## PENGARUH PENAMBAHAN BERAT SIC TERHADAP SIFAT MEKANIK KOMPOSIT AL7SI+SIC DENGAN PROSES SEMI SOLID STIR CASTING
1 Viktor Naubnome, 2 Aa Santosa, 3 Kardiman 1,2,3 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang
1 viktornaubnome@ft.unsika.ac.id

## I. P ENDAHULUAN
Aluminum Matrix  Composites (AMC)  adalah  salah  satu jenis material yang memiliki potensi besar untuk dikembangkan. Hal  tersebut  dikarenakan  kombinasi  sifat-sifatnya  yang  baik, seperti  kekuatan  dan  kekerasan  yang  tinggi,  massa  jenis  yang rendah dan bahan dasar mudah didapatkan di pasaran, serta harga yang  cukup  terjangkau  [1],  [2].  Pada  pemanfaatannya,  AMC banyak digunakan di industri otomotif, penerbangan, pertahanan dan lain sebagainya.
Pembuatan  AMC  berpenguat  SiC  bertujuan  untuk memadukan  sifat  mekanik  antara  aluminium  dan  SiC.  Namun untuk  aplikasi  tertentu  yang  membutuhkan  kekuatan  dan kekerasan,  aluminium  mempunyai  sifat  mekanik  yang  kurang mendukung,    karena  mempunyai  kekerasan,  kekuatan,  dan kekakuan  yang  rendah,  yaitu  kekuatan  tarik  172-262  MPa, kekerasan 60-75 HB,  dan  modulus elastisitas 72,4 GPa [3], [4]. Untuk  meningkatkan  kekuatan,  kekerasan,  dan  kekakuan aluminium.  Penambahan  material  yang  keras  merupakan  salah satu cara untuk meningkatkan kekerasan logam yang lunak. Jenis keramik  atau  SiC  biasanya  paling  sering  digunakan  karena memiliki  sifat  mekanik  yang    cukup  tinggi  dengan  spesifikasi masa  jenis  3,2  gram/cm 3 ,  kekuatan  luluh  600  MPa,  kekerasan 2480 Knop (2170 HB), modulus elastisitas 400 GPa dan mudah didapat di pasaran [4].
Stir casting adalah salah satu teknik yang bisa dipakai dan cukup  sederhana  dibanding  proses  lainnya.  Ada  beberapa keuntungan pada penggunaan teknik stir casting yaitu sederhana, fleksibel, dan  mudah diterapkan untuk kuantitas produksi  besar. Teknik konvensional tersebut juga banyak diminati karena secara biaya terhitung murah [5]. Pengaruh partikel silikon karbida atau SiC  pada  paduan  aluminium  dengan  4,5%  Cu  dan  1,5%  Mg terdapat  sifat  mekanik  bahan.  Pembuatan  spesimen  dengan stir casting dapat  menghasilkan  spesimen  dengan  sifat  ketahanan lelah  yang  baik  dan  kekuatan  tarik  yang  baik  setelah  proses perlakuan panas, dengan penambahan SiC [5].
Pembuatan  Al-SiC  dengan  metode stir  casting juga dilakukan oleh peneliti sebelumnya mengenai pembuatan Al-SiC dengan metode stir casting untuk pembuatan komponen blok rem kereta  api.  Variasi  parameter  penambahan  penguatan  yang  di terapkan  adalah  5,  10  dan  15%  SiC.  Dan  kemudian  diteliti komposisi kimia, uji tarik dan uji impak. Luaran yang diharapkan dari penelitian ini adalah hasil kekuatan tarik dan harga impak [6], [7].
Berdasarkan uraian di atas, maka dalam penelitian ini akan dilakukan  sintesis  komposit  logam  AlSi  dengan  variasi penambahan  SiC  sebesar  15%,  17,5%  dan  20%.  Karakterisasi sampel komposit berupa pengujian sifat mekanik yaitu kekuatan tarik  dan  nilai  kekerasan.  Penelitian  ini  diharapkan  mampu menghasilkan sampel komposit yang berkualitas baik.

