MODUL
PROSES PENGOLAHAN
ALUMUNIUM
Oleh :
AGUS WIDODO . ST
Kompetensi : Proses Dasar
Perlakuan Logam
Abuzuhdhan44@yahoo.co.id
Daftar Isi
Kata pengantar 2
Daftar isi 3
A. Pengertian 4
B. Kandungan Atom/Unsur dan Ikatan 5
C. Bentuk Struktur Mikro 6
D. Proses
Pembuatan 8
E. Klasifikasi dan Penggolongan 10
F. Sifat-Sifat Teknis Bahan 17
G. Contoh Aplikasi 19
H. Standarisasi dan Kodifikasi 20
I. Bentuk, Ukuran, dan Harga 22
Glosarium 23
Daftar Pustaka 25
Daftar distribusi anggota
kelompok 26
Lampiran 27
A.
Pengertian
Aluminium adalah logam
berwarna putih keperakan yang lunak.
Gambar 1: Aluminium, dipotong setelah dicetak dari
tanur tanpa perlakuan fisik maupun termal.
Aluminium adalah logam yang
paling banyak terdapat di kerak bumi, dan unsur ketiga terbanyak setelah
oksigen dan silikon. Aluminium terdapat di kerak bumi sebanyak kira-kira 8,07%
hingga 8,23% dari seluruh massa padat dari kerak bumi, dengan produksi tahunan
dunia sekitar 30 juta ton pertahun dalam bentuk bauksit dan bebatuan lain
(corrundum, gibbsite, boehmite, diaspore, dan lain-lain) (USGS). Sulit
menemukan aluminium murni di alam karena aluminium merupakan logam yang cukup
reaktif.
Aluminium tahan terhadap
korosi karena fenomena pasivasi. Pasivasi adalah pembentukan lapisan pelindung
akibat reaksi logam terhadap komponen udara sehingga lapisan tersebut
melindungi lapisan dalam logam dari korosi.
Selama 50 tahun terakhir,
aluminium telah menjadi logam yang luas penggunaannya setelah baja.
Perkembangan ini didasarkan pada sifat-sifatnya yang ringan, tahan korosi,
kekuatan dan ductility yang cukup baik (aluminium paduan), mudah diproduksi dan
cukup ekonomis (aluminium daur ulang). Yang paling terkenal adalah penggunaan
aluminium sebagai bahan pembuat pesawat terbang, yang memanfaatkan sifat ringan
dan kuatnya.
Aluminium murni adalah logam
yang lunak, tahan lama, ringan, dan dapat ditempa dengan penampilan luar
bervariasi antara keperakan hingga abu-abu, tergantung kekasaran permukaannya.
Kekuatan tensil aluminium murni adalah 90 MPa, sedangkan aluminium paduan memiliki kekuatan tensil berkisar 200-600
MPa. Aluminium memiliki berat sekitar satu pertiga baja, mudah ditekuk,
diperlakukan dengan mesin, dicor, ditarik (drawing), dan diekstrusi.
Resistansi terhadap korosi
terjadi akibat fenomena pasivasi, yaitu terbentuknya lapisan aluminium oksida
ketika aluminium terpapar dengan udara bebas. Lapisan aluminium oksida ini
mencegah terjadinya oksidasi lebih jauh. Aluminium paduan dengan tembaga kurang
tahan terhadap korosi akibat reaksi galvanik dengan paduan tembaga.
Aluminium juga merupakan
konduktor panas dan elektrik yang baik. Jika dibandingkan dengan massanya,
aluminium memiliki keunggulan dibandingkan dengan tembaga, yang saat ini
merupakan logam konduktor panas dan listrik yang cukup baik, namun cukup berat.
Aluminium murni 100% tidak
memiliki kandungan unsur apapun selain aluminium itu sendiri, namun aluminium
murni yang dijual di pasaran tidak pernah mengandung 100% aluminium, melainkan
selalu ada pengotor yang terkandung di dalamnya. Pengotor yang mungkin berada
di dalam aluminium murni biasanya adalah gelembung gas di dalam yang masuk
akibat proses peleburan dan pendinginan/pengecoran yang tidak sempurna,
material cetakan akibat kualitas cetakan yang tidak baik, atau pengotor lainnya
akibat kualitas bahan baku yang tidak baik (misalnya pada proses daur ulang
aluminium). Umumnya, aluminium murni yang dijual di pasaran adalah aluminium murni
99%, misalnya aluminium foil.
Pada aluminium paduan,
kandungan unsur yang berada di dalamnya dapat bervariasi tergantung jenis
paduannya. Pada paduan 7075, yang merupakan bahan baku pembuatan pesawat
terbang, memiliki kandungan sebesar 5,5% Zn, 2,5% Mg, 1,5% Cu, dan 0,3% Cr.
Aluminium 2014, yang umum digunakan dalam penempaan, memiliki kandungan 4,5%
Cu, 0,8% Si, 0,8% Mn, dan 1,5% Mg. Aluminium 5086 yang umum digunakan sebagai
bahan pembuat badan kapal pesiar, memiliki kandungan 4,5% Mg, 0,7% Mn, 0,4% Si,
0,25% Cr, 0,25% Zn, dan 0,1% Cu.
B.
Kandungan Atom/Unsur dan Ikatan
Aluminium disimbolkan dengan
Al, dengan nomor atom 13 dalam tabel periodik unsur. Bauksit, bahan baku
aluminium memiliki kandungan aluminium dalam julah yang bervariasi, namun pada
umumnya di atas 40% dalam berat. Senyawa aluminium yang terdapat di bauksit
diantaranya Al2O3, Al(OH)3, γ-AlO(OH),
dan α-AlO(OH).
