## PENGARUH KOMPOSISI CU TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STUKTUR MIKRO DARI PENGECORAN AL-SI
1 Willy Anderson, 2 Haris Rudianto, 3 Deni Haryadi
1,3 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri Universitas Gunadarma, 2 Jurusan Teknik Industri, Fakultas Teknologi Industri Universitas Gunadarma Jl. Margonda Raya No. 100, Depok 16424, Jawa Barat
1 Willypangaribuan17@gmail.com, 2 harisrudianto@@staff.gunadarma.ac.id,
3 deniharyadi97@.gmail.com

## Abstrak
Aluminium  (Al)  merupakan  logam  ringan,  mempunyai  ketahanan  korosi  yang  baik  dan hantaran listrik yang baik dan sifat-sifat baik lainnya sebagai sifat logam, selain itu aluminium juga  mempunyai  sifat  mampu  membentuk  (machinability).  Tembaga  (Cu)  ditambahkan  untuk meningkatkan kekuatan material tersebut, makin tinggi kadar tembaga maka makin banyak fasa yang  terbentuk,  sehingga  kekerasan  dan  kekuatan  paduan  akan  meningkat.  Selain  itu, peningkatan  komposisi  tembaga  di  dalam  paduan  Al-Si-Cu  dapat  juga  meningkatkan  sifat ketahanan korosi dan sifat ketahanan aus. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh komposisi tembaga terhadap sifat mekanik dan struktur mikro dari pengecoran Al-Si. Hasil uji hardness  rockwell  menunjukkan  bahwa  semakin  banyak  unsur  Cu  yang  ditambahkan  pada paduan  Al-Si  maka  semakin  besar  nilai  kekerasan  dan  kekuatan  paduan.  Hasil  pengujian impact  charpy  didapat  nilai  impact  pada  sampel  1  yaitu  0,0307  J/mm 2 dan  sampel  2  yaitu 0,0129  J/mm 2 .  Hasil  pengujian  tensile  kekuatan  tarik  sampel  1  yaitu  93.50    N/mm 2 ,  sampel  2 yaitu 39.39 N/mm 2 , dan  sampel 3 yaitu 33.60 N/mm 2 .
Kata Kunci : Aluminium alloy, pengecoran, sifat mekanik, tembaga

## Abstract
Aluminum (Al) is a lightweight metal, has good corrosion resistance and good electrical conductivity and other good properties as a metal property, besides that aluminum also has the ability to  form  (machinability). Copper  (Cu) is  added to  increase  the  strength  of  the  material, the higher the copper content, the more phases are formed, so that the hardness and strength of the  alloy  will  increase.  In  addition,  increasing  the  copper  composition  in  Al-Si-Cu  alloys  can also improve corrosion resistance and wear resistance properties. This study aims to determine the  effect  of  copper  composition  on  the  mechanical  properties  and  microstructure  of  Al-Si casting.  Rockwell  hardness  test  results  show  that  the more  Cu  elements  added  to  Al-Si  alloys, the greater the value of hardness and strength of the alloy.  impact charpy test results obtained impact value in sample 1 is 0.0307 J / mm2 and sample 2 is 0.0129 J / mm2. Tensile test results for tensile strength of sample 1 is 93.50 N / mm2, sample 2 is 39.39 N / mm2, and sample 3 is 33.60 N / mm2.
Keywords : Aluminium alloy, casting, copper, mechanical properties

