Abstrak —Paduan  magnesium  merupakan  paduan  yang banyak diaplikasikan pada komponen otomotif yang memerlukan  sifat  ringan  dan  mampu  tahan  pada  temperatur kerja  otomotif.  Pada  penelitian  ini  akan  dilakukan  penelitian pengerasan persipitasi
paduan
Mg-6Zn-1Y dengan
menggunakan  variabel  temperatur  150 0 C  ,  175 0 C  dan  200 0 C dengan    waktu  tahan  4  jam,  8  jam  dan  24  jam.  Setelah pengerasan  presipitasi  paduan  Mg-6Zn-1Y  dilakukan  pengujian metalografi, pengujian XRD, pengujian kekerasan dan pengujian TMA.  Dari  hasil  pengujian  didapatkan  bahwa  fasa  yang terbentuk adalah αMg, Mg3 Y2 Zn3 dan Mg3 Y Zn6. Sedangkan microstructure  yang  didapatkan  bererbentuk  lamelar,  Mg3  Y Zn6 dan  αMg. Lamelar terbentuk dari fasa αMg+Mg3 Y2 Zn3. Sedangkan  nilai  kekerasan  pada  sampel  aging  150ºC  dengan waktu tahan 4, 8 dan 24 jam adalah 75.4, 80.93 dan 84.6 BHN.
Kata  Kunci —Mg-6Zn-1Y,  persipitasi  hardening,  variabel temperatur aging 150 0 C , 175 0 C dan 200 0 C,  waktu tahan aging 4 jam, 8 jam dan 24 jam

## I. PENDAHULUAN
ERBAGAI logam langkah pada paduan magnesium telah digunaan. Salah satu logam langkah yang digunakan pada paduan  magnesium  adalah  yttrium.  Penggunaan  logam langkah  seperti  yittrium  bisa  menjadi  alternatif  untuk menciptakan  paduan  ringan  yang  berbasis  magnesium. Dengan menggunakan sediki tyittrium, maka bisa menciptakan  paduan  yang  sudah  memperbaiki  sifat  mekanik dari  magnesium.  Dimana  yttrium  bisa  memeperbaiki creep properties dan tensile-compressive [2].  Sehingga  magnesium apabila  dipaduh  dengan zinc dan  yttrium  maka  akan  menjadi paduan  Mg-Zn-Y.  Dimana  paduan  inimemiliki  kestabilan terhadap temperatur yang baik.Paduan tersebut dapat memiliki yield  strength  sampai  610MPa  dan  5%  elongation  pada temperatur  kamar.Selainitupaduan  Mg-Zn-Y  juga  memiliki ketahanankorosi  yang  baikdan  elongation  mencapai  700% pada temperature 623K [1].
Dengan  melakukan  sedikit  heat-treatment  pada  paduan Mg-Zn-Y dapat memperbaiki mechanical properties , ketahanan thermal dan  strukturmikro.  Kali  ini heat-treatment yang  digunakan  adalah  presipitasi  hardening. Presipitation hardening adalah  pengerasan  dengan  perlakuan  panas  yang sering  dilakukan  terhadap  paduan  non-ferrous. Presipitation
hardening dilakakukan  dalam  2  proses,  yaitu solution treatment dan aging .  Proses solution  treatment merupakan proses  pemnasan  paduan  sampai  melewati  garis  solvus  dan berada pada fasa α. Kemudian paduan ditahan pada temperatur tersebut  untuk  beberapa  saat.  Selanjutnya  paduan  tersebut diberikan  perlakuan quench ,  yaitu  menurunkan  dengan  cepat temperatur  paduan  tersebut.  Paduan  tersebut  dicelupkan  pada air  garam  atau  oli.  Setelah  proses solution treatment adalah proses aging .  Paduan  magnesium  dipanaskan  kembali  sekitar temperatur  150 0 C-200 0 C  dan  di  tahan  temperaturnya  untuk beberapa jam. Lalu proses penurunan temperaturnya dilakukan dengan lambat [4].

