Prosiding Pertemuan Ilmiah gains Materi 1996

KARAKTERISASI PADUAN ALUMINlliM AIMgSi YANG DI-AGING1

Elman panjaitan2, Sulistioso G. S!, Ari Handayani2

ABSTRAKKARAKTERISASI PADUAN ALUMINIUM AlMgSi YANG DI-AGING. Paduan alumunium AlMgSi yang diaging pada

temperatur 160, 180 dan 200 .C dalam waktu 30, 50, 100, 200, 250 dan 300 menit, telah dikarakterisasi menggunakan MikroskopOptik, SEM dan Uji Kekerasan Vickers, untuk mempelajari perubahan kekerasan terhadap perlakuan panas. Hasil pengamatanmenunjukan bahwa perlakuan aging pada paduan alumunium mengakibatkan terdifusinya atom-atom Mg dan Si yang membentukpresipitat M~Si , dimana dengan pertambahan waktu aging akan meningkatkan kekerasan hingga mencapai maksimum yang padaakhirnya kekerasan menurun kembali. Kekerasan maksimum dicapai pada kondisi "aging" 180 'c selama 100 menit, yaitu sebesar 98Kgimm2.

ABSTRACTCHARACTERIZATION 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 Microscopeand Vickers Hardness Tester. The experiments werw carried out in order to understand the aging responds to alloys hardness. The resultsshowed that the aged alloys can affect of diffiltions atoms Mg and Si then growth M~Si precipitates, which aging time increase, ithardness can increase too until to maximum hardness than the hardness alloys will back down. Maximum hardness achieve on agingcondition 180°C, 100 minutes, it's 98 Kgimm2.

kekerasan paduan akan mencapai maksimumdaD berkaitan dengan sifat presipitat yangmetastabil dengan kerapatan presipitatmaksimum [2]. Jika proses "aging" dilanjutkanakan terjadi penggabungan presipitat, sehinggaukuran presipitat menjadi besar daDmengakibatkan kekerasan paduan menurun.

Presipitasi yang terjadi sebagai akibat"aging" pada paduan AIMgSi ini,dikarakterisasi menggunakan metodaMikroskop Optik, Scanning Electro Microscope(SEM) daD Uji Kekerasan Makro denganpenekanan penelitian dibataskan padapengaruh "aging" terhadap kekerasan denganmemperhatikan perubahan komposisi kimiamikro daD struktur mikro daTi paduan AIMgSi.

BAHAN DAN PERCOBAAN

BahanBahan yang digunakan dalam penelitian ini

adalah paduan AIMgSi seri 6061 basilpengecoran, dengan bentuk asal berupa pipapejal dengan diameter, e = 8 Cm, diperoleh

dari Alcan International PLC, Inggris, dengankomposisi kimia seperti ditabelkan berikut ini(Tabell) :

PENDAHULUANPaduan aluminium seri 6061 merupakan

paduan alumunium komersil yang banyakdigunakan pada industri komersial termasukindustri rumah tangga. A1MgSi adalah salahsatu paduan aluminium yang pengerasannyadengan perlakuan panas, yaitu perlakuan panas"aging" yang mengakibatkan terbentuknyapresipitat MgzSi. Ukuran daD kestabilanpresipitasi MgzSi merupakan fungsi daTitemperatur daD waktu "aging", semakin tinggitemperatur daD lama waktu "aging", presipitatsemakin setimbang dan stabil. Secarasederhana mekanisme presipitasi pada paduanA1MgSi ini dapat diterangkan sebagai berikut,larutan padat lewat jenuh (super saturated solidsolution) dipanaskan pada temperatur relatifrendah, pada suhu kamar, akan terbentuk zonapresipitat daD disebut "GP zone", selanjutnyapada temperatur yang cukup tinggi, zona-zonapresipitat akan tumbuh menjadi presipitatmetastabil, dengan kenaikan temperaturpresipitat metastabil akan menjadi presipitatyang stabil [I).

Semakin lama waktu "aging", zonapresipitat yang terbentuk akan terdifusi meratamengakibatkan paduan AIMgSi menjadisemakin keras dan akan menurunkankeuletannya. Dengan semakin tingginyatemperatur "aging" pada waktu yang lama,

98

Pengamatan struktur mikro dilakukanmenggunakan Mikroskop Optik daD SEM,yang terlebih dahulu cuplikan di etsamenggunakan larutan Keller (2,5 ml HCI, 2,5ml HNO3 dalam 95 inl Air),sehingga rasa-rasayang tumbuh dapat terarnati. Analisa komposisikimia mikro menggunakan SEM-EDX dan ujikekerasan menggunakan "macro hardness"Vikcers dengan beban 10 Kg.

