BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1.

Aluminium

2.1.1

Sejarah Aluminium Aluminium ditemukan kira-kira sekitar 160 tahun yang lalu dan mulai

diproduksi skala industri sekitar 90 tahun yang lalu. Berikut sejarah perkembangan tentang penemuan aluminium 1. Pada tahun 1782, seorang ilmuwan Prancis bernama Lavoiser telah menduga bahwa aluminium merupakan logam yang terkandung di dalam alumina, 2. Pada tahun 1807, ahli kimia Inggris bernama Humphrey Davy berhasil memisahkan alumina secara elektrokimia logam dan yang diperoleh dari pengujian tersebut adalah aluminium, 3. Pada tahun 1821, biji sumber aluminium ditemukan di Prancis Selatan, tepatnya di kota Lesbaux, yang dinamakan bauksit, 4. Pada tahun 1825, ahli kimia Denmark, Orsted berhasil memisahkan aluminium murni dengan cara memanaskan aluminium chloride dengan kalium amalgam dan kemudian memisahkan merkuri dengan cara destilasi, 5. Pada tahun 1886, mahasiswa Oberlin College di Ohio, Amerika Serikat bernama Charles Martin – Hall menemukan dengan cara melarutkan alumina (Al2O3) dalam lelehan kliorit (Na3AlF6) pada temperatur 960 OC dalam bentuk kotak yang dilapisi logam karbon dan kemudian melewatkan arus listrik melalui ruang tersebut. Cara ini dikenal dengan proses Hall – Heroult, karena ini terjadi pada tahun yang sama dengan seorang Prancis yang bernama Paul Heroult, 6. Pada tahun 1888, ahli kimia Jerman Karlf Josef Bayern menemukan cara memperoleh alumina dari bauksit secara pelarutan kimia. Sampai saat ini cara Bayer masih digunakan untuk memproduksi alumina dari bauksit secara industry dan disebut dengan proses Bayer.

Universitas Sumatera Utara

2.1.2. Sifat - Sifat Aluminium Aluminium telah menjadi salah satu logam industri yang paling luas penggunaannya di dunia. Aluminium banyak digunakan di dalam semua sektor utama industri seperti angkutan, konstruksi, listrik, peti kemas dan kemasan, alat rumah tangga serta peralatan mekanis. Adapun sifat-sifat aluminium antara lain sebagai berikut: 1. Ringan. Memiliki bobot sekitar 1/3 dari bobot besi dan baja, atau tembaga dan banyak digunakan dalam industri transportasi seperti angkutan udara. 2. Tahan terhadap korosi. Sifatnya durabel sehingga baik dipakai untuk lingkungan yang dipengaruhi oleh unsur-unsur seperti air, udara, suhu dan unsur-unsur kimia lainnya, baik di ruang angkasa atau bahkan sampai ke dasar laut. 3. Kuat. Aluminium memiliki sifat yang kuat terutama bila dipadu dengan logam lain. Digunakan untuk pembuatan komponen yang memerlukan kekuatan tinggi seperti: pesawat terbang, kapal laut, bejana tekan, kendaraan dan lain-lain. 4. Mudah dibentuk. Proses pengerjaan aluminium mudah dibentuk karena dapat disambung dengan logam/material lainnya dengan pengelasan, brazing, solder, adhesive

bonding,

sambungan

mekanis,

atau

dengan

teknik

penyambungan lainnya. 5. Konduktor panas. Sifat ini sangat baik untuk penggunaan pada mesin-mesin/alat-alat pemindah panas sehingga dapat memberikan penghematan energi. 6. Memiliki ketangguhan yang baik. Dalam keadaan dingin dan tidak seperti logam lainnya yang menjadi getas bila didinginkan. Sifat ini sangat baik untuk penggunaan pada transportasi LNG dimana suhu gas cair LNG mencapai dibawah -150˚C.


7. Mampu diproses ulang-guna. Mendaur ulang kembali melalui proses peleburan dan selanjutnya dibentuk menjadi produk seperti yang diinginkan. Proses ulang-guna ini dapat menghemat energi, modal dan bahan baku yang berharga. 2.1.3

Sifat Fisik Aluminium Tabel 2.1 Sifat Fisik Aluminium

(Sumber : https://www.google.co.id/search?q=tabel+fisik+aluminium&hl) 2.1.4

Sifat Mekanik Aluminium Sifat teknik bahan aluminium murni dan aluminium paduan dipengaruhi

oleh konsentrasi bahan dan perlakuan yang diberikan terhadap bahan tersebut. Aluminium terkenal sebagai bahan yang tahan terhadap korosi. Hal ini disebabkan oleh fenomena pasivasi, yaitu proses pembentukan lapisan aluminium oksida di permukaan logam aluminium segera setelah logam terpapar oleh udara bebas. Lapisan aluminium oksida ini mencegah terjadinya oksidasi lebih jauh. Namun, pasivasi dapat terjadi lebih lambat jika dipadukan dengan logam yang bersifat lebih katodik, karena dapat mencegah oksidasi aluminium.


a. Kekuatan tensil Kekuatan tensil adalah besar tegangan yang didapatkan ketika dilakukan pengujian tensil. Kekuatan tensil ditunjukkan oleh nilai tertinggi dari tegangan pada kurva tegangan-regangan hasil pengujian, dan biasanya terjadi ketika terjadinya necking. Kekuatan tensil bukanlah ukuran kekuatan yang sebenarnya dapat terjadi di lapangan, namun dapat dijadikan sebagai suatu acuan terhadap kekuatan bahan. Kekuatan tensil pada aluminium murni pada berbagai perlakuan umumnya sangat rendah, yaitu sekitar 90 MPa, sehingga untuk penggunaan yang memerlukan kekuatan tensil yang tinggi, aluminium perlu dipadukan. Dengan dipadukan dengan logam lain, ditambah dengan berbagai perlakuan termal, aluminium paduan akan memiliki kekuatan tensil hingga 580 MPa (paduan 7075).

b. Kekerasan Kekerasan gabungan dari berbagai sifat yang terdapat dalam suatu bahan yang mencegah terjadinya suatu deformasi terhadap bahan tersebut ketika diaplikasikan suatu gaya. Kekerasan suatu bahan dipengaruhi oleh elastisitas, plastisitas, viskoelastisitas, kekuatan tensil, ductility, dan sebagainya. Kekerasan dapat diuji dan diukur dengan berbagai metode. Yang paling umum adalah metode Brinnel, Vickers, Mohs, dan Rockwell. Kekerasan bahan aluminium murni sangatlah kecil, yaitu sekitar 65 skala Brinnel, sehingga dengan sedikit gaya saja dapat mengubah bentuk logam. Untuk kebutuhan aplikasi yang membutuhkan kekerasan, aluminium perlu dipadukan dengan logam lain dan/atau diberi perlakuan termal atau fisik. Aluminium dengan 4,4% Cu dan diperlakukan quenching, lalu disimpan pada temperatur tinggi dapat memiliki tingkat kekerasan Brinnel sebesar 135.

c. Ductility Ductility didefinisikan sebagai sifat mekanis dari suatu bahan untuk menerangkan seberapa jauh bahan dapat diubah bentuknya secara plastis tanpa


terjadinya retakan. Dalam suatu pengujian tensil, ductility ditunjukkan dengan bentuk neckingnya; material dengan ductility yang tinggi akan mengalami necking yang sangat sempit, sedangkan bahan yang memiliki ductility rendah, hampir tidak mengalami necking. Sedangkan dalam hasil pengujian tensil, ductility diukur dengan skala yang disebut elongasi. Elongasi adalah seberapa besar pertambahan panjang suatu bahan ketika dilakukan uji kekuatan tensil. Elongasi ditulis dalam persentase pertambahan panjang per panjang awal bahan yang diujikan. Aluminium murni memiliki ductility yang tinggi. Aluminium paduan memiliki ductility yang bervariasi, tergantung konsentrasi paduannya, namun pada umumnya memiliki ductility yang lebih rendah dari pada aluminium murni, karena ductility berbanding terbalik dengan kekuatan tensil, serta hampir semua aluminum paduan memiliki kekuatan tensil yang lebih tinggi dari pada aluminium murni.

d. Modulus Elastisitas Aluminium memiliki modulus elastisitas yang lebih rendah bila dibandingkan dengan baja maupun besi, tetapi dari sisi strength to weight ratio, aluminium lebih baik. Aluminium yang elastis memiliki titik lebur yang lebih rendah dan kepadatan. Dalam kondisi yang dicairkan dapat diproses dalam berbagai cara. Hal ini yang memungkinkan produk-produk dari aluminium yang akan dibentuk pada dasarnya dekat dengan akhir dari desain produk. e. Recyclability (daya untuk didaur ulang) Aluminium adalah 100% bahan yang didaur ulang tanpa downgrading dari kualitas. Yang kembali dari aluminium, peleburannya memerlukan sedikit energy, hanya sekitar 5% dari energy yang diperlukan untuk memproduksi logam utama yang pada awalnya diperlukan dalam proses daur ulang.

f. Reflectivity (daya pemantulan) Aluminium adalah reflektor yang terlihat cahaya serta panas, dan yang bersama-sama dengan berat rendah, membuatnya ideal untuk bahan reflektor misalnya perabotan ringan.


