Pengaruh Shot-peening Terhadap Struktur Mikro Dan Laju

Prosiding Seminar Nasional XI “Rekayasa Teknologi Industri dan Informasi 2016Sekolah Tinggi Teknologi Nasional Yogyakarta

447

Pengaruh Shot-peening Terhadap Struktur Mikro Dan Laju KorosiSambungan Friction Stir Welding Pada Aluminium 6061

Wartono, Hasta Kuntara

Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin, Sekolah Tinggi Teknologi Nasional, YogyakartaEmail : [email protected]

ABSTRAKPenelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh shot peening terhadap struktur mikro dan

laju korosi pada Aluminium paduan 6061 yang telah mengalami proses friction stir welding (FSW).Pada umumnya, daerah sambungan las FSW mengalami proses pelunakan dan peningkatan lajukorosinya.

FSW dilakukan pada aluminium dengan tebal 3 mm, dengan sambungan las jenis butt joint.Proses FSW menggunakan mesin Milling pada putaran spindel sebesar 910 rpm dan kecepatanpengelasan sebesar 22,5 mm/menit. Permukaan sambungan FSW dilakukan shot peening denganmenembakkan bola baja, lamanya waktu penembakan bervariasi dari 6 menit (SP6), 9 menit (SP9),dan 12 menit (SP12). Kemudian hasil proses FSW dan shot peening dilakukan pengujian strukturmikro dan laju korosinya.

Hasil pengujian struktur mikro menunjukkan bahwa sambungan FSW setelah di-shot peening,mengalami deformasi plastis terbatas sampai dengan kedalaman 0,7 mm dari permukaan bahan danpada daerah weld metal mempunyai ukuran butiran seragam sebesar 10 µm dibandingkan pada daerahHeat Affected Zone. Pada hasil pengujian korosi menunjukkan bahwa FSW tanpa shot peening lajukorosinya sebesar 0,705 mpy, sedangkan FSW dengan shot peening pada SP6, SP9, dan SP12, lajukorosinya mengalami penurunan yaitu sebesar 0,409 mpy, 0,390 mpy, dan 0,426 mpy.

Kata kunci : Aluminium, friction stir welding, shot peening, struktur mikro, laju korosi.

PENDAHULUAN

Aluminium dan paduannya merupakansalah satu material yang sangat penting di bidangteknik, terutama untuk industri struktur ataupemesinan, seperti struktur kapal laut, komponenotomotif, dan struktur pesawat terbang. Pada saatini sambungan dengan cara pengelasan telahbanyak digunakan pada konstruksi mesin danstruktur, karena dapat menurunkan biayaproduksi dan dapat meningkatkan kekuatanstrukturnya.

Proses friction stir welding (FSW)merupakan salah satu dari metodepenyambungan untuk aluminium paduan seri6061. FSW adalah versi terbaru cara pengelasangesek yang dikenal dengan teknikpenyambungan pada kondisi padat atau logamlas tidak mencair (solid-state process).Pengelasan gesek konvensional dilakukandengan gerakan berupa gesekan memutar dangaya aksial untuk menyambung dua logam.Penyambungan dengan cara pengelasan FSWdilakukan dengan bantuan tools (pin danshoulder) yang berputar dengan kecepatan(speed) dan pemakanan (feeding) tertentu,sehingga aluminium mengalami pelunakan danterjadi proses penyambungan. FSW telah banyakdigunakan secara luas dan sangatmenguntungkan melebihi teknik penyambunganyang telah ada.

Beberapa keunggulan cara pengelasan FSWdibandingkan las TIG atau MIG antara lain :tidak memerlukan bahan tambah (filler) padasaat proses pengelasan, tidak ada percikanmaupun asap, rendahnya distorsi sepanjangpengelasan, penyusutan rendah, peralatan yangdigunakan lebih sederhana dan biayaoperasionalnya rendah serta tidak memerlukanoperator bersertifikat. Kelebihan lain proses FSWyaitu dapat mengelas beberapa aluminiumpaduan yang sulit dilas (sifat mampu las rendah)termasuk menyambung jenis aluminium yangberbeda (dissimilar joint).

Meskipun demikian las FSW mempunyaikelemahan antara lain : pada daerah HeatAffected Zone (HAZ), ThermomechanicallyAffected Zone (TMAZ), dan daerah las (nugget)sepanjang garis sambungan benda kerja,mengalami pelunakan akibat rekristalisasi saatproses stirring, sehingga meningkatkan lajukorosinya. Untuk menurunkan laju korosi daerahlasan tersebut, sambungan las perlu mendapatperlakuan permukaan dengan cara shot peening(Proses Shot peening).

Shot peening merupakan prosespenembakan butiran material dengan bola bajaatau steel grit pada daerah lasan atau garissambungan las dengan tekanan tinggi, dengantujuan untuk menurunkan laju korosinya.

