## PENGARUH UNSUR ALUMINIUM DALAM KUNINGAN TERHADAP KEKERASAN, KEKUATAN TARIK, DAN STRUKTUR MIKRO
Eko Nugroho
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Univ. Muh Metro Jl. Ki Hajar Dewantara no 115 Metro
E-mail exonugros@yahoo.co.id

## Abstrak
Kuningan yang merupakan logam non ferro banyak digunakan dalam industri. Kuningan merupakan logam paduan tembaga dan seng dengan lebih dari 50 % tembaga dan seng sebagai logam pemadu utama. Penambahan unsur aluminium pada kuningan bertujuan untuk meningkatkan kekerasan dan kekuatannya.  Pelaksanaan  penelitian,  aluminium  akan  dicampurkan  kedalam  kuningan  dengan komposisi 1 % dan 3 % saja. Untuk menambahkan unsur aluminium kedalam kuningan dilakukan proses  pengecoran.  Pengujian  dilakukan  dengan  mempersiapkan  tiga  buah  spesimen  dengan komposisi  yang  berbeda  yaitu  kuningan  tanpa  penambahan  unsur  aluminium,  kuningan  dengan penambahan  1%  unsur  aluminium,  dan  kuningan  dengan  penambahan  3%  unsur  aluminium. Kemudian  dilakukan  pengujian  kekerasan,  kekuatan  tarik,  dan  metallografi  terhadap  benda  uji sehingga  didapat  data  dari  pengujian  yang  dilakukan.  Hasil  penelitian  dapat  diketahui  bahwa penambahan  unsur  aluminium    mengakibatkan  kuningan  mengalami  peningkatan  kekerasan  dan kekuatan. Nilai kekerasan menjadi meningkat dari 91,152 VHN sampai 95,693 VHN, kekuatan tarik menjadi meningkat dari 26,274 kgf/mm 2 sampai 27,229 kgf/mm 2 . Hasil pengamatan struktur mikro didapat besar butir kuningan menjadi lebih halus.
Kata Kunci : Aluminium, Kuningan, Kekerasan, Uji Tarik, Uji Struktur Mikro.

## Pendahuluan
Seiring  dengan  perkembangan  IPTEK yang sedemikian pesat dewasa ini , merupakan tantangan bagi bangsa Indonesia dalam rangka mensukseskan  pembangunan  nasional  yang salah  satu  titik  beratnya  adalah  dibidang industri.  Pemilihan  bermacam-macam  ragam bahan  atau  material  logam  yang  biasa dipergunakan sebagai bahan industri  menjadi fenomena didalam proses produksi. Pemilihan material tidak hanya berdasarkan pertimbangan  teknik  semata  tetapi  dari  segi ekonomisnya perlu dipertimbangkan . Penentuan  material  yang  tepat  pada  dasarnya merupakan  kompromi  antara  berbagai  sifat bahan yang dapat memenuhi syarat yang telah ditentukan  .  Hal  ini  telah  memacu  para  ahli dibidang metallurgi untuk menciptakan teknologi meningkatkan kemampuan material sesuai  manfaat  yang  diinginkan  untuk mencapai hasil yang optimal. Guna menunjang teknologi  tersebut,  keberadaan  logam  sangat
penting  untuk  menunjang  sektor  industri, terutama logam non ferrous.
Salah  satu  logam  non  ferrous  yang digunakan sebagai komponen-komponen mesin  maupun  kerajinan  adalah  kuningan. Kuningan  merupakan  paduan  tembaga  dan seng  dengan  lebih  50  %  tembaga,  dan  seng sebagai logam paduan utama.
Kuningan  banyak  digunakan  karena kuningan  mempunyai  ketahanan  korosi  dan ketahanan  aus  yang  baik.  Selain  itu  mampu cornya  juga  baik,  sehingga  bahan  ini  banyak digunakan.  Dalam  kesempatan  ini  akan dilakukan  penelitian  dan  percobaan  dengan menambah aluminium pada proses pengecoran sebagai bahan pengikat pada kuningan.
Karena  itu  perlu  dilakukan  analisa seberapa  besar  pengaruh  unsur  aluminium dalam  kuningan  terhadap  perubahan  sifat mekanik dari kuningan tersebut. Hal ini sangat diperlukan  untuk  mengetahui  gejala  yang timbul  terhadap  perubahan  sifat  mekanik kuningan  sehingga  penggunaan  kuningan dalam berbagai bidang industri dapat lebih.