2.2. 2.2.1

Magnesium Sejarah Magnesium Magnesia, daerah di Thessaly. Senyawa-senyawa magnesium telah lama

diketahui. Black telah mengenal magnesium sebagai elemen di tahun 1755. Davy berhasil mengisolasikannya di tahun 1808 dan Busy mempersiapkannya dalam bentuk yang koheren di tahun 1831. Magnesium merupakan elemen terbanyak kedelepan di kerak bumi. Magnesium tidak muncul tersendiri, tetapi selalu ditemukan dalam jumlah deposit yang banyak dalam bentuk magnesite, dolomite dan mineral-mineral lainnya. Logam ini sekarang dihasilkan di AS dengan mengelektrolisis magnesium klorida yang terfusi dari air asin, sumur, dan air laut. Paduan magnesium (Mg) merupakan logam yang paling ringan dalam hal berat jenisnya. Magnesium mempunyai sifat yang cukup baik seperti alumunium, hanya saja tidak tahan terhadap korosi. Magnesium tidak dapat dipakai pada suhu diatas 150°C karena kekuatannya akan berkurang dengan naiknya suhu. Sedangkan pada suhu rendah kekuatan magnesium tetap tinggi.

Gambar 2.1. Diagram fasa magnesium, suhu(°C) vs Mg(%)


Magnesium dan paduannya lebih mahal daripada alumunium atau baja dan hanya digunakan untuk industri pesawat terbang, alat potret, teropong, suku cadang mesin dan untuk peralatan mesin yang berputar dengan cepat dimana diperlukan nilai inersia yang rendah. Magnesium mempunyai temperatur 650°C yang perubahan fasanya dapat dilihat pada gambar 2.8. Ketahanan korosi yang rendah ini maka magnesium memerlukan perlakuan kimia atau pengecekan khusus setelah benda dicetak. Paduan magnesium memiliki sifat tuang yang baik dan sifat mekanik yang baik dengan komposisi 9% Al, 0,5% Zn, 0,13% Mn, 0,5% Si, 0,3% Cu, 0,03% Ni dan sisanya Mg. Kadar Cu dan Ni harus rendah untuk menekan korosi. Magnesium adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki simbol Mg dan nomor atom 12 serta berat atom 24,31. Magnesium adalah elemen terbanyak kedelapan yang membentuk 2% berat kulit bumi, serta merupakan unsur terlarut ketiga terbanyak pada air laut. Logam alkali tanah ini terutama digunakan sebagai zat campuran (alloy) untuk membuat campuran alumuniummagnesium yang sering disebut "magnalium" atau "magnelium".Magnesium ialah logam yang berwarna putih perak dan sangat mengkilap dengan titik cair 6510C yang dapat digunakan sebagai bahan paduan ringan, sifat dan karakteristiknya sama dengan Aluminium. Perbedaan titik cairnya sangat kecil tetapi sedikit berbeda dengan Aluminium terutama pada permukaannya yang mudah keropos bila terjadi oxidasi dengan udara. Oxid film yang melapisi permukaan Magnesium hanya cukup melindunginya dari pengaruh udara kering, sedangkan udara lembab dengan kandungan unsur garam kekuatan oxid dari Magnesium akan menurun, oleh kerana itu perlindungan dengan cat atau lac (pernis) merupakan metoda dalam melidungi Magnesium dari pengaruh korosi kelembaban udara. Magnesium memiliki kekuatan tarik hingga 110 N/mm2 dan dapat ditingkatkan melalui proses pembentukan hingga 200 N/mm2.


Magnesium merupakan salah satu jenis logam ringan dengan karakteritik sama dengan aluminium tetapi magnesium memiliki titik cair yang lebih rendah dari pada aluminium. Seperti pada aluminium, magnesium juga sangat mudah bersenyawa dengan udara (Oksgen).Perbedaannya dengan aluminium ialah dimana magnesium memiliki permukaan yang keropos yang disebabkan oleh serangan kelembaban udara karena oxid film yang terbentuk pada permukaan magnesium ini hanya mampu melindunginya dari udara yang kering.Unsur air dan garam pada kelembaban udara sangat mempengaruhi ketahanan lapisan oxid pada magnesium dalam melindunginya dari gangguan korosi.Untuk itu benda kerja yang menggunakan bahan magnesium ini diperlukan lapisan tambahan perlindungan seperti cat atau meni. Magnesium murni memiliki kekuatan tarik sebesar 110 N/mm2 dalam bentuk hasil pengecoran (Casting), angka kekuatan tarik ini dapat ditingkatkan melalui proses pengerjaan. Magnesium bersifat lembut dengan modulus elsatis yang sangat rendah. Magnesium memiliki perbedaan dengan logam-logam lain termasuk dengan aluminium, besi tembaga dan nickel dalam sifat pengerjaannya dimana magnesium memiliki struktur yang berada didalam kisi hexagonal sehingga tidak mudah terjadi slip. Oleh karena itu,magnesium tidak mudah dibentuk dengan pengerjaan dingin.Disamping itu, presentase perpanjangannya hanya mencapai 5 % dan hanya mungkin dicapai melalui pengerjaan panas.


2.2.2

Sifat Fisik magnesium Tabel 2.2 Sifat Fisik Magnesium

(Sumber : http://bilangapax.blogspot.com/2011/02/magnesium-danpaduannya.html) 2.2.3

Magnesium dan paduan magnesium Magnesium (Mg) adalah logam teknik ringan yang ada, dan memiliki

karakteristik meredam getaran yang baik. Paduan ini digunakan dalam aplikasi struktural dan non-struktural dimana berat sangat diutamakan. Magnesium juga merupakan unsur paduan dalam berbagai jenis logam nonferro. Paduan magnesium khusus digunakan di dalam pesawat terbang dan komponen rudal, peralatan penanganan material, perkakas listrik portabel, tangga, koper, sepeda, barang olahraga, dan komponen ringan umum. Paduan ini tersedia sebagai produk cor/tuang (seperti bingkai kamera) atau sebagai produk tempa (seperti kontruksi dan bentuk balok/batangan, benda tempa, dan gulungan dan lembar plat). Paduan magnesium juga digunakan dalam percetakan dan mesin tekstil untuk meminimalkan gaya inersia dalam komponen berkecepatan tinggi.


Karena tidak cukup kuat dalam bentuk yang murni, magnesium dipaduankan dengan berbagai elemen untuk mendapatkan sifat khusus tertentu, terutama kekuatan untuk rasio berat yang tinggi. Berbagai paduan magnesium memiliki pengecoran, pembentukan, dan karakteristik permesinan yang baik. Karena magnesium mengoksidasi dengan cepat (pyrophpric), ada resiko/bahaya kebakaran, dan tindakan pencegahan yang harus diambil ketika proses permesinan, grindling, atau pengecoran pasir magnesium. Meskipun demikian produk yang terbuat dari magnesium dan paduannnya tidak menimbulkan bahaya kebakaran selama penggunaannya normal.

Sifat-sifat mekanik magnesium terutama memiliki kekuatan tarik yang sangat rendah.Oleh karena itu magnesium murni tidak dibuat dalam teknik.Paduan magnesium memiliki sifat-sifat mekanik yang lebih baik serta banyak digunakan Unsur-unsur paduan dasar magnesium adalah aluminium, seng dan mangan. Penambahan Al diatas 11%, meningkatkan kekerasan, kuat tarik dan fluidity (keenceran) Penambahan seng meningkatkan ductility (perpanjangan relative) dan castability (mampu tuang).Penambahan 0,1 – 0,5 % meningkatkan ketahanan korosi.Penambahan sedikit cerium, zirconium dan baryllium dapat membuat struktur butir yang halus dan meningkatkan ductility dan tahan oksidasi pada peningkatan suhu.

