PENGARUH HEAT TREATMENT DAN QUENCHING TERHADAP
SIFAT FISIS DAN MEKANIS ALUMINUM ALLOY 2024-T3
Luqman Hakim Al Baihaqi1.
Bambang Junipitoyo1.
Linda Winiasri1 Politeknik Penerbangan Surabaya Jl.
Jemur Andayani I/73.
Surabaya 60236 Email: luqman.
baihaqi98@gmail.
Abstrak Aluminum alloy banyak digunakan pada industri manufaktur dirgantara sebagai material struktur pesawat terbang karena memiliki sifat yang ringan namun kuat.
Aluminum alloy 2024 sering digunakan pada skin pesawat terbangPengujian yang dilakukan dengan cara Aluminum Alloy 2024-T3 di heat treatment pada suhu 100, 150 dan 200 AC dengan waktu tahan 60 menit, 90 menit dan 120 menit kemudian di quenching menggunakan air.
Setelah dilakukan heat treatment dan quenching Aluminum Alloy 2024-T3 di uji tarik, uji kekerasan brinell, dan pengamatan struktur mikro dari Aluminum Alloy 2024-T3.
Dari hasil penelitian ini menunjukkan bahwa heat treatment dan quenching pada Aluminum Alloy 2024-T3, diperoleh nilai tensile stress rata-rata tertinggi pada suhu 150 AC dengan waktu tahan 90 menit sebesar 154,52 Mpa, kekerasan rata-rata teringgi pada suhu 150 AC dengan waktu tahan 120 menit sebesar 95,66 HBW.
Kata Kunci: AuAluminum Alloy 2024Ay.
Auheat treatmentAy.
AuquenchingAy PENDAHULUAN Penggunaan material struktur pesawat terbang yang ringan sangatlah penting.
Pada penerbangan komersial, aluminium digunakan hampir 80% dari keseluruhan penggunaan material struktur.
Material aluminium disini tentu berbeda dengan aluminium yang kita temui pada kehidupan seharihari pada peralatan dapur maupun dekorasi, aluminium untuk struktur pesawat terbang dipadu dengan beberapa bahan campuran .
eperti tembaga, magnesium, seng dan manga.
yang dapat meningkatkan kekuatan, kekakuan serta ketangguhanya.
Aluminium murni memiliki kekuatan yang rendah dan hampir tidak digunakan pada aplikasi Namun, ketika dicampur dengan logam lain sifat-sifatnya mampu ditingkatkan.
Tiga kelompok paduan aluminium telah digunakan di industri pesawat selama bertahun-tahun serta masih berperan penting dalam konstruksi pesawat.
Kelompok pertama adalah paduan aluminium dengan tembaga, silikon, mangan dan besi.
Komposisi kimia kelompok paduan pertama ini adalah aluminium, 4% tembaga, 0.
5% magnesium, 0.
5% mangan, 0.
3% silikon dan 0.
2% besi.
Kelompok pertama ini digunakan dalam pembuatan skin wing pesawat.
Kelompok kedua adalah paduan aluminium dengan 1-2% nickel dan kandungan tembaga, silicon dan besi yang lebih tinggi.
Sifat yang paling penting dari paduan kedua ini adalah kekuatannya pada suhu tinggi sehingga sesuai digunakan untuk pembuatan aero engine dan airframe.
Kelompok ketiga adalah paduan aluminium 5% tembaga, 5% zinc, 3% magnesium dan 1% nickel.
Kelompok paduan ketiga ini sangat tergantung pada penambahan zinc, semakin tinggi jumlah zinc maka kekuatannya semakin tinggi.
Aluminum alloy 2024 memiliki kandungan 4.
4 % Copper, 0,8 % silicon dan 0.
8 % mangan.
Paduan aluminium 2024 banyak digunakan untuk elemen pada pesawat terbang seperti pada skin wing pesawat.
Aluminium digunakan untuk bahan pembuatan skin wing pesawat karena ratio strength dan weight yang tinggi.
Peningkatan kualitas paduan aluminium ini dapat dilakukan dengan cara perlakuan panas .
eat treatmen.
Untuk meningkatkan kualitas paduan aluminium 2024 tersebut dilakukanlah proses heat treatment.
Terdapat proses perlakuan panas untuk mendapat produk yang diinginkan untuk aplikasi skin wing pesawat.
Proses terdiri dari, solution treatment, quenching dan natural aging.
METODE PENELITIAN
Penelitian ini menggunakan material uji berupa aluminum alloy 2024-T3 berbentuk lembaran atau sheet, spesimen dibentuk seperti pada gambar 1 untuk uji Tarik, gambar 2 uji mikro dan kekerasan brinell.