Gambar
2: Bauksit, sepanjang 4 cm dan ditambang di
Little Rock, Arkansas, Amerika Serikat.
Isotop aluminium yang
terdapat di alam adalah isotop 27Al, dengan persentase
sebesar 99,9%. Isotop 26Al juga terdapat di alam meski dalam jumlah
yang sangat kecil. Isotop 26Al merupakan radioaktif dengan waktu
paruh sebesar 720000 tahun. Isotop aluminium yang sudah ditemui saat ini adalah
aluminium dengan berat atom relatif antara 23 hingga 30, dengan isotop 27Al
merupakan isotop yang paling stabil.
Difusi atom di tentukan oleh macam atom, tetapi pada umumnya sangat
lambat pada temperature biasa dengan pencelupan dingin kekosongan atom tetap
ada, jadi dengan berjalannya waktu struktur atom bisa berubah, yang
menghasilkan perubahan sifat-sifatnya. Perubahan sifat-sifat dengan berjalannya
waktu pada umumnya di namakan penuaan. Apabila proses itu berjalan pada
temperature kamar di namakan penuaan ilmiah, sedangkan apabila proses itu
terjadi pada temperatur lebih tinggi dinamakn penuaan buatan.
C.
Bentuk Struktur Mikro
Gambar
3. Struktur mikro alumina, bahan baku
aluminium.
Gambar 4. Struktur mikro dari aluminium murni
Gambar 5. Struktur mikro dari paduan aluminium-silikon. Gambar
(a) merupakan paduan Al-Si tanpa perlakuan khusus. Gambar (b) merupakan paduan
Al-Si dengan perlakuan termal. Gambar (c) adalah paduan Al-Si dengan perlakuan
termal dan penempaan. Perhatikan bahwa semakin ke kanan, struktur mikro semakin
baik.
Gambar 6.Struktur mikro Al-Si-Mg tanpa perlakuan termal
Gambar 7. Struktur mikro dari paduan Al-Si-Mg setelah perlakuan termal
Gambar 8. Struktur mikro
dari Al-Cu
D.
Proses pembuatan
Aluminium adalah logam yang
sangat reaktif yang membentuk ikatan kimia berenergi tinggi dengan oksigen.
Dibandingkan dengan logam lain, proses ekstraksi aluminium dari batuannya
memerlukan energi yang tinggi untuk mereduksi Al2O3.
Proses reduksi ini tidak semudah mereduksi besi dengan menggunakan batu bara,
karena aluminium merupakan reduktor yang lebih kuat dari karbon.
Proses produksi aluminium
dimulai dari pengambilan bahan tambang yang mengandung aluminium (bauksit,
corrundum, gibbsite, boehmite, diaspore, dan sebagainya). Selanjutnya, bahan
tambang dibawa menuju proses Bayer.
Gambar 9: Proses Bayer
Proses Bayer menghasilkan
alumina (Al2O3) dengan membasuh bahan tambang yang
mengandung aluminium dengan larutan natrium hidroksida pada temperatur 175 oC
sehingga menghasilkan aluminium hidroksida, Al(OH)3. Aluminium
hidroksida lalu dipanaskan pada suhu sedikit di atas 1000 oC
sehingga terbentuk alumina dan H2O yang menjadi uap air.
Setelah Alumina dihasilkan,
alumina dibawa ke proses Hall-Heroult.
Proses Hall-Heroult dimulai
dengan melarutkan alumina dengan leelehan Na3AlF6, atau
yang biasa disebut cryolite. Larutan lalu dielektrolisis dan akan mengakibatkan
aluminium cair menempel pada anoda, sementara oksigen dari alumina akan
teroksidasi bersama anoda yang terbuat dari karbon, membentuk karbon dioksida.
Aluminium cair memiliki massa jenis yang lebih ringan dari pada larutan
alumina, sehingga pemisahan dapat dilakukan dengan mudah.
Elektrolisis aluminium dalam
proses Hall-Heroult menghabiskan energi yang cukup banyak. Rata-rata konsumsi
energi listrik dunia dalam mengelektrolisis alumina adalah 15 kWh per kilogram
aluminium yang dihasilkan. Energi listrik menghabiskan sekitar 20-40% biaya
produksi aluminium di seluruh dunia.
Gambar 10: Diagram Proses Hall-Heroult yang disederhanakan. Perhatikan
letak katoda yang berada di dasar wadah, untuk mengantisipasi massa jenis
aluminium cair yang lebih tinggi dibandingkan larutan cryolite-alumina
Aluminium daur ulang
Salah satu keuntungan
aluminium lainnya adalah, mampu didaur ulang tanpa mengalami sedikitpun
kehilangan kualitas. Proses daur ulang tidak mengubah struktur aluminium, daur
ulang terhadap aluminium dapat dilakukan berkali-kali (wasteonline.org).
Mendaur ulang aluminium hanya mengkonsumsi
energi sebesar 5% dari yang digunakan dalam memproduksi aluminium dari bahan
tambang (economist.com). Di Eropa, terutama negara Skandinavia, 95% aluminium
yang beredar merupakan bahan hasil daur ulang.
Proses daur ulang aluminium
berawal dari kegiatan meleburkan sampah aluminium. Hal ini akan menghasilkan
endapan. Endapan ini dapat diekstraksi ulang untuk mendapatkan aluminium, dan
limbah yang dihasilkan dapat digunakan sebagai bahan campuran aspal dan beton
karena merupakan limbah yang berbahaya bagi alam.