Berdasarkan hasil analisis terhadap diagram keseimbangan paduan antara Magnesium-Aluminium dan Magnesium- Zincum, mengindikasikan bahwa larutan padat dari Magnesium-Aluminium maupun Magnesium Zincum dapat meningkat sesuai dengan peningkatan Temperaturnya dimana masing-masing berada pada kadar yang sesuai sehingga dapat “strengthening-heat treatment” melalui metoda pengendapan. Hanya sedikit kadar “rare metal” (logam langka) dapat memberikan pengaruh yang sama kecuali pada Silver yang sedikit membantu termasuk pada berbagai jenis logam paduan lain melalui “ageing”.

2.2.4

Penerapan Magnesium Paduan


Magnesium paduan Cor yang dibentuk dengan cetakan pasir (Sand-Cast) banyak digunakan dalam pembuatan block-block engine pada Motor bakar, sedangkan Magnesium yang dibentuk dengan Pressure Die-Casting banyak digunanakan dalam pembuatan peralatan rumah tangga dan kelengkapan kantor. Magnesium Cor tempa dibentuk dengan cara extrusi dan digunakan sebagai Trap dan relling tangga. Magnesium paduan juga digunakan dalam Teknologi Nuclear sebagai tabung Uranium dimana Magnesium sangat rendah dalam penyerapan Neutron pada penampang lintang.

2.2.5

Manfaat Magnesium a) Magnesium dapat digunakan untuk memberi warna putih terang pada kembang api dan pada lampu Blitz b) Senyawa MgO dapat digunakan untuk melapisi tungku, karena senyawa MgO memiliki titik leleh yang tinggi c) Senyawa Magnesim Hidroksida diguakan dalam pasta gigi untuk mengurangi asam yang terdapat di mulut dan mencegah terjadinya kerusakan gigi, sekaligus sebagai pancegah maag d) Membuat campuran logam semakin kuat dan ringan sehingga biasa digunakan pada alat-alat rumah tangga

2.2.6

Efek samping penggunaan Magnesium a)

Menghirup debu atau asap mengandung magnesium dapat mengiritasi saluran pernafasan dan dapat menyebabkan demam fume logam. Gejala dapat termasuk batuk, sakit dada, demam, dan leukositosis.

2.2.7

b)

Apabila tertelandapat menyebabkan sakit perut dan diare.

c)

Molten magnesium dapat menyebabkan luka bakar kulit serius.

d)

Konsentrasi tinggi dari debu dapat menyebabkan iritasi mekanis.

e)

Melihat api magnesium dapat menyebabkan cedera mata.

Penyimpanan dan Penanganan Magnesium


a) Simpan dalam wadah yang tertutup rapat. b) Simpan di tempat yang kering dan berventilasi. c) Hindari tempat penyimpanan yang lembab d) Jauhkan dari oksidasi, klorin, bromin, yodium, asam,dan semua sumber api.

2.3.

Karbon

Gambar 2.2 Karbon Karbon yang di proses sedemikian rupa sehingga pori – porinya terbuka, dan dengan demikian akan mempunyai daya serap yang tinggi. Karbon merupakkan karbon yang bebas serta memiliki permukaan dalam (internal surface), sehingga mempunyai daya serap yang baik. Keaktifan daya menyerap dari karbon ini tergantung dari jumlah senyawa kabonnya yang berkisar antara 85 % sampai 95% karbon bebas. Karbon yang berwarna hitam, tidak berbau, tidak terasa dan mempunyai daya serap yang jauh lebih besar dibandingkan dengan kabon yang belum menjalani proses aktivasi, serta mempunyai permukaan yang luas, yaitu memiliki luas antara 300 sampai 2000 m/gram. Karbon ini mempunyai dua bentuk sesuai ukuran butirannya, yaitu karbon bubuk dan karbon granular (butiran). Karbon bubuk ukuran diameter butirannya kurang dari atau sama


dengan 325 mesh. Sedangkan karbon granular ukuran diameter butirannya lebih besar dari 325 mesh. Karbon merupakan suatu bentuk arang yang telah melalui aktifasi dengan menggunakan gas CO2, uap air atau bahan-bahan kimia sehingga pori-porinya terbuka dan dengan demikian daya absorpsinya menjadi lebih tinggi terhadap zat warna dan bau. Karbon mengandung 5 sampai 15 persen air, 2 sampai 3 persen abu dan sisanya terdiri dari karbon. Karbon berbentuk amorf terdiri dari pelatpelat datar, disusun oleh atom-atom C yang terikat secara kovalen dalam suatu kisi heksagonal datar dengan satu atom C pada setiap sudutnya. Pelat-pelat tersebut bertumpuk-tumpuk satu sama lain membentuk kristalkristal dengan sisa hidrokarbon, ter dan senyawa organik lain yang tertinggal pada permukaannya. Bahan baku karbon dapat berasal dari bahan nabati atau turunannya dan bahan hewani. Mutu karbon yang dihasilkan dari tempurung kelapa mempunyai daya serap tinggi, karena arang ini berpori-pori dengan diameter yang kecil, sehingga mempunyai internal yang luas. Luas permukaan arang adalah 2 x 104 cm2 per gram, tetapi sesudah pengaktifan dengan bahan kimia mempunyai luas sebesar 5 x 106 sampai 15 x 107cm2 per gram. 2 tahap utama proses pembuatan karbon yakni proses karbonasi dan proses aktifasi. Dijelaskan bahwa secara umum proses karbonisasi sempurna adalah pemanasan bahan baku tanpa adanya udara sampai temperatur yang cukup tinggi untuk mengeringkan dan menguapkan senyawa dalam karbon. Pada proses ini terjadi dekomposisi termal dari bahan yang mengandung karbon, dan menghilangkan spesies non karbonnya. Proses aktifasi bertujuan untuk meningkatkan volume dan memperbesar diameter pori setelah mengalami proses karbonisasi, dan meningkatkan penyerapan. Pada umumnya karbon dapat di aktifasi dengan 2 (dua) cara, yaitu dengan cara aktifasi kimia dan aktifasi fisika. 1. Aktifasi kimia, arang hasil karbonisasi direndam dalam larutan aktifasi sebelum dipanaskan. Pada proses aktifasi kimia, arang direndam dalam


larutan pengaktifasi selama 24 jam lalu ditiriskan dan dipanaskan pada suhu 600 – 9000C selama 1 – 2 jam. 2. Aktifasi fisika, yaitu proses menggunakan gas aktifasi misalnya uap air atau CO2 yang dialirkan pada arang hasil karbonisasi. Proses ini biasanya berlangsung pada temperatur 800 – 11000C. 2.3.1

Kegunaan karbon :

1. Pada pengolahan air untuk penjernihan dan mengurangi kesadahan dengan menyerap bau, rasa, warna, kaporit, kapur (CaCO3), logam berat. 2. Pada pengolahan emas untuk menyerap konsentrasi emas (ore) dalam bentuk Carbon in pulp (CIP), Carbon in Leach (CIL), Carbon in Clear Solution (CIC) biasanya dari batok kelapa mesh 8-25 3. Pada pemurnian gas dengan menyerap belerang, gas beracun, bau busuk, asap dan pencegahan racun. 4. Pada pengolahan limbah untuk menyerap Bahan Beracun Berbahaya (B3) yaitu menyerap sianida yang terdapat pada limbah industri serat sintetik (akrilonitril), petrokimia, baja, pertambangan dan pelapisan logam (electroplating) dengan cara merendam karbon dengan larutan Cu2+ (0,5%) yang menghasilkan daya serap sianidamenjadi 82% dalam waktu 2jam. Untuk

menyerap

logam

berat

Raksa/Hg,

Cadmium/Cd,

Plumbum/Pb/Timbal, Cromium/Cr penyebab sakit kanker 5. Penyegar/pembersih udara ruangan dari kandungan uap air/gas berbau/beracun, seperti pada mobil, kamar pendingin, botol obat-obatan serta peralatan-peralatan yang harus dilindungi dari proses perkaratan. 6. Pada industri obat dan makanan sebagai penyaring, penghilang warna, bau dan rasatidak enak pada makanan.


