 |
| Aluminium Alloy |
Dalam keadaan murni almunium sangat lemah dan lunak,tetapi dengan dipadukan dengan sejumlah kecil logam lain maka sifat-sifat alumunium yang asli dapat diperbaiki. Logam yang sering dipadukan dengan alumunium adalah : Cu, Si, Mg, Ni, Mn, Zn, Fe dll.
{tocify} $title={Daftar Isi Artikel}
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 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
Penggolongan paduan alumunium dapat dibagi menjadi 2 golongan utama yaitu :
A. Wrought Alloy
Paduan ini dibuat dengan melalui proses rolling,forming,drawing,forging dan press working. Hasil dari proses ini berupa barang setengah jadi.
B. Casting Alloy.
Paduan ini dibuat melalui proses pengecoran (paduan tuang). Paduan ini merupakan paduan komplek dari Al dengan Cu, Ni, Si, Fe, Zn dan unsur lainnya. Paduan ini dapat dibedakan menjadi :
1. Heat-Treatable Aluminium Alloy
Pada paduan ini ditambahkan beberapa elemen untuk memperkuat aluminium,elemen yang ditambahkan biasanya copper, magnesium dan silikon dan zinc dalam hal ini material dipanaskan antara 900-10500 °F tergantung daripaduannya dan kekuatan paduannya tergantung pada pemanasan,quenching dan arifticialaging.
2. Non Heat Treateble Aluminium Alloy
Pada paduan ini ditambahkan beberapa elemen untuk memperkuat paduanaluminium dan ada yang murni aluminium , elemen yang ditambahkan pada jenis paduan ini adalah mangan , siliko , magnesium dalam meningkatkan kekuatan dari paduan aluminium ini dilakukan dengan memvariasikan suhudari cold working (pendinginan) atau strain hardening.
Beberapa karakteristik Paduan Aluminium utama :
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.
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).
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.
Tabel 1 - Pengaruh Fe terhadap paduan aluminium. Perhatikan bahwa elongasi berbanding lurus dengan kekuatan tensil pada tabel di bawah ini, berbeda dengan kondisi pada umumnya yang berbanding terbalik, menunjukkan efek merusak Fe terhadap paduan aluminium
| % Fe | Kekuatan tensil (MPa) | Elongasi (%) pada 50 mm bahan |
Skala kekerasan Brinnel |
|---|---|---|---|
| 0,29 | 217 | 14 | 62 |
| 0,79 | 216 | 9,8 | 65 |
| 0,90 | 210 | 6,0 | 65 |
| 1,13 | 171 | 2,5 | 66 |
| 1,60 | 126 | 1,5 | 68 |
| 2,08 | 78 | 1,0 | 70 |
Kelemahan aluminium paduan adalah pada ketahanannya terhadap lelah (fatigue). Aluminium paduan tidak memiliki batas lelah yang dapat diperkirakan seperti baja, yang berarti failure akibat fatigue dapat muncul dengan tiba-tiba bahkan pada beban siklik yang kecil.
Satu kelemahan yang dimiliki aluminium murni dan paduan adalah sulit memperkirakan secara visual kapan aluminium akan mulai melebur, karena aluminium tidak menunjukkan tanda visual seperti baja yang bercahaya kemerahan sebelum melebur.
Aluminium paduan untuk keperluan penempaan
Tabel 2 Sifat aluminium tempa pada tiga jenis paduan dengan komposisi yang berbeda-beda. Perlu diperhatikan bahwa elongasi berbanding terbalik dengan kekuatan tensil.
| Paduan | Komposisi (%) | Kekuatan tensil (MPa) | Elongasi (%) pada 50 mm bahan |
|---|---|---|---|
| 1100 | 99,00 Al | 90-170 | 5-35 |
| 3003 | 1,2 Mn | 110-200 | 4-30 |
| 3004 | 1,2 Mn, 1,0 Mg | 180-290 | 5-20 |
| 5052 | 2,5 Mg, 0,2 Cr | 195-295 | 8-30 |
| 5056 | 5,2 Mg, 0,1 Mn, 0,1 Cr | 295-440 | 10-35 |
Dengan persentase campuran tertentu, akan didapatkan aluminium paduan dengan kekuatan tensil hingga 400 MPa dengan ductility yang cukup. Aluminium paduan jenis ini lebih murah biaya produksinya karena tidak memerlukan perlakuan termal.
Aluminium paduan dengan perlakuan termal
Tabel 3. Sifat aluminium paduan dengan perlakuan panas pada beberapa jenis paduan dengan komposisi yang berbeda-beda. Perlu diperhatikan bahwa elongasi berbanding terbalik dengan kekuatan tensil.
| Paduan | Komposisi (%) | Kekuatan tensil (MPa) | Elongasi (%) pada 50 mm bahan |
|---|---|---|---|
| 2014 | 4,4 Cu, 0,8 Si, 0,8 Mn, 0,4 Mg | 190-490 | 10-22 |
| 2024 | 4,5 Cu, 0,6 Mn, 1,5 Mg | 190-525 | 6-20 |
| 6061 | 1,0 Mg, 0,6 Si, 0,2 Cr | 125-410 | 6-25 |
| 7075 | 5,5 Zn, 2,5 Mg, 1,5 Cu, 0,3 Cr | 230-580 | 11-17 |
Aluminium paduan jenis memiliki biaya produksi yang lebih tinggi karena memerlukan teknik khusus dalam pembentukannya hingga aluminium siap untuk dipakai. Teknik ini akan menghasilkan paduan dengan kekuatan tensil yang cukup tinggi, yaitu di atas 400 MPa, sehingga pengurangan massa dapat dilakukan untuk mengurangi biaya dan mendapatkan kekuatan yang sesuai untuk aplikasi tertentu.
