## PENGARUH VARIASI PENGADUKAN SERBUK ALUMINIUM
(AL), MAGNESIUM (MG), DAN SENG (ZN) TERHADAP SIFAT

## MEKANIK LOGAM DENGAN METODE METALURGI SERBUK
Mahadi S.T., M.T1),Rayhan Novri2),
1)Dosen Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
2)Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
Jl. Politeknik, Gedung J17 Kota Medan, Sumatera Utara
Email: dtm@usu.ac.id Telp: 081360766774

## ABSTRACT
The use of aluminum is often found The mechanical properties of aluminum that are lightweight and rust resistant are among the reasons aluminum is often used for certain raw materials. However, the mechanical properties of aluminum if the levels are pure will not  be  suitable for the purpose of use, because the value of hardness is very small. Therefore aluminum to add mechanical properties need to be added to other alloy compounds. This study focused on the addition of magnesium (Mg) and Zeng (Zn) alloys with 3 variations, namely the first variation of aluminum 100%, the second variation of aluminum 95%, magnesium 2.5%, zinc 2.5%, third variation of aluminum 90%, magnesium 5%, 5% zinc. From the results of the hardness test, tensile test and impact test, the highest value  is  found  in  the  third  variation.  Whereas  for  the  third  specimen metallographic test porosity occurs slightly due to the uniformly distributed filler and matrix
Keyword: Powder Metallurgy; Mechanical property; Aluminum; Magnesium; Zinc;

## I. PENDAHULUAN
Penggunaan aluminum sering dijumpai Sifat mekanik aluminium yang ringan dan tahan karat menjadi salah alassan alumunium sering digunakan untuk bahan baku tertentu. Namun sifat mekanik alumunium jika kadarnya murni akan tidak sesuai dengan tujuan pengguaan, karena nilai kekerasannya sangat kecil. Maka dari itu aluminium untuk menambah sifat mekaniknya perlu ditambahkan senyawa senyawa paduan lainnya
Pada penelitian sebelumnya Mugiono [1] meneliti pengaruh penambahan mg terhadapa sifat kekerasan dan kekuatan impak serta struktur mikro pada paduan alumunium berbasis piston bekas. Penilitian tersebut bervariasi antara Mg(0%,5%, 10%, 15%). Penelitian tersebut membuktikan bahwa terjadi peningkatan hasil uji kekerasan dan hasil impak setiap penambahan magnesium. Hasil uji membuktikan bahwa semakin bertambahnya magnesium struktur semakin rata sehingga sifat mekaniknya meningkat.
Penambahan unsur seng (Zn) yang dilakukan oleh Bondan [2] pada  Al-Zn-6Mg mempngaruh sifat mekanik. Penambahan Zn dari 5 wt% menjadi 9 wt% menghasilkan peningkatan kekerasan dan terjadi prose pengerasan pengendapan sehingga akan meningkatkan ketangguhan impak komposit[2]
Berdasarkan senyawa unsur kimia magnesium dan seng yang dapat meningkatkan sifat mekanik alumunium maka penulis mencoba melakukan penilitian dengan judul “Pengaruh Variasi Campuran Serbuk Aluminium (Al), Magnesium (Mg), Dan Seng (Zn) Terhadap Sifat Mekanik Logam Dengan Metode Metalurgi Serbuk”

## II. TEORI DASAR

## 2.1 Metalurgi Serbuk
Metalurgi serbuk adalah metode yang terus dikembangkan dari proses manufaktur yang dapat mencapai bentuk komponen akhir dengan mencampurkan serbuk secara bersamaan dan dikompaksi dalam cetakan, dan selanjutnya disinter di dalam furnace (tungku pemanas)[3]
Prinsip  ini  adalah  memadatkan  sebuk  logam  menjadi  bentuk  yang  dinginkan  dan kemudian  memanaskannya di bawah temperatur leleh. Sehingga partikel-partikel logam memadu  karena  mekanisme  transportasi  massa  akibat  difusi  atom  antar  permukaan partikel.  Metode  metalurgi serbuk  memberikan kontrol yang teliti terhadap komposisi dan penggunaan  campuran  yang  tidak  dapat  difabrikasi  dengan  proses  lain.  Sebagai  ukuran ditentukan  oleh  cetakan  dan  penyelesaian  akhir  Proses pemanasan yang dilakukan harus berada di bawah titik leleh serbuk  material  yang  digunakan.  Setiap  proses  dalam pembuatan metalurgi serbuk sangat mempengaruhi kualitas akhir produk yang dihasilkan

