Page 1
i
ANALISA PENGARUH PERLAKUAN PANAS HASIL
PENGELASAN DENGAN METODE FRICTION STIR
WELDING PADA ALUMINIUM PADUAN (Al-Fe) DENGAN
ALUMINIUM PADUAN (Al-Cu) TERHADAP SIFAT MEKANIS
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I
pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Oleh:
ARFIANTO
D 200 140 056
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2019
Page 5
1
ANALISA PENGARUH PERLAKUAN PANAS HASIL PENGELASAN
DENGAN METODE FRICTION STIR WELDING PADA ALUMINIUM
PADUAN (Al-Fe) DENGAN ALUMINIUM PADUAN (Al-Cu) TERHADAP
SIFAT MEKANIS
Abstrak
Friction stir welding (FSW) adalah proses penyambungan logam tanpa filler dan
tanpa meleleh. Salah satu faktor yang dapat mempengaruhi hasil pengelasan
adalah proses perlakuan panas annealing dan normalizing. Pada penelitian ini
dilakukan pengelasan pada pelat aluminium paduan (Al-Fe) dengan pelat
aluminium paduan (Al-Cu) dengan ukuran 150 × 50 × 30 mm dengan putaran
tools 1500 rpm dan feed rate 60 mm/menit. Penelitian ini bertujuan untuk
mengetahui pengaruh annealing dan normalizing pada temperatur 415°C terhadap
sifat mekanis dari sambungan pelat aluminium paduan (Al-Fe) dengan pelat
aluminium paduan (Al-Cu) menggunakan metode friction stir welding. Dari hasil
penelitian didapatkan bahwa tegangan tarik maksimum dan regangan maksimum
diperoleh oleh spesimen yang di normalizing sebesar 78,33 MPa dan 17,69%.
Dari hasil uji kekerasan Brinell didapatkan bahwa spesimen yang di perlakuan
panas mengalami penurunan nilai kekerasan dibandingkan dengan spesimen yang
tidak di perlakuan panas. Pada daerah las yang tidak di perlakuan panas nilai
kekerasannya sebesar 37,6 BHN, sedangkan pada spesimen yang di annealing
28,3 BHN dan normalizing 28,1 BHN. Dari pengamatan struktur mikro terdapat
daerah terang yang merupakan fasa Al dan daerah gelap yang merupakan fasa
Al2Cu pada aluminium paduan (Al-Cu) atau AlFe3 pada aluminium paduan (Al-
Fe).
Kata Kunci: friction stir welding, annealing, normalizing, aluminium paduan.
Abstract
Friction stir welding (FSW) is the process of connecting metals without fillers and
without melting. One of the factors that can affect the results of welding is the
process of heat treatment of annealing and normalizing. In this study welding was
carried out on aluminum alloy plates (Al-Fe) with aluminum alloy plates (Al-Cu)
with a size of 150 × 50 × 30 mm with a tool rotation of 1500 rpm and a feed rate
of 60 mm / minute. This study aims to determine the effect of annealing and
normalizing at temperatures of 415 ° C on the mechanical properties of aluminum
alloy plate (Al-Fe) joints with aluminum alloy plates (Al-Cu) using the friction
stir welding method. From the results of the study it was found that the maximum
tensile stress and maximum strain were obtained by the normalized specimens of
78.33 MPa and 17.69%. From the results of the Brinell hardness test it was found
that the specimens which were heat treated decreased the hardness value
compared to the specimens that were not heat treated. In the weld area which is
not heat treated the hardness value is 37.6 BHN, whereas in the specimens
annealed 28.3 BHN and normalizing 28.1 BHN. From the observation of
Page 6
2
microstructure there are bright areas which are Al phases and dark regions which
are Al2Cu phases in aluminum alloy (Al-Cu) or AlFe3 in aluminum alloys
(Al-Fe).
Keywords: friction stir welding, annealing, normalizing, aluminium alloy.