## II. METODOLOGI PENELITIAN A. Pembuatan paduan Mg-6Zn-1Y
Paduan  magnesium  merupakan  paduan  logam  ringan yang  memiliki  sifat  mekanik  yang  kurang  baik.  Dengan pemberian  heat  treatment  maka  akan  menaikan  sifat  mekanik paduan magneium. Pembuatan paduan Mg-6Zn-1Y menggunakan  logam  Mg  dengan  kemurnian  93%,  Zn  dengan kemurnian  99%  berbentuk  serbuk  dan  Y  dengan  kemurnian 99% berbentuk serbuk. Pembuatan paduan dengan menggunakan furnace yang  dialiri  dengan  gas  argon. Pembuatan  paduan  dengan  memasukan  logam  Mg  dan  Zn. Selanjutnya    menaikan  temperatur  furnace  hingga  740ºC  dan ditahan 50 menit. Pendinginan dilakukan dengan menggunakan pendinginan furnace .

## B. Proses Pengerasan Presipitasi Paduan Mg-6Zn-1Y
Proses  selanjutnya  melakukan  proses  pelakuan  panas pengerasan presipitasi. Proses pengerasan presipitasi dilakukan dengan 2 tahap, yaitu solution treatment dan aging . Solution  treatment merupakan  proses  dengan  tujuan  agar fasa  yang  tebentuk  pada  paduan  Mg-6Zn-1Y  adalah  αMg. Dimana  proses  ini  dilakukan  dengan  cara  menaikan temperatur  paduan  hingga  340ºC  dan  ditahan  selama  1  jam. Pendinginan dilakukan dengan cara quench . Quench merupakan  cara  pendinginan  cepat  dimana  suatu  paduan dicelupkan ke dalam air.
Proses  selanjutnya  adalah aging .  Dimana aging dilakukan dengan  tujuan  menimbulkan  presipitat. Aging dilakukan  pada variasi  temperatur  dan  waktu.Untuk  variasi  temperatur dilakukan dengan menggunakan temperatur 150ºC, 175ºC dan

## Pengaruh Temperatur dan Waktu Tahan Aging Presipitasi Hardening terhadap Struktur Mikro dan Sifat Mekanik Paduan Mg-6Zn-1Y
Winarto Hadi Candra dan Sutarsis
Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Kampus ITS, Keputih, Surabaya 60111 E-mail : sutarsis@mat-eng.its.ac.id
B
200ºC. Sedangkan variasi  waktu tahan dilakukan pada 4 jam, 8 jam dan 24 jam.

## III. HASIL DAN DISKUSI
Proses  pemaduan  yang  dilakukan  adalah  menggunakan paduan  Mg-6Zn-1Y. Dimana pada logam paduan ini memiliki beberapa  senyawa  dan  unsur.  Unsur  yang  terdapat  pada paduan  adalah  Mg.  Sedangkan  untuk  senyawa  yang  terdapat adalah Mg3 Y2 Zn3 dan Mg3 Y Zn6.

