ProsidingPertemuanIlmiah gains Materi 1996
KARAKTERISASI PADUAN ALUMINlliM
AIMgSi YANG DI-AGING1
Elman panjaitan2, SulistiosoG. S!, Ari Handayani2
ABSTRAK KARAKTERISASI PADUAN ALUMINIUM AlMgSi YANG DI-AGING. PaduanalumuniumAlMgSi yang diaging pada temperatur160, 180 dan 200 .C dalamwaktu 30, 50, 100, 200, 250 dan 300 menit,telah dikarakterisasimenggunakanMikroskop Optik, SEM dan Uji KekerasanVickers, untuk mempelajariperubahankekerasanterhadapperlakuanpanas. Hasil pengamatan menunjukanbahwaperlakuanaging padapaduanalumuniummengakibatkan terdifusinyaatom-atomMg dan Si yang membentuk presipitatM~Si , dimanadenganpertambahan waktu aging akan meningkatkankekerasanhinggamencapaimaksimumyang pada akhirnyakekerasanmenurunkembali.Kekerasanmaksimumdicapaipadakondisi"aging" 180'c selama100 menit,yaitu sebesar98 Kgimm2. ABSTRACT CHARACTERIZATION OF AGED ALUMINIUM ALLOYS AlMgSi. Aluminium alloys AlMgSi aged at 160, 180 and 200 °c for 30,50, 100, 150,200,250 and 300 minutes had been characterizated using Optical Microscope, Scanning Electron Microscope and Vickers HardnessTester. The experiments werw carried out in order to understand the aging responds to alloys hardness. The results showed that the aged alloys can affect of diffiltions atoms Mg and Si then growth M~Si precipitates, which aging time increase, it hardness can increase too until to maximum hardness than the hardness alloys will back down. Maximum hardness achieve on aging condition 180°C, 100 minutes, it's 98 Kgimm2.
PENDAHULUAN Paduan aluminium seri 6061 merupakan paduan alumunium komersil yang banyak digunakan pada industri komersial termasuk industri rumah tangga. A1MgSi adalah salah satu paduan aluminium yang pengerasannya denganperlakuanpanas,yaitu perlakuanpanas "aging" yang mengakibatkan terbentuknya presipitatMgzSi. Ukuran daD kestabilan presipitasi MgzSi merupakan fungsi daTi temperaturdaD waktu "aging", semakintinggi temperaturdaD lama waktu "aging", presipitat semakin setimbang dan stabil. Secara sederhanamekanismepresipitasipada paduan A1MgSi ini dapat diterangkansebagaiberikut, larutan padatlewatjenuh (supersaturatedsolid solution) dipanaskan pada temperatur relatif rendah,pada suhukamar, akan terbentukzona presipitat daD disebut "GP zone", selanjutnya pada temperaturyang cukup tinggi, zona-zona presipitat akan tumbuh menjadi presipitat metastabil, dengan kenaikan temperatur presipitat metastabil akan menjadi presipitat yang stabil [I). Semakin lama waktu "aging", zona presipitatyang terbentukakan terdifusi merata mengakibatkan paduan AIMgSi menjadi semakin keras dan akan menurunkan keuletannya. Dengan semakin tingginya temperatur "aging" pada waktu yang lama,
98
kekerasanpaduan akan mencapai maksimum daD berkaitan dengan sifat presipitat yang metastabil dengan kerapatan presipitat maksimum[2]. Jika proses"aging" dilanjutkan akan terjadi penggabungan presipitat, sehingga ukuran presipitat menjadi besar daD mengakibatkankekerasanpaduanmenurun. Presipitasi yang terjadi sebagai akibat "aging" pada paduan AIMgSi ini, dikarakterisasi menggunakan metoda Mikroskop Optik, ScanningElectro Microscope (SEM) daD Uji Kekerasan Makro dengan penekanan penelitian dibataskan pada pengaruh"aging" terhadap kekerasandengan memperhatikan perubahan komposisi kimia mikro daDstrukturmikro daTipaduanAIMgSi. BAHAN DAN PERCOBAAN Bahan
Bahanyang digunakandalam penelitian ini adalah paduan AIMgSi seri 6061 basil pengecoran,dengan bentuk asal berupa pipa pejal dengandiameter, e = 8 Cm, diperoleh dari Alcan International PLC, Inggris, dengan komposisikimia seperti ditabelkan berikut ini (Tabell) :
Tabell: Komposisi kimia paduan AIMgSi seri 6061
Percobaan PaduanAIMgSi dipotong menjadi23 buah, kemudiandiberi perlakuanpanasyang meliputi : "solution treatment" pada temperatur530 °C selama 30 menit, diikuti dengan"quenching" pada air, selanjutnyaperlakuanpanas"aging" pada temperatur 160, 180clan 200 °C masingmasing selama50, 100, 150, 200, 250 clan300 menit. Diagram perlakuan panas tersebut digambarkanpadaGambar1.