## II. METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  menggunakan  bahan  aluminium  Al7Si, serbuk  SiC  dengan  presentase  15%,  17.5%,  20%.  Komposisi kimia Al7Si  adalah Al 92,39; Si 7,26; Fe 0,147; Cu 0,002 Mn 0,008; Mg 0,07; lainnya 0,123.
Alur  penelitian  adalah  penentuan  topik,  studi  literatur, proses pembuatan spesimen komposit antara aluminium- serbuk SiC dengan komposisi Al 85% SiC 15%, Al 82.5% SiC 17.5%, Al  80%  SiC  20%;  pengujian  tarik;  pengujian  kekerasan,  foto mikro dan analisis data.
Dalam  penelitian  ini  alat  yang  digunakan  yaitu  tungku peleburan stir casting disajikan dalam Gambar 1, cetakan logam, timbangan  digital  dan  jangka  sorong.  Bahan  matriks  (Al7Si) kemudian  dimasukkan  ke  dalam  tungku  peleburan stir  casting dan dipanaskan sampai suhu 700 o C untuk mencapai kondisi cair sempurna.  Setelah  itu  didinginkan  sampai  suhu  590 o C  untuk mencapai kondisi semi solid. Sementara itu SiC juga dipanaskan sampai suhu 500 o C. Cetakan logam juga dipanaskan sampai suhu 200 o C.  SiC  yang  sudah  dipanaskan  kemudian  dimasukkan  ke dalam  tungku  sedikit  demi  sedikit  untuk  dicampur  dengan

## I N F O  A R T I K E L
Diterima : 06 Desember 2018 Direvisi : 12 Maret 2019 Disetujui : 13 Maret 2019
Kata Kunci : Al7Si+SiC, Stir casting , SiC, Mg, Sifat mekanik

## A B S T R A K
Telah  dilakukan  penelitian  tentang  karakterisasi  Al7Si+SiC  dengan  proses  semi  solid stir  casting . bahan matriks yang  digunakan Al7Si, variasi presentasi partikel SiC sebesar 15%, 17.5%, 20%`dan penambahan  Mg  4%    untuk  meningkatkan wettability .  metode  semi  solid stir  casting dapat mempermudah percampuran secara merata antara matriks Al7Si dengan partikel penguat, pengujian sifat  mekanik  yaitu  kekuatan  tarik  dan  uji  kekerasan.  Hasil  pengujian  kekuatan  tarik  mengalami kenaikan  dengan  penambahan  15%  SiC,  namun  pada  penambahan  SiC  17,5%  dan  20%  nilai kekuatan tarik  mengalami penurunan.  Kekerasan komposit bermatriks aluminium akan  meningkat seiring  dengan  peningkatan  kadar  SiC.  Kenaikan  kekerasan  paling  signifikan  didapat  pada penambahan 20% SiC ke dalam matriks Al7Si dengan kenaikan kekerasan 22%.
0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 15 17,5 20 Al7Si 4+SiC Al7Si Mg+S iC %SiC K e ku at an T ar ik (M P a) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 15 17,5 20 Atas Tengah Bawah % SiC K e k e r a sa n (HR B )
matriks semi solid.  Pengadukan dengan stirrer dengan kecepatan putar  500  rpm  dibantu  dengan  pengadukan  manual  dilakukan selama  5  menit  agar  terjadi  dispersi  yang  homogen  dan permukaan  SiC  terbasahi  dengan  baik  oleh  matriks.  Suhu kemudian dinaikkan sampai suhu penuangan yaitu 850 o C sambil terus dilakukan pengadukan. Dilanjutkan dengan penuangan pada cetakan yang sudah dipanaskan terlebih dahulu hingga 200 o C dan kemudian proses pendinginan dilakukan pada suhu ruang.