Suhu yang digunakan 100 AC, 150 AC, 200 AC dengan waktu tahan 60 menit, 90 menit dan 120 menit, setelah dilakukan heat treatment kemudian spesimen di quenching menggunakan air selama 5 menit.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui nilai tensile stress setiap variasi waktu aging.
Pengujian kekerasan brinell dilakukan di tiap-tiap spesimen dengan 3 titik, indentor yang digunakan berukuran 2.
5 mm dengan bebean 62.
5 kgf, hasil yang didapat berupa panjang indentasi kemudian dimasukkan ke mesin uji kekerasan brinell, sehingga diperolah nilai kekerasan (HBW).
Sebelum dilakukan pengujian mikro permukaan spesimen di amplas terlebih dahulu kemudian di etsa.
Gambar 1.
Spesimen Pengujian Tarik Gambar 2.
Spesimen kekerasan Brinell dan Struktur mikro
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Pengujian Tarik Hasil pengujian tarik pada tabel 1 menunjukkan nilai tensile stress yang dihasilkan tiap suhu berbeda-beda karena perubahan nlai struktur mikro yang terjadi selama heat treatment.
Hasil penelitian Nilai tensile stress pada aluminum alloy 2024-T3 adalah 122,07 Mpa, dan nilai tensile stress tertinggi didapatkan pada suhu heat treatment 150 AC dengan waktu tahan 90 menit.
Gambar 3 merupakan hasil tensile stress yang ditampilkan dalam bentuk grafik.
Tabel 1 Data rata-rata tensile stress dan regangan Suhu Variasi waktu Force Tensile stress Rata-rata (AC) .
@Peak (N) (Mp.
regangan (%) Tanpa aging 122,07 4607,82 113,72 4373,77 112,15 4199,86 107,69 5132,15 131,59 6026,51 154,52 1,06 144,27 1,06 3905,66 100,14 3896,51 99,91 4701,96 120,57 1,06 Gambar 3.
Grafik hasil uji Tarik Pada gambar 4 merupakan hasil grafik stress Ae strain antara spesimen tanpa aging dengan spesimen yang di heat treatment pada suhu 100 AC menggunakan waktu tahan 60 menit, 90 menit dan 120 menit.
Grafik tersebut menunjukkan perbedaan titik yang mengalami perubahan dari deformasi elastis ke deformasi plastis berada pada nilai 102 MPa, 100 MPa, 94 MPa, dan 92 MPa.
Sedangkan nilai tensile stress, yaitu merupakan titik akhir pengujian tarik yang ditandai dengan perpatahan berada pada nilai 122,07 MPa, 113,72 MPa, 112,15 MPa dan 107,69 MPa.
Pada gambar 4 menunjukan nilai tensile stress tertinggi didapatkan oleh spesimen tanpa di lakukan heat treatment dibandingkan dengan spesimen yang di heat treatment di suhu 100 AC dengan waktu tahan 60 menit 90 menit maupun 120 menit.
Gambar 4.
Grafik stress-strain suhu 100 AC Pada gambar 5 merupakan hasil grafik stress Ae strain antara spesimen tanpa aging dengan spesimen yang di heat treatment pada suhu 150 AC menggunakan waktu tahan 60 menit, 90 menit dan 120 menit.
Dari grafik tersebut menunjukkan titik yang mengalami perubahan dari deformasi elastis ke deformasi plastis berada pada nilai 102 MPa, 116 MPa, 130 MPa, dan 120 MPa.
Sedangkan nilai tensile stress, yaitu merupakan titik akhir pengujian tarik yang ditandai dengan perpatahan berada pada nilai 122,07 MPa, 131,59 MPa, 154,52 MPa dan 144,27 MPa.
Pada gambar 5 spesimen yang di heat treatment pada suhu 150 AC dengan waktu tahan 90 menit memiliki nilai tertinggi dibandingkan dengan spesimen tanpa di lakukan heat treatment dan di heat treatment di suhu 150 AC dengan waktu tahan 60 menit dan 120 menit.
Gambar 5.
Grafik stress-strain suhu 150 AC Pada gambar 6 merupakan hasil grafik stress Ae strain antara spesimen tanpa aging dengan spesimen yang di heat treatment pada suhu 200 AC menggunakan waktu tahan 60 menit, 90 menit dan 120 menit.
Dari grafik tersebut menunjukkan titik yang mengalami perubahan dari deformasi elastis ke deformasi plastis berada pada nilai 102 MPa, 73 MPa, 68 MPa, dan 98 MPa.
Sedangkan nilai tensile stress, yaitu merupakan titik akhir pengujian tarik yang ditandai dengan perpatahan berada pada nilai 122,07 MPa, 100,14 MPa, 99,91 MPa dan 120,57 MPa.