## Tinjauan Pustaka

## Kuningan
Kuningan  merupakan  paduan  dari tembaga  (Cu)  dengan  seng  (Zn).  Perubahan prosentase  Zn  dalam  paduan  tersebut, menyebabkan perubahan sifat-sifat dari kuningan tersebut, baik fisik maupun mekanik.
Untuk mendapatkan kuningan
istimewa  maka  ditambahkan  logam-logam tertentu. Logam-logam yang biasa ditambahkan  atau  dipadukan  pada  kuningan antara lain : Aluminium ( Al ), Plumbum ( Pb), Mangan ( Mn ),  Nikel  ( Ni ), dengan maksud untuk mendapatkan sifat-sifat yang diinginkan.
Berdasarkan  diagram  fasa  Cu-Zn dengan presentase  Zn ≤ 40%, maka kuningan dikelompokkan menjadi dua macam, yaitu :
1. Kuningan  α  ,  dengan  fasanya  α    dan mengandung  ± 39 % Zn.
2. Kuningan α  + β, dengan fasanya α  + β, yang  mempunyai  rasio  60  :  40  untuk kandungan Cu dan Zn.
Gambar. 1

## Struktur Mikro Kuningan

## Aluminium
Aluminium  merupakan  unsur  yang berlimpah  yang  ada  di  bumi  ini    dan terdapatnya  selalu  berupa  kombinasi  dengan unsur  lain.  Bauksit  merupakan  salah  satu senyawa  yang  didalamnya  terdapat  unsur aluminium.  Berat jenis  aluminium  sekitar 2,7 kg/dm 3 dan  memiliki  titik  lebur  660 0 C. Aluminium merupakan logam ringan mempunyai  ketahanan korosi  yang baik,  oleh sebab itu paduan aluminium  terutama dipakai pada industri pesawat terbang.

## Sifat-sifat Fisik Aluminium
Aluminium memiliki beberapa kombinasi sifat-sifat teknik yang
menyebabkan    dipilihnya  aluminium  untuk bahan teknik, antara lain :
1. Berat jenis 2,7 kg/dm 3
Keadaan  ini  membuat  aluminium termasuk dalam logam ringan . Oleh karena itu banyak  digunakan  pada  konstruksi  yang ringan, seperti bagian-bagian pesawat terbang dan alat transportasi lainnya.
2. Tahan korosi.
Sifat  tahan  korosi  pada  aluminium diperoleh karena terbentuknya oksida aluminium  pada  permukaan  aluminium. Lapisan  ini  akan  melekat  pada  permukaan dengan kuat sehingga akan melindungi bagian dalam.
3. Sifat penghantar panas yang baik.
4. Sifat penghantar listrik
5. Titik cair aluminium 660 0 C

## Penguatan dengan Penghalusan Butir
Secara mikrostruktur, logam tersusun dari butir-butir logam yang memiliki orientasi tertentu.  Antara  butir  yang  satu  dengan  butir yang  lain  dibatasi  oleh  batas  butir  (  grain boundary).  Butir  (grain)  adalah  sekumpulan partikel-partikel logam yang memiliki orientasi  kristal  yang  sama.  Makin  banyak partikel-partikel  yang  terkumpul  pada  suatu lokasi dengan arah orientasi kristal yang sama maka makin besarlah butir tersebut.
Batas  butir  merupakan  bidang  yang membatasi antara partikel-partikel logam yang berbeda  orientasinya.  Butir  yang  memiliki diameter sampai 10 mikron disebut butir halus. Diameter butir sampai 50 mikron disebut butir sedang  dan  lebih  dari  50  mikron  biasanya disebut butir kasar.
Besar butir logam sangat menentukan sifat
mekaniknya. Persamaan yang menghubungkan antara diameter butir dengan kekuatan  luluh  bahan  (yield)  logam  dikenal dengan Persamaan Hall-Petch. σy = σi + k D -1/2 ( Lit 9  hal 286) Dimana :  σy   =   Tegangan luluh Σi  =  Tegangan  gesekan,  yang
menyatakan  tahanan  kristal keseluruhan
terhadap pergerakan dislokasi
k  =   Konstanta  pengunci,  yang mengukur pengaruh penguatan  relatif  dari  batas butir
D   =  Diameter butir. Dari  persamaan  di  atas  terlihat  bahwa dengan semakin halusnya butir maka kekuatan luluh bahan akan semakin tinggi. Hal ini dapat dimanfaatkan  untuk  metoda  penguatan  bahan dengan  mekanisme  penguatan  besar  butir (Grain  Size  Strengthening).  Mekanisme penguatan  dengan  penghalusan  butir  dapat dilakukan  dengan  berbagai  cara  diantaranya adalah :
1. Penambahan unsur paduan (alloying) 2. Deformasi plastis (work hardening)
3. Perlakuan panas

