Pengaruh Temperatur Tuang Terhadap Sifat Mekanis dan mikrostruktur Coran A356 Menggunakan  Metode Stir Casting
Tugiman 1 , Suprianto 2 1,2 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Jln.Almamater Kampus USU Padang Bulan Medan
Suprianto.t@gmail.com
Abstrak
Aluminium  merupakan  salah  satu  bahan non  ferrous yang  paling  banyak  dipergunakan  dalam bidang  teknik.  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 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 A356 yang meliputi kekerasan, impak serta mikrostruktur menggunakan metode pengecoran tipe stir casting .  Penelitian  dilakukan  dengan  memvariasikan  temperatur  tuang  685,710,735,760  dan 785 o C  menggunakan  cetakan  permanen.  Hasil  coran  selanjutnya  dilakukan  pengujian menggunakan  alat  uji  kekerasan  type  Brinell  dan  impak  jenis  Charpy.  Hasil  pengujian memperlihatkan  kekerasan  meningkat  seiring  dengan  kenaikan  temperatur  kekerasan maksimum terjadi pada temperatur 760 o C sebesar 59,78BHN. Kekuatan impak juga meningkat seiring  dengan  kenaikan  temperatur  tuang  dengan  energi  impak  25,57  joule  pada  temperatur 760 o C.  hasil  photo  mikro  terlihat  pada  temperatur  760 o C  distribusi  silikon  di  dalam  matrik aluminium lebih merata bila dibandingkan dengan temperatur yang lainnya.
Kata kunci : Sifat Mekanis, A356, Temperatur Tuang, Stir Casting.

## 1. Pendahuluan
Aluminium  A356  merupakan  salah  satu type  aluminium  yang  sangat  banyak digunakan  pada  bidang  teknik  mesin dengan  kandungan  alloy  utama  Si. Aluminium  type  ini  memiliki  sifat castability dan weldability serta
ketahanan  korosi  yang  baik  termasuk kedalam golongan hypo eutectic aluminium  silikon  alloy (0,1  –  12,3%Si) dan  merupakan  system  eutectic  yang sederhana  yang  terdiri  dari  dua  phasa yang  larut  padat  yaitu;  fcc  (al)  dan diamond  cubic  (Si),  keberadaan  Si dalam  aluminium  hingga  12,3%    akan menurunkan  temperatur  cair  paduan tersebut.  Proses  produksi  aluminium jenis  ini  dapat  dilakukan  menggunakan metode  pengecoran  dimana  temperatur tuang  merupakan  faktor  yang  sangat menentukan pembentukan struktur mikro  dalam  pengecoran  aluminium adalah  awal  penuangan    tentunya  akan
mempengaruhi  laju  pembekuan  atau laju  difusi  pada solid-liquid  interface , gradient temperatur  pada  difusi solid- liquid  interface ,  kemampuan  berdifusi dari  larut  pada interface cairan  dan padatan  [1,2].  Pada  produksi  aluminium jenis lain seperti foam juga memperlihatkan variasi laju pendinginan merupakan  cara  yang  baik  untuk meningkatkan   kekuatan  dari aluminium foam  melalui  modifikasi  makro  dan mikrostruktur  aluminium  tersebut  [3]. Pada paduan
Mg-Al-Zn alloy peningkatan  dari  laju  pendinginan  akan secara  significan  akan  meningkatkan temperatur pengintian
Mg dan menurunkan  temperatur  solidus  dan hasilnya  memperlihatkan  ukuran  butir akan  menurun  seiring  dengan  kenaikan laju  pendinginan  [4].  Ukuran  butir merupakan  hal  yang  sangat  penting untuk  memperoleh  sifat  mekansi  dari paduan  aluminiu  dimana  ukuran  butir yang  lebih  kecil  dari  bentuk  coarse
menjadi  fine  dikarenakan  pembentukan partikel  Mg2Al3  pada  batas  butir menyebabkan penghalusan ukuran butir yang  menghasilkan  sifat  elongation yang lebih tinggi dari paduan aluminium type  5xxx  [5].  Selain  elongation  sifat meknis  lainnya  seperti  kekerasan  juga meningkat  dengan  adanya  perubahan struktur mikro. Pada aluminium comerisal yang murni terjadi
peningkatan  kekerasan  sekitar  67% setelah  proses  penghalusan  butir ultra- fine grain [6].

