## PENGARUH SiC TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN
MIKROSTRUKTUR PADA ALUMINIUM A356

## MENGGUNAKAN PENGECORAN METODE COOLING SLOPE
Diki Ari Sandi 1 *, Tugiman 2 , Indra 3 , M. Sabri 4 , Syahrul Abda 5 , Mahadi 6 1,2,3,4,5,6 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Email: dikiyoe1@gmail.com

## Abstract
Aluminum  matrix  composite  has  good  mechanical  properties  compared  to  aluminum  alloys without reinforcement. The type of aluminum used A356 is widely used in engineering. This study aims  to  determine  the  effect  of  the  slope  angle  carried  out  when  casting  metal  on  mechanical properties  of  hardness,  impact,  tensile,  wear  and  microstructure.  Specimens  were  made  using casting slope cooling methods with variations in slope angle 15 o , 30 o , 45 o , 60 o , and 75 o with a pour temperature  of  680 o C  and  a  mixture  of  SiC  0.5%  and  2.5%.    The  highest  average  hardness obtained in the 2.5% SiC mixture of 30 o slope angle is 55.74 BHN. The highest impact energy was obtained at a mixture of 0.5% with a slope of 75 o which was equal to 12.87 Joules and the highest value was 0.156 Joule / mm. The highest impact energy was obtained at a mixture of 0.5% with a slope of 75 o which was equal to 12.87 Joules and the highest value was 0.156 Joule / mm. Wear testing is done by pin on disk method with variations in rotation of 150 Rpm, 180 Rpm, 210 Rpm. The highest average tensile stress of Al-SiC material is obtained at 30 o slope variation that is equal to  119.91  Mpa.  Microstructure  results  showed  an  increase  in  slope  angle  affecting  the microstructure of Al-SiC.
Keywords : Aluminum matrix composites, slope angle, Cooling slope, SiC, mechanical properties, microstructure

## Abstrak
Aluminium  matrix  composite  memiliki  sifat  mekanis  yang  baik  dibandingkan  dengan  paduan aluminium tanpa penguat. Jenis aluminium yang digunakan A356 yang banyak dipergunakan pada bidang  teknik.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk    mengetahui  pengaruh  sudut  kemiringan  yang dilakukan  pada  saat  pengecoran  logam  terhadap  sifat  mekanis  kekerasan,  impak,  tarik,  keausan dan mikrostruktur. Spesimen dibuat menggunakan pengecoran metode cooling slope dengan diberi variasi  sudut  kemiringan  15 o ,  30 o ,  45 o ,  60 o ,  dan  75 o dengan  temperatur  tuang  680 o C  serta campuran SiC 0,5%wt dan 2,5%wt. Kekerasan rata-rata tertinggi diperoleh pada campuran 2,5%wt SiC  sudut  kemiringan  30 o adalah  55,74  BHN.  Energi  impak  tertinggi  didapat  pada  campuran 0,5%wt  dengan  sudut  kemiringan  75 o yaitu  sebesar  12,87 Joule  dan  nilai  tertinggi  sebesar  0,156 Joule/mm.  Pengujian  keausan  dilakukan  dengan  metode  pin  on  disk  dengan  variasi  putaran  150
Rpm,  180  Rpm,  210  Rpm.  Nilai  rata-rata  tegangan  tarik  material  Al-SiC  tertinggi  didapat  pada variasi  kemiringan  30 o yaitu  sebesar  119,91  Mpa.  Hasil  mikrostruktur  memperlihatkan peningkatan sudut kemiringan berpengaruh terhadap struktur mikro Al-SiC.
kata  kunci  :  Aluminium  matrix  composites,  sudut  kemiringan,  Cooling  slope,  SiC,  sifat  mekanis, mikrostruktur