## A. Hasil Pengujian XRD
Pengujian  XRD  dilakukan  pada  semua  sampel  yang  ada. Pengujian dilakukan dengan sampel yang berbentuk solid dan berukuran  kecil.Selanjutnya  sampel  dilakukan  pengujian dengan menggunakan alat PAN Analytical . Pengujian pertama kali dilakuakan dengan memakai sampel paduan Mg-6Zn-1Y. Pengujian  pertama  kali  dilakukan  untuk  mengetahui  apakah pada  proses  peleburan  paduan  Mg-6Zn-1Y  telah  menjadi sebuah  paduan.  Pengujian  dilakukan  dengan    memakai range 10º-90º.  Identifikasi  fasa  hasil  pengujian  dilakukan  dengan menggunakan software  High  Score  Plus serta  dengan pencocokan  manual  dengan  kartu  PDF  dari Software JCPDF untuk puncak – puncak yang teridentifikasi saat Search Match. Pada paduan Mg-6Zn-1Y  yang  merupakan sampel pertama pengujian  XRD,  didapatkan  hasil  yang  berupa  beberapa senyawa.  Dari  hasil  XRD  didapatkan  hasil  berupa  fasa  Mg, Mg3 Y2 Zn3 dan Mg12 Y Zn6.
Gambar 1. Perbandingan hasil XRD paduan Mg-6Zn-1Y tanpa perlakuan dan diberikan perlakuan solution treatment .
Dari  Gambar  1  dapat  dilihat  bahwa  yang  memiliki  puncak tertinggi  adalah  fasa  Mg.  Dimana  puncak  tertingginya memiliki  2Ѳ  sebesar  36.6594.Fasa  ini  bersesuaian  dengan (JCPDF#  00-035-0821).  Untuk  fasa  Mg  memiliki  struktur kristal hexagonal .  Sedangkan  fasa  Mg3  Y2  Zn3  dan  Mg3  Y Zn6  dalam  Gambar  4.1  memiliki  intensitas  yang  tidak  terlalu tinggi.Untuk Mg3 Y2 Zn3 memiliki 2Ѳ sebesar 20.7289.Fasa ini  bersesuaian  dengan  (JCPDF#  00-036-1275).Sedangkan untuk fasa Mg3 Y Zn6 memiliki 2Ѳ sebesar 40.0101.Fasa ini bersesuaian dengan (JCPDF# 00-036-1275).
Pada  pengujian  selanjutnya  menggunakan  sampel  paduan Mg-6Zn-1Y  yang  telah  dilakukan  proses  solution  treatment.
Dimana  hasil    XRD  dapat  dilihat  pada  Gambar  1.  Pada Gambar  1  dapat  dilihat  bahwa  puncak  tertingginya    fasa  Mg memiliki  2Ѳ  sebesar  36.5863.  Fasa  ini  bersesuaian  dengan (JCPDF#  00-035-0821).Sedangkan  untuk  fasa  Mg3  Y  Zn6 memiliki  2Ѳ  sebesar  40.1556.Fasa  ini  bersesuaian  dengan (JCPDF#  00-036-1275).Dari  Gambar  2  juga  dapat  dilihat bahwa intensitas yang dimiliki oleh fasa Mg3 Y Zn6 semakin menurun.  Setelah  proses solution  treatment dilanjutkan dengan  proses  aging.  Dengan  proses aging ,  maka  senyawa Mg3 Y Zn6 akan kembali muncul dengan intensitas yang lebih tinggi. Proses aging dilakukan pada temperatur 150ºC, 175ºC dan 200ºC dengan waktu tahan 4, 8 dan 24 jam.
Pada aging 150ºC  dengan  waktu  tahan  4,  8  dan  24jam terdapat  berbagai  perbedaan  senyawa  yang  muncul  dan intenseitasnya. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar  2.  Hasil  XRD  paduan  Mg-6Zn-1Y  yang  telah  diberikan  perlakuan aging 150ºC selama 4, 8 dan 24 jam
Gambar  3.  Hasil  XRD  paduan  Mg-6Zn-1Y  yang  telah  diberikan  perlakuan aging 175ºC selama 4 , 8 dan 24 jam.
Gambar  4.  Hasil  XRD  paduan  Mg-6Zn-1Y  yang  telah  diberikan  perlakuan aging 200ºC selama 4 , 8 dan 24 jam.

## B. Hasil Pengujian metalografi.
Pengujian metalografi merupakan pengujian yang dilakukan untuk  mengetahui  struktur  mikro  suatu  sampel.Pada  paduan Mg-6Zn-1Y  dapat  dilakukan  pengujian  metalografi.Dimana larutan  etsa  untuk  paduan  Mg-6Zn-1Y  menggunakan  standar ASTM  E407.  Larutan  etsa  yang  digunakan  merupakan kombinasi dari larutan 0.7 mL H3PO4, 4g picric acid dan 100 mL  ethanol  (95  %)  atau  methanol  (95  %).  Sampel  yang  ada dicelupkan  pada  larutan  etsa  selama  10  –  30  detik.Hal  ini dilakukan  agar  batas  butir  sampel  dapat  terkorosi  sehingga saat  dilihat  pada  mikroskop  optik  dapat  dilihat  struktur mikronya.  Gambar  struktur  mikro  paduan  Mg-6Zn-1Y  dapat dilihat pada  Gambar 8.
(a)                       (b) Gambar 5. Struktur mikro paduan Mg-6Zn-1Y dengan perbesaran 50x
Dari  Gambar  5(a)  dapat  dilihat  bahwa  αMg  terlihat  sangat dominan  dari  pada  senyawa  Mg3  Y  Zn6  dan  Mg3  Y  Zn3. Dimana sifat dari unsur Mg adalah lunak. Pada gambar 4.6(b) secondary phase yang terbentuk hanya Mg3 Y Zn6.
Pada  proses  pengerasan  presipitasi  dilakukan  dengan  dua tahapan.  Tahapan  pertama  merupakan solution  treatment. Untuk  struktur  mikro  hasil  proses solution  treatment dapat dilihat pada Gambar 5.
(a)                       (b)

## (c)
Gambar 6. Struktur mikro dengan perbesaran 500  pada sampel aging 150 ºC dengan waktu tahan (a) 4 jam, (b) 8 jam, (c) 24 jam
(a)                       (b)

