Peningkatan umur lelah material velg racing dengan ARTIFICIAL AGING

Peningkatan umur lelah material velg racing dengan ARTIFICIAL AGING. Obyek penelitian ini adalah menentukan sifat lelah material velg racing sebelum dan sesudah proses Artificial Aging. Spesimen uji dibuat dari material velg racing yang termasuk material alumunium paduan jenis Al-Mg-Si. Proses Artificial Aging dimulai dengan soliution treatment pada temperatur 540⁰C dengan waktu tahan 2 jam dilanjutkan dengan quenching pada media air kemudian diaging pada temperatur 150⁰C dengan variasi waktu tahan 2 jam, 4 jam, dan 5 jam. Pengujian lain yang dilakukan adalah uji tarik. Hasil pengujian tarik menunjukkan bahwa proses artificial aging yang dilakukan cenderung menaikkan kekuatan tarik dan sifat lelah dari material dasar.

Kata kunci : artificial aging, sifat lelah, Al-Mg-Si

LATAR BELAKANG

Hampir semua struktur mesin dalam aplikasinya menerima beban yang bervariasi. Beban yang bervariasi akan mengakibatkan fluktuasi tegangan pada elemen yang membangun struktur tersebut. Jika fluktuasi tegangan ini cukup besar dan berulang-ulang, kegagalan struktur dapat terjadi walaupun tegangan maksimal yang terjadi pada elemen struktur tersebut lebih kecil dibandingkan dengan kekuatan materialnya. Kegagalan ini dikatakan sebagai kegagalan fatik atau patah lelah.

Alumunium paduan merupakan logam non fero yang paling banyak digunakan sebagai bahan dalam komponen kendaraan termasuk velg racing. Velg racing adalah
salah satu bagian dari roda, yang berfungsi selain tempat kedudukan, berfungsi pula untuk memindahkan gerakan berputar dari poros, serta untuk memikul berat kendaraan. Jika suatu velg racing menderita beban lengkung sementara velg berputar, maka akan terjadi fluktuasi tegangan (tegangan bolak-balik) pada velg racing tersebut. Beban tarik terbesar akan terjadi pada titik-titik permukaan velg racing pada saat kedudukannya paling bawah, sedangkan beban tekan terbesar akan terjadi pada titik-titik permukaan velg racing pada saat kedudukannya paling atas.

 Geometri sebuah velg racing adalah suatu geometri yang tidak kontinyu, hal ini disebabkan adanya lubang poros, lubang baut, maupun konstruksi jari-jari velg racing. Keadaan ini berpotensi menimbulkan konsentrasi tegangan pada tempat-tempat dimana terjadi perubahan penampang, pada tempat-tempat ini apabila terjadi penambahan berulang akibatnya akan lebih fatal. Material yang dipakai pada struktur tanpa konsentrasi tegangan, patah lelah terjadi pada tegangan yang besarnya kurang dari sepertiga kekuatan tarik static. (Surdia, 1992)

Tegangan sisa pada permukaan juga memiliki pengaruh yang dominan pada batas kelelahan. Proses pelapisan yang menyebabkan terjadinya tegangan sisa tarik pada permukaan, dapat menyebabkan penurunan batas kelelahan sampai 60 %, untuk mengurangi kemungkinan terjadinya tegangan sisa dapat dilakukan dengan cara : proses nitrida, shot pen dan heat treatment. Proses heat treatment yang diarahkan pada peningkatan kekuatan lelah material, perlu dilakukan dalam pabrikasi sebuah komponen. Apalagi jika komponen tersebut menerima beban berulang seperti velg racing.

 TUJUAN PENELITIAN

Sebagaimana dirumuskan pada bagian depan, maka penelitian ini bertujuan untuk :

1. Menentukan pengaruh heat treatment dengan variasi penahanan dan temperatur terhadap kekuatan tarik alumunium yang dipakai spesimen.

2. Menentukan karakteristik lelah (diagram S-N) alumunium paduan yang dipakai sebagai spesimen pengujian.

3. Menentukan karakteristik lelah (diagram S-N) aluminium paduan yang dipakai sebagai spesimen pengujian setelah dilakukan proses heat treatment.

TINJAUAN PUSTAKA

Pengaruh yang menguntungkan (meningkatkan) sifat mekanik akibat artificial aging telah banyak dilakukan penelitian. Salah satu contoh penelitian Ramli Sinaga (1988). Artificial aging yang dilakukan pada temperatur 100⁰C, 150⁰C, 200⁰C, 250⁰C dan 300⁰C dengan variasi waktu aging 5 jam, 10 jam, dan 15 jam, sedangkan temperatur solution treatment yang dipakai adalah 540⁰C dengan waktu penahanan 30 menit, pada material alumunium paduan (Al-Mg-Si). Kesimpulan dari penelitian ini adalah sifat mekanis optimum dari paduan Al-Mg-Si sangat dipengaruhi oleh temperatur (100⁰C) dan waktu aging (15 jam).