E.
Klasifikasi dan Penggolongan
Aluminium Murni
Aluminium 99% tanpa tambahan
logam paduan apapun dan dicetak dalam keadaan biasa, hanya
memiliki kekuatan tensil sebesar 90 MPa, terlalu lunak untuk penggunaan
yang luas sehingga seringkali aluminium dipadukan dengan logam lain.
Aluminium Paduan
Elemen paduan yang umum
digunakan pada aluminium adalah silikon, magnesium, tembaga, seng, mangan, dan
juga lithium sebelum tahun 1970.
Secara umum, penambahan
logam paduan hingga konsentrasi tertentu akan meningkatkan kekuatan tensil dan
kekerasan, serta menurunkan titik lebur. Jika melebihi konsentrasi tersebut,
umumnya titik lebur akan naik disertai meningkatnya kerapuhan akibat
terbentuknya senyawa, kristal, atau granula dalam logam.
Namun, kekuatan bahan paduan
aluminium tidak hanya bergantung pada konsentrasi logam paduannya saja, tetapi
juga bagaimana proses perlakuannya hingga aluminium siap digunakan, apakah
dengan penempaan, perlakuan panas, penyimpanan, dan sebagainya.
Paduan Aluminium-Silikon
Paduan aluminium dengan silikon
hingga 15% akan memberikan kekerasan dan kekuatan tensil yang cukup besar,
hingga mencapai 525 MPa pada aluminium paduan yang dihasilkan pada perlakuan
panas. Jika konsentrasi silikon lebih tinggi dari 15%, tingkat kerapuhan logam
akan meningkat secara drastis akibat terbentuknya kristal granula silika.
Gambar 11. Fase paduan Al-Si,
temperatur vs persentase paduan
Paduan Aluminium-Magnesium
Keberadaan magnesium hingga
15,35% dapat menurunkan titik lebur logam paduan yang cukup drastis, dari 660 oC
hingga 450 oC. Namun, hal ini tidak menjadikan aluminium paduan
dapat ditempa menggunakan panas dengan mudah karena korosi akan terjadi pada suhu di atas 60 oC.
Keberadaan magnesium juga menjadikan logam paduan dapat bekerja dengan
baik pada temperatur yang sangat rendah, di mana kebanyakan logam akan
mengalami failure pada temperatur tersebut.
Gambar 12. Diagram fase Paduan Al-Mg, temperatur vs persentase Mg
Paduan Aluminium-Tembaga
Paduan aluminium-tembaga
juga menghasilkan sifat yang keras dan kuat, namun rapuh. Umumnya, untuk
kepentingan penempaan, paduan tidak boleh memiliki konsentrasi tembaga di atas
5,6% karena akan membentuk senyawa CuAl2 dalam logam yang menjadikan
logam rapuh.
Gambar 13. Diagram Fase Al-Cu,
temperatur vs persentase paduan
Paduan Aluminium-Mangan
Penambahan mangan memiliki
akan berefek pada sifat dapat dilakukan pengerasan tegangan dengan mudah (work-hardening) sehingga didapatkan
logam paduan dengan kekuatan tensil yang tinggi namun tidak terlalu rapuh.
Selain itu, penambahan
mangan akan meningkatkan titik lebur paduan aluminium.
Gambar 14. Diagram fase Al-Mn, temperatur vs konsentrasi Mn
Paduan Aluminium-Seng
Paduan aluminium dengan seng
merupakan paduan yang paling terkenal karena merupakan bahan pembuat badan dan
sayap pesawat terbang. Paduan ini memiliki kekuatan tertinggi dibandingkan
paduan lainnya, aluminium dengan 5,5% seng dapat
memiliki kekuatan tensil sebesar 580 MPa dengan elongasi sebesar 11% dalam
setiap 50 mm bahan. Bandingkan dengan aluminium dengan 1% magnesium yang
memiliki kekuatan tensil sebesar 410 MPa namun memiliki elongasi sebesar 6%
setiap 50 mm bahan.
Gamba15. Diagram fase Al-Zn, temperatur vs persentase Zn
Paduan Aluminium-Lithium
Lithium menjadikan paduan
aluminium mengalami pengurangan massa jenis dan peningkatan modulus
elastisitas; hingga konsentrasi sebesar 4% lithium, setiap penambahan 1%
lithium akan mengurangi massa jenis paduan sebanyak 3% dan peningkatan modulus
elastisitas sebesar 5%. Namun aluminium-lithium tidak lagi diproduksi akibat
tingkat reaktivitas lithium yang tinggi yang dapat meningkatkan biaya
keselamatan kerja.
Paduan Aluminium-Skandium
Penambahan skandium ke aluminium membatasi pemuaian yang terjadi pada
paduan, baik ketika pengelasan maupun ketika paduan berada di lingkungan yang
panas. Paduan ini semakin jarang diproduksi, karena terdapat paduan lain yang
lebih murah dan lebih mudah diproduksi dengan karakteristik yang sama, yaitu
paduan titanium. Paduan Al-Sc pernah digunakan sebagai bahan pembuat pesawat
tempur Rusia, MIG, dengan konsentrasi Sc antara 0,1-0,5% (Zaki, 2003, dan
Schwarz, 2004).
