TESIS - digilib.uns.ac.id · ferro (Fe) dan copper (Cu), dengan komposisi variasi filler Fe : 70%, 75%, 80% dari volume tempat filler . Hasil penelitian menunjukan adanya pembentukan

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

i

PENGARUH TEMPERATUR LAPISAN INTERMETALIK

TERHADAP SIFAT FISIK MEKANIK PADA SAMBUNGAN DIFUSI

LOGAM TAK SEJENIS ANTARA SS400 DENGAN AL6061

TESIS

Disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Magister

Program Studi Teknik Mesin

Oleh:

AGUS HADI HARIYANTO

NIM. S951208002

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2015


commit to user

ii


commit to user

iii


commit to user

iv

PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS

Saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa :

1. Tesis yang berjudul : “ PENGARUH TEMPERATUR LAPISAN

INTERMETALIK TERHADAP SIFAT FISIK MEKANIK PADA

SAMBUNGAN DIFUSI LOGAM TAK SEJENIS ANTARA SS400 DENGAN

AL6061” ini adalah karya penelitian saya sendiri dan bebas plagiat, serta tidak

terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk rnernperoleh

gelar akademik serta tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau

diterbitkan oleh orang lain kecuali secara tertulis digunakan sebagai acuan dalam

naskah ini dan disebutkan dalam sumber acuan serta daftar pustaka. Apabila di

kemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya bersedia

menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan perundang-undangan (Permendiknas

No 17, tahun 2010)

2. Publikasi sebagian atau keseluruhan isi Tesis pada jurnal atau forum ilmiah lain

harus seijin dan menyertakan tim pembimbing sebagai author dan PPs UNS

sebagai institusinya. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu semester

(enam bulan sejak pengesahan tesis) saya tidak melakukan publikasi dari sebagian

atau keseluruhan tesis ini, maka Prodi Magister Teknik Mesin UNS berhak

mempublikasikannya pada jurnal ilmiah. Apabila saya melakukan pelanggaran dari

ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi akademik yang

berlaku.

Surakarta, 21 Desember 2015

Mahasiswa,

Agus Hadi Hariyanto

S951208002


commit to user

v

Agus Hadi Hariyanto, NIM: S951208002, 2015. PENGARUH TEMPERATUR

LAPISAN INTERMETALIK TERHADAP SIFAT FISIK MEKANIK PADA

SAMBUNGAN DIFUSI LOGAM TAK SEJENIS ANTARA SS400 DENGAN AL6061. Komisi Pembimbing I: Dr. Triyono, S.T, M.T. Pembimbing II: Dr. Agus

Supriyanto, M.Si. Tesis Program Studi Magister Teknik Mesin. Program Pasca Sarjana.

Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Abstrak Penyambungan logam tak sejenis antara SS400 dengan Al6061 mengalami

kesulitan, karena adanya perbedaan sifat fisik mekanik dan thermal. Penelitian ini

bertujuan untuk mengetahui pengaruh temperatur lapisan intermetalik terhadap sifat

fisik mekanik sambungan difusi logam tak sejenis antara SS400 dengan Al6061.

Proses sambungan difusi menggunakan furnace induksi dengan parameter

variasi temperatur dan komposisi variasi filler. Variasi temperatur yang digunakan

850°C, 875°C, 900°C dengan waktu tahan 1800 detik. Filler yang digunakan serbuk

ferro (Fe) dan copper (Cu), dengan komposisi variasi filler Fe : 70%, 75%, 80% dari

volume tempat filler.

Hasil penelitian menunjukan adanya pembentukan lapisan intermetalik pada

semua temperatur. Hasil Scanning Electron Microscop ( SEM ) daerah interface terjadi

ikatan antara baja dengan aluminium. Ikatan interface akan membentuk lapisan

intermetalik. Lapisan intermetalik yang terbentuk FeAl dan Fe3Al. Hasil distribusi

kekerasan yang paling keras terjadi pada temperatur 900⁰C dengan komposisi variasi

filler ferro 75%. Hasil pengujian geser tarik, nilai tegangan yang tinggi terjadi pada

temperatur 900⁰C dengan komposisi variasi filler ferro 75%.

