PEMBEKUAN SEARAH PADUAN Al - (1–12)%Si

MUHAMAD, Dr. Suyitno, ST., M.Sc.

2013 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Modifikasi struktur mikro merupakan salah satu cara untuk meningkatkan sifat bahan menjadi lebih baik. Bahan dengan struktur mikro kolumnar mempunyai sifat tahan terhadap creep yang baik dan mempunyai creep strain lebih besar. Struktur mikro kolumnar dapat dibentuk dengan pembekuan searah (unidirection solidification), dimana dalam proses ini pertumbuhan butir diarahkan searah dengan laju aliran kalor. Tujuan dari penelitian ini adalah mempelajari pengaruh konsentrasi Silikon dan kecepatan pendinginan terhadap pembentukan struktur mikro kolumnar pada material paduan Aluminium - Silikon (1-12%Si) dengan metode pembekuan searah konveksi alami secara vertikal. Studi eksperimen dimulai dengan perancangan dan pembuatan tungku listrik untuk peleburan dan pembekuan searah (unidirectional solidification). Sampel paduan Al-Si dengan konsentrasi 1,6; 2,8; 3,9; 5,6; 7,4 dan 10,8 wt%Si dilebur dalam tungku listrik kemudian dicetak dalam cetakan pipa baja tahan karat yang tipis diameter dalam 11/16”, diameter luar 3/8” dan panjang 80 mm. Selanjutnya sampel dibekukan dibawah kondisi steady dalam tungku listrik yang dilengkapi sistem pembekuan searah secara vertical melalui pendingin logam yang didinginkan dengan air dan dipasang pada bagian bawah cetakan, dengan kecepatan pendinginan konstan (6,38-40 μm/detik) pada gradien suhu antara 1,47-7,78°C/mm. Termokopel tipe K dipasang pada tiga jarak yang berbeda dari permukaan antara cetakan dan pendingin logam untuk mengukur temperatur selama pembekuan searah. Parameter solidifikasi (konsentrasi Si dan kecepatan pendinginan) telah diamati sebagai fungsi dari pembentukan struktur. Hasil eksperimen mengungkapkan bahwa pertumbuhan struktur dendrit kolumnar dengan jarak lengan dendrit primer yang halus dan seragam terdapat pada paduan dengan konsentrasi 5,6 dan 7,4%Si. Pada konsentrasi yang lebih tinggi, dendrit kolumnar tumbuh dengan jarak lengan dendrit primer lebih kasar, sedangkan pada konsentrasi Si yang lebih rendah struktur cenderung berbentuk equiaxed grain. Pada kecepatan pendinginan rendah (0,05°C/det), pertumbuhan lengan dendrit sekunder meningkat dan pertumbuhan dendrit primer menurun. Sebaliknya pada kecepatan pendinginan yang lebih tinggi (0,16°C/det), pertumbuhan dendrit primer meningkat dan pertumbuhan dendrit sekunder berkurang.

Microstructure modification is one way to improve the material properties. Materials with columnar microstructure have good resistance to creep and greater creep strain. Columnar microstructure can be formed by unidirectional solidification, where the grain growth process is directed in line with the rate of heat flow. The purpose of this research is to study the influence of Si concentration and cooling rate on the formation of columnar microstructure on material of aluminumsilicon (1-12% Si) alloy with unidirectional solidification of vertical natural convection. Experiment was initiated by designing and manufacturing of electric furnaces for melting and unidirectional solidification. Al-Si alloy samples with concentrations of 1.6, 2.8, 3.9, 5.6, 7.4 and 10.8 wt% Si were melted in an electric furnace and then inserted in the mold of a thin stainless steel tube (ID 11/16”, OD 3/8” and length of 80 mm). Subsequently the samples were solidified under the conditions of steady on electric furnace equipped with unidirectional solidification system vertically through the water-cooled metal chiller mounted on the bottom of the mold, with a constant growth rate (6.38-40 μm/sec) on the temperature gradient between 1.47-7.78°C/mm. Thermocouples K- Type were mounted at three of difference place from the surface of the mold and the chiller to measure the temperature during directional solidification. Solidification parameters (Si concentration and cooling rate) have been observed as a function of the structure formation. The experimental results reveal that the growth of columnar dendrite structure with the primary dendrite arm spacing is smooth and uniformly present in alloys with concentrations of 5.6 and 7.4% Si. At higher concentrations, columnar dendrites grow with the primary dendrite arm spacing is more coarse, while the lower Si concentrations tend to form equiaxed grain structure. At low cooling rate (0.05°C/sec), the growth of secondary dendrite arm increased and primary dendrite growth decreased. In contrast to the higher cooling rate (0.16°C/sec), growth of primary dendrites increased and secondary dendrite growth reduced.

Kata Kunci : Pembekuan searah, paduan Al-Si, struktur mikro, dendrit, kolumnar.