http://journal2.um.ac.id/index.php/jtmp
E-ISSN. 2623-1271 Volume 5, Nomor 2, Desember 2022
Peningkatan Mampu Alir (Fluidity) Dan Penurunan Nilai Susutan Paduan Al-Cu …..

## Peningkatan Mampu Alir (Fluidity) Dan Penurunan Nilai Susutan Paduan Al-Cu Dengan Semi-Solid Rheocasting
Muhammad Rezki F. Putra 1 , Reza Taufiqi Ivana 2 , Danang Yugo Pratomo 3 , Adhiela Noer Syaief 4 , Rusuminto Syahyuniar 5 1,2,4,5 Politeknik Negeri Tanah Laut, 3 Politeknik Hasnur
1,2,4, 5Program Studi Teknologi Otomotif, Politeknik Negeri Tanah Laut
3 Program Studi Teknik Otomotif, Politeknik Hasnur e-mail; *1 rezki@politala.ac.id, *2 reza@politala.ac.id, *3 d.yugo.pr@gmail.com, *4 adhel_syaief@politala.ac.id,
*5 rusumintosyahyuniar@politala.ac.id
Abstrak: Industri otomotif sebagian besar pada penggunaan part dan komponen lainnya masih menggunakan paduan  aluminium  dengan  proses  pengecoran.  Salah  satu  paduan  dengan  perlakuan  panas  yang  baik  dan karakteristik  perbandingan  kekuatan  dengan  berat  jenis  yang  baik  yaitu  Al-Cu,  namun  dengan  karakteristik demikian  paduan  ini  juga  memiliki  kekurangan  mampu  alir  dan  susutan  yang  besar.  Dalam  percobaan  ini melakukan proses pengecoran semi-solid rheocast denan  variasi lama pengadukan  menggunakan paduan al- cu  sebagai  bahan  untuk  dilakukan  peningkatan  mampu  alir  dan  penurunan  nilai  susutan  dari  paduan.  Dari hasil  percobaan  didapatkan  hasil  cukup  baik  pada  mampu  alir  dengan  penambahan  panjang  aliran  logam dengan perbedaan ketebalan cetakan didapatkan nilai paling tinggi dilamanya waktu pengadukan 540 dengan ketebalam  1  mm;9,8mm,  1,5  mm;  15  mm,1,8mm;  17  mm,  2  mm;  22  mm.  Penurunan  nilai  susutan  yang didapat juga cukup baik dari hasil proses semi-solid rheocast menghasilkan penurunan sebanyak 48,9% dari tanpa  proses  rheocasting  dengan  yang  diberikan  proses  rheocasting  menggunakan  variasi  lama  waktu pengadukan.
Kata kunci: . Al-Cu, Rheocasting, Penyusutan, Mampu Alir
Abstract: Most  of  the  Automotive  Industry  use  parts  and  other  components  still  use  aluminum  alloys  with the  casting  process.  One  of  the  alloys  with  good  heat  treatment  and  good  characteristics  of  the  ratio  of strength  to  specific  gravity  is  Al-Cu,  but  with  such  characteristics  this  alloy  also  has  a  lack  of  large flowability  and  shrinkage.  In  this  experiment,  a  semi-solid  rheocast  casting  process  was  carried  out  with various stirring times using al-cu alloy as a material to increase the flowability and reduce the shrinkage value of the alloy. From the experimental results, it was found that the flowability was quite good with the addition of metal flow length with a difference in mold thickness, the highest value was the mixing time of 540 with a thickness of 1  mm; 9.8  mm,  1.5 mm; 15mm,1.8mm; 17mm, 2mm; 22mm. The decrease in  shrinkage  value obtained  was  also  quite  good  from  the  results  of  the  semi-solid  rheocast  process  resulting  in  a  reduction  of 48.9% from that without the rheocasting process given the rheocasting process using variations in the length of stirring time.
Keywords — Al-Cu, Rheocasting, Shrinkage, Fluidity
Aluminium merupakan paduan yang banyak digunakan dalam industri otomotif dengan karakteristik high strength-to- weight ratio, ketahanan fatigue, dan perlakuan panas yang baik [1]. Dalam industri otomotif lebih dari 80% produk alumunium yang dihasilkan mengunakan metode pengecoran dikarenakan sangat mudah untuk dikombinasikan dengan unsur paduan lain guna mencapai karakteristik dengan ketahanan yang lebih baik [2].
Salah satu kombinasi paduan aluminium yaitu dengan tembaga (Cu) dengan paduan unsur dominannya berkisar antara 3%-7%.  Pengkombinasian  aluminium-tembaga  (Al-Cu)  sendiri  dapat  meningkatkan  ketahanan  yang  baik  serta  proses

