PENGARUH TEKANAN TERHADAP KARAKTERISTIK SAMBUNGAN LAS DIFUSI LOGAM TIDAK SEJENIS ANTARA ALUMINIUM 6061 DAN BAJA KARBON SS 400 TESIS

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

PENGARUH TEKANAN TERHADAP KARAKTERISTIK SAMBUNGAN LAS DIFUSI LOGAM TIDAK SEJENIS ANTARA ALUMINIUM 6061 DAN BAJA KARBON SS 400 TESIS

Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Mencapai Derajat Magister Program Studi Teknik Mesin

Oleh

Mathius Karengke NIM. S951208007

PROGRAM PASCA SARJANA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2014

commit to user i


digilib.uns.ac.id

commit to user ii


digilib.uns.ac.id

commit to user iii


digilib.uns.ac.id

PERNYATAAN KEASLIAN DAN PERSYARATAN PUBLIKASI

Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa: 1.

Tesis yang berjudul: “Pengaruh Tekanan Terhadap Karakteristik Sambungan Las Difusi Logam Tidak Sejenis Antara Aluminium 6061 Dan Baja Karbon SS 400” ini adalah karya penelitian saya sendiri dan tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik serta tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang tertulis dengan acuan yang disebutkan sumbernya, baik dalam naskah karangan dan daftar pustaka. Apabila ternyata dalam naskah tesis ini dapat dibuktikan terdapat unsur-unsur plagiasi, maka saya bersedia menerima sangsi, baik tesis beserta gelar magister saya dibatalkan serta diproses sesuai dengan peraturan perundang-undangan yang berlaku.

2.

Publikasi sebagian atau keseluruhan isi tesis pada jurnal atau forum ilmiah harus menyertakan tim promotor sebagai author dan PPs UNS sebagai institusinya. Apabila saya melakukan pelanggaran dari ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapat sanksi akademik yang berlaku.

Surakarta,........................2014

Mahasiswa

Mathius Karengke S951208007

commit to user iv


digilib.uns.ac.id

MATHIUS KARENGKE, S951208007. PENGARUH TEKANAN TERHADAP KARAKTERISTIK SAMBUNGAN LAS DIFUSI LOGAM TIDAK SEJENIS ANTARA ALUMINIUM 6061 DAN BAJA KARBON SS 400. Komisi Pembimbing I: Dr. Triyono, ST., M.T. Pembimbing II: Dr. Agus Supriyanto, S.Si, M.Si. Tesis Program Studi Teknik Mesin. Program Pascasarjana. Universitas Sebelas Maret Surakarta. ABSTRAK

Salah satu fokus pengembangan kendaraan saat ini adalah membuatnya semakin ringan yang bertujuan untuk menghemat energi. Hal ini memerlukan banyak material logam ringan tetapi kuat. Logam ringan yang digunakan untuk membuat struktur kendaraan tersebut mampu menahan beban yang cukup besar. Salah satu material alternatif yang dapat digunakan adalah aluminium, karena aluminium tahan karat dan ringan. Kendaraan yang menggunakan struktur aluminium secara keseluruhan kekuatannya akan rendah. Baja dan aluminium memiliki sifat mekanik yang sangat berbeda. Oleh sebab itu penyambungan kedua material ini memerlukan suatu metode yang sesuai sehingga dapat menjawab permasalahan tersebut. Metode dengan menggunakan pengelasan difusi merupakan solusi untuk menjawab permasalahan pada pengelasan logam tidak sejenis. Penelitian ini menggunakan filler Fe-Cu sebagai promotor pada pengelasan difusi. Sehingga tujuan dari penelitian ini dapat tercapai yaitu mengetahui jenis dan tebal lapisan intermetalik yang terbentuk di antarmuka pada pengelasan difusi dan mengetahui pengaruh filler Fe-Cu terhadap kekuatan mekanik dari sambungan las. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa lapisan yang terbentuk di antarmuka dari pengelasan Al 6061 dan baja karbon SS 400 yaitu lapisan intermetalik FeAl3. Kekuatan tarik geser yang tertinggi yaitu pada spesimen tanpa filler dengan tekanan 0,3 Pa sebesar 7,11MPa dan terendah pada spesimen dengan komposisi filler Fe 60% Cu 40% tekanan 0,1 Pa sebesar 1,64 MPa. Ketebalan lapisan intermetalik yang terendah yaitu pada spesimen tanpa filler dengan tekanan 0,3 Pa sebesar 0,4 µm dan yang tertinggi pada spesimen dengan komposisi filler 60% Cu 40% tekanan 0,1 Pa sebesar 0,9 µm. Tekanan yang diberikan sampai batas tertentu akan berpengaruh terhadap kenaikan kekuatan tarik geser dan kekerasannya. Kekerasan tertinggi yaitu 899,3 HV pada spesimen tanpa filler dengan tekanan 0,3 Pa dan terendah kekerasanya pada spesimen dengan komposisi Fe 60% Cu 40% tekanan 0,1 Pa sebesar 640,7 HV. Hal ini terjadi diakibatkan kenaikan nilai kekerasan sebanding dengan pertambahan tekanan. Kata kunci: aluminium, baja, difusi, intermetalik, komposisi filler

commit to user v


digilib.uns.ac.id

MATHIUS KARENGKE, S951208007. Effect of Pressure on Characteristics of Diffusion-Welded Joints of Dissimilar Metals between Aluminum-6061 and Carbon Steel-SS 400. Principal Advisor: Dr. Triyono, ST., M.T. Co-advisor: Dr. Agus Supriyanto, S.Si, M.Si. Thesis: The Graduate Program in Mechanical Engineering Sebelas Maret University, Surakarta ABSTRACT One of the focuses of vehicle development currently is how to make it mild in an attempt to economize the energy. This requires many metal materials, which are mild but strong. The metal used to construct the structure of vehicle is able to withstand a fairly heavy load. One of the alternative materials that is applicable is aluminum as it is corrosion- resistant and mild. The vehicle whose whole structure is composed of aluminum has a low strength. Steel and aluminum have very different mechanical characteristics. Therefore, joining metal and aluminum requires a certain and appropriate method so that the problem is solved. The method is diffusion welding, and it is a solution for the dissimilar metal welding. This research used filler Fe-Cu a promoter for the diffusion welding as the answer the problems of research, that is, to investigate the kind and thickness intermetallic layer which is formed at the diffusionwelding and to investigate the effect of filler Fe-Cu on the mechanical strengths of diffusion-welded joints. The results of research show that the layer formed at interface with the welding between aluminum-6061 and carbon steel-SS 400 was the intermetallic layer of FeAl3. Its highest tensile and shear strength was 7.11MPa. It was found in the specimen without any fillers with the pressure of 0.3, and its lowest tensile and shear strength was 1.64 MPa, and it was found in the specimen with the compositions of fillers of Fe 60% and Cu 40% with the pressure of 0.1 Pa. The lowest intermetallic thickness was 0.4 µm, and it was found in the specimen without any fillers with the pressure of 0.3 Pa, and its highest intermetallic thickness was 0.9 µm, and it was found in the specimen with compositions of fillers of 60% and Cu 40% with the pressure of 0.1 Pa. The pressure administered up to a certain level will affect the increase of tensile and shear strength and hardness. The highest hardness was 899.3HV. It was found in the specimen without any fillers with the pressure of 0,3 Pa, and the lowest hardness was 640.7 HV. It was found in the specimen with compositions of Fe 60% and Cu 40% with the pressure of 0.1 Pa. This happens because the increase of hardness value is proportional to the pressure increase. . Keywords: Aluminum, steel, diffusion, intermetallic, and compositions of fillers

commit to user vi


digilib.uns.ac.id

KATA PENGANTAR Puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa atas rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini dengan baik. Penyusunan tesis ini adalah salah satu persyaratan untuk mencapai derajat magister teknik di Program Studi Teknik Mesin, Program Pascasarjana Universitas Sebelas Maret (UNS) Surakarta. Penelitian dan penulisan tesis ini dapat diselesaikan atas bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih dan penghargaan yang tulus kepada semua pihak yang telah turut membantu dalam penyelesaian tesis ini.

1. Prof. Dr. Ravik Karsidi, M.S., selaku Rektor Universitas Sebelas Maret, yang telah memberikan izin dan kesempatan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan Program Pascasarjana di Universitas Sebelas Maret Surakarta. 2. Prof Dr. Ir. Ahmad Yunus, M.S., selaku Direktur Program Pascasarjana Universitas Sebelas Maret, yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan Program Pascasarjana di Universitas Sebelas Maret Surakarta. 3. Agustin Teras Narang, SH selaku Gubernur Kalimantan Tengah yang telah memberikan bantuan dana dalam penyelesaian studi melalui program Kalteng Harati. 4. Dr. Techn. Suyitno, ST., MT selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta. 5. Dr. Triyono, ST., MT selaku pembimbing utama yang telah membimbing dan mengarahkan kepada penulis dalam menyelesaiakan tesis. 6. Dr. Agus Supriyanto, S.Si., M.Si selaku pembimbing kedua yang telah mengarahkan penulis untuk penyempurnaan tesis ini. 7. Direktorat Pendidikan Tinggi yang telah memberi dana hibah penelitian melalui MP3EI No.499/un 27. 11/PN/2014. 8. Istri dan kedua anak yang terkasih yang selama ini mendoakan serta memotivasi dalam menyelesaikan studi. 9. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu dalam membantu penyelesaian tesis ini.

commit to user vii


digilib.uns.ac.id

Penulis berharap semoga penelitian ini mampu memberikan manfaat dan kontribusi yang bermakna dalam perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi.

Surakarta,

Penulis

commit to user viii

2014


digilib.uns.ac.id

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL.............................................................................................

i

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

ii

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

iii

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN DAN PUBLIKASI .........................

iv

ABSTRAK ............................................................................................................

v

ABSTRACT ............................................................................................................

vi

KATA PENGANTAR ..........................................................................................

vii

DAFTAR ISI .........................................................................................................

ix

DAFTAR TABEL .................................................................................................

xi

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................

xii

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

1

A. Latar Belakang Masalah ......................................................................

2

B. Rumusan Masalah ................................................................................

2

C. Tujuaan Penelitian ...............................................................................

2

D. Manfaat Penelitian ...............................................................................

3

BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................

4

A. Tinjauan Pustaka ..................................................................................

4

B. Kerangka Berpikir ................................................................................

5

1. Mekanisme Pengelasan Difusi .........................................................

5

2. Pengelasan Difusi Dengan Bantuan Interlayer .................................

6

3. Variabel Pengelasan Difusi ..............................................................

7

4. Aluminium 6061 ..............................................................................

8

5. Baja Karbon SS 400 .........................................................................

9

C. Hipotesis ..............................................................................................

12

BAB III METODE PENELITIAN ...................................................................

