TUGAS PAPER PENGANTAR MATERIAL TEKNIK 2012

Substitusi Badan Mobil Berbahan Dasar Baja Karbon Rendah dengan Logam Paduan Al-Mg-Sc Menggunakan Metode

Superplastics Forming

Dosen :

Prof. Dr. Ir. Johny Wahyuadi M. Soedarsono DEA

Disusun oleh:

Tiin Zhakiah

(1206217345)

DEPARTEMEN TEKNIK METALURGI DAN MATERIALFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS INDONESIADEPOK

2012

Kata Pengantar

Segala puji dan syukur saya panjatkan kepada kehadirat Allah Subhanahu Wata’ala, Tuhan Semesta Alam, yang telah mencurahkan rahmat dan nikmat-Nya sehingga saya dapat menyelesaikan Paper dengan judul Substitusi Badan Mobil Berbahan Dasar Baja Karbon Rendah dengan Logam Paduan Al-Mg-Sc Menggunakan Metode Superplastics Forming ini tepat waktu. Sholawat serta salam selalu tercurah kepada Rasulullah Muhammad SAW yang telah membawa cahaya kebenaran kepada kita umatnya.

Dalam pembuatan Paper ini, saya mendapatkan banyak dukungan dan bantuan dari banyak pihak. Ucapan terima kasih saya tujukan kepada pihak – pihak yang telah membantu saya, diantaranya :

1. Orang tua saya, ayah dan mama saya yang tidak hentinya memberikan pemaklumannya atas semua kegiatan saya yang sangat menyita waktu, serta adik saya yang senantiasa menemani saya dalam proses pengerjaan paper ini.

2. Prof. Dr. Ir. Johny Wahyuadi M. Soedarsono DEA, selaku dosen pengajar yang memicu saya untuk belajar banyak dengan membuat tugas paper ini.

3. Teman – teman saya yang telah memberikan semangat yang tida hentinya selama proses pembuatan paper ini.

Akhirnya saya hanya bisa berharap agar Paper saya dapat bermanfaat dan memberikan sumbangan bagi perkembangan ilmu pengetahuan dalam dunia pendidikan.

Depok, 14 Desember 2012

Penulis

DAFTAR ISI

Kata Pengantar............................................................................................................................iDaftar Isi....................................................................................................................................iiDaftar Tabel..............................................................................................................................iiiDaftar Gambar..........................................................................................................................ivDaftar Grafik..............................................................................................................................vAbstrak......................................................................................................................................vi

BAB I PENDAHULUAN1.1. Latar

Belakang.....................................................................................................................11.2. Rumusan

Masalah................................................................................................................11.3. Tujuan dan Manfaat

Penulisan.............................................................................................1

BAB II GAGASAN2.1. Penggunaan Paduan Al-Mg-Sc untuk Badan Mobil......................................................22.2. Superplastic Forming pada Paduan Al-Mg-Sc..............................................................32.3. Proses recycling Paduan Al-Mg-Sc................................................................................4

BAB III PENUTUP3.1. Kesimpulan.....................................................................................................................53.2. Saran...............................................................................................................................5

DAFTAR PUSTAKA................................................................................................................6

DAFTAR TABEL

BAB II Tabel 2.1.............................................................................................................2Tabel 2.2.............................................................................................................3

DAFTAR GAMBAR

BAB II Gambar 2.1.........................................................................................................3Gambar 2.2.........................................................................................................3Gambar 2.3.........................................................................................................4

DAFTAR GRAFIK

BAB II Grafik 2.1...........................................................................................................3 Grafik 2.2...........................................................................................................3

Substitusi Badan Mobil Berbahan Dasar Baja Karbon Rendah dengan Logam Paduan Al-Mg-Sc Menggunakan Metode Superplastics Forming

Tiin Zhakiah1)

1) Jurusan Teknik Metalurgi dan Material, Universitas Indonesia

Abstrak:

Low carbon steel adalah bahan yang sudah lazim digunakan sebagai bahan dasar pembuatan badan mobil. Begitu juga dengan aplikasi paduan Al yang sering ditemukan pada konstruksi pesawat. Dalam paper ini, akan dijelaskan tentang paduan Al-Mg-Sc serta metode superplastik, dimana pengaplikasiannya tidak lagi untuk pesawat namun untuk badan mobil. Hal ini dilakukan karena penggunaan Aluminium akan mereduksi berat kendaraan sehingga akan kecepatan yang dihasilkan akan semakin tinggi dengan asupan bahan bakar yang lebih rendah.

