Jurnal “FLYWHEEL” , Volume 8, Nomor 1, Februari 2017

## Pengaruh Elastisitas dan Kekerasan Terhadap Konduktivitas Listrik Untuk Aluminium Alloy 2024
Sumanto* 1 , Iftitah Ruwana 2 , I Nyoman Sudiasa 3
1, Jurusan Teknik Industri, FTI ITN Malang
3 Jurusan Teknik Sipil, FTSP ITN Malang e-mail: 1 sumanto.itn@gmail.com , 2 ita.ruwana@yahoo.com , 3 nyomansudiasa68@yahoo.co.id

## Abstrak
Aluminium  merupakan  unsur  paling  melimpah  ketiga  (setelah  oksigen  dan  silikon),  dan logam  yang  paling  melimpah  di  kerak  bumi  sampai  dengan  sekitar  8%  berat  bumi.  Aluminium relatif  lembut,  tahan  lama,  ringan,  logam  yang  ulet,  tahan  terhadap  korosi,  memeiliki konduktivitas yang tinggi dan lentur. Paduan aluminium memiliki kekuatan mulai dari 200 MPa sampai  dengan  600  MPa.  Aluminium  memiliki  konduktivitas  tertinggi  keempat  (setelah  perak, tembaga,  dan  emas).  Dikombinasikan  dengan  bobot  yang  ringan  itu  dan  paduan  dengan beberapa  logam  lain  untuk  membuatnya  lebih  kuat,  aluminium  sangat  ideal  untuk  kabel listrik. Sifat  nonmagnetik  itu  memungkinkan  untuk  tetap  bekerja  di  mana  saja  (bahkan  di  badai). Dengan  kekuatan  ini  aluminium  dapat  dengan  mudah  diangkut  membuat  aluminium  pilihan terbaik  untuk  daya  tinggi,  jarak  jauh  sebagai    kabel  listrik.  Specimen  aluminium  alloy  2024 dibentuk  silinder  dengan  ukuran  diameter  6  mm  dan  panjang  20  cm.  Specimen  dipanaskan dengan  suhu  yang  bervariasi  antara  100 o C  hingga  500 o C  dengan  waktu  pemanasan  sampai dengan 48 jam dan kemudian dicelupkan ke dalam air dingin. Tujuannya adalah untuk membuat rusak struktur kepadatan bahan. Terdapat hubungan antara kekerasan bahan dengan elastisitas, antara kekarasan dengan konduktivitas listrik dan antara elastisitas bahan dengan konduktivitas listrik.  Secara  simultan  kekerasan  bahan  dan  elastisitas  mempengaruhi  konduktivitas  listrik  di mana  94.90%  konduktivitas  listrik  dalam  penelitian  ini  dipengaruhi  oleh  kekarasan  dan elastisitas bahan..
Kata kunci —Elastisitas, Kekerasan, Konduktivitas Listrik, Aluminium Alloy 2024

