## PENGARUH VARIASI TEKANAN DAN SUHU PADA
PENGADUKAN SERBUK ALUMINIUM (Al), MAGNESIUM (Mg),

## DAN SENG (Zn) TERHADAP SIFAT MEKANIK LOGAM DENGAN METODE METALURGI SERBUK
Mahadi S.T., M.T., Sultan Achmad Dodo Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Sultan.dodo29@gmail.com

## ABSTRACT
The use of aluminum is often found The mechanical properties of aluminum that are lightweight and rust resistant are among the reasons aluminum is often used for certain raw materials. However, the mechanical properties of aluminum if the levels are pure will not correspond to the intended use, because the hardness value is very small. Therefore aluminum to add mechanical properties need to be added to other alloy compounds. This research is focused on Magnesium (Mg and Zinc (Zn) compounds with levels of variation of both aluminum 95%, magnesium 2.5%, 2.5% zinc. tons and temperature 550 ° C (2) pressure 10 tons and temperature 570 ° C (3) pressure 12 tons and temperature 590 ° C. From each impact test, hardness and tensile variations of the third which has the highest value. From the picture above, it can be seen that the spread in the pressure and temperature variations in each Metal Matrix Composite (MMC) specimen. there is no variation in the MMC microstructure.
Keyword: Powder Metallurgy; Mechanical property; Sintering; Compaction.

## I. PENDAHULUAN
Di  Indonesia  banyak  sekali  berdiri  industri-industri  besar  dan  kecil,  dalam  usaha pengembangan  teknologi  banyak  upaya  yang  dilakukan  yaitu  dengan  menciptakan  karya  baru dengan biaya murah, memiliki daya guna yang tinggi dan ekonomis. Namun pemanfaatan dan pengetahuan  tentang  caracara  pengolahannya  masih  sangat  kurang,  sehingga  sering  banyak logam  bekas  yang  terbuang  percuma.  Sehingga  kita  dituntut  untuk  bisa  berkreatifitas  melalui pemikiran  atau  ide.  Salah  satunya  dengan  cara  memanfaatkan  bahan  logam  bekas  atau  sudah tidak  terpakai  (rijek)  yang  dibuat  menjadi  geram  atau  serbuk  logam.  Serbuk  logam  tersebut dapat  kita  olah  lagi  melalui  proses  pengepresan  dengan  bantuan  alat  pemanas  menjadi  benda logam padat. Metalurgi serbuk merupakan proses pembuatan serbuk dan benda jadi dari serbuk logam atau paduan logam dengan ukuran serbuk tertentu tanpa melalui proses peleburan.
Berdasarkan  jurnal  sebelumnya,  Toto  Rusianto[1]  Fitria  dan  Waziz  telah  meneliti serbuk  paduan  Al-9%  Si  hasil  pengikiran.  Pembuatan  spesimen  dengan  variasi  tekanan kompaksi 300, 400 dan 500 MPa dan variasi suhu sinter 450, 500 dan 550°C selama 2 jam dalam lingkungan  gas  argon.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  dengan  meningkatnya  tekanan kompaksi dan suhu sinter akan meningkatkan kekerasan dan densitas dari spesimen.
Dengan  itu  kami  mencoba  melakukan  suatu  penilitian  dimana  melakukan  variasi
tekanan  kompaksi  dan  dan  variasi  pada  suhu  sinter  pada  spesimen  paduan  Aluminium  95%: Magnesium 2,5% : Seng 2,5 %

## II. TEORI DASAR

## 2.1 Metalurgi Serbuk
Metalurgi  serbuk  merupakan  salah  satu  teknik  produksi  dengan  menggukan  serbuk sebagia  material  awal  sebelum  proses  pembentukan.  Prinsip  ini  adalah  memadatkan  serbuk logam  m e n j a d i  bentuk yang diinginkan dan kemudian memanaskanya di bawah temperature leleh. Sehingga partikel – partikel logam memadu karena mekanisme transportasi massa akibat difusi atom antar permukaan partikel. Metode metalurgi serbuk memberikan control yang teliti terhadap komposisi dan penggunaan campuran yang tidak dapat di fabrikasi dengan proses lain. Sebagai ukuran ditentukan oleh cetakan dan penyelesaian akhir ( finishing touch ). [2]
Proses  metalurgi  serbuk  untuk  aplikasi magnetic yang  dalam  hal  ini  adalah  untuk memproduksi  material magnetic lunak  ( soft magnetic materials )  untuk  aplikasi  arus  DC  pada peralatan elektronik juga untuk magnet permanent. Dalam beberapa tetapi tidak berarti semua bagian  dari  aplikasi  yang  ada  diproduksi  dengan  proses  metalurgi  serbuk  karena  metode  ini dapat  menghasilkan  bentuk  akhir  dengan  proses  tambahan  seperti machining dan grinding minimal pada satu waktu untuk mendapatkan sifat magnet yang diinginkan. [3]
Gambar 2.1 Proses Metalurgi Serbuk
2.2 Pengujian