Tabell: Komposisi kimia paduan AIMgSiseri 6061

BASIL DAN PEMBAHASANEfek "aging" pada paduan aluminium 6061,

dengan tempeatur 160, 180 dan 200 °C selama30, 50, 100, 150, 200, 250 dan 300 menit,diamati menggunakan Mikroskop Optik tidakmenunjukan perubahan mikroskopik yangberarti, lihat Gambar 2.

Gambar 2.a, mikro struktur paduan 6061yang di-aging pada temperatur 160 °C selarna300 menit dan Gambar 2.b, struktur mikroyang ill-aging pada temperatur 250°C selama300 menit. Keduanya menunjukan bentuk danbesar butir yang relatif sarna dan pada barnsbutir terlihat adanya penumpukan partikelditandai dengan adanya garis hitam terputus-putus, dimana garis hitam terputus tersebutmenunjukan terjadinya presipitasi Mg2Si [3].

PercobaanPaduan AIMgSi dipotong menjadi 23 buah,

kemudian diberi perlakuan panas yang meliputi: "solution treatment" pada temperatur 530 °Cselama 30 menit, diikuti dengan "quenching"pada air, selanjutnya perlakuan panas "aging"pada temperatur 160, 180 clan 200 °C masing-masing selama 50, 100, 150, 200, 250 clan 300menit. Diagram perlakuan panas tersebutdigambarkan pada Gambar 1.

Q..:~~...=~=...~Co

E~

~

Q~

Gambar 1. Perlakuan aging paduan AIMgSi

99

Gambar 3. Stmktur mikro paduan 6061, aging 160°C selama 100 men it,basil pengamatan SEM

Presipitat Mg2Si pada paduan AlMgSi yang di-aging terbentuk bilamana konsentrasi Mg padasuatu daerah yang diamati mempunyaikonsentrasi lebih besar dari 0,3 % berat [4].Mengacu pada Tabel 2 tersebut diatas, makajelas bahwa garis putus hitam pada batas butiryang teramati pada Gambar 2 dan Gambar 3mempunyai indikasi sebagai presipitat Mg2Si.

Hasil uji kekerasan menggunakan kekerasanmakro Vickers, Gambar 4, menunjukkankekerasan maksimum dari setiap perlakuan"aging" 160, 180 dan 200°C dicapai padawaktu pemanasan 100 menit, yaitu masing-masing 83,52; 98,00 dan 92,26 Kg/mm2.

Presipitat Mg2Si pada paduan AlMgSi yangdi-aging terbentuk bilamana konsentrasi Mgpada suatu daerah yang diamati mempunyaikonsentrasi lebih besar dari 0,3 % berat [4].

Hasil uji kekerasan menggunakan kekerasanmakro Vickers, Gambar 4, menunjukkankekerasan maksimum dari setiap perlakuan"aging" 160, 180 dan 200°C dicapai padawaktu pemanasan 100 menit, yaitu masing-masing 83,52; 98,00 dan 92,26 Kg/mm2.Perubahan kekerasan akibat pertumbuhan

presipitat dapat diterangkan sebagai berikut,akibat "aging" pada temperatur relatif rendah(sekitar temperatur kamar) mengakibatkanpertumbuhan presipitat berupa zona yangberbentuk jarum dengan kuantitas presipitatnyasedikit, pemanasan lebih lanjut dengantemperatur lebih tinggi dan waktu yang lebihlama zona presipitat berubah menjadi presipitatmetastabil dengan kuantitas yang lebih besarhingga mencapai kerapatan yang maksimum.

Tabel 2. Perbandingan komposisi Mg daD Si pada presipitat daripaduan AlMgSi 6061yang diaging

Parameter "aging % AtomSi~

~~

2,77

~~0,67

-

l§_O°C, 100 menit-_180°C, 100 menit

200~~~ 100 menit

100

Tanda panah yang ditunjukan pacta Gambar 3,merupakan daerah yang dianalisa untukmendapatkan komposisi kimia mikro dariposisi tersebut, dengan basil pengamatanseperti ditunjukan pacta Tabel 2.