## (c)
Gambar 7. Struktur mikro dengan perbesaran 500x pada sampel aging 175ºC dengan waktu tahan (a) 4 jam, (b) 8 jam, (c) 24 jam
(a)                       (b)

## (c)
Gambar 8. Struktur mikro dengan perbesaran 500x pada sampel aging 200ºC dengan waktu tahan (a) 4 jam, (b) 8 jam, (c) 24 jam
αMg Secondary phase
αMg αMg αMg Secondary phase Secondary phase Secondary phase αMg αMg Secondary phase Secondary phase Secondary phase Secondary phase αMg Secondary phase αMg Secondary phase αMg αMg Mg3 Y Zn6 αMg
Pada  Gambar  6  dapat  dilihat  bahwa  intensitas  dari secondary phase yang terbentuk semakin bertambah. Sehingga intensitas  fasa  αMg  semakin  sedikit.  Pada  gambar  7 menunjukan  bahwa secondary  phase yang  terbentuk  berupa lamelar.  Lamelar  yang  terbentuk  merupakan  fasa  αMg+Mg3 Y2  Zn3.  Dengan  bertambahnya    waktu  tahan aging, lamelar yang terbentuk semakin membesar.
Pada  sampel aging 175ºC  dengan  waktu  tahan  4,  8  dan  24 jam  dapat  dilihat  bahwa  dengan  meningkatnya  waktu  tahan pada  proses aging semakin  meninggkatnya  intensitas presipitat  yang  terbentuk.  Presipitat  yang  terbentuk  lebih merata  dari  pada  sampel aging 150ºC.  Pada  gambar  4.8 menunjukan  dengan  meningkatnya  waktu  tahan aging temperatur  175ºC  memberikan  pengaruh  pada  ukuran  fasa αMg  yang  semakin  mengecil.  Pada  gambar  10  menunjukan dengan  meningkatnya  waktu  tahan aging temperatur  175ºC meningkatkan ukuran lamelar yang terbentuk.
Dari  Gambar  11  dan  12  dapat  dilihat  bahwa  pada  sampel aging 200ºC  dengan  waktu  tahan  24  jam  tidak  membentuk presipipitat.  Hal  ini  dikarenakan  dengan  waktu  tahan  yang terlalu lama akan memberikan energi lebih pada fasa Mg3 Y2 Zn3 dan Mg3 Y Zn6.

## C. Hasil pengujian kekerasan
Pada pengujian kekerasan menggunakan pengujian kekerasan brinell. Dalam pengujian kekerasan ini menggunakan  standar  ASTM  E10.  Dimana  pengujian  ini menggunakan  indentor  bola  dengan  ukuran  diameter  2.5mm dan  diberikan  beban  sebesar  62.5  Kgf.  Pengujian  dilakukan pada  sampel  paduan  Mg-6Zn-1Y  yang  tanpa  diberiakn perlakuan,  sampel  yang  telah  diberiakn  perlakuan solution treatment dan  sampel  yang  diberikan  perlakuan aging pada 150°C, 175°C dan 200°C dengan waktu tahan 4, 8 dan 24 jam.
Paduan  Mg-6Zn-1Y  tanpa  perlakuan  memiliki  kekerasan sebesar  84.32  BHN.  Sedangkan  yang  telah  diberikan perlakuan solution  treatment memiliki  kekerasan  rata-rata sebesar  70.2  BHN.  Sedangkan  pada  sampel  yang  diberi perlakuan aging dapat dilihat dari tabel 1.
Gambar 10. Hasil uji kekerasan sampel aging 150, 175°C dan 200°C dengan waktu tahan 4, 8 dan 24 jam.
Pada  tabel  1  didapatkan  bahwa  nilai  kekerasan  tertinggi terdapat pada aging temperatur 200°C dengan holding 8 jam. Sedangkan aging pada  temeratur  150°C holding 4  jam memiliki  nilai  kekerasan  yang  paling  rendah. Aging pada
temperatur 150°C memiliki kekerasan yang paling rendah dari pada aging pada temperatur 175°C dan 200°C.
Aging pada  temperatur  150°C  dengan  waktu  tahan  4  jam didapatkan  kekerasan  sebesar  75.4.  Pada  sampel aging temperatur 150°C dengan  waktu tahan 8 jam didapatkan nilai kekerasan  sebesar  80.93.  Untuk  sampel aging temperatur 150°C dengan waktu tahan 24 jam  didapatkan nilai kekerasan sebesar  84.6.  Dengan  meningkatnya  waktu  tahan aging pada temperatur 150°C berbading lurus dengan meningkatnya nilai kekerasan.
Pada  sampel aging temperatur  175°C  didapatkan  nilai kekerasan  yang  meningkat  dari  pada  nilai  kekerasan  sampel dengan aging temperatur  150°C.  Untuk  sampel aging temperatur 175°C dengan  waktu tahan 4 jam didapatkan nilai kekerasan  sebesar  78.76.  Nilai  kekerasan  sampel aging temperatur  175°C  dengan  waktu  tahan  8  jam  adalah  sebesar 82.57.  Untuk  sampel aging temperatur  175°C  dengan  waktu tahan  24  jam  memiliki  kekerasan  tertinggi  dari  pada  sampel aging temperatur 175°C yang lain. Nilai kekerasannya sebesar 90.5.
Untuk  sampel aging temperatur  200°C  ini  mengalami peningkatan yang sangat signifikan dalam hal kekerasan. Pada sampel aging temperatur  200°C  waktu  tahan  4  jam,  nilai kekerasannya  melebihi  sampel–sampel  sebelumnya.  Nilai kekerasan  sampel aging temperatur  200°C  dengan  waktu tahan  4  jam  mencapai  92.88.  Pada  sampel aging temperatur 200°C  dengan  waktu  tahan  8  jam  memiliki  nilai  kekerasan yang  tertinggi  dari  pada  semua  sampel  yang  ada.  Nilai kekerasan yang didapatkan adalah 115.  Sedangkan pada sampel aging temperatur  200°C  dengan  waktu  tahan  24  jam nilai kekerasannya turun secara signifikan dari pada kekerasan sampel aging temperatur 200°C dengan aktu tahan 8 jam. Hal ini  dikarenakan terjadinya over aging . .

