## INVESTIGASI PERBEDAAN SUHU TUANG TERHADAP SIFAT MEKANIK DENGAN PENGUKURAN KEKERASAN DAN IMPACT PADA PADUAN AL 2024
R. Syaputra 1 , D.P Ali 1 , R. Eko 1 , H. Akhyar 1, 2 , P.T. Iswanto 1
1 Department of Mechanical and Industrial Engineering, Gadjah Mada University (UGM) Jln. Grafika No.2, Yogyakarta, 55281, Indonesia
2 Department of Mechanical Engineering, Syiah Kuala University, Indonesia
Email: retno.syaputra@mail.ugm.ac.id

## ABSTRACT
Aluminum  alloys  have  high  strength  to  weight  ratio,  tough  enough,  resist  to  fatigue  crack propagation, easy to cast, corrosion resistant and recycle. High strength to weight ratio means an efficient,  strong  and  capable  of  long-lived,  economical  and  environmentally  friendly.  In  the application  as  a  frame  structure,  mechanical  properties  are  something  that  must  be  considered. Therefore, the researchers tried to find the effect of pouring temperature differences in Aluminum 2024 through hardness test and impact test. For the investigation at three different temperatures of 688 o C, 738 o C, 788 o C, the gravity casting method is used to produce a plate-shaped object. The test results showed an increase in hardness, with the highest value of 103.71 BHN at a temperature of 738  C and impact test results with the highest value of 4.9 Joule at temperatures of 738°C.
Keywords: aluminum alloy 2024, foundry, cast temperature

## PENDAHULUAN
Perkembangan  teknologi  material  telah mengalami  peningkatan  dari  tahun  ke  tahun. Kebutuhan  aluminium  terus  meningkat  seiring berkembangnya  teknologi.  Penggunaan  unsur logam sebagai material dalam kebutuhan produksi saat  ini  sangat  dibutuhkan.  Aluminium  adalah salah  satu  jenis  logam  yang  memiliki  ketahanan korosi  baik,  kekuatan  mekanik  yang  baik  dan memiliki berat yang lebih ringan dibanding logam ferrous. Aluminium  pertama  kali  ditemukan  oleh Sir Humphrey Davy pada tahun 1809 sebagai suatu unsur,  dan  pertama  kali  direduksi  sebagai  logam oleh  H.  C.  Oersted  pada  tahun  1825  [1]. Aluminium  merupakan  material  riangan  dengan berat  jenis  rendah  yaitu  sekitar  2,7  gr/cm 3 dan Beberapa  paduannya  memiliki  kekuatan  lebih tinggi disbanding baja ringan [2].
Dalam  keadaan  murni  aluminium  sangat lunak,  ductile  dan  tidak  begitu  kuat.  Aluminium murni  memiliki  kekuatan  tegangan  49  MPa  dan 700  Mpa.  Aluminium  memiliki  warna  perak mengkilap,  warnanya  berubah  menjadi  kelabu muda akibat pembentukan oksida apabila diletakkan  di  udara.  Oksida  ini  sangat  ulet  dan tahan api. Dalam keadaan murni, temperatur leleh aluminium  660°C,  untuk  temperatur  lebur paduannya antara 520°C sampai 660°C. Juga tidak baik  untuk  penuangan  dan  sukar  di-machining. Karenanya aluminium murni jarang sekali dipakai. Untuk  memperbaiki  keadaan  ini  ke  dalam aluminium sering ditambahkan tembaga, mangan,
magnesium  silisium  atau  seng  yaitu  untuk mendapatkan  kenaikan  kekuatan  dan  kekerasan serta beberapa kebaikan lainnya [3].
Penguatan  aluminium  akan  optimal  apabila dipadukan dengan unsur lain dan diberi perlakuan panas,  yang  akan  menyebabkan  terbentuknya presipitat yang kecil (submikro) namun kuat, yang akan menghalangi terjadinya dislokasi. Paduan  aluminium  2024  adalah  suatu paduan aluminium dengan tembaga dan magnesium  sebagai  paduan  utamanya,  dengan kadar  tiap  unsur  Al  90.7–94.7%,  Cu  3.8–4.  9%, dan Mg 1.2–1. 8%. Paduan ini banyak digunakan untuk aplikasi–aplikasi yang memerlukan ketahanan  lelah  yang  tinggi  serta  perbandingan kekuatan dan berat yang baik. Paduan ini memiliki machinability yang cukup baik, umumnya paduan ini  dibentuk  setelah  di  anil  dan  biasanya dilanjutkan  dengan  pemberian  perlakuan  panas. Pada  paduan  ini,  partikel  presipitat  penguat  yang terbentuk  jika  mengalami  proses  penuaan  adalah Al 2 CuMg [4].
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui suhu  penuangan  terbaik  untuk  pengecoran  logam aluminium  2024.  Hasil  penelitian  ini  diharapkan dapat menambah  wawasan bagi pihak  yang ingin mendalami  tentang  pengecoran  pada  aluminium sehingga  dapat  diaplikasikan  di  dunia  industri. Selain  itu  juga  penelitian  ini  dapat  memberi kontribusi  bagi  pengembangan  ilmu  pengetahuan dan sebagai bahan referensi bagi peneliti lain yang akan melakukan penelitian dengan bahan Al 2024.