Pada grafik ini spesimen yang tidak dilakukan heat treatment memiliki nilai kekerasan tertinggi dibandingkan dengan yang di heat treatment di suhu 200 AC dengan waktu tahan 60 menit, 90 menit dan 120 menit.
Gambar 6.
Grafik stress-strain suhu 200 AC Hasil Pengujian Kekerasan Brinell Nilai kekerasan aluminum alloy 2024 yang telah di heat treatment ditunjukan pada tabel 2.
Nilai kekerasan aluminum alloy 2024-T3 adalah 91.
327 HBW.
Pada suhu 100 AC dengan waktu tahan 60, 90, 120 menit mengalami penurunan menjadi 86,853 HBW, 87,053 HBW, 91,413 HBW.
Pada suhu 150 AC dengan waktu tahan 60 menit mengalami penurunan kekerasan menjadi 90,03 HBW, namun pada suhu 150 AC dengan waktu tahan 90 dan 120 menit mengalami kenaikan kekerasan menjadi 94,96 HBW, 95,66 HBW.
Pada suhu 200 AC dengan waktu tahan 60 dan 90 menit mengalami penurunan kekerasan menjadi 79,143 HBW dan 78,983 HBW.
Sedangkan pada suhu 200 AC dengan waktu tahan 120 menit mengalami kenaikan kekerasan tetapi tidak signifikan menjadi 91,843 HBW.
Hasil pengujian kekerasan brinell spesimen yang di heat treatment pada suhu 150 AC dengan waktu tahan 120 menit mempunyai nilai kekerasan paling besar yaitu 95,66 HBW.
Gambar 7 merupakan hasil kekerasan uji brinell yang ditampilkan dalam bentuk grafik.
Tabel 2 data rata-rata uji kekerasan brinell Suhu (A.
Variasi waktu Kekerasan Brinell .
(HBW) Tanpa Aging
91,327
86,853
87,053
91,413
90,03
94,96
95,66
79,143
78,983
91,843
Gambar 7 Grafik hasil pengujian kekerasan brinell Hasil Pengujian Struktur Mikro Dari gambar struktur mikro didapatkan daerah berawarna gelap, butiran berupa tititk-titik hitam dan daerah terang.
Menurut Zainul huda .
daerah berwarna terang merupakan daerah fasa , daerah butiran berwarna gelap merupakan daerah presipitat Ao, sedangkan daerah berwarna gelap merupakan daerah fasa .
Pada struktur mikro yang tidak di lakukan heat treatment fase menyebar lebih merata.
Semakin tinggi suhu heat treatment dan semakin lama waktu tahan heat treatment menyebabkan sturktur mikro yang dihasilkan lebih banyak presipitat Ao, seperti pada suhu 150 AC dengan waktu tahan 90 menit dan 120 menit yang merapatnya presipitat Ao.
Pada suhu 200 AC dengan waktu tahan 60, 90, dan 120 menit terjadi over aging terlihat dari struktur yang kembali meregang.
Gambar 8 Spesimen tanpa perlakua panas Gambar 9 Spesimen di heat treatment dengan suhu 100 AC waktu tahan 60 Menit Gambar 10 Spesimen di heat treatment dengan suhu 100 AC waktu tahan 90 Menit Gambar 11 Spesimen di heat treatment dengan suhu 100 AC waktu tahan 120 Menit Gambar 12 Spesimen di heat treatment dengan suhu 150 AC waktu tahan 60 Menit Gambar 13 Spesimen di heat treatment dengan suhu 150 AC waktu tahan 90 Menit Gambar 14 Spesimen di heat treatment dengan suhu 150 AC waktu tahan 120 Menit Gambar 15 Spesimen di heat treatment dengan suhu 200 AC waktu tahan 60 menit Gambar 16 Spesimen di heat treatment dengan suhu 200 AC waktu tahan 90 menit Gambar 17 Spesimen di heat treatment dengan suhu 200 AC waktu tahan 120 menit KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat diperoleh dari pengujian Penelitian ini adalah sebagai berikut:
Dari hasil pengujian heat treatment tidak ada perubahan sifat fisis seperti perubahan panjang ataupun lebar spesimen.
Nilai tensile stress tertinggi terdapat pada spesimen dengan suhu heat treatment pada suhu 150 AC dan waktu tahan 90 menit kemudian di quenching menggunakan air.
Aluminum alloy 2024-T3 di heat treatment pada suhu 150 AC dan waktu tahan 120 menit dan di quenching menggunakan air menghasilkan nilai kekerasan tertinggi pada pengujian ini.
Hasil pengujian struktur mikro pada aluminum alloy 2024-T3 semakin rapat struktur mikro akan mempengaruhi hasil uji tarik dan hasil uji kekerasan.
DAFTAR PUSTAKA