8
Indra P, Darsin, Sumarji, Sifat Mekanik dan Struktur Mikro Aluminium AA1100 Hasil Pengelasan Friction Stir Welding Dengan Variasi Feed Rate Moh. Indra P, Mahros Darsin, Sumarji adalah Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Jember 15 SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO ALUMINIUM AA1100 HASIL PENGELASAN FRICTION STIR WELDING DENGAN VARIASI FEED RATE Moh. Indra P, Mahros Darsin, Sumarji Abstrak: Aluminum and aluminum alloys have properties that are less well when com- pared to steel, such as specific heat and has a high conductivity. They are also easily oxi- dized and form an aluminum oxide Al2O3 which have a high melting point. Consequent- ly, when they are welded the fusion between base and weld metal will be blocked. More- over, if the cooling process is too fast it will form a smooth cavity ex-pouch of hydrogen. FSW (Friction Stir Welding) is one solution that can be used as an alternative to alumi- num welding process. FSW is the working principle of utilizing the friction of the rotat- ing workpiece with a stationary workpiece another so that the resulting heat and the heat can melt the workpiece is stationary and connected to one end. FSW welding process to occur at the solvus temperature, so there is no reduction in strength due to aging and dis- solution of the precipitate over coherent. Theresearch aim is to find the best mechanical properties, i.e strength and thoughness by varying feed rate. Observations onto micro- structures of welding area were also carried out in this research. Feed rate was varied at 7,3, 13, 24mm/mnt. Whereas,tool rotation used was keep constantly at 1200rpm. The ma- terial to be welded is a 4.0 mm thick aluminum AA1100 strips. Result showed that the highest strength obtained is 61,53 MPa at 24mm/mnt and the lowest strength obtained is 49,44 MPa at 7,3 mm/mnt.Wormholes and the lack of penetration defects are the main things that reduce the tensile strength. From micro observations known on the grains shape of the stir zone, FeAl3 particles is spread more evenly in matrix of Al due to the stir process during the welding process. Hardness tests showed that the weld metal is softer than the base metal. Keywords: aluminium, feed rate, FSW Aluminium saat ini mulai banyak diap- likasikan di dunia industri. Ini dikare- nakan aluminium termasuk logam ringan yang memiliki kekuatan tinggi, ketahanan korosi dan daya hantar listrik yang baik. Selain itu aluminium juga mempunyai sifat mampu bentuk (formability) yang baik dan aluminium lebih ringan daripada besi atau baja. Penggunaan aluminium khususnya tipe AA1100 pada dunia in- dustri banyak digunakan untuk heat ex- changers, kemasan bahan kimia dan berbagai jenis makanan, berbagai peralatan penyimpan dll. Namun alumini- um dan paduan aluminium mempunyai sifat yang kurang baik bila dibandingkan dengan baja, diantaranya adalah mempu- nyai panas jenis dan daya hantar yang tinggi, mudah teroksidasi dan membentuk oksida aluminium Al2O3 yang mempu- nyai titik cair yang tinggi sehingga mengakibatkan peleburan antara logam dasar dan logam las menjadi terhalang dan bila mengalami proses pem-bekuan yang terlalu cepat akan terbentuk rongga halus bekas kantong hydrogen. Seiring dengan hal tersebut maka perlu dilakukan penelitian-penelitian agar proses penyam- bungan aluminium menjadi le-bih mudah dan memiliki kekuatan yang optimal. Proses penyambungan aluminium paduan salah satunya dapat dilakukan dengan cara pengelasan friction stir welding. FSW (friction stir welding) merupa- kan sebuah metode pengelasan yang telah diketemukan dan dikembangkan oleh Wayne Thomas untuk benda kerja alu- munium dan alumunium alloy pada tahun 1991 di TWI (The Welding Institute) Amerika Serikat [2]. Prinsip kerja FSW

SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO ALUMINIUM AA1100 …

  • Upload
    others

  • View
    4

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO ALUMINIUM AA1100 …

Indra P, Darsin, Sumarji, Sifat Mekanik dan Struktur Mikro Aluminium AA1100 Hasil PengelasanFriction Stir Welding Dengan Variasi Feed Rate

Moh. Indra P, Mahros Darsin, Sumarji adalah Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Jember

15

SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO ALUMINIUM AA1100 HASILPENGELASAN FRICTION STIR WELDING DENGAN VARIASI FEED RATE

Moh. Indra P, Mahros Darsin, Sumarji

Abstrak: Aluminum and aluminum alloys have properties that are less well when com-pared to steel, such as specific heat and has a high conductivity. They are also easily oxi-dized and form an aluminum oxide Al2O3 which have a high melting point. Consequent-ly, when they are welded the fusion between base and weld metal will be blocked. More-over, if the cooling process is too fast it will form a smooth cavity ex-pouch of hydrogen.FSW (Friction Stir Welding) is one solution that can be used as an alternative to alumi-num welding process. FSW is the working principle of utilizing the friction of the rotat-ing workpiece with a stationary workpiece another so that the resulting heat and the heatcan melt the workpiece is stationary and connected to one end. FSW welding process tooccur at the solvus temperature, so there is no reduction in strength due to aging and dis-solution of the precipitate over coherent. Theresearch aim is to find the best mechanicalproperties, i.e strength and thoughness by varying feed rate. Observations onto micro-structures of welding area were also carried out in this research. Feed rate was varied at7,3, 13, 24mm/mnt. Whereas,tool rotation used was keep constantly at 1200rpm. The ma-terial to be welded is a 4.0 mm thick aluminum AA1100 strips. Result showed that thehighest strength obtained is 61,53 MPa at 24mm/mnt and the lowest strength obtained is49,44 MPa at 7,3 mm/mnt.Wormholes and the lack of penetration defects are the mainthings that reduce the tensile strength. From micro observations known on the grainsshape of the stir zone, FeAl3 particles is spread more evenly in matrix of Al due to thestir process during the welding process. Hardness tests showed that the weld metal issofter than the base metal.

Keywords: aluminium, feed rate, FSW

Aluminium saat ini mulai banyak diap-likasikan di dunia industri. Ini dikare-nakan aluminium termasuk logam ringanyang memiliki kekuatan tinggi, ketahanankorosi dan daya hantar listrik yang baik.Selain itu aluminium juga mempunyaisifat mampu bentuk (formability) yangbaik dan aluminium lebih ringan daripadabesi atau baja. Penggunaan aluminiumkhususnya tipe AA1100 pada dunia in-dustri banyak digunakan untuk heat ex-changers, kemasan bahan kimia danberbagai jenis makanan, berbagaiperalatan penyimpan dll. Namun alumini-um dan paduan aluminium mempunyaisifat yang kurang baik bila dibandingkandengan baja, diantaranya adalah mempu-nyai panas jenis dan daya hantar yangtinggi, mudah teroksidasi dan membentukoksida aluminium Al2O3 yang mempu-

nyai titik cair yang tinggi sehinggamengakibatkan peleburan antara logamdasar dan logam las menjadi terhalangdan bila mengalami proses pem-bekuanyang terlalu cepat akan terbentuk ronggahalus bekas kantong hydrogen. Seiringdengan hal tersebut maka perlu dilakukanpenelitian-penelitian agar proses penyam-bungan aluminium menjadi le-bih mudahdan memiliki kekuatan yang optimal.Proses penyambungan aluminium paduansalah satunya dapat dilakukan dengancara pengelasan friction stir welding.

