## PENGARUH  DEBIT  AIR  PENDINGIN  PADA  PROSES  FLAME  HEATING TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIK ALUMINIUM 7075
Ghailan Wicaksana 1 , Teguh Triyono 1 , Nurul Muhayat 1
1 Teknik Mesin – Universitas Sebelas Maret e-mail addresses : wicaksanaghailan@gmail.com

## Keywords :
Flame heating, Aluminum 7075, Quenching, Aging.

## Abstract :
Aluminum alloy 7075 is a combination that are consists of 5,5% Zn, 2,5% Mn, 1,5% Cu, 0,3% Cr and 0,2% Mn. Heat treatment phase is using flame heating method. There are 3 steps of dissolution in flame heating process. The first  is  heat  treatment  solution  in  the  temperature  between  450-500°C.  The second  is  quenching  phase  using  flow  speed  variation  1000;  1200  and  1400 cc/minute  and  the  third  phase  is  using  aging  which  to  hold  the  room temperature until reaching 120°C. Specimen test phase using vickers hardness test, micro structure and impact test. Flame heating treatment process in 1000 cc/minute quenching cause specimen become harder, using hardness test 93,43 VHN  is  achieved.  With  additional  aging  treatment,  the  hardness  increase  to 152,63 VHN and almost close 153,80 VHN raw material. The biggest Impact test value is gained from the result of flame heating without aging with cooling flow variation of 1000 cc/minute is 0,630 J/mm².

## PENDAHULUAN
Aluminium  merupakan  logam  yang  sangat melimpah  dan  banyak  digunakan  pada  industri otomotif maupun manufaktur. Perkembangan industri di  Indonesia  khususnya  pada  industri  logam, aluminium  berperan  besar  dalam  dunia  otomotif, misalnya  pada  proses  pembuatan  velg,  blok  mesin, transmisi dan gear yang terbuat dari bahan aluminium. Pada era globalisasi saat ini, penggunaan logam baja mulai menurun seiring berkembangnya teknologi. Hal ini di picu oleh meningkatnya harga bahan bakar dan keterbatasan persediaan logam.
Paduan  aluminium  7075  yaitu  suatu  paduan yang  terdiri dari  5.5%  Zn,  2.5%Mn,  1.5%  Cu,  0.3% Cr  dan  0.2%  Mn.  Penggunaan  paduan  ini  biasanya sebagai  bahan  konstruksi  pesawat  terbang  karena disamping  ringan  dan  memiliki  kekuatan  tertinggi diantara  paduan-paduan  lainnya  [1].  Dalam  industri pesawat  terbang,  material  yang  banyak  digunakan untuk  membuat  komponen  pesawat  terbang  adalah aluminium 7075-T6. Aluminium ini banyak diaplikasikan  pada  bagian  pesawat  terbang  seperti front  spar,  stabilizer,  frame atau  bagian  yang membutuhkan kekuatan beban lebih.
Flame  heating merupakan  salah  satu  metode perlakuan  panas  pada  logam . Dalam  penelitian  ini, flame  heating dilakukan  pada  permukaan  logam dengan  suhu  tertentu  hingga  mencapai  temperatur kritis  dan  dilanjutkan  dengan quenching atau pendinginan secara cepat [2]. Metode perlakuan panas flame heating jarang digunakan untuk aluminium, dan biasanya untuk proses heat treatment pada aluminium menggunakan dapur pemanas (furnace) . Metode ini
mempunyai  banyak  keunggulan  dari  segi  ekonomi dan  waktu.  Penelitian  ini  menggunakan  gas  oksi- asetilen  dengan  nyala  api  karburasi.  Metode flame heating dipilih karena selain dapat menghemat biaya, dalam  prosesnya  tidak  memerlukan  keahlian  khusus [3]
Setelah proses quenching, spesimen mendapatkan perlakuan penuaan atau aging, dimana paduan  aluminium  dipanaskan  pada  temperatur tertentu  untuk  mempercepat  terbentuknya  presipitat dengan  pendinginan  yang  lambat  di  udara  biasa. Semakin  meningkatnya  waktu  dalam  proses aging, paduan  aluminium  akan  menjadi  semakin  keras. Tetapi jika temperatur terlalu tinggi dan waktu terlalu lama,  proses  presipitasi  akan  mencapai  puncaknya dan  presipitat  yang  telah  terbentuk  akan  saling berdifusi dan membentuk struktur baru. [4].