Hal-hal yang menentukan hasil shotpeening adalah faktor manusia, besarnya tekananudara untuk menembakan butiran bola baja,


448

ukuran butiran bola baja, lamanya waktupenembakan, dan jarak penembakan (jarak nozelke permukaan aluminium).

Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitiantentang bagaimana “Pengaruh Shot PeeningTerhadap Struktur Mikro dan Laju KorosiSambungan Friction Stir Welding PadaAluminium Seri 6061”.

PercobaanPercobaan friction stir welding dan shot

peening serta pengujian terkait yang dilakukansesuai urutan/prosedur berikut ini.1. Bahan

Bahan yang digunakan untuk penelitian iniyaitu aluminium paduan seri 6061 yangberbentuk lembaran (sheet), dengan ukuranpanjang 300 mm, lebar 200 mm, tebal 3 mm.Sedangkan bahan mempunyai komposisikimia seperti ditunjukkan dalam tabel 1.

Tabel 1 : Komposisi kimia.Si Fe Cu Mn Mg Ti Cr Zn Al

0,64 0,2 0,19 0,06 1,0 0,07 0,15 0,05 93,15

2. Proses Pengelasan dan Parameter LasProses Pengelasan dengan cara friction stirwelding (FSW), menggunakan mesin millingAciera dengan putaran spindel 910 rpm dankecepatan pemakanan 22,5 mm/menit.Prinsip kerja pengelasan FSW ditunjukkanpada gambar 1, sedangkan parameterpengelasan seperti dilihat pada tabel 2.

Gambar 1 : Prinsip Kerja pengelasan FSW.

Tabel 2: Parameter Pengelasan

PutaranSpindel(rpm)

Kecepatanfeeding

(mm/mnt)

Penurunan Tool

(mm)

Ukuran Tool(pin & shoulder)

(mm)

910 22,5 0,2Shoulder Ø15 mm

Pin Ø 3 mm,Panjang Pin 2,9

mm

Gambar 2 : Sudut kemiringan shoulder.

3. Pengaturan Sudut ShoulderPengaturan Sudut kemiringan shoulder (θ)antara 2o – 4o terhadap sumbu tegak luruspada permukaan benda kerja. Sudutkemiringan shoulder seperti gambar 2 diatas.

4. Bentuk Tool (Shoulder dan Pin)Proses pengelasan FSW menggunakan tooldari bahan HSS, diameter shoulder 15 mmdan diameter pin 3 mm, sudut kemiringanshoulder 2o. Tipe sambungan las Butt Joint.Bentuk tool seperti ditunjukkan pada gambar3 dibawah.

Gambar 3 : Bentuk Tool (Shoulder dan Pin)

5. Proses Shot PeeningProses Shot peening terhadap sambungan lasFSW, dengan menembakkan partikel bolabaja (steel grit) S 230 yang ukurandiameternya (ϕ) ≤ 800 µm, pada permukaanplat secara berulang. Shot peening dilakukandengan tekanan udara 6 bar dan jarakpenembakan antara nozel dengan permukaanplat aluminium 100 mm, serta bukaan nozelberdiameter 10 mm. Variasi lamanya waktuShot peening yaitu sebesar 6 menit (SP 6), 9menit (SP 9), dan 12 menit (SP 12).Prinsip shot peening ditunjukkan seperti padagambar 4 dibawah.


449

Gambar 4 : Prinsip Shot PeeningPada Sambungan Las FSW.

6. Pengujian Struktur MikroPengujian struktur mikro dilakukan denganmikroskop optik dan pengamatan dilakukanpada arah transversal hasil pengelasansebelum shot peening dan setelah shotpeening. Persiapan spesimen untuk pengujianmeliputi pemotongan, penampang permukaanlasan dilakukan pengamplasan danpemolesan (polishing), selanjutnya dietsa.Proses etsa dengan diberi cairan HF (hidrofluorida), kemudian diamati denganmikroskop optik.

7. Pengujian KorosiPengujian korosi dengan proses elektrokimia(electrochemical proces) dapat dilihat dalambentuk sel korosi basah sederhanasebagaimana ditunjukkan pada gambar 5.