1. PENDAHULUAN
Aluminium dan paduannya merupakan logam yang banyak digunakan dalam
bidang teknik karena mempunyai banyak keunggulan antara lain ringan,
mempunyai sifat mampu bentuk (formability) yang baik, kekuatan tarik relatif
tinggi, tahan korosi dan sifat mekaniknya dapat ditingkatkan dengan pengerjaan
dingin atau perlakuan panas, serta mempunyai sifat mampu las (weldability) yang
bervariasi tergantung pada jenis paduannya (Mandal,2005). Berbagai kelebihan
diatas menyebabkan aluminium dan paduannya banyak digunakan di bidang
industri manufaktur. Pengelasan dalam industri manufaktur memiliki peranan
penting pada proses penyambungan logam. Berdasarkan definisi dari Deutche
Industrie Normen (DIN) las adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam atau
logam paduan yang dilaksanakan dalam keadaan lumer atau cair.
Proses pengelasan dikelompokkan menjadi dua, yaitu: Liquid State Welding
(LSW) dan Solid State Welding (SSW). Liquid state welding adalah proses
pengelasan logam dengan cara mencairkan logam induk secara bersamaan
sedangkan solid state welding merupakan proses pengelasan logam yang
dilakukan dalam kondisi logam induk tidak mencapai titik leburnya pada saat
tersambung. Salah satu metode solid state welding adalah friction stir welding
yang dipatenkan oleh TWI (The Welding Institute) di Inggris pada tahun 1991
(Freeman, 2003). Friction stir welding (FSW) merupakan proses penyambungan
logam tanpa filler dan tanpa meleleh. Proses penyambungan logam terjadi pada
fasa padat karena berlangsung pada temperatur dibawah titik lebur dari material
yang akan disambung. Proses pengelasan dilakukan dengan memasukkan pin tool
ke material yang akan disambung sampai shoulder menyentuh permukaan atas
material. Panas disebabkan oleh gesekan antara tool dan benda kerja. Karena
panas tersebut material disekitar sambungan menjadi panas dan lunak, kemudian
Page 7
3
tool akan digerakkan berputar mengaduk bagian tersebut sehingga terbentuklah
sambungan las.
Friction stir welding (FSW) sudah banyak diaplikasikan dalam dunia industri,
biasanya diaplikasikan untuk menyambungankan material aluminium dan
paduannya. Di negara maju telah mengaplikasikan pengelasan friction stir
welding (FSW) ini pada industri pembuatan kapal, kereta api, pesawat terbang,
pasawat luar angkasa, bahkan di dunia otomotif pun sudah mengaplikasikan
metode penegelasan ini. Tetapi untuk mendapatkan sambungan yang baik tidak
mudah dilakukan. Karena parameter – parameter proses pengelasanya harus
disesuaikan dengan jenis sambungan yang diinginkan, material yang disambung,
desain dan material tool. Parameter pengelasan, geometri alat, dan desain
sambungan memiliki pengaruh yang besar terhadap pola aliran material dan
distribusi temperatur sehingga mempengaruhi evolusi struktur mikro material (P.
Prasanna, 2013). Selain pemilihan parameter yang tepat untuk mendapatkan hasil
pengelasan friction stir welding (FSW) yang baik juga diperlukan proses heat
treatment untuk mendapatkan hasil pengelasan yang sifat fisis dan mekanisya bisa
diubah sesuai dengan kebutuhan untuk proses selanjutnya. Proses heat treatment
adalah suatu proses pemanasan dan pendinginan yang terkontrol, dengan tujuan
mengubah sifat fisik dan sifat mekanis dari suatu bahan atau logam sesuai dengan
yang dinginkan. Dalam proses heat treatment meliputi heating, holding, dan
cooling.
Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh perlakuan panas pada
hasil pengelasan dengan metode friction stir welding (FSW) pada pelat aluminium
paduan (Al-Fe) dengan pelat aluminium paduan (Al-Cu) terhadap sifat mekanis.
Dari penelitian ini, penulis berharap mendapatkan kesimpulan sifat mekanis dari
hasil pengelasan dengan metode friction stir welding yang di perlakuan panas dan
tanpa perlakuan panas.