## 2.2 Komposit
Material komposit didefinisikan sebagai campuran makroskopik antara serat dan matrik yang bertujuan untuk menghasilkan suatu material baru yang memiliki sifat dan karakteristik yang berbeda dari unsur penyusunnya.

## Gambar 2.1 Komposit

## 2.3 Pengujian

## 2.3.1 Pengujian Kekerasan
Pengujian kekerasan merupakan pengujian yang mengukur ketahanan suatu material terhadap adanya deformasi plastis pada suatu titik tertentu. Pengujian kekerasan adalah sederhana, sehingga banyak dilakukan dalam pemilihan bahan. Ada beberapa macam alat penguji kekerasan sesuai dengan:  bahan,  kekerasan,  ukuran,  dan  lain  –  lain.Ada  beberapa macam alat penguji kekerasan yang dipergunakan sesuai dengan: bahan, kekerasan, ukuran,
dan lain – lain. Cara – cara pengujian kekerasan adalah sebagai berikut.
Gambar 2 Teknik pengujian kekerasan[4]
Didunia teknik, umumnya pengujian kekerasan menggunakan 4 macam metode pengujian kekerasan, yakni:
1. Brinell (HB/BHN)
2.
Vickers (HV/VHN)
3. Knoop (HK/VHN) 4. Rockwell (HR/RHN)

## 2.3.2 Pengujian Tarik
Untuk mengetahui sifat dari suatu material maka diperlukan suatu pengujian, salah satu pengujian yang paling sering dilakukan  yaitu uji  tarik ( tensile test ). Pengujian ini memiliki  fungsi untuk mengetahui tingkat kekuatan suatu material dan untuk mengenali karakteristik pada material tersebut. Prinsipnya, uji tarik ini dilakukan menggunakan mesin yang dapat memberikan gaya  tarik  yang  cukup  kuat  pada material dan  juga  memberikan cengkraman  yang  kencang  sehingga material tidak  terlepas  ketika  diberikan  gaya  tarik. Ada  banyak  hal  yang  bisa  didapatkan  dari  uji  tarik, dengan memberikan gaya tarik pada material sampai putus maka semua susunan struktur material bisa diketahui dengan jelas sehingga dapat menentukan kualitas dari material tersebut. Bahan atau material yang sering dijadikan objek untuk uji tarik adalah rubber dan logam. Kedua bahan ini memiliki sifat yang berbeda dari setiap prosesnya. Misalkan, sifat rubber dan logam sebelum dipanaskan pasti  memiliki  perbedaan  ketika  sudah  dipanaskan.  Penggunaan  Hukum Hooke ( Hooke’s Laws pada Uji Tarik).Uji tarik memiliki prinsip dasar dari hukum hooke ( hooke’s law ) dimana regangan ( strain ) dan rasio tegangan ( stress ) adalah konstan.Sehingga hubungan dari strain dan stress dapat dirumuskan menjadi[5] :