Kata kunci : Interface, Filler, Lapisan intermetalik, Sambungan difusi, Temperatur,

.


commit to user

vi

Agus Hadi Hariyanto, NIM: S951208002, 2015.THE TEMPERATURE EFFECT OF

INTERMETALIC LAYER TO PHYSICAL MECHANICS PROPERTIES OF

DISSIMILAR METAL DIFUSSION JOINT BETWEEN CARBON STEEL SS400

AND ALUMINUM Al6061. Principal Advisor: Dr. Triyono, S.T., M.T.Co-advisor:

Dr. Agus Supriyanto, M.Si.Thesis: Graduate Program of Mechanical Engineering

Sebelas Maret University. Surakarta.

Abstract

The joining of dissimilar metal between carbon steel SS400 and Aluminum

Al6061 having difficulties, this is caused by the different of physical mechanics

properties and thermal. The purpose of this research is to find out the temperature

effect of intermetalic layer to mechanical physic properties of dissimilar metal diffusion

joint between carbon steel SS400 and Aluminum Al6061.

The process of diffusion joint is using an induction furnace with the parameter

of temperature and filler composition variations. The temperature variations are used

of 850oC, 875

oC and 900

oC with detention time of 1800 seconds. Meanwhile, the

variations of filler compotition of 70%, 75% and 80% of volume filler place. And filler

were used are ferro (Fe) and copper (Cu).

The research results was showed the intermetalic layer formation of the all

temperature variations. The test results of SEM (Scanning Electron Microscope), that

the interface areas had been bonding occurs between carbon steel and aluminum. The

layer of intermetlic were formed, among others, FeAl and Fe3Al. The harshest of

hardness distribution occurs at temperature of 900oC within filler compotition

variations of 75% of ferro (Fe). The test result of tensile shear testing, that the high

voltage value its also occurs at temperatures of 900oC within filler compotition

variations of 75% of ferro (Fe).

Keywords: Diffusion welding, filler, interface, intermetalic layer, temperature


commit to user

vii

KATA PENGANTAR

Syukur alhamdulillah, segala puji hanya kepada Allah SWT, atas segala Rohmat

dan Barokah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis dengan judul “ Pengaruh

Temperatur Lapisan Intermetalik Terhadap Sifat Fisik Mekanik Pada Sambungan Difusi

Logam Tak Sejenis Antara SS400 Dengan Al6061. Tesis ini disusun sebagai salah satu

syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik di Program Studi Magister Teknik

Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Dengan terselesaikannya tesis ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih

kepada:

1 Orang tua saya Bapak Edy Muljono dan ibu Sri Hartini yang telah memberikan

banyak dorongan moril dan doanya. Kedua mertua saya Bapak Mukholil dan Ibu

Miftakhur Rohmah yang penuh perhatian kepada keluarga saya.

2 Istriku Sulis Fajriyani, anakku Nurina Amalina Fauziyah dan Khumairo Aghni

Fauziyah yang memberikan semangat untuk maju dan berkembang.

3 Dr. Triyono, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin

dan Pembimbing Utama yang telah memberikan bimbingan dan bantuan dalam

menyelesaikan penulisan tesis ini.

4 Dr. Agus Supriyanto, M.Si., selaku Pembimbing Kedua yang telah memberikan

bimbingan dalam menyelesaikan penulisan tesis ini.

5 Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. dan Dr. Nurul Muhayat, S.T., M.T. selaku

dosen penguji.

6 Seluruh dosen, staff dan kerabat Jurusan Teknik Mesin UNS yang telah

memberikan ilmu, inspirasi dan motivasi selama menjalani proses penelitian.

7 Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah membantu

demi kelancaran penyelesaian penelitian ini.

Penulis menyadari masih terdapat banyak kekurangan, oleh karena itu kritik dan

saran sangat diharapkan untuk kesempurnaan penyusunan tesis ini. Semoga tesis ini

dapat menjadi manfaat bagi kita semua.

