Repons Laku Penuaan Paduan Al-9Si-2Cu Dengan Penambahan Penghalus Butir ALTi Serbuk 0,027 wt. % Titanium

ABSTRAK

Cylinder head, sebagai ruang pembakar mesin pada kendaraan sepeda motor terbuat dari Al-9Si-2Cu yang sifatnya ringan, kuat, dan tahan korosi. Adapun, beberapa masalah yang ditemui dalam produksi cylinder head adalah porositas dan penyusutan yang menyebabkan kebocoran. Penelitian ini mempelajari penambahan penghalus butir titanium sebagai alternatif pemecahan masalah untuk mengatasi proses pembekuan. Selain itu, dilakukan proses perlakuan panas penuaan dengan tujuan untuk menganalisa peningkatan kekerasan saat penuaan. Pada penelitian ini dilakukan penambahan 0,027 wt. % Ti dengan memberikan penghalus butir AlTi yang berbentuk serbuk pada temperatur 760 ºC ke dalam Al- 9Si-2Cu pada kondisi lebur. Sampel aluminium cair tersebut diinjeksikan menggunakan metode Low Pressure Die Casting (LPDC). Kemudian, pada sampel dilakukan solution treatment pada temperatur 525 ºC selama satu jam, pencelupan ke dalam air, dan dilanjutkan dengan penuaan alami (T4) pada temperatur ruang selama 400 jam, serta penuaan buatan (T6) pada temperatur 200 ºC selama 100 jam. Pada selang waktu tertentu dilakukan pengujian kekerasan dan observasi mikrostruktur terhadap sampel untuk mengamati kecenderungan perubahan kekerasan dan perubahan yang terjadi pada mikrostruktur. Setelah itu, pada kedua sampel dilakukan x-ray mapping untuk mengetahui distribusi unsur yang terlarut di dalam paduan.

Penambahan penghalus butir pada Al-9Si-2Cu meningkatkan kekerasan sebesar 6,67 % pada kondisi as cast. Setelah dikenakan perlakuan panas, kekerasan maksimal pada paduan tanpa penambahan titanium mencapai 113,7 dan 113,5 BHN pada penuaan alami (T4) selama 400 jam dan penuaan buatan selama 6 jam. Sedangkan, pada paduan dengan penambahan 0,027 wt. % Ti, kekerasan maksimal mencapai 117,9 dan 122,1 BHN pada penuaan alami (T4) selama 400 jam dan penuaan buatan selama 6 jam. Kenaikan nilai kekerasan ini dikonfirmasikan dengan hasil X-ray mapping dimana unsur Ti tersebar lebih banyak pada sampel dengan penambahan penghalus butir. Unsur lain seperti Al, Si, Fe, Mn terkandung pada fasa intermetalik (Al3 (Fe,Mn)Si2 dan Al12(MnCuFe)3Si2). Mg dan Cu terdispersi sebagai fasa presipitat. Berdasarkan mikrostruktur, terlihat bahwa penambahan 0,027 wt. % Ti dapat mengubah kristal AlSi yang berbentuk serpihan menjadi jarum.

Kata kunci : Al-9Si-2Cu; Penuaan; Penghalus butir titanium; Presipitat, Pembentukan Fasa

BAB I
PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG

Sebuah perusahaan industri otomotif memproduksi komponen penyusun sepeda motor dimana komponen yang dibutuhkan untuk menyusun satu sepeda motor mencapai kurang lebih dari 3000 komponen[1]. Salah satunya adalah cylinder head yang umumnya memakai paduan aluminium sebagai material penyusunnya. Dalam penelitian kali ini, paduan aluminium yang akan difokuskan adalah Al-9Si- 2Cu atau AC4B (standar JIS).

Berdasarkan produk cylinder head sebelumnya, sering ditemukan adanya cacat porositas dan penyusutan pada saat uji kebocoran dalam inspeksi quality control. Hal ini merupakan penyebab tingginya tingkat kegagalan yang mencapai 2,16 % dari total jumlah produksi. Penyusutan dan porositas yang terjadi pada daerah sekitar baut memicu masalah kebocoran[1]. Oleh karena daerah kebocoran terjadi pada bagian tebal dari produk cylinder head, maka diperkirakan bahwa terjadi masalah pada proses pembekuan aluminium cair yang tidak terkontrol[2]. Salah satu cara untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan menambahkan penghalus butir. Penghalus butir yang diketahui akan berfungsi sebagai nuklean akan mengawali proses pembekuan[3]. Adanya penambahan penghalus butir, proses pembekuan menjadi lebih terkontrol sehingga diharapkan dapat mengurangi porositas dan penyusutan. Penghalus butir yang dipakai dalam penelitian ini adalah Al-Ti yang berbentuk serbuk.

Banyak penelitian terdahulu yang telah dilakukan untuk mengetahui peran penghalus butir serta mekanisme yang terjadi selama proses pembekuan aluminium cair. Namun, pada umumnya, penelitian tersebut menggunakan gravity casting pada metode pengecorannya. Hal ini berbeda dengan penelitian kali ini yang menggunakan Low Pressure Die Casting (LPDC) sebagai metode pengecoran dimana adanya tekanan dan kecepatan pendinginan yang berbeda dengan gravity casting. Perbedaan tersebut menyebabkan mekanisme penghalusan butir dan pembekuan menjadi lebih kompleks.

Selain itu, masalah lain yang ditemui pada komponen cylinder head adalah kekuatan yang tidak mencapai standar[1]. Oleh karena itu, produk cylinder head yang telah jadi dikenakan perlakuan panas dengan tujuan meningkatkan kekerasan sehingga mencapai standar dan meningkatkan mutu produk cylinder head. Perlakuan panas yang dilakukan adalah perlakuan panas penuaan dimana temperatur solution treatment mencapai 525 ºC. Pada penelitian ini digunakan penuaan buatan T6 yang kemudian akan dibandingkan dengan hasil penuaan alami T4, sehingga akan diketahui tingkat keberhasilan dan efektifitas penuaan buatan T6 pada produk cylinder head, dimana menurut teori, penuaan buatan akan lebih cepat dalam mencapai nilai kekerasan maksimum dibandingkan penuaan alami[2]. Hasil yang diinginkan dari penelitian ini adalah variabel waktu yang tepat untuk dilakukan pada produk cylinder head dengan temperatur penuaan buatan kurang lebih 200 ºC.

Selain mekanisme penghalusan butir dan perlakuan panas penuaan, fenomena lain yang terjadi yang akan dianalisa pada penelitia ini adalah bentuk fasa dan jenis fasa intermetalik yang terbentuk pada struktur mikro. Dengan penggunaan metode analisis struktur mikro, EDS, dan X-ray mapping, diharapkan fasa yang terbentuk pada proses pengecoran akan lebih merata akibat penambahan penghalus butir. Penelitian ini merupakan bagian dari penelitian besar mengenai pengembangan paduan alumunium untuk aplikasi otomotif di Indonesia. Pada penelitian lainnya telah dilakukan studi mengenai fenomena pemudaran (fading) dan efisiensi komposisi Ti pada proses LPDC dengan penambahan penghalus butir.