Paduan Aluminium-Besi
Besi (Fe) juga kerap kali
muncul dalam aluminium paduan sebagai suatu "kecelakaan". Kehadiran
besi umumnya terjadi ketika pengecoran dengan menggunakan cetakan besi yang
tidak dilapisi batuan kapur atau keramik. Efek kehadiran Fe dalam paduan adalah
berkurangnya kekuatan tensil secara signifikan, namun diikuti dengan penambahan
kekerasan dalam jumlah yang sangat kecil. Dalam paduan 10% silikon, keberadaan Fe
sebesar 2,08% mengurangi kekuatan tensil dari 217 hingga 78 MPa, dan menambah
skala Brinnel dari 62 hingga 70. Hal ini terjadi akibat terbentuknya kristal
Fe-Al-X, dengan X adalah paduan utama aluminium selain Fe.
Tabel 1. Pengaruh Fe terhadap paduan aluminium.
Perhatikan bahwa elongasi berbanding lurus dengan kekuatan tensil pada tabel di
bawah ini, berbeda dengan kondisi pada umumnya yang berbanding terbalik,
menunjukkan efek merusak Fe terhadap paduan aluminium
|
% Fe
|
Kekuatan tensil (MPa)
|
Elongasi (%) pada 50 mm bahan
|
Skala kekerasan Brinnel
|
|
0,29
|
217
|
14
|
62
|
|
0,79
|
216
|
9,8
|
65
|
|
0,90
|
210
|
6,0
|
65
|
|
1,13
|
171
|
2,5
|
66
|
|
1,60
|
126
|
1,5
|
68
|
|
2,08
|
78
|
1,0
|
70
|
Kelemahan aluminium paduan
adalah pada ketahanannya terhadap lelah (fatigue).
Aluminium paduan tidak memiliki batas lelah yang dapat diperkirakan seperti
baja, yang berarti failure akibat fatigue dapat muncul dengan tiba-tiba
bahkan pada beban siklik yang kecil.
Satu kelemahan yang dimiliki
aluminium murni
dan paduan adalah sulit
memperkirakan secara visual kapan aluminium akan mulai melebur, karena
aluminium tidak menunjukkan tanda visual seperti baja yang bercahaya kemerahan
sebelum melebur.
Gambar 16: Aluminium
cair. Warna kemerahan adalah cetakan yang memanas, sedangkan aluminium cair
tidak menunjukkan perubahan warna walau dalam keadaan cair
Aluminium paduan untuk keperluan penempaan
Tabel 2. Sifat aluminium tempa pada
tiga jenis paduan dengan komposisi yang berbeda-beda. Perlu diperhatikan bahwa
elongasi berbanding terbalik dengan kekuatan tensil.
|
Paduan
|
Komposisi (%)
|
Kekuatan tensil (MPa)
|
Elongasi (%) pada 50 mm bahan
|
|
1100
|
99,00 Al
|
90-170
|
5-35
|
|
3003
|
1,2 Mn
|
110-200
|
4-30
|
|
3004
|
1,2 Mn, 1,0 Mg
|
180-290
|
5-20
|
|
5052
|
2,5 Mg, 0,2 Cr
|
195-295
|
8-30
|
|
5056
|
5,2 Mg, 0,1 Mn, 0,1 Cr
|
295-440
|
10-35
|
Dengan persentase campuran
tertentu, akan didapatkan aluminium paduan dengan kekuatan tensil hingga 400
MPa dengan ductility yang cukup.
Aluminium paduan jenis ini lebih murah biaya produksinya karena tidak
memerlukan perlakuan termal.
Aluminium paduan dengan perlakuan termal
Tabel 3. Sifat aluminium paduan dengan
perlakuan panas pada beberapa jenis paduan dengan komposisi yang berbeda-beda.
Perlu diperhatikan bahwa elongasi berbanding terbalik dengan kekuatan tensil.
|
Paduan
|
Komposisi (%)
|
Kekuatan tensil
(MPa)
|
Elongasi (%)
pada 50 mm bahan
|
|
2014
|
4,4 Cu, 0,8 Si, 0,8 Mn, 0,4 Mg
|
190-490
|
10-22
|
|
2024
|
4,5 Cu, 0,6 Mn, 1,5 Mg
|
190-525
|
6-20
|
|
6061
|
1,0 Mg, 0,6 Si, 0,2 Cr
|
125-410
|
6-25
|
|
7075
|
5,5 Zn, 2,5 Mg, 1,5 Cu, 0,3 Cr
|
230-580
|
11-17
|
Aluminium paduan jenis
memiliki biaya produksi yang lebih tinggi karena memerlukan teknik khusus dalam
pembentukannya hingga aluminium siap untuk dipakai. Teknik ini akan
menghasilkan paduan dengan kekuatan tensil yang cukup tinggi, yaitu di atas 400
MPa, sehingga pengurangan massa dapat dilakukan untuk mengurangi biaya dan
mendapatkan kekuatan yang sesuai untuk aplikasi tertentu.
Perlakuan termal yang umum
dilakukan adalah:
·
Pengerjaan
logam dengan menggunakan panas (misal: hot
extrusion)
·
Memanaskan
logam hingga mendekati titik leburnya, lalu didinginkan secara perlahan. Proses
ini disebut annealing, dan
menghasilkan logam yang lunak.
·
Pendinginan
dengan cepat, baik dengan menggunakan es, air dingin, ataupun air mendidih
sesuai kebutuhan. Proses ini dinamakan quenching.
·
Disimpan
pada temperatur tertentu (umumnya mendekati titik leburnya) selama beberapa
lama (antara 1 jam hingga 40 hari). Proses ini disebut artificial age hardening.