## PENDAHULUAN
Aluminium  merupakan  logam  ringan, mempunyai  ketahanan  korosi  yang  baik  dan hantaran  listrik  yang  baik  dan  sifat-sifat  baik lainnya  sebagai  sifat  logam.  Selain  itu, aluminium  juga  mempunyai  sifat  mampu membentuk  ( wrought  alloy )  dimana  paduan aluminium  ini  dapat  dikerjakan  atau  diproses baik  dalam  pengerjaan  dingin  maupun pengerjaan  panas  dengan  peleburan.  Apabila aluminium  dicampur  sejumlah  kecil  elemen lain  maka  kekuatan  dan  kekerasannya  akan meningkat, contohnya paduan antara aluminium dan  tembaga  (Al-Si-Cu)  [1].  Dalam  paduan Al,  tembaga  ditambahkan  untuk  meningkatkan kekuatan  material  tersebut,  makin  tinggi kadar tembaga maka makin banyak fasa yang terbentuk,  sehingga  kekerasan  dan  kekuatan paduan  akan  meningkat.  Sifat  lain  yang  akan meningkat  dengan  adanya  tembaga  di  dalam paduan  Al-Si-Cu  ialah  sifat  ketahanan  korosi dan sifat ketahanan aus [2,3].
Dalam  industi  otomotif  sebagai  material untuk  membuat block  cylinder dan  piston kendaraan  bermotor  yang  tahan  akan  korosi dan  sifat-sifat  lainnya  yang  dibutuhkan.  Pada penelitian  yang  dilakukan  oleh  Murtadho membahas  mengenai  pengaruh  kandungan tembaga  (Cu)  terhadap  nilai  fluiditas  dan struktur  mikro  yang  terbentuk  pada  paduan aluminium  dengan  variabel  4  wt%,  10  wt%, dan  33  wt%.  Penelitian  tersebut  memberikan kesimpulan  bahwa  bertambahnya  kandungan tembaga  akan  meningkatkan  fluiditas  paduan
aluminium  yang  ada  [4].  Pada  penelitian  lain yang dilakukan oleh Saputra membahas analisis pengaruh  penambahan  tembaga  (Cu)  dengan variasi (7%, 8%, 9%) pada paduan aluminium silikon (Al-Si) terhadap sifat fisis  dan  mekanis. Pada  penambahan  Cu  7%,  unsur  Al  sebesar 98,65%, Si 0,30% dan Cu 0,3090%. Pada Cu 8%,  unsur  Al  sebesar  97,92%,  Si  0,40%  dan Cu 0,9350%. Pada penambahan Cu 9%, unsur Al 96,16%, Si 1,00% dan Cu 1,9290%. Hasil uji impact diketahui  bahwa  semakin  banyak kadar penambahan Cu ke paduan Al-Si semakin rendah  nilai impact .  Kemudian  pada  material yang  mengalami  proses heat  treatment, nilai impact meningkat  dan  semakin  lama  waktu tahan  pada  proses heat  treatment maka  nilai impact semakin  meningkat.  Hasil  uji  tarik diketahui  bahwa  semakin  banyak  penambahan Cu ke paduan Al-Si kekuatan tarik meningkat [5]. Kemudian material yang mengalami proses heat  treatment kekuatan  tariknya  semakin meningkat  dan  semakin  lama  waktu  tahan pada  proses  heat  treatment  kekuatan  tariknya semakin  meningkat  lagi.  Hasil  uji  kekerasan diketahui  bahwa  semakin  banyak  penambahan Cu  ke  paduan  Al-Si  kekerasan  meningkat. Kemudian  material  yang  mengalami  proses heat treatment kekerasannya semakin meningkat dan  semakin  lama  waktu  tahan  pada  proses heat treatment kekerasannya semakin meningkat lagi [6,7].
Pada  penelitian  ini  dilakukan  paduan aluminium  (Al-Si)  dan  tembaga  (Cu). Tujuan paduan  tersebut  adalah  untuk  mengetahui pengaruh  komposisi  tembaga  (Cu)  terhadap
sifat  mekanik  dan  struktur  mikro  dari pengecoran  Al-Si  menggunakan  variabel  0,5 wt%, 1 wt%, 3 wt%, 5 wt%.

## METODE PENELITIAN
Dalam melakukan penelitian, biasanya
diawali dengan menetapkan beberapa tahapan atau  langkah-langkah  dalam melakukan penelitian. Berikut ini akan dijelaskan tentang metode  penelitian  yang  dilakukan  dari  proses awal hingga akhir penelitian, yang ditunjukan melalui diagram alir penelitian seperti Gambar 1.
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian

## Material
Material yang  digunakan pada penelitian
ini  adalah  aluminum  dengan  campuran  major
Si  dengan  seri  Aluminum  ADC12.  Adapun komposisi kimia material seperti yang ditunjukan pada Tabel 1.
Mulai
Studi Pustaka Persiapan alat dan bahan Pengecoran
QC Pengujian 1. Impact 2. Rockwell 3. Tensile 4. XRD 5. Metalografi Analisa
Kesimpulan Selesai
Tabel 1. Komposisi kimia Material Unsur Kimia Al (wt%) Si (wt%) Cu (wt%) Sampel 1 89,9 10 0.1 Sampel 2 89 10 1 Sampel 3 87 10 3 Sampel 4 85 10 5

## Preparasi Sampel
Proses pengecoran dilakukan pada suhu 800 o C  dengan  lama hold  time selama  1  jam.
Proses pengecoran dilakukan dengan menggunakan  alat  induksi heating dengan maximum suhu  pemanasan  1000 o C.  Adapun metode yang digunakan adalah adalah metode pengecoran sand  casting. Proses  pengujian material  yang  telah  di- alloying menggunakan metode pengecoran meliputi pengujian mekanis berupa tensile,  impact dan rockwell .  Pengujian karakterisasi  menggunakan  pengujian  XRD ( X-Ray  Diffraction ) . Dimensi  dari  pengujian tensile mengikuti  standar  ASTM  E8  dan pengukuran  nilai  kekerasan  mengunakan  alat uji Mitutoya HR-112 rockwell hardness testing machines dengan load yang diberikan sebesar 100 kgf dan indentor 1/16” steel ball [8].