## E=σ/ε… (2.3)
2.3.3 Pengujian Impact
Adalah  pengujian dengan menggunakan pembebanan yang cepat ( rapid loading ). Dalam Pengujian  Mekanik,  terdapat  perbedaan  dalam  pemberian  jenis  beban  kepada
material .  Uji  tarik,  uji tekan, dan uji punter adalah pengujian yang menggunakan beban statik. Sedangkan uji  dampak ( fatigue ) menggunakan jenis beban dinamik. Pada uji dampak, digunakan pembebanan yang cepat ( rapid loading ). Perbedaan dari pembebanan jenis ini dapat dilihat pada strain rate . Pada pembebanan cepat atau disebut dengan beban dampak, terjadi proses penyerapan energi yang besar dari energi kinetik suatu beban yang menumbuk ke spesimen. Proses penyerapan energi ini, akan diubah dalam berbagai respon material seperti deformasi plastis, efek histerisis, gesekan, dan efek inersia[6].
2.3.4. Pengujian Metalografi
Struktur mikro merupakan struktur yang dapat diamati dibawah mikroskop optik. Meskipun dapat pula diartikan sebagai hasil dari pengamatan menggunakan scanning electron microscope (SEM). Mikroskop optik dapat memperbesar struktur hingga 1500 kali.Struktur mikro suatu logam dapat diramalkan melalui diagram fasanya.Dengan melihat diagram fasa, kita dapat mengetahui komposisi daripaduan, dan juga mengetahui pada temperatur berapa butir akan tumbuh.Setelah benda uji sruktur mikro mengalami proses deformasi dan perlakuan panas, butir-  butirakan mengalami perubahan bentuk dan ukuran[7] Melakukan pemolesan secara bertahap hingga lebih halus dari 0,5 mikron. Proses ini biasanya dilakukan dengan menggunakan ampelas secara bertahap dimulai dengan grid yang kecil (100) hingga gird yang besar (2000). Dilanjutkan dengan pemolesan oleh mesin poles dibantu dengan larutan pemoles[8].

## III. Metodologi Penilitian
3.1 Prosedur Penelitian
Gambar 4 Tahapan Penelitian & Pengujian
Keterangan:
1. Proses Pengadukan Serbuk
2. Proses Pencetakan (kompaksi)
3. Hasil Setelah dicetak
4. Proses Pemanasan (sintering)
5. Spesimen
6. Pengujian Impak
7. Pengujian Tensil
8. Pengujian Kekerasan
9. Pengujian Metalografi

## 3.2 Prosedur Pengujian

## 3.2.1 Proses penimbangan serbuk
Bahan  yang  digunakan  untuk  proses  pembuatan  metal matrix  composite pada eksperimen  ini  terdiri dari serbuk aluminium, serbuk magnesium ,  serbuk seng. Masing- masing bahan tersebut akan ditimbang dengan menggunakan timbangan digital yang telah disediakan. Berikut prosesnya:
a. Timbang bahan aluminium 100 %.
b. Timbang bahan aluminium 95%, magnesium 2.5%, seng 2.5%.
c. Timbang bahan aluminium 90%, magnesium 5%, seng 5%.

## 3.2.2 Proses Pengadukan Serbuk
Proses pengadukan serbuk ini dilakukan di Laboratorium Foundri, Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara. Adapun prosedur yang dilakukan pada proses pengadukan serbuk ini adalah sebagai berikut:
1 Siapkan  mesin  pengaduk  untuk  proses  pencampuran  serbuk  aluminium,  serbuk magnesium dan serbuk seng yang sudah ditimbang sesuai kadar yang diinginkan.
2 Siapkan bahan yang sudah di timbang dan masukan ke wadah pengaduk untuk dicampur.
3 Hidup kan mesin pengaduk  dengan waktu kurang lebih 30 menit, dan proses ini dilakukan sebanyak serbuk yang diinginkan
4 Setelah sudah tercampur masukkan kedalam wadah masing – masing sesuai variasi.

## 3.2.3. Proses Kompaksi
Spesimen akan di cetak dengan menggunakan mesin kompaksi. Campuran Aluminium , Magnesium dan Seng (100:0:0,95:2.5:2.5 ,90:5:5%) dituangkan ke dalam cetakan, kemudian dilakukan proses compacting selama 10 menit dengan beban 10 ton. Kemudian setelah 10 menit cetakan diangkat dan dipindahkan dari mesin press . Dan serbuk
yang  sudah  ditekan  dikeluarkan  dari cetakan dengan perlahan, agar bentuk tidak hancur karena masih bersifat rapuh tidak terlalu keras. Selanjutnya akan dilakukan proses sintering dengan suhu 570 derajat celcius dan selanjutnya akan dilakukan proses pengujian. Tekanan pemadatan  yang  diperlukan  tergantung  pada  jenis  serbuk  yang digunakan, dalam hal ini aluminium memiliki nilai yang berkisar antara 70 – 275 Mpa (5 – 20 ton - force ).

