Jurnal Dinamis, Volume.5, No.3 September 2017 ISSN  0216-7492

## PENGUJIAN FATIK PADA MATERIAL PADUAN ALUMINIUM AKIBAT PENGARUH TEMPERATUR TEMPERING
Berkat 1 , Ikhwansyah Isranuri 2 , Syahrul Abda 3 , Tugiman 4 , Farida Ariani 5 1,2,3,4,5 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara E-mail : putralg@yahoo.com

## ABSTRAK
Penelitian ini dimaksudkan untuk mengetahui pengaruh tempering terhadap kekuatan fatik limit pada  paduan  aluminium-magnesium  yang  ditempering,  baik  material  yang  tidak  ditempering dan  material  yang  ditempering.  Bahan  yang  digunakan  adalah  aluminium,  yang  dilebur  dan dituang pada suhu 650 0 Cdengan cetakan logam, kemudian dibuat spesimen standart ASTM E.8 untuk pengujian tarik dan JIZ Z2201 No.14 A untuk pengujian fatik. Pengujian fatik dilakukan dengan  menggunakan  4  variasi  bahan,  yaitu  material  tanpa  tempering,  tempering  pada  suhu 200 0 C,  tempering  pada  suhu  300 0 C,  tempering  pada  suhu  400 0 C.  Pengujian  fatik  dilakukan dengan menggunakan 3 beban untuk setiap variasi suhu. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perlakuan  tempering  mengakibatkan  terjadinya  perubahan  sifat  fisis  paduan  aluminium  yang ditandai  dengan  bertambahnya  porositas  pada  struktur  mikro  tetapi  relatif  tidak  mengubah komposisi kimia. Tempering mengakibatkan penurunan terhadap putaran (N) fatik dan kenaikan tegangan  yaitu  putaran  yang  dihasilkan  yaitu  tanpa  tempering  menghasilkan  902342  putaran  , tempering  pada  suhu  200 0 C  menghasilkan  859120  putaran,  tempering  pada  suhu  300 0 C menghasilkan 692146 putaran, tempering pada suhu 400 0 C menghasilkan 468901 putaran
Kata kunci : Aluminium, magnesium, fatik, Mikrostruktur

## 1. PENDAHULUAN
Aluminium  adalah  material  yang  banyak  digunakan  dalam  kegiatan  manusia. Pada  kondisi  operasi  atau  penggunaannya,  aluminium  diharapkan  memiliki  sifat mekanik  tertentu seperti  kekerasan dan sifat  mekanik  tersebut  dapat  diperbaiki dengan melakukan  beberapa  proses  perlakuan  yaitu  perlakuan  mekanik  atau  perlakuan panas.Perlakuan  panas  adalah  salah  satu  bagian  dari  produksi.Perlakuan  panas didefinisikan sebagai operasi pemanasan dan pendinginan terhadap logam atau paduan logam dalam kondisi padat selama selang waktu penahanan tertentu, perlakuan panasini dilakukan  untuk  memperoleh  sifat  mekanik  seperti  kekerasantertentu.  Paduan  dengan komposisi  kimia  yang  sama,  proses  laku  panasyang  sama  akan  berbeda  struktur mikronya  jika  kondisi  awal  darilogam  berbeda.  Proses  laku  panas  yang  merupakan bagian  dari  rangkaian  proses  produksi  yang  saling  mempengaruhi  sehingga  dalam merancang perlakuan panas harus memperhatikan apa proses yang dialami sebelumnya dan apa yang akan dilakukan proses selanjutnya. Pada dasarnya dalam hal ini tempering digunakan  untuk  memperbaiki  sifat  dan  karakterisktik  material  paduan  aluminium- magnesium terhadap kekuatan fatik. [1]