Gambar 5 : Metode uji korosi dengan elektro kimia

Pengujian laju korosi dilakukan denganpengamatan intensitas arus korosi (Ikor) bendauji di dalam lingkungannya. Perhitunganuntuk mengetahui laju korosi dari percobaanini dapat menggunakan metoda sebagaiberikut :

Gambar 6 : Kurva Potensial vs log intensitas arus

Rapat arus korosi (Ikor) diperoleh dari hasilkurva potensial lawan logaritma intensitasarus yaitu dengan cara menentukan titikperpotongan garis tafel reaksi reduksi (βa)dan garis tafel reaksi oksidasi (ηa) pada garispotesial korosi (Ekor). Nilai βα dan ηαditentukan dengan persamaan sebagaiberikut :

ia

ηα = βα Log ----ioic

ηc = βc Log ----io

dimana :ηα = tafel reaksi oksidasiηc = tafel reaksi reduksiia = arus pada reaksi anodaic = arus pada reaksi katodaio = arus saat perubahan reaksi-reduksi

menuju reaksi oksidasi= ia = -ic =ikor

βα = gradien tafel reaksi anodaβc = gradien tafel reaksi katoda

Akurasi hasil pengukuran nilai rapat aruskorosi sangat diperlukan, karena rapat aruskorosi sebanding dengan laju korosi suatulogam dalam lingkungannya.Persamaan laju korosi dalam mils (0,001inch) per year (mpy) seperti berikut :

dimana :r = laju korosi (mpy)a = berat atomi = rapat arus korosi (µA/cm²)n = valensi atomD= berat jenis sampel (gr/cm³)

Laju korosi untuk aluminium paduan, terlebihdahulu dihitung berat equivalen (equivalentweight) dengan persamaan sebagai berikut :

EW = NEQ-1

NEQ = ∑ = ∑dimana:EW = berat equivalenNEQ = nilai equivalen totalωi = fraksi beratai = nomor massa atomni = elekron valensi

Dengan demikian persamaan diatas menjadi :

Laju korosi dari rumus diatas didapat dalamsatuan mils per year dapat diartikan sebagaimils per tahun yang berarti hilangnya beratsebagian spesimen karena pengaruh korosidalam satuan mils per tahun.


450

Konversi mils per year ke satuan metrik dapatdilihat dari rumusan dibawah :

HASIL PERCOBAAN1. Pengamatan Visual

Hasil proses las FSW dan proses shot peeningpada gambar 7, secara visual nampakperbedaan bentuk manik-manik las(permukaan) dari proses FSW tanpa shotpeening dan FSW dengan shot peening.Bentuk manik-manik las secara umum, hasilFSW tanpa shot peening lebih halusdibandingkan hasil FSW dengan shotpeening. Hal ini terjadi akibat efek tempa(forging) oleh shot peening pada permukaanplat di daerah sambungan las.

a. Visual FSW tanpa shot peening

b. Visual FSW dengan shot peeningGambar 7: Hasil proses las FSW tanpa shot peening dan

las FSW dengan shot peening

2. Pengujian Struktur MakroPada gambar 8 dibawah, menunjukkanStruktur makro pada daerah logam las (weldmetal) sambungan FSW.

Gambar 8: Struktur makro perbesaran 10x.

Struktur mikro logam las proses FSW darisemua parameter masih terlihat adanya garisbatas. Hal ini merupakan indikasi bahwaikatan sambungan proses FSW yangdihasilkan masih kurang baik (leak ofbonding) sehingga akan mempengaruhi sifatmekanik.

3. Pengujian Struktur Mikro

(a)

(b)

Gambar 9: Struktur mikro weld metal dan HAZ


451

Pada gambar 9 menunjukkan daerah logamlas (weld metal), daerah logam las terjadipenghalusan butir akibat rekristalisasi. Faseyang terbentuk α–Al + Al-Si. Daerah yangberwarna terang merupakan fasa α(aluminium), sedangkan yang berwarnagelap merupakan fasa Al + Si dengansenyawa aluminium-silikon (Al-Si) yangberbentuk presipitat (Vander, 2004). Ukuranbutir rata-rata 10 μm. Kristal berbentukequiaxed.

Daerah HAZ mempunyai bentuk butiran yangmengalami perubahan cenderung menjadibesar. Disamping HAZ merupakan daerahTMAZ (thermomechanically affected zone)dan terlihat garis batas dengan weld metal.

Daerah TMAZ merupakan daerah transisiantara material dasar dan daerah logam las(weld metal), dimana daerah ini terjadideformasi plastis akibat dari putaran tool dandari pengaruh panas pada waktu prosespengelasan FSW.

3. Pengujian KorosiPengujian korosi dilakukan dengan selpotensial tiga elektroda, dan pengujianmenggunakan media korosi berupa air laut.Hasil uji korosi ditunjukkan pada tabel 3.

Tabel 3 : Hasil uji korosi.