## METODELOGI PENELITIAN

## Bahan
Bahan utama untuk pembuatan spesimen adalah Al-7075.  Komposisi  kimia  dari  aluminium  7075 medium yang digunakan disajikan pada Tabel 1. Tabel 1. Komposisi raw material aluminium 7075
Fe Cu Mn Mg Zn Ti Cr Ni 0.046 2.034 0.005 1.574 6.649 0.042 0.007 0.012 Pb Sn Al
0.001 0.004 89.62
Gambar  1  dan  2  menyajikan  bentuk  spesimen  yang digunakan dalam proses flame heating . Untuk
spesimen  impak  dengan  ukuran  55  mm  x  10  mm. Untuk  specimen  uji  kekerasan vickers dan  struktur mikro  dengan  ukuran  27,5  mm  x  10  mm.  Setelah dilakukan  proses flame  heating ,  untuk  spesimen vickers dipotong di antara bekas proses flame heating yang terlihat seperti Gambar 3.
Gambar 1. Spesimen flame heating untuk uji impak
Gambar 2. Spesimen flame heating untuk uji vickers dan struktur mikro
Gambar 3. Potongan spesimen uji vickers

## Fabrikasi
Automatic flame heating merupakan alat yang digunakan  untuk  melakukan  proses flame  heating secara  otomatis,  yaitu  pada  proses  pemanasannnya menggunakan torch pemanas  dan  kemudian  setelah spesimen  mencapai  temperatur  kritis  dilanjutkan dengan pendinginannya secara cepat dengan menggunakan  media  pendingin  air  yang  digerakkan oleh pompa air, seperti yang terlihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Skema automatic flame heating [5]
Pada proses flame heating menggunakan nyala api karburasi, dengan jarak pemanas dengan spesimen sebesar  50  mm,  jarak  pemanas  dengan  pendingin sebesar  55  mm,  dan  variasi  debit  pendingin  sebesar 1000, 1200 dan 1400 cc/menit.

## Pengujian
Pada  penelitian  ini  dilakukan  tiga  pengujian yaitu struktur mikro, kekerasan dan impak,. Pengujian kekerasan  yang  dilakukan  adalah  uji  mikro vickers . Beban yang digunakan sebesar 100 kgf dengan waktu penekanan  selama  10  detik.  Pengukuran  kekerasan diukur  pada  jarak  yang  berbeda.  Masing-masing posisi  berada  pada  tengah  spesimen  dan  arah pengukuran  dilakukan  dari  atas  spesimen  ke  bawah. Jarak yang diambil tiap titik adalah sebesar 0,25 mm, seperti  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  5.  Pada Gambar  6,  sebelum  melakukan  pengujian  struktur mikro  dilakukan  terlebih  dahulu  pengetsaan  dengan poulton reagent.
Gambar 5. Posisi titik uji keras
Gambar  6.  Posisi  titik  pengambilan  struktur  mikro
Pengujian impak merupakan pengujian yang dilakukan untuk menentukan energi yang diserap oleh suatu  material  Pada pengujian  ini  menggunakan  alat pengujian  Impak (ASTM  E-23). Beban  pendulum yang  digunakan  (m)=  9,5  kg,  panjang  lengan pendulum  (l)  =  0,83  m,  dan  sudut  penyimpangan ayunan pendulum tanpa spesimen sebesar 89 o . dengan radius notch berbentuk  V  45 o dan  kedalamanan takikan 2 mm serta radius notch 2,5 mm Gambar 7.
Gambar 7. Dimensi Spesimen (mm) [6]