## JURNAL TEKNIK MESIN DAN PEMBELAJARAN , Volume 5, Nomor 2, Desember 2022, Halaman: 81–88
permesinan  yang  mudah,  namun  hal  ini  berdampak  juga  pada  pada  penurunan  ketahanan  korosi  dan  kemampuan  alir  pada paduan [3].
Pada  paduan  Al-Cu  kesetimbangan  struktur  bergantung  pada  komposisi  dan  temperature  dalam  diagram  fasa  diaman reaksi  eutektik  terjadi  pada  temperature  547°C  dengan  komposisi  33  %  Cu  dilihat  pada  Gambar  1.  Dalam  hal  ini  jika  reaksi eutektik  berambah  hingga  100%  paduan  yang  hanya  berisi  logam  cair  dapat  memenuhi  seluruh  rongga  cetak  sehingga menghasilkan  pengecoran  yang  baik.  Menurut  Suprapto  diagram  fasa  memberikan  informasi  dari  suatu  paduan  yang  akan bertransformasi dari cair ke padat ataupun sebaliknya dengan melihat kombinasi komposisi dan temperature diprediksi dengan sistem lever rule [4].

## Gambar 1 Skema lever rule
(1)
(2)
C : komposisi paduan yang digunakan, Cl : komposisi pada garis liquidus, Cs : komposisi pada garis solidus.
Penggunaan paduan Al-Cu dalam pejalanannya diindustri menengah kebawah sekarang mulai berkurang dikarenakan mampu  alir  yang  buruk,  dan  nilai  susutan  yang  besar.  Maka  dari  itu  diperlukan  proses  yang  bisa  mengurangi  kelemahan tersebut.  Dalam  beberapa  kajian  terkait  pengecoran  semi-solid.  Menurut  Pola  dan  Tuci  rheocasting  melalui  pengadukan memberikan  struktur  lebih  halus  dan  butir  yang  padat  dan  merata  menghasilkan  kekuatan  yang  baik  [5].  Struktur  morfologi halus dan bulat juga menjadikan paduan lebih mudah mengalir mengisi rongga cetakan [6].
Rheocasting  merupakan  proses  semisolid  casting  yang  memanfaatkan  agitasi  mekanik  pada  logam  setengah  padat  [7], dengan  gaya  yang  terjadi  menghasilkan  perubahan  bentuk  struktur  yang  lebih  halus  menjadikan  aliran  logam  lebih  mudah mengalir  sehingga  meningkatkan  mampu  alir  dan  mereduksi  susutan  [8].  Pemrosesan  semisolid  rheocasting  menjadikan  sifat tikstropi  dalam  cairan  logam  seperti  berbentuk  bubur  atau  sluri,  pada  fasa  semi  solid  ketika  gaya  geser  diberikan  maka mekanisme pertumbuhan butir dendrit akan terpecah menjadi globular menjadikannya mudah bergerak mengisi rongga cetakan satu sama lain [9], selain itu dengan temperature dibawah titik lebur dapat meningkatkan umur pakai cetakan  [10]. Maka dari itu  diperlukan  temperature  yang  tepat  dalam  prosesnya  dengan  memperhatikan  area  transisi  dari  fasa  cair  dan  padat  yang ditunjukan Gambar 2.
http://journal2.um.ac.id/index.php/jtmp
E-ISSN. 2623-1271 Volume 5, Nomor 2, Desember 2022 Halaman: 81 –88
Peningkatan Mampu Alir (Fluidity) Dan Penurunan Nilai Susutan Paduan Al-Cu …..

## Gambar 2  Temperatur Semi-solid Casting

## METODE
Bahan  yang  digunakan  yaitu  aluminium  daur  ulang  kemudian  dibentuk  menjadi  ingot  dan  dilakukan  pengujian komposisi menggunakan spectrometry untuk mengetahui ketepatan komposisi dari paduan.
Gambar 3  Bahan Ingot
Tabel 1 Komposisi Bahan Paduan Al-Cu
Al Cu Fe Si Mn Zn Mg Ni 90.2 8,61 0.18 0.083 0.053 0.011 0.010 0.005

## 2.1 Proses Semi-solid Rheocasting
Proses peleburan dilakukan pada suhu 650 °C, kemudian dilakukan pengadukan pada rpm 1500, dan parameter waktu yang  digunakan  0,  60,  180,  360,  dan  540  detik  (s).  bahan  yang  digunakan  yaitu  aluminium  daur  ulang  kemudian  dibentuk menjadi  ingot  dan  dilakukan  pengujian  komposisi  menggunakan  spectrometry  untuk  mengetahui  ketepatan  komposisi  dari paduan.