Perlakuan termal dapat berupa
kombinasi nomor dua, tiga, dan empat, namun ada juga yang melakukan penyimpanan
selama beberapa lama pada suhu kamar setelah quenching sebelum siap digunakan.
Ada juga yang ditempa pada suhu kamar sebelum disimpan pada suhu tinggi.
Penyimpanan pada suhu tinggi
bermanfaat untuk meningkatkan kekerasan dan kekuatan tensil. Nilai peningkatan
kekuatan tensil dapat mencapai tiga kalinya jika dibandingkan dengan aluminium
paduan tanpa perlakuan termal.
Tabel 4. Perlakuan panas yang berbeda-beda terhadap
paduan 2014 (4,4 Cu, 0,8 Si, 0,8 Mn, 0,4 Mg) dan pengaruhnya terhadap sifat
mekanik bahan
|
Perlakuan
|
Kekuatan Tensil
|
Elongasi (%) pada 50 mm bahan
|
Skala Kekerasan Brinnel
|
|
Annealing
|
190
|
18
|
45
|
|
Quenching, lalu disimpan pada suhu kamar
|
435
|
20
|
105
|
|
Quenching, lalu disimpan dengan temperatur tertentu
|
490
|
13
|
135
|
Paduan 7075 merupakan paduan
Al-Zn yang paling terkenal. Jika diberi perlakuan quenching, lalu disimpan dengan temperatur tinggi selama beberapa
waktu, logam paduan akan memiliki kekuatan tensil 580 MPa. Jika tidak diberikan
perlakuan termal, paduan hanya memiliki kekuatan tensil 230 MPa.
Pada penggunaan di lingkungan
yang bersifat korosif, permukaan paduan Al-Cu yang merupakan paduan yang mudah
korosi, harus dilapisi dengan aluminium murni dengan teknik "hot rolling". Hal ini akan mencegah
oksidasi Al-Cu lebih jauh, bahkan ketika logam terpotong karena aluminium
bersifat anodik. Meski pelapisan dengan aluminium dapat mengurangi kekuatan,
hal ini umum dilakukan.
Aluminium paduan cor
Aluminium dapat dicor di
cetakan pasir/tanah liat, cetakan besi, atau cetakan baja dengan diberi
tekanan. Logam cor dapat lebih cepat mengeras jika dicor dengan cetakan logam,
sehingga akan menghasilkan efek yang sama seperti efek quenching, yaitu memperkeras logam.
Pengecoran dengan besi
harus dilakukan dengan hati-hati karena dapat menyebabkan intrusi besi ke dalam
paduan, menyebabkan paduan memiliki komposisi yang tidak diinginkan. Proses
pengecoran, selain harus terbebas dari pengotor pencetaknya, juga harus
terbebas dari uap air. Aluminium, dalam temperatur tinggi, dapat bereaksi
dengan uap air membentuk aluminium hidroksida dan gas hidrogen. Aluminium cair,
sepeti logam cair pada umumnya, dapat melarutkan gas tersebut, dan ketika logam
mulai mendingin dan menjadi padat, gelembung-gelembung hidrogen akan terbentuk
di dalam logam, menyebabkan logam menjadi berpori-pori dan menyebabkan logam
semakin rapuh.
Untuk mencegah keberadaan
gas hidrogen dalam logam, pengecoran sebaiknya dilakukan dalam keadaan kering
dan tidak lembab serta logam tidak dilelehkan pada temperatur jauh di atas
titik lelehnya. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan tanur listrik, namun
hal ini akan meningkatkan biaya produksi.
Komposisi utama aluminium
paduan cor pada umumnya adalah tembaga, silikon, dan magnesium. Al-Cu
memberikan keuntungan yaitu kemudahan dalam pengecoran dan memudahkan pengerjaan
permesinan. Al-Si memmberikan kemudahan dalam pengecoran, kekuatan, ketahanan
pada temperatur tinggi, dan pemuaian yang rendah. Sifat pemuaian merupakan
sifat yang penting dalam logam cor dan ekstrusi, yang pada umumnya merupakan
bagian dari mesin. Al-Mg juga memberikan kekuatan, dan lebih baik dibandingkan
Al-Si karena memiliki ketahanan yang lebih tinggi hingga logam mengalami
deformasi plastis (elongasi). Namun konsentrasi lebih dari 10% dapat mengurangi
kemudahan dalam pengecoran.
F.
Sifat-Sifat Teknis Bahan
Sifat Fisik Aluminium
Table 5, menunjukan
sifat fisik aluminium
|
Nama, Simbol, dan Nomor
|
Aluminium, Al, 13
|
|
Sifat Fisik
|
|
|
Wujud
|
Padat
|
|
Massa jenis
|
2,70 gram/cm3
|
|
Massa jenis pada wujud cair
|
2,375 gram/cm3
|
|
Titik lebur
|
933,47 K, 660,32 oC, 1220,58 oF
|
|
Titik didih
|
2792 K, 2519 oC, 4566 oF
|
|
Kalor jenis (25 oC)
|
24,2 J/mol K
|
|
Resistansi listrik (20 oC)
|
28.2 nΩ m
|
|
Konduktivitas termal (300 K)
|
237 W/m K
|
|
Pemuaian termal (25 oC)
|
23.1 µm/m K
|
|
Modulus Young
|
70 Gpa
|
|
Modulus geser
|
26 Gpa
|
|
Poisson ratio
|
0,35
|
|
Kekerasan skala Mohs
|
2,75
|
|
Kekerasan skala Vickers
|
167 Mpa
|
|
Kekerasan skala Brinnel
|
245 Mpa
|
Sifat Mekanik Aluminium
Sifat teknik bahan aluminium
murni dan aluminium paduan dipengaruhi oleh konsentrasi bahan dan perlakuan
yang diberikan terhadap bahan tersebut.