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh Kecepatan Aliran Pendingin  Terhadap Struktur Mikro
Untuk  spesimen  pengujian  struktur  mikro dibagi 2 yaitu dengan perlakuan flame heating dan
perlakuan flame heating + aging . Sebelum pengujian struktur mikro, terlebih dahulu dilakukan pengetsaan pada spesimen dengan menggunakan cairan poulton’s reagent . Pengamatan struktur mikro diambil tiap jarak 0,25 mm  - 0.5 mm dan 1 mm dari permukaan. Pada Gambar  8  menunjukkan  hasil  pengujian  struktur mikro raw material yang belum mengalami perlakuan flame  heating .  Pada  pengujian  struktur  mikro merupakan  hasil  dari  pengujian  struktur  aluminium yang telah diberi perlakuan flame heating dan flame heating + aging dengan  variasi  kecepatan  aliran pendingin  1000  cc/menit,  1200  cc/menit,  1400 cc/menit.
Gambar 8. Struktur Mikro Raw Material Gambar 9. Kecepatan aliran pendingin tanpa aging
1000 cc/menit
Gambar 10. Kecepatan aliran pendingin tanpa aging 1200 cc/menit
Gambar 11. Kecepatan aliran pendingin tanpa aging 1400 cc/menit
Gambar 12. Kecepatan aliran pendingin dengan aging 1000 cc/menit
Gambar 13. Kecepatan aliran pendingin dengan aging 1200 cc/menit
Gambar 14. Kecepatan aliran pendingin dengan aging 1400 cc/menit
Hasil  struktur  mikro  pada  kecepatan  aliran pendingin  1400  cc/menit  terlihat  struktur  butirnya untuk  perlakuan  tanpa aging tidak  begitu  terlihat dibandingkan  dengan  perlakuan aging .  Hal  ini menunjukkan bahwa spesimen bertambah lunak pada bagian permukaan tetapi pada kedalaman 0,25 – 1 mm batas  butir  semakin  mengecil  (gambar  detail  ada  di lampiran). Sedangkan untuk perlakuan flame  heating + aging justru  semakin  meningkat  kekerasan permukaannya  untuk  kedalaman  0  mm.  Pada kedalaman  0,25  mm  –  1  mm  struktur  butir  semakin membesar.  Ukuran  butir  yang  diperoleh  dari  variasi pendingin dari 1000, 1200 dan 1400 cc/menit terlihat banyak perbedaan dari ukuran butirnya, dimana pada saat  pendinginan  dilakukan  dengan  volume debit  air yang  lebih  banyak  maka  kesempatan  bertumbuhnya butir terhambat, sehingga ukuran butir lebih rapat dan halus  dibandingkan  dengan  volume debit yang  lebih kecil.  Bintik  hitam  pada  gambar  merupakan  proses aging akan  menghasilkan  endapan  MgZn2  yang terbentuk di dalam batas butir yang bersifat inkoheren
dengan matriks. Zona ini terbentuk karena temperatur artificial  aging dibawah  150°C  [7].  Terbentuknya MgZn2  inilah  yang  dapat  meningkatkan  kekerasan paduan aluminium.

## Pengaruh  kecepatan  aliran  pendingin  terhadap kekerasan permukaan
Nilai kekerasan spesimen diukur di tiga tempat berbeda.  Masing-masing  posisi  berada  pada  tengah spesimen dan diukur mulai dari atas spesimen. Jarak pada  tiap  titik  masing-masing  diambil  sebesar  0.25 mm,  seperti  pada  grafik  gambar  15  dan  16.  Nilai kekerasan permukaan spesimen yang telah diberikan perlakuan flame  heating dibagi  menjadi  2,  yaitu dengan aging dan tanpa aging .
Gambar 15. Grafik pengaruh kecepatan aliran pendingin terhadap kedalaman pengerasan tanpa aging Berdasarkan  hasil  uji  kekerasan  untuk perlakuan  tanpa  penggunakan aging hasilnya kekerasan  semakin  menurun.  Berdasarkan  hasil pengujian Gambar 15 pada percobaan 3 variasi aliran pendingin,  hasil  kekerasan  tertinggi  diperoleh  pada variasi 1400 cc/menit dengan nilai kekerasan 110,87 VHN. Sedangkan nilai kekerasan terendah diperoleh pada  variasi  aliran  pendingin  1000  cc/menit  dengan nilai kekerasan 93,43 VHN.
Gambar 16. Grafik pengaruh kecepatan aliran pendingin terhadap kedalaman pengerasan dengan aging
Hasil pengujian pada Gambar 16 menunjukkan pada perlakuan dengan menggunakan aging hasilnya meningkat dan hampir mendekati raw material. Nilai
kekerasan  tertinggi  diperoleh  dari  variasi  aliran pendingin  1400  cc/menit  dengan  angka  kekerasan 152,63 VHN. Pada kedalaman 0,5 terjadi penurunan yang signifikan dibanding jarak kedalaman 0, didapat hasil  142,67  VHN.  Sedangkan  nilai  kekerasan terendah diperoleh dari variasi aliran pendingin 1000 cc/menit dengan angka kekerasan 129,67 VHN. Pada tahap  perlakuan aging tingkat  difusi  menjadi  cukup besar.  Jika  pemanasan  terus  dilakukan  pada temperatur  120°C  maka  presipitat  akan  terus bertambah.  Pada  saat  ini  terjadi  nilai  kekerasan maksimal,  fasa  ini  disebut peak  aged atau  dengan nama  lain  fasa  θ  (MgZn2).  Jika  pemanasan  terus dilakukan  di  atas  temperatur  120°C,  maka  ukuran presipitat  menjadi  besar  dan  ikatan  antara  presipitat dengan matriks menjadi terlepas. Pada saat ini disebut fasa over aged [8].
Pengaruh  kecepatan  aliran  pendingin  terhadap kekuatan Impak
Pengujian impact charpy banyak dipergunakan untuk menentukan kualitas bahan. Untuk menentukan energy  serap  (E)  yaitu  dengan  cara  mengurangi  cos sudut  akhir  (β)  dengan  cos  sudut  awal  (α)  dan kemudian dikali  dengan  hasil  beban  pendulum yang dikali  dengan  jarak  sumbu  pendulum.  Proses pengujian impak dibagi menjadi 2, yaitu dengan aging dan tanpa aging . Hasil pengujian impact charpy untuk material dengan perlakuan flame heating tanpa aging terlihat pada Grafik dibawah ini:
Gambar 17. Grafik pengaruh kecepatan aliran pendingin terhadap kekuatan impak Pada  Grafik,  nilai  kekuatan  impak  yang diberikan  pada  perlakuan  panas flame  heating tanpa aging dengan variasi kecepatan aliran pendingin 1000 cc/menit menunjukkan nilai tertinggi daripada variasi pendingin  1400  cc/menit.  Ini  menunjukkan  bahwa semakin  besar  debit  kecepatan  aliran  pendingin semakin turun nilai kekuatan impak material tersebut. Kemudian untuk hasil perlakuan panas flame heating dengan aging nilai  kekuatan  impaknya  cenderung menurun,  ini  dikarenakan  karena  pada  proses aging material cenderung menjadi keras dan menyebabkan material  tersebut  menjadi  getas,  sehingga  kekuatan impak menjadi turun [8].