Bahan AlJenis

PerlakuanE

(mV)icor

(µA/cm2)r

(mpy)

6061

FSW(NP) -1436,2 292,69 0,705SP 6 -1101,3 235,41 0,409SP 9 -1087,5 227,20 0,390SP 12 -1103,8 245,47 0,426

PEMBAHASAN HASIL

Didaerah pengelasan logam mengalami siklusthermal berupa pemanasan sampai temperaturmaksimum dengan diikuti prosespendinginan yang menyebabkan terjadinyaperubahan metalurgi dan deformasi padadaerah las.Pada umumnya, daerah sambungan las FSWmengalami proses pelunakan dan penurunansifat mekanis dibanding logam induknya.Oleh karena itu, proses shot peening denganpemberian lama waktu penembakan yangbervariasi dari 6 menit, 9 menit, dan 12 menitdiharapkan akan terjadi peningkatankerapatan dislokasi terutama pada batasbutirnya. Ketika deformasi berjalan terusseiring peningkatan waktu penembakan yangdigunakan, maka akan terjadi slip silang danproses penggandaan dislokasi, yang akanmembentuk daerah kerapatan dislokasi yang

tinggi selama proses shot peeningberlangsung.

Pemberian shot peening yang berlebihandapat menyebabkan bahan menjadi getas.Hal ini disebabkan dengan bertambahnyawaktu shot peening yang diberikan makadeformasi plastis pada permukaan bahansemakin besar. Bagian yang mengalamideformasi plastis akan menyebabkandislokasi pada sisi kristalnya danmeningkatkan kerapatan dislokasi. Kerapatandeformasi yang besar akan menumpuk padabidang luncur di penghalang, seperti batasbutir. Dislokasi yang tertumpuk pada suatupenghalang akan berinteraksi. Interaksi iniakan menyebabkan kerapatan dislokasi yangtinggi terutama pada batas butir sehinggagerakan dislokasi akan saling menghambat.Dengan kata lain bahan menjadi kuat.

Dari hasil pengujian struktur mikromenunjukkan bahwa material setelahdikorosikan pada air laut, pada RMmengalami korosi intergranular, korosi yangterjadi pada batas butir. Pada FSWNP,material mengalami korosi celah (cresivecorrosion) dibagian permukaan material.

Gambar 10 : Grafik Laju Korosi vs. JenisPerlakuan

Hasil pengujian korosi dapat dilihat padaGambar 10 diatas.Dari hasil pengujian korosi menunjukkanbahwa material FSW NP mengalami lajukorosi sebesar 0,705 mpy. Tetapi materialsetelah mendapat SP mengalami penurunanlaju korosi, seiring naiknya waktu SP. PadaSP 12 material sudah mengalami kejenuhanpada bagian lapisan tipis permukaan material.Material dengan laju korosi semakin kecil,menunjukkan material ketahanan korosinyalebih baik (bahan lebih tahan terhadapkorosi).


452

KESIMPULAN

Dari hasil penelitian dan pembahasan dapatditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Proses FSW menurunkan kekuatan tarik dankekerasan.

2. Dengan proses shot peening, kekuatan tarikdan kekerasan Al 5083 meningkat seiringdengan peningkatan waktunya shot peening.

3. Proses shot peening meningkatkan kekerasansecara terbatas dan menyebabkan deformasiplastis pada kedalaman tertentu daripermukaan bahan.

4. FSW dengan shot peening akan mengalamipenurunan laju korosi, hal ini berartiketahanan korosinya lebih baik.

Ucapan Terima Kasih

Peneliti mengucapkan terima kasih kepadaDirektorat Jenderal Pendidikan Tinggi yangmemberikan dukungan dana melalui programPenelitian Dosen Pemula tahun 2014.

DAFTAR PUSTAKA

Adamowski, J. and Szkodo, M. (2007), Frictionstir welds (FSW) of aluminium alloyAW6082-T6 2007, Jurnal of achievementsin materials and manufacturing engineering,Vol. 20,.

Caballero, (2011), Overall mechanical behaviorof friction stir welded joints superficiallytreated by laser shot peening, Jurnal Analesde Mecanica de la fractura, vol. 2.

Cavaliere P., (2006), Effect of weldingparameters on mechanical andmicrostructural properties of AA6056 jointsproduced by Friction Stir Welding, Journalof Materials Processing Technology 180,hal. 263-270.

Engineering Division Handbook, 1999,Technical Data Aluminium, AluminiumCity (Pty) Limited.

Kazuhiro Nakata, dkk., (2000), Weldability ofhigh strength aluminium alloys by frictionstir welding, ISIJ International, vol. 40, pp.S15-S19.

Kumar, K. and Kailas, S.V., (2008), The role offriction strir welding tool on material flowand weld formation, Jurnal MaterialsScience & Engineering A 485 p. 367-374.

Thomas, W., (1991), Friction Stir Welding, TheWelding Institute.

William, R., (1997), Welding Handbook, 8th ed,Vol.3, Miami.

Documents

Pengaruh Shot-peening Terhadap Struktur Mikro Dan Laju