## PENGARUH WAKTU PENUAAN TIRUAN TERHADAP KEKERASAN PADUAN Al-10Si-3Cu
Muhammad Syahid 1* , Hairul Arsyad 1 , Abdul Fatah Rozali 2
1 Staf Pengajar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin, Tamalanrea Makassar
2 Mahasiswa Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin, Tamalanrea Makassar email: *syahid@unhas.ac.id

## ABSTRACT
Paduan Al-Si adalah salah satu paduan yang banyak digunakan dalam industri karena memiliki mampu cor yang baik dan kekuatan yang baik. Untuk meningkatkan kekuatan mekaniknya dapat ditambahkan paduan Cu yang bisa dilakupanaskan. Paduan Al-10Si-Cu adalah salah satu paduan yang umum digunakan di industri terutama  industri  otomotif  karena  memiliki  kekuatan  mekanik  yang  baik.  Penelitian  ini  difokuskan  untuk melihat pengaruh waktu penuaan tiruan pada perlakuan panas T6   untuk meningkatkan kekerasan paduan Al-10Si-3Cu  hasil  pengecoran.  Laku  pelarutan  dilakukan pada  temperatur 520 o C  selama  2  jam  kemudian diquenching di air dan selanjutnya dilakukan penuaan tiruan yang dilakukan pada temperature 130 o C dengan waktu penuaan yang bervariasi dari 5 menit-120 jam. Karakterisasi material dilakukan pengujian kekerasan, uji tarik, pengamatan struktur mikro dengan mikroskop optik. Kekerasan tertinggi diperoleh dengan waktu penahanan  80  jam  yaitu  86,05  BHN  dimana  presipitat  CuAl 2 mengalami  kondisi  optimum.  Kekuatan  tarik tertinggi diperoleh pada waktu penahanan 80 jam yaitu 335,063 MPa dengan nilai regangan 1,133 %. Nilai regangan yang rendah menunjukkan pada kondisi ini sudah mulai terjadi over ageing sehingga penggetasan sudah mulai terjadi.
Kata Kunci: perlakuan panas, aluminium,Al-10Si, penuaan tiruan

## PENDAHULUAN
Paduan alumunium yang banyak digunakan di industri dan karena memilki sifat mekanik yang baik,  mampu  cor  yang  baik,  ringan  dan  tahan korosi. Untuk meningkatkan kekuatan mekaniknya,  alumunium  dapat  ditambahkan dengan unsur Cu, Mg, Si, Mn, dan sebagainya. Hal ini  juga  memberikan  sifat-sifat  seperti  ketahanan aus,  koefisien  muai  rendah  dan  lain  sebagainya. Penambahan  paduan  selain  bertujuan  menambah kekuatan  mekanik  secara  langsung  dengan terbentuknya  fasa  kedua,  juga  dapat  ditingkatkan lagi sifat mekaniknya dengan perlakuan panas jika paduan yang ditambahkan dapat dilakupanaskan.
Paduan  Al-Si  adalah  salah  satu  paduan yang  banyak  digunakan  dalam  industri  karena memiliki mampu cor yang baik dan kekuatan yang baik. Namun untuk lebih  meningkatkan kekuatan mekaniknya dapat ditambahkan paduan yang bisa dilakupanaskan.  Dengan  proses  perlakuan  panas dapat  meningkatkan  kekuatan  paduan  logam sampai 30%. Paduan yang bisa ditambahkan yaitu Mg, Zn dan Cu. Paduan Al-10Si-Cu adalah salah satu  paduan  yang  umum  digunakan  di  industri terutama  industri  otomotif  karena  memiliki kekuatan mekanik yang baik.
Perlakuan  panas  (heat  treatment)  pada aluminium  meliputi  proses  laku  pelarutan ( solution treatment ),  quenching  (pelarutan),  dan aging(penuaan).  Pada  proses  laku  pelarutan,
diharapkan fasa kedua yang terdapat pada material larut  dalam  butir,  dan  pada  proses  penuaan diharapkan tumbuh presipitat yang dapat meningkatkan  kekerasan.  Kekerasan  optimum dapat  diperoleh  dalam  waktu  tertentu  sesuai dengan temperatur penuaan yang dilakukan. Setiap paduan  memiliki  karakteristik  tersendiri  dalam respon  perlakuan  panas  tersebut  sehingga diperlukannya analisis respon perlakuan penambahan  paduan  tertentu  untuk  menentukan waktu  peak  atau  lama  penuaan  yang  dibutuhkan untuk mendapatkan kekerasan dan kekuatan yang paling  optimal.  Adanya  kekosongan  atom  dalam jumlah besar dapat  membantu proses difusi atom pada  temperatur  ruang  untuk  membentuk  zona Guinier  -  Preston  (Zona  GP).  Zona  Guinier  - Preston (Zona GP) adalah kondisi di dalam paduan di  mana  terdapat  agregasi  atom  padat  atau pengelompokan atom padat.
Guinier  menamakan  zona  GP  yang terbentuk  pada  tahap  mula  dengan  GP  [1].  Dan selanjutnya  juga  ditemukan”  dengan  arah  yang teratur, oleh Silocock dan kawan-kawan menamakannya GP [2]. Zona GP pada umumnya terbentuk  pada  tahap  mula  dari  penuaan  ( aging ) dalam bentuk plat, sperular atau bentuk asirkular. Zona  GP  tersebut  dapat  ditemukan  dalam  logam paduan Alumunium seperti Al-Ag, Al-Zn, Al-Cu- Mg, Al-Mg, Al-Mg2Si. Jika agregat atau zona GP
timbul maka paduan tersebut menjadi keras tetapi konstanta kisi dari fasa induk sukar berubah.

## METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian  ini  difokuskan  untuk  melihat pengaruh proses perlakuan panas dengan penuaan tiruan  untuk  meningkatkan kekerasan paduan Al- 10Si-3Cu  hasil  pengecoran.  Penelitian  ini menggunakan  paduan  aluminium  Al-10Si  hasil pengecoran  dengan  penambahan  Cu  3  (wt %) menggunakan  cetakan  logam.  Spesimen  uji kekerasan  berdimensi  (50  mm  x  20  mm  x5  mm) dan  untuk  spesimen  Uji  Tarik  sesuai  standart ASTM  E-8.  Laku  pelarutan  dilakukan  pada temperatur  530 o C  selama  2  jam  setelah  itu  di celupkan di air dan selanjutnya dilakukan penuaan tiruan  yang  dilakukan  pada  temperature  130 o C dengan  waktu  penuaan  yang  bervariasi  dari  5 menit-120 jam seperti pada Gambar 1. Karakterisasi material dilakukan melalui berbagai pengujian.  Pada  material  hasil  perlakuan  panas dilakukan pengujian kekerasan, uji tarik, pengamatan  struktur  mikro  dengan  Mikroskop Optik.
Gambar 1. Perlakuan panas T6

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh waktu penuaan terhadap kekerasan
Pengaruh waktu penuaan terhadap kekerasan  paduan  Al10Si3Cu  dapat  dilihat  pada gambar  2.  Pada  5  menit  dan  10  menit  terjadi penambahan  kekerasan  yaitu  54,76  dan  67,90 kg/mm 2 ,  Pada  waktu  penahanan  20  menit  terjadi penurunan kekerasan dari yang sebelumnya 67,90 kg/mm 2 menjadi  60,67  kg/mm 2 ,  ini  bisa  terjadi karena  spesimen  mengalami  fasa  metastabil dimana partikel precipitate masih sangat halus dan kecil  sehingga  pengerasan  belum  sepenuhnya terjadi. Tetapi dengan seiringnya waktu penahanan 90 menit, 3 jam 6 jam,  mulai terjadi peningkatan kekerasan  berturut-turut  hingga  mencapai  HBN 81,95 kg/mm 2 , ini dikarenakan pada tahap ini  ini terjadi peristiwa berpindahnya atom untuk mengisi kekosongan atom (difusi) pada larutan padat lewat jenuh, peristiwa ini disebut juga pengerasan tahap pertama. Saat waktu penahan diperpanjang terjadi
penuruan  nilai  kekerasan  di  waktu  penahanan  8 jam, dan 10 jam.
Hal  ini  di  indikasikan  bisa  terjadi  karena spesimen  mengalami  fasa  kritis  dimana  kondisi didalam paduan terdapat agregasi atom, dan pada kasus  ini  precipitate  terbentuk  yang  nantinya hanya menghambat pergerakan disklokasi dimana penguatan  logam  paduan  akan  keras  dan  tak berlangsung lama dan penguatan precipitate tidak optimal  yang  menyebabkan  nilai  kekerasan menurun  namun  dengan  seiringnya  waktu penahanan  20  jam,  40  jam  80  jam,  mulai  terjadi peningkatan kekerasan berturut-turut. Pada waktu penuaan  tiruan  80  jam  diperoleh  kekerasan  yang paling  optimum  yaitu  86,05  BHN,  hal  ini  terjadi karena mulai masuk di Zona GP 2 atau terbentuk fasa ϴ ”, dimana ukuran partikel precipitate CuAl 2 telah  terbentuk  secara  optimal  sehingga  mampu menghambat pergerakan disklokasi dan menyebabkan  paduan  menjadi  lebih  keras.  Pada saat  waktu  penuaan  tiruan  diperpanjang  sampai pada  120  jam  kekerasan  paduan  mulai  menurun, pada titik ini diindikasikan terjadi fasa ϴ dimana pertumbuhan  precipitate  menjadi  lebih  kasar sehingga  hambatan  terhadap  dislokasi  menjadi kurang dan kekerasan paduan menjadi turun.
Gambar 2. Pengaruh waktu penuaan tiruan terhadap kekerasan paduan Al-10Si-3Cu dengan temperature penuaan 130 o C.
Gambar 3. Perbandingan kekuatan tarik dan regangan paduan Al-10Si-3Cu ascast, waktu penuaan 80 jam dann waktu penuaan 120 jam
Pada Gambar 3 menunjukkan perbandingan kekuatan  tarik  dan  regangan  material  antara kondisi  tanpa  perlakuan  panas,  kodisi  peak  (80 jam)  dan over aging (120  jam).  Tegangan  tarik minium  terjadi  pada  specimen  tanpa  perlakuan panas  yaitu  sebesar  tegangan  200,507  MPa. Tegangan  tarik  optimal  terjadi  pada  aging  di  80 jam  dimana  besarnya  tegangan  maksimum 335,063  MPa.Pada  Gambar  3  juga  menunjukkan perbandingan  regangan,  pada  watu  penuaan  80 jam  memiliki  nilai  regangan  rata2  yang  paling rendah  yaitu  1,133  %.  Nilai  ini  memerlukan validasi lebih lanjut karena jumlah sample hanya 3 dan deviasi yang tinggi. Struktur mikro dan Permukaan Patahan Perbandingan  foto  struktur  mikro  paduan Al-10Si-3Cu  kondisi  as  cast,  waktu  penuaan  80 jam  dan  120  jam.  Tidak  terlihat  perbedaan  yang mendasar  pada  ketiga  specimen.  Hal  ini disebabkan proses perlakuan panas tidak mengubah  ukuran  dan  bentuk  Si  eutektik  dan ukuran  butir.  Pertumbuhan  presipitat  dalam matriks  tidak  bisa  dideteksi  dengan  mikroskop optik karena memiliki ukuran nano.
Gambar 4. Perbandingan struktur mikro paduan Al- 10Si-3Cu as cast, waktu penuaan 80 jam dann waktu penuaan 120 jam
Pada  Gambar  5  terlihat  perbandingan permukaan  patahan  paduan  Al-10Si-3Cu  kondisi as  cast,  waktu  penuaan  80  jam  dan  120  jam, permukaan patahan pada kondisi penuaan 80 jam menunjukkan  permukaan  yang  lebih  rata  yang menunjukkan bahwa material tersebut lebih getas, demikian  juga  dengan  pada  kondisi  penuaan  120 jam.  Oleh  karena  itu  kondisi  optimum  waktu penahanan  bisa  terjadi  pada  8  jam  atau  16  jam, namun masih membutuhkan analisis lebih lanjut.
Gambar 5. Perbandingan permukaan patahan paduan Al-10Si-3Cu as cast, waktu penuaan 80 jam dan waktu penuaan 120 jam

## KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  dapat  diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
1. Kekerasan  tertinggi  diperoleh  dengan  waktu penahanan  80  jam  yaitu  86,05  BHN  dimana presipitat CuAl 2 mengalami kondisi optimum.
2. Kekuatan tarik tertinggi diperoleh pada waktu penahanan 80 jam yaitu 335,063 MPa dengan nilai  regangan  1,133  %.  Nilai  regangan  yang rendah  menunjukkan  pada  kondisi  ini  sudah mulai terjadi over ageing sehingga penggetasan sudah mulai terjadi

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Dieter E. George,1988 “ Mechanical Metallurgy” , McGraw-Hill Book Company [2] J.  Gilbert  Kaufman,  Elwin  L.  Rooy.  2004. “ASM International Aluminium Alloy
Casting’s:  Properties,  Processes,  and Applications” .
[3] R.F  smallman,  R.  J  bishop  edisi  keenam. “ Metalurgi  Fisik  Modern  dan  Rekayasa Material”
[4] Haryanto., Didik., 2006. “Pengaruh Artificial Aging  T6  terhadap  Sifat  Fisis  dan  Mekanis pada  Aluminium  Tuang” .  Teknik  mesin. Fakultas teknik, Universitas Negeri Semarang
[5] Muhammad  Syahid,  Bondan  T.Sofyan, Singgih  Giri  Basuki,  Bayu  Adam,  2013, “ Characterization  of  Al-7Si-Mg-Cu  Alloy
Radial  Inflow  Turbine  Blade  produced  by Investment  Casting”, Advances  Material Research, vol.789, 2013, pp 324-329
[6] Zang  jin-xin,  Zhang  kun,  Dai  Sheng-long, 2012,  “ Precipitation Behavior and Properties of a New High Strength Al-Zn-Mg-Cu alloy” , Tran.  Nonferrous  Met.  Soc.  China,  Vol.  22, 2012, pp. 2638-2644
[7] Kusumawardani, J,  2008, “ Response ageing of Al-2Cu-9Si with the addition of Al-Ti grain refining powder 0.027 wt. % Titanium ”, Final Project, Universitas Indonesia