5
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Pengecoran Lostfoam Pengecoran lost foam (evaporative casting) merupakan salah satu metode logam dengan menggunakan pola polystyrene foam. Metode ini ditemukan dan dipatenkan oleh Shroyer pada tahun 1958 (Shroyer, 1958 dalam Sutiyoko 2011). Pada tahun 1964, konsep penggunaan cetakan pasir kering tanpa pengikat telah dikembangkan dan dipatenkan oleh Smith (Smith, 1964 dalam Sutiyoko 2011). Proses pengecoran lost foam dilakukan dalam beberapa tahap. Pengecoran lost foam yang dikombinasikan dengan pemvakuman cetakan (V-Proses) menjadikan jenis pengecoran ini sebagai salah satu teknologi manufaktur yang sangat baik dan memiliki biaya yang cukup efektif dalam memproduksi benda yang mendekati bentuk bendanya dibanding pengecoran konvesional (Liu,dkk., 2002 dalam Sutiyoko 2011). Vakum proses telah dikembangkan di Jepang pada tahun 1971 dan diperkenalkan pada pengecoran logam saat pertemuan musim semi tahun 1972 (Kumar dan Ghaindhar, 1998 dalam Sutiyoko 2011). Pengecoran lost foam dimulai dengan membuat pola polystyrene foam (styrofoam) dengan kerapatan / massa jenis tertentu sesuai yang direncanakan. Dalam beberapa aplikasi, bagian-bagian pola dilem untuk mendapatkan bentuk keseluruhan dari benda yang komplek. Sistem saluran dirangkai dengan cara dilem menyatu dengan rangkaian pola. Beberapa pola dapat dilakukan pengecoran dengan dirangkai dalam satu sistem saluran. Pola yang telah terangkai dengan sistem saluran diistilahkan dengan cluster (Brawn, 1992 dalam Sutiyoko 2011). Sistem saluran memiliki pengaruh besar terhadap adanya cacat pada benda cor misalnya saluran masuk bawah akan menyebabkan porositas dan cacat lipatan (folded) paling sedikit dibanding saluran samping atau atas (Shahmiri dan Karrazi, 2007 dalam Sutiyoko 2011). Pola dan sistem saluran dilapisi (coating) dengan cara dimasukkan ke larutan pelapis dari bahan tahan panas (refractory) atau larutan refractory tersebut langsung dicatkan pada pola dan sistem saluran lalu dikeringkan. Penambah, pengalir dan saluran masuk ditempatkan pada tempat yang diperlukan (Butler, 1964 dalam Sutiyoko 2011). Cluster yang telah kering diletakkan
6
pada wadah dan pasir silika dimasukkan di sekeliling pola. Pasir yang menimbun pola dipadatkan dengan cara digetarkan pada frekuensi dan amplitudo tertentu. Pasir yang dipadatkan dengan penggetaran densitas pasir meningkat 12,5% dibandingkan tanpa digetarkan (Butler, 1964 dalam Sutiyoko 2011). Pasir dengan ukuran AFS (Average Fineness Number) grain fineness number tertentu akan mengisi bagian-bagian yang kosong dari cluster dan akan menahan cluster saat pengisian logam cair. Pola tersebut dapat dibungkus/ dikapsul dengan dua lapis plastik dan pasirnya divakum. Vakum akan mengeraskan cetakan dan kekerasan cetakan diatas 85 dapat tercapai (Kumar,dkk., 2007 dalam Sutiyoko 2011). Logam cair dimasukkan melalui saluran tuang dan pola akan terurai karena panas logam cair saat masuk ke pola. Hasil uraian pola akan melewati lapisan dan keluar melalui pasir. Setelah cukup dingin, benda cor diambil dan dilakukan perlakuan panas jika diperlukan (Matson,dkk., 2007 dalam Sutiyoko 2011). Perkembangan penggunaan metode pengecoran lost foam mengalami peningkatan cukup besar sejak tahun 1990. Pada tahun 1997 sebanyak 140.700 ton aluminium, besi cor dan baja sudah diproduksi dengan proses pengecoran lost foam (Hunter, 1998 dalam Sutiyoko 2011).