7. Pada bidang perminyakan dipakai sebagai bahan penyulingan bahan mentah dan zat perantara. 2.4.

Uji Tarik

Gambar 2.3 Mesin Uji Tarik Mengetahui sifat – sifat suatu bahan, tentu kita harus mengadakan pengujian terhadap bahan tersebut. Ada empat jenis uji coba yang biasa dilakukan, yaitu uji tarik (tensile test), uji tekan (compresion test), uji torsi (torsion test), dan uji geser (shear test). Uji tarik adalah cara pengujian bahan yang paling mendasar. Pengujian ini sangat sederhana, tidak mahal dan sudah mengalami standarisasi di seluruh dunia, misalnya di Amerika dengan ASTM E8 dan Jepang dengan JIS 2241. Dengan menarik suatu bahan kita akan segera mengetahui bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap tenaga tarikan dan mengetahui sejauh mana material itu bertambah panjang. Alat eksperimen untuk uji tarik ini harus memiliki cengkeraman (grip) yang kuat dan kekakuan yang tinggi (highly). Brand terkenal untuk alat uji antara lain adalah antara lain adalah Shimadzu, Instron dan Dartec. Bila suatu bahan di tarik (dalam hal ini suatu logam)sampai putus, kita akan mendapat profil tarikan yang lengkap yang berupa kurva seperti digambarkan pada gambar di bawah ini. Kurva ini menunjukkan hubungan antara gaya tarikan dengan perubahan panjang. Profil ini sangat diperlukan dalam desain


yang memakai bahan tersebut. Biasanya yang menjadi fokus perhatian adalah kemampuan maksimum bahan tersebut dalam menahan beban. Kemampuan ini umumnya disebut “Ultimate Tensile Strength” disingkat dengan UTS, dalam bahasa Indonesia disebut tegangan tarik maksimum.

Gambar 2.4 Hasil dan kurva pengujian tarik

2.4.1

Hukum Hooke (Hooke’s Law) Untuk hampir semua logam, pada tahap sangat awal dari uji tarik,

hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut. Ini disebut daerah linier atau linear zone. Di daerah ini, kurva pertambahan panjang vs beban mengikuti aturan Hooke sebagai berikut: rasio tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan Stess adalah beban dibagi luas penampang bahan dan strain adalah pertambahan panjang dibagi panjang awal bahan Stress:σ = F/A

F: gaya tarikan, A: luas penampang

Strain:ε = ∆L/L∆L: pertambahan panjang, L: panjang awal


Hubungan antara stress dan strain dirumuskan :

E=σ/ε Untuk memudahkan pembahasan, Gambar diatas kita modifikasi sedikit dari hubungan antara gaya tarikan dan pertambahan panjang menjadi hubungan antara tegangan dan regangan (stress vs strain). Selanjutnya kita dapatkan Gambar 2, yang merupakan kurva standar ketika melakukan eksperimen uji tarik. E adalah gradien kurva dalam daerah linier, dimana perbandingan tegak (σ) dan regangan (ε) selalu tetap. E diberi nama “Modulus Elastisitas” atau “Young Modulus”. Kurva yang menyatakan hubugnan antara strain dan stress seperti ini kerap disingkat kurva SS (SS curve)

Gambar 2.5 Kurva tegangan – regangan (Sumber : https://www.mengenal+uji+tarik+Azhari+Sastranegara)


Bentuk bahan yang diuji, untuk logam biasanya disebut spesimen dengan dimensi seperti pada Gambar 2.6, berikut :

Gambar 2.6 Dimensi spesimen standar uji tarik E8 ASTM Volume 3 (Sumber:https://www.google.co.id/search?q=Dimensi+spesimen+standar+uji+tari k+E8+ASTM+Volume+3)

Perubahan panjang dari spesimen dideteksi lewat pengukur regangan (strain gage) yang ditempelkan pada spesimen seperti diilustrikan pada Gambar 4. Bila pengukuran regangan ini mengalami perubahan panjang dan penampang, terjadi perubahan nilai hambatan listrik yang dibaca oleh detektor dan kemudian dikonversi menjadi perubahan regangan. 2.4.2

Detail Profil Uji Tarik dan Sifat Mekanik Logam Disini dibahas profil data dari tensile test secara lebih detail. Untuk

keperluan kebanyakan analisa teknik, data yang didapatkan dari uji tarik dapat digeneralisasi seperti pada Gambar 2.6


Gambar 2.7 Profil data hasil uji tarik (Sumber : https://www.mengenal+uji+tarik+Azhari+Sastranegara)

Sifat – sifat mekanik bahan dengan berpedoman pada hasil uji tarik seperti pada Gambar 2.7. Asumsikan uji tarik mulai dari titik O sampai D sesuai dengan dengan arah panah dalam gambar. o

Batas elastisσE (elastic limit) Dalam Gambar 2.6 dinyatakan dengan titik A. Bila sebuah bahan diberi

beban sampai pada titik A, kemudian bebannya dihilangkan, maka bahan tersebut akan kembali ke kondisi semula (tepatnya hampir kembali ke kondisi semula) yaitu regangan “nol” pada titik O (lihat inset dalam Gambar 2.6). Tetapi bila beban ditarik sampai melewati titik A,hukum Hooke tidak lagi berlaku dan terdapat perubahan permanen dari bahan. Terdapat konvensi batas regangan permanen (permanent strain) sehingga masih disebut perubahan elastis yaitu kurang dari 0,03%, tetapi sebagian referensi menyebutkan 0,005%. Tidak ada standarisasi yang universal mengenai nilai ini.


o

Batas proporsional σp(proportional limit) Titik sampai dimana penerapan hukum Hooke masih bisa ditolerer. Tidak ada

standarisasi tentang nilai ini. Dalam praktek, biasanya batas proporsional sama dengan batas elastis. o

Deformasi plastis(plastic deformation) Yaitu perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula. Pada

gambar 2.6 yaitu bila bahan ditarik sampai melewati batas proporsional dan mencapai daerah landing. o

Tegangan luluh atas σuy(upper yield stress) Tegangan maksimum sebelum bahan memasuki fase daerah landing

peralihan deformasi elastis ke plastis. o

Tegangan luluh bawahσly (loweryield stress) Tegangan rata – rata daerah landing sebelum benar – benar memasuki fase

deformasi plastis. Bila hanya disebutkan tegangan lulu (yield stress), maka yang dimaksud adalah tegangan ini. o

Regangan luluhεy (yield strain) Regangan permanen saat bahan akan memasuki fase deformasi palstis

o

Regangan elastisεe(elastic strain) Regangan yang diakibatkan perubahan elastis bahan. Pada saat beban

dilepaskan regangan ini akan kembali ke posisi semula. o

Regangan plastis εp(plastic strain) Regangan yang diakibatkan perubahan plastis. Pada saat beban dilepaskan

regangan ini tetap tinggal sebagai perubahan permanen bahan. o

Regangan total(total strain) Merupakan gabungan regangan plastis dan regangan elastis, εT = εe+εp

.Perhatikan beban dengan arah OABE. Pada titik B, regangan yang ada adalah regangan total. Ketika beban dilepaskan, posisi regangan ada pada titik E dan besar regangan yang tinggal (OE) adalah regangan plastis. o

Tegangan tarik maksimum TTM(UTS, ultimate tensile strength) Pada Gbr. 2.6 ditunjukkan dengan titik C (σβ) ,merupakan besar tegangan

maksimum yang didapatkan dalam uji tarik.


o

Kekuatan patah (breaking strength) Pada Gbr. 2.6 ditunjukkan dengan titik D, merupakan besar tegangan

dimana bahan yang diuji putus atau patah. o

Tegangan luluh pada data tanpa batas jelas antara perubahan elastis dan plastis Untuk hasil uji tarik yang tidak memiliki daerah linier dan landing yang

jelas, tegangan luluh biasanya didefenisikan sebagai tegangan yang menghasilkan regangan permanen sebesar 0,2 %, regangan ini disebut offset-strain (Gbr. 2.7)

Gambar 2.8 Penentuan tegangan luluh (yield stress) untuk kurva tanpa daerah linier Perlu u n ntuk diingat bahwa satuan SI untuk tegangan (stress) adalah Pa (Pascal, N/m2) dan strain adalah besaran tanpa satuan. 2.4.3

Interpretasi hasil uji tarik:

a. Kelenturan(ductility) Merupakan sifat mekanik bahan yang menunjukkan derajat deformasi plastis yang terjadi sebelum suatu bahan putus atau gagal pada uji tarik. Bahan disebut lentur (ductile) bila regangan platis yang terjadi sebelum putus lebih dari 5 % bila kurang dari itu suatu bahan disebut getas (brittle). b. Derajat kelentingan(resilience) Derajat kelentingan didefenisikan sebagai kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase perubahan elastis. Sering disebut dengan Modulus Kelentingan (Modulus of Resilience), dengan satuan strain energy per unit volume


(Joule/m3atau Pa). Dalam Gbr. 2.3, modulus kelentingan ditunjukkan oleh luas daerah yang diarsir. c. Derajat ketangguhan(toughness) Kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase plastis sampai bahan tersebut putus. Sering disebut Modulus Ketangguhan (Modulus of Toughness). Dalam Gbr. 2.6, modulus ketangguhan sama dengan luas daerah dibawah kurva OABCD. d. Pengerasan regang (strain hardening) Sifat kebanyakan logam yang ditandai dengan naiknya nilai tegangan berbanding regangan setelah memasuki fase plastis.

e. Tegangan sejati,regangan sejati(true stress, true strain) Beberapa kasus defenisi tegangan dan regangan seperti yang telah dibahas diatas tidak dapat dipakai. Untuk itu dipakai defenisi tegangan dan regangan sejati, yaitu tegangan dan regangan berdasarkan luas penampang bahan secara real time. Detail defenisi tegangan dan regangan sejati ini dapat dilihat pada Gbr. 2.9.