FSW (friction stir welding) merupa-kan sebuah metode pengelasan yang telahdiketemukan dan dikembangkan olehWayne Thomas untuk benda kerja alu-munium dan alumunium alloy pada tahun1991 di TWI (The Welding Institute)Amerika Serikat [2]. Prinsip kerja FSW

Page 2: SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO ALUMINIUM AA1100 …

16 TEKNO, Vol: 16, September 2011, ISSN: 1693-8739

adalah memanfaatkan gesekan dari bendakerja yang berputar dengan benda kerjalain yang diam, sumber panas diasumsi-kan murni akibat gesekan antara tool danpermukaan benda kerja.sehingga mampumelelehkan benda kerja yang diam terse-but dan akhirnya tersambung menjadi sa-tu[3]. Proses pengelasan dengan FSW ter-jadi pada kondisi padat (solid state join-ing). Proses pengelasan dengan FSW ter-jadi pada temperature solvus, sehinggatidak terjadi penurunan kekuatan akibatover aging dan larutnya endapan koheren.Karena temperatur pengelasan tidak terla-lu tinggi, maka tegangan sisa yang ter-bentuk dan distorsi akibat panas juga ren-dah. Karakteristik mekanis sambunganpada FSW ditentukan oleh parameter: ke-cepatan pengelasan, putaran tool, dantekanan tool.

Friction Stir Welding

FSW (friction stir welding) adalah sebuahmetode pengelasan yang termasuk penge-lasan gesek, yang pada prosesnya tidakmemerlukan bahan penambah atau pen-gisi. Panas yang digunakan untuk men-cairkan logam kerja dihasilkan darigesekan antara benda yang berputar (pin)dengan benda yang diam (benda kerja).Pin berputar dengan kecepatan konstandisentuhkan ke material kerja yang telahdicekam. Gesekan antara kedua bendatersebut menimbulkan panas sampai ± 80% dari titik cair material kerja dan selan-jutnya pin ditekan dan ditarik searah dae-rah yang akan dilas. Putaran dari pin bisasearah jarum jam atau berlawanan denganarah jarum jam.

Prinsip friction stir welding yang di-tunjukkan pada gambar 1, dengangesekan dua benda yang terus-menerusakan menghasilkan panas, ini menjadisuatu prinsip dasar terciptanya suatu pros-es pengelasan gesek. Pada proses frictionstir welding, sebuah tool yang berputarditekankan pada material yang akan di-

satukan. Gesekan tool yang berbentuk si-lindris (cylindrical shoulder) yang dileng-kapi pin/probe dengan material, mengaki-batkan pemanasan setempat yang mampumelunakkan bagian tersebut. Tool berge-rak pada kecepatan tetap dan bergerakmelintang pada jalur pengelasan (jointline) dari material yang akan disatukan.

Gambar 1. Prinsip Friction Stir Welding

Struktur mikro hasil pengelasan fric-tion stir welding yang terdiri dari daerahbagian adukan (stir zone), bagianpengaruh panas secara termomekanik(thermomechanical affected zone) danbagian pengaruh panas (heat affectedzone) (ASM. 2007). Bagian adukan (stirzone) mengalami laju tegangan dan re-gangan tertinggi serta temperatur yangtinggi. Kombinasi ini menyebabkan ba-gian ini terjadi rekristalisasi dinamik.Struktu mikro bagian adukan ini sangattergantung pada bentuk perkakas las, ke-cepatan rotasi dan translasi, tekanan dankarakteristik bahan yang akan disambung.Di sam-ping itu, bagian ini juga meru-pakan bagian yang terdeformasi. Padabagian pengaruh panas secaratermomekanik (thermomechanicalaffcted zone) terjadi pengkasaran pen-guat presipitat tetapi tidak ada rekris-talisasi dinamik. Sedangkan panas padabagian pengaruh panas (heat affectedzone) selama pengelasan panasnya hanyamenumbuhkan butir-butir saja. Bagian–bagia pengelasan de-ngan metode frictionstir welding ini akan dijelaskan padagambar 2.