## 2. TINJAUAN PUSTAKA Aluminium
Aluminium  diambil  dari  bahasa  Latin: alumen,  alum .  Orang-orang  Yunani  dan Romawi kuno menggunakan alum sebagai cairan penutup pori-por dan bahan penajam proses  pewarnaan.  Aluminium  ditemukan  kira-kira  sekitar  160  tahun  yang  lalu  dan mulai diproduksi skala industri sekitar 90 tahun yang lalu.
Sifat-sifat penting lainnya yang dimiliki aluminium sehingga banyak digunakan sebagai material teknik, antara lain :
1. Berat jenisnya ringan (hanya 2,7 gr/cm³, sedangkan besi ± 8,1 gr/ cm³)
2. Tahan korosi
Jurnal Dinamis, Volume.5, No.3 September 2017

## 3. Penghantar listrik dan panas yang baik
4. Kekuatan  aluminium  yang  berkisar  83-310  MPa  dapat  dilipatkan  melalui pengerjaan dingin atau penerjaan panas.
5. Aluminium memiliki modulus elastisitas yang lebih rendah

## Magnesium
Magnesium  merupakan  salah  satu  jenis  logam  ringan  dengan  karakteritik  sama dengan  aluminium  tetapi  magnesium  memiliki  titik  cair  yang  lebih  rendah  dari  pada aluminium. Seperti pada aluminium, magnesium juga sangat mudah bersenyawa dengan udara  (Oksgen).Perbedaannya  dengan  aluminium  ialah  dimana  magnesium  memiliki permukaan yang keropos yang disebabkan oleh serangan kelembaban udara karena oxid film yang terbentuk pada permukaan magnesium ini hanya mampu melindunginya dari udara  yang  kering.Unsur  air  dan  garam  pada  kelembaban  udara  sangat  mempengaruhi ketahanan  lapisan  oxid  pada  magnesium  dalam  melindunginya  dari  gangguan korosi.Untuk  itu  benda  kerja  yang  menggunakan  bahan  magnesium  ini  diperlukan lapisan tambahan perlindungan seperti cat.

## Fatik
Fatik atau kelelahan merupakan fenomena terjadinya kerusakan material karena pembebanan  yang  berulang-ulang,  diketahui  bahwa  apabila  pada  suatu  logam  dikenai tegangan  berulang  maka  logam  tersebut  akan  patah  pada  tegangan  yang  jauh  lebih rendah dibandingkan dengan tegangan yang dibutuhkan untuk menimbulkan perpatahan pada  beban  statik.  Kerusakan  akibat  beban  berulang  ini  disebut  patah  lelah  ( fatigue failures )  karena  umumnya  perpatahan  tersebut  terjadi  setelah  periode  pemakaian  yang cukup lama. Mekanisme terjadinya kegagalan fatik dapat dibagi menjadi tiga fase yaitu: awal  retak  ( initiation  crack ),  perambatan  retak  ( crack  propagation ),  dan  perpatahan akhir ( fracture failure ).
Penyajian data fatigue rekayasa adalah menggunakan kurva S-N yaitu pemetaan tegangan (S) terhadap jumlah siklus sampai terjadi kegagalan (N). Kurva S-N ini lebih diutamakan  menggunakan  skala  semi  log  seperti  ditunjukan  pada  gambar  1  Untuk beberapa bahan teknis yang penting.
Gambar 1 Kurva S-N
Kurva  tersebut  didapat  dari  pemetaan  tegangan  terhadap  jumlah  siklus  sampai terjadi  kegagalan  pada  benda  uji.  Pada  kurva  ini  siklus  menggunakan  skala  logaritma. Batas  ketahan fatigue ( endurance  limit )  baja  ditentukan  pada  jumlah  siklus  N>10 7 (Dieter,1992).
Persamaan umum kurva S-N dinyatakan oleh persamaan  ( dowling ,1991). S = B + C ln (N f ) Dengan : B dan C adalah konstanta empiris material.
Jurnal Dinamis, Volume.5, No.3 September 2017
Pengujian fatigue dilakukan  dengan  cara  memberikan stress  level tertentu sehingga spesimen patah pada siklus tertentu.
Retak fatigue biasanya  dimulai  pada  permukaan  di  mana  lentur  dan  torsi menyebabkan  terjadinya  tegangan-tegangan  yang  tinggi  atau  di  tempat-tempat  yang tidak  rata  menyebabkan  terjadinya  konsentrasi  tegangan.  Oleh  karena  itu,  batas ketahanan  ( endurance  limit )  sangat  tergantung  pada  kualitas  penyelesaian  permukaan (Van Vlack,1983).

