commit to user - digital library uns · publikasi sebagian atau keseluruhan isi tesis pada jurnal...

i

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

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

commit to user

ii


commit to user

iii


commit to user

iv

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

v

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

vi

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 diffusion-welding 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

vii

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

viii

Penulis berharap semoga penelitian ini mampu memberikan manfaat dan kontribusi

yang bermakna dalam perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi.

Surakarta, 2014

Penulis


commit to user

ix

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

x

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

xi

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

xii

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


filler Fe 70% Cu 30%....................................................................... 23


filler Fe 60% Cu 40%....................................................................... 24

Gambar 16. Struktur mikro spesimen tanpa filler................................................. 25

Gambar 17. Struktur mikro spesimen dengan komposisi

filler Fe 80% Cu 20%...................................................................... 26


filler Fe 70% Cu 30%...................................................................... 27


filler Fe 60% Cu 40%...................................................................... 28


commit to user

xiii

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




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




commit to user

1

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

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

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

4

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

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

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

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

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 U3Si

2-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

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

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

11

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

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


commit to user

12

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

13

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

Triyono et al (2013)

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

Triyono et al (2013)

Material

C

Mn

Si

P

Cr

Mo

Ni

Cu

Fe SS 400 0,05 0,225 0,15 0,094 0,04 0,05 0,07 0,16 bal

Material Melting Point (oC)

Specific Heat(J/kg.oC)

Density (g/cc)

Thermal Conductivity

(W/mK)

Electrical Resistivity (µΩ.cm)

Al 6061 660 900 2,7 220 2,65

Material Melting Point (oC)

Thermal Conductivity

(W/mK)

Coefficient of Thermal Expansion (µm/m/oC)

Tensile Strenght (Mpa)

Electrical Resistivity (µΩ.cm)

SS 400 1495-1525 12,6 13,0 240 2,65


commit to user

14

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

15

6

2,3

20 50

Gambar 10. Spesimen ukuran dalam mm.

Fe

Al


commit to user

16

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

17

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

18

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

19

VACUM CAMBER ( FURNACE )

KESIMPULAN

SPESIMEN

G. Langkah-langkah Penelitian:

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

besi U, pemanas

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%

PENGOLAHAN DAN ANALISA DATA

Gambar 11. Diagram alir penelitian

MULAI

SELESAI

Preparasi spesimen Al 6061 dan baja karbon SS 400 60 buah

Uji Tarik Geser Uji SEM EDX Uji Kekerasan


commit to user

20

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

21

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.

a. Tanpa filler tekanan 0,1 Pa b. Tanpa filler tekanan 0,2 Pa

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.

Al Daerah difusi

Baja 500µm

Al Daerah difusi

Baja 500µm

Daerah difusi

Baja

Al

500µm


commit to user

22

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.

a. Fe 80% Cu 20%, tekanan 0,1 Pa b. Fe 80% Cu 20%, tekanan 0,2 Pa

c. Fe 80% Cu 20%, tekanan 0,3 Pa

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

Al

Baja 500µm

Daerah difusi

Baja

Baja

Daerah difusi Al

Al

500µm

500µm

Daerah difusi


commit to user

23

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 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

Daerah difusi

Baja

Al

500µm

Daerah difusi

Daerah difusi

Baja

Baja

Al

Al

500µm

500µm


commit to user

24

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).




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

Daerah difusi

Baja

Al

500µm

Daerah difusi

Daerah difusi

Baja

Baja

Al

Al

500µm

500µm


commit to user

25

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

a. Tanpa filler tekanan 0,1 Pa b. Tanpa filler tekanan 0,2 Pa

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

Daerah difusi Baja Daerah difusi Baja

Baja Daerah difusi

200µm 200µm 200µm

200µm


commit to user

26

separuh memberikan indikasi bahwa material Al 6061 dapat dilakukan penyambungan

dengan SS 400 dengan metode difusi.

a. Fe 80% Cu 20% tekanan 0,1 Pa b. Fe 80% Cu 20% tekanan 0,2 Pa

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%.

Baja Daerah difusiDaerah difusi Baja

Daerah difusiBaja

200µm 200µm

200µm


commit to user

27




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.

Baja Daerah difusi Baja Daerah difusi

Baja Daerah difusi

200µm 200µm

200µm


commit to user

28




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.

Baja

Daerah difusi Baja Daerah difusi

Daerah difusi

Baja

200µm 200µm

200µm


commit to user

29

C. SEM EDX

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.

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

FeAl3

FeAl3

Fe 23,87 at%

Al 63,59 at%

Fe 21,54 at%

Al 59,02 at%


commit to user

30

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.

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.

a. SEM b. EDX


FeAl3

FeAl3

Fe 22,38 at%

Al 55,25 at%

Fe 22,50 at%

Al 58,13 at%


commit to user

31

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.

a. SEM b. EDX


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).

a. SEM b. EDX


FeAl3

FeAl3

Fe 23,08 at%

Al 61,57 at%

Fe 22.64 at%

Al 59,23 at%


commit to user

32

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).

` a. SEM b. EDX


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)

a. SEM b. EDX


FeAl3

FeAl3

Fe 20,88 at%

Al 58,29 at%

Fe 21,99 at%

Al 60,98 at%


commit to user

33

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

34

dengan besarnya tekanan yang diberikan. Terdapatnya hubungan yang signifikan antara

tekanan dan kekerasan antarmuka pada sambungan difusi dan adanya kecenderungan

nilai kekerasan dipengaruhi oleh tebalnya lapisan intermetalik Mahendran et al (2010).

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.

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

0100200300400500600700800900

1000

Tanpa Filler

Fe 80%, Cu 20%

Fe 70%, Cu 30%

Fe 60%, Cu 40%

Kek

eras

an V

icke

rs

Tekanan 0,1 Pa

Tekanan 0,3 Pa

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Tanpa Filler Fe 80 %, Cu 20 %

Fe 70 %, Cu 30 %

Fe 60 %, Cu 40 %

Kek

uata

n T

arik

Ges

er (M

Pa)

Tekanan 0,1 Pa

Tekanan 0,2 Pa

Tekanan 0,3 Pa


commit to user

35

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 berlubang-

lubang 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

36

a. Logam dasar Al b. Logam dasar baja

Tanpa filler 0,1 Pa

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

500µm 500µm

500µm 500µm

500µm 500µm


commit to user

37

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

38


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

500µm 500µm

500µm 500µm

500µm 500µm


commit to user

39

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

40

tekanan 0,1 Pa. Hal ini diakibatkan oleh banyaknya rongga yang mengakibatkan retakan

transgranular.


Tekanan 0,1 Pa

Tekanan 0,2 Pa

Tekanan 0,3 Pa


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

500µm 500µm

500µm500µm

500µm 500µm


commit to user

41

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.


Tekanan 0,1 Pa

Tekanan 0,2 Pa

Tekanan 0,3 Pa


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

500µm

500µm

500µm

500µm

500µm 500µm


commit to user

42

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

43

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

44

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

45

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

46

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

commit to user - digital library uns · publikasi sebagian atau keseluruhan isi tesis pada jurnal...

Documents