2.1.1 Pola Polystyrene Foam/Styrofoam. Massa jenis dan ukuran butiran polystyrene foam memegang peranan penting dalam pengecoran lost foam. Massa jenis yang rendah diperlukan untuk meminimalisir jumlah gas yang terbentuk pada saat pola menguap. Gas akan keluar ke atmosfer melalui coating/ pelapis dan celah-celah pasir. Pembentukan gas lebih cepat daripada keluarnya gas tersebut ke atmosfer maka akan terbentuk cacat dalam benda cor. Pembentukan gas tergantung pada massa jenis pola polystyrene foam dan temperatur penuangan. Gas terbentuk makin banyak apabila massa jenis pola dinaikkan pada temperatur tuang konstan. Massa jenis pola tetap dan temperatur tuang dinaikkan maka gas akan terbentuk lebih banyak karena pola akan terurai menjadi molekul-molekul yang lebih banyak pada temperatur lebih tinggi. Pengecoran pada baja memerlukan massa jenis polystyrene foam yang lebih rendah dibanding pada pengecoran besi cor kelabu, besi cor bergrafit bulat atau besi cor mampu tempa. Pengecoran besi cor memerlukan massa jenis polystyrene
7
foam lebih rendah dibanding pada pengecoran tembaga dan pengecoran tembaga memerlukan massa jenis polystyrene foam lebih rendah dibanding pada aluminium (Kumar,dkk., 2007 dalam Sutiyoko 2011). Perbandingan luas permukaan dan volume pola harus diperhatikan. Gas yang terbentuk harus keluar melalui coating dipermukaan pola. Ukuran butir polystyrene foam yang lebih kecil akan meningkatkan kehalusan pola dan mampu untuk mengisi tempat-tempat yang sempit dari pola (Sikora, 1978 dalam Sutiyoko 2011). Massa jenis polystyrene foam secara umum berbanding terbalik dengan massa jenis hasil benda cor. Hal ini berarti jika pengecoran menggunakan dengan massa jenis polystyrene foam lebih rendah maka massa jenis benda cor akan lebih tinggi (Kim dan Lee, 2007 dalam Sutiyoko 2011).
2.1.2 Pasir Cetak Pasir cetak dapat digunakan secara terus menerus selama masih mampu menahan temperatur cairan ketika dituangkan (Lal, 1981 dalam Sutiyoko 2011). Pasir silika, pasir zirkon, pasir olivine dan kromate dapat digunakan sebagai pasir cetak pada pengecoran lost foam. Penggunaan pasir yang mahal seperti pasir zirkon dan kromite dapat dilakukan untuk mendapatkan tingkat reklamasi pasir yang tinggi (Clegg, 1985 dalam Sutiyoko 2011). Kekuatan cetakan pasir ditentukan oleh resistansi gesek antar butir pasir. Kekuatan cetakan pasir akan lebih tinggi jika menggunakan pasir dengan bentuk angular walaupun jika menggunakan bentuk rounded/ bulat akan memberikan densitas yang lebih tinggi (Dieter, 1967; Green, 1982 dalam Sutiyoko 2011). Perubahan bentuk pasir dari angular ke rounded akan menaikkan densitasnya sekitar 8-10% (Hoyt,dkk., 1991 dalam Sutiyoko 2011). Densitas pasir cetak dapat ditingkatkan dengan digetarkan. Pasir leighton buzzard dapat dinaikkan densitasnya sebesar 12,5% dengan digetarkan (Butler, 1964 dalam Sutiyoko 2011). Waktu pengisian logam cair ke dalam cetakan akan lebih lama apabila menggunakan pasir cetak yang memiliki ukuran lebih kecil. Kecepatan penuangan semakin besar dengan bertambahnya ukuran pasir cetak (Sands dan shivkumar, 2003 dalam Sutiyoko 2011). Hal ini disebabkan karena rongga-rongga antar pasir akan semakin kecil dengan mengecilnya ukuran pasir sehingga gas hasil degradasi lebih sulit keluar melalui pasir. Pada pengecoran Al- 7%Si, ukuran pasir cetak
8
memiliki faktor dominan dalam menentukan nilai tegangan tarik dan elongasi benda cor (Kumar,dkk., 2008 dalam Sutiyoko 2011). Pemilihan jenis pasir cetak dan metode pemadatan sangat penting untuk mendapatkan permeabilitas yang tepat dan mencegah deformasi pola. Ukuran butir pasir yang dipilih tergantung pada kualitas dan ketebalan lapisan coating. Ukuran butir pasir AFS 30-45 menjamin permeabilitas yang baik untuk pola yang terdekomposisi menjadi gas dan cairan (Acimovic, 1991 dalam Sutiyoko 2011).