## 2. Metode Penelitian
Penelitian ini memvariasikan temperatur tuang 685,710,735,760 dan 785 o C menggunakan  cetakan  permanen  yang terbuat  baja.  Pengecoran  menggunakan crucible  terbuat  dari  grafit  menggunakan metode  stir  casting  (gambar  1)  dengan putaran  relative rendah berkisar 100rpm ;
Gambar 1 ; Peratalatn Stir Casting
Penggunaan  cover  lux  ditambahkan pada  saat  aluminium  sudah  mencair untuk  mengikat  dross  yang  terdapat pada cairan.
Pengujian  kekerasan  terhadap  sampel hasil  coran  dilakukan  menggunakan metode  Brinnel  indentor  bola  baja dengan  pembebanan  500kg.  pengujian impak  menggunakan  metode  charpy dengan  bentuk  takika  jenis  V  yang mengacu  kepada  standar  ASTM  vol.3. pengujian  mikrostruktur  menggunakan mikroskop optic untuk berbagai pembesaran (100-200x)
3. Hasil Penelitian Hasil  pengujian  komposisi  bahan A356 Pengujian mikrostruktur dilakukan terhadap sampel aluminium menggunakan  metode  spectrometer,
hasilnya  seperti  diperlihatkan  table  1 berikut :
Tabel 1. Hasil pengujian komposisi Al Si Fe Cu Mn Mg 92  7,5 0,15 0,002 0,01 0,09 Zn Ni Pb Sn Other 0,01 0,004 0,001 0,02 balance
Table  1  memperlihatkan  sampel  A356 yang  dipergunakan  merupakan  paduan aluminium  dengan  unsur  alloy  utama Si sebesar 7,5% diikuti Fe sebesar 0,15% Keberadaan  silikon  pada  paduan  akan meningkatkan menyebabkan penurunan melting  point paduan  serta  struktur mikro yang berwarna dark gray .
Kandungan  Fe  yang  terdapat  pada sampel  tidak  terlalu  tinggi  karenan masih dibawah satu, peningkatan kandungan  Fe  pada  aluminium  silikon alloy  dapat  mengakibatkan  penurunan sifat  fluiditas  dikarenakan  pembentukan phasa  intermetallic  β-Al 5 FeSi  dan  α- al 15 (Fe,Mn) 3 Si 2 [7].

## Hasil Pengujian Kekerasan
Pengujian
kekerasan
dilakukan
terhadap ke lima variasi tempertur tuang menggunakan  metode  Brinell,  hasil pengujian  seperti  diperlihatkan  pada gambar 2 berikut :
Gambar  2  :  Kekerasan  Vs  Temperatur tuang 52.16 52.16 49.74 59.78 59.74 40 43 46 49 52 55 58 61 64 685 710 735 760 785 Temperatur tuang ( o C) K e ke ra sa n ( B H N )
Gambar  2    memperlihatkan  nilai kekerasan alumunium A356 yang dilebur menggunakan metode stir casting dengan variasi temperatur tuang meningkat  pada  temperatur  760 o C sebesar  59,78  BHN.  Dan  biasanya setelah  temperatur  optimum  tercapai maka  tren  kekerasan  akan  cenderung menurun dikarenakan terbentuknya porositas diantara strukutur α aluminium dan  silikon  yang  terdisfersi  diantara matrik alumunium.

## 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 energy impak,  hasil  pengujian seperti  diperlihatkan  pada  gambar  3 berikut :
Gambar 3 :  Energi Impak Vs
Temperatur tuang
gambar 3 diatas memperlihatkan bahwa kenaikan temperatur tuang akan menurunkan  kekuatan  impak  bahan A356,  hal  ini  dikarenakan  pada  saat temperatur naik maka porositas aluminium akan naik. Penurunan kekuatan  impak  antara  bahan  satu dengan lainya tidaklah signifikan perbedaanya,  besarnya  hanya  sebesar
1.3 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 4 berikut :

## Gambar  4  :  Nilai  Impak  (K)  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  5 berikut ini :
Gambar  5  :  bentuk  patahan  sampel setelah dilakukan pengujian impak Gambar 5 diatas memperlihatkan bentuk  patahan  dari  sampel  uji  impak juga  relatif  sama  permukaan  patahan masih berserabut
tidak rata
menunjukkan  sampel  masih  memiliki keuletan yang baik