## Gambar 2 Batas butir menghalangi slip

## Metode Penelitian
Pada  bagian  ini  akan  diuraikan mengenai
metode penelitian yang
dilaksanakan  menurut  diagram  alir  pada gambar 3.
Gambar 3 Diagram Alir Metode Penelitian

## Bahan dan Alat
Peralatan  dan  bahan  yang  dibutuhkan untuk melaksanakan penelitian ini dapat dibagi menjadi beberapa bagian sebagai berikut : A. Bahan
Bahan  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  adalah  kuningan  dan aluminium . B. Peralatan  untuk  mengecor  kuningan, yaitu : a. Dapur  kowi,  digunakan  untuk memanaskan dan melebur kuningan hingga   suhu pengecoran b. Kowi  ,  yang  berfungsi  sebagai penampung cairan logam c. Batang  karbon,  yang  berfungsi untuk mengaduk coran d. Cetakan,  yang  berfungsi  untuk membentuk spesimen
e. Peralatan pelengkap lainnya
BAHAN SPESIMEN UJI

## PROSES PENGECORAN
PENGUJIAN - Uji Kekerasan - Uji Tarik - Uji Metallografi ANALISA DAN PEMBAHASAN KESIMPULAN DAN SARAN

## C. Peralatan pengujian
a. Alat  uji  kekerasan  Vickers  type VKH-2E,Cap=50 kgf
b. Mesin uji tarik type RAT-30P Cap 30 Tf
c. Mikroskop optik type PME 3-11 B
/ 312 B Olympus Optical Co. LTD.

## Proses Pembuatan Benda Uji
Berdasarkan aliran proses pada pembuatan  coran,  langkah  pertama  yang dilakukan  adalah  menentukan  bahan  baku. Bahan baku  yang digunakan adalah kuningan dan  aluminium  dengan  perbandingan  sebagai berikut :
Tabel. I. Perbandingan Komposisi Kuningan

## Dan Aluminium
No Kuningan Aluminium ( % ) Gram ( % ) Gram 1 100 1000 0 0 2 99 990 1 10 3 97 970 3 30

## Pembuatan Pola
Pola  merupakan  bentuk  tiruan  dari benda kerja  yang sebenarnya  yang digunakan untuk  membuat  rongga  cetakan.  Bahan  pola yang sering digunakan adalah kayu (termasuk plastik ) dan logam.
Pola yang digunakan dalam pembuatan spesimen  ini  adalah  pola  logam  dengan pertimbangan  agar  dapat  menjaga  ketelitian ukuran  benda  cor  dan  penanganan  cetakan menjadi lebih mudah. Gambar 4 menunjukkan bentuk  dan  ukuran  dari  pola  yang  akan digunakan .
Gambar 4 Bentuk Dari Pola Logam

## Hasil dan Pembahasan
Hasil  dari  penelitian  dapat  diketahui besarnya pengaruh penambahan unsur Aluminium  terhadap  kekerasan  dan  kekuatan kuningan.  Data  yang  diperoleh  dari  hasil pengujian yang dilakukan selanjutnya dianalisa  dan  disimpulkan.  Dimana  dari  hasil pengujian mengenai pengaruh unsur aluminium  terhadap  sifat  mekanik  kuningan didapat  dua  bentuk  data,  yaitu  data  nilai kekerasan  dan  data  kekuatan  tarik  pada kuningan setelah dilakukan penambahan unsur aluminium dengan persentase yang berbeda.
Data Pengujian Kekerasan
Gambar 5 Grafik Kekerasan Rata-Rata Spesime n

## Data Pengujian Tarik
Tabel II. Data Hasil Pengujian Tarik

## Hasil Pengamatan Metallografi
Untuk  mengetahui  perbedaan  struktur  mikro tiap  spesimen  terhadap  pengaruh  aluminium yang  ditambahkan  kedalam  kuningan,  maka dilakukan pengamatan metallografi.
85 87 89 91 93 95 97 99 1 2 3 4 5 6 Titik Pengukuran K e k e r a s a n V H N Al 0 Al 1 Al 3
Pengamatan  ini  dilakukan  dengan menggunakan mikroskop optik type PME 3-11 B/312B Olympus Optical Co.ltd terhadap tiap spesimen  yang  dipoles  dan  dietsa  dengan larutan 80ml HNO 3 dan 40ml aquades.