## 2.2.1 Pengujian Kekerasan
Pengujian  kekerasan  merupakan  pengujian  yang  mengukur  ketahanan  suatu  material terhadap  adanya  deformasi  plastis  pada  suatu  titik  tertentu.  Pengujian  kekerasan  adalah sederhana,  sehingga  banyak  dilakukan  dalam  pemilihan  bahan.  Ada  beberapa  macam  alat penguji kekerasan sesuai dengan: bahan, kekerasan, ukuran, dan lain – lain.Ada beberapa macam alat penguji kekerasan yang dipergunakan sesuai dengan: bahan, kekerasan, ukuran, dan lain – lain. Cara – cara pengujian kekerasan adalah sebagai berikut.
Gambar 2.2 Teknik pengujian kekerasan[4]
Di dunia teknik, umumnya pengujian kekerasan menggunakan 4 macam metode pengujian kekerasan, yakni:
1. Brinell (HB/BHN)
2. Vickers (HV/VHN)
3. Knoop(HK/VHN)
4. Rockwell (HR/RHN)

## 2.2.2 Pengujian Tarik
Untuk mengetahui sifat dari suatu material maka diperlukan suatu pengujian, salah satu pengujian  yang  paling  sering  dilakukan  yaitu  uji  tarik  (tensile  test).  Prinsipnya,  uji  tarik  ini dilakukan  menggunakan  mesin  yang  dapat  memberikan  gaya  tarik  yang  cukup  kuat  pada material  dan  juga  memberikan  cengkraman  yang  kencang  sehingga  material  tidak  terlepas ketika  diberikan  gaya  tarik.  [4].  Uji  tarik  memiliki  prinsip  dasar  dari  hukum  hooke  (hooke’s law)  dimana  regangan  (strain)  dan  rasio  tegangan  (stress)  adalah  konstan.Sehingga  hubungan dari strain dan stress dapat dirumuskan menjadi :
E = ..........................(2.1)

## 2.2.3 Pengujian Impact
Adalah pengujian dengan menggunakan pembebanan yang cepat (rapid loading. Dalam Pengujian Mekanik, terdapat perbedaan dalam pemberian jenis beban kepada material. Uji tarik, uji  tekan,  dan  uji  punter  adalah  pengujian  yang  menggunakan  beban  statik.  Sedangkan  uji dampak (fatigue) menggunakan jenis beban dinamik. Pada uji dampak, digunakan pembebanan yang cepat (rapid loading). Perbedaan dari pembebanan jenis ini dapat dilihat pada strain rate. Pada  pembebanan  cepat  atau  disebut  dengan  beban  dampak,  terjadi  proses  penyerapan  energi yang  besar  dari  energi  kinetik  suatu  beban  yang  menumbuk  ke  spesimen.  Proses  penyerapan energi ini, akan diubah dalam berbagai respon material seperti deformasi plastis, efek histerisis, gesekan, dan efek inersia.[5]

## 2.3.4 Pengujian Metalografi
Struktur  mikro  merupakan  struktur  yang  dapat  diamati  dibawah  mikroskop  optik. Meskipun dapat pula diartikan sebagai hasil dari pengamatan menggunakan scanning  electron microscope(SEM).  Mikroskop  optik  dapat  memperbesar  struktur  hingga  1500  kali.Struktur mikro suatu logam dapat diramalkan melalui diagram fasanya.Denganmelihat diagram fasa, kita dapat  mengetahui  komposisi  daripaduan,  dan  juga  mengetahui  pada  temperatur  berapa  butir akan tumbuh.Setelah benda uji sruktur mikro mengalami proses deformasi dan perlakuan panas, butir- butirakan mengalami perubahan bentuk dan ukuranUntuk dapat mengamati struktur mikro sebuah material oleh mikroskop optik, maka harus dilakukan tahapan-tahapan sebagai berikut :
Melakukan  pemolesan  secara  bertahap  hingga  lebih  halus  dari  0,5  mikron.  Proses  ini biasanya  dilakukan  dengan  menggunakan  ampelas  secara  bertahap  dimulai  dengan  grid  yang kecil  (100)  hingga  gird  yang  besar  (2000).  Dilanjutkan  dengan  pemolesan  oleh  mesin  poles dibantu dengan larutan pemoles.