## Tempering Pada Paduan Aluminium
Proses yang disebut sebagai perlakuan panas ini bertujuan untuk meningkatkan sifat mekanik material seperti tensile strength, resistance, elongation, impact resistance, dan  hardness.  Tidak  seperti  pada  logam  ferrous,  paduan  logam  non  ferous  seperti alumunium  hanya  dapat  dikeraskan  secara  signifikan  melalui  proses  yang  disebut sebagai precipitation hardening, yaitu proses tambahan yang bertujuan untuk menambah kekuatan material melalui penghalusan butir.
Pada  proses  ini,  sifat  mekanik  paduan  alumunium  ditingkatkan  dengan  cara pembentukan  lattice  defect  yang  akan  berlaku  sebagai  penghambat  gerak  dislokasi. Pada  hasil  proses  precipitation  hardening,  defect  tersebut  berbentuk  partikel-partikel halus yang terdistribusi merata, disebut sebagai presipitat.

## 3. METODOLOGI PENELITIAN Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian antara lain :
a. Aluminium
Peleburan  ini  menggunakan  material  aluminium  yang  dibentuk  batangan (ingot).Aluminium yang didapat berdasarkan proses daur ulang oleh perusahaan industri aluminium.
Aluminium  yang  diberikan  berupa  batangan  atau  sering  disebut  Ingot,  dapat dilihat pada gambar 2
Gambar 2 Aluminium b. Magnesium
Magnesium  salah  satu  dari  beberapa  unsur  yang  dapat  dicampur  dengan aluminium.  Karena magnesium memiliki massa jenis lebih ringan daripada aluminium sehingga  dapat  meningkatkan  efisiensi  pada  perpaduan  kedua  material.  Magnesium memiliki  titik  cair  yang  lebih  rendah  sehingga  pada  saat  melebur  magnesium dimasukkan  pada  saat  aluminium  mencapai  suhu  350 ℃ untuk  menghindari  timbulnya percikan  api  yang  dapat  merusak  paduan  aluminium-magnesium.  Magnesium  yang digunakan pada pengujian ini dalam bentuk bram dapat dilihat pada gambar 3.

## Gambar 3 Magnesium

## Alat Penelitian
Dalam proses  penelitian ini banyak menggunakan alat-alat teknik, dimana alat- alat tersebut  memiliki fungsi masing-masing dalam  proses penelitian ini.  Adapun alat- alat tersebut antara lain :
1. Mesin Gergaji
2. Dapur Lebur
3. Ladel
4. Crucible
5. Blower
6. Cetakan Spesimen
7. Mesin Uji Heattreatment
8. Mesin Bubut
9. Mesin Uji Tarik
10. Mesin Uji Fatik
11. Mesin Uji Struktur Mikro