Surakarta, 21 Desember 2015

Penulis


commit to user

viii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ……………………………….............................................. i

HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING TESIS........................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI TESIS.................................................... iii

PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS......................... iv

Abstrak .................................................................................................................... v

Abstract.................................................................................................................... vi

KATA PENGANTAR............................................................................................. vii

DAFTAR ISI............................................................................................................ viii

DAFTAR TABEL................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR............................................................................................... xi

BAB I PENDAHULUAN................................................................................. 1

1.1 Latar Belakang....................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah.................................................................................. 3

1.3 Tujuan Penelitian.................................................................................... 3

1.4 Manfaat Penelitian.................................................................................. 3

1.5 Batasan Masalah ……………………………………………………… 4

1.6 Sistematika Penulisan ………………………………………………… 4

BAB 11 DASAR TEORI …………................................................................... 5

2.1 Tinjauan Pustaka.................................................................................... 5

2.2 Dasar Teori Pengelasan Difusi ……………………………………….. 14

2.3 Baja Karbon …………………………………………………………... 16

2.3.1 Proses Perlakuan Panas Pada Baja.............................................. 17

2.4 Diagram Fasa Fe-Al..………………………………………………..... 19

2.5 Diagram Fasa Al-Cu…………………………………………………... 20

2.6 Aluminum Dan Paduan Aluminium..................................................... 21

2.6.1 Sifat Mampu Las Aluminium…................................................ 23

BAB III METODE PENELITIAN…................................................................ 26

3.1 Tempat Penelitian…….......................................................................... 26

3.2 Material dan Alat................................................................................... 26

3.3 Langkah Kerja Penelitian....................................................................... 27


commit to user

ix

3.4 Diagram Alir Penelitian......................................................................... 34

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN............................................................ 35

4.1 Hasil Penyambungan Difusi Logam Tak Sejenis................................... 35

4.2 Hasil Pengamatan Struktur Makro Daerah Interface............................. 36

4.3 Hasil Pengamatan Struktur Mikro Daerah Interface.............................. 40

4.4 Hasil Pengamatan SEM-EDAX Pada Daerah Interface......................... 45

4.5 Pengujian Kekerasan Pada Lapisan Intermetalik................................... 61

4.6 Pengujian Geser Tarik Pada Interface………….................................... 66

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN............................................................ 68

5.1 Kesimpulan........................................................................................... 68

5.2 Saran..................................................................................................... 68

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN


commit to user

x

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 PWHT paduan aluminium dan baja.................................................... 8

Tabel 2.2 Data difusi........................................................................................... 15

Tabel 2.3 Klasifikasi baja karbon ……………………………………………... 16

Tabel 2.4 Senyawa intermetalik Fe-Al dan karakteristiknya.............................. 20

Tabel 3.1 Komposisi Kimia Baja SS400 dan Al6061........................................ 26


commit to user

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Proses penyambungan FSW……………………………………...... 5

Gambar 2.2 Foto SEM aluminium dan baja ……………………………………. 6

Gambar 2.3 Dimensi FSW langkah I …………………………………………... 6

Gambar 2.4 Microstructure TEM Al/Fe langkah pertama …………………….. 7

Gambar 2.5 Dimensi FSW langkah II…………………………………………... 7

Gambar 2.6 Microstructure TEM Al/Fe menggunakan (a) Panjang probe 1.0

mm, (b) Panjang probe 1.5 mm …………………………………...

7

Gambar 2.7 Microstructure paduan aluminium dan baja (a) Tanpa heat

treatment, (b) 220°C, (c) 280°C, (d) 345°C dengan durasi waktu

1800 detik……………………………………………………….....

8

Gambar 2.8 Microstructure paduan aluminium dan baja dengan heat treatment

280°C dengan durasi waktu (a) 900 detik, (b) 3600

detik………………………………………………………………...

9

Gambar 2.9 (a) Daerah sambungan, (b) Selected Area Electron Diffraction

(SAED) sisi paduan A5042, (c) SAED sisi baja…………………..

10

Gambar 2.10 (a) Daerah sambungan, (b) Energi Dipersive Spectroscopy (EDS),

(c) SAED daerah pengelasan……………………………………….

10

Gambar 2.11 Micrograf perendaman specimen pada temperatur (a) 973K, (b)

1023K, (c) 1073K, (d)1123K, (e) 1173K…………………………

11

Gambar 2.12 Foto micro diffusi treatment pada temperatur 873K, 1073K, 1273K,

1323K dengan waktu tahan 1.2 ks…………………………………

12

Gambar 2.13 Foto micro diffusi treatment pada temperatur 873K, 1073K, 1273K,

1323K dengan waktu tahan 3.6 ks………………………………….