Kata kunci: low carbon steel, al-mg-sc, superplastic forming

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Penggunaan baja sebagai bahan baku dalam industri otomotif sudah berlangsung sejak lama. Dalam hal fabrikasi badan mobil, baja yang digunakan adalah baja karbon rendah yang memiliki kandungan karbon 0,25%. Pemakaian ini didasari atas keuletan dari baja karbon rendah yang sangat bagus sehingga mudah untuk dibentuk. Namun penggunaan bahan standar ini akan menghasilkan massa mobil yang lebih tinggi, jika dibandingkan dengan pengunaaan aluminium.

Aluminium, memiliki massa yang lebih ringan sehingga jika diaplikasikan sebagai bahan dasar pembuatan badan mobil, akan dihasilkan kendaraan yang lebih ringan sehingga kecepatan akan bisa lebih tinggi dan tentu akan mengurangi konsumsi bahan bakar. Tentunya hal ini akan memberikan solusi untuk masalah kelangkaan bahan bakar dan polusi di dunia.

Namun tentunya penggunaan aluminium ini harus ditambahkan dengan logam paduan lainnya. Dalam paper ini, paduan yang dipadukan dengan Al adalah Magnesium dan Skandium. Penambahan ini tentunya diharapkan akan meningkatkan sifat-sifat material paduan itu sendiri.

1.2. Rumusan Masalah

Apakah paduan Al-Mg-Sc layak untuk dijadikan sebagai substituen baja karbon rendah sebagai bahan dasar pembuatan badan mobil?

1.3. Tujuan dan Manfaat Penulisan

i) Tujuan PenulisanAdapun tujuan dari penulisan paper ini adalah:

1. Menganalisa kekurangan dan kelebihan paduan Al-Mg-Sc dalam penggunaannya untuk badan mobil2. Mengeksplorasi relevansi dari sifat-sifat material dengan aplikasinya untuk autoparts3. Mempelajari lebih dalam tentang perkembangan aplikasi logam paduan sebagai bahan masa depan

ii) Manfaat Penulisan Ditinjau dari manfat penulisan ini secara teoritis, maka hasil penulisan ini

diharapkan dapat digunakan bagi pengembangan ilmu metalurgi dan material serta ilmu terapan dalam bidang otomotif yang lebih baik. Sedangkan secara praktis, hasil penulisan ini dapat digunakan sebagai sumbangan pemikiran bagi dunia otomotif.

BAB IIGAGASAN

2.1. Penggunaan Paduan Al-Mg-Sc untuk Badan Mobil

Sebagai inovasi baru, paduan aluminium dengan performa yang lebih maksimal terus menerus dikembangkan. Dari awal, kegunaan paduan telah diakui performanya dalam bidang aerospace. Namun pada paper kali ini, paduan ini akan dialokasikan sebagai bahan dasar pembuatan badan mobil yang lazimnya menggunakan baja karbon rendah.

Sebuah alternatif logis yang telah dilakukuan terhadap paduan Al adalah penambahan Mg, yang memiliki kelarutan padat substansial yang kuat. Sayangnya, sulit untuk mengembangkan paduan ini dan proses yang akan menghasilkan kekuatan material yang baik meskipun telah dilakukan pengurangan densitas secara signifikan. Lebih parahnya lagi, penggunaan Mg dengan konsentrasi yang tinggi pada industri komersial aka menghasilkan tantangan tersendiri, yaitu akan rentannya material terhadap stress corrosion cracking. Lalu disinilah peranan dari penambahan Sc pada paduan Al-Mg, yaitu untuk menambah kekuatan paduan.

Faktanya, Al3Sc adalah penguat yang paling ampuh . Endapan Al3Sc juga sangat efektif dalam menstabilkan struktur material. Kekuatan yang tinggi dan densitas yang rendah adalah tujuan dari paduan ini, diluar itu, masih ada keuntungan lain terkait dengan stabilitas thermal endapan Al3Sc.

Tabel 2.1. Sumber: http://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2FBF02782422

Grafik 2.1. Aging response of AC Al-0,54Sc dan Al-4Mg-0,56Sc at 561 K. Sumber: http://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2FBF02782422

Grafik 2.2. Aging response of WR and WR/CR Al-0,54Sc dan Al-4Mg-0,56Sc at 561 K. Sumber: http://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2FBF02782422

Tabel 2.2. Sumber: http://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2FBF02782422

Berdasarkan sifat-sifat mekanik paduan Al-Mg-Sc—kombinasi antara strength dan tear properties--, paduan ini memang sangat cocok digunakan sebagai aerospace materials. Maka yang diharapkan disini adalah bahwa paduan juga ini bisa diaplikasikan ke dalam badan mobil. Densitasnya yang rendah menjadi sebuah nilai tambah yang sangat berkaitan dengan tingkat kecepatan yang dihasilkan, yang secara berkesinambungan juga berpengaruh terhadap jumlah bahan bakar yang diserap oleh mobil.