Struktur butiran dan besar butir berpengaruh pada kekuatan dan sifat mekanik dari benda coran. Benda coran yang memiliki struktur butiran kecil dan rapat akan mempunyai kekuatan dan keuletan yang lebih tinggi disebabkan karena pada proses deformasi, logam berbutir halus mempunyai hambatan slip yang lebih besar. Coran yang mempunyai kekuatan tarik yang tinggi, rapat dan padat maka coran tersebut akan mempunyai kekuatan tarik yang tinggi, keuletan yang tinggi, ketahanan impak yang tinggi, tingkat kekerasan yang tinggi, berat jenis yang tinggi dan porositas yang rendah. Dari hasil metalografi pada temperatur 100⁰C dan waktu aging 5 jam hingga 10 jam belum merata, tetapi pada waktu aging 15 jam distribusi butiran lebih merata, sedangkan pada temperatur 150⁰C dan waktu aging 5 jam, butiran terdistribusi, tetapi mulai mengumpul dan kumpulan butiran terus berlanjut hingga waktu aging 10 jam hingga terbentuk butiran yang lebih besar dari sebelumnya dan hal ini terus berlanjut hingga waktu aging 15 jam. Pada temperatur 200⁰C distribusi Mg₂Si lebih merata distribusinya hingga waktu aging 15 jam. Mulai temperatur 250⁰C hingga 300⁰C dengan variasi waktu aging, penyebaran butiran tidak merata dan butiran lebih besar makin banyak terbentuk, keadaan ini sangat merugikan, karena akan menurunkan sifat mekanis bahan yang disebut over aging. Pernyataan ini merupakan salah satu kesimpulan dari penelitian yang dilakukan oleh Sinaga (1998) tentang pengaruh artificial aging terhadap sifat mekanik bahan alumunium (Al-Mg-Si).

LANDASAN TEORI

1. Heat Treatment (Perlakuan Panas)

Perlakuan panas pada Al tuang mencakup proses pemanasan dan pendinginan yang dikendalikan secara seksama. Setiap tahap dari proses tersebut memiliki peranan yang menentukan terhadap keberhasilan proses. Tujuan utama dari perlakuan panas ini adalah untuk memperoleh kombinasi sifat-sifat mekanik yang optimum. Di samping itu perlakuan panas paduan Al tuang juga bertujuan untuk memperoleh struktur logam hasil coran yang seragam, memperbaiki sifat mampu mesin, stabilitas dimensi dan ketahanan korosi, serta menghilangkan tegangan sisa mesin akibat konstraksi selama pembekuan.

Pada alumunium, perlakuan panas hanya dapat dilakukan terhadap golongan heat treatable alloy, dimana biasanya bertujuan untuk meningkatkan kekerasan. Yang termasuk golongan ini diantaranya selama pembekuan.

Ada tiga tahapan dalam usaha meningkatkan kekuatan paduan alumunium dengan perlakuan panas, pertama adalah laku panas pelarutan (solution heat treatment), kedua adalah pencelupan (quenching) dan yang ketiga adalah pengerasan penuaan (age hardening), baik melalui penuaan alami (natural aging) maupun penuaan buatan (artificial aging).

Bila pada suhu temperatur tertentu, penuaan berlangsung terlalu lama maka akan terjadi pengkasaran endapan (endapan yang halus larut kembali sementara yang kasar bertambah besar) sehingga jumlah partikel halus yang terdispersi dalam jumlah banyak secara berangsur-angsur akan digantikan oleh partikel kasar yang lebih besar. Kejadian ini membuat paduan menjadi bertambah lunak dan dalam hal ini dikatakan bahwa paduan berada dalam kondisi overaging (penuaan berlebih).

2. Kelelahan

Patah lelah disebabkan oleh tegangan yang berulang. Besarnya tegangan saat terjadinya kegagalan pada kebanyakan kasus dijumpai pada tegangan kurang dari sepertiga kekuatan tarik static. Hal ini terjadi pada suatu struktur tanpa konsentrasi tegangan. Kelelahan memegang peranan utama dalam putusnya bahan konstruksi/komponen secara mendadak.

DIAGRAM PENELITIAN

Jalannya penelitian yang dilakukan dapat digambarkan dalam diagram alir sebagai berikut :

Gambar 1. Diagram jalannya penelitian

KESIMPULAN

Dari penelitian yang dilakukan dapatlah ditarik kesimpulan sebagai berikut :

1. Artificial Aging terhadap ,aterial velg racing menaikkan karakteristik ketahanan lelah material dasar.

2. Pengaruh artificial aging yang dilakukan pada penelitian ini berkecenderungan menaikkan kekuatan tarik material. Kekuatan tarik material dasar adalah sebesar 12,12 Mpa, material aging dengan waktu tahan 2 jam 12,36 Mpa, material aging dengan waktu tahan 4 jam 12,73 Mpa, dan material dengan waktu tahan 5 jam 12,39 Mpa.