13

A. Tempat Penelitian.................................................................................

13

B. Material.................................................................................................

13

C. Komposisi Filler ..................................................................................

14

D. Preparasi Spesimen .............................................................................

14

commit to user ix


digilib.uns.ac.id

E. Proses Pengelasan ...............................................................................

16

F. Pengujian ..............................................................................................

17

G.Langkah-langkah Penelitian .................................................................

19

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN..................................

20

A. Struktur Makro .....................................................................................

20

B. Struktur Mikro ......................................................................................

25

C. SEM EDX ............................................................................................

29

D. Kekerasan .............................................................................................

33

E. Kekuatan Tarik Geser ...........................................................................

34

F. Foto Spesimen Hasil Uji Tarik ............................................................

35

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

43

A. Kesimpulan .........................................................................................

43

B. Saran ...................................................................................................

43

DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................

44

LAMPIRAN

commit to user x


digilib.uns.ac.id

DAFTAR TABEL Tabel 1.

Komposisi kimia.............................................................................

13

Tabel 2.

Sifat mekanik..................................................................................

13

Tabel 3.

Komposisi filler dengan temperatur dan holding time tetap..........

16

Tabel 4.

Kekerasan lapisan intermetalik Fe-Al............................................

16

commit to user xi


digilib.uns.ac.id

DAFTAR GAMBAR Gambar 1.

Tahapan metalurgi diffusion bonding................................................

5

Gambar 2.

Skema transfer material selama proses difusi..................................

6

Gambar 3.

Struktur mikro Al 6061.....................................................................

9

Gambar 4.

Diagram Fasa Al-Mg-Si....................................................................

.9

Gambar 5.

Struktur mikro baja karbon rendah...................................................

10

Gambar 6.

Diagram fasa Fe–Al..........................................................................

11

Gambar 7.

Diagram fasa Fe–Cu.........................................................................

11

Gambar 8.

Diagram fasa Al–Cu.........................................................................

12

Gambar 9.

Jig uji tarik geser ukuran dalam mm ...............................................

14

Gambar 10. Spesimen ukuran dalam mm.............................................................

15

Gambar 11. Diagram alir penelitian......................................................................

19

Gambar 12. Struktur makro spesimen tanpa filler................................................

21

Gambar 13. Struktur makro spesimen dengan komposisi filler Fe 80% Cu 20%.......................................................................

22


23


24

Gambar 16. Struktur mikro spesimen tanpa filler.................................................

25

Gambar 17. Struktur mikro spesimen dengan komposisi filler Fe 80% Cu 20%......................................................................

26


27


commit to user xii

28


digilib.uns.ac.id

Gambar 20. SEM EDX spesimen tanpa filler tekanan 0,1 Pa..............................

29

Gambar 21. SEM EDX spesimen tanpa filler tekanan 0,3 Pa..............................

29

Gambar 22. SEM EDX komposisi filler Fe 80% Cu 20% tekanan 0,1 Pa..........

30

Gambar 23. SEM EDX komposisi filler Fe 80% Cu 20% tekanan 0,3 Pa...........

30

Gambar 24. SEM EDX komposisi filler Fe 70% Cu 30% tekanan 0,1 Pa..........

31


31


32


32

Gambar 28. Grafik hasil uji kekerasan vickers.....................................................

34

Gambar 29. Grafik perbandingan tekanan, kekuatan tarik geser dan variasi filler........................................................................................

34

Gambar 30. Hasil uji tarik spesimen tanpa filler...................................................

36

Gambar 31. Hasil uji tarik spesimen dengan filler Fe 80% Cu 20%....................

38


40


41

commit to user xiii


digilib.uns.ac.id

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah Salah satu fokus pengembangan kendaraan saat ini adalah membuatnya semakin ringan yang bertujuan untuk menghemat energi. Kendaraan ringan diproduksi mencapai 83,3 juta (Michael dan Maaz, 2013). Hal ini memerlukan banyak material logam ringan tetapi kuat. Logam ringan yang digunakan untuk membuat struktur kendaraan tersebut mampu menahan beban yang cukup besar. Salah satu material alternatif yang dapat digunakan adalah aluminium, karena aluminium tahan karat dan ringan. Kendaraan yang menggunakan struktur aluminium secara keseluruhan kekuatannya akan rendah. Oleh karena itu untuk memperkuat konstruksi kendaraan maka pada beberapa bagian harus diperkuat dengan baja. Baja dan aluminium memiliki sifat mekanik yang sangat berbeda. Oleh sebab itu penyambungan kedua material ini memerlukan suatu metode yang sesuai sehingga dapat menjawab permasalahan tersebut. Metode pengelasan difusi merupakan solusi untuk menjawab permasalahan dari pengelasan logam tidak sejenis. Pengelasan logam tidak sejenis seperti aluminium dengan baja banyak dikembangkan saat ini. Permasalahan yang sering ditemukan dalam pengelasan aluminium dengan baja adalah sambungan tersebut menghasilkan lapisan intermetalik. Lapisan intermetalik terbentuk oleh adanya dua unsur yang membentuk senyawa baru. Baja dan aluminium yang disambung akan menghasilkan lapisan intermetalik yang rapuh pada temperatur tinggi (Bouche et al, 1998). Selain itu kelarutan aluminium di dalam logam baja sangat rendah sehingga sangat sulit dilakukan penyambungan. Hal tersebut disebabkan oleh sifat–sifat unsur pembentuk material tidak sama, sehingga memerlukan material lain sebagai media perantara atau promotor. Media promotor ini diharapkan dapat membantu proses terjadinya difusi aluminium dan baja. Kobayashi dan Yakao (2002) mengembangkan perlakuan difusi pada sambungan aluminium dan baja dapat memperbaiki sifat–sifat sambungan. Perkembangan pengelasan logam tidak sejenis memacu juga pengelasan dengan metode–metode lain seperti resistance spot welding yang diteliti oleh Sun dan Khalel

commit to user 1


digilib.uns.ac.id 2

(2007). Kimapong dan Watanabe (2004) meneliti pengelasan plat paduan aluminium dan baja ringan menggunakan las gesekan aduk (FSW) dengan parameter penelitian adalah kecepatan rotasi dan diameter pin. Sun et al (2004) meneliti pengelasan resistance spot welding paduan aluminium dan baja menggunakan transisi material. Watanabe et al (2006) meneliti pengelasan paduan aluminium dan baja dengan friction stir welding (FSW). Rafeng et al (2009) meneliti mikrostruktur dan kekuatan sambungan baja dengan aluminium dengan pengelasan resistance spot welding menggunakan plat penutup. Banyaknya pengembangan material–material baru yang bertujuan mendukung pengembangan energi baru dan terbarukan menyebabkan penelitian material tersebut banyak dilakukan. Penelitian yang menggabungkan aluminium paduan dan baja dengan efek fusi dilakukan oleh Chen dan Kovacevic (2004), kemudian Zhao dan Zhang (2008) menggunakan difusi untuk mendapatkan kekuatan yang lebih tinggi pada sambungan Al dan Mg. Mahendra et al (2009) menyambung magnesium dan aluminium dengan difusi. Pengelasan difusi adalah proses penyambungan dua material dengan cara pemanasan dan penekanan sehingga terjadi penyatuan pada kedua material tersebut. Penekanan adalah salah satu faktor yang diperlukan untuk memberikan kontak dalam jarak interatomik sehingga difusi atom antara material dapat terjadi lebih mudah. Oleh karena itu penelitian ini menfokuskan pada pengaruh tekanan terhadap karakteristik sambungan las difusi logam tak sejenis anatara aluminium 6061 dan baja karbon SS 400. B. Rumusan Masalah Permasalahan yang dihadapi dalam pengelasan logam tidak sejenis adalah terdapat lapisan intermetalik. Oleh karena itu, penelitian ini merumuskan masalah yaitu jenis dan tebal lapisan intermetalik serta pengaruh tekanan terhadap sifat mekanik dengan metode difusi antara Al 6061 dan baja karbon SS 400. C. Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan antara lain adalah: 1. Mengetahui jenis dan tebal lapisan intermetalik yang terbentuk di antarmuka pada pengelasan difusi. 2. Mengetahui pengaruh tekanan terhadap sifat mekanik dari sambungan las difusi.

commit to user


digilib.uns.ac.id 3

3. Mengetahui pengaruh filler Fe-Cu terhadap sifat mekanik dari sambungan las difusi. D. Manfaat Penelitian Manfaat yang didapatkan dari penelitian ini antara lain adalah : 1. Memberikan pemahaman yang komperhensip tentang pengelasan difusi pada aluminium 6061 dan baja karbon SS 400. 2. Sebagai bahan referensi untuk penelitian selanjutnya. 3. Pengembangan teknologi pada industri khususnya dibidang pengelasan.

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB II LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka Difusi adalah peristiwa berpindahnya suatu atom atau partikel dari suatu tempat ke tempat lain. Difusi dapat ditingkatkan dengan memberikan perlakuan temperatur. Jika temperatur dinaikkan maka susunan atom akan berubah dan dengan demikian atom dapat berdifusi dengan mudah (Wonorahardjo, 2013). Beberapa proses difusi terjadi dengan memberikan perlakuan temperatur, tekanan, dan tegangan listrik. Pengelasan difusi merupakan proses penyambungan antara dua material dengan cara memberikan perlakuan temperatur dan tekanan. Penyambungan yang terjadi karena adanya difusi atom antar material. Penekanan diperlukan untuk memberikan kontak dalam jarak interatomik sehingga difusi atom antara material dapat terjadi lebih mudah. Peneliti sebelumnya yang meneliti penyambungan material tak sejenis dengan melakukan kontak langsung pada permukaan logam sehingga terjadi difusi dan memberi tekanan (Kimapong dan Watanabe, 2004). Proses pengelasan difusi memerlukan ruang dan waktu dalam pengerjaannya sehingga dapat terjadi pertukaran atau loncatan atom antar permukaan kedua material. Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Zhao dan Zhang (2008) serta Mahendra et al (2009) melakukan pengelasan difusi dengan menggunakan vacuum chamber atau furnace untuk proses penyambungannya. Pengelasan dengan menggunakan metode difusi tidak terlepas dari banyaknya kendala yang ditemukan antara lain temperatur, tekanan, dan perbedaan unsur dari pembentuk material yang akan disambung membuat metode ini memiliki tantangan tersendiri. Pengelasan difusi memiliki karakteristik tersendiri. Karakteristik pengelasan difusi yang dikemukakan oleh Dunkerton (1995) menjelaskan bahwa penyambungan dengan proses difusi adalah sebagai berikut: 1. Sambungan terjadi pada temperatur dibawah titik cair material yaitu 0,5 – 0,8 Tm. 2. Penyatuan antar permukaan kontak dihasilkan dengan memberikan beban yang kecil sehingga tidak terjadi deformasi plastis yang berlebihan.

commit to user 4


digilib.uns.ac.id 5

3. Lapisan antara dapat diberikan untuk membantu meningkatkan aktivitas pembentukan sambungan dalam proses penyambungan. B. Kerangka Berpikir 1. Mekanisme Pengelasan Difusi Proses pengelasan difusi merupakan penggabungan dua permukaan material padat secara atomik. Penyatuan permukaan terjadi karena adanya proses menyatunya atom antarmuka pada material yang di sambung. Mekanisme penyambungan dapat dibagi menjadi tiga tahap. Setiap tahapan tidak berlangsung secara terpisah tetapi mulai dan berakhir

secara berkesinambungan,

sehingga

mekanisme

metalurginya

saling

melengkapi. Tahap demi tahap mempunyai kontribusi yang sama pentingnya selama proses penyambungan.