2.2. Superplastic Forming pada Paduan Al-Mg-Sc

Superplastics forming adalah proses pengerjaan logam untuk membentuk lembaran logam. Sesuai dengan teori superplastisitas, yang berarti bahwa material dapat memanjang melampaui 100% dari ukuran aslinya.

Pertama, material harus dalam ukuran butir yang ultra-halus. Kemudian material dipanaskan untuk menaikkan superplastisitas (dalam hal ini-aluminium- mencapai suhu 450-520 ° C). Dalam keadaan ini materi tidak terlalu kuat sehingga proses yang biasanya digunakan pada plastik dapat diterapkan, seperti: thermoforming, blowing, dan vakum, tetapi juga dapat deep drawn.

Paduan Al-Mg-Sc memiliki kekuatan dan kekakuan yang tinggi, massa jenis yang rendah, kemampuan las yang baik serta tahan terhadap korosi. Pada penelitian yang dilakukan XIAO Yun-Zhen, dkk. mennjukkan, pada gambar 2.1. dan 2.2. bahwa sifat superplastik pada paduan Al-Mg membaik seiring dengan penambahan Sc.

Gambar 2.1. Hubungan elongasi dan temperatur pada deformasi superplastik. Sumber: http://www.ysxbcn.com/upfile/soft/200991/yw2001-02-17.pdf

Gambar 2.2. Hubungan regangan dengan elongasi. Sumber: http://www.ysxbcn.com/upfile/soft/200991/yw2001-02-17.pdf

Setelah penambahan Sc ke dalam paduan Al-Mg, kemampuan superplastiknya akan meningkat segara signifikan. Ternyata ada dua perubahan yang terjadi pada mikrostruktur saat penambahan Sc pada paduan Al-Mg. Pertama, cast structre nya cukup kuat. Kedua, kestabilan daripada strukturnya meningkat selama proses deformasi.

Keuntungan utama dari proses ini adalah kita dapat membentuk benda kerja yang besar dan kompleks dalam satu waktu. Selain itu, tingkat presisi yang dihasilkan juga tinggi dan permukaan yang dihasilkan halus, dan tidak meninggalkan tekanan springback, strength yang dibutuhkan lebih sedikit dan biaya peralatan yang lebih murah. Namun metode ini ternyata masih memiliki kekurangan yaitu waktu satu kali siklus yang bisa dikatakan masih lambat, sekitar 2 menit sampai 2 jam. Oleh karena itu pemanfaatannya masih dalam skala yang lebih kecil.

2.3. Proses Recycling Paduan Al-Mg-Sc

Berikut adalah alur dari proses daur ulang paduan aluminium, mulai dari barang yang sudah tidak layak pakai menjadi barang pakai kembali.

Jadi, setelah paduan aluminium ini sudah tidak terpakai, entah karena rusak atau sudah tidak menarik, akan dikumpulkan menjadi satu. Setelah itu, antara aluminium dan paduannya akan dipisahkan antara aluminium itu sendiri dengan paduannya sehingga akan dihasilkan aluminium murni kembali. Kemuadian barulah aluminium itu mendapatkan berbagai perlakuan untuk kembali menjadi bahan baku baru.

Gambar 2.3. Alur daur ulang Aluminium secara umum. Sumber: http://www.oea-alurecycling.org/de/verband/oea_eaa_aluminium_recycling.pdf

BAB IIIPENUTUP

3.1. Kesimpulan

i. Paduan Al-Mg-Sc setelah diimplementasikan akan memiliki densitas yang lebih rendah sehingga mobil bisa melaju lebih cepat.

ii. Kombinasi paduan yang diharapkan akan menghasilkan performa yang paling baik adalah paduan yang mengandun 4 pct Mg dan 0,5 pct Sc.

3.2. Saran

i. Dibutuhkan eksperimen lebih lanjut karena paduan ini biasanya digunakan sebagai konstruksi pesawat. ii. Dibutuhkan ketelitian dalam penambahan konsentrasi tiap-tiap logam karena akan menghasilkan hasil yang berbeda.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Aluminium Recycling: The Road to High Quality Products. Europian Aluminium Association.

[2] F. Palm, R. Leuschner, T. Schubert, and B. Kieback: Scalmalloy = A Unique High Strength AlMgSc Type Material Concept by Innovative Technologies for Aerospace. PM2012 World Congress-PM Aluminiumn and Magnesium 2.

[3] R. R. Sawtell, and C. L. Jensen: Mechanical Properties and Microstrustures of Al-Mg-Sc Alloys.

[4] XIAO Yun-Zhen, GAO Cai-ru, MA Hong-seng, and TIAN Shi-ping: Effect of scandium on supeplasticity of Al-Mg alloys. Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 2001. Vol. 11, No. 2.