2.1.3 Alumunium Aluminium adalah salah satu logam ringan (light metal) dan mempunyai sifat-sifat fisis dan mekanis yang baik, misal kekuatan tarik cukup tinggi, ringan, tahan korosi, formability yang baik dan sebagai penghantar panas/listrik yang baik sehingga banyak digunakan di bidang teknik misal bahan pada struktur pesawat. Aluminium menempati urutan ke-3 dari unsur unsur dalam kerak bumi (crustal abundance) setelah oksigen dan silikon. (Durika,2013)
a. Sifat fisik alumunium Alumunium mempunyai sifat fisik hantaran listrik yang tinggi. Hantaran listrik alumunium kira kira 65% dari hantaran listrik tembaga, tetapi massa jenisnya kira kira sepertiganya
memungkinkan untuk memperluas penampanya, oleh karena itu
alumunium dapat digunakan untuk kabel tembaga. Ketahanan korosi berubah menurut kemurnianya, pada umumnya untuk kemurnian 99,0%
atau diatasnya dapat
dipergunakan di udara dan tahan dalam bertahun tahun. (Durika,2013)
Tabel 2.1 Sifat fisik alumunium.
Sifat Fisik Wujud
Padat
Massa jenis
2,70 gram/cm3
Massa jenis wujud cair
2,373 gram/cm3
9
Titik lebur
933,47 K, 660,32oC
Titik didih
2792 K, 2519oC, 4566oF
Kalor jenis (25oC)
24,2 J/mol K
Resistasi listrik
28,2 n m
Koduktivitas Termal (300K)
237 W/m K
Pemuaian termal (25oC)
23,1 µm/m K
Modulus young
70 Gpa
Modulus Geser
26 Gpa
Poisson ratio
0,35
Kekerasan skala Mohs
2,75
Kekerasan skala Vikers
167 Mpa
Kekerasa skala Brinnel
245 Mpa
Sumber: (Durika,2013) b. Sifat mekanik alumunium. Untuk sifat mekanik sendiri seperti terlihat pada tabel 2.2 tergantung dari seberapa besar kemurnian alumunium itu sendiri, karena untuk mendapatkan alumunium dengan kekuatan mekanik yang baik, dapat menambahkan unsur logam lain sebagai sebagai paduannya, antara lain: Cu, Mg, Zn, Si, Mn, Ni dan sebagainyabaik secara satu persatu maupun besama sama. Berikut adalah tabel sifat sifat mekanik alumunium. (Durika,2013) Tabel 2.2 sifat mekanik alumunium.
Kemurnian Al (%) Sifat – sifat
99,996 Dianil
> 99,0
Kekuatan Tarik (Kg/mm2)
4,9
75% dirol dingin 11,6
Kekuatan luluh (0,2%)(kg/mm2)
1,3
11,0
3,5
14,8
Perpanjangan (%)
48,8
5,5
35
5
Kekerasan Brinnel
17
27
23
44
Sumber: (Durika,2013)
Dianil
H18
9,3
16,9
10
2.1.4 Penuangan Suhu penuangan paduan Al-7%Si yang lebih tinggi akan meningkatkan kekasaran permukaan benda cor. Superheat (suhu diatas temperatur cair) yang lebih tinggi akan menurunkan tegangan permukaan cairan logam, Hal ini akan menjadikan cairan logam mudah terserap ke celah-celah diantara pasir yang menyebabkan kekasaran benda cor meningkat (Kumar,dkk.,2007 dalam Sutiyoko 2011). Temperatur tuang memiliki faktor dominan dalam menentukan nilai tegangan tarik dan elongasi benda cor (Kumar,dkk., 2008 dalam Sutiyoko 2011). Kecepatan penuangan logam cair memiliki pengaruh besar terhadap kualitas benda cor. Kecepatan penuangan aluminium cair berkisar 0,015-0,02 m/s untuk mendapatkan jumlah dan jenis cacat pada benda cor yang minimal (Bates,dkk., 2001 dalam Sutiyoko 2011). Kecepatan pengisian logam dan keluarnya hasil dekomposisi polystyrene foam tergantung pada banyak faktor diantaranya massa jenis foam, ikatan foam, ketebalan coating, temperatur logam dan kecepatan bagian depan logam cair (Bates,dkk., 1995 dalam Sutiyoko 2011). Kecepatan aliran logam meningkat dengan bertambahnya temperatur tuang. Gas tidak terdeteksi sampai pada suhu 525 oC, terdeteksi sepanjang 5 mm pada suhu 750 oC dan lebih panjang dari 2 cm pada suhu 1050 oC (Shivkumar,dkk., 1995 dalam Sutiyoko 2011). Gas yang terbentuk meningkat 230% pada temperatur 750 – 1300 oC (Yao,dkk., 1997 dalam Sutiyoko 2011). 2.1.5 Diagran Fase Paduan Alumunium Silikon
Grafik 2.1 Diagram fasa Al-Si ( Sumber : Tottendan MacKenzie, 2003)
11
2.2 Proses Pengecoran Logam Menurut (Groover,2010). jenis cetakan yang digunakan proses pengecoran dapat diklasifikan menjadi dua katagori : 1. Pengecoran dengan cetakan sekali pakai. 2. Pengecoran dengan cetakan permanen.