## 1. PENDAHULUAN
Aluminium  merupakan  unsur  paling  melimpah ketiga  (setelah  oksigen  dan  silikon),  dan  logam  yang paling  melimpah di kerak bumi sampai dengan sekitar 8%  berat  bumi  adalah  aluminium.  Aluminium  relatif lembut,  tahan  lama,  ringan,  logam  yang  ulet,  tahan terhadap  korosi,  memeiliki  konduktivitas  yang  tinggi dan lentur.
Penampilan  aluminium  mulai  dari  keperakan sampai  dengan  menjadi  abu-abu  kusam,  tergantung pada kekasaran permukaan. Kekuatan aluminium murni 7-11  MPa,  sedangkan  paduan  aluminium  memiliki kekuatan hasil mulai dari 200 MPa sampai dengan 600 MPa.
Produksi aluminium dunia semakin hari  semakin meningkat sebagaimana disajikan pada  diagram berikut ini:
Gambar 1. Diagram Produksi Aluminium Dunia
Beberapa penggunaan aluminium antara lain:
Jurnal “FLYWHEEL” , Volume 8, Nomor 1, Februari 2017
1.  Sektor  industri  otomotif,  untuk  membuat  bak  truk dan komponen kendaraan bermotor.
2.  Untuk membuat badan pesawat terbang.
3.  Sektor pembangunan perumahan;untuk kusen pintu dan jendela.
4.  Sektor  industri  makanan  ,untuk  kemasan  berbagai jenis produk.
5.  Sektor  lain,  misal  untuk  kabel  listrik,  perabotan rumah tangga dan barang kerajinan.
Aluminium memiliki resistivitas terendah keempat atau  konduktivitas  tertinggi  keempat (setelah perak,  tembaga,  dan  emas).  Tembaga  lebih  murah daripada  aluminium  dan  memiliki  konduktivitas  yang lebih  tinggi,  tetapi  karena  aluminium  lebih  ringan  dari tembaga maka menggunakan kabel aluminium terbukti menjadi ide yang sangat bagus. Aluminium lebih ringan dari  tembaga.  Aluminium  memiliki  resistivitas bervariasi  2,65  -  2,82  ×  10 -8 Ωm.  Dikombinasikan dengan  bobot  yang  ringan  itu  dan  paduan  dengan beberapa  logam  lain  untuk  membuatnya  lebih  kuat, aluminium  sangat  ideal  untuk  kabel  listrik.  Sifat nonmagnetik itu memungkinkan untuk tetap bekerja di mana  saja  (bahkan  di  badai).  Dengan  kekuatan  ini aluminium  dapat  dengan  mudah  diangkut  membuat aluminium pilihan terbaik untuk daya tinggi, jarak jauh sebagai  kabel listrik.
Paduan  aluminium  yang  bermacam-macam memungkinkan  aluminium  memiliki  konduktivitas listrik  yang  berbeda-beda.  Adanya  hubungan  antara elastisitas  dan  kekerasan  paduan  aluminium  dengan daya  hantar  listriknya  perlu  diteliti  untuk  menentukan paduan  yang  cocok  digunakan  sebagai  penghantar listrik.  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk mengetahui  hubungan  antara  elastisitas  dan  kekerasan dengan  konduktivitas  listrik  untuk  aluminium  alloy 2024  yang  manfaatnya  dapat  dijadikan  referensi  untuk penggunaan  aluminium  alloy  2024  sebagai  kabel listrik..

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
Aluminium merupakan logam yang sangat reaktif, sehingga  tidak  pernah  ditemukan  logam  aluminium murni  pada  lingkungan  yang  berkontak  langsung dengan  udara,  hal  ini  disebabkan  karena  logam aluminium  dapat  membentuk  lapisan  oksida  pada permukaan yang dapat melindunginya dari reaksi lebih lanjut dengan oksigen yang terdapat di udara.