Pengamatan struktur mikro dilakukan menggunakan Mikroskop Optik daD SEM, yang terlebih dahulu cuplikan di etsa menggunakanlarutan Keller (2,5 ml HCI, 2,5 ml HNO3 dalam 95 inl Air),sehingga rasa-rasa yang tumbuhdapatterarnati.Analisa komposisi kimia mikro menggunakanSEM-EDX dan uji kekerasan menggunakan "macro hardness" Vikcers denganbeban10Kg. BASIL DAN PEMBAHASAN Efek "aging" pada paduanaluminium 6061, dengantempeatur160, 180 dan 200 °C selama 30, 50, 100, 150, 200, 250 dan 300 menit, diamati menggunakanMikroskop Optik tidak menunjukan perubahan mikroskopik yang berarti, lihat Gambar2. Gambar 2.a, mikro struktur paduan6061 yang di-aging pada temperatur 160 °C selarna 300 menit dan Gambar 2.b, struktur mikro yang ill-aging pada temperatur250°C selama 300 menit. Keduanyamenunjukanbentuk dan besar butir yang relatif sarna dan pada barns butir terlihat adanya penumpukan partikel ditandai denganadanya garis hitam terputusputus, dimana garis hitam terputus tersebut menunjukanterjadinyapresipitasiMg2Si[3].
Q ..: ~
~... =
= ...
~
~ Co
E ~
~
Q
~
Gambar 1. Perlakuan aging paduan AIMgSi
99
Gambar 3. Stmktur mikro paduan 6061,aging 160°Cselama 100 menit, basil pengamatanSEM PresipitatMg2Sipada paduanAlMgSi yangdiaging terbentukbilamana konsentrasiMg pada suatu daerah yang diamati mempunyai konsentrasilebih besar dari 0,3 % berat [4]. Mengacu pada Tabel 2 tersebutdiatas, maka jelas bahwa garis putus hitam pada batasbutir yang teramati pada Gambar 2 dan Gambar 3 mempunyaiindikasi sebagaipresipitatMg2Si. Hasil uji kekerasanmenggunakankekerasan makro Vickers, Gambar 4, menunjukkan kekerasan maksimum dari setiap perlakuan "aging" 160, 180 dan 200°C dicapai pada waktu pemanasan 100 menit, yaitu masingmasing83,52; 98,00 dan 92,26Kg/mm2. Presipitat Mg2Si pada paduan AlMgSi yang di-aging terbentuk bilamana konsentrasi Mg pada suatu daerah yang diamati mempunyai konsentrasilebih besardari 0,3 % berat[4].
Hasil uji kekerasan menggunakankekerasan makro Vickers, Gambar 4, menunjukkan kekerasan maksimum dari setiap perlakuan "aging" 160, 180 dan 200°C dicapai pada waktu pemanasan 100 menit, yaitu masingmasing83,52; 98,00dan 92,26Kg/mm2. Perubahan kekerasan akibat pertumbuhan presipitat dapat diterangkan sebagai berikut, akibat "aging" pada temperatur relatif rendah (sekitar temperatur kamar) mengakibatkan pertumbuhan presipitat berupa zona yang berbentukjarum dengankuantitaspresipitatnya sedikit, pemanasan lebih lanjut dengan temperaturlebih tinggi dan waktu yang lebih lama zona presipitatberubahmenjadi presipitat metastabildengan kuantitas yang lebih besar hingga mencapaikerapatanyangmaksimum.
Tabel 2. Perbandingan komposisiMg daD Si pada presipitat dari paduan AlMgSi 6061yangdiaging
Parameter"aging -
100
% Atom
~
Si
l§_O°C,-100 menit _180°C, 100 menit
~~
~ ~
200~~~ 100 menit
2,77
0,67
Hasil pengamatan menggunakan SEM EDX, seperti ditunjukan pada Gambar 3, terlihat gambaranyang sarnasepertiditunjukan pada struktur rnikro basil pengamatan MikroskopOptik, yaitu padabarnsbutir terlihat adanyagaris putusmenghitam.