2.2.1 Pengecoran Lostfoam (evaporative casting) Pengecoran lost foam (evaporative casting) merupakan salah satu metode logam dengan menggunakan pola polystyrene foam. Metode ini ditemukan dan dipatenkan oleh Shroyer pada tahun 1958 (Shroyer, 1958 dalam Sutiyoko 2011). Pada tahun 1964, konsep penggunaan cetakan pasir kering tanpa pengikat telah dikembangkan dan dipatenkan oleh Smith (Smith, 1964 dalam Sutiyoko 2011). Proses pengecoran lost foam dilakukan dalam beberapa tahap (Gambar 1). Pengecoran lost foam yang dikombinasikan dengan pemvakuman cetakan (V-Proses) menjadikan jenis pengecoran ini sebagai salah satu teknologi manufaktur yang sangat baik dan memiliki biaya yang cukup efektif dalam memproduksi benda yang mendekati bentuk bendanya dibanding pengecoran konvesional (Liu, dkk., 2002 dalam Sutiyoko 2011). Vakum proses telah dikembangkan di Jepang pada tahun 1971 dan diperkenalkan pada pengecoran logam saat pertemuan musim semi tahun 1972 (Kumar dan Ghaindhar, 1998 dalam Sutiyoko 2011). Pengecoran lost foam dimulai dengan membuat pola polystyrene foam (styrofoam) dengan kerapatan / massa jenis tertentu sesuai yang direncanakan. Dalam beberapa aplikasi, bagian-bagian pola dilem untuk mendapatkan bentuk keseluruhan dari benda yang komplek. Sistem saluran dirangkai dengan cara dilem menyatu dengan rangkaian pola. Beberapa pola dapat dilakukan pengecoran dengan dirangkai dalam satu sistem saluran. Pola yang telah terangkai dengan sistem saluran diistilahkan dengan cluster (Brawn, 1992 dalam Sutiyoko 2011). Sistem saluran memiliki pengaruh besar terhadap adanya cacat pada benda cor misalnya saluran masuk bawah akan menyebabkan porositas dan cacat lipatan (folded) paling sedikit dibanding saluran samping atau atas (Shahmiri dan Karrazi, 2007 dalam Sutiyoko 2011).
12
Gambar 2.2 Tahap proses pengecoran lost Foam (Sumber : www.sfsa.org)
Pola dan sistem saluran dilakukan pelapisan (coating) dengan cara dimasukkan ke larutan pelapis dari bahan tahan panas (refractory) atau larutan refractory tersebut langsung dicatkan pada pola dan sistem saluran lalu dikeringkan. Penambah, pengalir dan saluran masuk ditempatkan pada tempat yang diperlukan (Butler, 1964 dalam Sutiyoko 2011). Cluster yang telah kering diletakkan pada wadah dan pasir silika dimasukkan di sekeliling pola. Pasir yang menimbun pola dipadatkan dengan cara digetarkan pada frekuensi dan amplitudo tertentu. Pasir yang dipadatkan dengan penggetaran densitas pasir meningkat 12,5% dibandingkan tanpa digetarkan (Butler, 1964 dalam Sutiyoko 2011). Pasir dengan ukuran AFS (Average Fineness Number) grain fineness number tertentu akan mengisi bagian-bagian yang kosong dari cluster dan akan menahan cluster saat pengisian logam cair. Pola tersebut dapat dibungkus/ dikapsul dengan dua lapis plastik dan pasirnya divakum. Vakum akan mengeraskan cetakan dan kekerasan cetakan diatas 85 dapat tercapai (Kumar, dkk., 2007 dalam Sutiyoko 2011). Logam cair dimasukkan melalui saluran tuang dan pola akan terurai karena panas logam cair saat masuk ke pola. Hasil uraian pola akan melewati lapisan dan keluar melalui pasir. Setelah cukup dingin, benda cor diambil dan dilakukan perlakuan panas jika diperlukan (Matson, dkk., 2007 dalam Sutiyoko 2011). Perkembangan penggunaan metode pengecoran lost foam mengalami peningkatan cukup besar sejak tahun 1990 (Gambar 2). Pada tahun 1997 sebanyak 140.700 ton aluminium, besi cor dan baja sudah diproduksi dengan proses pengecoran lost foam (Hunter, 1998 dalam Sutiyoko 2011).