Aluminium terkenal sebagai
bahan yang tahan terhadap korosi. Hal ini disebabkan oleh fenomena pasivasi,
yaitu proses pembentukan lapisan aluminium oksida di permukaan logam aluminium
segera setelah logam terpapar oleh udara bebas. Lapisan aluminium oksida ini
mencegah terjadinya oksidasi lebih jauh. Namun, pasivasi dapat terjadi lebih
lambat jika dipadukan dengan logam yang bersifat lebih katodik, karena dapat
mencegah oksidasi aluminium.
Kekuatan tensil
Kekuatan tensil adalah besar tegangan yang didapatkan ketika dilakukan
pengujian tensil. Kekuatan tensil ditunjukkan oleh nilai tertinggi dari tegangan
pada kurva tegangan-regangan hasil pengujian, dan biasanya terjadi ketika
terjadinya necking. Kekuatan tensil bukanlah ukuran kekuatan yang sebenarnya
dapat terjadi di lapangan, namun dapat dijadikan sebagai suatu acuan terhadap
kekuatan bahan.
Kekuatan tensil pada
aluminium murni pada berbagai perlakuan
umumnya sangat rendah, yaitu sekitar 90 MPa, sehingga untuk penggunaan
yang memerlukan kekuatan tensil yang tinggi, aluminium perlu dipadukan. Dengan
dipadukan dengan logam lain, ditambah dengan berbagai perlakuan termal, aluminium
paduan akan memiliki kekuatan tensil hingga 580 MPa (paduan 7075).
Kekerasan
Kekerasan gabungan dari
berbagai sifat yang terdapat dalam suatu bahan yang mencegah terjadinya suatu
deformasi terhadap bahan tersebut ketika diaplikasikan suatu gaya. Kekerasan
suatu bahan dipengaruhi oleh elastisitas, plastisitas, viskoelastisitas,
kekuatan tensil, ductility, dan
sebagainya. Kekerasan dapat diuji dan diukur dengan berbagai metode. Yang
paling umum adalah metode Brinnel, Vickers, Mohs, dan Rockwell.
Kekerasan bahan aluminium
murni sangatlah kecil, yaitu sekitar 65 skala Brinnel, sehingga dengan sedikit
gaya saja dapat mengubah bentuk logam. Untuk kebutuhan aplikasi yang
membutuhkan kekerasan, aluminium perlu dipadukan dengan logam lain dan/atau
diberi perlakuan termal atau fisik. Aluminium dengan 4,4% Cu dan diperlakukan quenching, lalu disimpan pada temperatur
tinggi dapat memiliki tingkat kekerasan Brinnel sebesar 135.
Ductility
Ductility
didefinisikan sebagai sifat mekanis dari suatu
bahan untuk menerangkan seberapa jauh bahan dapat diubah bentuknya secara
plastis tanpa terjadinya retakan. Dalam suatu pengujian tensil, ductility ditunjukkan dengan bentuk neckingnya; material dengan ductility yang tinggi akan mengalami necking yang sangat sempit, sedangkan
bahan yang memiliki ductility rendah,
hampir tidak mengalami necking. Sedangkan
dalam hasil pengujian tensil, ductility
diukur dengan skala yang disebut elongasi. Elongasi adalah seberapa besar
pertambahan panjang suatu bahan ketika dilakukan uji kekuatan tensil. Elongasi
ditulis dalam persentase pertambahan panjang per panjang awal bahan yang
diujikan.
Aluminium murni memiliki ductility
yang tinggi. Aluminium paduan memiliki ductility
yang bervariasi, tergantung konsentrasi paduannya, namun pada umumnya memiliki ductility yang lebih rendah dari pada
aluminium murni, karena ductility
berbanding terbalik dengan kekuatan tensil, serta hampir semua aluminum paduan
memiliki kekuatan tensil yang lebih tinggi dari pada aluminium murni.
G.
Contoh Aplikasi
Aluminium adalah logam
non-besi yang paling banyak digunakan di seluruh dunia. Produksi global dunia
pada tahun 2005 mencapai 31,9 juta ton, melebihi produksi semua logam non-besi
lainnya (Hetherington et al, 2007).
Aluminium memiliki rasio
kekuatan terhadap massa yang paling tinggi, sehingga banyak digunakan sebagai
bahan pembuat pesawat dan roket. Aluminium juga dapat menjadi reflektor yang
baik; lapisan aluminium murni dapat memantulkan 92% cahaya .
Aluminium murni, saat ini
jarang digunakan karena terlalu lunak. Penggunaan aluminium murni yang paling
luas adalah aluminium foil (92-99% aluminium).
Paduan aluminium-magnesium
umumnya digunakan sebagai bahan pembuat badan kapal. Paduan lainnya akan mudah
mengalami korosi ketika berhadapan dengan larutan alkali seperti air laut.
Paduan
aluminium-tembaga-lithium digunakan sebagai bahan pembuat tangki bahan bakar
pada pesawat ulang-alik milik NASA.
Uang logam juga terbuat dari aluminium yang diperkeras. Hingga saat
ini, sulit dicari apa bahan paduan uang pembuat uang logam berwarna putih
keperakan ini, kemungkinan dirahasiakan untuk mencegah pemalsuan uang logam.
Velg mobil juga menggunakan bahan aluminium yang dipadu dengan
magnesium, silicon, atau keduanya, dan dibuat dengan cara ekstrusi atau dicor.