## III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Prosedur Penelitian
Gambar 3.1 Tahapan Penelitian & Pengujian
Keterangan:
1. Proses Pengadukan Serbuk
2. Proses Pencetakan (kompaksi)
3. Hasil Setelah dicetak
4. Proses Pemanasan (sintering)
5. Spesimen
6. Pengujian Impak
7. Pengujian Tensil
8. Pengujian Kekerasan
9. Pengujian Metalografi
3.2 Prosedur Pengujian
3.2.1    Proses penimbangan serbuk
Bahan  yang  digunakan  untuk  proses  pembuatan  metal  matrix  composite pada eksperimen ini terdiri dari serbuk aluminium, serbuk magnesium, serbuk seng. Masing-masing  bahan  tersebut  akan  ditimbang  dengan  menggunakan  timbangan digital  dengan  perbandingan  Timbang  bahan  aluminium  95%,  magnesium  2.5%, seng 2.5%.

## 3.2.2    Proses Pengadukan Serbuk
Proses  pengadukan  serbuk  ini  dilakukan  di  Laboratorium  Foundri, Departemen  Teknik  Mesin,  Universitas  Sumatera  Utara.  Adapun  prosedur  yang dilakukan pada proses pengadukan serbuk ini adalah sebagai berikut:
1. Siapkan mesin pengaduk untuk proses pencampuran serbuk aluminium, serbuk magnesium  dan  serbuk  seng  yang  sudah  ditimbang  sesuai  kadar  yang diinginkan.
2. Siapkan bahan yang sudah di timbang dan masukan ke wadah pengaduk untuk dicampur.
3. Hidup kan mesin pengaduk dengan waktu kurang lebih 30 menit, dan proses ini dilakukan sebanyak serbuk yang diinginkan
4. Setelah sudah tercampur masukkan kedalam wadah masing – masing sesuai variasi.

## 3.2.3    Proses Kompaksi
Spesimen akan di cetak dengan menggunakan mesin kompaksi. Campuran Aluminium,  Magnesium  dan  Seng  (100:0:0,95:2.5:2.5  ,90:5:5%)  dituangkan  ke dalam  cetakan,  kemudian  dilakukan  proses  compacting  selama  10  menit  dengan beban  10  ton.  Kemudian  setelah  10  menit,  cetakan diangkat dan dipindahkan dari mesin  press.  Dan  serbuk  yang  sudah  ditekan  dikeluarkan  dari  cetakan  dengan perlahan, agar bentuk tidak hancur karena masih bersifat rapuh tidak terlalu keras. Selanjutnya  akan  dilakukan  proses  sintering  dengan  suhu  570  derajat  celcius  dan selanjutnya akan dilakukan proses pengujian. Tekanan pemadatan yang diperlukan tergantung  pada  jenis  serbuk yang  digunakan,  dalam  hal  ini  aluminium  memiliki nilai yang berkisar antara 70 – 275 Mpa (5 – 20 ton- force).

## 3.3 Proses Sintering
Serbuk  yang  telah  dicetak  pada  mesin  kompaksi  dengan  tekanan  10  ton  selanjutnya akan disintering. Suhu sintering yang digunakan pada penelitian ini adalah 90 % dari titik leleh alumunium  yaitu  pada  suhu  570  detajat  celcius  dengan  waktu  penahanan  sintering  dilakukan selama  2  jam  menggunakan  furnace.  Setelah  2  jam  specimen  dikeluarkan  dari  furnace  dan specimen dibiarkan hingga suhu ruangan, pada tahap ini specimen sudah mengeras dengan baik, selanjutnya akan dilakukan proses machining, untuk menyesuaikan ukuran dengan ASTM untuk
dilakukan pengujian.
Untuk  material  komposit,  temperature  sinter  yang  digunakan  adalah  temperatur  sinter dari  matriks  sebesar  70%-90%  dari  titik  lebur  bahan,  dalam  hal  ini  untuk  bahan  aluminium dengan titik lebur 660°C, temperatur sinternya berkisar antara 460°C hingga 590°C