Page 3: SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO ALUMINIUM AA1100 …

Indra P, Darsin, Sumarji, Sifat Mekanik dan Struktur Mikro Aluminium AA1100 Hasil Pengelasan 17Friction Stir Welding Dengan Variasi Feed Rate

Gambar 2. Struktur Mikro Hasil Pengelasandengan Metode Friction Stir Welding,

A. logam induk. B. HAZ, C. TMAZ, D. stir zone(weld nugget)

Aluminium

Aluminium berwarna putih kebiru-biruan,lebih keras dari timah putih, tetapi lebihlunak daripada seng. Aluminium mempu-nyai kekuatan tarik sebesar 10 kg/mm,dan untuk memerbaiki sifat mekanis daribahan logam aluminium, bahan alumini-um ditambah unsur paduan.

Logam alumunium mempunyaikarakteristik tersendiri dibandingkan de-ngan logam lain diantaranya adalah:1. Alumunium semakin tangguh pada

suhu rendah2. Kecepatan rambat panas tinggi3. Melting point rendah4. Mempunyai kekuatan yang tinggi5. Mudah dibentuk6. Penghantar panas dan arus yang baik7. Permukaan mengkilap (3 kali lebih

mengkilap dari pada besi)8. Tahan korosi (terdapat lapisan oksida)9. Tidak beracun

Dalam hal pengelasan paduan aluminiummempunyai sifat yang kurang baik dian-taranya adalah sebagai berikut: Karena panas jenis dan daya han-

tar panasnya tinggi maka sulit untukmemanaskan dan mencairkan sebagi-an kecil.

Aluminium mempunyai titik cair danviskositas yang rendah, maka daerahyang terkena pemanasan mudah men-cair dan menetes.

Paduan aluminium mudah sekali ter-oksidasi dan membentuk oksida alu-minium yang mempunyai titik cairtinggi. Karena sifat ini maka pelebur-

an antara logam dasar dengan logamlas menjadi terhalang.

Karena perbedaan yang tinggi antarakelarutan hidrogen dalam logam cairdan logam padat, maka dalam prosespembekuan yang terlalu cepat akanterbentuk rongga halus bekas kan-tong-kantong hidrogen.

Paduan aluminium mempunyai beratjenis yang rendah karena itu banyakzat- zat lain yang terbentuk selamapengelasan akan tenggelam. Keadaanini memudahkan terkandungnya zat-zat yang tidak dikehendaki kedalam-nya.

Unsur – Unsur Paduan Logam Aluminiuma. Besi (Fe); Penambahan unsur besi

pada aluminium dapat mengurangiterjadinya keretakan panas.

b. Manganase (Mn); Aluminium yangditambahi unsur mangan dapat per-baiki ductility pada logam aluminium.

c. Silicon; Penambahan unsur siliconakan memengaruhi aluminium tahanterhadap korosi tetapi sulit dimachin-ing.

d. Copper; Unsur copper dapat mem-pengaruhi logam aluminium mudahdimmesin.

e. Magnesium; Penambahan unsurmagnesium pada logam aluminiumakan memerbaiki sifat kekuatan, teta-pi sulit pada pekerjaan proses penu-angan.

f. Zinc; Penambahan unsur seng akanmemerbaiki sifat logam aluminiumtahan terhadap korosi dan mengu-rangi terjadinya keretakan panas danpengerutan.

METODE

Penelitian ini meliputi dua kegiatan utamayaitu pembuatan dan pengujian. Peralatandan bahan yang digunakan dalam pen-gujian adalah sebagai berikut:

Page 4: SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO ALUMINIUM AA1100 …

18 TEKNO, Vol: 16, September 2011, ISSN: 1693-8739

Benda kerja yang digunakan adalahAluminium tipe AA1100 berbentukplat dengan dimensi panjang 100 mm,lebar 120 mm dan tebal 4 mm

Tool dari bahan stainless steel diama-ter shoulder 18 mm, diameter pin 6mm, dan panjang pin 3,5 mm