Beberapa jenis roda gigi menggunakan paduan Al-Cu. Penggunaan paduan Cu
untuk mendapatkan tingkat kekerasan yang cukup dan memperpanjang usia benda
akibat fatigue.
Gambar 17. Uang logam, juga
terbuat dari aluminium
Gambar 18. Aluminium foil
Gambar 19. Aluminium foam
Gambar 20. Velg mobil,
mengunakan paduan Al-Si, Al-Mg, atau Al-Si-Mg
Gambar 21. Roda gigi
menggunakan paduan Al-Cu
Gambar 22. Pesawat terbang, dibuat dengan menggunakan
paduan 7075, Al-Zn.
H.
Standarisasi dan Kodifikasi
Pengkodean aluminium tempa berdasarkan
International Alloy Designation System adalah sebagai berikut:
·
Seri
1xxx merupakan aluminium murni dengan kandungan minimun 99,00% aluminium
berdasarkan beratnya.
·
Seri 2xxx
adalah paduan dengan tembaga. Terdiri dari paduan bernomor 2010 hingga 2029.
·
Seri 3xxx
adalah paduan dengan mangan. Terdiri dari paduan bernomor 3003 hingga 3009.
·
Seri 4xxx
adalah paduan dengan silikon. Terdiri dari paduan bernomor 4030 hingga 4039
·
Seri 5xxx
adalah paduan dengan magnesium. Terdiri dari paduan dengan nomor 5050 hingga
5086.
·
Seri 6xxx
adalah paduan dengan silikon dan magnesium. Terdiri dari paduan dengan nomor
6061 hingga 6069
·
Seri 7xxx
adalah paduan dengan seng. Terdiri dari paduan dengan nomor 7070 hingga 7079.
·
Seri 8xxx
adalah paduan dengan lithium.
Perlu diperhatikan bahwa
pengkodean aluminium untuk keperluan penempaan seperti di ats tidak berdasarkan
pada komposisi paduannya, tetapi berdasarkan pada sistem pengkodean terdahulu,
yaitu sistem Alcoa yang menggunakan urutan 1 sampai 79 dengan akhiran S,
sehingga dua digit di belakang setiap kode pada pengkodean di atas diberi angka
sesuai urutan Alcoa terdahulu. Pengecualian ada pada paduan magnesium dan
lithium.
Pengkodean untuk aluminium
cor berdasarkan Aluminium Association adalah sebagai berikut:
·
Seri 1xx.x adalah aluminium dengan kandungan
minimal 99% aluminium
·
Seri 2xx.x adalah paduan dengan tembaga
·
Seri 3xx.x adalah paduan dengan silikon,
tembaga, dan/atau magnesium
·
Seri 4xx.x adalah paduan dengan silikon
·
Seri 5xx.x adalah paduan dengan magnesium
·
Seri 7xx.x adalah paduan dengan seng
·
Seri 8xx.x adalah paduan dengan lithium
Perlu diperhatikan bahwa pada
digit kedua dan ketiga menunjukkan persentase aluminiumnya, sedangkan digit
terakhir setelah titik adalah keterangan apakah aluminium dicor setelah
dilakukan pelelehan pada produk aslinya, atau dicor segera setelah aluminium
cair dengan paduan tertentu. Ditulis hanya dengan dua angka, yaitu 1 atau 0.
Klasifikasi aluminium pada
Standar Nasional Indonesia tidak berdasarkan pada konsentrasi paduan maupun
perlakuannya. Klasifikasi aluminium paduan pada Standar Nasional Indonesia
didasarkan pada aplikasi aluminium tersebut. Berikut ini adalah contoh
penomoran aluminium pada Standar Nasional Indonesia:
- 03-2583-1989 aluminium lembaran bergelombang untuk atap dan dinding
- 07-0417-1989 ekstrusi aluminium paduan
- 03-0573-1989 jendela aluminium paduan
- 07-0603-1989 aluminium ekstrusi untuk arsitektur
- 07-0733-1989 ingot aluminium primer
- 07-0734-1989 aluminium ekstrusi untuk arsitektur, terlapis bahan anodisasi
- 07-0828-1989 ingot aluminium sekunder
- 07-0829-1989 ingot aluminium paduan untuk cor
- 07-0851-1989 plat dan lembaran aluminium
- 07-0957-1989 aluminium foil dan paduannya
- 04-1061-1989 kawat aluminium untuk penghantar listrik
Terdapat 84 produk aluminium
yang terdaftar dalam Sistem Informasi Standar Nasional Indonesia, berupa
aluminium murni dan paduannya, senyawa aluminium, bahkan petunjuk teknis
pembuatan aluminium dan aplikasinya juga merupakan produk terdaftar di SNI.
I.
Bentuk, Ukuran, dan Harga
TOKO MEGA ALUMUNIUM
Jl. KH Soleh Iskandar (JL. Baru) no. 9 Bogor
- Ukuran 3” x 1,5” x 1,0mm
|
Bentuk
|
Harga
|
|
M
|
Rp.
208.500
|
|
Holo
(persegi panjang)
|
Rp.
172.100
|
|
Spanrel
|
Rp.
180.400
|
|
Plat
Siku
|
Rp.
27.500
|
|
L
|
Rp.
80.700
|
|
Plat
strip
|
Rp.
65.600
|
- Ukuran 1,20 m x 2,40 m x 0,3 mm
|
Bentuk
|
Harga
|
|
Plat
Lembaran
|
Rp.