Tanda panahyang ditunjukan pactaGambar3, merupakan daerah yang dianalisa untuk mendapatkan komposisi kimia mikro dari posisi tersebut, dengan basil pengamatan sepertiditunjukan pactaTabel2.
101
Pada kondisi kerapatanpresipitatmetastabil yang maksimum inilah paduan AlMgSi mencapai kekerasan maksimum pula, yang pada akhimya bentuk presipitat berubah menjadi pelat yang stabil dengan ukuran yang lebih besardibandingkan presipitat metastabil, tetapi kerapatannya relatif menjadi lebih rendah, kurang rapatnya presipitat stabil memungkinkan terjadinya pergerakan dislokasi. Hasil uji kekerasan menunjukan bahwa, kekerasan maksimum yang dicapai pada temperatur "aging" 100 menit cenderung mengandung presipitat metastabil dengan kerapatanmaksimum [5,6], sedangkanwaktu "aging" diatas 100 menit cenderungpresipitat membesar dengan kerapatan menurun, sehinggakekerasannyamenurun.Dengankala lain Gambar 4 menunjukanbahwa kerapatan presipitat maksimum terbesar dicapai pada kondisi "aging" 180 DC, 100 menit yaitu bersesuaiandengannilai kekerasanmaksimum terbesar( 98 Kgimm2).
Kekerasan maksimum untuk tiap kondisi "aging" berbeda, menunjukan bahwa kerapatan presipitat yang terbentuk pada tiap kondisi"aging" berbeda. Kerapatan presipitat maksimum dicapai pada kondisi "aging" 180°C, 100 menit dengankekerasan98Kgimm2. U CAPAN TERIMAKASm Pada Kesempatanini, penulis mengucapkan terima kasihyang sebesar-besarnya kepadaKa. PPSM, DR. Wuryanto daD Ka BTK, Dra Rukihati, SUo, yang telah menyetujui0dan mendorong terlaksananya penelitian ini. Penulis juga menghaturkan terima kasih kepada Rodian P., mahasiswa FMlPA USU, yang telah banyak membantupenulis daIam preparasi cuplikan, demikian haInya kepada seluruh star BTK dan MBI PPSM penulis menghaturkan terima kasih atas segala dorongannya sehingga penelitian ini dapat terselesaikan.
KESIMPULAN .Proses "aging" paduan AlMgSi mengakibatkan perubahan kekerasan, sebagai akibat pertumbuhan presipitat. Presipitat yang terbentuk adalah Mg2Si dengan perbandingan konsentrasi atom Mg: Si = 2,82 : 0,77.
N
e
e ~
-
~ ;~
~ '"
~
OJ
~
Waktu Aging (menit) Gambar 4 Responkekerasan terbadap aging dari paduan AlMgSi
102
DAFTARPUSTAKA
DISKUSI
1. JACOBS, M.H., The Structure Of Metastable Precipitates Formed During Aging Of An AI-Mg-Si Alloys. The Philosophical Magazine, V. 26, p. 245,
Pertanvaan: Riwayat perlakuan panas yang dipilih itu, meniru atau mensimulasikankejadian, bila ya, apa daDdimana ? Apakahhanyadipilih sembarang? (Z. Amilius)
1972.
2. SMITH. W.F.
Principle .\'cience And Engineering.
Of Materials 2ndedition. p.
508. McGraw Hill Pub.Co.. 1990. 3.
HATCH, J.E.. Alumunium PropertiesAnd Physical Metallurgy. p. 58, American SocietyFor Metals. 1990.
Jawaban :
-Perlakuan panasyang dikenai pada cuplikan mengacu pada referensi (WF. Smith, Principle Of Materials Science And Engineering, ...) yaitu, pada range temperatur aging (perlakuan panas untuk pengerasanbahandenganpresipitasi),seperti diuraikanpada subbabPercobaan.
4. MONDOLFO, L.F., Alumunium Alloys Structure And Properties, WCS Limited, 1979. 5
MASRUKAN. ELMAN P.. Karakterisasi PaduanALMgSi Menggunakan Mikroskop Elektron Transmisi. DipresentasikanPada Seminar Daur Bahan Bakar Nuklir. PEBNBATAN. 1996.
6.
SUTIARSO, Pengamatan Presipitat Pada Paduan ALMgSi Dengan Mikroskop Elektron Transmisi. Dipresentasikan Pada Seminar Nasional daD Workshop Elektron Mikroskop. FMIPA-ITS, 1995.
103