## 1. Pendahuluan
AMC  (Aluminum  Matrix Composites)  adalah  jenis material  komposit  logam  dengan aluminium  sebagai  matrik  dan  serbuk  Si,Mn,Ti  dan  Cu  sebagai  penguat.  AMC mempunyai  prospek  pengembangan  yang  bagus,didasari  oleh  sifat-sifatnya  yang  baik, seperti  kekerasan  dan  kekuatan  yang  tinggi,  mampu  mesin  yang  baik,  densitas  yang rendah, bahan dasar yang mudah didapatkan, dengan harga yang ekonomis dan bersaing dengan  material  lain.  AMC  banyak  dimanfaatkan  pada  bidang  industri  otomotif, penerbangan,dan  pertahanan  sebagai  bahan  kendaraan  tempur  yang  membutuhkan performa  tinggi.  AMC  bisa  diaplikasi  dalam  permesinan  pesawat  terbang,  dan  aplikasi dalam industri otomotif.
Penelitian mengenai komposit matrik aluminium telah banyak dilakukan, namun dari uraian  diatas  diketahui  bahwa  penggunaan  cooling  slope  masih  sangat  terbatas. Berdasarkan  hal  tersebut  maka  pada  penelitian  ini  dilakukan  pembuatan  komposit menggunakan  pengecoran  metode  cooling  slope    pada  berbagai  kemiringan  serta mengetahui  pengaruh  SiC  terhadap  sifat  mekanik,  Seperti  pengujian  kekerasan, mikrostruktur dan laju keausan.

## 2. Bahan dan Metode
Pada  penelitian  ini  digunakan  aluminium  A356  ditambah  1,5% wt dan  2.5%wt  SiC. Proses  pencairan  aluminium  alloy  dilakukan  menggunakan  dapur  peleburan  berbahan bakar arang kayu laut menggunakan wadah crusibel grafit. Penuangan cairan aluminium alloy diperkuat Si/SiC dilakukan pada suhu 680oC. Penuangan dilakukan ke permukaan pelat cooling slope dengan kemiringan 15, 30, 45, 60 dan 75o sesaat sebelum memasuki cetakan  permanen.  Cetakan  berbentuk  silinder  dibuat  dari  bahan  mild  steel  digunakan untuk  pembuatan  spesimen  uji  aus,  mikrostruktur,  dan  kekerasan.  Pengujian  aus  dibuat menggunakan metode pin on disc dengan spesimen uji berbentuk pelat, uji aus dilakukan kondisi kering (dry sliding) pada kecepatan sliding 150, 180 dan 210 rpm serta beban 5 N selama 0.5 menit.
Pada pengecoran kali ini di tambah komponen peralatan yaitu cooling slope. Peralatan ini  berfungi  sebagai  control  cooling  rate  pada  cairan  logam  sebelum  mengisi  rongga cetakan.  Pada  peralatan  ini  pengaturan  dilakukan  terhadap  kemiringan  plat  dan  panjang lintasan  cairan,  dimana  kedua  faktor  ini  sangat  menentukan  laju  pendinginan  cairan sebelum mengisi cetakan.berikut adalah gambar peralatan cooling slope.
Gambar 2.1. Skema peralatan cooling rate
3.  Hasil dan Pembahasan

## 3.1 Hasil pengujian mikrostruktur
Gambar 3.1 foto mikrostruktur kemiringan (a)15 o (b)30 o (c)45 o (d)60 o dan (e)75 o dengan komposisi 0,5% wt SiC.
Pada  gambar  3.1  (a)-(e)    terlihat  struktur  mikro  yang  terbentuk  dengan  pembesaran 100x, menunujukan struktur acircular  -Al (berwarna terang) dan Strukur eutectic silicon (berwarna gelap). pada penelitian ini juga ditemukan porositas ( tanda panah biru ) yang tentunya  dapat  menurunkan  kekuatan  bahan.  hal  tersebut  dapat  dipengaruhi  oleh  faktor laju  pendinginan.pada  struktur  ini  menunjukan  kerapatan  butiran  SiC  yang  dapat meningktkan kekeresan.
Gambar 3.2 foto mikrostruktur kemiringan (a)15 o (b)30 o (c)45 o (d)60 o dan (e)75 o dengan komposisi 2,5% wt SiC.
Gambar  diatas  memperlihatkan  struktur  mikro  aluminium  pada  kemiringan  cooling slope 30 o terdiri dari dua area dengan warna yang berbeda. -Al berwarna cerah berperan sebagai  matrik  dengan  ukuran  cukup  besar  ±100-200  μm.  Sementara  partikel-partikel Si/SiC  yang  memiliki  melting  point  lebih  tinggi  cenderung  terdispersi  diantara  matrik tersebut,  hal  ini  dikarenakan  kedua  elemen  Al  dan  Si/SiC  memiliki  perbedaan  titik  cair yang  sangat  berbeda  menyebabakan  sulit  terbentuk  solid  solution  pada  suhu  ruang sehingga penguatan yang terjadi melaluimekanisme dispertion strengthening.