13
2.3 Uji Tarik Uji tarik adalah pemberian gaya atau tegangan tarik kepada material denganmaksud untuk mengetahui atau mendeteksi kekuatan dari suatu material. Tegangan tarik yang digunakan adalah tegangan aktual eksternal atau perpanjangan sumbu benda uji. Uji tarik dilakuan dengan cara penarikan uji dengan gaya tarik secara terusmenerus, sehingga bahan (perpajangannya) terus menerus meningkat dan teratur sampai putus, dengan tujuan menentukan nilai tarik. Mengetahui kekuatan tarik suatu bahan dalam pembebanan tarik, dimana garis gaya harus berhimpit dengan garis sumbu bahan sehingga pembebanan terjadi beban tarik lurus. Tetapi jika gaya tarik sudut berhimpit maka yang terjadi adalah gaya lentur. Hasil uji tarik tersebut mencatat fenomena hubungan antara tegangan-regangan yang terjadi selama proses uji tarik dilakukan. Mesin uji tarik seringdiperlukan dalam kegiatan engineering untuk mengetahui sifat-sifat mekanik suatu material. Mesin uji tarik terdiri dari beberapa bagian pendukung utama, diantaranya :kerangka, mekanikme pencekam spesimen, sistem penarik dan mekanikme, sertasistem pengukur. Uji tarik banyak dilakukan untuk melengkapi informasi rancangan dasar kekuatan suatu bahan dan sebagai data pendukung bagi spesifikasi bahan. Uji tarik benda uji diberi beban gaya tarik sesumbu yang bertambah secara kontiniu, bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan mengenai perpanjang yang dialami benda uji. ( Salindeho,dkk.,2011.)
2.3.1 Tegangan-Regangan Teknis Sifat-sifat mekanik material yang dikuantifikasikan salah satunya dengan kuat tarik dapat diperoleh dengan pengujian tarik. Pengujian tarik uniaksial atau uji satu arah, benda uji diberi beban atau gaya tarik pada satu arah dan gaya yang diberikan bertambah besar secara kontinu. Benda uji akan bertambah panjang dengan bertambah gaya yang diberikan. Berdasarkan hasil pengujian tarik yaitu berupa data gaya dan perpanjangan, maka dapat dianilisis untuk menentukan tegangan dan regangan secara teknis, ( Salindeho,dkk.,2011.) yaitu persamaannya:
14
2.3.2 Tegangan Teknis Tegangan yang didapatkan dari kurva tegangan teoritik adalah tegangan yang membujur rata-rata dari pengujian tarik. Tegangan tersebut diperoleh dengan cara membagi
beban
dengan
luas
awal
penampang
lintang
benda
uji
itu.
(
Salindeho,dkk.,2011.)
P N ( )....................(2.1) mm2 AO
Dimana, P = gaya yang diberikan pada benda uji (N) AO = luas penampang awal benda uji (mm2) Regangan yang didapatkan adalah regangan linear rata-rata, yang diperoleh dengan cara membagi perpanjangan (gage length) benda uji, dengan panjang awal. ( Salindeho,dkk.,2011.)
L L1 LO .................(2.2) LO LO
Dimana,
L = Pertambahan panjang (mm) L0 = Panjang awal (mm) L1 = Panjang akhir (mm)
Menarik suatu benda uji secara terus menerus sampai putus, akan mendapatkan profil tarikan yang lengkap yang berupa kurva seperti digambarkan pada Gambar 2.2. Kurva ini menunjukkan hubungan antara gaya tarikan dengan perubahan panjang. Profil ini sangat diperlukan dalam desain yang memakai bahan tersebut. Memudahkan pembahasan, Gambar 2.1 dimodifikasi dari hubungan antara gaya tarikan dan pertambahan panjang menjadi hubungan antara tegangan mekanik dan regangan (stress vs strain), ( Salindeho,dkk.,2011.)