Gambar 1. Tahapan metalurgi diffusion bonding (Mahoney dan Bamton, 1995). Proses difusi atom terjadi disetiap tahap yang terlihat pada Gambar 1. Hal ini dijelaskan agar konsep dasar dari difusi atom pada material dapat diketahui. Pada tahap pertama, faktor kekasaran pada permukaan dan tekanan mempunyai peranan yang penting. Permukaan benda kerja yang sebenarnya tidak pernah betul-betul halus dan rata. Sehingga pada daerah kontak antarmuka logam akan membentuk rongga-rongga yang kekerasannya akan berkurang. Secara ideal tahap pertama berjalan dengan baik, bila kekasaran pada permukaan akan berkurang dan penyebaran rongga yang merata. Pada tahap kedua, proses difusi

terjadi pengurangan rongga-rongga pada

permukaan kontak. Pengurangan rongga-rongga ini dikarenakan adanya proses perpindahan massa menuju rongga yang mengakibatkan ukuran rongga berubah mengecil. Dalam proses difusi perpindahan massa berlangsung secara bersamaan

commit to user


digilib.uns.ac.id 6

berupa aliran plastis, difusi dari interface menuju rongga melalui lattice, interface dan grain boundary.

Gambar 2. Skema transfer material selama proses difusi (Mahoney dan Bamton, 1995). Lebih jelasnya bagian dari transfer massa dapat dilihat pada Gambar 2 yang meliputi pada peluluhan plastis yang mendeformasi pada kontak permukaan, dimana difusi surface menuju leher, difusi volume yaitu penguapan di permukaan akan mengakibatkan pengembunan pada leher, dan difusi grain boundary dari antara setiap permukaan menuju leher. Pada tahap ketiga, bagian difusi yang dominan adalah difusi volume. Selama tahap ini rongga-rongga menyusut hingga menjadi sangat kecil dan akhirnya hilang. Batas butir bergerak menuju sebuah bentuk kesetimbangan, hingga menyatu dan tidak dapat dibedakan dari grain boundary lainnya, secara struktur mikro. Bidang kontak permukaan awal berubah karena adanya penetrasi pada lokal difusi atom. Tahap tiga berlanjut secara sempurna dengan hilangnya rongga-rongga hingga menyatunya permukaan kedua material yang disambung. 2. Pengelasan Difusi dengan Bantuan Interlayer Dalam proses pengelasan difusi

dapat dilakukan dengan cara menambahkan

lapisan antara (interlayer) pada permukaan kontak material yang akan disambung. Penambahan interlayer ini bertujuan untuk membantu meningkatkan aktivitas proses difusi pada material yang disambung. Oleh karena itu biasanya dipilih interlayer dari material yang memiliki kelarutan yang baik pada material yang disambung. Interlayer dapat pula dipilih dari material yang dapat menangkap unsur kotoran pada interface dan menghasilkan permukaan yang bersih. Untuk tujuan tersebut material yang dipilih adalah material yang memiliki solusibilitas yang tinggi yang mengandung unsur interstisi. Pada interlayer dapat juga menggunakan material lunak

commit to user


digilib.uns.ac.id 7

dengan tujuan memaksimalkan bidang kontak selama tahap pertama penyambungan. Material yang sering digunakan sebagai interlayer seperti tembaga, perak dan nikel. Ketebalan lapisan interlayer akan mempengaruhi kekuatan mekanis dari sambungan. Untuk mendapatkan kekuatan mekanis sambungan las difusi yang maksimal, maka lapisan interlayer harus tipis. Dengan interlayer yang relatif tipis, kekuatan tarik sambungan meningkat, karena material matrik meregang pada aliran plastis kontak interface yang berinteraksi dengan logam induk. Studi eksperimen yang telah dilakukan oleh Malek et al (2007) menunjukkan kekerasan maksimum terdapat pada interface. 3. Variabel Pengelasan Difusi Banyak variabel yang berpengaruh terhadap hasil pengelasan difusi. Variabel tersebut meliputi kondisi lingkungan, proses, kondisi permukaan material, tekanan penyambungan, dan lamanya pemanasan. Pengelasan difusi

dapat dilakukan pada

lingkungan yang dilindungi dengan suatu gas pelindung seperti gas argon, dan dilakukan pada lingkungan vakum yang bertekanan (Mahendran et al, 2010). 3.1. Kelebihan dan Kekurangan Pengelasan Difusi a. Kelebihan 1.

Sambungan yang dihasilkan memiliki sifat-sifat dan struktur mikro yang sama dengan logam induknya.

2. Komponen yang disambung mengalami distorsi minimum dan tidak memerlukan proses permesinan atau pembentukan lagi. 3. Dapat menyambung dua material yang berbeda. 4. Beberapa sambungan pada suatu struktur dapat dilakukan serentak. 5. Dapat menyambung pada tempat atau bagian yang sulit. 6. Dapat menyambung komponen besar tanpa proses pemanasan awal. b. Kekurangan 1.

Pada umumnya memerlukan durasi siklus yang lebih panjang, biaya peralatan mahal sehingga mempengaruhi nilai ekonomisnya.

2. Memerlukan lingkungan khusus yang terlindung dari proses oksidasi, karena proses difusi sangat sensitive terhadap oksidasi. 3. Interlayer yang sesuai belum dikembangkan untuk semua struktur paduan.

commit to user


digilib.uns.ac.id 8

4. Permukaan yang disambung atau diperbaiki memerlukan persiapan yang lebih rumit. 5. Penerapan panas dan gaya tekan yang tinggi secara serentak dalam lingkungan vakum merupakan masalah penyambungan difusi (Hantoro dan Tiwan, 2005) 4. Aluminium 6061 Paduan aluminium magnesium silicon (AlMgSi) adalah merupakan paduan aluminum yang dapat dikeraskan dengan perlakuan panas (heat treatable) dan termasuk dalam seri 6061. Paduan Al 6061 banyak digunakan dalam industri seperti industri mobil, konstruksi rumah, jembatan dan bahkan dapat digunakan untuk industri nuklir. Dalam industri nuklir paduan Al 6061 misalnya untuk bahan struktur elemen reaktor riset dan komponen tangki reaktor. Pemilihan bahan tangki dari Al 6061 disebabkan paduan tersebut mempunyai kekerasan yang cukup tinggi sehingga mampu menahan beban selama digunakan di reaktor. Oleh karena sifat kekerasan Al 6061 tersebut maka paduan Al 6061 cocok untuk dikembangkan sebagai kelongsong bahan bakar baru seperti U3Si2-Al, UMo dan U-Zr (Masrukan et al, 2009). Paduan Al 6061 termasuk dalam kelompok paduan aluminium magnesium silicon (AlMgSi) yang memiliki kekuatan dan mampu lasan baik serta ketahanan korosi cukup baik. Paduan AlMgSi dapat digolongkan menjadi tiga kelompok. Kelompok pertama, yaiu meliputi paduan logam dengan jumlah yang seimbang antara unsur Si dengan Mg antara 0,8 % dan 1,2 % berat. Kelompok ini dapat diekstrusi. Kelompok kedua, mengandung Mg dan Si lebih dari 1,4 %. Paduan ini dapat di dinginkan cepat (quenching) untuk meningkatkan kekuatan setelah proses ekstrusi. Kelompok ketiga merupakan kelompok yang popular di Amerika Utara yang mempunyai komposisi Si lebih banyak dengan tujuan untuk meningkatkan kekerasan.

commit to user


digilib.uns.ac.id 9

Gambar. 3. Struktur mikro Al 6061 (Yoshihiko et al, 2010)

Gambar. 4. Diagram Fasa Al-Mg-Si (Wijayanto, 2012) 5. Baja Karbon SS 400 Baja

karbon SS 400 adalah jenis baja karbon rendah karena jumlah kadar

karbonnya 0,05 % (Triyono et al, 2013). Baja ini banyak digunakan untuk proses pembentukan logam lembaran, misalnya untuk badan dan rangka kendaraan serta komponen-komponen otomotif lainnya. Baja jenis ini dibuat dan diaplikasikan dengan mengeksploitasi sifat-sifat ferrite. Ferrite adalah salah satu fasa penting di dalam baja

commit to user


digilib.uns.ac.id 10

yang bersifat lunak dan ulet. Baja karbon rendah umumnya memiliki kadar karbon dibawah komposisi eutectoid dan memiliki struktur mikro hampir seluruhnya ferrite. Pada lembaran baja kadar karbon sangat rendah atau ultra rendah, jumlah atom karbonnya masih berada dalam batas kelarutannya pada larutan padat sehingga struktur mikronya adalah ferrite seluruhnya.

Gambar 5. Struktur mikro baja karbon rendah (Yoshihiko et al, 2010) Pada kadar karbon lebih dari 0,05% akan terbentuk endapan karbon dalam bentuk hard intermetallic stoichiometric compound (Fe3C) yang dikenal sebagai cementite atau carbide. Selain larutan padat alpha ferrite yang dalam kesetimbangan dapat ditemukan pada temperatur ruang terdapat fase-fase penting lainnya, yaitu delta ferrite dan gamma austenite. Logam Fe bersifat polymorphism yaitu memiliki struktur kristal berbeda pada temperatur berbeda. Pada Fe murni, misalnya, alpha ferrite akan berubah menjadi gamma austenite saat dipanaskan melewati temperature 910 °C. Pada temperatur yang lebih tinggi, yaitu mendekati 1400 °C gamma austenite akan kembali berubah menjadi delta ferrite. Alpha ferrite dan delta ferrite dalam hal ini memiliki struktur kristal BCC (body center cubic) sedangkan gamma austenite memiliki struktur kristal FCC (face center cubic).

commit to user



Gambar 6. Diagram fasa Fe – Al (Schimek et al, 2012)

Gambar 7. Diagram fasa Fe–Cu (ASM International, 1994)

commit to user



Gambar 8. Diagram fasa Al–Cu (ASM International, 1994)

C. Hipotesis Hipotesis dalam penelitian ini yang didasari oleh penelitian–penelitian sebelumnya menyatakan bahwa penyambungan Al 6061 dan baja karbon SS 400 dapat dilakukan dengan cara difusi.