Gambar 2.9 Tegangan dan regangan berdasarkan panjang bahan sebenarnya


2.5

Klasifikasi Aluminium

2.5.1

Aluminium Murni Aluminium 99% tanpa tambahan logam paduan apapun dan dicetak dalam

keadaan biasa, hanya memiliki kekuatan tensil sebesar 90 MPa, terlalu lunak untuk penggunaan yang luas sehingga seringkali aluminium dipadukan dengan logam lain.

2.5.2.

Aluminium Paduan Elemen paduan yang umum digunakan pada aluminium adalah silikon,

magnesium, tembaga, seng, mangan, dan juga lithium sebelum tahun 1970. Secara umum,

penambahan

logam

paduan

hingga

konsentrasi

tertentu

akan

meningkatkan kekuatan tensil dan kekerasan, serta menurunkan titik lebur. Jika melebihi konsentrasi tersebut, umumnya titik lebur akan naik disertai meningkatnya kerapuhan akibat terbentuknya senyawa, kristal, atau granula dalam logam. Namun, kekuatan bahan paduan aluminium tidak hanya bergantung pada konsentrasi logam paduannya saja, tetapi juga bagaimana proses perlakuannya hingga aluminium siap digunakan, apakah dengan penempaan, perlakuan panas, penyimpanan, dan sebagainya.

2.5.3

Pengelompokan Jenis Paduan Aluminium

2.5.3.1 Paduan Aluminium-Silikon Paduan aluminium dengan silikon hingga 15% akan memberikan kekerasan dan kekuatan tensil yang cukup besar, hingga mencapai 525 MPa pada aluminium paduan yang dihasilkan pada perlakuan panas. Jika konsentrasi silikon lebih tinggi dari 15%, tingkat kerapuhan logam akan meningkat secara drastis akibat terbentuknya kristal granula silika.


Gambar 2.10 Fase paduan Al-Si, temperatur vs persentase paduan

2.5.3.2 Paduan Aluminium-Tembaga Paduan aluminium-tembaga juga menghasilkan sifat yang keras dan kuat, namun rapuh. Umumnya, untuk kepentingan penempaan, paduan tidak boleh memiliki konsentrasi tembaga di atas 5,6% karena akan membentuk senyawa CuAl2 dalam logam yang menjadikan logam rapuh.

Gambar 2.11 Diagram Fase Al-Cu, temperatur vs persentase paduan


2.5.3.3 Paduan Aluminium-Magnesium Keberadaan magnesium hingga 15,35% dapat menurunkan titik lebur logam paduan yang cukup drastis, dari 660 oC hingga 450 oC. Namun, hal ini tidak menjadikan aluminium paduan dapat ditempa menggunakan panas dengan mudah karena korosi akan terjadi pada suhu di atas 60 oC. Keberadaan magnesium juga menjadikan logam paduan dapat bekerja dengan baik pada temperatur yang sangat rendah, di mana kebanyakan logam akan mengalami failure pada temperatur tersebut.

Gambar 2.12 Diagram fase Paduan Al-Mg, temperatur vs persentase Mg

2.5.3.4 Paduan Aluminium-Mangan Penambahan mangan memiliki akan berefek pada sifat dapat dilakukan pengerasan tegangan dengan mudah (work-hardening) sehingga didapatkan logam paduan dengan kekuatan tensil yang tinggi namun tidak terlalu rapuh. Selain itu, penambahan mangan akan meningkatkan titik lebur paduan aluminium.


Gambar 2.13 Diagram fase Al-Mn, temperatur vs konsentrasi Mn

2.5.3.5 Paduan Aluminium-Seng Paduan aluminium dengan seng merupakan paduan yang paling terkenal karena merupakan bahan pembuat badan dan sayap pesawat terbang. Paduan ini memiliki kekuatan tertinggi dibandingkan paduan lainnya, aluminium dengan 5,5% seng dapat memiliki kekuatan tensil sebesar 580 MPa dengan elongasi sebesar 11% dalam setiap 50 mm bahan. Bandingkan dengan aluminium dengan 1% magnesium yang memiliki kekuatan tensil sebesar 410 MPa namun memiliki elongasi sebesar 6% setiap 50 mm bahan.


Gambar 2.14 Diagram fase Al-Zn, temperatur vs persentase Zn

2.5.3.6 Paduan Aluminium-Lithium Lithium menjadikan paduan aluminium mengalami pengurangan massa jenis dan peningkatan modulus elastisitas; hingga konsentrasi sebesar 4% lithium, setiap penambahan 1% lithium akan mengurangi massa jenis paduan sebanyak 3% dan peningkatan modulus elastisitas sebesar 5%. Namun aluminium-lithium tidak lagi diproduksi akibat tingkat reaktivitas lithium yang tinggi yang dapat meningkatkan biaya keselamatan kerja.

2.5.3.7 Paduan Aluminium-Skandium Penambahan skandium ke aluminium membatasi pemuaian yang terjadi pada paduan, baik ketika pengelasan maupun ketika paduan berada di lingkungan yang panas. Paduan ini semakin jarang diproduksi, karena terdapat paduan lain yang lebih murah dan lebih mudah diproduksi dengan karakteristik yang sama, yaitu paduan titanium. Paduan Al-Sc pernah digunakan sebagai bahan pembuat pesawat tempur Rusia, MIG, dengan konsentrasi Sc antara 0,1-0,5% (Zaki, 2003, dan Schwarz, 2004).


2.5.3.8 Paduan Aluminium-Besi Besi (Fe) juga kerap kali muncul dalam aluminium paduan sebagai suatu "kecelakaan". Kehadiran besi umumnya terjadi ketika pengecoran dengan menggunakan cetakan besi yang tidak dilapisi batuan kapur atau keramik. Efek kehadiran Fe dalam paduan adalah berkurangnya kekuatan tensil secara signifikan, namun diikuti dengan penambahan kekerasan dalam jumlah yang sangat kecil. Dalam paduan 10% silikon, keberadaan Fe sebesar 2,08% mengurangi kekuatan tensil dari 217 hingga 78 MPa, dan menambah skala Brinnel dari 62 hingga 70. Hal ini terjadi akibat terbentuknya kristal Fe-Al-X, dengan X adalah paduan utama aluminium selain Fe.

2.5.4

Teori Mikrostruktur Aluminium-Magnesium Paduan aluminium dibuat dari 5 unsur sebelumnya dilebur sehingga

menghasilkan 3 macam ingot Al-7075. Masing-masing paduan setelah itu dicetak. Ingot hasil peleburan ini dihomogenisasi pada suhu 500 0C dilanjutkan dengan annealing pada suhu yang bervariasi. Selanjutnya 3 macam ingot Al-7075 yaitu jenis A, B dan C dikenai pencelupan dalam air (quenching). Pasca perlakuan tersebut logam paduan Al-7075 dianalisis struktur mikro atau microstructure test menggunakan mikroskop optik dengan metode Jenco guna mengetahui efek perlakuan terhadap sifat mekanik masing-masing khususnya grain size.

Bahasan sekilas mengenai analisis struktur mikro logam paduan aluminium merupakan suntingan dari tesis Hadijaya (Kabid Pengembangan ITIKAUT) yang berjudul : “Pengaruh Komposisi unsur dan Perlakuan Panas Terhadap Karakteristik Mekanik Logam Paduan Aluminium Sebagai Material Tabung Roket”.