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  dan  proses  pengujian  dilakukan analisa kualitatif dan kuantitatif. Analisa dapat berupa perhitungan  yang  dapat disajikan  dalam bentuk  grafik  maupun  bagan  hasil  pengujian struktur mikro maupun pengujian sifat mekanik dari material yang diuji dalam proses penelitian.
Pembahasan Hasil Uji Hardness Rockwell
Pengujian  dengan  menggunakan  metode rockwell bertujuan untuk menentukan kekerasan  suatu  material  dalam  bentuk  daya tahan  material  terhadap  benda  uji  (specimen) yang  berupa  bola  baja  maupun  kerucut  intan yang  ditekankan  pada  permukaan  benda  uji tersebut.  Pengukuran  dapat  dilakukan  dengan bantuan  sebuah  kerucut  intan  dengan  sudut puncak  120°  dan  ujungnya  yang  dibulatkan sebagai  benda  pendesak  ( indentor ).  Hasil pengujian hardness  rockwell dapat  dilihat pada Gambar 2.
Berdasarkan  hasil  pengujian hardness rockwell pada Gambar 2, nilai rata-rata Al-Si- Cu  0,5  wt%  (16,48  HRB),  Al-Si-Cu  1  wt% (32,96  HRB),  Al-Si-Cu  3  wt%  (20,54  HRB), Al-Si-Cu 5 wt% (7,22 HRB). Hasil pengujian dengan  nilai  rata-rata  tertinggi  yaitu  pada variabel  pencampuran  Al-Si-Cu  1  wt% dengan  nilai  32,96  HRB.  Oleh  karena  itu dapat  ditarik  kesimpulan  bahwa  semakin  besar variabel  pencampuran  Cu  maka  semakin menurun  tingkat  keuletan  sebuah  material tersebut.  Jadi,  Cu  bersifat  menurunkan keuletan dari paduan aluminium itu sendiri.
Gambar 2. Hasil Uji Hardness Rockwell
Pengujian Impact
Pengujian impact merupakan  suatu pengujian  yang  digunakan  untuk  mengetahui kegetasan atau keuletan suatu bahan (spesimen). Prinsip pengujian impact menggunakan pendulum  yang  akan  diberikan  kepada  suatu bahan  (spesimen)  secara  kejut.  Pada  hasil
pengujian kekerasan didapatkan nilai tertinggi dengan  sampel  Al-Si-Cu  1  wt%  dengan  nilai 32,96 HRB. Selanjutnya pada sampel tersebut akan  dilakukan  pengujian impact untuk mengetahui ketahan sampel  dalam pemberian beban  kejut. Hasil pengujian impact ditunjukan seperti pada Tabel 2.
Tabel 2. Hasil Pengujian Impact Charpy Al-Si-Cu 1wt% Setelah Casting No Energi Impact (Joule) Luas dibawah Takikan (mm 2 ) Nilai Impact (J/mm 2 ) 1 3,30 107,448 0,0307 2 1,20 92,318 0,0129
Nilai impact merupakan  representatif dari  besaran  nilai  keuletan  material  dimana pada sampel Al-Si-Cu 1 wt% didapatkan nilai impact dengan  rata-rata  sebesar  0,0218  J/mm 2 . Energy  impact merupakan  representatif  dari besarnya  energi  yang  dapat  diserap  oleh material sebelum material patah.

## Pengujian Tensile
Uji tensile atau tarik adalah salah satu uji stress-strain ( stress strain test ) untuk mencari
tegangan  dan  regangan  yang  bertujuan mengetahui  kekuatan  bahan  terhadap  gaya tarik.  Mekanisme  pengujian  tarik  dengan menarik  suatu  bahan  lalu  akan  segera digetahui  bagaimana  bahan  tersebut  bereaksi terhadap  tenaga  tarikan  dan  mengetahui sejauh  mana  material  itu  bertambah  panjang. Uji  tarik  relatif  sederhana,  tidak  mahal  dan sangat  terstandarisasi  dibanding  dengan  yang lain. Hasil pengujian tensile dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Hasil Pengujian Tensile Al-Si-Cu 1wt% Setelah Casting No Gaya Maksimal (N) Luas (mm 2) Kekuatan Tarik (N/mm 2 ) 1 12353,12 132,13 93,50 2 5467,218 138,81 39,39 3 4469,175 133,02 33,60
Berdasarkan Tabel 3, rata-rata nilai dari kekuatan  tarik  maksimum  material  adalah 55,496 dengan standar deviasi sebesar 26,97.