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB III METODE PENELITIAN

A. Tempat Penelitian Penelitian dilakukan di Laboratorium Proses Produksi dan Material Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta . B. Material Material yang digunakan dalam pengelasan difusi ini yaitu aluminium 6061 tebal 6 mm dan SS 400 tebal 2,3 mm. Tabel 1. Komposisi Kimia (Dinaharan et al, 2012) Material

Mg

Si

Fe

Mn

Cu

Cr

Zn

Ni

Ti

Al

Al 6061

0,95

0,54

0,22

0,13

0,17

0,09

0,08

0,02

0,01

bal

Mn 0,225

Si 0,15

Ni 0,07

Cu 0,16

Fe bal

Triyono et al (2013) Material SS 400

C 0,05

P 0,094

Cr 0,04

Mo 0,05

Tabel 2. Sifat Mekanik (Aizawa et al, 2007) Material

Al 6061

Melting Point (oC)

Specific Heat(J/kg.oC)

Density (g/cc)

660

900

2,7

Thermal Conductivity (W/mK) 220

Electrical Resistivity (µΩ.cm) 2,65

Triyono et al (2013) Material

Melting Point (oC)

Thermal Conductivity (W/mK)

SS 400

1495-1525

12,6

Coefficient of Thermal Expansion (µm/m/oC) 13,0

commit to user 13

Tensile Strenght (Mpa)

Electrical Resistivity (µΩ.cm)

240

2,65



C. Komposisi Filler Komposisi filler dari penelitian ini yaitu Fe 80%, Cu 20% ; Fe 70%, Cu 30% ; Fe 60%, Cu 40% . D. Preparasi Spesimen Spesimen dalam proses ini dibuat sesuai acuan standart jurnal ukuran 32,5 x 20 mm untuk Al 6061 dan baja karbon SS 400. Baja karbon SS 400 di milling pada bagaian untuk manaruh filler serbuk ukuran 15 x 13 x 1 mm. Spesimen Al 6061 dan baja karbon SS 400 tersebut dihaluskan permukaannya menggunakan kertas amplas. Filler yang berbentuk serbuk di campur sesuai dengan komposisi, kemudian di isi bagian baja karbon SS 400 yang telah di milling terlebih dahulu. Spesimen di masukkan pada cetakan batu tahan api dengan posisi lap joint kemudian ditaruh dalam furnace sampai 950ºc dengan holding time 30 menit.

Gambar 9. Jig uji tarik geser ukuran dalam mm

commit to user



15

6 Al

Fe 2,3 20

50

Gambar 10. Spesimen ukuran dalam mm.

commit to user



Tabel 3. Komposisi filler dengan temperatur dan holding time tetap NO

Variasi Filler

Temperatur

Holding Time

1.

Tanpa filler

950 o C

30 menit

2.

Fe 80 %

Cu 20 %

950 o C

30 menit

3.

Fe 70 %

Cu 30 %

950 o C

30 menit

4.

Fe 60 %

Cu 40 %

950 o C

30 menit

Tabel 4. Kekerasan lapisan intermetalik Fe-Al (Malek et al, 2007) NO

Lapisan Intermetalik

Kekerasan Vickers (HV)

1.

Fe2Al5

1000-1100

2.

FeAl2

1000-1050

3.

FeAl3

820-980

4.

FeAl

400-520

5.

Fe3Al

250-350

E. Proses Pengelasan Pengelasan difusi aluminium dengan baja dalam prosesnya berada dalam ruang hampa menggunakan furnace. Pada kondisi seperti ini, pengelasan difusi dapat terjadi dengan baik. Proses difusi ini terjadi pada dua permukaan material yang berbeda antara Al 6061 dengan SS 400. Hal ini bertujuaan agar atom kedua material saling terdifusi sehingga terjadi ikatan yang kuat antaramuka logam tersebut. Material Al 6061 dan baja karbon SS 400 dipotong dengan ukuran 20 mm x 50 mm, kemudian pada baja karbon SS 400 dibuat persegi mengggunakan mesin milling sampai ukuran 13 x 13 mm dengan kedalaman 1 mm. Pada bagian tengah diberikan komposisi serbuk, lalu dimasukkan ke mesin furnace . Penggunaan temperatur 950ºc dengan holding time 30 menit di dasari oleh uji coba pada spesimen yang dilakukan sebanyak 20 kali. Hasil yang diperoleh memperlihatkan bahwa pada temperatur 950ºc dengan holding time 30 menit kedua material dapat tersambung. Mesin furnace dengan spesifikasi 400 volt, 1200 watt, 3 phase, 50 Hz dan temperatur maksimal 1200 º C digunakan untuk proses pengelasan difusi. Spesimen

commit to user



dengan ukuran 20 mm x 50 mm dimasukkan ke mesin furnice sampai pada temperatur 950oc dengan holding time 30 menit. F. Pengujian Penelitian menggunakan mesin uji tarik, foto makro optik, mikro optik, dan pengujian SEM (EDX) sehingga struktur mikro dari sambungan tersebut dapat diketahui secara lengkap. 1. Mesin Uji Tarik. Mesin uji tarik yang digunakan dengan merk Sans/SHT-4106, spesifikasi: servo hidrolik, kapasitas maksimum beban 100 ton, dan kontrol data akuisisi

menggunakan

komputer.

Spesimen

diuji

dengan

tujuan

mendapatkan data gaya maksimal untuk menghitung besar tegangan tarik yang terjadi di antarmuka pengelasan difusi. 2. Foto Makro Optik. Foto

makro

optik

merk

Olympus/SZ2-ILST

dengan

spesifikasi:

pembesaran lensa okuler 1 kali, dan pembesaran lensa obyektif 0,8 kali; 1 kali; 1,25 kali; 1,6 kali; 2 kali; 3,2 kali; 4 kali; 5 kali dan 5,6 kali. Alat ini digunakan untuk melihat struktur makro dari permukaan logam yang terjadi akibat adanya difusi. 3. Foto Makro Optik. Foto mikro optik dengan merk Euromex Holland memiliki spesifikasi: pembesaran lensa okuler 10 kali dan pembesaran lensa obyektif 4 kali, 10 kali, 20 kali, dan 40 kali. Foto mikro optik digunakan untuk melihat difusi atom aluminium ke atom baja yang terjadi di antarmuka kedua material. SEM EDX yang digunakan dalam penelitian ini bertujuan untuk mengetahui secara jelas mengenai kandungan unsur yang terbentuk, serta persentase atom di antarmuka aluminium 6061 dengan baja karbon SS 400. Hal tersebut dilakukan supaya dapat menghitung berapa ketebalan lapisan intermetalik yang terjadi di antarmuka. Data–data yang ada dihubungkan sehingga menjadi satu kesatuan dalam penelitian dan dijadikan dasar untuk menarik kesimpulan terhadap fenomena yang terjadi.

commit to user



4. Mesin Uji Kekerasan Vickers Mesin uji kekerasan Vickers memiliki spesifikasi : measuring microscope total 400 x, minimum size of speciment, maximum high 120 mm, maximum depth 160 mm. Accuracy : JIS B 7725, B 7734, and ASTM E-384.

commit to user



G. Langkah-langkah Penelitian:

MULAI

PERSIAPAN PEMBUATAN ALAT: Termokopel, dongkrak , 1 set las asetilen, plat baja, plat aluminium, besi U, pemanas

Preparasi spesimen Al 6061 dan baja karbon SS 400 60 buah

Variasi tekanan : 0,1 Pa ; 0,2 Pa ; 0,3 Pa Variasi komposisi: tanpa filler; Fe 80% Cu 20%; Fe 70% Cu 30%; Fe 60% Cu 40%

VACUM CAMBER ( FURNACE )

SPESIMEN

Uji Tarik Geser

Uji Kekerasan

Uji SEM EDX

PENGOLAHAN DAN ANALISA DATA

KESIMPULAN

SELESAI

Gambar 11. Diagram alir penelitian

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Bab ini akan menguraikan beberapa hasil dan pembahasan tentang pengaruh tekanan dan koposisi filler terhadap karakteristik sambungan las difusi logam tidak sejenis antara aluminium 6061 dan baja karbon SS 400. A. Struktur Makro Foto struktur makro ini sangat penting dalam melihat sampai sejauh mana fenomena yang terjadi pada daerah antarmuka. Banyaknya fakta yang dapat terungkap dalam tahap ini akan sangat berarti dalam penelitian. Walaupun tidak semua fakta yang dapat diungkapkan pada bagian ini, namun awal dari fenomena difusi antarmuka dapat dijelaskan secara faktual. Terjadinya difusi antarmuka akan sangat jelas terlihat pada struktur mikro aluminium 6061 dan baja karbon SS 400 karena pembesaran bertambah. Data yang dapat diperoleh melalui struktur makro ini yaitu daerah difusi, porositas, logam dasar, dan keretakan antarmuka. Penyebab yang terungkap melalui struktur makro ini dapat diketahui dari awal sehingga fenomena yang terjadi semakin jelas. Hasil dari struktur makro ini sangat bervariasi, hal ini diakibatkan oleh parametar dari penelitian. Parameter tersebut adalah variasi tekanan dan komposisi filler. Hasil struktur makro dari penelitian ini seperti yang terlihat masih harus di dukung dengan data–data yang lain. Data–data tersebut berasal dari struktur mikro. Struktur mikro datanya juga harus di dukung data SEM sehingga dapat dianalisa dan menentukan kesimpulan dalam penelitian. Struktur makro seperti yang terlihat adalah hasil penelitian tentangn pengelasan difusi logam yang tidak sejenis yaitu Al 6061 dan baja karbon SS 400 dengan variasi tekanan dan komposisi filler. Agar terlihat dengan jelas struktur mikro serta fenomena yang terdapat pada pengelasan difusi antara Al 6061 dan baja karbon SS 400 perlu melakukan etsa. Material yang akan di etsa harus terlebih dahulu dihaluskan dengan cara digosok dengan kertas amplas secara bertahap. Selanjutnya dipoles diatas kain menggunakan autosol sesuai dengan ASTM E3–01. Bahan–bahan yang digunakan dalam mengetsa material

commit to user 20



aluminium yaitu aquades 47,5 ml; HNO3 1,25 ml ; HCl 0,75 ml ; HF 0,5 ml. Bahan etsa untuk baja yaitu HNO3 1 ml dan aquades 10 ml. Aluminium dicelup pada larutan eksa selama 10–15 detik , setalah itu kemudian baja dicelup selama 1–3 detik. Daerah difusi