## Pengujian Mikrostruktur
Pengujian mikrostruktur dilakukan menggunakan  mikroskop  optic  untuk melihat  bentuk  butiran  yang  terbentuk, hasilnya  seperti  diperlihatkan  pada gambar 6 berikut :
22.89 24.53 25 25.57 25.57 15 17 19 21 23 25 27 685 710 735 760 785 0.228 0.245 0.25 0.255 0.255 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 685 710 735 760 785 E ne rg i (j o ul e ) Temperatur tuang ( o C) Temperatur tuang ( o C) E n e rg i (j o u le /m m 2 )
Gambar  6  :  photo  mikro  sampel  A356 Temperatur  pembesaran  200x,  a) 710 o C, b) 760 o C,c) 785 o C.
Gambar  6  memperlihatkan  hasil  photo mikro  terlihat  pada  temperatur  760 o C terdiri  dari  aluminium  yang  berwarna cerah dan Si berwarna gelap. Penambahan  Si  akan  mempengaruhi warna  dari  struktur  mikro  menjadi dark gray .  Bentuk silikon terlihat memanjang diantara  matrik  aluminium  dimana struktur yang memanjang seperti jarum- jarum yang halus ini akan menghasilkan kekerasan  yang  relatif  lebih  baik  bila dibandingkan  dengan  silikon  tersebar diantara matrik aluminium yang
membentuk  speroid.  Selain  distribusi silikon keberadaan porositas dan inklusi juga  akan  mempengaruhi  kekerasan yang diperoleh pada proses pengecoran aluminium  serta  distribusi  si  diantara matrik  aluminium.  Pola  pertumbuhan butiran dendrit tidak membentuk columnar

## 4. Kesimpulan
Dari  hasil  penelitian  ini  dapat  diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1.  Kenaikan temperatur tuang pada
range yang diambil akan menaikkan kekerasan, kekerasan  paling  tinggi  sebesar 59,58BHN diperoleh pada temperatur 760 o C. 2.  Hasil pengujian impak yang telah dilakukan terlihat kekuatan impak tidak mengalami penurunan dan cenderung sedikit  naik  dengan  kekuatan impak  paling  tinggi  diperoleh pada  temperatur  760 o C  dan 785 o C  sebesar  25,57  joule bahan  masih  memiliki  keuletan karena  bentuk  patahan  sampel masih berserabut dan tidak rata. 3.  Mikrostruktur paduan ini memperlihatkan  distribusi  yang lebih  homogen  Si  dijumpai  pada temperatur 760 o C.

## Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terimakasih kepada  DP2M  Dikti  dan  Lembaga Penelitian  USU  yang  telah  membantu pembiayaan penelitian ini dan mahasiswa yang terlibat dalam
penelitian  Ramadhan  Daulay,  Febrial Nst, Habibi, dan semua pihak yang telah membantu.
Al Si a) b) c) Al Si Al Si

## Daftar Pustaka
[1] Samson  O.A,  Emmanuel  I.A,  dan Peter  I.O,    Pouring  Temperature Effects on Mechanical and Electrical Responses of Cast 6063
Aluminum  Alloy,  The  Journal  of the  Association  of  Professional Engineers of Trinidad and Tobago , Vol.41, No.1, (2013), pp.4-10.
[2] Siddiqui, R.A., Abdullah, H.A., and Al-Belushi,  K.R.,  “Influence  of aging parameters on the mechanical  properties  of  6063 aluminum alloy”, Journal of Bahans  Processing  Technology ,
Vol. 102, (2000), pp.234-240.
[3] Mukherje,M, Ramamurty,U, Farcia-Moreno,F.  dan  Banhart,J, The  Effect  of  Cooling  Rate  on Structure and Properties of Closed-cell  Aluminium  Foams, Helmholtz-Zentrum  Berlin,  Hahn- Meitner-Platz, 14109 Berlin, Germany
[4] Dobrzanski,L.A, Krol,M. dan Tanski,T,    Effect  of  cooling  rate and aluminum contents on the Mg- Al-Zn alloys’ structure and mechanical  properties,  Journal AMME,  volume  43,  issue  2,
(2010), pp. 613-633.
[5] Menachery,N, Biju CV. Dan Sijo M T,  Investigation  of  Mechanical Properties and Graind Structure of
5xxx  Aluminium  Alloys  Under Precisely  Controlled  Annealed Condition,  International Journal of Scientific and Research Publications,  Volume  3,  Issue  1, January 2013 1 ISSN 2250-3153 [6] He,T, Xiong,Y, Guo,Z, Zhang,L,Ren,F.  dan  Volinsky,V, Microstructure  and  Hardness  of Laser  Shocked  Ultra-‾ne-grained Aluminum, J. Mater. Sci.
Technol.,( 2011) 793-796.
[7] Wang  Ombe,D.N,  Maube,S.E, Maranga,S.M. dan Kihiu,J.M,
Effect  of  Iron-intermetallics  on  the Fluidity  of  Recycled  Aluminium
Silikon  Cast  Alloy,  Proceedings  of the  2012  Mechanical  Engineering conference on Sustainable Research  and  Innovation,  Volume 4, 2012. Pp.224- 227.