## METODELOGI PENELITIAN
Bahan  dan  Peralatan  yang  digunakan  dalam pengamatan antara lain :
 Aluminium paduan AL-2024,
 Furnance untuk melebur paduan aluminium,
 Cetakan  specimen  benda  uji  ( steel mould ),
 Amplas  ukuran  120  –  2000 mesh untuk menghaluskan permukaan spesimen,
 Autosol  metal  polish  untung  finishing permukaan specimen,
 Mikroskop optic,
 Komputer,
 Kamera,
 Alat tulis,
 Furnance,
 Gergaji besi,
 Etsa (H 2 SO 4 & Aquades),
 Resin dan katalis,
 Alat uji tarik,
 Alat uji kekerasan,
 Alat uji impact.
Proses Penelitian Peleburan dan Pengecoran
Pengecoran logam aluminium 2024 dilakukan  di  laboratorium  Politeknik  Manufaktur Ceper, Klaten. Logam aluminium 2024 ditimbang dan dilakukan  peleburan logam  di dalam furnace dalam  suhu  yang  diinginkan  yaitu  688,  738,  788 °C.  Kemudian  dituang  ke  dalam  cetakan  logam Temperatur  tuang  konstan  serta  temperatur cetakan 220 ºC untuk seluruh kondisi pengecoran. Temperatur  diukur  dengan  thermometer  yang berada pada furnance.

## Cetakan Permanen Steel Mould
Cetakan logam untuk mencetak (membuat)  specimen  logam  Al-2024.  Bahan cetakan  yang  akan  digunakan  adalah  baja  karbon EMS/17330  dengan  pertimbangan  bahan  ini mampu  untuk  menahan  aluminium  cair  (karena titik  leburnya  diatas  Al).  Cetakan  logam  untuk mencetak  spesimen  untuk  kebutuhan  pengujian kekuatan  produk  cor  paduan.  Pengujian  tersebut diantaranya  adalah  uji  impact,  uji  kekerasan,  Uji tarik, dan struktur mikro (cetakan yang digunakan adalah seperti terlihat pada Gambar 1).

## Komposisi Kimia dan Metalografi
Analisis komposisi kimia untuk komposisi specimen cor aluminium Al-2024 akan diperoleh  menggunakan Spectroscopy .  Analisis mikroskop  optik  dan  ukuran  butiran  dilakukan setelah dietsa dengan H 2 SO 4 10 ml, 4 ml Aquades dan  di gerinding serta  dipolis . Permukaan  yang terbentuk diamati dengan menggunakan mikroskop  otpik.  dan  komposisi  kimia  paduan
pada  titik  tertentu  diamati  menggunakan energy dispersive  spectroscopy (EDS).  Pengukuran butiran menggunakan quantitative image analyzer (ImageJ software ) yang mengikuti standar ASTM E647.