## Struktur Mikro Tiap Spesimen
Gambar yang dihasilkan dari spesimen adalah sebagai berikut:
(a) (b) (c)

## X
Gambar 6 Struktur Mikro Kuningan Tanpa Penambahan
Unsur Aluminium (a). 0%, (b). 1%, (c). 3%

## Pembahasan
Dari  penelitian  ini  dapat  diketahui pengaruh  penambahan  unsur  aluminium terhadap  perubahan  kekerasan  dan  kekuatan kuningan. Penelitian ini juga  memperlihatkan perubahan struktur mikro kuningan yang telah dicampur dengan unsur aluminium.
Pada  pengujian  kekerasan  diperoleh data  bahwa  spesimen  kuningan  mengalami peningkatan  kekerasan  setelah  dilakukan penambahan unsur aluminium. Pengerasan ini dapat  terjadi  karena  dislokasi  mengalami kesulitan untuk bergerak dari satu butir ke butir lainya.  Nilai  kekerasan  menjadi  meningkat dari 91,152 VHN sampai 95,693 VHN.
Hasil  yang  diperoleh  dari  pengujian tarik  menunjukkan  bahwa  kekuatan  tarik
kuningan meningkat dengan adanya tambahan unsur  aluminium.  Hal  ini  dapat  disebabkan karena terhambatnya gerak dislokasi oleh batas butir  yang  akan  menimbulkan  konsentrasi tegangan  pada  ujung  kelompok  penumpukan dislokasi  karena  pengaruh  tegangan  dari  luar dan cukup untuk memicu sumber di butir-butir di sekitarnya. Ada beberapa cara partikel halus dapat  bertindak  sebagai  penghalang  terhadap dislokasi.  Partikel  itu dapat  bertindak sebagai partikel  kuat  yang  tak  mudah  terpotong, dimana dislokasi hanya dapat bergerak dengan perubahan  tajam  dalam  lengkungan  garis dislokasi,  sedangkan  dilain  pihak  partikel tersebut  dapat  bertindak  sebagai  partikel koheren,  dimana  dislokasi  dapat  lewat  tetapi hanya pada tingkat tegangan jauh diatas yang diperlukan  untuk  menggerakkan  dislokasi. Dari  hasil  penelitian  didapat  kekuatan  tarik kuningan  menjadi  neningkat  dari  26,274 kgf/mm 2 sampai 27,229 kgf/mm 2 .
Konsentrasi  fasa  pada  struktur  mikro kuningan tampak lebih menyebar merata yang disebabkan  penambahan  unsur  aluminium. Penyebaran  ini  menjadikan  batas  butir kuningan menjadi lebih halus.

## Kesimpulan
Dari hasil pengujian tarik menunjukkan bahwa  kuningan  yang  diberi  tambahan  unsur aluminium  ternyata  mengalami  peningkatan kekuatan  bila  dibandingkan  dengan  kuningan tanpa  unsur  aluminium.  Hal  ini  dapat disebabkan karena terhambatnya gerak dislokasi  oleh  batas  butir  yang  akan menimbulkan  konsentrasi  tegangan  pada penumpukan dislokasi.
Peningkatan  kekerasan  pada  kuningan dengan penambahan unsur aluminium disebabkan  karena  dislokasi mengalami kesulitan untuk bergerak dari satu butir ke butir lainnya.
Dari pengujian struktur mikro didapatkan  hasil  butiran  yang  lebih  halus dengan penambahan unsur aluminium  dalam kuningan,  serta  terlihat  konsentrasi  fasa  yang terbentuk lebih menyebar.

## Daftar Pustaka
[I]. Tata  Suardia  dan  Kenji  Chijiwa,  “ Teknik Pengecoran Logam “, Pradnya
Paramita, Jakarta, 1986.
[II]. Sriati Djaprie, “ Teknologi Mekanik “, Erlangga, Jilid I, 1990.
[III]. Van  Vlack  dan  Sriati  Djaprie,  “  Ilmu Dan  Teknologi  Bahan  “,  Erlangga,
Jakarta, 1987.
[IV]. Tata  Suardia  dan S.  Saito,  “ Pengetahuan Bahan Teknik “, Pradnya Paramita, Jakarta, cetakan kedua.
[V]. George  E.  Dieter,  “  Metallurgi Mekanik  “,  Erlangga,  Jakarta,  1990,
Edisi ketiga.
[VI]. Earl R. Parker, “ Materials Data Book “, Mc Graw Hill, California,1967.
[VII]. Smith, “Materials Science and
Engineers  Series  –  Structure  and Properties  of    Engineering  Alloys”,
McGraw Hill, 1993, Second Edition.
[VIII]. S.  Grabowski  and  P.  Entel,  “ Elementary Diffusion Processes In Cu- Zn-Al  Alloy  “,  Universitat  Duisburg,
Germany.
[IX]. R.E.  Smallman,  “  Metallurgi  Fisik Modren”, PT. Gramedia, Jakarta, 1991, Edisi keempat.
[X]. K.J. Pascoe, “ An Introduction To The Properties  Of    Enginering  Material,”
Van Mostrand Reinhold Co, Ltd, 1978, Third Edition.