Hasil pengamatan menggunakan SEM -ED X, seperti ditunjukan pada Gambar 3,terlihat gambaran yang sarna seperti ditunjukanpada struktur rnikro basil pengamatanMikroskop Optik, yaitu pada barns butir terlihatadanya garis putus menghitam.

101

Kekerasan maksimum untuk tiap kondisi"aging" berbeda, menunjukan bahwakerapatan presipitat yang terbentuk padatiap kondisi "aging" berbeda.Kerapatan presipitat maksimum dicapaipada kondisi "aging" 180°C, 100 menitdengan kekerasan 98 Kgimm2.

U CAP AN TERIMAKASmPada Kesempatan ini, penulis mengucapkan

terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Ka.PPSM, DR. Wuryanto daD Ka BTK, DraRukihati, SUo, yang telah menyetujui 0 danmendorong terlaksananya penelitian ini.Penulis juga menghaturkan terima kasihkepada Rodian P., mahasiswa FMlPA USU,yang telah banyak membantu penulis daIampreparasi cuplikan, demikian haInya kepadaseluruh star BTK dan MBI PPSM penulismenghaturkan terima kasih atas segaladorongannya sehingga penelitian ini dapatterselesaikan.

Pada kondisi kerapatan presipitat metastabilyang maksimum inilah paduan AlMgSimencapai kekerasan maksimum pula, yangpada akhimya bentuk presipitat berubahmenjadi pelat yang stabil dengan ukuran yanglebih besar dibandingkan presipitat metastabil,tetapi kerapatannya relatif menjadi lebihrendah, kurang rapatnya presipitat stabilmemungkinkan terjadinya pergerakandislokasi.

Hasil uji kekerasan menunjukan bahwa,kekerasan maksimum yang dicapai padatemperatur "aging" 100 menit cenderungmengandung presipitat metastabil dengankerapatan maksimum [5,6], sedangkan waktu"aging" diatas 100 menit cenderung presipitatmembesar dengan kerapatan menurun,sehingga kekerasannya menurun. Dengan kalalain Gambar 4 menunjukan bahwa kerapatanpresipitat maksimum terbesar dicapai padakondisi "aging" 180 DC, 100 menit yaitubersesuaian dengan nilai kekerasan maksimumterbesar ( 98 Kgimm2 ).

KESIMPULAN.Proses "aging" paduan AlMgSi

mengakibatkan perubahan kekerasan,sebagai akibat pertumbuhan presipitat.Presipitat yang terbentuk adalah Mg2Sidengan perbandingan konsentrasi atomMg: Si = 2,82 : 0,77.

-Nee~~-;~~'"~OJ~

Waktu Aging (menit)

Gambar 4 Respon kekerasan terbadap aging dari paduan AlMgSi

102

DAFTARPUSTAKA DISKUSI

1. JACOBS, M.H., The Structure OfMetastable Precipitates Formed DuringAging Of An AI-Mg-Si Alloys. ThePhilosophical Magazine, V. 26, p. 245,1972.

Pertanvaan:Riwayat perlakuan panas yang dipilih itu,meniru atau mensimulasikan kejadian, bilaya, apa daD dimana ?Apakah hanya dipilih sembarang ?

(Z. Amilius)2. SMITH. W.F. Principle Of Materials

.\'cience And Engineering. 2nd edition. p.508. McGraw Hill Pub. Co.. 1990.

3. HATCH, J.E.. Alumunium Properties AndPhysical Metallurgy. p. 58, AmericanSociety For Metals. 1990.

Jawaban :-Perlakuan panas yang dikenai pada cuplikan

mengacu pada referensi (WF. Smith,Principle Of Materials Science AndEngineering, ...) yaitu, pada rangetemperatur aging (perlakuan panas untukpengerasan bahan dengan presipitasi), sepertidiuraikan pada sub bab Percobaan.

4. MONDOLFO, L.F., Alumunium AlloysStructure And Properties, WCS Limited,1979.

5 MASRUKAN. ELMAN P.. KarakterisasiPaduan ALMgSi Menggunakan MikroskopElektron Transmisi. Dipresentasikan PadaSeminar Daur Bahan Bakar Nuklir.PEBN BATAN. 1996.

6. SUTIARSO, Pengamatan PresipitatPada Paduan ALMgSi DenganMikroskop Elektron Transmisi.Dipresentasikan Pada Seminar NasionaldaD Workshop Elektron Mikroskop.FMIPA-ITS, 1995.

103