## Proses Pembuatan dan Pengujian
1. Pengecoran
Langkah-langkah proses pengecoran:
a. Sebelum  cetakan  di  gunakan,  cetakan  harus  dibersihkan  dulu  serta  di semprotkan kapur cair ke dalam permukaannya agar bersih serta pada saatakan mengambil coran tidak lengket pada cetakan.
b. Peleburan aluminium.
c. Setelah  aluminium  mencair  semua  kemudian  masukkan  fluks.  Fluks  berguna untuk mengangkat kotoran pada saat proses pengecoran.
d. Setelah bersih, tahan pada suhu sekitar 650 0 C
e. Campurkan dengan Magnesium dengan cara ditaburkan, Aduk hingga merata.
f. Panaskan  cetakan  pada  suhu  300 0 C agar  pada  saat  penuangan  coran  tidak membeku sebelum memenuhi cetakan.
g. Masukkan logam coran ke dalam cetakan, usahakan cetakan jangan terlalu jauh letaknya dengan dapur pengecoran. [3]
2. Penemperan  dilakukan  setelah  proses  pengerasan.  Temperatur  temper  yang digunakan  dalam  penemperan  yaitu  250,  400,  dan  550.  Penemperan  dilakuakan dalam  waktu  1,  2  dan  3  jam  kemudian  dilanjutkan  dengan  pendinginan  di  udara terbuka.[2]
3. Pengujian  tarik  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  kekuatan  tarik  dari  material sebelum  dilakukan  pengujian  fatik.  Dengan  demikian  akan  dapat  diketahui kekuatan  atau  beban  maksimun  dari  material  yang  selanjutnya  dapat  diketahui kekuatan atau beban luluhnya. Beban luluh inilah yang digunakan sebagai patokan
ISSN  0216-7492
pembebanan  pada  pengujian  fatik,  dimana  berkisar  antara  (20  –  80)  %  dari kekuatan luluh tersebut.
Langkah-langkah pengujian tarik adalah :
a. Siapkan spesimen yang akan diuji, yaitu dengan mengampelas spesimen sampai dengan nomor ampelas 1500, tempatkan benda pada mesin Servopulser dan jepit kedua ujung batang secara tegak lurus.
b. Siapkan milimeter book pada ploter yang sudah tersedia dalam mesin uji.
c. Atur skala beban sesuai dengan yang kita kehendaki.
d. Penarikan dimulai dari beban nol dengan penambahan beban perlahan-lahan dan merata sehingga tidak terjadi beban kejutan.
e. Selama  penarikan  berlangsung,  berarti  terjadi  perpanjangan  dan  pengecilan spesimen hingga putus.
f. Hasil  dari  pengujian  dapat  dilihat  pada  kertas milimeter  book yang  telah dipasang  di  dalam ploter yang  berupa  grafik,  serta  penunjuk  beban  maksimal pada alat Servopulser.
4. Pengujian  fatik  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  kekuatan  lelah  dari  material sebelum  dan  sesudah  dilakukan  Tempering.  Dengan  demikian  dilakukan  dua macam  pengujian  yaitu  untuk  material  tanpa  perlakuan  tempering  dan  material dengan perlakuan tempering. Langkah-langkah pengujian fatik :
a. Specimen yang sudah jadi dimasukkan kedalam chuck
b. Kemudian diujung spesimen dipasang batalan
c. Pada bantalan digantungkan beban sesuai dengan hasil perhitungan
d. Sebelum  motor  dihidupkan  beban  dipegang  sehingga  spesimen  belum dibebankan
e. Motor dihidupkan, kemudian beban dilepaskan secara perlahan
f. Hidupkan stopwatch dan tunggu hingga 55pecimen patah
5. foto  struktur  mikro  dilakukan  pada  bagian  penampang  dari  benda  uji  dengan perbesaran 100x dan 500x. Perbesaran ini dipilih untuk melihat struktur mikro dari material  martensit  pada  Paduan  Aluminium-Magnesium  dengan  jelas.  Langkah  – langkah pengambilan foto mikrostruktur :
a. Menyiapkan  benda  uji  dengan  menghaluskan  pada  spesimen  benda  yang  akan dilakukan pengujian.
b. Benda  uji  digosok  dengan  kertas  amplas  menggunakan  mesin  polish  (gambar 3.11)  diatas  permukaan  yang  rata  dan  penggosokan  dilakukan  dengan menggunakan  kertas  amplas  tahan  air  yang  dialiri  air.  Ukuran  kertas  amplas yang  digunakan  adalah  kekasaran  400,  800,  1000,  dan  1500  permukaan  yang dihaluskan dengan amplas hanya satu permukaan saja.
c. Kemudian  dibersihkan  dan  digosok  menggunakan  pasta  poles  (autosol)  sampai mengkilap kemudian menyiapkan alat etsa yang diperlukan yaitu : tabung reaksi, gelas ukur dan pipet. Kemudian bahan yang dipergunakan yaitu: Alkohol 96 %, 24 ml air, 5 ml nital dan 0,5 hf.
d. Larutan  bahan  etsa  tersebut  dicampur  dan  diaduk,  lalu  teteskan  ke  benda  uji selama  ±  10  detik.  Kemudian  permukaan  benda  yang  akan  diuji  dengan  etsa dibersihkan  dengan  cairan  alkohol  dan  cuci  benda  uji  dengan  air  bersih kemudian keringkan.
e. Benda uji yang telah dietsa diletakkan diatas landasan (anvil) tegak lurus dengan lensa  mikroskop  dan  diambil  gambar  dengan  pembesaran  yang  dipakai  200 X.[4]
Jurnal Dinamis, Volume.5, No.3 September 2017