Mesin milling vertikal, dengan putarantool 1200 rpm dan feed rate 7,3, 13,dan 24 mm/menit

Pasta pembersih (autosol), resin danhardener, mesin poles, cairan etsa 100ml HCl, 100 ml HNO3, dan 25 ml HFselama 2 menit, lalu bersihkan denganalkohol 70 %

Mesin uji kekerasan Mikro Vikers Mesin uji tarik Mikroskop Metalografi Olympus

BX41M

Prosedur PengujianPengelasan sampai dengan pengambilankesimpulan dilakukan dengan tahapansebagai berikut:a. bahan dan alat yang digunakan untuk

penelitian dipersiapkan;b. benda kerja yang sesuai diletakkan di

atas meja mesin milling. Posisi bendakerja saling bersinggungan satu samalain;

c. putaran tool pada mesin milling verti-cal diatur 120 rpm, feed rate secarabergantian 7,3, 13, dan 24 mm/menit;

d. proses pengelasan friction stir weld-ing;

e. lasan dibersihkan kemudian pembuat-an spesimen untuk pengujian sesuaistandar ASTM;

f. Setelah pembuatan spesimen kemudi-an dilakukan pengujian tarik, ujikekeras-an sesuai prosedur ujimerusak dan uji struktur mikro sesuaistandar ASM;

g. data pengujian diambil dan dianalisis;h. kesimpulan diambil dari hasil

penelitian.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil Pengelasan FSW

Hasil pengelasan menggunakan metodefriction stir welding ditunjukkan padaGambar 3 di bawah ini.

Gambar 3. Hasil Pengelasan FSW

Hasil Uji Foto Makro

Pengamatan makro dilakukan untuk me-ngetahui dan membedakan daerah hasillasan yang terdiri dari logam induk, HAZ,TMAZ dan stir zone pada hasil pengela-san friction stir welding. Pada gambar 4dapat dilihat hasil dari pengamatan fotomakro untuk pengelasan dengan variasifeed rate 7,3mm/menit, 13mm/menit, dan24mm/menit.

Gambar 4. Foto Makro Hasil Pengelasandengan Variasi Feed Rate:

(a) 7,3mm/menit, (b) 13mm/menit, dan(c) 24mm/menit.

Berdasarkan hasil foto makro, terdapatcacat berupa cacat wormhole. Cacat initerjadi karena pada ujung pin mengalamipendinginan pada saat proses pengelasanberlangsung sehingga material yang ber-ada tepat pada ujung pin tidak lumer sem-

Page 5: SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO ALUMINIUM AA1100 …

Indra P, Darsin, Sumarji, Sifat Mekanik dan Struktur Mikro Aluminium AA1100 Hasil Pengelasan 19Friction Stir Welding Dengan Variasi Feed Rate

purna, akibatnya terdapat lubang meman-jang yang disebut cacat wormhole. Di-mana panjang dari cacat wormhole inicenderung hampir sama dengan diameterpin. Cacat ini juga bisa diakibatkan olehkurangnya penetrasi pada saat prosespengelasan.

Hasil Uji Foto Mikro

Pengamatan struktur mikro dilakukan un-tuk mengetahui perubahan struktur mikroyang terjadi akibat adanya proses penge-lasan dengan metode friction stir welding,yaitu di daerah stir zone, TMAZ, HAZ,dan base metal. Pada pengelasan frictionstir welding paduan AA1100 hanya ter-jadi penghalusan partikel-pertikel padadaerah stir zone dan tidak terjadi peru-bahan fase karena pada pengelasan initidak menggunakan logam pengisi.Menurut ASM Hand Book Metalographyand Microstructures, partikel hitam yangterdispersi merata pada matriks alumini-um adalah FeAl3, seperti yang diperlihat-kan pada Gambar 5 di bawah ini.

Gambar 5. Struktur Mikro Base MetalAluminium AA1100,

Menurut ASM Hand Book Metalography AndMicrostructures (Kiri) Pembesaran 500x,Setelah Pengujian Mikrostruktur Dengan

Pembesaran 200x (Kanan).