13

Gambar 2.14 Mekanisme difusi vacancy ………………………………………… 14

Gambar 2.15 Mekanisme difusi interstitial ……………………………………..... 14

Gambar 2.16 Mekanisme perpindahan atom……………………………………... 15

Gambar 2.17 Bentuk struktur atom BCC………………………………………..... 17

Gambar 2.18 Bentuk struktur atom FCC………………………………………….. 17

Gambar 2.19 Perubahan bentuk struktur atom akibat pemanasan pada logam…. 18

Gambar 2.20 Diagram fasa Fe-Al ……………………………………………….... 19


commit to user

xii

Gambar 2.21 Diagram fasa Al-Cu ………………………………………………... 21

Gambar 2.22 Terjadinya lubang halus pada pengelasan paduan aluminium……. 25

Gambar 2.23 Struktur mikro daerah las dan paduan Al yang tepat

diperlaku panaskan………………………………………………….

25

Gambar 3.1 Dimensi uji metalografi ………………………………..………...... 27

Gambar 3.2 Dimensi uji geser tarik….………..……………………………........ 28

Gambar 3.3 Pembuatan specimen uji metalografi ……………………………… 28

Gambar 3.4 Pembuatan specimen uji geser tarik ……………..………………...... 29

Gambar 3.5 Skema uji kekerasan vickers secara horizontal……………………. 31

Gambar 3.6 Skema dan identor hasil pengujian jejak vickers.…………………. 31

Gambar 3.7 Mesin uji geser tarik dan hasil pengujian …………………………. 32

Gambar 3.8 Ilustrasi pembebanan geser tarik pada sampel uji ………………… 33

Gambar 3.9 Jenis perpatahan uji tarik geser pada sambungan…………………. 33

Gambar 3.10 Diagram alir penelitian…………………………………………....... 34

Gambar 4.1 Hasil visual sambungan difusi………………………..……………. 36

Gambar 4.2 Struktur makro pada temperatur 850°C komposisi filler

(a) tanpa filler, (b) Fe:70%,Cu:30%, ( c ) Fe:75%,Cu:25%,

(d) Fe:80%,Cu:20%..........................................................................

37



(d) Fe:80%,Cu:20%..........................................................................

38



(d) Fe:80%,Cu:20%..........................................................................

39

Gambar 4.5 Struktur mikro pada temperatur 850°C komposisi filler


(d) Fe:80%,Cu:20%..........................................................................

41



(d) Fe:80%,Cu:20%..........................................................................

42


commit to user

xiii



(d) Fe:80%,Cu:20%..........................................................................

43

Gambar 4.8 SEM-EDAX pada temperatur 850°C komposisi filler

Fe:70%,Cu:30%................................................................................

46


Fe:75%,Cu:25%................................................................................

47


Fe:80%,Cu:20%................................................................................

48


Fe:70%,Cu:30%................................................................................

49


Fe:75%,Cu:25%................................................................................

50


Fe:80%,Cu:20%................................................................................

51


Fe:70%,Cu:30%................................................................................

52


Fe:75%,Cu:25%................................................................................

53


Fe:80%,Cu:20%................................................................................

54

Gambar 4.17 SEM-EDAX pada temperatur 900°C tanpa menggunakan

filler….………………………………………………………………

55

Gambar 4.18 Mapping SEM-EDAX pada temperatur 850°C komposisi filler

(a) Fe:70%,Cu:30%, (b) Fe:75%,Cu:25%, (c) Fe:80%,Cu:20%......

57



58



59

Gambar 4.21 Mapping SEM-EDAX pada temperatur 900°C tanpa filler …........ 60

Gambar 4.22 Posisi pengujian kekerasan pada temperatur 850°C komposisi filler

(a) Fe:70%,Cu:30% (b) Fe:75%,Cu:25% (c) Fe:80%,Cu:20%.........

62


commit to user

xiv

Gambar 4.23 Diagram kekerasan lapisan intermetalik pada temperatur 850°C

komposisi filler Fe:70%,Cu:30%; Fe:75%,Cu:25%;

Fe:80%,Cu:20% …………………………………………………….

62



63



Fe:80%,Cu:20%…………………………………………………….

63



64



Fe:80%,Cu:20% dan tanpa filler ……………………………………

65

Gambar 4.28 Diagram nilai uji geser tarik pada interface ……………………….. 66

Documents

TESIS - digilib.uns.ac.id · ferro (Fe) dan copper (Cu), dengan komposisi variasi filler Fe : 70%, 75%, 80% dari volume tempat filler . Hasil penelitian menunjukan adanya pembentukan