Daerah difusi

Al

Baja

500µm

Al

500µm Baja

a. Tanpa filler tekanan 0,1 Pa

b. Tanpa filler tekanan 0,2 Pa

Daerah difusi

Al

500µm

Baja

c. Tanpa filler tekanan 0,3 Pa Gambar 12. Struktur makro spesimen tanpa filler Struktur makro memperlihatkan terjadinya difusi antarmuka aluminium dan baja (Gambar 12.a). Hasil difusi aluminium ke baja nampak saling menyatu dengan baik. Pada kondisi ini tidak terdapat filler sebagai promotor, hanya menggunakan tekanan sebesar 0,1 Pa. Aluminium 6061 adalah merupakan alumunium paduan Al-Mg-Si. Oleh karena itu sangat tampak unsur magnesium yang berbentuk batangan pada permukaan aluminium. Gambar 12.b terdapat retakan sepanjang antarmuka aluminium dan baja. Hal ini dapat diakibatkan oleh tidak terdifusinya dengan baik atom aluminium ke atom baja. Atom aluminium berjari–jari 1,43 Å sedangkan atom baja 1,26 Å perbedaan yang cukup besar ini yang mengakibatkan difusi interstisi tidak berjalan dengan sempurna.

commit to user



Anrinal (2013) menyatakan bahwa terjadinya keretakan salah satunya diakibatkan oleh jari–jari atom yang terlalu besar perbedaannya. Gambar 12.c terdapat daerah difusi yang semakin banyak mengakibatkan permukan keduanya saling menyatu dengan baik. Difusi aluminium ke baja pada gambar ini cukup baik. Retakan antarmuka kedua material tidak terlihat. Loop pada paduan Al-Mg terjadi akibat kekosongan yang dihasilkan oleh oksidasi ketika atom magnesium terserap (Smallman dan Bishop, 2000). Hal ini sangat nampak terlihat memenuhi permukaan aluminium berbentuk batangan prisma. Lapisan intermetalik yang terbentuk oleh difusi kedua material yang tidak sejenis juga terlihat sangat jelas. Jika kita menarik garis dari sisi kiri pada lapisan intermetalik menebal dan berangsur–angsur menipis sampai ke sisi kanan. Hal ini disebabkan oleh penetrasi dari atom aluminium ke atom baja pada permukaan tidak sama besar sehingga ketebalan lapisan intermetalik tidak akan sama.

Daerah difusi

Al

Al

Daerah difusi

Baja 500µm

Baja

a. Fe 80% Cu 20%, tekanan 0,1 Pa

Al

500µm

b. Fe 80% Cu 20%, tekanan 0,2 Pa

Daerah difusi

Baja

500µm

c. Fe 80% Cu 20%, tekanan 0,3 Pa Gambar 13. Struktur makro spesimen dengan komposisi filler Fe 80% Cu 20%.

commit to user



Terjadi porositas pada daerah difusi antarmuka, hal ini dapat diakibatkan oleh kosongan atom yang terinterstisi (Gambar 13.a). Gambar 13.b dan c terlihat daerah antarmuka aluminium dan baja terjadi difusi, akan tetapi pengaruh unsur Cu membawa dampak terhadap porositas. Oleh karena itu terdifusinya aluminium ke baja tidak terjadi dengan sempurna yang diakibatkan porositas pada kedua material. Hal tersebut juga dikemukakan oleh Shabestari dan Moemeni (2004) menemukan bahwa semakin banyak kandungan Cu akan meningkatkan porositas dan menurunkan kekuatan tarik. Variasi tekanan yang terjadi dipermukaan kedua material sangat jelas terlihat. Dimana semakin besar tekanan yang diberikan, maka penetrasi atom akan semakin baik.

Daerah difusi

Baja

Daerah difusi

Al

Baja

500µm


Al

500µm


Daerah difusi

Al

500µm

Baja

c. Fe 70% Cu 30%, tekanan 0,3 Pa Gambar 14. Struktur makro spesimen dengan komposisi filler Fe 70% Cu 30%.

Daerah antarmuka memperlihatkan aluminium dan baja terjadi difusi (Gambar 14 a, b dan c). Penambahan persentase kandungan Cu berakibat dengan semakin banyaknya daerah yang mengalami porositas. Porositas yang telihat terjadi pada daerah

commit to user



antarmuka Al 6061 dan baja karbon SS 400. Daerah ini merupakan lapisan intermetalik. Lapisan intermetalik terbentuk oleh adanya pengerasan presipitasi berupa senyawa antar logam dan kemudian membentuk suatu unsur yang baru (Anrinal, 2013).

Daerah difusi

Baja

Daerah difusi

Al

500µm

500µm

Baja


Al


Daerah difusi

Al

Baja

500µm

c. Fe 60% Cu 40%, tekanan 0,3 Pa Gambar 15. Struktur makro spesimen dengan komposisi filler Fe 60% Cu 40%. Menunjukkan bahwa terjadi retakan antarmuka kedua material (Gambar 15.a). Hal ini diakibatkan oleh difusi aluminium ke baja yang tidak terjadi dengan sempurna. Hal lain yang menyebabkan yaitu pada sisi lapisan intermetalik terjadi retakan disepanjang permukaan dan saling menyatu sehingga membentuk retakan antarmuka. Keretakan awal pada sambungan las alumnium dan baja bermula dari lapisan intermetalik (Movahedi et al, 2013). Gambar 15.b terdifusinya kedua material, walaupun porositas dan keretakan tidak dapat dihindarkan. Gambar 15.c memperlihatkan daerah antarmuka aluminium dan baja terjadi difusi. Kandungan filler Cu sebanyak 40% merupakan persentasi Cu tertinggi dari penelitian ini. Dampaknya terhadap

daerah porositas

semakin banyak dan juga berakibat terhadap menurunnya kekuatan tarik. Keretakan

commit to user



antarmuka juga tidak dapat dihindari, walaupun tidak terjadi di sepanjang permukaan kedua material. Hasil struktur makro memperlihatkan bahwa ada fenomena lain yang terungkap yaitu terjadinya keretakan di antarmuka. Keretakan yang terjadi adalah transgranular dimana keretakan terjadi di sepanjang permukaan. Hal ini berawal dari porositas yang terjadi di antarmuka pada lapisan intermetalik dan berakibat menurunnya kekuatan tarik pada material tersebut. B. Struktur Mikro

Baja

Baja

Daerah difusi

Daerah difusi

200µm

200µm

a. Tanpa filler tekanan 0,1 Pa

b. Tanpa filler tekanan 0,2 Pa

Baja

Daerah difusi

200µm c. Tanpa filler tekanan 0,3 Pa Gambar 16. Struktur mikro spesimen tanpa filler Daerah yang terdifusi mengakibatkan atom aluminium menyatu ke atom baja sebesar 63,59 at%. (Gambar 16.a). Penyatuan atom aluminium ke baja cukup baik, sehingga kinetika atom dapat terjadi.

Hal ini terlihat pada gambar 16.b dan c bahwa

kedua material tersebut terjadi difusi. Jika dihubungkan dengan hasil SEM maka akan terlihat pengerasan padat presipitasi berupa lapisan intermetalik FeAl3. Lapisan ini terbentuk oleh atom Al-Fe. Jumlah atom aluminium dengan persentase yang melebihi

commit to user



separuh memberikan indikasi bahwa material Al 6061 dapat dilakukan penyambungan dengan SS 400 dengan metode difusi.

Baja

Baja

Daerah difusi

Daerah difusi

200µm

200µm a. Fe 80% Cu 20% tekanan 0,1 Pa

Baja

b. Fe 80% Cu 20% tekanan 0,2 Pa

Daerah difusi

200µm c. Fe 80% Cu 20% tekanan 0,3 Pa Gambar 17. Struktur mikro spesimen dengan komposisi filler Fe 80% Cu 20%. Daerah difusi yang mengakibatkan atom aluminium menyatu ke atom baja sebesar 55,25 at%. (Gambar 17.a). Atom aluminium terjadi penurunan jumlah persentasi jika dibandingkan dengan sabungan las difusi tanpa filler. Hal ini diakibatkan oleh filler sebagai promotor tidak mampu membawa atom aluminium untuk menyatu secara baik. Jika kita membandingkan dengan komposisi filler yang sama maka besarnya tekanan yang diberikan membuat daya penetrasi atom akan semakin besar pula. Hal ini terlihat pada gambar 17.b dan c bahwa jumlah atom aluminium ke baja sampai 58,13 at%. Terjadinya kenaikan jumlah persentasi atom aluminium ke baja sebesar 2,88%.

commit to user



Daerah difusi

Baja

Baja

Daerah difusi

200µm

200µm

a. Fe 70% Cu 30% tekanan 0,1 Pa


Daerah difusi

Baja

200µm

c. Fe 70% Cu 30% tekanan 0,3 Pa Gambar 18. Struktur mikro spesimen dengan komposisi filler Fe 70% Cu 30%. Daerah yang terdifusi yang mengakibatkan atom aluminium menyatu ke atom baja sebesar 61,57 at%. (Gambar 18.a). Hal ini jika dibandingkan dengan komposisi yang sama pada gambar 18.b dan c terlihat jumlah persentase atom aluminium ke baja sampai 59,23 at% Al. Terjadinya penurunan jumlah persentase atom aluminium ke baja sebesar 2,34%. Hal ini terjadi oleh karena laju kinetik atom aluminium untuk terdifusi secara interstisi atau vakansi ke atom baja tidak berjalan dengan baik disebabkan oleh beban yang tidak merata. Pembebanan yang tidak merata dapat juga terjadi pada saat akan memasukkan spesimen ke dalam furnace. Sehingga difusi antarmuka pada kedua material tidak akan berlangsung dengan baik. Pembebanan tidak merata juga bisa diakibatkan oleh meletakkan beban diatas spesimen tidak tepat berada ditengah-tengah. Akibatnya pada proses difusi atom tidak mendapat tekanan yang cukup untuk berpindah posisinya semula.

commit to user



Daerah difusi

Daerah difusi

Baja

Baja

200µm

200µm

a. Fe 60% Cu 40% tekanan 0,1 Pa


Baja Daerah difusi

200µm

c. Fe 60% Cu 40% tekanan 0,3 Pa Gambar 19. Struktur mikro spesimen dengan komposisi filler Fe 60% Cu 40%. Daerah yang terdifusi yang mengakibatkan atom aluminium didaerah baja sebesar 58,29 at%. (Gambar 19.a). Adanya perubahan besar tekanan yang diberikan, maka penetrasi atom akan semakin besar pula. Gambar 19.b dan c terlihat persentase atom aluminium menyatu ke atom baja sampai 60,98 at%. Terjadinya peningkatan jumlah persentase atom aluminium ke atom baja sebesar 2,69%. Fenomena yang terjadi pada penelitian ini membuktikan bahwa semakin tinggi tekanan yang diberikan pada komposisi yang sama maka semakin tinggi pula tingkat penyatuan atom Al ke baja. Hal itu berarti dengan tekanan memberi pengaruh signifikan terhadap difusi antarmuka Al 6061 dan baja karbon SS 400. Sedangkan pada komposisi filler terjadi penurunan kekuatan tarik seiring dengan semakin banyaknya kandungan Cu. Hal ini diakibatkan oleh porositas pada kedua material semakin besar.

commit to user



C. SEM EDX

Fe 23,87 at% Al 63,59 at% FeAl3

a. SEM

b. EDX

Gambar 20. SEM EDX spesimen tanpa filler tekanan 0,1 Pa Daerah mapping SEM EDX memperlihatkan bahwa jumlah atom aluminium ke baja pada tekanan 0,1 Pa sebesar 63,59 at% (Gambar 20.b). Lapisan intermetalik terbentuk dengan ketebalan 0,6 µm. Sehingga membentuk unsur FeAl3 (Gambar 20.a). Jika dihubungkan dengan nilai kekerasanya mencapai 837,6 HV. Torkamany et al (2010) menyatakan unsur FeAl3 memiliki nilai kekerasannya 820-980 HV.