Gambar 6. Struktur Mikro Daerah Stir ZoneDengan Variasi Feed Rate:

(a) 7,3mm/menit, (b) 13mm/menit, dan(c) 24mm/menit, pembesaran 200x.

Gambar 7. Struktur Mikro Daerah TransisiAntara TMAZ Dan HAZ Dengan

Variasi Feed Rate:(a) 7,3mm/menit, (b) 13mm/menit, dan

(c) 24mm/menit, pembesaran 200x.

Gambar 8. Struktur Mikro Daerah HAZDengan Variasi Feed Rate:

(a) 7,3mm/menit, (b)13mm/menit, dan(c) 24mm/menit, pembesaran 200x.

FeAl3 adalah suatu senyawa yang ter-bentuk dari reaksi antara aluminiumdengan Fe, dimana aluminium bereaksimengikat Fe di atas 0,4% Fe. Semakinbanyak butiran FeAl3 yang terbentuk se-makin sulit pergerakan dislokasi yang ter-jadi yang nantinya akan mengakibatkanpeningkat-an kekuatan dan kekerasanlogam. Struk-tur butir juga memiliki batas-batas butir dan batas butir merupakanrintangan bagi pergerakan dislokasi. Butirsemakin halus cenderung akan semakinmemperbanyak batas butir. Batas butiryang banyak akan mengakibatkan gerakandislokasi semakin sulit yang nantinya juga

FeAl3 FeAl3 FeAl3

HAZ

TMAZ TMAZ

HAZ

TMAZ

HAZ

FeAl3FeAl3

FeAl3

Page 6: SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO ALUMINIUM AA1100 …

20 TEKNO, Vol: 16, September 2011, ISSN: 1693-8739

akan meningkatkan sifat mekanik darilogam.Hasil Uji Tarik

Dalam pengujian tarik dikenal sifat tarikyaitu sifat-sifat yang berhubungan denganpengujian tarik. Dalam sambungan lassifat tarik dipengaruhi oleh sifat sifatlogam induk. Sifat-sifat logam induk ada-lah sifat-sifat logam secara umum yangmeliputi sifat fisik, sifat mekanik maupunsifat kimianya. Tabel 1 menunjukkan nilaiultimate tensile strength hasil pengujiantarik dari hasil pengelasan aluminumAA1100 dengan metode friction stirwelding.

Tabel 1. Data Hasil Pengujian TarikFeed rate(mm/mnt)

Ao

(mm)Lo

(mm)∆L

(mm)UTS(σ) ε (%)

7,3 24 32 6,5 49,4 20,31

13 24 32 6 53,06 18,75

24 24 32 8,5 61,53 29,69

Gambar 9. Grafik Variasi Feed RateTerhadap Kekuatan Tarik

Gambar 10. Grafik Variasi Feed Rate

Terhadap Regangan

Dari grafik pada Gambar 9 dan Gambar10 terlihat jelas bahwa antara logam in-duk Aluminium AA1100 dengan logamyang sudah dilas memiliki perbedaankekuatan tarik yang sangat signifikan,yakni hampir mencapai 50% darikekuatan raw materialnya. Hal ini dikare-nakan pada daerah logam lasan mengala-mi perubahan struktur mikro akibat prosespenempaan pada saat pengelasan.Kekuatan tarik tertinggi (UTS) terbesarterdapat pada proses pengelasanmenggunakan feed rate 24 mm/mnt yaitusebesar 61,53 MPa, kemudian berturut-turut yaitu feed rate 13 mm/mnt sebesar53,06 MPa, feed rate 7,3 mm/mnt sebesar49,4 MPa. Hal ini dise-babkan pengela-san dengan variasi feed rate 24 mm/menitcenderung memiliki butiran-butiran FeAl3yang lebih banyak dan lebih halusdibandingkan dengan variasi feed rateyang lain. Sedangkan kekuatan tarik ter-endah terdapat pada variasi feed rate7,3mm/menit, hal ini disebabkan inputpanas terlalu tinggi. Input panas yangtinggi ini akan mengakibatkan pend-inginannya lebih lambat sehingga butir-an-butirannya lebih besar yang padaakhirnya menyebabkan penurunankekuatan pada hasil lasan.