Paduan logam dalam bentuk dua fasa atau lebih yang dipanaskan pada suhu tertentu maka senyawa fasa akan larut-padat dalam satu fasa lain yang relatif homogen. Fasa yang relatif homogen tersebut bila didinginkan secara cepat akan membentuk fasa larut-padat super jenuh. Fasa larut-padat super jenuh akan


mengalami aging sehingga terbentuk presipitat berupa partikel endapan fasa kedua yang halus dan tersebar merata yang mengakibatkan bahan menjadi keras. Pengerasan presipitasi akan menurun kekuatannya bila mengalami suhu overaging. Penguatan logam tanpa pengaruh suhu overaging dapat dilakukan dengan metode dispersi.

Pengerasan dispersi merupakan pengerasan melalui proses memasukkan partikel-partikel dispersi dalam bentuk serbuk yang tercampur secara homogen. Partikel dispersi yang digunakan merupakan partikel yang sama sekali tidak larut dalam matriknya. Campuran serbuk logam tersebut dikenai proses kompaksi dan sintering dengan suhu pemanasan sampai mendekati titik cair logam matrik sehingga mengakibatkan terjadi ikatan yang kuat. Partikel dispersi tersebut merupakan rintangan bagi gerakan dislokasi dan semakin banyak partikel akan semakin

banyak

terjadinya

dislokasi.

Dislokasi

yang

semakin

banyak

mengakibatkan dislokasi semakin rapat dan semakin sulit bergerak sehingga bahan akan semakin keras. Penguatan dengan cara penghalusan butir (grain refining) terjadi melalui struktur butir. Butir logam merupakan kumpulan selsatuan yang berorientasi sama. Polikristal memiliki butir-butir yang orientasinya berbeda satu dengan yang lain. Pada saat deformasi terjadi, dislokasi akan bergerak pada bidang slip dan berusaha mencapai permukaan luar.

Oleh karena orientasi setiap butir berbeda dengan yang lain, orientasi bidang slip pada butir-butir juga akan berbeda-beda. Sebagai akibatnya pergerakan dislokasi akan terhambat. Gerakan dislokasi yang akan menyeberangi batas butir memerlukan tegangan yang lebih besar sehingga dengan demikian batas butir akan menjadi penghalang dan penghambat gerakan dislokasi. Struktur butir memiliki batas-batas butir yang merupakan rintangan bagi pergerakan dislokasi. Butir yang semakin halus cenderung akan semakin memperbanyak batas butir. Batas butir yang banyak akan mengakibatkan gerakan dislokasi semakin sukar karena semakin banyak rintangan.


Penghalusan butir dapat dilakukan melalui proses pembekuan dan proses rekristalisasi. Penguatan tekstur merupakan peningkatan kekuatan atau kekerasan melalui orientasi kristal. Logam dapat ditingkatkan kekuatannya dengan mengubah orientasi kristalnya. Pembentukan kristal logam agar memiliki orientasi pada arah tertentu dapat dilakukan dengan cara deformasi plastis misalnya dengan pengerolan (rolling).

Pengukuran diameter butir dilakukan langsung menggunakan metode Jenco. Metode Jenco merupakan aplikasi program komputer dimana kamera yang terpasang pada mikroskop optik model Nikon dihubungkan dengan komputer. Hasil pemotretan di-transfer ke komputer untuk selanjutnya analisis struktur mikro khususnya diameter butir dapat diselesaikan. Analisis struktur mikro logam A-7075 dilakukan berdasarkan tampilan tofografi gambar/ foto menggunakan mikroskop optik melalui pembesaran (magnifikasi) 50x. Foto-foto struktur mikro A-7075 tersebut mewakili material A, B dan C yang dibuat dengan perbedaan komposisi unsur-unsur pemadunya.

Pada pengetsaan logam problema yang biasanya dialami adalah dalam hal mendapatkan gambar butir-butir kontras yang membedakan butiran satu dengan lainnya. Tampilan gambar kontras yang diamati melalui mikroskop akan sangat membantu interpretasi kualitatif maupun kuantitatif yang berkaitan dengan keberhasilan dalam peng¬analisaan bahan. Metode pengetsaan yang dilakukan adalah metode kimia. Dalam teknik etching larutan pengetsa bereaksi dengan permukaan cuplikan oleh adanya pelarutan selektif sesuai dengan karakteristik elektrokimia yang dimiliki oleh masing-masing area per¬mukaan bahan. Selama pengetsaan, ion-ion positif dari logam meninggalkan permukaan bahan uji lalu berdifusi kedalam elektrolit ekivalen dengan sejumlah elektron yang ter-dapat dalam bahan tersebut.


Dalam proses etching secara langsung, apabila ion metal tersebut meninggalkan permukaan bahan lalu bereaksi dengan ion-ion non logam dalam elektrolit sehingga membentuk senyawa tak larut, maka lapisan presipitasi akan terbentuk menempel pada permukaan bahan dengan berbagai jenis ketebalan. Ketebalan lapisan ini sebagai fungsi dari komposisi dan orientasi struktur mikro yang lepas kedalam larutan. Lapisan ini dapat menampilkan interferensi corak warna disebabkan karena variasi ketebalan lapisan dan ditentukan oleh mikrostruktur logam yang ada dibawahnya.

Gambar 2.15 Gambar perlakuan panas pada produk logam Al-7075 Tampilan tofografi umum mengenai pengaruh perlakuan panas pada produk logam Al-7075 (kode A) pasca peleburan (casting) sampai pasca perlakuan panas (heat treatment) seperti pada gambar 2.15. Pada foto-foto tersebut tampak bahwa Al-7075 A setelah dilebur dan membeku pada kondisi tanpa perlakuan namun tidak memperlihatkan bentuk dendrit (Ao). Butir logam dengan bentuk dendrit biasanya memiliki banyak ruang-ruang kosong diantara butir yang


dapat menyebabkan ikatan intermetalik logam lemah. Butir dendrit tidak terbentuk pada Al-7075 A karena efek solidifikasi cepat yang menggunakan air sebagai media pendingin logam tuang sehingga sebagian besar Al-7075 A mengalami pembentukan butir kolumnar. Pada pemanasan 100 0C (A-100) pembentukan butir kolumnar tidak tampak kontras karena proses etsa yang dilakukan kurang beberapa detik. Perlakuan panas yang diikuti dengan pendinginan mendadak (di-quenching dengan air) mengakibatkan butir kolumnar menjadi pecah dan lebih halus pada pemanasan 250 0C (A-250). Butiran halus dapat tersusun melalui proses annealing pada suhu pemanasan yang sedikit lebih tinggi dibawah titik lebur yaitu 400 0C (A-400) akan tetapi kerapatan susunan butir tampak belum baik. Foto dengan kode A-550 menampakkan struktur mikro Al-7075 A belum memiliki kesergaman bentuk butir terutama pada area tengah material hal ini lebih disebabkan oleh pendinginan yang kurang efektif sehingga efek laju pembekuan cepat hanya berlangsung dibagian tepi cetakan saja.

Gambar 2.16 Gambar struktur mikro logam A-7075 dengan komposisi jenis B


Pada Gambar 2.16 tampak struktur mikro logam A-7075 yang dibuat dengan komposisi unsur jenis B. Foto dengan kode B-0 mengindikasikan bahwa efek pembekuan secara cepat menyebabkan terbentuk butir kolumnar (butir besar). Pemanasan selama 2 Jam pada suhu 100 0C (B-100) kurang memberikan pengaruh yang berarti terhadap diameter butir. Pemanasan sampel B pada suhu 250 0C (B-250) menunjukkan batas butir yang cukup baik namun belum seragam. Sampel dengan kode B-400 kurang lama proses etsanya sehingga tofografi mikrostruktur tidak terlihat jelas. Pemanasan sample B pada suhu 550 0C (B-550) menunjukkan bentuk butir memanjang, relatif seragam namun masih terdapat porositas pada batas butir.

Gambar 2.17 Gambar struktur mikro logam A-7075 dengan komposisi jenis C

Pada Gambar 2.17 tampak struktur mikro logam A-7075 yang dibuat dengan komposisi unsur jenis C. Sampel berkode C-0 tanpa perlakuan (kontrol) menunjukkan butir kolumnar. Sampel kode C-100 batas butir terlihat kurang kontras hal disebabkan karena kurang lama proses pengetsaan. Pemanasan pada suhu 250 0C juga belum memberikan hasil yang baik pada Al-7075 C yaitu belum


diperoleh pembentukan struktur butir yang seragam (C-250). Pembentukan butir dengan batas yang cukup kontras terjadi pada pemanasa 400 0C akan tetapi porositas masih banyak terdapat pada batas butir. Pemanasan pada suhu 550 0C menunjukkan batas butir yang cukup jelas dan lebih seragam dibandingkan dengan pemanasan pada suhu yang lebih rendah.

