M.Ekaditya Albar / 0806331683
Paper Praktikum Metalografi
Pengaruh Perlakuan Panas T6 dan T4 terhadap Kekerasan Aluminium Aluminium merupakan logam non ferrous dan merupakan logam kedua terbesar yang dipergunakan oleh industri komponen setalah baja. Kelebihan dari logam aluminium antara lain: memiliki berat ⅓ dari 3
berat baja ( ρ: 2.7 Kg / dm ), memiliki konduktifitas panas dan listrik yang baik, ratio kekuatan dan berat yang tinggi, tahan terhadap korosi, memiliki sifat formability yang baik serta mudah dicetak. Adapun menurut kemampuannya terhadap perlakuan panas, logam ini dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu paduan Al yang tidak dapat dilaku panas dan paduan Al yang dapat dilaku panas. Paduan Al yang tidak dapat dilaku panas (non heat-treatable) tidak dapat ditingkatkan kekerasannya melalui proses perlakuan panas. Kekuatannya hanya dapat ditingkatkan dengan pengerjaan dingin ( cold work ). ). Sedangkan paduan Al yang hot-treatable dapat ditingkatkan kekerasannnya dengan proses perlakuan panas. Perlakuan panas yang umum dilakukan pada paduan aluminium adalah annealing dan pengerasan pengendapan (Precipitation Hardening). Proses annealing sendiri pada logam Al dapat dibagi menjadi tiga jenis, yaitu: anneal proses, anneal homogenisasi dan anneal stress relief .
Anneal Proses Anneal Proses
Prosedur dan fungsi anneal sama seperti yang dilakukan pada baja, hanya rentang temperatur o
o
prosesnya lebih rendah, yaitu sekitar 150-250 C, dan laju pendinginannya adalah 28 C/jam.
Anneal Homogenisasi Anneal Homogenisasi
Proses anneal ini akan menghomogenisasi struktur yang tidak seragam akibat proses pengecoran, sehingga sifat mekanik paduan akan seragam pada setiap bagian. Temperatur anneal yang digunakan bervariasi tergantung pada paduannya, biasanya lebih tinggi dibandingkan temperatur pada anneal proses.
Anneal Stress Relief
Proses anneal ini penting untuk mendapatkan kontrol dimensi yang teliti pada part aluminium. Temperatur perlakuan rendah dan waktu tahan pendek sekitar 15 menit, dilakukan setelah machining untuk menghilangkan tegangan sisa. Yang harus diwaspadai adalah anneal stress anneal stress relief
akan menurunkan sifat mekanis paduan Al yang di-age hardening, sehingga harus dilakukan hanya sebatas tercapai nilai optimalnya. Contoh aplikasinya adalah part panjang, part datar dan luas, melingkar, serta bentuk kompleks. Proses perlakuan panas Al yang paling umum dilakukan adalah proses pengerasan pengendapan (Precipitation Hardening). Prinsip pengerasan ini adalah terbentuknya inklusi dari fasa kedua yang menguatkan logam. Proses ini disebut juga Age Hardening, yaitu proses dimana endapan dari unsur paduan non ferrous yang berasal dari larutan padat lewat jenuh ( Super Saturated Solid Solution / SSSS), menghalangi pergerakan butir pada paduan, sehingga akan meningkatkan kekuatan dan kekerasan paduan non ferrous, termasuk di dalamnya logam aluminium.
1
M.Ekaditya Albar / 0806331683
Paper Praktikum Metalografi
Syarat terbentuknya penguatan dengan Precipitation Hardening adalah unsur pemadu dalam logam dasar memiliki perbedaan kelarutan dengan naiknya temperatur. Pada logam Aluminium, salah satu –Cu, dimana kelarutan Cu rendah pada temperatur rendah dan meninggi contohnya adalah paduan Al –
seiring dengan meningkatnya temperatur.
Gambar 1. Proses Precipitation Hardening
Proses-proses yang terdapat pada Precipitation Hardening beserta penjelasannya adalah sebagai berikut:
Solution Treatment
Pemanasan sampai temperatur T 0 dimana semua atom paduan dalam Aluminium akan larut. Contoh pada paduan Al-Cu. Cu larut dalam Al membentuk fasa tunggal (α).
Quenching
Proses quenching / pendinginan cepat tidak memungkinkan adanya difusi. Proses ini menghasilkan larutan padat lewat jenuh (SSSS) pada temperatur T 1. Pada T1 , fasa yang setimbang adalah α+β, namun fasa β sendiri tak sempat terbentuk.