15
2.3.3 Tegangan-Regangan Sejati Tegangan-regangan teknik tidak memberikan indikasi karekteristik deformasi yang sesungguhnya, karena kurva tersebut semuanya berdasarkan pada dimensi awal benda uji, sedangkan selama pengujian terjadi perubahan dimensi. Pada tarik untuk logam liat, akan terjadi penyempitan setempat pada saat beban mencapai harga maksimum. Karena pada tahap ini luas penampang lintang benda uji turun secara cepat, maka beban yang dibutuhkan untuk melanjutkan deformasi akan segera mengecil. ( Salindeho,dkk.,2011.)
Gambar 2.3 Kurva tegangan-regangan teknis ( Sumber : fhianunikoe.blogspot.com)
Tegangan-regangan teknik juga menurun setelah melewati beban maksimum. Keadaan sebenarnya menunjukkan, logam masih mengalami pengerasan regangan sampai patah sehingga tegangan yang dibutuhkan untuk melanjutkan deformasi juga bertambah besar. Tegangan yang sesungguhnya adalah beban pada saat manapun dibagi dengan luas penampang lintang benda uji, Ao dimana beban itu bekerja. Teganganregangan rekayasa didasarkan atas dimensi awal (luas area dan panjang) dari benda uji,
16
sementara untuk mendapatkan tegangan-regangan sejati diperlukan luas area dan panjang aktual pada saat pembebanan setiap saat terukur. Perbedaan kedua kurva tidaklah terlampau besar pada regangan yang kecil, tetapi menjadi signifikan pada rentang terjadinya pengerasan regangan, yaitu setelah titik luluh terlampaui. Secara khusus perbedaan menjadi demikian besar di dalam daerah necking (pengecilan penampang). Tegangan-regangan rekayasa, dapat diketahui bahwa benda uji secara aktual mampu menahan turunnya beban karena luas area awal Ao bernilai konstan pada saat penghitungan tegangan P / Ao . Sementara pada kurva tegangan-regangan sejati luas area aktual adalah selalu turun hingga terjadinya perpatahan dan benda uji mampu menahan peningkatan tegangan karena ' P / Ai . ( Salindeho,dkk.,2011.) Hubungan tegangan-regangan sejati dan tegangan-regangan teknis, yaitu dengan persamaan sebagai berikut: ( Salindeho,dkk.,2011.)
(1 ), ( N
)....................(2.3) mm2 1n(1 ), ( o o ).............................(2.4)
Dimana :
tegangan sejati (N/mm2) regangan sejati (%)
17
Gambar 2.4 Perbandingan antara kurva tegangan regangan teknik Dengan kurva tegangan regangan sejati ( Sumber : fhianunikoe.blogspot.com)
2.4 Pengamatan Struktur Mikro Strukturmikro paduan Al-Si terbagi tiga yaitu hypoeutektik, eutektik dan hypereutektik. Hypoeutektik adalah paduan aluminium dengan komposisi silikon dibawah 11.7% (Gambar 2.28.a), eutektik adalah paduan dengan komposisi 11.7-12% (Gambar 2.28.b), dan hypereutektik adalah paduan dengan komposisi silikon diatas komposisi 12% (Gambar2.28.c). Berbagai unsur yang lain seperti Fe, Cu, Mg, Ni, Zn ditambahkan untuk mendapatkan sifat aliran yang baik serta memiliki sifat mekanis yang baik (Ivan dan Suyitno,2009)
Gambar 2.5.Tipe strukturmikro hypoeutektik, eutektik, dan hypereutektik aluminium silikon. (a). Komposisi hypoeutektik paduanA319 ,(b). Komposisi eutektik paduan A339. (c). Komposisi hypereutektik paduan A390 (Sumber : ASM Handbook vol.9 2004 dalam Ivan dan Suyitno,2009).
Daerah didekat komposisi eutektik pada 577°C, 11.7%Si bila dituang dan didinginkan akan didapat serpih Si dalam matriks Al. Eutektik yang terbentuk pada larutan padat 1%Si merupakan silikon murni. Proses pembekuan yang lama pada paduan Al-Si menghasilkan strukturmikro yang sangat kasar dan eutektik terdiri dari Silikon yang berbentuk pelat dengan jumlah yang cukup banyak (ASM Handbook vol.9 2004 dalam Ivan dan Suyitno,2009).