## 3.2.4 Proses Sintering
Serbuk yang telah dicetak pada mesin kompaksi dengan tekanan 10 ton selanjutnya akan disintering. Suhu sintering yang digunakan pada penelitian ini adalah 90 % dari titik leleh alumunium yaitu  pada  suhu  570  detajat celcius dengan  waktu  penahanan  sintering dilakukan  selama 2 jam menggunakan furnace . Setelah 2 jam specimen dikeluarkan dari furnace dan specimen dibiarkan hingga suhu ruangan, pada tahap ini specimen sudah mengeras dengan baik, selanjutnya akan dilakukan proses machining , untuk menyesuaikan ukuran dengan ASTM untuk dilakukan pengujian.
Untuk material komposit, temperature sinter yang digunakan adalah temperatur sinter dari matriks sebesar 70%-90% dari titik lebur bahan, dalam hal ini untuk bahan aluminium dengan titik lebur 660°C, temperatur sinternya berkisar antara 460°C hingga 590°C.

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Uji kekerasan, Hasil Uji Tarik dan Hasil Uji
Tabel 1 Hasil Uji kekerasan Tabel 2 Uji Tarik
Matrix Filler Matrix Filler Matrix Filler
Tabel 3 Hasil Uji Impact 4.2

## Hasil Pengujian Metalografi
Gambar 5 Struktur mikro dengan variasi komposisi 1
Gambar 6 Struktur mikro dengan variasi komposisi 2
Dapat dilihat pada gambar 7 tersebut memperlihatkan hasil pengujian mikrosturktur pada pembesaran 100x yaitu campuran aluminium yang mengandung SiC dan 5% magnesium dan 5% seng. Dari gambar tersebut, terlihat perbedaan pada matriks dan filler , terlihat filler semakin  banyak dibandingkan  dengan  gambar  5  dan  6  dan  juga  semakin banyak terjadi penumpukan. Nilai porositas pun lebih baik dari variasi 1 dan variasi 2
Porositas merupakan persentase perbandingan volume kosong (rongga) dengan volume benda padatnya. Ada dua jenis porositas, yakni porositas terbuka dan porositas tertutup. Pada porositas tertutup, rongga di dalam suatu benda tidak dapat ditembus oleh air, sehingga  pengukuran porositas tertutup sulit dilakukan. Sedangkan porositas terbuka mempunyai akses dengan permukaan luar meskipun rongga berada di tengah-tengah benda. Pada pengujian mikrostruktur, dari  gambar  diatas  dapat  dilihat  penyebaran  pada  penguat SiC,  Mg  dan  Zn  di  setiap  spesimen Metal Matrix Composite (MMC). Dari setiap variasi komposisi yang berbeda, semakin banyak pada campuran penguat Mg dan Zn maka semakin banyak penyebaran serbuk penguat terlihat pada foto mikrostruktur, sehingga nilai porisitas semakin kecil