## Gambar 1. Cetakan trapesium untuk specimen pengujian

## Pemotongan dan Persiapan Benda Uji
Spesimen  untuk  pengujian  dibuat  di Laboratorium  Teknologi  Mekanik  dan  Proyek Departemen  Teknik  Mesin  dan  Industri  Fakultas Teknik  Universitas  Gadjah  Mada.  Bentuk  dan ukuran  spesimen  dibuat  berdasarkan  standar ASTM  sesuai  dengan  jenis  pengujiannya.  Hasil cor aluminium yang berbentuk  plat tebal dengan ukuran  151  mm  x  115  mm  x  12  mm  dipotong- potong sesuai dengan kebutuhan untuk benda uji. Kemudian  dilakukan  proses  permesinan  sampai terbentuk  spesimen  sesuai  dengan  standar  yang telah ditetapkan.

## Pengujian Pengujian Struktur Mikro
Pengamatan  struktur  mikro  dilakukan untuk  mengetahui  struktur  dari  Aluminium  2024 dalam keaadan sudah diamplas 2000x dan di etsa. Pengamatan struktur mikro dilakukan di Laboratorium  Bahan  Teknik,  Jurusan  Teknik Mesin  dan  Industri,  UGM.  Pengamatan  struktur mikro dilakukan dengan menggunakan mikroskop optik  dan  alat  optilab  seperti  yang  ditunjukkan pada  Gambar  2.  Pengamatan  gambar  dilakukan dengan  perbesaran  50X,  100X  dan  200X kemudian diambil gambarnya di daerah permukaan yang ingin diamati.
Sebelum spesimen diamati dengan mikroskop  optik,  pembuatan  spesimen  struktur mikro  membutuhkan  alat  bantu  resin  yang
bertujuan  untuk  memudahkan  spesimen  untuk diamati. Spesimen untuk pengujian struktur mikro yang  sudah  diberi  resin  seperti  yang  ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 2. Mikroskop optik
Proses  pembuatan  spesimen  dengan  resin dapat diurutkan sebagai berikut:
1. Potong  spesimen  sesuai  dengan  ukuran yang diinginkan.
2. Siapkan  resin,  katalis,  cetakan  resin, malam dan landasan kaca.
3. Letakkan  spesimen  yang  telah  dipotong sesuai dengan urutan yang telah ditentukan  di  dalam  cetakan  resin  yang sudah diberi landasan kaca.
4. Tempelkan  malam  mengelilingi  cetakan resin  sampai  menutupi  celah  cetakan, agar  resin  tidak  bocor  saat  proses pencetakan.
5. Campurkan  resin  dan  katalis,  aduk campuran hingga rata.
6. Masukkan resin ke dalam cetakan hingga memenuhi cetakan resin.
7. Tunggu hingga kering.
8. Lepaskan  spesimen  bersama  resin  yang sudah mengering dari cetakan resin.
9. Rendam spesimen yang sudah mengering ke  dalam  air  sampai  spesimen  menjadi keras.
10. Haluskan  permukaan  spesimen  dengan amplas  secara  bertahap,  mulai  dari amplas  kasar  (120)  hingga  amplas  yang paling halus (1500).
11. Gosok  spesimen  dengan  menggunakan autosol di  atas  kain  bludru,  hingga didapat permukaan spesimen yang terang. Setelah permukaan spesimen halus, tahapan  selanjutnya  adalah  memberikan  etsa kepada permukaan spesimen. Etsa adalah senyawa kimia  tertentu  yang  dioleskan  di  permukaan spesimen. Tujuan menggunakan etsa adalah untuk mengkorosikan daerah batas butir dari permukaan
spesimen. Harapannya dengan etsa, struktur mikro dari  permukaan  spesimen  dapat  terlihat  dengan jelas.  Etsa  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini terdiri  dari  campuran  HF  dan  Aquades.  Jika spesimen sudah diberi etsa 40
Kemudian amati spesimen dengan
mikroskop.  Jika  struktur  mikro  belum  terlihat ulangi  tahapan  pencelupan  spesimen  ke  etsa hingga struktur mikro terlihat dengan jelas.
Gambar 3. Spesimen uji struktur mikro