2.5 Pengaruh temperatur tuang terhadap struktur mikro
18
Paduan yang memiliki eutektik kasar menunjukkan keliatan yang rendah karena struktur pelat silikon bersifat rapuh. Kandungan silikon yang tinggi memberikan struktur hipereutektik pada Al-Si, namun pada proses pemesinan akan mengalami kesulitan karena pada strukturmikro mengandung partikel silikon yang keras. (Ivan dan Suyitno,2009) Struktur mikro paduan aluminium 356.1 diamati pada temperatur tuang 680, 710, dan 740oC serta pada kerapatan polystyrene foam 0,0077 g/cm3 saja serta pada ukuran mesh pasir (Gambar 2.6). (Ivan dan Suyitno,2009) a
b
c
d
e a
f
19
Gambar 2.6.Struktur mikro A356 pada temperatur tuang. (a. b.)Temperatur tuang 680 oC (c. d.)Temperatur tuang 710oC (e. f.)Temperatur tuang 740oC (Sumber : ASM Handbook vol.9 2004 dalam Ivan dan Suyitno,2009).
Struktur mikro paduan aluminium 356.1 memperlihatkan dua struktur utama yaitu tipe aluminium dendrite yang berwarna putih dan tipe eutektik silikon. Struktur mikro pada temperatur tuang 680oC, memperlihatkan struktur aluminium denderit mendominasi permukaan coran sementara eutektik eutektik silikon membentuk serpihan-serpihan tebal dan panjang diantara dendrite. Struktur mikro pada temperatur tuang 710oC memperlihatkan struktur β-eutektik silikon tipis dan pendek serta mulai melebar diantara dendrite, sementara struktur aluminium denderit yang terurai pada permukaan coran menjadi semakin kecil bulat lonjong. Struktur mikro pada temperatur tuang 740oC, memperlihatkan struktur aluminium denderit yang terurai pada permukaan coran menjadi semakin kecil bulat atau mendekati bulat, sedangkan struktur β-eutektik silikon semakin tipis dan pendek serta semakin melebar diantara dendrite. (Ivan dan Suyitno,2009) Struktur mikro paduan aluminium 356.1 secara umum terlihat mengalami perubahan
dengan
naiknya
temperatur
penuangan.α-aluminium
dendrite
yang
o
mendominasi permukaan coran pada temperatur 680 C menjadi bulat atau hampir bulat pada temperatur penuangan 740oC. Dengan bertambahnya temperatur penuangan βeutektik silikon yang berupa serpihan-serpihan panjang dan tebal pada temperatur penuangan 680oC menjadi serpihan-serpihan pendek dan halus diantara dendrite pada temperatur tuang 740oC. Temperatur tuang yang tinggi akan menyediakan waktu pembekuan yang lebih panjang dan struktur mikro yang tumbuh lebih halus. (Ivan dan Suyitno,2009) Pertumbuhan β-eutektik silikon pada temperatur tuang rendah terdapat diantara DAS (Dendrite Arm Spacing) yang sempit sedangkan pada temperatur tuang yang tinggi Si terurai menjadi lebih luas diantara DAS.β-eutektik silikon pada temperatur tuang 680oC memiliki waktu pembekuan yang singkat dan pada ruang yang sempit sehingga
20
struktur yang dihasilkan berbentuk serpihan panjang dan tebal. β-eutektik silikon pada temperatur tuang 710oC memiliki waktu pembekuan yang agak panjang sehingga membentuk struktur mikro berupa serpihan yang mulai mengecil dan lebih pendek. βeutektik silikon pada temperatur pembekuan 740oC mempunyai waktu pembekuan yang lebih lama sehingga membentuk struktur mikro yang lebih pendek dan lebih halus. Perubahan bentuk ini akibat adanya perbedaan kecepatan pembekuan seperti yang diutarakan oleh Venkataramani dkk, (1999) kecepatan pembekuan berkurang dengan meningkatnya temperatur penuangan pada cetakan pasir dan metode pengecoran evaporative. Efek dari perubahan laju pembekuan yang lambat menyebabkan struktur mikro menjadi lebih halus sehingga ketahanan coran untuk menahan beban deformasi semakin berkurang. (Ivan dan Suyitno,2009)
