## PENGARUH WAKTU AGING TERHADAP KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO
KOMPOSIT Al-Si-Mg/Al 2 O 3 DENGAN METODE STIR CASTING
Salahuddin Junus 1,2 , Anne Zulfia 2 , Melisa 2 , Lilis Mariani 3
1 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Jember Kampus Univ. Jember-Kalimantan 37, Jawa Timur 68121, Indonesia
2 Departement Metalurgy dan Material, Fakultas Teknik, University Indonesia, Kampus UI-Depok,  Jawa Barat, 16424, Indonesia
3 Pusat Teknologi Roket, LAPAN Jl. Raya LAPAN No.2, Desa Mekarsari Rumpin, Bogor 16350

## ABSTRACT
Aluminum  composite needs  proper aging  period to achieve its  optimum  mechanical properties through precipitation hardening process. In this research, alumina (Al 2 O 3 ) particulate reinforced aluminum alloy 6061 composite which is fabricated by stir casting method, undergoes T6 treatment in 175°C for 2 hours, 4  hours,  6  hours,  and  8  hours.  Mechanical  properties  evaluations  such  as  tensile  testing,  hardness testing,  and wear rate testing; also microstructure and SEM observation are conducted. Research shows that  the    optimum    artificial  aging  period  for  the  aluminum  composite  is  6  hours  in  175°C.  Wear  rate decreases after T6 treatment  applied. Hardness  increases after T6 treatment applied with aging period of 4 and 6 hours. Tensile strength decreases compared to as-cast composite due  to  formation  of  void at  interface  when T6 treatment conducted. Manufacturing factors will affect the mechanical properties of composite.
Keywords: Aluminum composite, billet Al.6061, T6, aging period, stir casting

## PENDAHULUAN
Komposit  aluminium  awalnya  dikembangkan untuk  memenuhi  kebutuhan  alat  transportasi  di  era tahun  90an,  perkembangan  yang  sangat  pesat  dari komposit  aluminium  maka  peneliti  dunia  telah mengalihkan  aplikasi  dari  komposit  aluminium  untuk kebutuhan  peralatan  militer  atau  yang  dikenal  dengan material  armor.  Penciptaan  material  baru  yang  ringan dan  memiliki  sifat  mekanik  yang  unggul,  tahan temperatur  tinggi  adalah  tujuan  akhir  dari  material komposit  aluminium.  Dengan  paradigma  tersebut perkembangan  komposit  aluminium  menjadi  sangat pesat,  sehingga  semakin  menciptakan  peluang  untuk aplikasi  yang lebih luas, seperti aplikasi untuk  material aerospace , transportasi, thermal management, recreational , industri dan infrastruktur [1].
Material komposit  adalah kombinasi makroskopik dari dua  jenis material atau  lebih  yang  berbeda  fasa menjadi    sebuah  material    baru    yang  memiliki    sifat berupa    gabungan    keunggulan-keunggulan    dari material-material    penyusunnya  [2].  Sifat-sifat    yang dikombinasikan    antara    lain    adalah    ketangguhan, kekakuan,  kestabilan    dimensi,    dan    kekuatan    pada temperatur  tinggi.  Salah   satu   komposit  yang   sering ditemui  dalam  kehidupan  sehari-hari  ialah  komposit bermatriks  logam,    di  mana    logam    yang    kuat    dan tangguh    dipadukan    dengan    keramik    yang  kaku  dan tahan suhu tinggi atau polimer yang ringan dan ulet.
Stir  Casting adalah  salah  satu  proses    pembuatan komposit  aluminium  dalam  kondisi  cair  dengan menggunakan pengaduk, yang dilakukan pada temperatur  sedikit  diatas  temperatur  lebur  dari Aluminium.  Keuntungan  metode stir  casting adalah
proses  yang  sederhana,  fleksibel  dan  dapat digunakan untuk produk dalam jumlah yang banyak, serta  dapat  mereduksi final  cost dari  suatu  proses. Metode  ini  paling  ekonomis  dalam  pembuatan komposit aluminium dan memungkinkan digunakan untuk  proses  fabrikasi  komponen  berukuran  besar [3].
Untuk    meningkatkan    kekuatan    komposit Al6061/Al 2 O 3 ,  dilakukan  pula perlakuan  panas  T6 berupa solution treatment yang  dilanjutkan  dengan pendinginan cepat dan artificial aging. Pembentukan  presipitat  pada  matriks  aluminium ketika proses aging diharapkan mampu menghambat pergerakan dislokasi sehingga meningkatkan  sifat  mekanis  komposit.  Pada penelitian ini akan diamati  pula  waktu  aging  yang optimum untuk menghasilkan sifat mekanis komposit yang maksimal.