Page 8
4
2. METODE
2.1 Diagram Alir Penelitian
2.2 Bahan & Alat Penelitian
2.2.1 Bahan
Gambar 1. pelat aluminium (Al-Fe) & pelat aluminium (Al-Cu)
Page 9
5
2.2.2 Alat
Gambar 2. Tool Gambar 3. Mesin milling
Gambar 4. Furnace Gambar 5. Alat uji tarik
Gambar 6. Alat uji kekerasan Gambar 7. Alat foto struktur mikro
Page 10
6
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Data Hasil Pengujian Tarik dan Pembahasannya
Tabel 1. nilai tegangan hasil uji tarik
No Perlakuan A
(mm²)
P max (N)
Tegangan σ (MPa)
Tegangan Rata-Rata σ (MPa)
Lokasi Patahan
1
Non Heat Treatmant
45,83 1,58 34,48
72,99
Weld Nugget
2 48,25 4,68 96,99 Base Metal
1100
3 57,38 5,02 97,49 Weld
Nugget
4
Normalizing
48,32 3,93 81,34
78,33
Base Metal 1100
5 48,53 3,71 76,45 Base Metal
1100
6 47,40 3,66 77,21 Base Metal
1100
7
Annealing
43,40 3,01 69,35
73,47
Weld Nugget
8 47,42 3,53 74,44 Base Metal
1100
9 49,20 3,77 76,63 Base Metal
1100
Gambar 8. histogram tegangan tarik
72,9978,33
73,47
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Non Heat Treatmant Normalizing Annealing
Te
ga
ng
an
σ(M
Pa
)
Perlakuan
Page 11
7
Tabel 2. nilai regangan hasil uji tarik
No Perlakuan L₀
(mm) ∆L
(mm) Regangan
ε (%)
Regangan Rata-Rata
ε (%)
1 Non Heat Treatmant
50 5,18 10,36
12,63 2 50 8,40 16,80
3 50 5,37 10,74
4
Normalizing
50 9,01 18,02
17,69 5 50 8,93 17,86
6 50 8,60 17,20
7
Annealing
50 4,16 8,32
14,20 8 50 8,74 17,48
9 50 8,40 16,80
Gambar 9. histogram regangan tarik
Dari histogram tegangan tarik menunjukkan nilai tegangan tarik
yang terbesar pada spesiemen yang di normalizing dengan nilai tegangan
tarik 78,33 MPa sedangkan annealing mempunyai nilai tegangan tarik
73,47 MPa. Bisa dilihat dari lokasi patahan, paling banyak terjadi daerah
base metal aluminium seri 1100 yang memiliki kekuatan tarik lebih
rendah jika dibandingkan base metal aluminium seri 2024. Dimana itu
12,63
17,69
14,20
02468
101214161820
Non Heat Treatmant Normalizing Annealing
Reg
an
gan
ε(%
)
Perlakuan
Page 12
8
menandakan bahwa sambungan pengelasan berbeda seri antara
aluminium seri 1100 dengan aluminium seri 2024 dan perlakuan panas
menambah kekuatan sambungan pengelasan. Sedangkan spesimen yang
tidak di heat treatmant mempunyai nilai tegangan tarik terkecil 72,99
MPa. Spesimen yang di normalizing mempunyai nilai regangan yang
paling besar 17,69% dan spesimen yang di annealing mempunyai nilai
regangan 14,20%. Hal ini terjadi karena aluminium seri 2024 adalah
aluminium heat treatable alloys. Sedangkan spesimen yang tidak di heat
treatmant mempunyai nilai regangan yang paling kecil 12,63 %.