## D. Hasil pengujian TMA
Pengujian ini dilakukan untuk membandingkan paduan Mg- 6Zn-1Y yang telah diberikan perlakuan pengerasan presipitasi dengan  perlakuan  yang  berbeda  terhadap stress  thermal yang bekerja dan sebagai pembanding spesifikasi engine block. Data yang  didapat  dari  pengujian  TMA  ini  adalah  grafik  thermal ekspansi.
Gambar 11. Perbandingan nilai koefisian temperatur pada sampel aging 200ºC dengan waktu tahan  8 dan 24 jam
Sampel  paduan  Mg-6Zn-1Y  yang  diberikan  perlakuan aging 200ºC  dengan  waktu  tahan  8  jam  mempunyai  nilai thermal  expantion  23.77  ppm  ºC -1 .  Sedangkan  sampel perlakuan aging 200ºC  dengan  waktu  tahan  24  jam mempunyai nilai thermal expantion 27.35 ppm ºC -1 .
IV. KESIMPULAN/RINGKASAN Kesimpulan dari penelitian ini adalah: 1. Penambahan temperatur aging mengakibatkan
pertumbuhan  presipitat  lebih  terlihat  dan  tumbuhnya didaerah dekat batas butir.
2. Secondary  phase (Mg3  Y2  Zn3  dan  Mg3  Y  Zn6)  yang lebih  terbentuk  dengan  penambahan  temperatur  aging akan lebih membesar dan merata.
3. Penambahan  temperatur  dan  waktu  tahan aging mengakibatkan nilai kekerasan yang semakin meningkat

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Yoshimoto,  Shintaro,  Michiaki  Yamasaki,  Yoshihito  Kamamura, “Microstructure  and  Mechanical  Properties  of  Extruded  Mg-Zn-Y Alloys with 14H Long Period Ordered Structure”, (2006) 1-3
[2] M,  Julian  Rosalie,  Hidetoshi  Somekewa,  Alok  Singh.,  Toshiji  Mukai, “The  effect  of  precipitation  on  strength  and  ductility  in  a  Mg-Zn-Y alloy”, (2012) 1-3
[3] Lei,  Xiaofei,  Tianmo  Liu,  Jian  Chen,  Bin  Mio,  Wen  Zeng,
“Microstructure and Mechanical Properties of Magnesium Alloy  AZ31 Processed by Compound Channel Extrusion”, (2011) 1-6
[4] O.  Mihriban  Pekguleryuz,  Karl  U.  Kainer,  A.  Arslan  Kaya, “Fundamentals of magnesium alloy  metallurgy”. Woodhead phublising in material. USA.(2013) 139-144