## Uji Kekerasan
Pengujian  kekerasan  pada  penelitian  ini bertujuan untuk melihat perbedaan nilai kekerasan dari  aluminium  2024  yang  dicor  dengan  variasi temperatur, yaitu 688 °C, 738 °C, 788 °C. Metode yang  digunakan  dalam  pengujian  kekerasan  ini adalah  dengan  pengujian Brinell. Sebelum melakukan  pengujian,  spesimen  dipotong  kecil. Sehingga  perlu  digunakan  alat  bantu  campuran resin  untuk  meletakkan    spesimen  tersebut  yang bertujuan  untuk  memudahkan    spesimen  bisa berdiri sejajar dan mudah untuk diamati. Pengujian ini  dilakukan  dengan  menggunakan  alat  Brinell seperti  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  4, menggunakan  Indentor  bola  baja.  Dari  pengujian kekerasan  didapatkan  jumlah  garis  pada  diagonal bekas  pijakan  indentor.  Dalam  pengujian  ini diambil  10  titik  untuk  masing-masing  spesimen. Dari  data  jumlah  titik  pijakan,  maka  didapatkan nilai Brinell  Hardness  Number  (BHN). Rumus yang  digunakan  adalah  BHN= 2𝑃 𝜋𝐷(𝐷−(√𝐷2−√𝑑2 )) dimana P adalah beban  yang  diberikan, D adalah diameter  indentor  (mm)  dan  d  adalah  diemeter lekukan hasil.
Gambar 4. Alat uji kekerasan Brinell

## Uji Impact
Pengujian impact bertujuan  untuk  mengukur harga  ketangguhan  material  aluminium  2024. Pelaksanaan  pengujian impact dapat  diperoleh grafik  ketangguhan impact ,  dari  grafik  ini  dapat dilihat  jenis-jenis  perpatahan  pada  spesimen  uji, adapun  langkah-langkah  untuk  pengujian impact sebagai berikut :
1. Menyiapkan  peralatan  dan  mengeset  alat setelah  itu  spesimen  dijepit  pada  ragum  uji impact , sebelumnya telah diketahui penampangnya,  panjang  awal  dan  ketebalan yang akan digunakan untuk pengambilan data.
2. Mengkondisikan mesin penguji dalam kondisi standar  yaitu  dengan  melakukan  kalibrasi sesuai dengan ukuran standar.
3. Menyiapkan spesimen uji impact.
4. Setelah  spesimen  uji  dijepit,  kemudian  tarik bandul  pada  mesin  uji  kemudian  lepaskan. Dilepaskan dengan menarik pengunci lengan, maka  bandul  akan  berayun  mematahkan benda uji.
5. Perhatikan ukuran yang ada pada skala mesin uji kemudian dicatat.
6. Lakukan  sampai  semua  spesimen  telah dilakukan pengujian
7. Bersihkan kembali alat yang telah dipakai.