Ageing
Benda kerja dipanaskan sampai T2 , dimana larutan padat lew at jenuh mulai membentuk fasa β. Fasa ini muncul dalam bentuk endapan halus yang terdispersi dan meningkatkan kekuatan logam. Lamanya pemanasan tergantung pada tahapan terbentuknya endapan yang menguatkan secara optimum. Proses heat treatment pada paduan aluminium dengan metode precipitation hardening beserta hubungannya dengan struktur kristal atom-atom penyusunnya dapat dilihat pada gambar berikut ini:
2
M.Ekaditya Albar / 0806331683
Paper Praktikum Metalografi
Gambar 2. Kurva Ageing pada Precipitation Precipitation Hardening
Gambar 3. Mekanisme Terbentuknya Presipitat pada Proses Ageing
Pada awal proses ageing, endapan memiliki susunan yang masih mengikuti bentuk kisi logam induk (koheren), sehingga sehingga menimbulkan tegangan di sekitar kisi logam induk.
Endapan semakin besar dan sebagian masih mengikuti bentuk kisi logam dasar (semi koheren). Tegangan di daerah sekitar endapan semakin besar dan kekerasan paduan semakin besar hingga mencapai maksimum.
Endapan kemudian membentuk struktur sendiri yang berbeda dari struktur susunan logam induk (inkoheren), sehingga tegangan di sekitar endapan berkurang dan menurunkan kekerasan. Jika pada kondisi ini ageing tetap dilanjutkan, maka kekerasan akan terus menurun dan disebut kondisi over-ageing . Paduan Aluminium yang dilaku panas Precipitation Hardening, diberikan beberapa notasi untuk
menyatakan kondisi perlakuan panas dari paduan tersebut, contohnya T6 dan T4. Proses yang dilakukan o
pada Al T6 yaitu solution treatment , quench dan ageing pada temperatur antara 160-250 C. Sedangkan proses pada Al T4 yaitu solution treatment , quench dan ageing temperatur ruang (natural ageing).
3
M.Ekaditya Albar / 0806331683
Paper Praktikum Metalografi o
Jika dilihat dari suhu ageing-nya, Al T6 dilakukan pada suhu cukup tinggi, yaitu 160-250 C, sedangkan Al T4 dilakukan ageing pada suhu ruang (Natural Ageing). Sesuai dengan teori precipitation hardening pada mata kuliah Metalurgi Fisik 1, perlakuan ageing yang dilakukan pada suhu tinggi akan menghasilkan kekerasan dengan waktu yang lebih cepat dibandingkan dengan ageing yang dilakukan pada suhu ruang. Hal ini dikarenakan ageing suhu tinggi memiliki driving force tinggi yang berasal dari temperatur proses sehingga proses berlangsung lebih cepat. Heat input ini digunakan untuk membentuk presipitat atau fasa kedua. Hal ini berbeda dengan natural ageing yang tidak mendapat suplai energi panas sehingga waktu untuk mencapai kekerasan maksimumnya lebih lama. Jika dilihat dari nilai kekerasan yang dihasilkan, proses natural ageing pada paduan Al T4 akan menghasilkan kekerasan
yang
lebih
tinggi
dibandingkan dengan paduan Al T6 pada proses artificial
ageing
(160-
o
250 C). Hal ini dikarenakan pada proses ageing suhu tinggi, presipitat yang
terbentuk tidak koheren (membentuk struktur sendiri yang berbeda dengan susunan logam matriksnya) sehingga tidak
efektif
dalam
menghambat
Gambar 4. Hubungan Temperatur Ageing dengan Nilai Yield Strength
dislokasi. Selain itu, ageing suhu tinggi juga akan menyebabkan pembesaran ukuran presipitat sehingga kurang optimal dan kekerasannya menurun ( over-ageing ). Sedangkan pada natural ageing, presipitat yang terbentuk akan meliputi fasa koheren, semi koheren dan inkoheren dimana pada fasa semi koheren endapan semakin besar dan sebagian masih mengikuti bentuk kisi logam dasar (semi koheren). Tegangan di daerah sekitar endapan semakin besar dan kekerasan paduan semakin besar hingga mencapai nilai maksimum.
Referensi:
Slide Kuliah Heat and Surface Treatment (HST), Dr. Ir. Myrna Ariati Mochtar M.S. Depok, 2010 Slide Kuliah Metalurgi Fisik 1, Prof. Dr. Ir. Bondan Tiara Sofyan, M.Si. Depok, 2009
4