Gambar 2.18 Gambar struktur mikro logam A-7075 dari setiap jenis (A, B dan C) tanpa perlakuan panas

Pada Gambar 2.18 tampak struktur mikro logam A-7075 dari setiap jenis (A, B dan C) pada kondisi tanpa perlakuan panas (kontrol). Masing-masing tidak diberi perlakuan panas (variabel kontrol). Oleh sebab itu memiliki bentuk butir besar. Pembentukan butir pada sampel B-0 tampak sedikit lebih baik dibandingkan dengan sampel A-0 dan C-0, hal ini disebabkan pengambilan area atau pencuplikannya mengambil posisi agak dibagian tepi coran.


Gambar 2.19 Gambar struktur mikro logam A-7075 dari setiap jenis (A, B dan C) doberikan perlakuan panas Pada Gambar 2.19 tampak struktur mikro logam A-7075 dari setiap jenis (A, B dan C) diberikan perlakuan panas pada suhu 100 0C. Masing-masing diberi perlakuan panas pada suhu 100 0C namun pembentukan batas butir kontras hanya diperoleh pada sampel B-100. Sedangkan sampel A-100 dan C-100 mengalami kegagalan saat dilakukan proses etsa. Butir yang terbentuk oleh pemanasan suhu yang relatif rendah tersebut masih kolumnar.


2.6. Material Komposit 2.6.1 Pengertian Material Komposit Komposit adalah suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu sifat kimia maupun fisikanya dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut (bahan komposit). Dengan adanya perbedaan dari material penyusunnya maka komposit antar material harus berikatan dengan kuat, sehingga perlu adanya penambahan wetting agent.

Gambar 2.20 Salah satu pengguna material komposit

2.6.2. Tujuan Pembuatan Material Komposit Berikut ini adalah tujuan dari dibentuknya komposit, yaitu sebagai berikut : • Memperbaiki sifat mekanik dan/atau sifat spesifik tertentu • Mempermudah design yang sulit pada manufaktur • Keleluasaan dalam bentuk/design yang dapat menghemat biaya • Menjadikan bahan lebih ringan 2.6.3. Penyusun Komposit Komposit pada umumnya terdiri dari 2 fasa: 1.

Matriks Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi

volume terbesar (dominan).


Matriks mempunyai fungsi sebagai berikut : a) Mentransfer tegangan ke serat. b) Membentuk ikatan koheren, permukaan matrik/serat. c) Melindungi serat. d) Memisahkan serat. e) Melepas ikatan. f) Tetap stabil setelah proses manufaktur.

Gambar 2.21 Salah satu contoh penyusun kompoit 2.

Reinforcement atau Filler atau Fiber Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat)

yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit.Secara strukturmikro material komposit tidak merubah material pembentuknya (dalam orde kristalin) tetapi secara keseluruhan material komposit berbeda dengan material pembentuknya karena terjadi ikatan antar permukaan antara matriks dan filler.Syarat terbentuknya komposit: adanya ikatan permukaan antara matriks dan filler. Ikatan antar permukaan ini terjadi karena adanya gaya adhesi dan kohesi

2.6.4. Klasifikasi komposit Berdasarkan matrik, komposit dapat diklasifikasikan kedalam tiga kelompok 3 besar yaitu: a. Komposit matrik polimer (KMP), polimer sebagai matrik b. Komposit matrik logam (KML), logam sebagi matrik c. Komposit matrik keramik (KMK), keramik sebagai matrik


a.

Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC) Komposit ini bersifat : 1) Biaya pembuatan lebih rendah 2) Dapat dibuat dengan produksi massal 3) Ketangguhan baik 4) Tahan simpan 5) Siklus pabrikasi dapat dipersingkat 6) Kemampuan mengikuti bentuk 7) Lebih ringan. Keuntungan dari PMC : 1) Ringan 2) Specific stiffness tinggi 3) Specific strength tinggi 4) Anisotropy

Jenis polimer yang banyak digunakan : 1) Thermoplastic Thermoplastic adalah plastic yang dapat dilunakkan berulang kali (recycle) dengan menggunakan panas. Thermoplastic merupakan polimer yang akan menjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastic meleleh pada suhu tertentu, melekat mengikuti perubahan suhu dan mempunyai sifat dapat balik (reversibel) kepada sifat aslinya, yaitu kembali mengeras bila didinginkan. Contoh ari thermoplastic yaitu Poliester, Nylon 66, PP,\ PTFE, PET, Polieter sulfon, PES, dan Polieter eterketon (PEEK).

2) Thermoset Thermoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irreversibel). Bila sekali pengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat dilunakkan kembali. Pemanasan yang tinggi tidak akan melunakkan termoset melainkan akan membentuk arang dan terurai karena sifatnya yang demikian sering digunakan sebagai tutup ketel, seperti jenis-jenis melamin. Plastik jenis termoset tidak begitu menarik dalam


proses daur ulang karena selain sulit penanganannya juga volumenya jauh lebih sedikit (sekitar 10%) dari volume jenis plastik yang bersifat termoplastik. Contoh dari thermoset yaitu Epoksida, Bismaleimida BMI), dan Poli-imida (PI). Aplikasi PMC, yaitu sebagai berikut :

1) Matrik berbasis poliester dengan serat gelas a) Alat-alat rumah tangga b) Panel pintu kendaraan c) Lemari perkantoran d) Peralatan elektronika.

2) Matrik berbasis termoplastik dengan serat gelas = Kotak air radiator

3) Matrik berbasis termoset dengan serat carbon a) Rotor helikopter b) Komponen ruang angkasa c) Rantai pesawat terbang

b. Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC) Metal Matrix composites adalah salah satu jenis komposit yang memiliki matrik logam. Material MMC mulai dikembangkan sejak tahun 1996. Pada mulanya yang diteliti adalah Continous Filamen MMC yang digunakan dalam aplikasi aerospace.

Kelebihan MMC dibandingkan dengan PMC : 1) Transfer tegangan dan regangan yang baik. 2) Ketahanan terhadap temperature tinggi 3) Tidak menyerap kelembapan. 4) Tidak mudah terbakar. 5) Kekuatan tekan dan geser yang baik. 6) Ketahanan aus dan muai termal yang lebih baik


Kekurangan MMC : 1) Biayanya mahal 2) Standarisasi material dan proses yang sedikit

Matrik pada MMC : 1) Mempunyai keuletan yang tinggi 2) Mempunyai titik lebur yang rendah 3) Mempunyai densitas yang rendah

Contoh : Almunium beserta paduannya, Titanium beserta paduannya, Magnesium beserta paduannya. Proses pembuatan MMC : 1) Powder metallurgy 2) Casting/liquid ilfiltration 3) Compocasting 4) Squeeze casting Aplikasi MMC, yaitu sebagai berikut : 1) Komponen automotive (blok-silinder-mesin,pully,poros gardan,dll) 2) Peralatan militer (sudu turbin,cakram kompresor,dll) 3) Aircraft (rak listrik pada pesawat terbang) 4) Peralatan Elektronik

c.

Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC) CMC merupakan material 2 fasa dengan 1 fasa berfungsi sebagai

reinforcement dan 1 fasa sebagai matriks, dimana matriksnya terbuat dari keramik. Reinforcement yang umum digunakan pada CMC adalah oksida, carbide, dan nitrid. Salah satuproses pembuatan dari CMC yaitu dengan proses DIMOX, yaitu proses pembentukan komposit dengan reaksi oksidasi leburan logam untuk pertumbuhan matriks keramik disekeliling daerah filler (penguat).


Matrik yang sering digunakan pada CMC adalah : 1) Gelas anorganic. 2) Keramik gelas 3) Alumina 4) Silikon Nitrida Keuntungan dari CMC : 1) Dimensinya stabil bahkan lebih stabil daripada logam 2) Sangat tangguh , bahkan hampir sama dengan ketangguhan dari cast iron 3) Mempunyai karakteristik permukaan yang tahan aus 4) Unsur kimianya stabil pada temperature tinggi 5) Tahan pada temperatur tinggi (creep) 6) Kekuatan & ketangguhan tinggi, dan ketahanan korosi tinggi. Kerugian dari CMC 1) Sulit untuk diproduksi dalam jumlah besar 2) Relative mahal dan non-cot effective 3) Hanya untuk aplikasi tertentu Aplikasi CMC, yaitu sebagai berikut : 1) Chemical processing = Filters, membranes, seals, liners, piping, hangers 2) Power generation = Combustorrs, Vanrs, Nozzles, Recuperators, heat exchange tubes, liner 3) Wate inineration = Furnace part, burners, heat pipes, filters, sensors. 4) Kombinasi dalam rekayasa wisker SiC/alumina polikristalin untuk perkakas potong. 5) Serat grafit/gelas boron silikat untuk alas cermin laser. 6) Grafit/keramik gelas untuk bantalan,perapat dan lem. 7) SiC/litium aluminosilikat (LAS) untuk calon material mesin panas.