## Pengujian Metalografi
Pengujian metalografi bertujuan untuk
observasi  atau  pemeriksaan  atau  pengamatan atau pengujian  dalam  menentukan atau mem- pelajari hubungan antara struktur dengan sifat atau  karakter  dan  perlakuan  yang  pernah dialami material. Hasil dari pengujian metalografi dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Struktur Mikro Al-Si + 1 Cu wt%
Pada hasil pengamatan uji struktur mikro Al-Si dengan penambahan Cu 1 wt dapat dilihat bahwa terdapat komposisi yang dominan pada
material uji tersebut. Alpha aluminium (ɑ-Al) yang  menjadi  fasa  utama  berwarna  putih  dan menyebar.  Al-Si  berbentuk  garis  panjang
Silikon
Aluminum Tembaga
berwarna  hitam  dan  tembaga  (Cu)  menyebar pada  setiap  titik  dan  berbentuk  gumpalan, ditambah  dengan  adanya  porositas  yang masing-masing ada pada setiap titik pengambilan gambar  struktur  mikro.  Porositas  itu  sendiri ialah  ukuran  dari  ruang  kosong  diantara material.  Banyak  faktor  yang  menyebabkan terjadinya  porositas  pada  peleburan  Al-Si dengan penambahan tembaga (Cu) ini, seperti jenis  bahan  Aluminium  (Al-Si)  maupun tembaga  (Cu),  jenis  cetakan,  maupun  suhu  di ruangan  yang  tidak  stabil  yang  menyebabkan terjadinya sebuah porositas.
Pada  penelitian  ini,  fungsi  utama  dari adanya aluminium (Al-Si) dengan pencampuran tembaga  (Cu)  yaitu,  dapat  memperbaiki  sifat
atau  karakteristik  pengecoran,  serta  dapat meningkatkan ketahanan korosi dalam sebuah pengecoran. Sebaliknya, fungsi utama dari ada- nya tembaga (Cu) pada pengecoran Al-Si adalah meningkatkan  sifat  mekanik  dari  Aluminium (Al-Si).  Tujuan  dilakukan  pencampuran  Al- Si-Cu  adalah  untuk  mengetahui  seberapa berpengaruh  tembaga  (Cu)  terhadap  sifat mekanik dari Aluminium (Al-Si). Untuk lebih detail  dalam  menganalisa  fase  yang  berada pada  material  maka  dilakukan  pengujian XRD.  Pengujian  XRD  merupakan  suatu teknik  karakterisasi  yang  banyak  digunakan dalam  mengindentifikasi  fase  secara  akurat. Hasil  pengujian  XRD  material  Al-Si-Cu  1% wt dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Grafik XRD Material Al-Si + 1 Cu wt%
Pada Gambar 4, Al-Si-Cu 1% wt setelah proses  pengecoran  puncak  partikel  Al-Si-Cu 1wt% berat yang paling tinggi terlihat pada titik 2θ  (sudut  difraksi)  adalah  di  antara  dimensi
pola  sudut  pengukuran  difraksi  sinar-X  dengan 60° – 70° . Titik terendah partikel Al-Si-Cu 1% berat terlihat pada titik 2θ (sudut difraksi) yang berada di antara dimensi pola difraksi sinar-X
dari  sudut  pengukuran  70°  –  80°.  Gambar  4 menjelaskan  bahan  pengujian  XRD  Al-Si-Cu 1% wt setelah proses pengecoran menggunakan media  pengecoran  pasir  dan  penambahan elemen sama dengan 1% berat Cu dari analisis puncak  sudut  pengukuran  10°  –  100°  dengan kecepatan  variabel step 0,02°  dan  2°/  menit membentuk  elemen baru setelah ditambahkan dengan  persentase  Cu  1%  berat.  Akan  tetapi pada  pengukuran  sudut  pengukuran  difraksi 90° dengan rentang intensitas sudut difraksi 0 –  200  dengan  pengujian,  kecepatan  variabel step 0,02°  dan  2°/  menit.  Elemen  Cu  terlihat jelas  tidak  bercampur  dengan  unsur  paduan lainnya  atau  tidak  membentuk  elemen campuran baru setelah ditambahkan dengan Cu 1% berat. Pada pengukuran sudut difraksi 20° –  80°  tampak  paduan  Cu  dicampur  dengan unsur-unsur  lain  sehingga  ada  unsur  baru setelah  proses  pengecoran  dengan  penambahan 1%  berat  Cu  dan  membentuk  elemen  baru Al 2 Cu,  dimana  Al 2 Cu  merupakan  hasil  reaksi dari  Al  dan  Cu  terjadi  pada  suhu  800 o C.
Precipitate Mg 2 Si terbentuk menunjukan bahwa material  yang  digunakan  terdapat  kandungan Mg  yang  berperan  dalam  meningkatkan  nilai dari sifat mekanis [9].

## KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan  hasil  analisis  didapatkan bahwa kandungan tembaga yang optimal pada aluminum  adalah  1%wt  dimana  pada  1%  wt terbentuk precipitate Al 2 Cu  yang  cukup tinggi jika ditinjau dari hasil pengujian XRD.
Pada pengujian impact charpy dengan sampel Al-Si-Cu 1wt% didapat nilai impact sampel 1 yaitu 0,0307 J/mm 2 dan nilai impact sampel 2 yaitu  0,0129  J/mm 2 .  Pada  pengujian tensile dengan sample Al-Si-Cu 1wt% didapat kekuatan tarik sampel 1 sebesar 93.50  N/mm 2 , kekuatan tarik  sampel  2  sebesar  39.39  N/mm 2 ,  kekuatan tarik sampel 3 sebesar 33.60 N/mm 2 .
Pada  penelitian  ini,  metode  yang digunakan  dalam  pengecoran  adalah sand casting. Pada  penelitian  lebih  lanjut  dapat dilakukan  metode  pengecoran  yang  lain  lalu dilakukan perbandingan hasil pengujian impact , tensile , metalografi, dan hardness rockwell pada setiap  metode  pengecoran  sehingga  dapat diketahui metode pengecoran yang memberikan hasil terbaik.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] T.  Surdia  dan  S.  Saito, Pengetahuan bahan teknik . Jakarta: Pradnya Paramita,
1999.
[2] G. Svenningsen, J. E. Lein, A. Bjørgum, J. H. Nordlien, Y. Yu, dan K. Nisancioglu,
“Effect  of  low  copper  content  and  heat treatment  on  intergranular  corrosion  of model AlMgSi alloys." Corrosion Science ,
vol. 48, no. 1, hal. 226 – 242, 2006.
[3] Y.  D.  Sakti,  “Pembentukan  paduan AC4C  setengah  padat  (semi  solid),” Skripsi,  Universitas  Gunadarma,  Jakarta, 2011.
[4] A.  Murtadho,  “Analisa  Struktur  mikro dan fluiditas paduan aluminium tembaga
(Al-Cu) dengan metode pengecoran sand casting” Skripsi, Universitas Diponegoro, Semarang, 2010.
[5] R. Saputra, “Analisa pengaruh penambahan tembaga (Cu) dengan variasi  (7%,  8%,  9%)  pada  paduan aluminium  silikon  (Al-Si)  terhadap  sifat fisis  dan  mekanis,”  Skripsi,  Universitas Muhammadiyah  Surakarta,  Surakarta,
2012.
[6] H.  Kuhn  dan  M.  Dana, ASM  Handbook,
Volume  8,  Mechanical  Testing  and Evaluation ,  Ohio:  ASM  International,
2000.
[7] E.  Mueller,  L.  Carney,  dan  K.  Mixson,
“Use  of  eddy  current  conductivity  and hardness testing to  evaluate heat damage in  aluminum  alloys,” Journal  of  Failure
Analysis  and  Prevention ,  vol  18,  no.  1, hal. 50 – 54, 2018.
[8] W. F. Miao dan D. E. Laughlin, “Effects of Cu content and preaging on precipitation  characteristics  in  aluminum alloy 6022,” Metallurgical and Materials
Transactions A , vol. 31, no. 2, hal. 361 –
371, 2000.
[9] C.  H.  Caceres,  M.  B.  Djurdjevic,  T.  J.
Stockwell,  dan  J.  H.  Sokolowski,  “The effect  of  Cu  content  on  the  level  of microporosity  in  Al-Si-Cu-Mg  casting alloys,” Scripta  Materialia ,  vol.  40,  no.
5, hal. 631 – 637, 1999.