## JURNAL TEKNIK MESIN DAN PEMBELAJARAN , Volume 5, Nomor 2, Desember 2022, Halaman: 81–88

## Gambar 3  Skema proses semi-solid rheocasting

## 2. 2 Pengujian Mampu Alir (Fluiditas)
Pengujian mampu alir dengan cetakan pengukur panjang mampu alir, dengan konsep menuangkan logam cair kedalam cetakan  yang  telah  disiapkan  dengan  variasi  ketebalan  pada  permukaan  cetakan.  Jika  semakin  tipis  cetakan  yang  bisa  dilalui logam cair maka semakin baik mampu alir dari paduan.

## Gambar 4 Desain cetakan pengukur mampu alir

## 2.3 Pengujian Susutan
Susutan  logam  merupakan  salah  satu  cacat  logam  coran  dikarenakan  pengecilan  volume  Ketika  logam  mengalami pembekuan akibat laju pendinginan pada rongga cetak. Susutan dapat dilihat nilainya dengan menghitung perbandingan volume hasil cetakan dengan volume cetakan dirumuskan sebagai berikut :
(3)
Pengujian  susutan  ini  menggunakan  cetakan  berbentuk  silinder  dengan  desan  dan  ukuran  seperti  Gambar  5  dibawah ini.
http://journal2.um.ac.id/index.php/jtmp
E-ISSN. 2623-1271 Volume 5, Nomor 2, Desember 2022 Halaman: 81 –88
Peningkatan Mampu Alir (Fluidity) Dan Penurunan Nilai Susutan Paduan Al-Cu …..

## Gambar 5 Desain cetakan Pengujian Susutan

## HASIL

## 3.1 Hasil Mampu Alir
Mampu alir berkaitan dengan kemampuan logam  mengisi rongga cetakan hingga terjadinya pembekuan,  mampu alir juga  salah  satu  sifat  pengecoran  yang  penting  karena  dimana  mampu  alir  buruk  akan  mengakibatkan  cacat  pada  pengecoran. Pada  pengujian  ini  cairan  logam  dituang  kedalam  cetakan  yang  telah  disiapkan  kemudian  didinginkan  setelah  itu  dilakukan proses pembongkaran kemudian diukur hasil panjang laju aliran. Berikut hasil pengecoran dan kemudian diukur panjang hasil dari laju aliran yang didapat.

## Gambar 6  Hasil Pengecoran Mampu Alir
Hasil pengukuran panjang laju aliratau mampu alir dari paduan kemudian dituangkan kedalam tabel berikut
Tabel 2 Hasil Pengukuran Panjang Mampu Alir
Waktu (s) Fluiditas (mm) Ketebalan 1,8 mm Ketebalan 1 mm Ketebalan 1,5 mm Ketebalan 2 mm 0 3 1 1.4 9 60 7.6 1.3 4.6 14 180 8 3 8.6 14 360 15.8 8 10 20 540 17 9.8 15 22

## 3.2 Hasil Uji Susutan
Pengujian  susutan  merupakan  salah  satu  ujicoba  untuk  mengetahui  nilai  susut  dari  paduan  hasil  pengecoran.  Pada penelitian  ini  hasil  dari  pengujian  susutan  dilakukan  pengulangan  sebanyak  3  kali  kemudian  dilakukan  perhitungan  rata-rata untuk dikonversikan kedalam grafik untuk memudahkan analisis data.
Tabel 3 Hasil Pengujian Susutan
Waktu (s) Average (%) 0 8,32 60 7,53 180 5,83 360 4,89 540 4,25

## 3.3 Pembahasan Hasil Uji Mampu Alir

## Gambar 7 Grafik Hasil Uji Mampu Alir
Waktu  pengadukan  proses  semi-solid  rheocasting  berpengaruh  pada  laju  aliran  untuk  mengisi  rongga  cetak. Perlakukan  tanpa  waktu  dan  dengan  waktu  pengadukan  60,180,360,  dan  540  detik,  terjadi  hasil  yang  berbeda-beda  pada masing-masing  ketebalan  cetakan.  Ketebalan  cetakan  1  mm  menghasilkan  panjang  aliran  1  s.d  9,8  mm,  ketebalan  1,5  mm menghasilkan 1,4 s.d 15 mm, ketebalan 1,8 mm  menghasilkan panjang 3 s.d 17 mm,  ketebalan 2 mm  menghasilkan 9 s.d 22 mm.  Ketebalan  cetakan  berpengaruh  pada  proses  pembekuan  logam,  cetakan  yang  tebal  memiliki  rentang  waktu  pembekuan yang cukup lama dibandingkan dengan yang lebih tipis dikarenakan pengaruh dari pembuangan panas memalui rongga cetak ke udara sekitar.
R² = 0.9293 R² = 0.9083 R² = 0.98 R² = 0.9412 -3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 0 6 0 1 8 0 3 6 0 5 4 0 N IL A I F LUIDIT A S (MM ) WAKTU PENGADUKAN (S) Ketebalan 1,8 mm Ketebalan 1 mm
Ketebalan 1,5 mm
Ketebalan 2 mm
http://journal2.um.ac.id/index.php/jtmp
E-ISSN. 2623-1271 Volume 5, Nomor 2, Desember 2022
Peningkatan Mampu Alir (Fluidity) Dan Penurunan Nilai Susutan Paduan Al-Cu …..