## Gambar 1 Tungku peleburan stir casting III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Telah  dibuat  spesimen  dengan  masing  masing  variasi sebanyak 3  buah dan dilakukan pengujian tarik dan  Kekerasan. Pengujian  tarik  menggunakan  alat  uji  tarik  Universal Testing Machine. Spesimen AlSi+SiC, gaya maksimal yang diaplikasikan pada alat uji tarik adalah 10 ton sedangkan spesimen aluminium dan  komposit  Al-SiC  15%,  17,5%  dan  20%  dengan  gaya maksimal 4 ton. Hasil pengujian tarik didapatkan besarnya gaya patah yang terjadi dapat dilihat pada alat dengan skala persentase dari gaya maksimal yang diaplikasikan pada spesimen. Pengujian kekerasan  dengan  cara  mengukur  nilai  kekerasan  permukaan spesimen  menggunakan  metode  Rockwel.    Hasil  perhitungan tegangan tarik, persentase perpanjangan dan pengujian kekerasan pada aluminium dan komposit Al-SiC disajikan pada  gambar di bawah ini.
T ABEL I K EKUATAN TARIK KOMPOSIT No Spesimen σu (MPa) σu rata2 (MPa) Spesimen σu (MPa) σu rata2 (MPa) 1 Al7Si 133.1 113.8 Al7Si4Mg
115.4
110.4 105.6 108.1 102.8 107.9
2 Al7Si + SiC 15% 146.7 121.5 Al7Si4Mg + SiC 15% 141.5
134.1 129.7 119.6 88.3 141.4
3 Al7Si + SiC 17.5% 91.3 95.0
Al7Si4Mg +
SiC 17,5% 86.6
88.7 96.5
97.9
97.1 81.7
4 Al7Si + SiC 20% 83.8 83.5 Al7Si4Mg + SiC 20%
78.1
77.6 84.6 71.4 82.2 83.3
Gambar 2 Perubahan kekuatan tarik sebagai hasil penambahan SiC
Dari  Gambar  2  dapat  disimpulkan  bahwa  kekuatan  tarik komposit  bermatriks  Al7Si+SiC  15%  lebih  tinggi  dibanding dengan  komposit  bermatriks  Al7Si  dengan  selisih  rata-rata  8%. Komposit  bermatriks  Al7Si4Mg  mengalami  peningkatan kekuatan tarik pada penambahan 15% SiC yaitu dari 110,4 MPa menjadi 134,1MPa atau  naik sebesar 15%. Kemudian kekuatan tarik  menurun  pada  penambahan  SiC  17,5%  dan  20%.  Pada komposit bermatriks  Al7Si kekuatan tariknya  meningkat sekitar 3%  pada  penambahan  15%  SiC.  Kemudian  menurun  seiring dengan  kenaikan  penambahan  SiC  17,5%  dan  20%.. Ini  berarti semakin  besar  persen  SiC  yang  ditambahkan,  maka  keuletan komposit semakin menurun atau komposit bertambah getas.
Gambar 3 Distribusi kekerasan komposit Al7Si + SiC
Pada  Gambar  3  bisa  dilihat  bahwa  kekerasan  komposit Al7Si+SiC mempunyai kecenderungan kenaikan seiring dengan penambahan  persen  SiC.  Kekerasan  bagian  atas,  tengah,  dan bawah  untuk  masing-masing  matriks  dan  penambahan  SiC menunjukkan variasi yang acak. Dari hal tersebut bisa diketahui bahwa  tidak  ada  tingkat  pengendapan  yang  signifikan  partikel SiC di dasar matriks.
Tingkat  kekerasan  hasil  pengecoran  komposit  AlSi  -  SiC dipengaruhi  oleh  beberapa  hal,  diantaranya  adalah  jumlah  SiC yang  terdispersi,  ukuran  butir  yang  dipengaruhi  oleh  laju pendinginan.  Semakin  banyak  SiC  terdispersi  maka  akan semakin  keras  komposit  tersebut.  Semakin  cepat  laju pendinginan,  maka  butir  yang  terbentuk  akan  lebih  halus  dan bersifat  lebih  keras.  Pada  hasil  pengecoran,  bagian  yang  dekat dengan dinding cetakan akan mengalami  laju pendinginan yang
lebih  cepat,  sehingga  butirnya  berbentuk  bulat  dan  lebih  halus. Namun bagian tengah coran akan mengalami pendinginan yang lebih lambat dan mempunyai bentuk butir memanjang dan kasar.
Gambar 4 Foto mikro (a) Al7Si;  (b) Al7Si-SiC 15%;  (c) Al7Si-SiC 17,5%;
(d) Al7Si-SiC 20%;  (e) Al7Si4Mg;  (f) Al7Si4Mg-SiC 15%;
(g) Al7Si4Mg-SiC 17,5%;  (h) Al7Si4Mg-SiC 20%
Pada  Gambar  4  berikutnya  terlihat  bahwa  semakin  besar kadar  SiC  dalam  komposit  maka  semakin  banyak  SiC  yang terikat dalam matriks. SiC tampak berbentuk bulat tak beraturan dengan  warna  abu-abu.  Pada  komposit  dengan  matriks Al7Si4Mg,  terlihat  Mg  berada  di  sekeliling  partikel  SiC,  dan berfungsi untuk  meningkatkan wettability matriks terhadap SiC. Partikel  SiC  terdispersi  secara  acak  dan  relatif  merata  dalam matriks Al7Si maupun Al7Si4Mg.