## V. KESIMPULAN DAN SARAN

## 5.1 Kesimpulan
1  Adapun hasil uji kekerasan, uji tarik dan uji impak setiap variasi spesimen diuraikan sebagai berikut:
a. Nilai kekerasan yang diperoleh paling tinggi secara rata rata adalah specimen dengan variasi 3 (Al 90%: Mg 5%:Zn5%) sebesar 64.2 BHN dan nilai kekerasan terendah didapat pada spesimen variasi 1 (Al:100% Mg 0%:Zn0%) sebesar 46,5 BHN .
b. Nilai uji tarik yang diperoleh paling tinggi secara rata rata adalah specimen dengan variasi 3 (Al 90%: Mg 5%:Zn5%) sebesar 13.2 Kgf/mm2 dan nilai kekerasan terendah didapat pada spesimen variasi 1 (Al:100%:Mg 0%:Zn0%) sebesar 8,4 Kgf/mm2.
c. Nilai uji impak yang diperoleh paling tinggi secara rata rata adalah specimen dengan variasi 3 (Al 90%: Mg 5%:Zn5%) sebesar 3,1J dan nilai kekerasan terendah didapat pada spesimen variasi 1 (Al:100%:Mg 0%:Zn0%) sebesar 1,8J
2. Dari hasil penelitian pembuatan komposit matriks logam berpenguat keramik Al dan silicon carbide melalui metode metalurgi serbuk, maka dapat ditarik kesimpulan bahwa :
1. Pada pengujian mikrostruktur didapat sebagai berikut :
a. Pada pengujian mikrostruktur dengan perbandingan komposisi variasi 1 (Al:100%:Mg0%:Zn0%) dilihat pada gambar nampak perbedaan antara matrix dan filler tersebar dan juga terjadi porositas gambar
b. Pada pengujian mikrostruktur dengan perbandingan variasi 2 (Al 95%: Mg 2,5%:Zn 2,5%) dilihat pada gambar nampak perbedaan antara matrix dan filler tersebar dan porositas yang terjadi lebih sedikit di bandingkan dengan variasi 1 (Al:100%:Mg0%:Zn0%)
c. Pada pengujian mikrostruktur dengan perbandingan komposisi variasi 3 (Al 90%:
Mg 5%:Zn5%) dilihat pada gambar nampak perbedaan antara matrix dan filler tersebar dan porositas yang terjadi lebih sedikit bandingkan variasi 2 (Al 95%: Mg 2,5%:Zn 2,5%) dan variasi 1 variasi 1 (Al:100%:Mg0%:Zn0%)

## 5.2 Saran
Pada penelitian yang sudah dilakukan, terdapat saran untuk proses penelitian lebih lanjut dalam pembuatan komposit matriks logam (MMC) aluminium menggunakan campuran magnesium dan seng disarankan :
1. Karena keterbatasan alat uji melaografi yang disediakan, diharapkan selanjutnya dapat menggunakan alat uji microscope test dengan pembesaran grid yang lebih baik.
2. Diharapkan  penilitian  ini  menjadi  tahap  awal  dari  penilitian  selanjutnya  tentang pengembangan sifat mekanik paduan alumunium

## REFERENSI
[1] Mugiono, Lagiyono, Rusnoto. Pengaruh Penambahan Mg Terhadap Sifat Kekerasan Dan Kekuatan Impak Serta Struktur Mikro Pada Paduan Al-Si Berbasis Material Piston Bekas.
Jurnal Teknik Mesin, 2013 :1-6
[2] Bondan Tiara Sofyan dkk. Pengaruh Penambahan Unsur Paduan Zn Terhadap Kinerja Balistik Komposit Matriks Al-Zn-6mg Berpenguat Partikel Silikon Karbida.Departemen Teknk Metalurgi dan material, Fakultas Teknik Universitas Indonesia 2012
[3] Nurun Nayiroh. “Metalurgi Serbuk” . http://nurun.lecturer.uin
malang.ac.id/wpcontent/uploads/sites/7/2013/03/METALURGI- SERBUK.pdf (diakses 15/06/2019 pukul 17.00)
[4] Suresh, S., Mortensen A. dkk N..Fundamentals of Metal Matrix Composites, London: Butterworth – Heinemann;1993.
[5] William  D.  Callister.  Materials  Science  and  Engineering  An  Introduction  6th edition.
Singapore: Example Product Manufacturer;2003
[6] Smallman   &   Bishop.  Materials  Science  and   Engineering  1st  edition  .
Singapore: Butterworth-Heinemann;1995.
[7] Alamsyah, M. F. Laporan Praktikum Struktur Dan Sifat Mekanik,.Universitas
Diponegoro, Semarang;2008.
[8] Randall M German.Sintering Theory and Practice.New York: Wiley-Interscience;1996