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk mengetahui  struktur  mikro  dan  kekerasan  komposit Al-Si-Mg/Al 2 O 3 akibat  pengaruh  waktu  aging  yang berbeda.  Dengan  perbedaan  waktu  aging  pada perlakuakn panas T6, maka nantinya akan diketahui seberapa  mampu  terbentuknya  fasa-fasa  baru didalam  matrik  yang  berguna  untuk  meningkatkan sifat  mekanik  komposit.  Beberapa  langkah  yang dilakukan  dalam  penelitian  ini  yaitu,  meliputi preparasi bahan penyusun komposit Al-Si-Mg/Al 2 O 3 dan  pengecoran  dengan  metode stir  casting agar bisa  menghasilkan  aliran vortex dengan  harapan akan meningkatkan sifat mekanik komposit aluminium.  Setelah  itu  dilakukan  perlakuan  panas T6.

## METODOLOGI PENELITIAN
Aluminium  paduan  (Al.6061  billet)  dipotong dengan  ukuran  (6x3x1)  cm  dan  diletakkan  didalam crucible.  Partikel  Al 2 O 3 yangdigunakan,  memiliki kemurnian 97.1 %, spherical  shape , dan diameter rata- rata  63  µm.  Sebelum  dilakukan  proses stir  casting , partikel keramik Al 2 O 3 dengan 10% vf dipanaskan pada suhu  1100 o C  selama  1  jam.  Paduan  aluminium dipanaskan  pada  suhu  800°C  dan  ditahan  selama  2 menit  dalam  kondisi  aluminium  cair.  Gas  inert  (Ar) dialirkan  kedalam  aluminium  cair  selama  2  menit. Partikel  keramik  Al 2 O 3 dan  Mg  8  wt  %  ditambahkan kedalam cairan paduan. Pencampuran dilakukan dengan pengadukan  pada  kecepatan  konstan  sebesar  1000  rpm selama  2  menit  agar  menghasilkan  aliran  vortex  yang sempurna. Solution  treatment pada  suhu  530°C  selama 90  menit. Artificial  aging pada  175°C  selama  2  jam,  4 jam, 6 jam, dan 8 jam.

## HASIL DAN PEMBAHASAN Kekerasan
Sifat  kekerasan  pada  umumnya  merupakan  fungsi dari  kekuatan  ikatan    aluminium  dan  material  keramik [4].
Hasil  pengujian  kekerasan  pada  sampel  komposit tanpa perlakuan T6 (as-cast) dan sampel komposit yang mengalami  perlakuan  T6  pada  empat  variasi  waktu aging  yang  diberikan  pada  Gambar  1,  menunjukkan nilai kekerasan komposit meningkat dengan diberikannya perlakuan T6 pada waktu aging 4  jam dan 6 jam.
Jika  nilai  kekerasan  pada  keempat  variasi  waktu aging  dibandingkan,  maka  terlihat  bahwa  nilai kekerasan    komposit  Al/Al 2 O 3 dengan  aging  selama  6 jam  menunjukkan  nilai  kekerasan  tertinggi  dibanding lainnya.    Kekerasan  meningkat  dari  komposit  yang mengalami aging selama 2 jam hingga 6 jam, kemudian nilai kekerasan turun pada aging selama 8 jam
Gambar 1 Grafik Kekerasan vs Waktu Aging
Gambar  1  memperlihatkan  bahwa  perlakuan  T6 tidak  senantiasame  naikkan  kekerasan  komposit Al/Al 2 O 3 .  Hal  ini  dibuktikan  dengan  adanya  nilai kekerasan  di bawah nilai kekerasan  material  komposit Al/Al 2 O 3 as-cast,  yaitu  sebesar  43  HRB.  Nilai kekerasan  tersebut  terjadi  pada  aging  selama  2  jam, yaitu  dengan  nilai  kekerasan  sebesar  40.5  HRB,  dan pada aging selama 8 jam, yaitu dengan nilai  kekerasan sebesar  41.3  HRB.  Pada  aging  selama  4    jam,  nilai
kekerasan  komposit  Al/Al 2 O 3 mengalami    kenaikan menjadi  45.37  HRB.  Kekerasan  optimum    tercapai pada komposit Al/Al 2 O 3 yang mengalami perlakuan T6 dengan waktu aging selama 6 jam.
Dari  Gambar  1  di  atas  dapat  disimpulkan bahwa  kondisi  aging  selama  2  jam  dan  4  jam merupakan kondisi underage dari komposit Al/Al 2 O 3 dan  kondisi  aging  selama  8  jam merupakan kondisi overage dari komposit Al/Al 2 O 3 . Hal  ini  sesuai  dengan  penelitian  yang  telah dilakukan  sebelumnya  oleh  B.G.  Park,  et  al  [5], bahwa  peak  aging  terjadi  pada  temperatur  175°C selama 6 jam.

## Struktur Mikro
Pengamatan  struktur  mikro  bertujuan  untuk membandingkan strukturmikro  komposit  Al/Al 2 O 3 tanpa perlakuan T6 (as-cast) dengan  struktur  mikro komposit Al/Al 2 O 3 dengan perlakuan T6 pada waktu aging  yang  berbeda.  Pada  pengamatan  struktur mikro  komposit  yang  mengalami  perlakuan  T6 diharapkan  terlihat  presipitat  yang  terbentuk  dan dapat  dilihat  perkembangannya  seiring  kenaikan waktu aging.
Gambar  2.  Struktur  Mikro  Komposit  Al/Al 2 O 3 Tanpa Aging
Pada  Gambar  2  dapat  diamati  struktur  mikro komposit  Al/Al 2 O 3 as-cast,  yaitu  tanpa  perlakuan T6.  Dari  Gambar  2  dapat  dilihat  bahwa  partikel alumina mengalami clustering karena tidak  tersebar secara merata di dalam matriks  aluminium. Partikel alumina  dalam  matriks  memiliki  ukuran  yang  tidak seragam,  berkisar  dari  rentang  40-100  µm.  Dari Gambar  2  dapat  diamati  struktur  dendrit  dari  Si eutektik  dan  antarmuka  antara  partikel  alumina dengan  matriks  aluminium.  Partikel  alumina  yang digunakan  juga  tidak  seragam berbentuk bulat.
Gambar  3a.  menunjukkan  struktur  mikro komposit  Al/Al 2 O 3 yang  mengalami  perlakuan  T6 berupa  solution  treatment  pada  530°C  selama  90 menit  dan  dilanjutkan  dengan  kuens  dan  artificial aging  pada  175°C  selama  2  jam.  Pada  perbesaran 100×  tampak  bahwa  struktur  dendrit  menjadi  lebih besar  dan  lebih  terlihat  dibanding  pada  komposit Al/Al 2 O 3 tanpa perlakuan T6 [6].
Gambar 3. Struktur Mikro Komposit Al/Al 2 O 3 Dengan Aging : (a) 2 jam, (b) 4 jam, (c) 6 Jam, (d) 8 Jam
Gambar 4. Struktur Mikro Komposit Al/Al 2 O 3 dengan Aging 6 Jam Perbesaran 500×
Gambar 3a, menunjukkan struktur mikro komposit  Al/Al 2 O 3 yang  mengalami  perlakuan  T6 berupa solution treatment pada 530°C selama 90  menit dan  dilanjutkan  dengan  kuens  dan  artificial  aging  pada 175°C  selama  2  jam.  Pada  perbesaran  100×  tampak bahwa  struktur  dendrit  menjadi  lebih  besar  dan  lebih terlihat  dibanding  pada  komposit  Al/Al 2 O 3 tanpa perlakuan  T6.  Pada  keadaan  ini,  yang  merupakan kondisi  underage,  jenis  kegagalan  mikro  yang  umum terjadi adalah kerusakan pada partikel penguat [6].
Gambar 3b, menunjukkan struktur mikro komposit  Al/Al 2 O 3 yang  mengalami  perlakuan  T6 berupa solution  treatment pada 530°C selama 90 menit dan  dilanjutkan  dengan  kuens  dan  artificial  aging  pada 175°C  selama  4  jam.  Pada  Gambar  3b,  mulai  tampak adanya  butiran-butiran  kecil  di  sekitar  penguat.  Pada perbesaran  100×  terlihat  bahwa  struktur  dendrit menjadi lebih besar dan  lebar dibanding pada komposit Al/Al 2 O 3 dengan aging selama 2 jam. Gambar 3c, menunjukkan struktur mikro komposit  Al/Al 2 O 3 yang  mengalami  perlakuan  T6 berupa solution  treatment pada 530°C selama 90 menit dan  dilanjutkan  dengan  kuens  dan  artificial  aging  pada 175°C  selama  6  jam.  Pada  Gambar  3c,  tampak  sangat banyak  struktur  berupa  butiran-butiran  kecil  yang berukuran  sekitar  5-10  µm  di  sekitar  penguat,  yang diidentifikasi  sebagai  presipitat.  Pada  perbesaran  100× terlihat  bahwa  struktur  dendrit  masih  menyerupai struktur  dendrit  pada  aging  selama  4  jam,  yaitu  lebih besar  dan  lebih  banyak  dibanding  pada  komposit Al/Al 2 O 3 tanpa perlakuan T6. Gambar 3d, menunjukkan struktur mikro komposit  Al/Al 2 O 3 yang  mengalami  perlakuan  T6 berupa solution  treatment pada 530°C selama 90 menit dan  dilanjutkan  dengan  kuens  dan  artificial  aging  pada 175°C  selama  8  jam.  Pada  Gambar  3d  tampak  banyak struktur  berupa  butiran-butiran  kecil  yang  berukuran sekitar  5-10  µm  di  sekitar  penguat.  Stuktur  ini jumlahnya  lebih  sedikit  dan  bentuknya  lebih  besar dibandingkan  pada  kondisi  aging  selama  6  jam.  Pada perbesaran  100×  terlihat  bahwa  struktur  dendrit menjadi  sangat  halus  dan  ukurannya  kembali  menjadi kecil.  Hal    ini  dapat    terjadi  akibat  proses  aging  yang terlalu  lama,  sehingga  struktur  dendrit  mengalami rekristalisasi  dan  kembali  ke  bentuk  yang  lebih  halus. Hal  inilah yang menyebabkan sifat mekanis  komposit Al/Al 2 O 3 kembali turun pada aging selama 8 jam.  Pada kondisi  ini,  yang  merupakan  kondisi  overage,    jenis kegagalan  mikro  yang umum terjadi adalah kegagalan dekat  antarmuka  antara  partikel  dengan  matriks  dan kegagalan pada matriks [6].
Struktur  dendrit  yang  merupakan  Si  eutektik tersebut  dapat  dilihat  lebih  jelas  pada  perbesaran  500×
di Gambar 4. Struktur dendrit yang tampak memiliki panjang  sekitar  10-20  µm  dengan  bentuk  yang membundar  pada  bagian  pinggirnya.  Perubahan struktur ini disebabkan oleh adanya aging yang lebih lama sehingga Si eutektik mampu mengubah bentuk dari    seperti  jarum  menjadi  lebih  bulat.  Sifat mekanis   komposit pun akan  naik akibat perubahan stuktur  mikro.

## KESIMPULAN
Bahan  penyusun  komposit  Al-Si-Mg/Al 2 O 3 terdiri  dari  Billet  Al.6061  sebagai  matrik,  Al 2 O 3 sebagai  penguat  dan  Mg  sebagai wetting  agent . Dalam  pembuatan  komposit  menggunakan  metode stir  casting .  Variabel  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  yaitu  :  variasi  waktu  aging.  Pada penelitian ini akan dianalisis dan dipelajari pengaruh variabel  diatas  terhadap  karakteristik  komposit  Al- Si-Mg/Al 2 O 3 .  Berdasarkan  hasil  penelitian  dan analisa  yang  ada  maka  dapat    disimpulkan  sebagai berikut :
1. Nilai  kekerasan  komposit  Al/Al 2 O 3 meningkat setelah  dilakukan  perlakuan  T6  dengan  waktu aging selama 4 dan 6 jam.
2. Kondisi  peak  terjadi  pada  aging  di  temperatur 175°C selama 6 jam.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  D.B.  Miracle,  Metal  matrix  composites  – From Science To Technological Signiﬁcance , Composites Science and Technology 65 (2005) 2526–2540
[2] Callister, Jr. William D.  “Materials Science and Engineering:  an  Introduction”.  New  York: John  Wiley  &  Sons,  Inc.2007:  978-0-471- 73696-7.
[3] Hashim, Jasmi. “The Production of  Cast  Metal Matrix  Composite by A Modified Stir Casting Method.”  Jurnal  teknologi,  35(A)  Dis.  2001, pp. 9-20.
[4]  Askeland,  Donald  R.,  Fulay,  Pradeep  P. “Essentials of Materials Science and Engineering.”  Toronto:  John  Wiley  &  Sons, Inc. ISBN-13: 978-0-495-24446-2, 2009.
[5]  B.  G.  Park,  A.  G.  Crosky,  A.  K.  Hellier. “Material  characterisation  and  mechanical properties of Al 2 O 3 -Al metal matrix composites”.  Journal  of  Materials  Science  36 (2001) 2417 – 2426.
[6] D. R. Chichili, K. T.Ramesh. “Dynamic Failure Mechanisms  in  a  6061-T6  Al/Al 2 O 3 Metal- Matrix  Composite”.  Int.  J  Solids  Structure~ Vol. 32,  No. 17/18, pp. 2609-2626, 199, 1995.