## 2.1 Klasifikasi Paduan Aluminium
Paduan  aluminium  diklasifikasikan  dalam berbagai  standar  oleh  berbagai  negara  di  dunia. Saat  ini  klasifikasi  yang  terkenal  adalah  standar Aluminum  Association  di  Amerika  (AA)  yang didasarkan  atas  standar  yang  terdahulu  dari  Alcoa
(Aluminum  Company  of  America).  Paduan tempaan  dinyatakan  dengan  satu  huruf  atau  dua huruf  “S”,  sedangkan  paduan  coran  dinyatakan dengan  tiga  huruf  “S”.  Standar  AA  menggunakan penandaan dengan empat angka (Surdia, 2000:135) sebagai berikut:
1.  Angka  pertama  menyatakan  sistem  paduan dengan unsur-unsur yang ditambahkan.
2.  Angka  kedua  menyatakan  kemurnian  dalam paduan  yang  dimodifikasi  dari  aluminium murni.
3.  Angka  ketiga  dan  keempat  dimaksudkan  untuk tanda  Alcoa  terdahulu  kecuali  huruf  S,  sebagai contoh, 3S sebagai 3003 dan 63S sebagai 6063. Aluminium  dapat  diklasifikasikan  menurut paduannya, sebagai berikut:
1.  Jenis Al-murni (seri 1000)
Jenis  ini  adalah  aluminium  dengan  kemurnian 99,0%  dan  99,99%.  Aluminium  dalam  seri  ini disamping  sifatnya  yang  baik  dalam  tahan  karat, konduksi panas dan konduksi listrik yang baik juga memiliki  sifat  yang  memuaskan  dalam  mampu  las dan mampu potong. Hal yang kurang menguntungkan adalah kekuatannya yang rendah. 2 . Jenis Paduan Al-Cu (seri 2000)
Paduan  Al-Cu  adalah  jenis  yang  dapat  diheat treatment.  Sifat  mekanik  paduan  ini  dapat menyamai  sifat  dari  baja  lunak,  tetapi  daya  tahan korosinya  rendah  bila  dibandingkan  dengan  jenis paduan  yang  lainnya.  Sifat  mampu-lasnya  juga kurang  baik,  karena  itu  paduan  jenis  ini  biasanya digunakan  pada  konstruksi  keling  dan  banyak sekali digunakan dalam konstruksi pesawat terbang seperti  duralumin  (2017)  dan  super  duralumin (2024).
3.  Jenis Paduan Al-Mn (seri 3000)
Paduan  Al-Mn  adalah  jenis  yang  tidak  dapat diheat  treatment sehingga  untuk  penaikkan kekuatannya  hanya  dapat  diusahakan  melalui pengerjaan  dingin  dalam  proses  pembuatannya. Bila  dibandingkan  dengan  jenis  Al-murni,  paduan ini  mempunyai  sifat  yang  sama  dalam  hal  daya tahan  korosi,  mampu  potong  dan  sifat  mampu lasnya.  Dalam  hal  kekuatan  jenis  paduan  ini  lebih unggul dari pada jenis Al-murni.
4.  Jenis Paduan Al-Si (seri 4000)
Paduan  Al-Si  termasuk  jenis  yang  tidak  dapat diheat  treatment.  Jenis  ini  dalam  keadaan  cair mempunyai sifat  mampu alir  yang baik dan dalam proses pembekuannya hampir tidak terjadi retak.
5.  Jenis Paduan Al-Mg (seri 5000)
Paduan  Al-Mg  termasuk  paduan  yang  tidak dapat  diheat  treatment,  tetapi  mempunyai  sifat yang baik dalam daya tahan korosi, terutama korosi oleh  air  laut,  dan  dalam  sifat  mampu  lasnya. Paduan  Al-Mg  digunakan  tidak  hanya  dalam
Jurnal “FLYWHEEL” , Volume 8, Nomor 1, Februari 2017
konstruksi  umum,  tetapi  juga  untuk  tangki-tangki penyimpanan gas alam cair dan oksigen cair. 6.  Jenis Paduan Al-Mg-Si (seri 6000)
Paduan  Al-Mg-Si  termasuk  dalam  jenis  yang dapat  diheat  treatment  dan  mempunyai  sifat mampu potong,  mampu las, dan daya tahan  korosi yang cukup.
7.  Jenis Paduan Al-Zn (seri 7000)
Paduan Al-Zn termasuk jenis yang dapat diheat treatment. Biasanya ke dalam paduan pokok Al-Zn ditambahkan Mg, Cu, dan Cr. Kekuatan tarik yang dapat  dicapai  lebih  dari  50  kg/mm2,  sehingga paduan  ini  dinamakan  juga  ultra  duralumin. Berlawanan  dengan  kekuatan  tariknya,  sifat mampu  las  dan  daya  tahannya  terhadap  korosi kurang menguntungkan.

## 2.2 Elastisitas Bahan
Ketika  benda  solid  dikenai  gaya  eksternal, maka  akan  terjadi  perubahan ukuran  dan bentuknya.  Suatu  benda  solid  elastis  adalah  benda solid  yang  akan  kembali  ke  bentuk  aslinya  dan ukurannya  setelah  gaya  eksternal  dihilangkan. Untuk  deformasi  kecil  dan  pada  skala  waktu  yang kecil, benda dapat dianggap elastis .