## 3.2  Hasil pengujian Kekerasan
Pengujian  kekerasan  dilakukan  menggunakan  standart  pengujian  E10-01.  menggunakan metode pengujian Brinell dengan beban sebesar 500 kg selama 5 detik.
Tabel  nilai rata-rata BHN 2,5%wt SiC dan 0,5%wt SiC
variasi sudut BHN Rata-rata A356 2,5 % SiC 0,5 % SiC 15 51,81 51,56 30 55,74 50,16 45 52,10 49,91 60 50,08 48,69 75 49,09 48,23
Tabel  4.3  menunjukan  nilai  Brinell  Hardness  Number  (BHN)  dari  hasil  Pengujian kekerasan Nilai rata-rata BHN dengan perbandinga  komposisi SiC 2,5%wt dan 0,5%wt. dengan  perbedaan  komposisi  SiC  ini  dapat  mengetahui  komposisi  campuran  SiC  yang terbaik dan kemiringan slope yang terbaik .
Gambar 3.3  memperlihatkan bahwa pengaruh komposisi pada pembuatan Aluminium matrik  komposit  dapat  meningkatkan  nilai  kekerasan  (BHN).pada  pengecoran  ini  nilai rata-rata maksimum di capai pada sample kemiringan slope 30 derajat dan campuran SiC 2,5%wt  yaitu  sebesar    55,74  BHN.sedangkan  nilai  kekerasan  terendah  pada  kemiringan slope  75  derajat  dengan  komposisi  SiC  2.5%wt  yaitu  sebesar  49,09  BHN.  kemiringan slope dapat mempengaruhi nilai kekerasan. Laju logam cair pada kemiringan hingga jatuh ke cetakan sangat berpengaruh.
Gambar 3.3 Grafik Kekerasan nilai rata-rata 2,5%wt dan 0,5%wt SiC
Hasil  pengujian  kekerasan  brinnel  terhadap  dua  jenis  sampel  dengan  komposisi partikel  SiC  yang  berbeda,  penambahan  partikel  terseebut  berhasil  meningkatkan kekerasan  bahan.  Terlihat  pada  komposisi  0,5%wt  SiC  nilai  kekerasan  tertinggi  51,81 BHN ,sedangkan pada komposisi 2,5%wt SiC nilai kekerasan tertinggi yaitu 55,74 BHN ,hal  ini  menunjukan  keberhasilan  peningkatan  komposisi  SiC  dapat  meningkatkan kekerasan.Penggunaan  pengecoran  gravitasi  memiliki  kelemahan  dalam  hal  mencapai kehomogenan yang baik .

## 3.3 Hasil pengujian Impact
Pengujian  impak  dilakukan  pada  sampel  uji  menggunakan  metode  charpy  dan menggunakan  standart  pengujian  dari  Annual  book  of  ASTM  Vol.14.01E23M-00a dengan panjang 55 mm tinggi 10 mm dan lebar 10 mm.
Gambar 4.4 Spesimen impact sebelum dan sesudah di uji
Tabel  Hasil uji impact nilai impact
sudut Daerah Daerah Nilai Impak (Joule/mm²) 0.5%SiC 2.5%SiC Nilai rata-rata Atas Bawah  Atas Bawah A356+0.5%SiC  A356+2.5%SiC 15 0,070  0,090 0,097  0,083 0,080 0,090 30 0,104  0,090 0,059  0,080 0,097 0,070 45 0,104  0,090 0,108  0,084 0,097 0,096
40 42 44 46 48 50 52 54 56 15 30 45 60 75 51.81 55.74 52.10 50.08 49.09 51.56
50.16 49.91 48.69 48.23 B RI NE L HARD NE S S T E S T Kemiringan sudut 2,5 % SiC 0,5 % SiC
60 0,106  0,120 0,123  0,081 0,113 0,102 75 0,142  0,170 0,125  0,121 0,156 0,123
Dari tabel 4.5 menunjukan bahwa hasil uji impak pada kedua sample 0,5%wt dan 2,5%wt SiC . Maka nilai impak sample uji tersebut dapat dibuat dalam grafik akan terlihat seperti gambar 4.8. menunjukan nilai impak tertinggi pada komposisi 0,5%wt SiC pada sudut kemiringan 75 o yaitu 0,156 (J/mm2) dan nilai terendah pada kemiringan 15 o yaitu 0,080 (J/mm2).sehingga dapat dilihat dari patahan uji sample gambar 4.9 smpai 4.14 merupakan patah getas.