## KESIMPULAN
Berdasarkan  data  dan  analisa  yang  diperoleh dari hasil pengujian, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Proses  perlakuan flame  heating terhadap Aluminium 7075 menyebabkan spesimen menjadi  getas  dengan  nilai  kekerasan  sebesar 93,43  VHN  pada  variasi  kecepatan  aliran pendingin  1000  cc/menit.  Tetapi  dengan ditambahnya perlakuan aging kekerasan spesimen  meningkat  menjadi  152,63  VHN  dan hampir  mendekati  nilai  kekerasan  raw  material 153,80 VHN.
2. Hasil  pada  pengujian impact  charpy bahwa semakin  kecil  debit  aliran  pendingin  pada  saat proses flame  heating maka  menyebabkan spesimen  bertambahnya  ketangguhan  spesimen tersebut.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Rohimat  dan  Agus,  “Aluminium  dan Paduannya,” Universitas
Lampung ,
Lampung, 2013.
[2] B.  H.  Amstead,  Ostwald  Philip  F,  L. Begeman  Myron,  “Teknologi  Mekanik,”
Erlangga , Jakarta, 1995.
[3] Lin,  Qiang  Jiang-Yu,  Min  Chen-Xiao,  Xu Wen- Dong dan  Min  Zhou  Hua.,  “Effect of Creep-Aging  on  Precipitates  of  7075 Aluminum  Alloys,” Int.  J.  Mater.  Sci.  and Eng. A, vol. 588, pp. 347-356, 2013.
[4] Tata  Surdia,  “Pengetahuan  Bahan  Teknik,” Pranadya Paramita , 2000.
[5] Apriyanto Makhriza, “Pengaruh Jarak Torch Pemanas dengan Nozzle Pendingin terhadap Kekerasan Permukaan Baja Karbon Medium pada  Proses  Flame  Hardening,” Surakarta, 2011.
[6] ASTM E  – 92 – 82, “Standart Test Method for Vickers Hardness of Metallic Materials,” 2003.
[7] W.F.  Smith, “Structure  and  Properties  of Engineering  Alloys,” McGraw-Hill ,  New York, 1981.
[8] Suhariyanto, Mahirul M, Eddy  W, Syamsul H,  A  Arino,  “Perbaikan  Sifat  Mekanik paduan  Aluminium  A356.0  Dengan  Cara Menambahkan  Cu  Dan  Perlakuan  Panas T5,” Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya , 2015.