## PENGARUH PERTAMBAHAN TiB PADA KOMPOSIT Al7Si–SiC TERHADAP STRUKTUR MIKRO
Lilin Hermawati Program Studi Teknika STIMART “AMNI” Semarang Email: linhermawati80@gmail.com

## Iman Mujiarto
Program Studi Teknika STIMART “AMNI“ Semarang Email: imnmu@yahoo.com
Padang Yanuar Program Studi Teknika STIMART “AMNI“ Semarang Email: padang_yanuar@yahoo.co.id

## ABSTRAK
Metal  Matrix  Composite  Method (MMC)  menjadi  bahan  pertimbangan  setiap  peneliti  dalam melakukan pengecoran. Atau sering disebut dengan pencampuran matrik paduan dan matrik murni untuk menghasilkan bahan campuran yang lebih baik. Sifat aluminium yang ringan, tahan terhadap korosi serta mudah  dibentuk,  aluminium  banyak  dipergunakan  untuk  beberapa  penelitian  dan  produksi,  namun  dari beberapa  proses  pengecoran  banyak  sekali  kendala  untuk  pencampuran  matrik Al  dan  beberapa  matrik lainnya. Maka dalam penelitian ini penulis mencoba dengan Proses Stir Casting agar mendapat hasil yang homogen dalam pencampuran SiC dengan komposit Al7Si dengan diberi serbuk SiC dengan penambahan 5%, 7,5% dan 10%  sebagai penguat. Serbuk SiC mempunyai sifat yang tidak homogen dengan permukaan SiC  yang  tidak  bisa  membasahi  oleh  matrik  cair.  Selain  SiC  sebagai  penguat  pada  penelitian  ini  juga menambahkan TiB 1%  yang  berfungsi  penghalus butir.  Dari penelitian ini penulis  melakukan beberapa pengujian untuk mengetahui hasil dari pencampuran matrik yang ada. Pengujian yang dilakukan struktur mikro, densitas, kekerasan dan potensial.
Kata kunci: metal matrix composite method ; pengadukan semisolid; s tir casting; grain refinement .

## ABSTRACT
In the study discuss about Metal Matrix Composite Method (MMC) which is so material consideration of each researcher in doing the casting. Or ofter called by mixing the matrix of alloys and pure matrices to produce better mixtures.  But with its lightweight Aluminum properties, resistant to corrosion and easily formed. Aluminum is widely used for some research and production. But from some casting process there are many obstacles for mixing matrix Al and some other matrices. So in this study the authors tried with Semi Solid Stir Casting Process to get homogeneous results in SiC mixing with AlSi composites with SiC powder, but SiC powder has non homogeneous properties with SiC surface that can not be moistened by liquid matrix. In this study used Al7Si as its metric material and SiC particles as SiC 5%, 7.5% and 10% and  TiB  1%.  In  this  process  to  determine  the  physical  and  mechanical  properties  of  the  AlSi-TiB-SiC composite, some tests were tested, the porosity test, and the hardness test.
Keywords: metal matrix composite; stirring semisolid; stir casting; grain refinement.