Fe 21,54 at% Al 59,02 at%

FeAl3

a. SEM

b. EDX

Gambar 21. SEM EDX spesimen tanpa filler tekanan 0,3 Pa Hasil SEM EDX memperlihatkan bahwa jumlah atom aluminium ke baja disebabkan oleh kemampuan material untuk saling terdifusi. Pada tekanan 0,3 Pa atom aluminium terdifusi ke baja sebesar 59,02 at% (Gambar 21.b). Lapisan intermetalik terbentuk dengan ketebalan 0,4 µm. Gambar 21.a terbentuk unsur FeAl3 di antarmuka pengelasan difusi.. Jika dihubungkan dengan hasil uji tarik geser menunjukkan hasil

commit to user



tertinggi sebesar 7,11 MPa. Hasil uji kekerasanya tertinggi mencapai 899,3 HV. Hasil ini didukung penalitian sebelumnya oleh Schimek et al (2012) menyatakan bahwa FeAl3 memiliki nilai kekerasan 820-920 HV.

Fe 22,38 at%

FeAl3

Al 55,25 at%

a. SEM

b. EDX

Gambar 22. SEM EDX komposisi filler Fe 80% Cu 20% tekanan 0,1 Pa SEM EDX memperlihatkan bahwa atom aluminium menyatu ke baja disebabkan oleh kemampuan kedua material saling terdifusi. Lapisan intermetalik terbentuk dengan ketebalan 0,7 µm. Pada tekanan 0,1 Pa aluminium terdifusi ke baja sebesar 55,25 at% (Gambar 22.b). Unsur yang terbentuk di antarmuka yaitu lapisan intermetalik FeAl3 (Gambar 22.a). Nilai kekerasan dari unsur ini adalah 736,3 HV. Spesimen ini terjadi penurunan nilai kekerasan yang diakibatkan oleh adanya pengaruh filler Cu sebagai promotor yang berpotensi menyebabkan terjadinya porositas.

FeAl3 Fe 22,50 at% Al 58,13 at%

a. SEM

b. EDX

Gambar 23. SEM EDX komposisi filler Fe 80% Cu 20% tekanan 0,3 Pa

commit to user



Atom aluminium yang menyatu ke baja disebabkan oleh kemampuan material untuk saling terdifusi(Gambar 23). Pada tekanan 0,3 Pa aluminium terdifusi ke baja sebesar 58,13 at% (Gambar 23.b). Lapisan intermetalik terbentuk dengan ketebalan 0,8 µm. Sehingga membentuk unsur FeAl3 di antarmuka pengelasan difusi(Gambar 23.a). Penelitian sebelumnya dilakukan oleh Tricarico et al (2009) menemukan lapisan intermetalik yang terbentuk dengan unsur FeAl3 pada pengelasan Fe dan Al. Terjadi penurunan kekuatan tarik geser menjadi 5,18 MPa. Hal ini diakibatkan oleh bertambahnya ketebalan lapisan intermetalik yang terbentuk menjadi unsur FeAl3. Rattana et al (2007) menemukan hal yang sama yaitu semakin tebal lapisan intermetalik akan menurunkan kekuatan tariknya.

Fe 23,08 at% Al 61,57 at% FeAl3

a. SEM

b. EDX

Gambar 24. SEM EDX komposisi filler Fe 70% Cu 30% tekanan 0,1 Pa Atom aluminium yang menyatu ke baja disebabkan oleh kemampuan kedua material untuk saling terdifusi. Lapisan intermetalik terbentuk dengan ketebalan 0,7 µm. Sehingga membentuk unsur FeAl3 di antarmuka pengelasan difusi(Gambar 24.a). Pada tekanan 0,1 Pa aluminium terdifusi ke baja sebesar 61,57 at% (Gambar 24.b).

Fe 22.64 at% Al 59,23 at% FeAl3

a. SEM

b. EDX


commit to user



SEM EDX memperlihatkan bahwa atom aluminium yang menyatu ke atom baja disebabkan oleh kemampuan material saling terdifusi. Pada tekanan

0,3 Pa atom

aluminium terdifusi ke baja sebesar 59,23 at% (Gambar 25.b). Lapisan intermetalik terbentuk dengan ketebalan 0,7 µm. Sehingga membentuk unsur FeAl3 di antarmuka pengelasan difusi (Gambar 25.a).

Fe 20,88 at% Al 58,29 at% FeAl3 `

a. SEM

b. EDX

Gambar 26. SEM EDX komposisi filler Fe 60% Cu 04% tekanan 0,1 Pa Gambar 26 memperlihatkan atom aluminium menyatu ke atom baja yang disebabkan oleh kedua material saling terdifusi. Pada tekanan 0,1 Pa atom aluminium terdifusi ke atom baja sebesar 58,29 at% (Gambar 26.b). Lapisan intermetalik terbentuk dengan ketebalan 0,9 µm. Sehingga membentuk unsur FeAl3 di antarmuka pengelasan difusi (Gambar 26.a). Hasil kekuatan tarik geser pada komposisi ini terrendah yaitu sebesar 1,64 MPa dibanding dengan yang lain. Hal tersebut diakibatkan oleh tebalnya lapisan intermetalik yang terbentuk. Semakin tebal lapisan intermetalik akan menurunkan kekuatan tariknya (Tsutomu et al, 2009)

Fe 21,99 at% Al 60,98 at%

FeAl3 a. SEM

b. EDX


commit to user



SEM EDX memperlihatkan atom aluminium menyatu ke atom baja disebabkan oleh kemampuan material untuk saling terdifusi (Gambar 27). Pada tekanan 0,3 Pa atom aluminium terdifusi

ke atom baja sebesar 60,98 at% (Gambar 27.b). Lapisan

intermetalik terbentuk dengan ketebalan 0,6 µm. Oleh karena itu membentuk unsur FeAl3 di antarmuka pengelasan difusi (Gambar 27.a). Kekuatan tarik gesernya mengalami kenaikan menjadi 1,92 MPa. Hal ini diakibatkan oleh menurunnya ketebalan lapisan intermetalik. D. Kekerasan Pengujian kekerasan Vickers yang dilakukan pada setiap spesimen diperoleh tingkat kekerasan yang bervariasi (Gambar 28). Spesimen tanpa filler dengan tekanan 0,1 Pa pada lapisan intermetalik kekerasannya 837,6 HV. Kekerasan ini membentuk lapisan intermetalik FeAl3. Torkamany et al (2010) menemukan bahwa lapisan intermetalik FeAl3 mempunyai nilai kekerasan 820-980 HV. Pada tekanan 0,3 Pa kekerasanya naik menjadi 899,3 HV. Hal ini terjadi akibat adanya perubahan tekanan, sehingga perubahan tersebut membentuk atom Fe menjadi lebih kecil pada daerah difusi seperti yang terlihat pada struktur mikro. Komposisi filler Fe 80% Cu 20 % pada tekanan 0,1 Pa kekerasanya 736,3 HV. Lapisan intermetalik yang terbentuk yaitu FeAl3. Pada tekanan sebesar 0,3 Pa nilai kekerasanya naik sebesar 787,2 HV. Hal dipengaruhi oleh kenaikan tekanan serta semakin banyak persentase kandungan Fe pada daerah difusi. Semakin tinggi kandungan Fe dan semakin rendah kandungan Cu maka kekerasannya akan semakin meningkat (Suarez et al, 2011). Kekerasan 661 HV pada komposisi filler Fe 70% Cu 30% pada tekanan 0,1 Pa dan tekanan 0,3 Pa kekerannya naik menjadi 753 HV. Hal ini terjadi akibat tekanan yang meningkat dari 0,1Pa menjadi 0,3Pa didaerah difusi. Meningkatnya kadar Cu akan berbanding lurus dengan porositas yang tenjadi. Shabestari dan Moemeni (2004) mengatakan dalam penelitiannya bahwa semakin tinggi kadar Cu maka tingkat porositas akan semakin banyak pula. Komposisi filler Fe 60% Cu 40% pada tekanan 0,1 Pa kekerasannya 640,7 HV dan pada tekanan 0,3 Pa sebesar 747,5 HV. Peningkan nilai kekerasan pada komposisi ini diakibatkan oleh faktor tekanan yang diberikan sehingga ketebalan lapisan padat presipitasi yaitu lapisan intermetalik menjadi 0,6 µm. Data kekerasan yang diperoleh menunjukkan bahwa tingkat kekerasan akan naik sebanding

commit to user



dengan besarnya tekanan yang diberikan. Terdapatnya hubungan yang signifikan antara tekanan dan kekerasan antarmuka pada sambungan difusi dan adanya kecenderungan

Kekerasan Vickers

nilai kekerasan dipengaruhi oleh tebalnya lapisan intermetalik Mahendran et al (2010). 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0

Tekanan 0,1 Pa Tekanan 0,3 Pa

Tanpa Filler

Fe 80%, Cu Fe 70%, Cu Fe 60%, Cu 20% 30% 40%

Gambar 28. Grafik hasil uji kekerasan vickers E. Kekuatan Tarik Geser Semakin besar tekanan yang diberikan maka kekuatan tariknya akan bertambah (Gambar 29). Sebaliknya dengan semakin banyaknya kandungan Cu yang terdapat pada setiap filler maka terjadi penurunan kekuatan tarik. Hal ini di tampilkan agar pengaruh parameter yang digunakan dalam penelitian ini semakin jelas.

