berakhir dengan  “ium”.  Aluminium  dapat  menghantarkan  arus  listrik  dua  kali  lebih  besar  jika  dibandingkan dengan  tembaga.  Karena  Aluminium  tidak  mahal  dan  ringan,  maka  Aluminium  sangat  baik  untuk kabel-kabel listrik overhead maupun bawah tanah[1].

## 2.2 Sejarah Magnesium
Magnesium  berasal  dari  bahasa  Yunani  " Magnesia ",  yang  merupakan  daerah  di Thessalia.Informasi  sejarah  magnesium  ditemukan  oleh  Sir  Humphrey  Davy  pada  tahun  1755  di Inggris.Magnesium merupakan elemen terbanyak kedelepan di kerak bumi.Ia tidak muncul tersendiri, tapi  selalu  ditemukan  dalam  jumlah  deposit  yang  banyak  dalam  bentuk magnesite,  dolomite dan mineral-mineral lainnya.

## 2.3  Paduan Aluminium-Magnesium
Aluminium dan paduan aluminium termasuk logam ringan yang mempunyai kekuatan tinggi, tahan terhadap karat dan merupakan konduktor listrik yang cukup baik. Logam ini dipakai secara luas dalam bidang kimia , listrik, bangunan, transportasi dan alat-alat penyimpanan. Kemajuan akhir-akhir ini dalam teknik pengelasan busur listrik dengan gas mulia menyebabkan pengelasan aluminium dan paduannya menjadi sederhana dan dapat dipercaya. Karena hal ini maka penggunaan aluminium dan paduannya di dalam banyak bidang telah berkembang.. Gambar diagram fasa Aluminium-Magnesium dapat dilihat pada gambar 1.

## Gambar  1.Diagram Fasa paduan Al- Mg

## 2.4  Pengecoran
Pengecoran  logam  merupakan  salah  satu  ilmu  pengetahuan  tertua  yang  dipelajari  oleh  umat manusia.  Ilmu  pengecoran  logam  terus  berkembang  dengan  pesat.  Berbagai  macam  metode pengecoran logam telah ditemukan dan terus disempurnakan, diantaranya adalah centrifugal casting, investment casting, dan sand casting serta masih banyak lagi metode-metode lainnya seperti gambar 2. Pengecoran  adalah  membuat  komponen  dengan  cara  menuangkan  bahan  yang  dicairkan  ke  dalam cetakan.  Bahan  di  sini  dapat  berupa metal maupun non-metal .  Untuk  mencairkan  bahan  diperlukan furnace (dapur  kupola). Furnace adalah  sebuah  dapur  atau  tempat  yang  dilengkapi  dengan heater
(pemanas).  Bahan  padat  dicairkan  sampai  suhu  titik  cair  dan  dapat  ditambahkan  campuran  bahan seperti chrome , silikon, titanium, Aluminium dan lain-lain agar bahan menjadi lebih baik.

## Gambar 2. Saluran masuk

## 2.5  Uji Tarik
Uji  tarik  termasuk  dalam  pengujian  bahan  yang  paling  mendasar.  Pengujiannya  sangat sederhana  dan  sudah  memiliki  standarisasi  di  seluruh  dunia  (Amerika  ASTM  E8  dan  Jepang  JIS 2241).  Dengan  melakukan  uji  tarik  suatu  bahan,  maka  akan  diketahui  bagaimana  bahan  tersebut bereaksi  terhadap  energi  tarikan  dan  sejauh  mana  material  itu  bertambah  panjang.  Alat  eksperimen untuk  uji  tarik  ini  harus  memiliki  cengkeraman  ( grip )  yang  kuat  dan  kekakuan  yang  tinggi  ( highly stiffness ).
Sifat material  dari uji tarik Aluminium dapat dilihat pada gambar 3.
Gambar 3. Diagram tegangan-regangan Aluminium.
Tegangan normal tesebut akibat gaya tarik dapat ditentukan berdasarkan persamaan dibawah ini[2]:
𝜎 = 𝑃 𝐴 Dan
𝜀 = Δl l0 x 100 %
Hubungan kedua persamaan ini adalah:
E = σ ε Dimana : 𝜎 = Tegangan (MPa) 𝜀 = Regangan (%) 𝑙 1 = Panjang akhir (cm) 𝑙 0 = Panjang awal (cm) E = Modulus elastisitas (MPa)

## 2.6 Perangkat Lunak Analisis Elemen Hingga
Elemen  hingga  adalah  idealisasi  matematika  terhadap  suatu  sistem  dengan  membagi  objek menjadi elemen-elemen diskrit yang kecil dengan bentuk yang simpel.Metode elemen hingga adalah teknik yang sangat dominan pada structural mechanics. Ada banyak perangkat lunak analisis elemen hingga  yang  digunakan  di  industri  saat  ini  dari  beraneka  disiplin  ilmu  teknik  termasuk mechanical engineering. [3]

## 2.6.1 SolidWorks
SolidWorks adalah salah satu software CAD 3D yang sangat mudah digunakan yang berbasis parametric  sehingga  memudahkan  penggunanya  dalam  membuat,mengedit  dan  menyimpan  file  file gambar,dengan Solidworks juga  kita  dapat  mendesain  gambar  dengan  sangat  intuitif,karena  banyak dipergunakan oleh para mahasiswa,designer,engineerdan tentunya para professional lainya.