## 2.2.1 Stress (Tegangan)
Stress  didefinisikan  sebagai  gaya  per  satuan luas.  Ketika  gaya  yang  menyebabkan  deformasi dikenai  pada  benda  suatu  benda,  stress  atau tegangan adalah perbandingan antara gaya terhadap luas  yang  dikenai  gaya  tersebut.  Jika  gaya  1 Newton dikenakan pada luas 1 meter persegi secara seragam  maka  tegangannya  adalah  1  Nm-2    1 Pascal  (Pa).  Jika  gaya  normal  (tegak  lurus) terhadap  permukaan,  maka  dapat  disebut  sebagai tegangan  normal  (normal  stress);  jika  tangensial terhadap  permukaan,  maka  disebut  tegangan  geser (shearing stress).
Sekarang  kita  perhatikan  parallelipiped  kecil dengan sisi-sisi x, y, z dan bayangkan bahwa dia mengalami tegangan oleh berbagai macam gaya luar.  Pada  masing-masing  sisi  tegangan  dapat diuraikan  dalam  komponen-komponen  arah  x,  y, dan z. Tegangan yang pada sisi yang diarsir adalah -xx, -xy,  -xz.  Notasi      xy  menunjukkan tegangan yang bekerja dalam arah y pada sisi yang tegak  lurus  dengan  arah  x.  Normal  stress  adalah  - xx dan shearing stress adalah -xy dan    -xz.
Jika parallelipiped dalam kondisi kesetimbangan  statik  (tidak  dalam  keadaan bergerak),  maka  tegangan-tegangan  yang  pada  sisi yang  berlawanan  harus  seimbang,  dan  harus  tidak berpasangan yang mana merotasi parallelipiped. Ini berarti  bahwa  tegangan  stress  pada  sisi  yang
berlawanan  besarnya  akan  sama  tetapi  berlawanan arah.  Shearing  stress  pada  sisi  yang  berlawanan dari  parallelipiped  memberikan  pasangan  yang akan  kerotasi  parallelipiped.  Selama  parallelipiped tidak  berotasi  maka  pasangan-pasangan  stress tersebut  harus  seimbang  yang  diberikan  oleh shearing stress  -  xy dan   yx yang sedang bekerja pada  dua  sisi.  Ini  berarti    bahwa    xy harus  sama dengan      yx .  Kondisi  yang  sama  berlaku  untuk shearing  stress  yang  lain:    xy =    yx ,    xz =   zx ,   yz =   zy .
Gambar  2.  Parallelipiped  dengan  sisi-sisi  yang panjangnya   x,   y dan   z dalam kesetimbangan statis

## 2.2.2 Strain (Regangan)
Ketika  suatu  benda  dikenai  stress, maka  hasil  deformasinya  adala  disebut regangan (strain). Strain didefinisikan sebagai perubahan bentuk relatif (perubahan kecil).
Gambar 3.  Tali elastis yang ditarik
Pertama  misalkan  stress  bekerja  hanya  pada arah x. pada tali elastis (gambar 2.2). Titik L pada tali berpindah sejauh u pada L  setelah ditarik, dan titik M berpindah sejauh u +  u di titik M  . Strain dalam arah x, ditulis e xx , diberikan oleh:
LM mula mula panjang LM panjang perubahan  sehingga dapat dituliskan sebagai berikut: LM LM M L e xx    
x x u x       
x u   
Jurnal “FLYWHEEL” , Volume 8, Nomor 1, Februari 2017
pada limit 0  x  regangan pada L adalah
x u e xx   
Perluasan untuk 3 dimensi menghasilkan strain dalam arah x, y dan z masing masing adalah:
z w e y v e x u e zz yy xx         