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Fatik

## Tabel 1 Hasil Pengujian Fatik
Metode penyajian data hasil pengujian pada tabel 1 dengan menggunakan kurva SN.  Kurva  S-N  hasil  pengujian  untuk  material  paduan  aluminium  tuang  ditunjukkan pada gambar 9.
Gambar 4 Diagram S-N Paduan Aluminium-Magnesium
Dari  gambar  9  dapat  diketahui  bahwa  life  of  time    pada  paduan  aluminium (96%)  –  magnesium  (4%)  yang  tidak  ditempering  lebih  tinggi  daripada  yang ditempering. Ini dibuktikan dari putaran yang dihasilkan yaitu putaran tanpa tempering menghasilkan  902342  putaran  ,  tempering  pada  suhu  200 0 C  menghasilkan  859120 putaran,  tempering  pada  suhu  300 0 C  menghasilkan  692146  putaran,  tempering  pada suhu 400 0 C menghasilkan 468901 putaran.[5]

## Uji Tarik
Pengujian  dengan  menggunakan  mesin  servopulser  pada  skala  beban  4  tondan menggunakan  spesimen  standar  untuk  pengujian  tarik  ASTM  E8.  Pengujian  tarik  ini bertujuan  untuk  mendapatkan  data  kekuatan  tarik  maksimal  atau  tegangan Ultimate yang  akan  digunakan  untuk  penentuan  besarnya  beban  pada  pengujian  fatik. [5,6] Dari hasil pengujian tarik didapatkan data sebagai berikut:
30 35 40 45 50 55 60 65 70 10000 310000 610000 910000 1210000 T eg a n g a n ( M p a ) Siklus (n)
Jurnal Dinamis, Volume.5, No.3 September 2017

## Tabel 2 Hasil Pengujian Tarik
Dari tabel 2 dapat diperoleh tegangan maksimal (ultimate) rata-rata yang akan berguna untuk penentuan beban fatik adalah : σ u rata-rata = σu1 +  σu2 +  σu3
3 = ( 14,51 +  15,44  +  13,98 3 ) 𝑘𝑔 𝑚𝑚 2 = 14,64 𝑘𝑔 𝑚𝑚 2 = 143,65 Mpa