## 2.6.2  Ansys Workbench V 14.0
Ansys  Workbench  V  14.0 adalah  suatu  perangkat  lunak  komputer  umum  yang  mampu menyelesaikan  persoalan-persoalan  elemen  hingga  dari  pemodelan  hingga  analisis[4]. Ansys Workbench V 14.0 ini digunakan untuk mensimulasikan semua disiplin ilmu fisika baik statis maupun dinamis,  analisis  struktural  (kedua-duanya  linier  dan non linier),  perpindahan  panas,dinamika  fluida, dan elektromagnetik untuk para engineer.

## 3. METODOLOGI  PENELITIAN
Metode  Penelitian  adalah  cara  yang  dipakai  dalam  suatu  kegiatan  penelitian,  sehingga mendapatkan hasil yang dapat dipertanggung jawabkan secara akademis dan ilmiah.
Dengan  dilandasi latar  belakang  peneliti  mengajukan  satu  usulan  penelitian untuk    membuat pelat  paduan Aluminium-Magnesium lalu  dilakukan  analisa  terhadap  kekuatan  tarik  dengan menggunakan software Ansys Workbench V 14.0 .

## 3.1 Waktu Dan Tempat Penelitian

## 3.1.1 Tempat
Tempat  dilaksanakannya  proses  pengecoran  ini  adalah  disebuah  tempat  industri  kecil pengecoran logam yang berada di Jl. Marelan II Pasar IV Timur Sumatera Utara.

## 3.1.2 Waktu
Waktu yang digunakan selama penelitian ini yaitu mulai dari bulan Maret s/d bulan Juli 2013.

## 3.2 Bahan dan Alat

## 3.2.1 Bahan
Bahan baku yang digunakan pada percobaan ini adalah : - Aluminium ingot, seperti pada gambar 4
Gambar 4 Aluminium
Magnesium ingot, seperti gambar 5.
Gambar 5. Magnesium
3.2.2 Alat Adapun alat-alat yang digunakan untuk proses pengecoran[5} - Mesin Potong - Dapur Pengecoran
- Ladel - Crusibel - Blower - Flask

## 3.3 Proses pengecoran
Adapun langkah-langkah yang di lakukan dalam melakukann proses pengecoran yaitu: Langkah  proses  pengecoran  paduan  aluminium  dengan  magnesium  dengan  menggunakan  metode pasir cetak adalah sebagai berikut :
1. Aluminium ingot dipotong terlebih dahulu, agar memudahkan dalam proses pengecoran.
2. Kemudian potongan Aluminium dimasukkan kedalam dapur pengecoran untuk proses pengecoran sampai Aluminium tersebut mencapai titik didih
3. Setelah Aluminium mencapai titik didih, lalu diamasukkan potongan magnesium
4. Lalu aduk paduan tersebut agar tercampur dengan sempurna
5. Setelah dilakukan pengadukan, lalu paduan tersebut dicetak dengan cetakan yang sudah tersedia.
6. Kemudian tunggu beberapa menit sampai cetakan tersebut dingin
7. Lalu cetakan tersebut dapat diproses permesinan.

## 3.4 Prosedur Simulasi
Adapun langkah-langkah yang di lakukan dalam melakukann proses simulasi adalah:
1. Aktifakan menu Ansys Workbench V 14.0, lalu pilih ststic structural.
2. Pilih engineering data, kemudia masukkan data sesuai dengan hasil dari pengujian.
3. Kemudian  pilih  geometri  untuk  mendesain  geometri  yang  akan  didesain.  Karena  desain  gambar sudah dikerjakan dengan menggunakan software solidwork, maka gambar dapat langsung di input ke Ansys Workbench V 14.0.
4. Kemudian dilakukan pemberian meshing pada benda yang  akan disimulasi.
5. Lalu dilakukan set up untuk menentukan fixed support dan force pada material.
6. Selanjutnya masuk kedalam proses solution, dimana kita dapat menentukan solusi apa yang ingin kita  cari.  Pada  simulasi  ini  yang  ingin  dicari  adalah  tegangan  normal,  tegangan  maksimum  dan regangan.
7. Selesai.