## HASIL DAN PEMBAHASAN Uji Komposisi
Pengujian komposisi kimia dilakukan untuk mengetahui  komposisi  kimia  dari  bahan  tersebut. Pengujian  komposisi  kimia  dilakukan  di  Batan Yogyakarta.  Spesimen  yang  digunakan  untuk  uji komposisi  kimia  harus  mempunyai  ukuran minimal  20  mm  X  20  mm.  Alat  yang  digunakan dalam  pengujian  adalah spectrometer .  Dalam pengujian komposisi kimia, diambil 3 tempat titik pengujian  yang  berbeda  kemudian  diambil  rata- rata dari ketiga titik tersebut. Hasil dari pengujian komposisi kimia yang dilakukan ditunjukkan pada Tabel 1.
Hasil  komposisi  kimia  menunjukan  bahwa bahan paduan tersebut mengandung unsur Cuprum (Cu)  yang  paling  banyak.  Dalam  pengujian komposisi kimia masih ada unsur-unsur lain dalam paduan tersebut yang tidak dituliskan dalam Tabel 2.  Presentase  dari  unsur-unsur  yang  tidak dituliskan  tersebut  sangat  kecil  dan  bisa  dibilang tidak ada sehingga komposisinya tidak dimasukkan dalam Tabel 1.

## Hasil Uji Kekerasan
Hasil uji kekerasan metode Brinell untuk material  aluminium  2024  dapat  dilihat  pada Gambar  5.  Dari  grafik  yang  ditampilkan,  nilai kekerasan cenderung meningkat.
Gambar 5. Hasil Uji Kekerasan
Nilai  kekerasan  pada  material  yang dituang  pada  suhu  688  °C  adalah  sebesar  95.70 kgf/mm 2 . Dari pembacaan grafik terlihat pada saat temperature  738°C  nilainya  adalah  sebesar  98.89 kgf/mm 2 ,    kemudian  untuk  temperature  788°C nilainya  adalah  103.71    kgf/mm 2 atau  hasil  nilai kekerasan paling tinggi.

## Hasil Uji Impact
Hasil  pengujian  impact  ditunjukkan dalam Gambar 6. Metode yang digunakan adalah charpy.

## Gambar 6. Hasil Uji Impact
Nilai impact tertinggi dengan nilai 5.062 Joule pada 738 0 C.  Sedangkan pada suhu 688 0 C dengan nilai 2.717 Joule, dan nilai terendah pada suhu 788 0 C dengan nilai 1.024 Joule.
Tabel 1. Komposisi Kimia Hasil Pengujian
Al %Si %Fe %Cu %Mn %Mg %Cr %Ni %Zn %Ti 90.75 0.1597 0.2531 5.9311 0.7332 1.9359 0.0118 0.0122 0.1835 0.0143
95,70 98,89 103,71 90,00 95,00 100,00 105,00 688 738 788 BHN Variasi Suhu

## Uji Kekerasan Brinell
0,033958 524 0,063280 756 0,012804 191 0 0,02 0,04 0,06 0,08 688 738 788 H ar ga Impa ct (J /m m 2 ) Variasi Suhu ( 0 C) Hasil Uji Impact

## KESIMPULAN
1. Suhu  pengecoran  berpengaruh  terhadap nilai  kekerasan,  dalam  penelitian  ini didapat nilai kekerasan paling tinggi pada suhu 788 0 C.
2. Pada uji impact, nilai tertinggi terdapat di suhu 738 0 C.

## SARAN
Pada peneilitian ini kami menyadari bahwa masih banyak hal yang dilakukan berkaitan dengan pengujian  ini.  Oleh  karena  itu  untuk  menambah informasi tentang pengujian kami menyarankan:
1. Untuk lebih teliti lagi dalam pengambilan data.
2. Perlu  dilakukan  T6  pada  uji  kekerasan untuk mendapatkan pembanding.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Surdia, T., dan Saito, S., 2005, Pengetahuan Bahan  Teknik, Cetakan  6,  Pradnya  Paramita,
Jakarta.
[2] Mandal,  2005,  Aluminium  Welding,  Narosa Publishing, India.
[3] Sanders R.E. 2001. Technology Innovation in aluminium  Products. The Journal  of  the Minerals , 53(2): 21-25, 2001.
[4] Smith, William F.,1981, Structure and Properties of Engineering Alloys, McGraw– Hill Inc., New York.