## IV. KESIMPULAN
Telah  berhasil  dibuat  komposit  Al7Si+SiC  dengan  proses semi solid stir casting dengan penambahan presentasi SiC. Hasil pengujian  kekuatan  tarik  mengalami  kenaikan  dengan penambahan 15% SiC, namun pada penambahan SiC 17,5% dan 20%  nilai  kekuatan  tarik  mengalami  penurunan.  Kekerasan komposit bermatriks aluminium akan  meningkat seiring dengan peningkatan  kadar  SiC.  Kenaikan  kekerasan  paling  signifikan didapat  pada  penambahan  20%  SiC  ke  dalam  matriks  Al7Si dengan kenaikan kekerasan 22%.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepadat DPRM DIKTI melalui  hibah Penelitian Dosen  Pemula (PDP)  dengan kontrak No: 111/SP2H/LT/DPRM/2018, tanggal 2 April  2018.

## DAFTAR RUJUKAN
[1] S  Handbook,  A.S.M.,  1990.  Nonferrous  Alloys  and Special-purpose Materials, vol. 2..
[2] Ghauri,  M.K.,  Ali,  L.,  Ahmad,  A.,  Ahmad,  R.,  (2013), Synthesis  and  Characterization  og  Al/  SiC  Composites made  by  Stir  Casting  Method,  Pak.  J.  Engg&  Appl. Sci., 12, pp. 102-110.
[3] Senen,  Senen.  "Karakterisasi  Blok  Rem  Kereta  Api Berbahan  Besi  Cor  dan  Al-sic  Berdasarkan  Kekuatan Uji  Tarik  dan  Harga  Impak."  Teknik  33.1  (2012):  42- 45..
[4] Nugroho,  Sri.  "Pengaruh  Komposisi  Mg  dan  Sic terhadap  Sifat  Kekerasan  Komposit  Alsi-sic  yang Dibuat  dengan  Proses  Semi  Solid  Stir  Casting." Prosiding SNATIF 2014: 165-172.
[5] Lin,  Geng,  et  al.  "Effects  of  Mg  content  on microstructure  and  mechanical  properties  of  SiCp/Al- Mg  composites  fabricated  by  semi-solid  stirring technique."  Transactions  of  Nonferrous  Metals  Society of China 20.10 (2010): 1851-1855.
[6] Raharjo E. Nugroho, 2010, Karakterisasi Sifat Mekanik Komposit  Matriks  Logam  Al/SiC  Pada  Bahan  Rem Kereta Api, Universitas Diponegoro, Semarang
[7] Santoso  Adi  Khristian,  2009,  Sintesis  Komposit Matriks  Logam  Al/SiC  Pada  Bahan  Rem  Kereta  Api, Universitas Diponegoro, Semarang.
100 μm 100 μm 50 μm 50 μm 50 μm 50 μm 50 μm 50 μm (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h)