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
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
MATHIUS KARENGKE, S951208007. PENGARUH TEKANAN TERHADAP
KARAKTERISTIK SAMBUNGAN LAS DIFUSI LOGAM TIDAK SEJENIS
ANTARA ALUMINIUM 6061 DAN BAJA KARBON SS 400. Komisi PembimbingI: Dr. Triyono, ST., M.T. Pembimbing II: Dr. Agus Supriyanto, S.Si, M.Si. TesisProgram Studi Teknik Mesin. Program Pascasarjana. Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
ABSTRAK
Salah satu fokus pengembangan kendaraan saat ini adalah membuatnya semakinringan yang bertujuan untuk menghemat energi. Hal ini memerlukan banyak materiallogam ringan tetapi kuat. Logam ringan yang digunakan untuk membuat strukturkendaraan tersebut mampu menahan beban yang cukup besar . Salah satu materialalternatif yang dapat digunakan adalah aluminium, karena aluminium tahan karat danringan. 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 metodeyang sesuai sehingga dapat menjawab permasalahan tersebut. Metode denganmenggunakan 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 yaitumengetahui jenis dan tebal lapisan intermetalik yang terbentuk di antarmuka pada
pengelasan difusi dan mengetahui pengaruh filler Fe-Cu terhadap kekuatan mekanikdari sambungan las.
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa lapisan yang terbentuk di antarmukadari 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% Cu40% tekanan 0,1 Pa sebesar 1,64 MPa. Ketebalan lapisan intermetalik yang terendahyaitu pada spesimen tanpa filler dengan tekanan 0,3 Pa sebesar 0,4 µm dan yangtertinggi pada spesimen dengan komposisi filler 60% Cu 40% tekanan 0,1 Pa sebesar0,9 µm. Tekanan yang diberikan sampai batas tertentu akan berpengaruh terhadapkenaikan kekuatan tarik geser dan kekerasannya. Kekerasan tertinggi yaitu 899,3 HV
pada spesimen tanpa filler dengan tekanan 0,3 Pa dan terendah kekerasanya padaspesimen dengan komposisi Fe 60% Cu 40% tekanan 0,1 Pa sebesar 640,7 HV. Hal initerjadi diakibatkan kenaikan nilai kekerasan sebanding dengan pertambahan tekanan.
Kata kunci: aluminium, baja, difusi, intermetalik, komposisi filler
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. AgusSupriyanto, 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, andit 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 FeAl 3.
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 itshighest 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
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 ................................................................................................. xiDAFTAR 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 .................................................................................. 4B. Kerangka Berpikir ................................................................................ 5
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 bagianharus 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
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 kontakdalam 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 ataufurnace 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.
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
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 tidakmemerlukan 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.
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 korosicukup 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.
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 dapatdijelaskan 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
a. Fe 70% Cu 30% tekanan 0,1 Pa b. Fe 70% Cu 30% tekanan 0,2 Pa
c. Fe 70% Cu 30% tekanan 0,3 Pa
Gambar 18. Struktur mikro spesimen dengan komposisi filler Fe 70% Cu 30%.
Daerah yang terdifusi yang mengakibatkan atom aluminium menyatu ke atom baja sebesar 61,57 at%. (Gambar 18.a). Hal ini jika dibandingkan dengan komposisi
yang sama pada gambar 18.b dan c terlihat jumlah persentase atom aluminium ke baja
sampai 59,23 at% Al. Terjadinya penurunan jumlah persentase atom aluminium ke baja
sebesar 2,34%. Hal ini terjadi oleh karena laju kinetik atom aluminium untuk terdifusi
secara interstisi atau vakansi ke atom baja tidak berjalan dengan baik disebabkan oleh
beban yang tidak merata. Pembebanan yang tidak merata dapat juga terjadi pada saat
akan memasukkan spesimen ke dalam furnace. Sehingga difusi antarmuka pada kedua
material tidak akan berlangsung dengan baik. Pembebanan tidak merata juga bisadiakibatkan oleh meletakkan beban diatas spesimen tidak tepat berada ditengah-tengah.
Akibatnya pada proses difusi atom tidak mendapat tekanan yang cukup untuk berpindah
a. Fe 60% Cu 40% tekanan 0,1 Pa b. Fe 60% Cu 40% tekanan 0,2 Pa
c. Fe 60% Cu 40% tekanan 0,3 Pa
Gambar 19. Struktur mikro spesimen dengan komposisi filler Fe 60% Cu 40%.
Daerah yang terdifusi yang mengakibatkan atom aluminium didaerah baja sebesar58,29 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.
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 membentuklapisan 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 daerahdifusi. 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
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 terhadapkarakteristik 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.
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. Halini 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
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