Hasil Uji Kekerasan

Pengujian kekerasan ini dilakukan padatiap spesimen hasil pengelasan denganvariasi feed rate. Tabel 2 menunjukkandata hasil pengujian kekerasan denganmenggunakan uji kekerasan Mikro Vi-kers, kemudian pada Gambar 11 menun-jukkan grafik perbandingan kekerasanpada setiap variasi pengelasan.

Tabel 2. Data Hasil Pengujian Kekerasan (BHN)Feed rate(mm/mnt)

BM(VHN)

HAZ(VHN)

TMAZ(VHN)

Stir Zone(VHN)

TMAZ(VHN)

HAZ(VHN)

BM(VHN)

7,3 48.59 32.80 35.39 37.00 37.60 35.04 48.59

Page 7: SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO ALUMINIUM AA1100 …

Indra P, Darsin, Sumarji, Sifat Mekanik dan Struktur Mikro Aluminium AA1100 Hasil Pengelasan 21Friction Stir Welding Dengan Variasi Feed Rate

13 48.59 34.04 37.45 38.97 38.06 35.05 48.5924 48.59 37.79 38.40 42.59 38.85 37.94 48.59

Gambar 11. Grafik Nilai Kekerasan HasilPengelasan Friction Stir Welding

Dari grafik nilai kekerasan pada gambar11 dapat diketahui bahwa di daerah HAZ,TMAZ dan stir zone terjadi penurunankekerasan yang signifikan dibandingkanmaterial induk logam las, tetapi rata-ratapada daerah stir zone terjadi kenaikannilai kekerasan meskipun tidak terlalusignifikan. Hal ini disebabkan padapengelasan ini tidak dimasukkannyalogam baru (electrode) pada saat pengela-san. Pada pengelasan busur adanya logambaru (electrode) dapat diatur tingkat me-chanical propertiesnya sesuai denganyang diinginkan. Pada pengelasan frictionstir welding, penyambungan logam dil-akukan dengan gesekan dan adukan tanpamemasukkan logam baru diantara materi-al.

Rata-rata nilai kekerasan paling besarterjadi pada pengelasan dengan feed rate24mm/menit sedangkan kekerasan palingrendah terjadi pada variasi feed rate13mm/menit. Hal ini terjadi karena padapengelasan dengan feed rate 24mm/menitmenghasilkan butiran FeAl3 yang halus.Butiran yang halus strukturnya lebih rapatsehingga ikatan antar atomnya lebih kuat.Rata-rata nilai kekerasan terendah terjadipada daerah HAZ yaitu daerah ter-pengaruh panas karena pada daerah HAZini butiran yang terbentuk kasar dan be-sar. Hal inilah yang menyebabkan pata-han pada hasil uji tarik terjadi di daerahHAZ, mengingat besar kekuatan tariksuatu bahan selalu berbanding lurusdengan harga kekerasannya.

KESIMPULAN

Dari hasil penelitian proses pengelasandengan metode friction stir welding yangtelah dilakukan pada material AluminiumAA1100 dengan variasi feed rate makadapat diambil kesimpulan bahwa kekuat-an tarik maksimum dan regangan darihasil lasan mengalami penurunan yangsignifikan dibandingkan dengan logaminduknya. Dari pengamatan makro diketa-hui pada semua variasi pengelasan terda-pat cacat. Cacat ini terjadi karena padaujung pin mengalami pendinginan padasaat proses pengelasan berlangsung se-hingga material yang berada tepat padaujung pin tidak lumer sempurna, akibat-nya terdapat lubang memanjang yang di-sebut cacat wormhole. Cacat wormholesterbesar terdapat pada hasil pengelasandengan feed rate 24mm/menit. Dari peng-amatan mikro diketahui bahwa bentukbutir pada daerah stir zone partikel FeAl3