3.2 Data Hasil Uji Kekerasan dan Pembahasannya
Tabel 3. data hasil uji kekerasan Brinell (BHN)
No Perlakuan Daerah Diameter (mm) BHN BHN
Rata-Rata
1
Raw
Base 1100
0,73 36,54
36,20 2 0,73 36,54
3 0,74 35,53
4 HAZ 1100
0,68 42,23
41,41 5 0,69 41,00
6 0,69 41,00
7
Las
0,72 37,58
37,60 8 0,71 38,67
9 0,73 36,54
10 Haz 2024
0,71 38,67
50,22 11 0,56 62,66
12 0,63 49,34
13 Base 2024
0,63 49,34
52,77 14 0,60 54,48
15 0,60 54,48
1
Normalizing
Base 1100
0,81 29,52
29,52 2 0,80 30.28
3 0,81 29.52
4 HAZ 1100
0,84 27,39
26,32 5 0,86 26,09
6 0,87 25,48
7
Las
0,83 28,07
28,08 8 0,84 27,39
9 0,82 28,78
Page 13
9
10 Haz 2024
0,78 31,90
35,00 11 0,72 37,58
12 0,74 35,53
13 Base 2024
0,65 46,30
44,02 14 0,68 42,23
15 0,67 43,53
1
Annealing
Base 1100
0,92 22,69
23,96 2 0,88 24,88
3 0,89 24,31
4 HAZ 1100
0,87 25,48
25,68 5 0,86 26,09
6 0,87 25,48
7
Las
0,81 29,52
28,33 8 0,83 28,07
9 0,84 27,39
10 Haz 2024
0,83 28,07
29,79 11 0,75 34,57
12 0,85 26,73
13 Base 2024
0,74 35,53
36,20 14 0,73 36,54
15 0,73 36,54
Gambar 10. Histogram Nilai Kekerasan
Spesimen yang tidak di heat treatmant memiliki nilai kekerasan
paling tinggi baik di daerah las dengan nilai kekerasan 37,6 BHN, daerah
HAZ (Al-Cu) dengan nilai kekerasan 50,2 BHN, daerah base metal (Al-
Cu) dengan nilai kekerasan 52,8 BHN, daerah HAZ (Al-Fe) 41,41 BHN,
0
10
20
30
40
50
60
Base (Al-Fe) HAZ (Al-Fe) Las Haz (Al-Cu) Base (Al-Cu)
Bri
nell
Ha
rdn
ess
Nu
mb
er
Daerah Las
Non HeatTreatmant
Normalizing
Page 14
10
dan di daerah base metal (Al-Fe) 36,20 BHN. Hal ini dikarenakan
spesimen yang tidak di heat treatment mempunyai struktur mikro dengan
butir yang lebih kecil dan merata. Sedangkan spesimen yang di
normalizing dan annealing nilai kekerasanya menurun pada setiap daerah
lasnya. Hal ini dikarenakan spesimen yang di heat treatment memiliki
struktur mikro dengan butir yang yang lebih besar dan tidak merata.
3.3 Hasil Foto Struktur Mikro dan Pembahasannya
Gambar 11. struktur mikro daerah base metal Al-Cu (a) non
heat treatmant, (b) normalizing, (c) annealing (pembesaran 200 x)
a b
50 μm 50 μm
c
50 μm
50 μm 50 μm
50 μm
a b
c
Page 15
11
Gambar 12. struktur mikro daerah base metal Al-Fe (a) non
heat treatmant, (b) normalizing, (c) annealing (pembesaran 200 x)
Gambar13. struktur mikro daerah HAZ Al-Cu (a) non
heat treatmant, (b) normalizing, (c) annealing (pembesaran 200 x)
Gambar14. struktur mikro daerah HAZ Al-Fe (a) non
heat treatmant, (b) normalizing, (c) annealing (pembesaran 200 x)
50 μm 50 μm
50 μm
a b
c
50 μm
50 μm
50 μm
a b
c
Page 16
12
Gambar15. struktur mikro daerah las (a) non
heat treatmant, (b) normalizing, (c) annealing (pembesaran 200 x)
Dari pengamatan struktur mikro baik pada spesimen yang di
normalizing, annealing, maupun yang tidak di heat treatmant akan terlihat
adanya daerah gelap dan daerah terang. Daerah terang merupakan fasa
(fasa Al) dan daerah gelap merupakan fasa Al2Cu untuk aluminium paduan
(Al-Cu) dan fasa AlFe3 untuk aluminium paduan (Al-Fe). Struktur mikro
pada daerah base metal yang tidak mengalami perlakuan panas memiliki
bercak hitam yang merupakan fasa Al2Cu atau AlFe3 yang lebih merata
pada semua bagian dengan ukuran butiran kecil. Berbeda dengan struktur
mikro pada daerah base metal yang di normalizing dan annealing bercak
hitam (fasa Al2Cu atau fasa AlFe3) terkonsentrasi pada satu posisi dengan
ukuran butiran yang lebih besar. Struktur mikro pada daerah HAZ yang
tidak di heat treatment, annealing, normalizing terlihat perubahan ukuran
butir menjadi lebih besar dan perbedaan warna antara daerah las dan daerah
base metal ini terjadi karena proses friction stir welding (FSW)
menggunakan jenis aluminium yang berbeda yaitu antara aluminium
paduan (Al-Fe) dengan aluminium paduan (Al-Cu). Pada daerah weld
50 μm 50 μm
50 μm
a b
c
Page 17
13
nugget yang mempunyai butiran paling halus terlihat pada spesimen yang
tidak di heat treatmant sedangkan butiran yang lebih kasar terlihat pada
daerah yang di normalizing dan annealing.
4. PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan, bisa
diambil kesimpulan sebagai berikut :
1) Pengelasan pelat alumunium paduan (Al-Fe) dengan pelat aluminium
paduan (Al-Cu) dengan metode friction stir welding dapat dilakukan
dengan baik.
2) Hasil pengujian tarik diperoleh bahwa tegangan tarik rata-rata untuk
pengelasan friction stir welding dengan variasi perlakuan panas
normalizing 78,33 MPa, untuk variasi perlakuan panas annealing 73,47
MPa, dan tanpa perlakuan panas 72,99 MPa. Dan untuk regangan rata-
rata, nilai regangan rata-rata untuk variasi perlakuan panas normalizing
17,69 %, untuk variasi perlakuan panas annealing 14,20 %, dan tanpa
perlakuan panas 12,63 %. Dengan hasil ini diketahui nilai tegangan rata-
rata dan regangan rata-rata tertinggi pada hasil pengelasan yang di
normalizing.
3) Pengujian kekerasan menunjukkan nilai kekerasan pada spesimen yang di
annealing dan normalizing mengalami penurunan dibandingkan dengan
spesimen yang tidak mengalami perlakuan panas.
4) Dari pengamatan struktur mikro pada spesimen yang di perlakuan panas
dan tanpa perlakuan panas terdapat daerah terang yang merupakan fasa
Al dan daerah gelap yang merupakan fasa Al₂Cu pada aluminium paduan
(Al-Cu) atau fasa AlFe3 pada aluminium paduan (Al-Fe). Pada spesimen
yang di heat treatmant fasa Al2Cu atau AlFe3 terkonsentrasi pada satu
posisi. Sedangkan pada spesimen non heat treatmant fasa Al2Cu atau
AlFe3 lebih merata pada semua bagian.
Page 18
14
4.2 Saran
Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan, penulis menyarankan
beberapa hal antara lain :
1) Perbanyak membaca referensi yang relevan dengan penelitan.
2) Pemilihan material tool joint pada proses friction stir welding harus
diperhatikan karena material tool joint harus lebih keras dibandingkan
dengan base metal.
3) Saat proses heat treatmant, tata spesimen di dalam furnace dengan
memberi rongga dan tidak menumpuk spesimen agar panas bisa lebih
merata.
4) Lakukan pengujian tarik, pengujian kekerasan, dan foto struktur mikro
sesui dengan prosedur agar data - data hasil pengujian tepat.
DAFTAR PUSTAKA
American Society for Metals Handbook Committee. 2004. Heat Treating, Volume
04. ASM International, The Materials Information Company.
American Society for Metals Handbook Committee. 2004. Welding, Brazing,
and Soldering, Volume 06. ASM International, The Materials
Information Company.
American Society for Metals Handbook Committee. 2004. Metallography and
Microstructures, Volume 09. ASM International, The Materials
Information Company.
Anggono, A. D., Riyadi, T. W. B., dkk. 2018. Influence of Tool Rotation and
Welding Speed on The Friction Stir Welding of AA 1100 and AA 6061-
T6. Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.