Kekuatan Tarik Geser (MPa)

8 7 6 5 4

Tekanan 0,1 Pa

3

Tekanan 0,2 Pa Tekanan 0,3 Pa

2 1 0 Tanpa Filler

Fe 80 %, Cu 20 %

Fe 70 %, Cu 30 %

Fe 60 %, Cu 40 %

Gambar 29. Grafik perbandingan tekanan, kekuatan tarik geser dan variasi filler

commit to user



F. Foto Spesimen Hasil Uji Tarik. Foto makro ini memperlihatkan secara visual dari hasil pengujian tarik geser yang telah dilakukan pada Laboratorium Material Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta. Berdasarkan foto hasil uji tarik ini dapat memberikan gambaran tentang struktur permukaan logam yang terjadi setelah dilakukan pengujian tarik geser secara visual. Deteksi terhadap gejala apa yang terjadi pada kedua material ini dapat disampaikan sehingga tidak ada yang terhilang dari awal hingga akhir dari penelitian ini. Penjelasan secara komperhensif sangat dibutuhkan guna untuk mengungkap fenomena yang terjadi dalam penelitian. Penelitian ini mengungkapkan secara jelas tentang fenomena pengelasan logam yang tidak sejenis. Fenomena tersebut mengungkapkan pengaruh tekanan terhadap karakteristik sambungan las difusi antara aluminium 6061 dan baja karbon SS 400. Parameter yang digunakan untuk menjawab fenomena tersebut pada pengelasan difusi ini yaitu variasi tekanan dan komposisi filler. Data-data yang diperoleh kemudian diolah sehingga memberikan jawaban terhadap apa yang akan diungkap dalam penelitian. Banyaknya gambar pada penelitian ini semata-mata untuk menjalaskan setiap tahap dari proses penelitian ini, sehingga tahap satu dengan yang lain saling berkesinambungan dan hasil yang diperoleh dapat dianalisis. Analisa antarmuka hasil uji tarik geser bertujuan untuk menggambarkan adanya pengaruh dari parameter dalam penelitian ini. Parameter berupa tekanan dan komposisi filler akan berperan penting dalam memberikan kesimpulan terhadap hasil penelitian. Permukaan dari Al 6061 dan baja karbon SS 400 di setiap hasil uji tarik geser terlihatnya adanya difusi yang menandakan bahwa kedua material tersebut dapat di sambung dengan proses difusi. Bentuk permukaan dari setiap hasil uji tarik geser memberikan suatu gambaran yang sangat penting akan fenomena apa yang terjadi. Apakah permukaan berlubanglubang atau terjadi retakan. Hal ini yang akan dibahas pada hasil uji tarik disetiap spesimen. Fenomena yang terjadi pada permukaan hasil uji tarik geser tersebut akan dihubungkan makro dan mikro optik serta hasil tes yang lain seperti uji kekerasan dan SEM EDX untuk mendapatkan data akurat yang akan dianalisa menjadi kesimpulan.

commit to user



a. Logam dasar Al

b. Logam dasar baja

500µm

500µm

Tanpa filler 0,1 Pa

500µm

500µm

500µm

500µm

Tanpa filler 0,2 Pa

Tanpa filler 0,3 Pa Gambar 30. Hasil uji tarik spesimen tanpa filler Secara visual sambungan antarmuka pada aluminium dan baja banyak terdapat porositas (Gambar 30). Pada sambungan tanpa filler dengan tekanan 0,1 Pa dan 0,2 Pa terlihat banyak kemiripan. Permukaan aluminium banyak terjadi kekosongan atom. Hal ini diakibatkan oleh perpindahan atom antarmuka tidak sempurna. Atom yang bermigrasi atau berpindah secara difusi dari aluminium ke baja kecendrungan tidak sebanding. Atom aluminium sebesar 63,59 at % dan atom baja sebagai pelarut sebesar 23,87 at %. Fakta ini diperkuat oleh pernyataan Smallman dan Bishop (2000) yang mengatakan bahwa kekosongan atom terjadi tergantung dari kemampuan atom tersebut

commit to user



melepaskan diri dari yang mengikatnya. Selisih atom Al dengan atom baja yaitu 39,72 at %. Jika dihubungkan dengan hasil uji kekerasan hasilnya 837,6 HV. Hasil kekerasan tersebut membentuk lapisan intermetalik FeAl3. Hasil ini lebih rendah jika dibandingkan dengan spesimen tanpa filler pada tekanan 0,3 Pa. Hal ini diakibatkan oleh membesarnya atom–atom baja yang berada dekat daerah difusi seperti yang nampak pada struktur mikro. Spesimen tanpa filler dengan tekanan 0,3 Pa dimana jumlah atom aluminium sebesar 59,02 at % dan atom baja sebagai sebesar 21,54 at %. Perbandingan antara atom aluminium dan atom baja sebesar 37,48 at %. Lapisan intermetalik yang terbentuk di antarmuka yaitu FeAl3. Spesimen ini kekerasannya 899,3 HV menunjukkan terjadi kenaikan disebabkan oleh semakin merapatnya atom–atom baja yang terdapat disekitar daerah difusi dan ini juga akibat dari kenaikan tekanan yang diberikan. Pada kondisi ini dimana atom aluminium dan atom baja pada tekanan 0,3 Pa tanpa filler menyatu dengan sangat baik, membuktikan bahwa kedua material dapat dilakukan penyambungan. Hal ini juga terlihat dari hasil uji tarik gesernya memiliki kekuatan terbesar dibanding dengan yang lain yaitu 7,11 MPa. Fakta ini semakin jelas apabila kita melihat dari hasil uji tarik yang dilakukan serta membandingkan dengan tekanan yang diberikan. Terdapat hasil kekuatan tarik geser yang meningkat berbanding lurus dengan tekanan yang diberikan pada permukaan. Hal ini disebabkan oleh daerah intermetalik yang terbentuk semakin kecil. Hasil ini diperkuat dengan adanya penelitian yang dilakukan oleh Rattana et al (2007) menyatakan bahwa semakin tipis lapisan intermetalik pada pengelasan Al–Fe maka kekuatan tariknya akan semakin tinggi. Semakin tebal lapisan intermetalik maka kekuatan tariknya akan semakin menurun. Hal ini diakibatkan oleh karakteristik lapisan intermetalik yang rapuh. Lapisan intermetalik yang rapuh ini akan semakin berdampak tidak baik dengan adanya porositas yang terjadi pada material. Hal ini akan mengurangi tingkat kekuatan tariknya serta kekerasannya. Data yang diperoleh menunjukkan bahwa pengaruh Cu sebagai filler yang juga berfungsi sebagi promotor memberikan dampak terhadap pembentukan porositas yang cukup besar. Semakin besar pesentase kandungan Cu pada filler maka porositasnya semakin banyak.

commit to user



a. Logam dasar Al

b. Logam dasar baja

500µm

500µm

500µm

500µm

500µm

500µm

Tekanan 0,1 Pa

Tekanan 0,2 Pa

Tekanan 0,3 Pa Gambar 31. Hasil uji tarik spesimen dengan filler Fe 80% Cu 20% Hasil uji tarik memperlihatkan permukaan pada pengelasan difusi sangat berbeda untuk setiap tekanan. Fenomena yang terjadi di pengaruhi oleh banyak faktor, antara lain adalah tekanan dan komposisi filler. Oleh karena itu pengelasan difusi dalam penelitian ini memperlihatkan pengaruh penggunaan variasi komposisi filler dan tekanan. Variasi filler menggunakan unsur Fe dan Cu sebagai promotor sambungan. Promotor ini yang diharapkan dapat menjadi media antara sehingga pengelasan difusi dapat berjalan dengan baik. Gambar 31 dengan komposisi filler Fe 80% Cu 20% dan tekanan 0,1 Pa

terlihat daerah yang menyatu lebih kecil. Atom aluminium yang

commit to user



menyatu ke atom baja sebesar 55,25 at %, jika dibandingkan dengan atom baja hanya 28,38 at %. Apabila dihubungkan dengan hasil pada uji kekerasanya mencapai 736,3 HV. Lapisan intermetalik yang terbentuk yaitu FeAl3. Dibandingkan dengan tekanan 0,3 Pa atom aluminium 58,13 at % dan baja sebesar 22,50 at %. Nilai kekerasanya mencapai 787,2 HV. Lapisan intermetalik yang terbentuk FeAl3. Bertambahnya kekerasan pada tekanan 0,3 Pa diakibatkan oleh bertambah tekanan pada lapisan intermetalik yang membuat atom-atom Fe-Al semakin merapat. Selisih atom aluminium ke atom baja akan sangat tampak pada permukaan kedua material. Apabila selisih ini menunjukkan jarak yang terlalu besar maka terjadi kekosongan atom disalah satu material. Tekanan 0,1 Pa selisih jumlah persetase atom aluminium ke baja sebesar 32,87 at % dibandingkan dengan komposisi filler yang sama tetapi pada tekanan 0,3 Pa terdapat 35,63 at%. Hal ini dipengaruhi oleh besarnya tekanan yang terjadi dipermukaan benda. Pengaruh komposisi filler dengan unsur Fe–Cu sebagai promotor juga memberikan dampak terhadap menyatunya atom aluminium ke atom baja, terlihatnya pada kedua permukaan material terdapat daerah porositas yang cukup banyak. Salah satu penyebab semakin tingginya porositas yang terjadi diakibatkan oleh adanya unsur Cu sebagai promotor dalam pengelasan difusi ini. Senada dengan yang disampaikan oleh peneliti sebelumnya yaitu Shabestari dan Moemeni (2004) mengatakan bahwa semakin besar kandungan Cu maka semakin tinggi tingkat porositasn yang terjadi. Pada hasil uji tarik geser ini jika dibandingkan antara spesimen tanpa filler dengan tekanan 0,1 Pa sampai 0,3 Pa dengan spesimen dengan komposisi filler Fe 80 % dan Cu 20 % terjadi perbedaan yang cukup signifikan. Hal ini terlihat dari nilai kekerasannya dan kekuatan tariknya. Terjadinya penurunan nilai kekerasan dan kekutan tarik gesernya ini diperkuat juga dengan hasil foto spesimen uji tarik. Permukaan yang menyatu pada spesimen tanpa filler terlihat hampir disemua permukaan, sedangkan pada spesimen dengan komposisi filler Fe 80 % dan Cu 20 % dengan tekanan 0,1 Pa hanya sebagian saja

yang menyatu. Daerah permukaan banyak terdapat rongga-rongga yang

mengindikasikan adanya porositas yang cukup banyak. Keretakan juga tampak pada logam dasar aluminium pada spesimen komposisi filler Fe 80 % dan Cu 20 % dengan

commit to user



tekanan 0,1 Pa. Hal ini diakibatkan oleh banyaknya rongga yang mengakibatkan retakan transgranular. a. Logam dasar Al

b. Logam dasar baja

500µm

500µm

Tekanan 0,1 Pa

500µm

500µm

Tekanan 0,2 Pa

500µm

500µm

Tekanan 0,3 Pa Gambar 32. Hasil uji tarik spesimen dengan filler Fe 70% Cu 30% Kepadatan antarmuka pada logam dasar aluminium dan baja semakin berkurang (Gambar 32). Hal ini disebabkan oleh semakin banyaknya kandungan Cu pada komposisi filler. Atom aluminium sebesar 61,57 at %, sedangkan atom baja 23,08 at % pada tekanan 0,1 Pa. Jika di hubungkan dengan hasil uji kekerasannya sebesar 661 HV. Lapisan intermetalik yang terbentuk diantaramuka yaitu FeAl3. Pada tekanan 0,3 Pa atom aluminium sebesar 59,23 at % dan baja sebesar 22,64 at %. Nilai kekerasannya sebesar 753 HV. Pada komposisi ini terjadi peningkatan