## 3.4 Pembahasan Hasil Uji Susutan

## Gambar 8 Grafik Hasil Uji Susutan
Dari  hasil  uji  susutan  pada  Gambar  8  dapat  dilihat,  dengan  memberikan  variasi  lamanya  waktu  aduk  memberikan perubahan pada nilai susutan paduan Al-Cu. Dari hasil tanpa proses pengadukan didapatkan nilai susutan 8,32%, dan dengan nilai  susutan  terendah  di  dapatkan  pada  waktu  pengadukan  540  detik  dengan  nilai  4,25%.  Dengan  demikian  dapat  dikatakan proses  semi-solid  rheocasting  berpengaruh  pada  proses  susutan  paduan  dikarenakan  pada  prosesnya  logam  semi-solid  secara bertahap menusuk masuk menjadi padatan dengan kemungkinan bahwa adanya pengaturan ulang butiran didalam pembetukan jaringan padatan oleh paduan yang secara berkelanjutan dari penampang cetakan menuju bagian tengah paduan.

## PENUTUP
Proses  semi-solid  rheocasting  berdampak  cukup  signifikan  dari  sifat  pengecoran  paduan  Al-Cu,  maka  dari  itu didapatkan kesimpulan yaitu: 1) Lama waktu pengadukan dari proses rheocasting mampu meningkatkan sifat mampu alir dari paduan Al-Cu, 2) Dengan proses rheocasting nilai susutan dapat diturunkan maka dari itu bisa mendapatkan hasil pengecoran yang lebih baik

## DAFTAR PUSTAKA
[1] W. Callister and D. Rethwisch. , 2007, Materials science and engineering: an introduction, vol. 94.. doi: 10.1016/0025- 5416(87)90343-0.
[2] M. R. F. Putra, W. Suprapto, and A. A. Sonief., 2019,  “Analisa Kekerasan Dan Struktur Mikro Paduan Al-Cu Proses Semi-Solid Rheocasting,” Pros. SENIATI, pp. 241–245.
[3] T. Surdia and K. Chijiwa, Teknik Pengecoran Logam. Jakarta: PT Pradnya Paramita, 2004.
[4] W. Suprapto, 2011, “Porositas Gas Pada Material Duralumin Dalam Pengecoran Sistem Vakum,”
[5] A.  Pola,  M.  Tocci,  and  P.  Kapranos.  ,  2018,  “Microstructure  and  Properties  of  Semi-Solid  Aluminum  Alloys:  A Literature Review,” Metals (Basel)., vol. 8, no. 3, p. 181, doi: 10.3390/met8030181.
[6] M.  R.  Fitri  Putra,  W.  Suprapto,  and  A.  A.  Sonief.,  2019,  “Pengaruh  Kecepatan  Pengadukan  Proses  Rheocasting Terhadap Struktur Mikro Dan Fluiditas Paduan Al-Cu,” REKAYASA MESIN, vol. 10 N3, no. January, pp. 257–263.
[7] L. Ivanchev, D. Wilkins, G. Govender, W. Du Preez, and R. Bean., 2008, “Rheo-processing of semi-solid metal alloys: A  new  technology  for  manufacturing  automotive  and  aerospace  components,”  S.  Afr.  J.  Sci.,  vol.  104,  no.  7–8,  pp. 257–259.
[8] N. G. Antara, S. Tabuchi, and K. Suzuki, 2005, “Refining Nuclei and Distributing Spherical Primary Crystals in Billets for Semi-Solid Casting,” pp. 1–20, [Online]. Available: https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=3132.
[9] M. N. Mohammed, M. Z. Omar, M. S. Salleh, K. S. Alhawari, and P. Kapranos, 2013, “Semisolid Metal Processing Techniques for Nondendritic Feedstock Production,” vol. 2013.
[10] M.  T.  Wijaya  et  al.,  2017,“Pengaruh  variasi  temperatur  tuang  terhadap  ketangguhan  impak  dan  struktur  mikro  pada pengecoran aluminium,” vol. 8, no. 1, pp. 219–224,.