ASTM International. Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic
Materials. AASHTO No.: T68 An American National Standard.
Duniawan, A. 2016. Pengaruh Post Weld Heat Treatmant pada Pengelasan
Friction Stir Welding (FSW) Aluminium 2024. Teknik Mesin IST
AKPRIND Yogyakarta.
Freeman, R. 2003. Friction Stir Welding (FSW). TWI Bulletin, September-
October 2003, The Welding Institute (TWI) England.
Page 19
15
Indra, M., Darsin, M., dkk. 2011. Sifat Mekanik dan Struktur Mikro Aluminium
1100 Hasil Pengelasan Friction Stir Welding dengan Variasi Feedrate.
ISSN: 1693-8739.
Jaya. 2015. Heat Treatmant. Teknik Mesin Universitas Lampung.
Kemenichny, I. 1969. Short Hand Book of Heat Treatmant. Moscow Peace
Publishers.
Mandal. 2005. Aluminium Welding 2 ed. Kharagpur, India.
Mandala, M., Siradj, E. S., dkk. 2016. Struktur Mikro dan Sifat Mekanis
Aluminium (Al-Si) pada Proses Pengecoran Menggunakan Cetakan
Logam, Cetakan Pasir, dan Cetakan Castable. Teknik Mesin Universitas
Tarumnanegara.
Mishra, Rajiv, S., dkk. 2007. Friction Stir Welding and Processing. ASM
International.
Nandan, R., Debroy, T., dkk. 2008. Recent Advances in Friction Stir Welding-
Process, Weldment, Structure and Properties. Department of Materials
Science and Metallurgy University of Cambridge.
Prassana, P., Penchallaya, Ch., Anandamohana Rao, D. 2013. Effect Tool Pin
Profiles and Heat Treatmant Process in The Friction Stir Welding of AA
6061 Aluminium Alloy. American Journal of Engineering Research.
Rajakumar, S., Balasubramanian, V. 2012. Correlation Between Weld Nugget
Grain Size, Weld Nugget Hardness, and Tensile Strength of Friction Stir
Welded Commercial Grade Aluminium Alloy Joints. Materials and
Design 34: 242-251.
Riswanda, Ilman, M., N. 2012. Studi Komparasi Sambungan Las Disamilar AA
5083 - AA 6061-T6 Antara TIG dan FSW. Industrial Research Workshop
and National Seminar.
Romadhona, I. 2018. Studi Pengelasan Friction Stir Welding pada AA 1100
dengan Fe Menggunakan Variasi Feedrate 25 mm/menit, 30 mm/menit,
dan 40 mm/menit. Tugas Akhir S-1, Universitas Muhammadiyah
Surakarta.
Sadessh, P., Kannan, V., dkk. 2013. Studies on Friction Stir Welding of AA 2024
and AA 6061 Dissimilar Metals. School of Mechanical and Building
Sciences, VIT University.
Sugito, B., Anggono, A.D., dkk. 2016. Pengaruh Kedalaman Pin (Depth Plunge)
terhadap Kekuatan Sambungan Las pada Pengelasan Gesek AL 5083.
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Surdia, Tata, dkk. 1999. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta: PT Pradya Paramita.
Page 20
16
Surono, B., Nofri, M. 2014. Perubahan Nilai Kekerasan dan Struktur Mikro Al-
Mg-Si Akibat Variasi Tempertur Pemanasan. Teknik Mesin Institut
Sains dan Teknologi Nasional.
Tim Pengajar Bahan Teknik. 2011. Materi Pembelaran Mata Kuliah Bahan
Teknik I. Yogyakarta: Sekolah Vokasi UGM.
Triyoko, D. 2016. Analisa Sifat Mekanik dan Struktur Mikro pada Sambungan
Las Beda Properties Aluminium dengan Metode Friction Stir Welding.
Tugas Akhir S-1, Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Wiryosumarto, H., Okumura, T. 2000. Teknologi Pengelasan Logam. Jakarta : PT
Pradya Paramita