800.000
|
- Ukuran 4” x 1,5” x 1,0 mm
|
Bentuk
|
Harga
|
|
M
|
Rp.
256.000
|
|
Spanrel
|
Rp. 255.300
|
|
Holo
(persegi panjang)
|
Rp.
218.900
|
|
Plat
Strip
|
Rp.
86.800
|
- Alumunium Batang
|
Bentuk
|
Panjang
|
Tebal
|
Harga
|
|
Batang siku
|
6 m
|
0.8 mm
|
Rp. 38.000,00
|
|
Batang H
|
6 m
|
1 mm
|
Rp. 225.000,00
|
Glosarium
Age-hardening Adalah
teknik perlakuan termal untuk meningkatkan kekuatan tensil dari material yang
dapat ditempa yang mengandalkan prinsip perubahan fase dalam respon suatu
material terhadap temperatur.
Annealing Adalah
perlakuan termal yang mengubah struktur mikro dari suatu material yang
menyebabkan perubahan sifat seperti kekuatan, kekerasan, dan ductility. Dalam logam, perlakuan ini
dilakukan dengan memanaskan material hingga bercahaya.
Cryolite Bahan
yang digunakan sebagai pelarut alumina untuk proses elektrolisis. Susunan
senyawanya adalah Na3AlF6.
Die casting Proses
membentuk logam cair di bawah tekanan menggunakan cetakan.
Ductility Sifat
mekanik yang digunakan untuk menjelaskan seberapa jauh benda dapat dilakukan
deformasi plastis hingga mengalami keretakkan.
Ekstrusi Proses
membuat benda dalam bentuk yang telah ditetapkan dengan mendorong material
melalui “die” hingga terbentuk bentuk
yang diinginkan.
Elektrolisis Metode
menggunakan arus listrik untuk memicu reaksi kimia non-spontan.
Elongasi Seberapa besar
pertambahan panjang suatu bahan ketika dilakukan uji kekuatan tensil. Elongasi
ditulis dalam persentase pertambahan panjang per panjang awal bahan yang
diujikan.
Failure Hilangnya
kemampuan suatu bahan dalam menahan beban atau bahkan beban dirinya sendiri.
Fatigue Kerusakan
material dan progresif yang terjadi akibat beban siklik yang diaplikasikanke
suatubahan.
Ingot Suatu
material, umumnya logam, yang dicetak dalam bentuk yang siap dipakai untuk
pemrosesan berikutnya.
Kekerasan Berbagai
sifat dari suatu material dalam wujud padat yang memberikannya resistansi
terhadap berbagai perubahan bentuk ketika gaya diaplikasikan.
Kekuatan tensil Adalah
seberapa besar gaya per satuan luas yang diaplikasikan dalam uji tensil hingga
benda uji mengalami necking.
Modulus geser Rasio
dari tegangan geser dan regangan geser ketika suatu bahan mengalami gaya
paralel pada permukaan yang berlawanan dengan arah yang berlawanan.
Modulus young Rasio
dari tegangan dan regangan ketika suatu benda mengalami tekanan atau tarikan
dalam satu arah.
Necking Adalah
bentuk dari deformasi tensil ketika tegangan yang relatif besar memindahkan
secara disproporsional sebagian dari suatu bahan.
Pasivation Proses
yang menjadikan suatu material bersifat pasif terhadap zat lainnya.
Perlakuan termal Perlakuan
yang menggunakan temperatur, dalam bentuk pendinginan atau pemanasan, umumnya
hingga mendekati temperatur ekstrim, untuk mendapatkan hasil yang diinginkan,
berupa meningkatnya kekuatan bahan atau melunakkan suatu bahan.
Poisson Ratio Rasio
kontraksi benda secara horisontal terhadap meregangnya benda seara vertikal
ketika benda diregangkan
Quenching Proses
termal, yaitu mendinginkan dalam waktu cepat suatu material yang sedang berada
dalam kondisi temperatur yang mendekati ekstrim.
Work-hardening Penambahan
kekuatan suatu logam dengan deformasi plastis
Daftar Pustaka
Ahmad, Zaki.2003. "The properties and application of
scandium-reinforced aluminum". JOM
Anonim. Aluminium,
dari [[http://webmineral.com/data/Aluminum.shtml]] diunduh pada tanggal 15
Desember 2009
Christoph Schmitz, Josef Domagala, Petra Haag.2006. Handbook
of aluminium recycling: fundamentals, mechanical preparation, metallurgical
processing, plant design. Vulkan-Verlag GmbH.
Dieter G. E.1988. Mechanical Metallurgy. McGraw-Hill.
Emsley, John.2001. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide
to the Elements. Oxford, UK: Oxford
University Press
Greenwood, Norman N.;
Earnshaw, A.1997. Chemistry of the Elements (2nd ed.), Oxford: Butterworth-Heinemann.
Guilbert, John M. and Carles F. Park.1986. The Geology of
Ore Deposits.
Freeman
Polmear, I. J. 1995. Light
Alloys: Metallurgy of the Light Metals. Arnold.
__________. 2006. Light
alloys from traditional alloys to nanocrystals. Oxford: Elsevier/Butterworth-Heinemann
Schwarz James A. Contescu Cristian I., Putyera Karol. 2004. Dekker encyclopédia of nanoscience and nanotechnology, Volume 3. CRC Press
Surdia Tata, dan Saito Shinroku.1985. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta: PT Dainippon Gitakarya Printing
Venetski S. 1969. ""Silver" from
clay".
Tidak ada komentar:
Posting Komentar