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Uji Kekerasan dan Uji Tarik
Tabel 4.1 Uji Kekerasan
Tabel 4.2 Uji Tarik
Filler Matrix Filler Matrix 4.2 Hasil Uji Metalografi Gambar 4.1 Struktur Mikro dengan Variasi Komposisi
Gambar 4.2 Struktur Mikro dengan Variasi Komposisi
Gambar 4.3 Str`uktur Mikro dengan Variasi Komposisi 3
Pada pengujian mikrostruktur, dari gambar diatas dapat dilihat penyebaran pada variasi tekanan dan suhu di setiap spesimen Metal Matrix Composite (MMC). Dari setiap variasi yang berbeda,  tidak  terlihat  perbedaan  penyebaran  dan  perbedaan  struktur  yang  signifikan,  hal  ini disebabkan pada pengujian menggunakan variasi komposisi yang sama, sehingga tidak terjadi variasi  pada  mikrostruktur  MMC  tersebut.permukaan  luar meskipun  rongga  berada di  tengah- tengah benda. Pada pengujian mikrostruktur, dari gambar diatas dapat dilihat penyebaran pada penguat  SiC,  Mg  dan  Zn  di  setiap  spesimen  Metal  Matrix  Composite  (MMC).  Dari  setiap variasi  komposisi  yang  berbeda,  semakin  banyak  pada  campuran  penguat  Mg  dan  Zn  maka semakin  banyak  penyebaran  serbuk  penguat  terlihat  pada  foto  mikrostruktur,  sehingga  nilai porisitas semakin kecil.
Filler Matrix

## V. KESIMPULAN DAN SARAN

## 5.1 Kesimpulan
Adapun  hasil  uji  kekerasan,  uji  tarik  dan  uji  impak  setiap  variasi  spesimen  diuraikan berikut:
a. Nilai  kekerasan  pada  pengujian  yang  didapat  adalah  sebagai  berikut  :  Disimpulkan pada nilai  kekerasan  pada  penambahan  tekanan  dan  suhu  pada proses  kompaksi  dan sintering untuk pembuatan komposit matrik logam (MMC) dapat menambahkan nilai kekerasan. Dan nilai kekerasan tertinggi pada tekanan 12 ton dan suhu sintering 590°C di rata – rata sebesar 86,02 BHN dan terendah pada tekanan 8 ton dan suhu sintering 550°C di rata – rata sebesar 48,1 BHN.
b. Nilai kekuatan tarik pada pengujian yang didapat adalah sebagai berikut :
Disimpulkan pada nilai kekuatan tarik pada penambahan tekanan dan suhu pembuatan komposit matrik logam (MMC) dapat menambahkan kekuatan tarik. Dan nilai kekuatan tarik  tertinggi  pada  tekanan  12  ton  dan  suhu  sintering  590°C  di  rata  –  rata  sebesar 15,42 kgf/mm2  dan  terendah  pada  tekanan  8  ton  dan  suhu  sintering  550°C  di  rata  – rata sebesar 7,68 kgf/mm2.
c. Nilai kekuatan impak pada pengujian yang didapat adalah sebagai berikut:
1. Disimpulkan  pada  nilai  kekuatan  impact  serbuk  tambahan  berupa  tekanan  dan suhu  pada  pembuatan  komposit  matrik  logam  (MMC)  dapat  menambahkan kekuatan  impact.  Dan  nilai  kekuatan  impak  tertinggi  pada  tekanan  12  ton  dan suhu sintering 590°C di rata – ratasebesar 281,524 J dan terendah pada tekanan 8 ton dan suhu sintering 550°C di rata – rata sebesar 274,688 J.
2. Pada pengujian metalografi dapat disimpulkan pada pengadukan serbuk Aluminium, Magnesium, dan Seng dengan variasi beban kompaksi dan suhu sintering, tidak terlihat perbedaan dari ketiga variasi tersebut, hanya saja terlihat perbedaan antara aluminium sebagai matriks dengan magnesium dan seng sebagai filer.
3. Berdarsakan hasil pengujian uji kekerasan, uji impak, uji tarik terjadi peningkatakn nilai seiring dengan penambahan beban kompaksi dan suhu sintering
5.2 Saran
1.  Diharapkan ada penilitan selanjutnya pengembangan pembuatan panduan dengan cara kompaksi dan sintering

## REFERENSI
[1] Rusianto, Toto. Hot Pressing Metalurgi Serbuk Aluminium Dengan Variasi Suhu Pemanasan. Jurnal Teknologi AKPRIND 2009; 89-95
[2] Jhon A Schey. Introduction to Manufacturing Processes 3rd edition . New York: McGraw-Hill Education ;1999.
[3] William D. Callister. Materials Science and Engineering An Introduction 6th edition. Singapore: Example Product Manufacturer:2003
[4] Jhon A Schey. Introduction to Manufacturing Processes 3rd edition . New York: McGraw-Hill Education ;1999.
[5] Ramdan, M. Laporan Praktikum Uji Tarik dan Uji Impact Jurusan Pendidikan Teknik Mesin. Official Web academia.ed
https://www.academia.edu/8960096/LAPORAN_PRAKTIKUM_UJI_TARIK_ DAN_UJI_IM PACT_JURUSAN_PENDIDIKAN_TEKNIK_MESIN (accessed on 19 Agustur 2019)