Gambar 2.22 Komposit berdasarkan jenis penguatnya

Komposit berdasakan jenis penguatnya dapat dijelasakan sebagaiberikut : a. Particulate composite, penguatnya berbentuk partikel b. Fibre composite, penguatnya berbentuk serat c. Structural composite, cara penggabungan material komposit

a. Partikel sebagai penguat (Particulate composites) Keuntungan dari komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk partikel: a) Kekuatan lebih seragam pada berbagai arah b) Dapat digunakan untuk meningkatkan kekuatan dan meningkatkan kekerasan material c) Cara penguatan dan pengerasan oleh partikulat adalah dengan menghalangi pergerakan dislokasi.

Proses produksi pada komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk partikel: a) Metalurgi Serbuk b) Stir Casting c) Infiltration Process d) Spray Deposition e) In-Situ Process


c. Fiber sebagai sturktural (Structute composites) Komposit struktural dibentuk oleh reinforce- reinforce yang memiliki bentuk lembaran-lembaran. Berdasarkan struktur, komposit dapat dibagi menjadi dua yaitu struktur laminate dan struktur sandwich,

1) Laminate Laminate adalah gabungan dari dua atau lebih lamina (satu lembar komposit dengan arah serat tertentu) yang membentuk elemen struktur secara integral pada komposit. Proses pembentukan lamina ini menjadi laminate dinamakan proses laminai. Sebagai elemen sebuah struktur, lamina yang serat penguatnya

searah

saja

(unidirectional

lamina)

pada

umumnya

tidak

menguntungkan karena memiliki sifat yang buruk. Untuk itulah struktur komposit dibuat dalam bentuk laminate yang terdiri dari beberapa macam lamina atau lapisan yang diorientasikan dalam arah yang diinginkan dan digabungkan bersama sebagai sebuah unit struktur.

2) Sandwich panels Komposit sandwich merupakan salah satu jenis komposit struktur yang sangat potensial untuk dikembangkan. Komposit sandwich merupakan komposit yang tersusun dari 3 lapisan yang terdiri dari flat composite (metal sheet) sebagai kulit permukaan (skin) serta meterial inti (core) di bagian tengahnya (berada di antaranya). Core yang biasa dipakai adalah core import, seperti polyuretan (PU), polyvynil Clorida (PVC), dan honeycomb.Komposit sandwich dibuat dengan tujuan untuk efisiensi berat yang optimal, namun mempunyai kekakuan dan kekuatan yang tinggi. Sehinggga untuk mendapatkan karakteristik tersebut, pada bagian tengah diantara kedua skin dipasang core.

Komposit sandwich merupakan jenis komposit yang sangat cocok untuk menahan beban lentur, impak, meredam getaran dan suara. Komposit sandwich dibuat untuk mendapatkan struktur yang ringan tetapi mempunyai kekakuan dan kekuatan yang tinggi. Biasanya pemilihan bahan untuk komposit sandwich,


syaratnya

adalah

ringan,

tahan

panas

dan

korosi,

serta

harga

juga

dipertimbangkan. Dengan menggunakan material inti yang sangat ringan, maka akan dihasilkan komposit yang mempunyai sifat kuat, ringan, dan kaku. Komposit sandwich dapat diaplikasikan sebagai struktural maupun non-struktural bagian internal dan eksternal pada kereta, bus, truk, dan jenis kendaraan yang lainnya. 2.6.5. Kelebihan Bahan Komposit Bahan komposit mempunyai beberapa kelebihan berbanding dengan bahan konvensional seperti logam. Kelebihan tersebut pada umumnya dapat dilihat dari beberapa sudut yang penting seperti sifat-sifat mekanikal dan fisikal, keupayaan (reliability), kebolehprosesan dan biaya. Seperti yang diuraikan dibawah ini : a. Sifat-sifat mekanikal dan fisikal Pada umumnya pemilihan bahan matriks dan serat memainkan peranan penting dalam menentukan sifat-sifat mekanik dan sifat komposit. Gabungan matriks dan serat dapat menghasilkan komposit yang mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahan konvensional. 1. Bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih rendah berbandig dengan bahan konvensional. Ini memberikan implikasi yang penting dalam konteks penggunaan karena komposit akan mempunyai kekuatan dan kekakuan spesifik yang lebih tinggi dari bahan konvensional. Implikasi kedua ialah produk komposit yang dihasilkan akan mempunyai kerut yang lebih rendah dari logam. Pengurangan berat adalah satu aspek yang penting dalam industri pembuatan seperti automobile dan angkasa lepas. Ini karena berhubungan dengan penghematan bahan bakar. 2. Dalam industri angkasa lepas terdapat kecendrungan untuk menggantikan komponen yang diperbuat dari logam dengan komposit karena telah terbukti komposit mempunyai rintangan terhadap fatigue yang baik terutamanya komposit yang menggunakan serat karbon. 3. Kelemahan logam yang agak terlihat jelas ialah rintangan terhadap kakisa yang lemah terutama produk yang kebutuhan sehari-hari. Kecendrungan komponen logam untuk mengalami kakisan menyebabkan biaya pembuatan yang tinggi. Bahan komposit sebaiknya mempunyai rintangan terhadap kakisan yang baik.


4. Bahan komposit juga mempunyai kelebihan dari segi versatility (berdaya guna) yaitu produk yang mempunyai gabungan sifat-sifat yang menarik yang dapat dihasilkan dengan mengubah sesuai jenis matriks dan serat yang. Contoh dengan menggabungkan lebih dari satu serat dengan matriks untuk menghasilkan komposit hibrid. 5. Massa jenis rendah (ringan) 6. Lebih kuat dan lebih ringan 7. Perbandingan kekuatan dan berat yang menguntungkan 8. Lebih kuat (stiff), ulet (tough) dan tidak getas. 9. Koefisien pemuaian yang rendah 10. Tahan terhadap cuaca 11. Tahan terhadap korosi 12. Mudah diproses (dibentuk) 13. Lebih mudah disbanding metal b. Biaya Faktur biaya juga memainkan peranan yang sangat penting dalam membantu perkembangan industri komposit. Biaya yang berkaitan erat dengan penghasilan suatu produk yang seharusnya memperhitungkan beberapa aspek seperti biaya bahan mentah, pemrosesan, tenaga manusia, dan sebagainya.

2.6.5. Kekurangan Bahan Komposit a. Tidak tahan terhadap beban shock (kejut) dan crash (tabrak) dibandingkan dengan metal. b. Kurang elastis c. Lebih sulit dibentuk secara plastis

2.6.6. Kegunaan Bahan Komposit Penggunaan bahan komposit sangat luas, yaitu untuk : a. Angkasa luar = Komponen kapal terbang, Komponen Helikopter, Komponen satelit. b. Automobile = Komponen mesin, Komponen kereta


c. Olah raga dan rekreasi = Sepeda, Stick golf, Raket tenis, Sepatu olah raga d. Industri Pertahanan = Komponen jet tempur, Peluru, Komponen kapal selam e. Industri Pembinaan = Jembatan, Terowongan, Rumah, Tanks. f. Kesehatan = Kaki palsu, Sambungan sendi pada pinggang g. Marine / Kelautan = Kapal layar, Kayak

Militer Amerika Serikat adalah pihak yang pertama kali mengembangkan dan memakai bahan komposit. Pesawat AV-8D mempunyai kandungan bahan komposit 27% dalam struktur rangka pesawat pawa awal tahu 1980-an. Penggunaan bahan komposit dalam skala besar pertama kali terjadi pada tahun 1985. Ketika itu Airbus A320 pertama kali terbang dengan stabiliser horisontal dan vertikal yang terbuat dari bahan komposit. Airbus telah menggunakan komposit sampai dengan 15% dari berat total rangka pesawat untuk seri A320, A330 dan A340.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents