ISSN: 2527-6212, Vol. 2 No. 2, pp. 74-80                                                                                Accepted : 2017-10-20 © 2017 Pres Univ Press Publication, Indonesia

## PENGARUH PENAMBAHAN Cu PADA CAIRAN Al Sn TERHADAP KEKERASAN LAPISAN INTERFACE KRUSIBEL BAJA
Andi Priyanto 1,a , Dody Prayitno 1
1 Program Sarjana Teknik Mesin, Universitas Trisakti
a andi.priyanto_19@yahoo.com
Abstrak. Baja  sering  digunakan  sebagai  krusibel  dalam  dunia  pengecoran  logam.  Penelitian  ini bertujuan  untuk  mengetahui  efek  dari  cairan  paduan  aluminium  terhadap  kekerasan interface baja krusibel  tersebut.  Metodenya  diawali  dengan  meleburkan  aluminium,  tembaga,  dan  timah  sesuai varian masing – masing dengan suhu 700 o C, lalu dilakukan pengadukan pada cairan tersebut selama 15  menit  dan  dilakukan  penahanan  pada  suhu  tersebut  selama  30  menit.  Dari  penelitian  ini disimpulkan  bahwa  penambahan  Cu  (10%  dan  20%)  pada  cairan  Al-Sn-Cu  menyebabkan  nilai kekerasan pada daerah lapisan interface namun kenaikan tersebut tidak terlalu signifikan.
Kata kunci. AlSn, Cu, interface, dan Metalografi
Abstract. Steel  is  often  used  as  crucial  in  the  world  of  metal  casting.  This  study  aims  to determine the effect of aluminum alloy fluid on the hardness of the crucible steel interface. The method  begins  with  melting  aluminum,  copper,  and  tin  according  to  each  variant  with  a temperature of 700oC, then stirring on the liquid for 15 minutes and holding it for 30 minutes. From  this  research  it  is  concluded  that  the  addition  of  Cu  (10%  and  20%)  in  Al-Sn-Cu  fluid causes hardness value at the interface layer area but the increase is not very significant.
Keywords. AlSn, Cu, interface, and Metallography

## Pendahuluan
Krusibel  baja  sering  digunakan  oleh  penggemar  pengecoran  aluminium.  Penelitian  ini bertujuan  untuk  mengetahui  komposisi  aluminium  paduan  terhadap  kekerasan  lapisan  interface pada  krusibel  baja.  Sejak  berabad  lalu  aluminium  telah  memiliki  arti  penting  dalam  sejarah perkembangan  manusia.  Aluminium  merupakan  unsur  yang  terdapat  melimpah  di  alam  dan berperan  membuat  kehidupan  manusia  lebih  nyaman  dan  mudah.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk mengetahui  efek  dari  penambahan  Cu  pada  cairan  paduan  aluminium  terhadap  kekerasan  apisan interface krusibel baja.

## Studi Pustaka
Senyawa Intermetalik di daerah Antarmuka ( interface )
Proses  terbentuknya  lapisan  interface  FeAl  juga  terjadi  pada  proses  aluminizing.  Walaupun Aluminium memiliki suhu lebur 660 o C, dan ferrous adalah 1539 o C, namun demikian berdasarkan diagram fasa Fe-Al terlihat bahwa ferrous dapat dipadukan dengan aluminium menjadi intermetalik Fe-Al melalui proses aluminizing.
Pada  daerah interface, senyawa  intermetalik  adalah  hasil  dari  pembentukan  dari  dua  logam yang  berdifusi  satu  sama  lain  pada  saat  proses  perlakuan  panas.  Secara  teoritis,  pertumbuhan senyawa  intermetalik  adalah  hasil  difusi  satu  material  ke  material  lain  yang  melalui  kekosongan kristal yang disebabkan oleh cacat, kontaminasi, kotoran, batas butir dan tegangan mekanik.

## Journal of Mechanical Engineering and Mechatronics 2017

## Aluminium
Aluminium  murni  merupaan  logam  yang  mempunai  sifat  mudah  di  fabrikasi,  lunak,  tahan korosi,  mempunyai  massa  jenis  yang  rendah  dengan  penampilan  luar  bervariasi  antara  keperakan hingga  abu-abu,  tergantung  kekasaran  permukaannya.  Tipe  aluminium  yang  digunakan  pada penelitian ini yaitu tipe 6061 T6.

## Tembaga (Cu)
Tembaga  memiliki struktur kristal  kubik  pemusatan sisi.  Berat  jenisnya  adalah 8,94  gram/cm 3 dan  mempunyai  titik  lebur  1085 o C.  Tembaga  sangat  mudah  dibentuk  dan  bersifat  sangat  ulet ( ductile )  serta  sangat  mudah  dicanai  ( rolling ).  Konduktifitas  termal  dari  Cu  yang  sangat  baik dikombinasikan  dengan  kemampuan  mudah  dibentuk  dan  ketahanan  korosi  yang  baik menjadikannya  logam  industry  utama.  Tembaga  murni  mempunyai  permukaan  berwarna  jingga kemerahan, namun sebagian besar paduan Cu tidak bisa di tingkatkan nilai kekerasan nya dengan menggunakan metode heat treatment dan harus menggunakan pengerjaaan dingin.

## Timah Putih (Sn)
Timah  putih  merupakan  logam  yang  lunak,  berkilau,  dan  logam  yang  mempunyai  titik  lebur yang  rendah.  Sn  juga  mempunyai  ketahanan  terhadap  korosi  yang  baik.  Cairan  Sn  juga  dapat digunakan  pada  permukaan  logam  lainnya  sebagai  pelapis  tahan  korosi.  Meskipun  Sn  murni mempunyai struktur yang sangat lemah, tetapi Sn dapat digunakan sebagai tambahan paduan untuk mengeraskan  logam  lainnya,  seperti  Cu,  Pb,  Ti,  dan  Zr.  Penambahan  unsur  Sn  ini  biasanya digunakan  untuk  pembuatan bearing dan bushing yang  dimana  nilai  gesekan,  kelelahan  material dan ketahanan terhadap korosi menjadi hal yang penting.

## Mekanisme Penguatan Logam
Kemampuan dari logam untuk mengalami deformasi tergantung pada kemampuan pergerakan dislokasi.  Membatasi  gerakan  dislokasi  akan  membuat  material  menjadi  lebih  kuat.    Terdapat  3 metode mekanisme peningkatan kekuatan material yaitu:

## 1. Grain Size Reduction
2. Solid Solution Alloying
3. Precipation hardening

## 1. Grain Size Reduction
Penghalusan  butir  adalah  salah  satu  cara  yang  efektif  bagi  penguatan  yang  dihasilkan  dengan menghalangi pergerakan dislokasi di sekitar batas butir. Dengan mengecilnya ukuran dari butir akan meningkatkan batas butir per unit volume dan mengurangi garis edar bebas dari slip berkelanjutan. Pergerakan  ini  membutuhkan  tegangan  yang  tinggi  untuk  membuka  atau  menghasilkan  suatu dislokasi  baru  pada  butir  berikutnya.  Gambar  2.6  menunjukan  pengaruh  dari  batas  butir  terhadap pergerakan dislokasi.

## Gambar 1. Batas butir sebagai penghalang dalam menghalangi dislokasi

## 2. S olid Solution Alloying
Solid Solution Alloying dibagi menjadi 2 jenis yaitu:
1. Substitutional  Solid  Solution yaitu  Atom  logam  induk  dan  atom  logam  paduan  yang mempunyai ukuran yang sama akan menggantikan posisi dari atom logam induk pada struktur kristal nya.
Gambar 2. Substitution Solid Solution
2. Interstitial  Solids  Solution yaitu  Atom  logam  paduan  yang  mempunyai  ukuran  lebih  kecil daripada atom logam induk akan menempati ruang ruang diantara atom logam induk.

## Journal of Mechanical Engineering and Mechatronics 2017
3. Precipation Hardening
Precipation hardening adalah proses pengerasan paduan logam dengan menyebarkan partikel- partike  halus  secara  merata,  dengan  proses  penuaan  ( aging )  yang  sebelumnya  telah  mengalami proses pelarutan ( solution treatment ) dan pecelupan cepat ( quenching ).
Syarat precipation hardening:

## 1. Merupakan logam paduan
2. Batas kelarutan padat harus berkurang dengan turunnya temperatur

## Metode Penelitian
Diagram  alir  penelitian  dapat  dilihat  pada  Gambar  3.1.  Sampel  aluminium  (Al),  tembaga (Cu) dan timah putih (Sn) ditimbang sesuai dengan variasi penelitian. Sampel dilebur didalam dapur peleburan. Paduan aluminium cair kemudian dituang kedalam cetakan baja yang didalamnya sudah terdapat  batang  baja.  Batangan  baja  akan  terlapisi  paduan  aluminium  cair,  setelah  campuran membeku  kemudian  dipotong  untuk  dijadikan  sampel  pengujian  kekerasan  dan  metalografi.  Hasil pengujian kemudian dianalisis untuk kemudian dibuat kesimpulan.
Gambar 4. Diagram alir penelitian

## Journal of Mechanical Engineering and Mechatronics 2017

## Proses Kerja Setiap Tahapan
1. Sampel aluminium, tembaga, dan timah disiapkan dalam bentuk padatan
2. Sampel tersebut ditimbang dengan variasi komposisi kimia penelitian
3. Setelah sesuai dengan spesifikasi penelitian, padatan tersebut diletakkan di dalam crusibel baja dan dilebur dengan suhu 700 o C bersama dengan cetakan baja tersebut. Setelah suhu mencapai 700 o C proses tersebut ditahan selama 30menit dan pada saat itu dilakukan pengadukkan.
4. Apabila  sampel  tersebut  sudah  larut  sempurna,  sampel  tersebut  didiamkan  di  dalam  cetakan baja dengan suhu ruangan hingga sampel tersebut mengeras.
5. Setelah sampel tersebut mengeras, sampel tersebut dipotong sebesar 5mm untuk diuji.
6. Dalam  pengujian,  pengujian  pertama  yaitu  kekerasan.  Pengujian  kekerasan  yang  digunakan yaitu  dengan  pengujian microhardness  Vickers yang  menggunakan  indentor  piramida  intan dengan beban tertentu.
7. Pengujian kedua  yaitu metalografi dimana pengujian tersebut  bertujuan untuk  melihat struktur mikro  dan  mengenali  fasa-fasa  dalam  struktur  mikro  tersebut.Tahapan-tahapan  untuk melakukan  pengujian  metalografi  adalah cutting (pemotongan), grinding yaitu  proses meratakan sampel dengan kertas amplas anti air mulai dari kekerasan 200 sampai 1500, selama proses grinding diberi  air  untuk  mencegah  terjadianya  oksidasi  pada  permukaan  sampel, selanjutnya dilakukan polishing yaitu menghilangkan goresan pada permukaan sampel dengan kain  bludru  ( polishing  cloth )  dan  pasta  diamond,  selanjutnya  dilakukan etching yaitu memberikan cairan etsa yaitu 78atal pada permukaan sampel, lalu sampel disiram menggunakan air  sehingga  dapat  memunculkan  gambar  struktur  mikro  dengan  jelas,  dan  yang  terakhir  yaitu viewing atau pengamatan pada sampel menggunakan mikroskop optic dan mikroskop electron. 8. Data-data  yang  didapat  pada  proses  pengujian  dianalisa  dan  dibuat  simpulan  dari  hasil pengujian tersebut.

## Hasil dan Pembahasan

## Hasil uji kekerasan Base Metal
Pada komposisi Al 90%, Sn 10% dan Cu 0%, diperoleh kekerasan Base Metal rata-rata sebesar 173 Hv. Pada komposisi Al 80%, Sn 10% dan Cu 10%,diperoleh kekerasan Base Metal sebesar 190 Hv.  Sedangkan  pada  komposisi  Al  70%,  Sn  10%  dan  Cu  20%,diperoleh  kekerasan  Base  Metal sebesar 176 Hv.
Penambahan 10% Cu mengakibatkan terjadi kenaikan kekerasan dari 173 Hv menjadi 190 Hv atau naik sebesar 9.8%, sedangkan penambahan 20% Cu mengakibatkan terjadi kenaikan kekerasan dari  173  Hv  menjadi  176  Hv,  atau  naik  sebesar  1.7%.  Karena  kedua  penambahan  tersebut  diatas mengalami kenaikan kekerasan dibawah 10% maka penambahan Cu pada cairan Aluminium tidak berdampak pada peningkatan kekerasan Base Metal Baja.

## Hasil uji kekerasan Base Metal
Pada komposisi Al 90%, Sn 10% dan Cu 0%, diperoleh kekerasan pada lapisan Interface rata- rata  sebesar  174  Hv.  Pada  komposisi  Al  80%,  Sn  10%  dan  Cu  10%,  diperoleh  kekerasan  pada lapisan  Interface  rata-rata  sebesar  195  Hv.  Sedangkan  pada  komposisi  Al  70%,  Sn  10%  dan  Cu 20%,diperoleh kekerasan pada lapisan Interface rata-rata sebesar 191 Hv.
Penambahan 10% Cu mengakibatkan terjadi kenaikan kekerasan dari 174 Hv menjadi 195 Hv atau  naik  sebesar  12.1%,  sedangkan  penambahan  20%  Cu  mengakibatkan  terjadi  kenaikan kekerasan dari 174 Hv menjadi 191 Hv, atau naik sebesar 9.8%.
Terjadi  kenaikan  kekerasan  Lapisan  Interface  diatas  10%,  namun  kekerasan  tersebut  hanya terjadi pada  pada  komposisi Al 80%, Sn 10% dan Cu 10%, sedangkan pada komposisi Al 90%, Sn 10% dan Cu 0% dan Al 70%, Sn 10% dan Cu 20% mengalami kenaikan kekerasan masih dibawah 10%.
Ratio perbedaan kekerasan antar sampe tidak terlalu signifikan, hasill perbandingannya dapat dilihat pada grafik berikut ini

## Gambar 1. Grafik ratio kenaikan kekerasan lapisan

## Hasil Uji Metalografi
Pada komopsisi Al 90%, Sn 10% dan Cu 0% terlihat pada Gambar 4.6 dimana grain size nya lebih  besar  dan  mempunyai  beberapa  komposisi  penyusun  nya  seperti  Lapisan  Interface,  Base Metal,  sedangkan  pada  Gambar  4.7  dengan  pembesaran  500x  dapat  terlihat  unsur  penyusunnya seperti Perlite (P) dan Ferite (α) dan lapisan interface nya.
Pada komopsisi Al 80%, Sn 10% dan Cu 10% terlihat pada Gambar 4.8 dimana grain size nya lebih kecil dan hanya terlihat komposisi Base Metal sedangkan Lapisan Interface nya tidak terlihat secara  jelas.  Pada  Gambar  4.9  dengan  pembesaran  500x  dapat  terlihat  unsur  penyusunnya  seperti Perlite (P) dan Ferite (α) tetapi Lapisan Interface nya tidak tampak secara jelas.
Pada komopsisi Al 80%, Sn 10% dan Cu 10% terlihat pada Gambar 4.10 dimana grain size nya lebih kecil dan hanya terlihat komposisi Base Metal sedangkan Lapisan Interface nya tidak terlihat. Pada  Gambar  4.11  dengan  pembesaran  500x  dapat  terlihat  unsur  penyusunnya  seperti  Perlite  (P) dan Ferite (α) tetapi Lapisan Interface nya tidak tampak.
(a) (b) (c)
Gambar 5 (a) Struktur mikro pada Cu 0%, (b) Struktur mikro pada Cu 10%,
(c) Struktur mikro pada Cu 20%

## Kesimpulan
Bedasarkan hasil penelitian, dapat diambil kesimpulan mengenai pengaruh Cu terhadap paduan Al-10%Sn yang bersentuhan dengan krusibel baja di daerah interface adalah
 Penambahan Cu sampai dengan 20% terhadap nilai kekerasan pada daerah interface baja yang bersentuhan dengan paduan aluminium tidak terlalu signifikan yaitu sekitar 1%.
 Pada daerah base metal dan interface memiliki peningkatan nilai kekerasan yaitu pada paduan Al-10%Sn kenaikan sebesar 0,5%. Pada paduan Al-10%Sn-10%Cu kenaikan sebesar 2,7%, dan pada paduan Al-10%Sn-20%Cu kenaikan sebesar 2,8%.
 Pada penelitian ini metode pelapisan yang dilakukan tidak memunculkan senyawa intermetalik pada krusibel baja di daerah antarmuka ( interface ).

## Daftar Pustaka
[1]  I  Made  Pasek  Kimiartha,  “  Pengaruh  Penambahan  tembagan  (Cu)  terhadap  sifat  mekanik  dan struktur  miko  pada  paduan  aluminium  silikon  (Al-Si)  melalui  proses  pengecoran”.  Laporan Tugas Akhir, ITS, Surabaya, 2015.
[2]   J.  G.  Kaufman,  E.  L.  Rooy,  Aluminum  Alloy  Castings  -  Properties,  Processes  And Applications, 2004.
[3]   Dody Prayitno, Jurnal Penelitian dan Karya Ilmiah Lemlit USAKTI 01 (01), 2016.