## 1. PENDAHULUAN
MMC memadukan sifat mekanik matrik paduan dengan hasil ulet dan tangguh. Dengan melihat sifat dari MMC, maka perkembangan yang sangat pesat di dalam proses pencampuran komposit matrik logam dan matrik yang lain. Namun proses pencampuran partikel keramik ke dalam matrik cair mempunyai dua kelemahan  adalah  matrik  keramik  tidak  terbasahi  permukaan  matrik  cair,  dan  yang  kedua  adalah  ada kecenderungan  partikel  keramik  mengendap  atau  terapung.  Namun  semua  tergantung  dari jumlah  berat
jenis apabila lebih besar atau lebih kecil dari metrik cair. Soe,Y.H [1] meneliti tentang pengecoran MMC mempergunakan stir  casting  semi  solid yang  memiliki  tujuan  supaya  matrik  aluminium  akan  mudah bercampur dengan SiC dan TiB menghasilkan komposit yang baik dengan penyebaran SiC yang merata dan homogeny serta TiB dapat membasahi permukaan matrik cair dan sebagai penghalus butir. Hashim [2] meneliti partikel SiC dengan matrik AlSi7Mg2, mendapat hasil dengan menambah SiC sebagai bahan penguat dapat meningkatkan sifat kekerasannya, ketangguhan serta kekuatan tariknya akan meningkat  pada  pemberian  penambahan  SiC  sampai  10%  dan  dapat  menurun  pada  15%  SiC  yang dicampurkan. Dengan pedoman hasil penelitian tersebut maka, pada penelitian ini mencoba dengan SiC dari 0,5%, 7,5% dan 10%. Li Jian-guo [3] meneliti dengan variasi 0.2%, 0.5%, 1% mempunyai ukuran butir semakin kecil. Pada penelitian Bhusab Rajsh Kumar [4] juga mempergunakan master alloys 10% mendapat hasil  ukuran  butir  semakin  kecil.  Mondal  [9]  meneliti  dengan  penambahan  15 TiB  ukuran  butir  55µm menghasilkan butir yang lebih halus mencapai 83%. Sehingga pada penelitian ini menggunakan 1% TiB berharap mendapat hasil butiran  kecil seperti penelitian sebelumnya.
Penelitian Jokhio M.H [5] menggunakan metode stir casting pada pengecoran logam cair dan matrik memiliki beberapa keuntungan yang dapat digunakan, karena hasil yang diperoleh begitu sama dengan apa yang akan kita produksi. Pada pengecoran ini yang pertama kali dilakukan adalah persiapan bahan yang akan dilebur pada alat Semi Solid Stir Casting adalah Al ingot dan Al-TiB. Bahan tersebut dipotong dengan mesin potong dengan ukuran kecil sekitar 2-3 cm.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN

## 2.1 Proses Persiapan Bahan
Prosedur  penelitian  ini  dilakukan  seperti  terlihat  pada  diagram  alir  dalam  gambar  1  di  bawah  ini. Bahan yang dipergunakan adalah komposit MMC terhadap bahan utama pada aluminium A356 (Al7Si) yang didapat dari PT. Pinjaya Logam. Pemilihan bahan utama ini mempergunakan bahan tersebut dengan cara survei ke beberapa tempat dan membaca penelitian sebelumnya dengan beberapa keuntungan yang didapat dengan menggunakan bahan tersebut. Yang pertama  dari bahan utama tersebut adalah komposisi aluminiumnya  mencapai 100%, ringan, tahan korosi dan warna sangat  menarik. Selain mempergunakan AlSi juga memakai serbuk SiC dengan ukuran nesh 400 (37-40µm) sebagai penguat, TiB sebagai grain refinement adapun komposisi masing bahan dapat dilihat pada tabel 1 di bawah ini.

## Tabel 1. Komposisi kimia bahan [pengujian laboratorium]
Bahan Komposisi Kimia (%) Al Si atau SiC Fe Mg Mn TI B Lainnya Al7Si (ingot) 92,39 7,26 0,147 0,07 0,008 - - 0,125 SiC (serbuk) 0,03 98,6 0,1 0,03 - - - 1,24 TiB ( ingot ) 93,70 0,16% 0,16 - - 5 0,98 -
Pada bahan yang sudah diperoleh sesuai dengan komposisi pada tabel 1 di atas. Kemudian bahan yang sudah ada  dipotong  menjadi kecil  yang  memiliki tujuan agar  mempermudah proses pengecoran. Bahan dipotong dengan menggunakan mesin potong. Dari semua bahan yang dipotong dilakukan penimbangan satu persatu bahan yang akan dipergunakan sesuai dengan perhitungan massa variasi komposit yang akan dilakukan pengecoran.

## 2.2 Proses Persiapan Alat
Alat yang dipergunakan dipersiapkan dengan cara alat pengecoran matrik harus dipanaskan terlebih dahulu sebelum dipergunakan. Karena temperatur peleburan yang dipergunakan 700 ⁰ C dengan putaran stir casting mencapai 600 Rpm.

## Gambar 1. Diagram Alir Penelitian

## 2.3 Proses Peleburan Bahan Komposit
Setelah  semua  dipersiapkan,  dimulai  peleburan  semua  bahan-bahan  komposit  yang  sudah dipersiapkan. Pertama bahan yang dileburkan adalah Al7Si terlebih dahulu sampai bahan ingot  melebur atau  mencair  dengan  menggunakan  putaran  mencapai  600  Rpm.  Setelah  ingot  mencair  dilanjutkan penambahan  SiC  dari  0,5%,  7,5%  dan  10%  sesuai  dengan  komposisi.  Setelah  melakukan  pengecoran dengan komposisi pertama selesai sampai komposit tersebut mencair dan tercampur dengan benar. Bahan tersebut  dituang  pada  cetakan  yang  sudah  dipersiapkan  dengan  menggunakan  pendinginan  ruang. Kemudian dilanjutkan lagi dengan peleburan ingot Al7Si yang kedua sampai mencair kemudian ditambah dengan TiB dengan komposisi 1% sampai tercampur, setelah itu dilanjutkan pencampuran SiC dari 0,5%, 7,5% dan 10% sesuai dengan komposisi yang kedua yang diperlukan.
Pemotongan  spesimen  yang  sudah  jadi  dengan  ukuran  potong  harus  disesuaikan  agar  mudah pengerjaan pengujian berikutnya. Spesimen tersebut dipotong dengan ukuran 20 x 20 x 20 mm disesuaikan pengujian  yang  akan  dilakukan  selamjutnya.  Pengujian  yang  dilakukan  adalah  pengujian  densitas, porositas, kekerasan dan uji struktur mikro untuk melihat penghalusan butir. Pengujian tersebut pertama terlebih  dahulu  pengujian  densitas  dengan  menimbang  sampel  uji  di  udara  dan  di  dalam  air.  Pada perhitungan nilai densitas aktual dan densitas teoritis menggunakan persamaan sebagai berikut:
Mulai Persiapan alat dan bahan
Pemotongan dan penimbangan Pemanasan ingot pada suhu 200° Celcius Stir casting dan pemanasan cetakan pada suhu 200° Celcius AlSi, TiB1%, SiC5% AlSi, TiB1%, SiC7,5% AlSi, TiB1%,
SiC10% Peleburan metode semi solid stir casting Pemotongan Spesimen Uji struktur mikro dan SEM Uji densitas dan porositas Analisa data dan pembahasan Kesimpulan Selesai Penuangan Uji kekerasan Uji tarik Komposisi AlSi, TiB1%, SiC5%, SiC7,5%, SiC10%

## Densitas Aktual
ρ m = m s ( m s -m g ) xρ H 2 O (1)
Densitas Teoritis
ρ th = V f Al. ρ Al +V f TiB. ρ TiB + V f SiC. ρ SiC
(2)
Pada rumus diatas  adalah massa jenis teoritis masing-masing bahan. Sedang harga densitas aktual (  aktual), setelah itu dibandingkan dengan densitas teoritis untuk mendapatkan nilai porosiats dari hasil pengecoran dengan memeliki persamaan sebagai berikut :
P= Dteoritis-Daktual Dteoritis x 100% (3)
Untuk P adalah suatu porositas dari hasil pengecoran yang telah dilakukan sebelumnya.
Setelah dilakukan pengujian densitas, dilanjutkan uji kekerasaan Rockwel B (HBR) yang berpedoman standar [6][8]. Di dalam pengujian kekerasaan ini spesimen yang akan dipergunakan 3 buah, bagian yang akan di uji adalah bagian atas, tengah, dan bawah dengan menggunakan alat uji kekerasan Rockwell HR- 150A.  Persiapan  bahan  dengan  cara  permukaan  spesimen  dihaluskan  dengan  mesin  poles,  kemudian dilakukan pengujian dengan 3 kali langkah penekanan identor untuk setiap spesimennya.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Densitas dan Porositas
Pada  pengujian  yang  telah  dijelaskan  diatas,  diperoleh  hasil  pengujian  densitas  dan  perhitungan porositas yang telah dilakukan sebelumnya dan dilakukan perhitungan yang dilakukan. Hasil yang dibahas disini matrik Al7Si dan Al7SiTiB yang diperkuat partikel SiC yang dapat dilihat pada tabel 2 dan tabel 3 di bawah ini:
Tabel 2. Hasil Uji Densitas AlTiB Densitas (g/cmᵌ) AlTiB/SiC Densitas (g/cmᵌ) Al7Si1 2,65 Al7Si1TiB + SiC 0% 2,67 Al7Si1 2,70 Al7Si1TiB +SiC 5% 2,71 Al7Si1 2,71 Al7Si1TiB+ SiC 7,5% 2,72 Al7Si1 2,73 Al7Si1TiB + SiC 10% 2,74

## Tabel 3. Hasil Perhitungan Porositas
AlTiB Porositas (%) AlTiB/SiC Porositas (%) Al7Si1SiC 0,4 Al7Si1TiB + SiC 0% 1,13 Al7Si1SiC 0,49 Al7Si1TiB +SiC 5% 1,30 Al7Si1SiC 1,47 Al7Si1TiB+ SiC 7,5% 1,36 Al7Si1SiC 3,99 Al7Si1TiB + SiC 10% 3,75

## Gambar 2.  Grafik Densitas Al7Si dan Densitas Al7SiTiBSiC

## Gambar 3. Grafik Porositas Al7Si dan Porositas Al7SiTiBSiC
Dari data densitas dan porositas komposit dapat dilihat pada gambar 2 dan gambar 3 di atas, bahwa komposit Al7SiTiBSiC dengan persen SiC 5%, 7,5% dan 10% memiliki densitas yang meningkat seiring bertambahnya  SiC  yang  ditambahkan  ke  dalam  komposit  tersebut.  Namun  pada  penambahan  SiC  10% penambahan  menjadi  2,74 dibanding  dengan  komposit Al7Si  densitasnya  2,73%.  Jadi  dengan  kata  lain komposit yang dibuat mengalami peningkatan dengan bertambahnya SiC.
Sedangkan  pada  perhitungan  porositas  yang  ada  di  dalam  komposit  Al7SiTiBSiC  dengan menggunakan stir casting , pada penelitian sebelumnya menurut Hashim [7] memberi pernyataan porositas sering sekali terjadi pada proses stir casting karena adanya reaksi kimia yang ada pada bahan komposit tersebut dan alat stir casting atau pengaduknya. Karena reaksi kimia yang ada dengan partikel penguat dan matrik  tersebut  yang  menghasilkan  bertambahnya  gas  dan  pada  saat  pengadukan  sering  terjadi permasalahan yaitu mariknya bertambah seiring dengan penambahan jumlah gas yang ada.

## 3.2 Uji Kekerasan
Setelah  dilakukan  uji  densitas  dan  perhitungan  porositas,  selanjutnya  pengujian  kekerasan  matrik Al7Si  dan    komposit Al7SiTiBSiC.  Pengujian  kekerasan  menggunakan  standar ASTM  E 18-1  [8]  yang dilakukan dengan Rockwel B (HRB). Hasil pengujian kekerasan yang telah dilakukan dapat dilihat pada tabel 4 dibawah ini.
2,67 2,71 2,72 2,74 2,65 2,7 2,71 2,73 2,6 2,62 2,64 2,66 2,68 2,7 2,72 2,74 2,76 0 5 7,5 10 grafik densitas Al7SiTiBSiC grafik densitas Al7SiC SiC ( Wt %) De n sita s (g /cm 3 ) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 0 5 7,5 10 grafik porositas Al7Si grafik porositas Al7SiTiBSiC P o ro sitas ( % )
SiC ( Wt %)

## Tabel 4. Hasil Pengujian Kekerasan Al7Si dan Al7SiTiBSiC
Matriks Kekerasan (HRB) Komposit Kekerasan (HRB) Al7Si 58,6 Al7SiTiB +SiC 0% 71,3 Al7Si 71,7 Al7SiTiB + SiC 5% 73,4 Al7Si 72,2 Al7SiTiB + SiC 7,5% 74,1 Al7Si 73,2 Al7SiTiB + SiC 10% 78,4

## Gambar 4. Grafik Kekerasan Al7Si dan Kekerasan Al7SiTiBSiC
Dari hasil pengujian kekerasan yang telah dilakukan seperti terlihat pada tabel 4 dan gambar 4 diatas, bahwa  pada  komposit  dengan  penambahan  SiC  5%  kekerasannya  meningkat  73,4%.  Namun  dengan penambahan  TiB  kekerasan  meningkat  menjadi  78,4%.  Hasil  ini  seperti  penelitian  Saheb  [10]  dan Viswanatha [11] dengan penambahan SiC 5% nilai kekerasannya menjadi meningkat.

## 3.3 Uji Struktur Mikro
Dari keterangan di atas dengan penambahan TiB akan mempunyai hasil penghalusan butir. Jadi dari beberapa teori dan jurnal sebelumnya, maka pada pengujian yang dilakukan dengan penambahan TiB pada struktur mikro akan terlihat penghalusan butir tersebut.  Seperti terlihat pada gambar 5 struktur mikro di bawah ini:
(a) (b)
Gambar 5. Struktur mikro komposit Al7SiTiB1% (a) 0%, (b) 5 % SiC
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 5 7,5 10 K ek er a sa n ( H RB ) SiC ( Wt % ) Al7Si Al7SiTiBSiC

## (c) (d)
Gambar 5. Struktur mikro komposit Al7SiTiB1% (c) 7,5% SiC, (d) 10 % SiC
Dari  gambar  5  diatas pada  komposit Al7SiTiBSiC  dapat  terlihat  bahwa  dengan penambahan SiC pada gambar (b, c dan d) terlihat warna abu–abu yang berbentuk bulat tidak beraturan. Maka bisa dijabarkan bahwa  penambahan SiC pada  penelitian ini  membuktikan  penyebarannya  dapat  membasahi  matrik cair. Sedangkan penambahan TiB 1% memiliki hasil terdapat penghalusan butir yang dapat terlihat pada gambar (a, b, c, d).

## 4. KESIMPULAN
Dengan  hasil-hasil data  yang  sudah didapatkan di dalam pengujian desintas,  perhitungan  porositas dan uji kekerasan dapat disimpulkan beberapa hal antara lain:
a) Densitas  komposit  yang  bermatrik  aluminium  akan  meningkat  dengan  penambahan  SiC  dari  0% sampai semakin meningkat dengan SiC 10%. Namun dengan matrik diberi TiB 1% lebih meningkat densitas dan diberi penambahan SiC 10%
b) Pada porositas yang ada pada matrik diberi penambahan SiC dari 0% ke 10% juga meningkat menjadi 3,99% porisitas yang terjadi. Tapi matrik diberi TiB 1% dan SiC dari 0% sampai 10% lebih meningkat dari 1,13% menjadi 3,75%
c) Kekerasan  yang dihasilkan pada komposit bermatrik akan meningkat dengan penambahan SiC dan lebih meningkat lagi dengan matrik dengan diberi TiB1% dan SiC .
d) Pada struktur mikro yang sudah dilakukan terlihat dengan penambahan TiB 1% terdapat penghalusan butir.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]    Soe,Y.H., Kang, C.G., (1995), “The Effect of Aplied Pressure on Particle Dispersion Characteristic and  Mechanical  Properties  in  Melt  Stiring  Squeeze  Cast  SiC/Al  Composites”, J.  Mater  Process Technol , 55, pp.370-379.
[2]      Hashim,  J.,  2001,  “The  Enhancement  of  Wettability  of  SiC  Particles  in  Cast  Aluminium  Matrix Composite, ” Journal of Materials Processing Technology , Ireland, p.329-335..
[3]    LI  Jian-guo,  YE  Wei,  LI  Li,  HUANG  Min.  Preparation  of  AlTiC  Master  Alloy  Under  Ultrasonic Vibration [ P]. CN 200410103904.3, 2004.(in Chinese).
[4]     Bhusan Rajesh Kumar, Sudhir Kumar, (2009), Optimisation of Porosity of 7075 Al Alloy 10% SiC Composite Produced by Stir Casting Process Through Taguchi Method , India.
[5]    Jokhio  M.H,  Panhwar  M.I,  Ali  Unar  M.,2011 , “Manufacturing  of  Aluminum  Composite  Material Using Stir Casting Process” , Journal of Engineering & Technology Maher University, 30 -1, pp.53- 64
[6]        ASM  Handbook  Vol  2,  (1990), Properties  and  Selection  Nonferrous  Alloy  and  Special-Purpose Materials , ASM International.
[7]     Hashim, J., Looney, L., Hashmi, MSJ., (1999),  “Metal Matrix Composites: Production by The Stir Casting Method”, Journal of Material Processing Technology , 92-93, pp. 1-7.
[8]      ASTM E18-11,(2012), Standard Test Method for Rockwell Hardness of Metalic Materials
[9]    Mondal.  D.P,  Nidhi  JHA,  Anshul  B.,  (2012),  “Effect  of  Al-TiB  Master  Alloy  Addition  on Microstructure,  Wear  and  Compressive  Deformation  Behavior  of  Aluminium  Alloys”. Trans. Nonferrous Met. Soc ., China 22.
[10]  Saheb, DA. , (2011), “Aluminum Silicon Carbide and Aluminum Graphite Particulate Composites”, Journal of Engineering and Applied Science , 6, pp. 41-46.
[11] Viswanatha, BM., Prasanna Kumar, M., Basavarajappa, S., (2013), “Mechanical Properties Evaluation of A356/SiCp/Gr Metal Matrix Composites”, Journal of Engineering Science and Technology , 8, pp. 754-763.