Perlakuan termal yang umum dilakukan adalah:
Ø Pengerjaan logam dengan menggunakan panas (misal: hot extrusion)
Ø Memanaskan logam hingga mendekati titik leburnya, lalu didinginkan secara perlahan. Proses ini disebut annealing, dan menghasilkan logam yang lunak.
Ø Pendinginan dengan cepat, baik dengan menggunakan es, air dingin, ataupun air mendidih sesuai kebutuhan. Proses ini dinamakan quenching.
Ø Disimpan pada temperatur tertentu (umumnya mendekati titik leburnya) selama beberapa lama (antara 1 jam hingga 40 hari). Proses ini disebut artificial age hardening.
Perlakuan termal dapat berupa kombinasi nomor dua, tiga, dan empat, namun ada juga yang melakukan penyimpanan selama beberapa lama pada suhu kamar setelah quenching sebelum siap digunakan. Ada juga yang ditempa pada suhu kamar sebelum disimpan pada suhu tinggi.
Penyimpanan pada suhu tinggi bermanfaat untuk meningkatkan kekerasan dan kekuatan tensil. Nilai peningkatan kekuatan tensil dapat mencapai tiga kalinya jika dibandingkan dengan aluminium paduan tanpa perlakuan termal.
Tabel 4. Perlakuan panas yang berbeda-beda terhadap paduan 2014 (4,4 Cu; 0,8 Si; 0,8 Mn; 0,4 Mg) dan pengaruhnya terhadap sifat mekanik bahan
| Perlakuan | Kekuatan Tensil | Elongasi (%) pada 50 mm bahan |
Skala Kekerasan Brinnel |
|---|---|---|---|
| Annealing | 190 | 18 | 45 |
| Quenching, lalu disimpan pada suhu kamar | 435 | 20 | 105 |
| Quenching, lalu disimpan dengan temperatur tertentu | 490 | 13 | 135 |
Paduan 7075 merupakan paduan Al-Zn yang paling terkenal. Jika diberi perlakuan quenching, lalu disimpan dengan temperatur tinggi selama beberapa waktu, logam paduan akan memiliki kekuatan tensil 580 MPa. Jika tidak diberikan perlakuan termal, paduan hanya memiliki kekuatan tensil 230 MPa.
Pada penggunaan di lingkungan yang bersifat korosif, permukaan paduan Al-Cu yang merupakan paduan yang mudah korosi, harus dilapisi dengan aluminium murni dengan teknik "hot rolling". Hal ini akan mencegah oksidasi Al-Cu lebih jauh, bahkan ketika logam terpotong karena aluminium bersifat anodik. Meski pelapisan dengan aluminium dapat mengurangi kekuatan, hal ini umum dilakukan.
Aluminium paduan cor
Aluminium dapat dicor di cetakan pasir/tanah liat, cetakan besi, atau cetakan baja dengan diberi tekanan. Logam cor dapat lebih cepat mengeras jika dicor dengan cetakan logam, sehingga akan menghasilkan efek yang sama seperti efek quenching, yaitu memperkeras logam.
Pengecoran dengan besi harus dilakukan dengan hati-hati karena dapat menyebabkan intrusi besi ke dalam paduan, menyebabkan paduan memiliki komposisi yang tidak diinginkan. Proses pengecoran, selain harus terbebas dari pengotor pencetaknya, juga harus terbebas dari uap air. Aluminium, dalam temperatur tinggi, dapat bereaksi dengan uap air membentuk aluminium hidroksida dan gas hidrogen. Aluminium cair, sepeti logam cair pada umumnya, dapat melarutkan gas tersebut, dan ketika logam mulai mendingin dan menjadi padat, gelembung-gelembung hidrogen akan terbentuk di dalam logam, menyebabkan logam menjadi berpori-pori dan menyebabkan logam semakin rapuh.
Untuk mencegah keberadaan gas hidrogen dalam logam, pengecoran sebaiknya dilakukan dalam keadaan kering dan tidak lembab serta logam tidak dilelehkan pada temperatur jauh di atas titik lelehnya. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan tanur listrik, namun hal ini akan meningkatkan biaya produksi.
Komposisi utama aluminium paduan cor pada umumnya adalah tembaga, silikon, dan magnesium. Al-Cu memberikan keuntungan yaitu kemudahan dalam pengecoran dan memudahkan pengerjaan permesinan. Al-Si memmberikan kemudahan dalam pengecoran, kekuatan, ketahanan pada temperatur tinggi, dan pemuaian yang rendah. Sifat pemuaian merupakan sifat yang penting dalam logam cor dan ekstrusi, yang pada umumnya merupakan bagian dari mesin. Al-Mg juga memberikan kekuatan, dan lebih baik dibandingkan Al-Si karena memiliki ketahanan yang lebih tinggi hingga logam mengalami deformasi plastis (elongasi). Namun konsentrasi lebih dari 10% dapat mengurangi kemudahan dalam pengecoran.
Mau donasi lewat mana?
Donate with PaypalGopay-