## 3.4  Hasil pengujian Aus
Pengujian  keausan  dilakukan  dengan  metode  pin  on  disk  standart  ASTM  G99-04 dengan  variasi  beban  dan  kecepatan  putaran.  Keausan  yang  terjadi  pada  pengujian  ini adalah keausan abrasive (Abrasive wear). Pada pengujian keausan ini kecepatan putaran di  variasikan  (n)  =150,180  dan  210  rpm  waktu  (t)  =  30s  dan  pembebanan  5N  adalah konstan. Berikut spesimen uji keausan dapat dilihat pada gambar.
Gambar 3.5 uji aus metode pin on disk (a) sebelum di uji, (b) setelah pengujian Foto sampel  lebar jejak dan kedalama uji  keausan diperlihatkan pada gambar  berikut ini :
Gambar 3.6 foto sample lebar dan kedalam Uji Aus.
Laju keausan bahan sangat dipengaruhi oleh kecepatan sliding disk serta jenis bahan yang diuji. Gambar 3.7  memperlihatkan untuk hampir semua kemiringan cooling slope peningkatkan  kecepatan  akan  meningkatkan  laju  keausan  bahan.  Laju  keausan  tertinggi diperoleh  pada  210  rpm  untuk  bahan  dengan  kemiringan  slope  75 o .  Sebaliknya  laju
keausan  terendah  diperoleh  pada  bahan  dengan  kemiringan  sudut  30 o kecepatan  sliding 150 rpm.
Gambar 3.7  Laju keausan bahan alumunium-0.5%wt. SiC pada berbagai kecepatan sliding
Gambar 3.8 memperlihatkan laju keausan tertinggi bahan diperoleh pada putaran 210 rpm  dengan  kemiringan  slope  45 o ,  dan  sebaliknya  laju  keausan  terendah  secara  umum diperoleh  pada  putaran  150  rpm  dengan  kemiringan  slope  15 o .  grafik  diatas  juga memperlihatkan  adanya  ketidakstabilan  laju  keausan  dengan  kemiringan  slope,  hal  ini sangat erat kaitan dengan kekerasan  masing-masing sampel uji. Disamping hal tersebut, pada  pengujian  metode  pin  on  disk  terjadinya  vibrasi  saat  sliding  sangat  dihindarkan karena  vibrasi  yang  berlebihan  akan  menyebabkan  lebar  lintasan  pengaus  akan  tidak konsisten sehingga dapat mempengaruhi laju keausan.
Gambar 3.8 Laju keausan bahan alumunium-2.5%wt SiC pada berbagai kecepatan sliding
0 0.5 1 1.5 2 2.5 15 30 45 60 75 1.921 1.52 2.053 1.955 2.089 1.894
1.429
1.767 1.777 1.85 1.686 1.224 1.698 1.402 1.673 L aju k eaus an ( m m 3/s) kemiringan sudut 210 rpm 180 rpm 150 rpm
0 0.5 1 1.5 2 15 30 45 60 75 1.687 1.244 1.887 1.602
1.744
1.394 1.231
1.526 1.409
1.726
210 rpm 180 rpm 150rpm
3.5  Hasil pengujian Tensile
Bentuk dari spesimen pengujian tarik sudah mempunyai standar dengan menggunakan standar dari Annual book of ASTM Vol.3 E8M-00b. Foto sampel uji tensile terlihat pada gambar 4.44 pada alumunium matriks komposit A356 dengan komposisi 2,5%wt dan 0,5%wt SiC. Standar yang digunakan untuk tarik ini adalah ASTM E8M-00b Panjang awal spesimen uji (Lo) adalah 60 mm, lebar awal (Wo) adalah 12,5 mm, dan panjang keseluruhan spesimen uji adalah 200 mm.
Gambar 3.9 Spesimen Uji tarik sebelum
a.  Tegangan tarik A356 - 2,5%wt SiC
Gambar 3.10 Ultimate tensile strength (UTS) alumunium-SiC 2,5%
Dari Gambar 3.10 hasil pengujian tensile dengan komposisi 2,5%wt SiC dapat dilihat nilai  tegangan  Tertinggi  yaitu  pada  sudut  kemiringan  slope  30 o dengan  119,91  MPa sedangkan  untuk  nilai  tegangan  tarik  terendah  pada  kemiringan  slope  75 0 dengan  nilai 64,90 Mpa. Terlihat pada sudut 75 0 memiliki tegangan tarik paling rendah .meningkatnya nilai tegangan tarik juga di pengaruhi dari penambahan SiC dari 0,5%wt menjadi 2,5%wt .pengaruh  SiC  dapat  dilihat  dari  grafik  bahwa  nilai  tegangan    maksimum  pada  0,5%wt adalah  81,87  Mpa  dan  untuk  2,5%wt  SiC  adalah  119,91  Mpa  .dapat  dilihat  bahwa pengaruh kemiringan juga dapat menurunkan nilai tegangan pada spesimen.
b.  Tegangan tarik A356 - 0,5%wt SiC
Hasil pengujian seperti diperlihatkan pada gambar 3.11. pada gambar memperlihatkan kekuatan  tegangan  tarik  maksimum  untuk  paduan  al-SiC  diperoleh  sebesar  81,87  Mpa
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 15 30 45 60 75 83.74 119.91 97.55 80.07 64.90 S T RE S S ( MPA ) Kemiringan Sudut 2,5% SiC
pada kemiringan slope 15 0 dengan komposisi 0,5%wt SiC.Sebaliknya kekuatan terendah di  peroleh  pada  kemiringan  slope  75 0 dengan  nilai  tarik  maksimum  sebesar  62,88  Mpa .Hal  ini  dikarenakan  saat  pengadukan  tidak  merata  dapat  menyebabkan  porositas sehingga menurunkan kekuatan tarik pada spesimen yang di uji.
Gambar 3.11  Ultimate tensile strength (UTS) alumunium-SiC 0,5%wt

## 4.  Kesimpulan
1.  Penambahan  SiC  (0,5%wt)  dan  (2,5%wt)  terhadap  sifat  mekanik    A356  pada  nilai kekerasan dapat meningkatkan kekerasan dimana nilai kekerasan tertinggi pada campuran SiC  2,5%wt  dengan  nilai  55,74  BHN  pada  sudut  30 0 ,namun  pada  nilai  impak penambahan  SiC  0,5%wt  menjadi  2,5%wt  untuk  uji  impak  nilai  energi  yang  di  serap semakin  menurun,untuk  hasil  pengujian  tarik  semakin  bertambahnya  variasi  SiC  dari 0,5%wt menjadi 2,5%wt  maka kekutan tariknya semakin meningkat .dimana hasil variasi 2,5%wt kekutan tarik maksimum sebesar 119,91 Mpa pada kemiringan slope 30 0 .
2.  Laju keausan bahan meningkat seiring dengan kecepatan sliding disk serta jenis bahan yang diuji.semakin keras bahan yang di uji maka laju keasusan nya semakin rendah,laju keausan  tertinggi  dari  komposisi  0,5%  SiC    diperoleh  pada  putaran  210  rpm  dengan kemiringan slope 45 o , dan sebaliknya laju keausan terendah secara umum diperoleh pada putaran  150  rpm  dengan  kemiringan  slope  15 o .laju  keausan  juga  berhubungan  dengan nilai kekerasan benda yang di uji .

## Referensi
[1].     Suyanto, 2015 , “Analisa Ketangguhan Komposit Alumunium Berpenguat Serbuk SiC”. Teknik  Bangunan  Kapal  ,Akademi  Teknik  Perkapalan  (ATP) ,Veteran Semarang.
[2].        Tugiman  ,  dkk ,  2017 ,  “ The  effect  of  cooling  slope  on  mechanical  properties  of aluminum-8.5wt.%Si  alloy  produced  by  gravity  casting”. Departemen Teknik ,Jurusan Teknik mesin , Universitas Sumatra Utara.
[3]        Monir.  A  ,  Mahmod.T.S,  dkk  ,” Optimization  of  the  cooling  slope  casting parameters  for  producing  aa7075  wrought  aluminumalloy  thixotropic
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 15 30 45 60 75
81.87 78.17 75.81
65.31 62.88
S T R E S S ( M PA ) Kemiringan Sudut
feedstock” . Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering, Benha University, Cairo.
[4].      Sahini,  D.,  Mandal,  A.,  Chakraborty,  M.  2014. Cooling  Slope  Casting  Process  of Semi  –  solid  Aluminum  Alloys:  A  Review .  International  Journal  of Engineering Research & Technology (IJERT). Vol. 3 Issue 7, July – 2014.
[5].  Tugiman,  T.Awaludin,  A.Farida,  B.S.  Tulus,  Suhandi,  Rizki.  2018  “ The  effect  of cooling  slope  on  mechanical  properties  of  alumunium  8,5wt  %  Si  alloy produced by gravity casting” . Journal of The 2 nd ACIEVE 2018.