Mekanisme Fading Pada Paduan Aluminium AC4B Dengan Penambahan 0,05 wt. % Ti Melalui Metode Low Pressure Die Casting (LPDC)

ABSTRAK

Banyak industri komponen otomotif yang menggunakan paduan AC4B dalam proses pengecoran cylinder head karena kelebihannya di antara paduan aluminium lainnya. Kelebihan paduan AC4B antara lain ringan, kuat, tahan korosi dan mampu dilakukan proses perlakuan panas. Cylinder head memiliki dimensi yang cukup rumit sehingga adanya perbedaan kecepatan pembekuan antara bagian tebal dan tipis menyebabkan terjadinya penyusutan dan kebocoran pada cylinder head. Dengan penambahan grain refiner (Ti) diharapkan terciptanya nukleat (partikel AlTi3) secara merata pada bagian tebal dan tipis sehingga menghasilkan pembekuan yang seragam (mengurangi terjadinya penyusutan dan bocor) serta menghasilkan ukuran butir yang lebih kecil. Masalah lain yang sering muncul adalah efek fading karena durasi LPDC yang cukup lama.

Penelitian ini bertujuan mempelajari pengaruh penambahan grain refiner 0,05 wt.% Ti dalam bentuk serbuk (fluks) terhadap karakteristik paduan AC4B serta mempelajari waktu fading selama 1 sampai 4 jam dengan metode pengecoran LPDC. Sampel pengujian dibedakan menjadi sampel bagian tipis (stud bolt) dan bagian tebal (daging). Hal ini untuk mengetahui pengaruh penambahan titanium terhadap laju pembekuan cepat dan lambat. Kedua sampel tersebut dietsa untuk menghitung jarak DASnya dan dilakukan pengamatan mikrosruktur setelah itu menguji kekerasan. Sampel uji tarik dan uji komposisi diambil pada awal dan akhir pengecoran. Sampel pengamatan SEM dan EDS diambil pada bagian tebal dan dilakukan untuk mengetahui fasa intermetaliknya.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan 0,05 wt.% Ti menghasilkan kekerasan yang melebihi standar JIS untuk paduan AC4B (80 BHN) yaitu berkisar antara 87,2 sampai 92,9 BHN. Efek fading tidak terjadi baik pada bagian tebal maupun pada bagian tipis. Hal ini terlihat pada perubahan kekerasan yang terjadi selama 4 jam tidak terlalu signifikan. Adanya sedikit pengadukan pada mesin LPDC dicurigai yang menyebabkan tidak terlihatnya efek fading. Hasil uji tarik mengalami penurunan dari 165,8 MPa menjadi 162,9 MPa serta hasil perpatahanya getas. Fasa yang terbentuk adalah fasa intermetalik Al2Cu yang berwarna putih, fasa intermetalik ?–Al15(Fe,Mn)3Si2 yang berwarna abu abu, fasa AlSi yang berwarna gelap dan matriks aluminium. Tingkat kegagalan cylinder head cukup tinggi yaitu 8,3 %. Hal ini diperkirakan karena kurang banyaknya jumlah grain refiner (Ti) yang digunakan pada proses pengecoran cylinder head dalam menanggulangi cacat bocor.

Kata kunci : Fading; AC4B; DAS; TiAl3; Grain refiner; Cylinder head

BAB I
PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG PENELITIAN

Logam aluminium merupakan logam yang sering dipakai untuk mengecor komponen sepeda motor. Hal ini disebabkan logam aluminium memiliki beberapa kelebihan bila dibandingkan dengan logam lain[1]. Aluminium biasanya dibuat dalam bentuk paduan, karena aluminium murni memiliki kekuatan dan kekerasan yang sangat rendah. Material aluminium banyak ragamnya, tetapi yang paling umum digunakan dalam dunia otomotif adalah paduan aluminium – silikon[1]. Salah satu jenis paduan aluminium adalah AC4B (tatanama menurut JIS/ Japan Industrial Standard) atau AA333.0 menurut standar ASTM (American Standard for Testing Material)

Paduan AC4B ini digunakan sebagai raw material untuk mengecor cylinder head, salah satu dari komponen mesin pada sepeda motor[2]. Masalah yang sering terjadi pada industri otomotif adalah tingginya tingkat kegagalan (reject) pada komponen cylinder head yaitu akibat cacat bocor dan porositas pada cylinder head. Cacat bocor dan porositas terjadi akibat adanya pendinginan yang tidak merata dan tidak terkontrol sehingga terciptanya celah antara bagian dalam cylinder head dengan bagian luarnya dan menyebabkan oli atau udara dapat keluar masuk ke dalam mesin sehingga sangat merugikan mesin kendaraan bermotor[3]. Dengan penambahan grain refiner (Al-Ti) akan terciptanya nukleat (partikel AlTi3) di bagian yang tebal dan tipis pada cylinder head secara merata sehingga akan menghasilkan pembekuan yang merata (mengurangi terjadinya bocor dan porositas) serta menghasilkan ukuran butir yang lebih kecil dan rapat pada di setiap bagian cylinder head[4]. Diharapkan pula agar menghasilkan kekuatan dan kekerasan yang lebih baik daripada tidak menggunakan grain refiner.

Hal yang perlu dicermati dalam penggunaan grain refiner adalah adanya efek fading (pemudaran) yaitu berkurangnya efektifitas grain refiner setelah periode waktu tertentu karena pengendapan AlTi3 pada dasar furnace. Pengendapan ini terjadi karena densitas AlTI3 (3,35 g/cm3) lebih besar daripada densitas Al cair (2,3 g/cm3). Oleh karena itu, perlu dilakukan pengadukan agar partikel TiAl3 kembali merata ke seluruh aluminium cair dan dapat bertindak kembali sebagai nukleat. Partikel TiAl3 dapat terlihat pada bagian dasar furnace yang berwarna gelap[5].

Namun, pada proses pengecoran dengan metode low pressure die casting (LPDC) akan sangat menarik untuk mempelajari pengaruh penekanan selama proses pembekuan terhadap mekanisme grain refinement yang terjadi. Pengaruh penekanan ini dapat memberikan efek pengadukan yang terjadi selama proses pengecoran berlangsung selain itu satu siklus proses pengecoran cylinder head memerlukan waktu yang lama yaitu sekitar ± 4 jam. Berdasarkan hal tersebut, maka diperlukan penelitian mengenai periode mekanisme fading yang terjadi pada proses pengecoran dengan menggunakan mesin LPDC.

Penelitian ini merupakan bagian dari rangkaian penelitian payung yang mempelajari peningkatan kualitas cor paduan AC4B dengan menggunakan beberapa penambah seperti grain refiner dan modifier. Penambahan tersebut dilakukan dengan variabel yang berbeda – beda.