## Hubungan Antara Stress dan Strain
Pada  tahun  1676  ahli  Fisika  Inggris  Robert Hooke  mengusulkan  bahwa  untuk  strain  yang kecil,  beberapa  strain  adalah  sebanding  dengan stress  yang  menghasilkan  strain  tersebut.  Ini dikenal  dengan  hukum  Hooke  dan  dasar  dari  teori elastisitas  yang  sempurna.  Modulus  Young  E adalah  perbandingan  antara  stress  tensional terhadap  strain  longitudinal  untuk  silinder  kecil karena pengaruh tegangan di kedua ujungnya.
2.2.3 Konduktivitas Listrik
Sebuah kawat konduktor dengan luas penampang  A  dan  panjang  L  seperti  digambarkan berikut ini.
Gambar 4. Kawat konduktor silinder
Kawat tersebut memiliki hambatan sebesar

## Di mana:
R = hambatan kawat (Ω)
 = hambatan jenis/resistivitas (Ω.m)
L = panjang kawat (m)
A = luas penampang (m 2 )
Konduktivitas suatu kawat dinyatakan dengan:

## 3. METODE PENELITIAN
a. Pembuatan Specimen Penelitian
Specimen penelitian yang berupa aluminium alloy  2024  dibuat  dengan  komposisi  sebagai berikut:
Element  Cu  Mg Mn Fe Si Zn Al Content In wt.% 4.2 1.4 0.91  0.20  0.10  0.03  Bal.
Specimen aluminium alloy 2024 dibentuk silinder  dengan  ukuran  diameter  6  mm  dan panjang  20  cm.  Specimen  yang  telah terbentuk  kemudian  dipanaskan  dengan  suhu yang  bervariasi  antara  100 o C  hingga  500 o C dengan waktu pemanasan yang bervariasi dari 1  jam  hingga  48  jam  dengan  tujuan  untuk merusak struktur kepadatan aluminum.

## b. Pengujian Elastisitas Aluminium
Pengujian  elastisitas  aluminium  ini menggunakan alat Micro Computer Universal Testing Machine sampai terjadi patahan  yang pertama.
c. Pengujian Kekerasan Aluminium
Pengujian kekerasan aluminium dilakukan  dengan  menggunakan  metode Vickers d. Pengujian Konduktivitas Listrik
Untuk menentukan konduktivitas aluminium,  terlebih  dahulu  diuji  resistivitas bahan  tersebut  dengan  menggunakan  hokum Ohm.  Setiap  ada  perubahan  nilai  yang ditunjukkan  oleh  ammeter  dan  voltmeter dicatat  untuk  menentukan  hambatan  bahan sesuai dengan hukum Ohm yaitu:
Dilakukan  perhitungan  hambatan  jenis dengan persamaan:
Dan dilakukan perhitungan konduktivitas dengan persamaan:
Jurnal “FLYWHEEL” , Volume 8, Nomor 1, Februari 2017

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil penelitian ini disajikan dalam tabel 1 berikut ini:
Tabel 1. Hasil penelitian
NO Specimen Kekarasan
(Vickers) Modulus Rigidity (GPa) Konduktivitas
Listrik (S/m) 1 A1 125 71.5 222700 2 A2 124.5 71.2 222692 3 B1 123.5 69.9 222856 4 B2 123.5 69.8 222580 5 C1 122.2 65.7 222112 6 C2 122.3 65.7 222215 7 D1 120.5 65.2 216265 8 D2 120.4 65.2 216278 9 E1 118 62.9 211135 10 E2 117 62.7 211165
Keterangan:
A1, A2 : Specimen dipanaskan hingga suhu 100 o C
B1, B2 : Specimen dipanaskan hingga suhu 200 o C
C1, C2 : Specimen dipanaskan hingga suhu 300 o C
D1, D2 : Specimen dipanaskan hingga suhu 400 o C
E1, E2 : Specimen dipanaskan hingga suhu 500 o C

## Analisi Data
Untuk  melihat  pengaruh  masing-masing  variable digunakan  teknik  korelasi  antar  variable  dan  diperoleh hasil sebagai berikut:
Tabel. 2 Hasil perhitungan korelasi antar variabel
x1 x2 y x1 1 x2 0.939471162 1 y 0.954872695  0.830990321 1
Keterangan:
X1 : kekerasan Vickers
X2 : modulus rigidity (GPa) Y   : konduktivitas listrik (S/m)
Sedangkan  untuk  melihat  pengaruh  kekerasan  dan modulus  rigidity  (elastisitas)  secara  simultan  terhadap konduktivitas  listrik  digunakan  teknik  regresi  dan diperoleh hasil sebagai berikut:

## Tabel 4.3 Ringkasan Output Regresi

## Regression Statistics
Multiple R 0.97415778 R Square 0.94898338 Adjusted R Square 0.934407203 Standard Error 1246.411468 Observations 10

## Pembahasan
Berdasarkan  hasil  perhitungan  korelasi  diperoleh  hasil sebagai berikut:
a. Koefisien  korelasi  antara  kekerasan  (x1)  dan elastisitas/modulus rigidity (x2) adalah 0.9395, nilai ini lebih besar bila dibandingkan dengan nilai kritis table korelasi product moment  r (10;0.01) = 0,765. Hal ini  berarti    bahwa  ada  korelsi/pengaruh  antara kekerasan dan modulus rigidity/elastisitas.
b. Koefisien  korelasi  antara  kekerasan  (x1)  dan konduktivitas listrik (y) adalah = 0.9549. Nilai kritis table korelasi product moment Pearson untuk n = 10 dan α = 0,01 adalah r(0.01) = 0,765. Nilai rx1,y ini jika dibandingkan dengan r table maka rx1,x2  > r tabel,  sehingga  disimpulkan  ada  korelsi  antara kekerasan dan konduktivitas listrik.
c. Koefisien korelasi antara modulus regidity (x2) dan konduktivitas listrik (y) adalah rx2,y = 0.8310. Nilai kritis table korelasi product moment Pearson untuk n = 10 dan α = 0,01 adalah r(0.01) = 0,765. Nilai rx2,y  ini  jika  dibandingkan  dengan  r  table  maka rx1,x2  > r tabel, sehingga disimpulkan ada korelsi antara elastisitas dan konduktivitas listrik.
Pengaruh  antara  kekerasan  dan  elastisitas  terhadap konduktivitas listrik dijelaskan dengan multiple R. Dari table output diperoleh multiple R = 0.9742. Nilai ini jika dibandingkan  dengan  R  table  maka  diperoleh  (R  = 0.9742)  >  (R  tabel  =  0,765).  Hal  ini  berarti  secara simultan  kekerasan  dan  elastisitas  mempengaruhi konduktivitas listrik. Dari table juga diketahui bahwa R square  =  0.9490.  R  square  atau  kuadrat  R  adalah koefisien  determinasi  yang  menunjukkan  besarnya pengaruh  beberapa    variable  secara  simultan  terhadap satu  variable  tertentu.  R  square  dalam  penelitian  ini adalah  0.9490  =  94.90%.  Hal  ini  berarti  94.90% konduktivitas  listrik  dalam  penelitian  ini  dipengaruhi oleh kekarasan dan elastisitas bahan.

## 5. KESIMPULAN
Kesimpulan  dari  penelitian  ini  adalah  secara simultan kekerasan bahan dan elastisitas mempengaruhi
Jurnal “FLYWHEEL” , Volume 8, Nomor 1, Februari 2017
konduktivitas  listrik  di  mana  94.90%  konduktivitas listrik  dalam  penelitian  ini  dipengaruhi  oleh  kekarasan dan elastisitas bahan.

## DAFTAR PUSTAKA
Fowler, C. M. R, 1990, The Solid Earth ,
Cambridge University Press, Canada. Roy Woodward. Aluminium and Aluminium  Alloys -  Designations, http://www.azom.com/article.aspx?A rticleID=310 Salazar,  et.al. Correlation  of  Strength with  Hardness  and  Electrical Conductivity for  Aluminium Alloy 7010 . Materials Science Forum Vols. 519-521 (2006) pp. 853-858 Symon,  Keith  R,  1957, Mechanic, 2 nd printing,  Adison-Wesley  Publishing Company,  Inc,  United  Stated  of America. ______.  The  International  Aluminium Institute. http://www.world- aluminium.org/statistics/#histogram ______. Resistivity of Aluminum http://hypertextbook.com/facts/2004/ ValPolyakov. Shtml