## Foto Mikrostruktur
Gambar 5 Mikrostruktur  paduan alumnium yang tidak distempering
Gambar 6 memperlihatkan hasil pengujian mikro struktur pada 200× pembesaran untuk paduan  Aluminium-magnesium  yang  tidak  ditempering.  Hasil  dari  gambar  6 memperlihatkan  bahwa  Magnesium  dalam  bentuk  serpihan-serpihan  dan  magnesium berwarna abu-abu.
Jurnal Dinamis, Volume.5, No.3 September 2017
ISSN  0216-7492
Gambar 6 memperlihatkan hasil pengujian mikro struktur pada 200× pembesaran untuk paduan  Aluminium-magnesium  yang  ditempering  pada  suhu  200 0 C,  memperlihatkan bentuk  coran  Aluminium  dengan  menggunakan  cetakan  logam.  Secara  visual  pada spesimen uji dapat dilihat langsung dan dari gambar diatas dapat dilihat beberapa cacat pada  coran  berupa  porositas  dimana  hal  ini  tentunya  akan  mengakibatkan  penurunan pada sifat mekanis karena dapat menjadi sumber/awal terjadinya crack .
Gambar 7 Mikrostruktur  paduan alumnium ditempering Suhu 300 0 C
Gambar  7  memperlihatkan  struktur  mikro  paduan  Aluminium-magnesium  yang ditempering  pada  suhu  300 0 C  memperlihatkan  bahwa  Magnesium  dalam  bentuk serpihan-serpihan.  Magnesium  yang  memiliki  titik  cair  lebih  rendah  dari  Aluminium akan  lebih  sulit  untuk  membentuk  fasa  kedua  α.  Porositas  pada  struktur  mikro Aluminium  setelah  dilakukan  penambahan  suhu  akan  menambah  luas  daerah  cacat porositas.  Dari  gambar  dapat  dilihat  Aluminium  berwarna  ke  abu-abuan,  sedangkan partikel  Magnesium  berupa  garis-garis  yang  berwarna  hitam  telah  berhasil  menyatu dalam paduan Aluminium-Magnesium.
Gambar 8 Mikrostruktur  paduan alumnium ditempering Suhu 400 0 C
Pada gambar 8  memperlihatkan hasil pengujian  mikro struktur pada  500×  pembesaran untuk  paduan  Aluminium-magnesium  yang  ditempering  pada  suhu  400 0 C memperlihatkan paduan tersebut berpadu secara merata dan disimpulkan struktur mikro aluminium  setelah  dilakukan  penambahan  suhu  hasilnya  adalah  meningkatnya porositas.  Peningkatan  temperature  tuang  pada  specimen  akan  meningkatkan  luas daerah porositas.

## 5. KESIMPULAN
Dari  hasil-hasil  penelitian  yang  telah  dilakukan,  maka  dapat  ditarik  beberapa kesimpulan sebagai berikut:
Jurnal Dinamis, Volume.5, No.3 September 2017
a. Pada material  paduan aluminium-magnesium dengan perbandingan 96% aluminium dan  4%  magnesium  Setelah  dilakukan  foto  mikro  ternyata  paduan  aluminium  yang telah di tempering mempunyai porositas yang lebih besar dibandingkan dengan yang tidak  ditempering ,  sedangkan  untuk  unsur-unsur  paduannya  tidak  begitu  banyak mengalami perubahan yang signifikan..
b. Dari  pengujian  terlihat  bahwa  spesimen  uji  mempunyai  porositas  yang  cukup menyebar,  dimana  proses  tempering  itu  memperbesar  porositas  spesimen  sehingga menurunkan kekuatan Tarik.
c. Kekuatan  fatik  pada  paduan  aluminium  yang  telah  mengalami  proses  tempering mengalami  penurunan  siklus  (N)  sebesar  19,8  %.  Jadi  proses remelting dapat merubah  kekuatan  fatik  menjadi  menurun.  Hal  ini  dikarenakan  oleh  adanya  cacat pada  waktu  pengecoran  yaitu  terjadinya  porositas  ataupun  penyusutan  pada  saat logam yang sedang ber-transformasi dari fasa cair ke padat.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] ASM  Handbook.  1988. Metals  HandbookNinth  Edition  Volume  15  Casting. TheUniversity of Alabama.
[2] Purnomo,  2004.  “Pengaruh  pengecoran  ulang  terhadap  kekuatan  tarik  dan ketangguhan impak pada paduan Aluminium tuang 320”, Proceedings, Komputer dan system intelijen, Universitas Gunadarma, Jakarta.
[3] Surdia,  Tata.  &  Chijiiwa  Kenji.  1991.  “ Teknik  Pengecoran  Logam” . Jakarta:PradnyaParamita.
[4] B. H. Amstead, Teknologi Mekanik, Terjemahan Sriati Djaprie, Erlangga, Jakarta, 1987.
[5] E. P Propov, Mekanika Teknik, Terjemahan Zainul Astamar Msc, Erlangga, Jakarta, 1984.
[6] Ferdinand L. Singer, Andrew Pytel, Kekuatan Bahan, Terjemahan Ir. Darwin Sebayang, Erlangga, Jakarta, 1980.