tersebar lebih merata pada matriks Alyang disebabkan adanya proses adukanpada saat pengelasan berlangsung. Se-dangkan pada daerah HAZ butiran FeAl3

cenderung berukuran lebih besar diban-dingkan dengan daerah pengelasan yanglain. Hasil pengujian tarik diperoleh bah-wa rata-rata Ultimate Tensile Strength(UTS) untuk pengelasan dengan menggu-nakan feed rate 7,3 mm/menit adalah49,44 MPa, untuk feed rate 13 mm/menitadalah 53,06 MPa, dan untuk feed rate24 mm/menit sebesar 61,53 MPa. Darihasil ini dapat diketahui bahwa kekuatantarik tertinggi (UTS) terbesar terdapatpada proses pengelasan menggunakanfeed rate 24mm/menit. Hasil pengujiankekerasan menunjukkan bahwa logam laskekerasannya lebih rendah daripada lo-

Page 8: SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO ALUMINIUM AA1100 …

22 TEKNO, Vol: 16, September 2011, ISSN: 1693-8739

gam induk. Rata-rata nilai kekerasan pa-ling besar terjadi pada pengelasan denganfeed rate 24mm/menit, yaitu 37,86 VHNpada daerah HAZ, 38,62 VHN padadaerah TMAZ dan 42,59 VHN di daerahStir Zone, sedangkan kekerasan palingrendah terjadi pada variasi feed rate7,3mm/menit, yaitu 33,92 VHN, 36,49pada daerah TMAZ dan 37 VHN didaerah Stir Zone. Kekuatan tarik dankekerasan logam las berbanding lurusdengan kecepatan pengelasan (feed rate).Secara umum sifat mekanis yang palingbaik dari hasil penelitian pengelasanAluminium AA1100 dengan metodeFriction Stir Welding (FSW) terjadi padafeed rate 24mm/menit.

DAFTAR RUJUKAN

Okamura, T. & Wiryosumarto, H.,“Teknologi Pengelasan Logam”,1996, Pradya Paramita, Jakarta.

Nandan, R., DebRoy, T., Bhadeshia.H.K.D.H. “Recent advances in fric-tion-stir welding – Process, weldmentstructure and properties”, Progress inMaterials Science 53 (2008) 980–1023.

Biswas, P. dan Mandal, N. R. “Effect ofTool Geometries on Thermal History

of FSW of AA1100”, Supplement toThe Welding Journal, July 2011.

Jayaraman, M., dkk. “Optimization ofprocess parameters for friction stirwelding of cast aluminium alloy A319by Taguchi method”, Journal of Sci-entific & Industrial Research, Vol. 68January 2009, pp. 36 – 43.

ASTM Volume 9. 2001. Standard TestMethods for Tension Testing of Metal-lic Materials.

Yuwono A, H. “Buku Panduan PraktikumKarakterisasi Material 1 PengujianMerusak (Destructive Testing)”. 2009.Departemen Metalurgi Dan MaterialFakultas Teknik. Universitas Indone-sia.

ASM Volume 9. 2001. Metalogrhapy AndMicrostructure Analisys;

AL Hasa, dkk., (2010), PengembanganMaterial Paduan Aluminium DanSifat Mekanik Melalui ProsesSintesis Dan Deformasi. PusatTeknologi Bahan Bakar Nuklir,BATAN, Kawasan Puspiptek, Serpong15314.

Wijayanto, Jarot & Agdha Anelis (2010)Pengaruh Feed Rate terhadap SifatMekanik pada Pengelasan FrictionStir Welding Alumunium 6110.