commit to user



kekerasan 92 HV. Hal tersebut diakibatkan oleh adanya pengaruh tekanan yang diberikan sebesar 0,2 Pa. Dibandingkan pada tekanan 0,1 Pa tekanan 0,3 Pa terlihat jelas daerah yang menyatu lebih banyak. Ada hal yang tidak dapat diabaikan pengaruhnya pada pengelasan logam tidak sejenis Al 6061 dan baja karbon SS 400 yaitu faktor tekanan. Faktor tekanan ini sangat memegang peranan penting dalam proses penyambungan. a. Logam dasar Al

b. Logam dasar baja

500µm

500µm

500µm

500µm

500µm

500µm

Tekanan 0,1 Pa

Tekanan 0,2 Pa

Tekanan 0,3 Pa Gambar 33. Hasil uji tarik spesimen dengan filler Fe 60% Cu 40% Daerah antarmuka yang menyatu dan kepadatan pada logam dasar aluminium dan baja semakin berkurang (Gambar 33). Atom aluminium pada tekanan 0,1 Pa sebesar 58,29 at % dan atom baja 20,88 at %. Kekerasannya mencapai 640,7 HV. Pada tekanan

commit to user



0,3 Pa menjadi 60,98 at % dan baja 21,99 at %. Nilai kekerasannya naik menjadi 747,5 HV. Hal ini disebabkan oleh juga adanya penambahan tekanan. Pengaruh tekanan juga tampak di permukaan masing–masing logam dasar yaitu pada tekanan 0,2 Pa dan 0,3 Pa, nampak jelas daerah yang menyatu lebih banyak.

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan Penelitian ini yang menggunakan parameter komposisi filler dan tekanan, menghasilkan kesimpulan sebagai berikut : 1. Lapisan yang terbentuk di antarmuka sambungan las Al 6061 dan baja karbon SS 400 adalah lapisan intermetalik FeAl3. 2. Semakin banyak kandungan Cu pada filler maka akan menurunkan kekuatan tarik geser dari material tersebut. 3. Kekuatan tarik geser yang tertinggi adalah pada spesimen tanpa filler dengan tekanan 0,3 Pa yaitu 7,11MPa dan terendah adalah spesimen dengan komposisi filler Fe 60% Cu 40% tekanan 0,1 Pa yaitu sebesar 1,64 MPa. Ketebalan lapisan intermetalik yang terendah yaitu pada spesimen tanpa filler dengan tekanan 0,3 Pa sebesar 0,4 µm dan yang tertinggi pada spesimen dengan komposisi filler Fe 60% Cu 40% tekanan 0,1 Pa sebesar 0,9 µm. Tekanan yang diberikan sampai batas tertentu akan berpengaruh terhadap kenaikan kekuatan tarik geser dan kekerasannya. 4. Kekerasan tertinggi yaitu 899,3 HV terjadi pada spesimen tanpa filler dengan tekanan 0,3 Pa dan terendah pada spesimen Fe 60% Cu 40% di tekanan 0,1 Pa yaitu sebesar 640,7 HV. B. Saran Peneliti yang ingin mengembangkan pengelasan difusi sebaiknya tidak menggunakan Cu dengan persentase yang tinggi karena akan membuat porositas pada material yang disambung, selain itu tekanan sebaiknya juga dikontrol sedemikian rupa karena penggunaan tekanan yang berlebihan akan mengakibatkan deformasi.

commit to user 43


digilib.uns.ac.id

DAFTAR PUSTAKA Aizawa ,T.M., Kashani K, Okagawa. 2007. Application of Magnetic Pulse Welding for Aluminum Alloys and SPCC Steel Sheet Joints. Welding Journal , Vol. 86 Anrinal. 2013. Metalurgi Fisik. Yogyakarta : Andi. Bouche K, Barbier F, dan Coulet A. 1998. Intermetallic compound layer growth between solid iron and molten aluminium. Mater. Sci. Eng. A 249, 167–175. Bulletin of Binary Phase Diagrams, ASM International, (1994) Chen, CM, Kovacevic, R. 2004. Joining of Al 6061 alloy to AISI 1018 steel by combined effects of fusion and solid state welding. Machine Tools & Manufacture. 44 , 1205–1214. Dinaharan, K, Kalaiselvan, Vijay, SJ, dan Raja, P. 2012. Effect of Material Location and Tool Ratational Speed on Microstructure and Tensil Strength of Dissimilar Friction Stir Welded Aluminium Alloy. Archives of Civil and Mechanical Engineering. 12, 446–456 . Dunkerton, SB. 1995. Procedure Development and Practice Consideration for Diffusion Welding. ASM Handbook, Vol. 6. Hantoro, Sirot dan Tiwan. 2005. Diffusion Bonding Material Tungsten- Baja Dengan Interlayer Ag–4% CU. TEKNOIN. Vol. 10, No. 1. Kimapong, K. and Watanabe, T. 2004. Friction Stir Welding of Aluminum Alloy to Steel. Welding Journal. 277–282 Kobayashi, S, Yakou, T. 2002. Control of Intermetallic Compound Layers at Interface between Steel and Aluminum by Diffusion-Treatment. Mater. Sci. Eng. A 338, 44–53. Mahendra, G, Balasubramanian,V, dan Senthilvelant. 2009. Developing Diffusion Bonding Windows for Joint AZ31B Magnesium–AA 2024 Aluminium Alloy. Material and Design .30, 1240 – 4 . 2010. Influences of Diffusion Bonding Process Parameters on Bond Characteristics of Mg – Cu Dissimilar Joints. Transaction of Nonferrous Metals Society of China. 20, 997 – 1005. Mahoney, MW, dan Bamton, CC. 1995. Fundamentals of Diffusion Bonding. AMS Handbook, Vol. 6. Malek G.F, Hamedi MJ, Torkamany MJ, Sabbaghzadeh J. 2007. Weld Metal Microstructure Characteristics In Pulsed Nd : YAG Laser Welding. Scipta Mater. 56, 955 – 8.

commit to user 44



Masrukan, Fatchatul B, dan Chaerul. 2009. Pemeriksaan Mikrostruktur, Komposisi Kimia Dan Kekerasan Hasil Pengelasan Paduan Al-606. Urania Vol. 15 No.1. Michael R dan Maaz G. 2013. Automobile Production Set new Record, but Alternative Grow Slowly. Vital Signs. Movahedi M, Kokabi A.H, Seyed Reihani S.M, Cheng W.J, Wang C.J. 2013. Effect of Annealing on Joint Strength of Aluminum/Steel Friction Stir Lap Weld. Material and Design. 44, 487 – 492. Qiu A, Rafeng, Shinobu S, dan Chihiro I. 2009. Effect of Interfacial Reaction Layer Continuity on the Tensile Strength of Resistance Spot Welded Joints Between Aluminum Alloy and Steels. Material and Design. 30, 3686–3689. Rattana B, Taisei Y, Yukio M, Yoshihura M. 2007. Suppression Intermetalic Reaction Layer Formation by Controlling Heat Flow in Dissimilar Joining of Steel and Aluminum Alloy. Material Science and Engineering. A 467, 108 – 113. Schimek M, Springer A, Kaerle S, Kracht V, dan Wesling. 2012. Laser Welded Dissimilar Steel- Aluminium Seams for Automotive Light Construction. Physics Procedia. 39, 43–50. Shabestari S.G. dan Moemeni H. 2004. Effect of Copper and Solidification Conditions on The Microstructure and Mechanical Properties of Al – Si – Mg Alloys. Material Processing Technologi. 193 – 198. Smallman R.E. dan R.J. Bishop. 2000. Metalurgi Fisik Modern & Rekayasa Material. Jakarta : Erlangga. Suarez M.A, Esquivel R, Alcantara J, Dorantes H, Chaves J.F. 2011. Effect of Chemical Composition on the Microstucture and Hardness of Al – Cu – Fe Alloy. Materials Characterization. 62, 917 – 923 . Sun X, Khalel Mohammad A. 2007. Dynamic strength evaluations for self-piercing rivets and resistance spot welds joining similar and dissimilar metals. Impact Engineering .34, 1668–1682 Sun X, Stephens EV, Khaleel AH, Shao, and Kimchi M. 2004. Resistance Spot Welding of Aluminium Alloy to Steel with Transition Material-From Process to Performance. Welding Journal.188–195. Taban E, Jerry E.Gould, John C. Lippold. 2010. Dissimilar Friction Welding of 6061 – T6 Aluminum and AISI 1018 Steel: Properties and Microstructural Characterization. Material and Design. 31, 2305 – 2311.

commit to user



Takehiko, Watanabe, Hirofumi Takayama, dan Atsushi Yanagisawa. 2006. Joining of aluminum alloy to steel by friction stir welding. Materials Processing Technology. 178, 342–349. Torkamany M.J, S. Thamtan dan J. Sabbaghzadeh. 2010. Dissimilar Welding of Carbon Steel to 5754 Aluminum Alloy by Nd : YAG Pulser Laser. Material and Design. 31, 458 – 465 Tricarico L, Spina R, Sorgente D, Brandizzi M. 2009. Effects of Heat Treatments on Mechanical Properties of Fe / Al Explosion Welded Structural Transition Joints. Material and Design. 30, 693–700. Tsutomu T, Taiki M, and Tomotake H. 2009. Comprehensive Analysis of Joint Strength for Dissimilar Friction Stir Weld of Mild Steel to Aluminum Alloys. Scripta Materialia. 61, 756 –759 Wijayanto, J. 2012. Pengaruh Feed Rate Terhadap Sifat Mekanik Pada Stir Welding Aluminium. Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) Periode III. Yogyakarta. Wonorahardjo, S. 2013. Metode-metode Pemisahan Kimia. Jakarta. Akademia Permata. Yoshihiko Ulematsu, Keiro Tokaji, Yasunari Tozaki, dan Yasukito Nakashima. 2010. Fatigue Behaviour of Dissimilar Friction Stir Spot Weld between A6061 and SPCC Welded by Scrolled Groove Shoulder Tool. Procedia Engineering. 2, 193–201. Zhao LM, Zhang ZD. 2008. Effect of Zn Alloy Interlayer on Interface Microstructure and Srength of Diffusion Bonded Mg–Al Joints. Scripta Mater. 58, 283–6 .

.

commit to user

PENGARUH TEKANAN TERHADAP KARAKTERISTIK SAMBUNGAN LAS DIFUSI LOGAM TIDAK SEJENIS ANTARA ALUMINIUM 6061 DAN BAJA KARBON SS 400 TESIS

Recommend Documents