## 3.5 Diagram Alir Penelitian
Adapun prosedur pelaksanaan penelitian ini dapat dilihat pada gambar 6.

## 4. ANALISA DATA DANPEMBAHASAN
Pengujian yang dilakukan meliputi proses pengecoran, uji komposisi dan simulasi dengan menggunakan software Ansys Workbench V 14.0.

## 4.1  Hasil Pengecoran
Dari  proses  pengecoran  didapat  hasil  pelat  paduan  Aluminium  seperti  yang  dilihat  pada gambar 7.
Gambar 7.  Diagram alir Penelitian

## 4.2  Uji komposisi
Dari hasil uji komposisi didapat paduan sebagai dapa tabel
Tabel 4.1 Hasil Komposisi Al 97% + Mg 2,2 Al 98% + Mg 1,4% Unsur % Unsur % Si 0,016 Si 0,013 Fe 0,019 Fe 0,027 Cu 0,032 Cu 0,045 Mn 0,006 Mn 0,113 Mg 2,253 Mg 1,403 C 0,047 C 0,062 Cr 0,036 Cr 0,052 Ni 0,004 Ni 0,001 Mnsi 0,002 Mnsi 0,004 Sn 0,010 Sn 0,008 Al 97,575 Al 98,272 Sumber: Hasil Uji di Lab. Uji Dep. Teknik Metalurgi & Material (PT. Growth Sumatera
Industry)

## 4.3  Hasil Simulasi Ansys
4.3.1 Paduan Al 98%-Mg 1,4% kampuh 60 o
Dengan melakukan simulasi terhadap paduan Al 98%-Mg 1,4% dengan sudut kampuh las 60 o , maka  dapat    diperoleh  tegangan  normal,tegangan  maksimum  dan  regangan  seperti  pada  gambar  8,9, dan 10. Edisi Cetak Jurnal Dinamis, Juni 2015 (ISSN: 0216-7492)

## Gambar 8 Simulasi tegangan normal
Gambar 9 Simulasi tegangan maksimum
Gambar 10 Simulasi regangan
Dengan  cara  yang  sama  maka  didapat  hasil  simulasi  untuk  paduan  Aluminium-Magnesiun seperti yang dilihat pada gambar 11.

## Gambar 11 Grafik hasil simulasi

## 5. KESIMPULAN
1. Dari  hasil  pengecoran  didapat  hasil  pelat  paduan  Aluminium-Magnesium  dengan  kadar  Al  98%- Mg 1,4% dan Al 97%-Mg 2,2%.
2. Untuk tegangan normal didapat hasil simulasi: Paduan Al 98%-Mg 1,4% dengan sudut kampuh 60 o = 118,77 MPa Paduan Al 98%-Mg 1,4% dengan sudut kampuh 90 o = 107,89 MPa Paduan Al 97%-Mg 2,2% dengan sudut kampuh 60 o = 155,2 MPa Paduan Al 97%-Mg 2,2% dengan sudut kampuh 90 o = 117,95 MPa. Untuk tegangan maksimum didapat hasil simulasi: Paduan Al 98%-Mg 1,4% dengan sudut kampuh 60 o = 122,9 MPa Paduan Al 98%-Mg 1,4% dengan sudut kampuh 90 o = 132,67 MPa Paduan Al 97%-Mg 2,2% dengan sudut kampuh 60 o = 160,82 MPa
Paduan Al 97%-Mg 2,2% dengan sudut kampuh 90 o = 145,35 MPa. Untuk regangan didapat hasil simulasi: Paduan Al 98%-Mg 1,4% dengan sudut kampuh 60 o = 0,0020302 mm Paduan Al 98%-Mg 1,4% dengan sudut kampuh 90 o = 0,0021916 mm Paduan Al 97%-Mg 2,2% dengan sudut kampuh 60 o = 0,0026201 mm Paduan Al 97%-Mg 2,2% dengan sudut kampuh 90 o = 0,0023681 mm

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Tata S, Shinroku S, Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya paramita, Jakarta, 1999.
[2] Djaprie, Sriati., 1986 “Metalurgi Mekanik. Edisi Ketiga”, Erlangga.Jakarta
[3]   Logan, Daryl L 1992, “A First Course in the Finite Element Method”, PWS-KENT Publishing Company, Boston.
[4] Tailor, Taylor Impact Test-Basic Simulation, ANSYS Explicit Dynamics, Workshop 1, ANSYS, Inc Proprietary, 2009.
[5]   Prayitno, DodyLogan.2006, “Pengenalan Pengecoran Modern”, Universitas Trisakti. Jakarta.
Edisi Cetak Jurnal Dinamis, Juni 2015 (ISSN: 0216-7492)