-
TUGAS AKHIR
Analisa Pengaruh Perlakuan Panas Annealing dan
Normalizing Hasil Pengelasan Metode Friction Stir
Welding (FSW) pada Aluminium Alloy 2024
Terhadap Sifat Fisis dan Mekanis
Disusun:
BAYU ADIT SETYAWAN
NIM : D200 140 021
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2019
-
ii
-
iii
-
iv
-
v
-
vi
LEMBAR MOTTO
“Jangan terlalu ambil hati ucapan seseorang, kadang manusia
punya mulut tapi
belum tentu punya otak”
(Albert Einstein)
“Sometimes we have to go deep inside ourselves to solve our
problems”
(Patrick Star)
-
vii
LEMBAR PERSEMBAHAN
Laporan Tugas Akhir ini penulis persembahkan khusus kepada:
1. Bapak dan Ibu tercinta yang tiada henti untuk selalu berdoa,
mendukung, dan
memberi nasihat kepada penulis agar selalu bersemangat dalam
menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Saudara dan seluruh anggota keluarga besar penulis yang
selalu memberi
motivasi, dukungan serta semangat tiada tara.
3. Teman-teman Tim Tugas Akhir atas kerja samanya dalam
penyelesaian
laporan Tugas Akhir ini.
4. Kawan-kawan Diskusi Poker yang telah ikut memberi bala
bantuan dan
dukungan.
5. Seluruh kawan-kawan terdekat penulis di dalam maupun di luar
kampus.
6. Seluruh teman-teman dari Teknik Mesin Universitas
Muhammadiyah
Surakarta, jurusan lain maupun dari luar Universitas
Muhammadiyah
Surakarta.
7. Seluruh dosen dan staf pengajar Teknik Mesin Universitas
Muhammadiyah
Surakarta.
-
viii
ABSTRAK
Dalam penelitian ini, bertujuan untuk mengetahui pengaruh
perlakuan panas
Annealing dan Normalizing hasil pengelasan metode Friction Stir
Welding (FSW)
pada Aluminium Alloy 2024 terhadap sifat fisis dan mekanis.
Proses penyambungan
logam Aluminium dilakukan melalui metode Friction Stir Welding
(FSW), yaitu
pengelasan memanfaatkan gesekan yang terjadi antara tool dan
benda kerja yang
akan disambung. Salah satu faktor yang mempengaruhi sifat fisis
dan mekanis hasil
pengelasan adalah perlakuan panas dengan Annealing dan
Normalizing.
Pengelasan metode Friction Stir Welding (FSW) menggunakan
material plat
Aluminium Alloy 2024 dengan ukuran 150 × 50 × 30 mm dengan
putaran tools 1500
rpm dan feed rate 60 mm/menit. Hasil pengelasan diberi perlakuan
panas Annealing
dan Normalizing untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis dari
sambungan
pengelasan metode Friction Stir Welding pada Aluminium Alloy
2024.
Dari hasil pengujian tarik didapatkan tegangan tarik maksimum
terdapat pada
spesimen Normalizing yaitu sebesar 220,45 MPa dan regangan
maksimum
diperoleh oleh spesimen Raw sebesar 11,21 Mpa. Dari hasil uji
kekerasan Brinell
didapatkan hasil tertinggi pada tiap zona las antara lain daerah
Nugget sebesar 65,6
BHN pada spesimen Normalizing, HAZ sebesar 58 BHN pada spesimen
Raw, dan
Base sebesar 68,2 BHN pada spesimen Raw. Dari pengamatan
struktur mikro
terdapat daerah terang yang merupakan fasa Al dan daerah gelap
yang merupakan
fasa Al2Cu.
Kata kunci: Friction Stir Welding, Aluminium Alloy 2024, Heat
Treatment,
Annealing, Normalizing.
-
ix
ABSTRACT
In this research, to determine the effect of heat treatment by
annealing and
normalizing on the result of friction stir welding (FSW) method
of aluminium alloy
2024 to physical and mechanical properties.The process of
joining aluminium metal
research can be done through the Friction Stir Welding (FSW)
method which is
welding utilizing the friction that occurs between the tool and
the workpiece to be
joined. One of the factors that influences the physical and
mechanical properties of
welding results is the process of heat treatment by annealing
and normalizing.
Material that used to friction stir welding (FSW) is plate of
aluminium alloy
2024 with the dimension is 150 × 50 × 30 mm was carried out with
a tool rotation of
1500 rpm and feed rate of 60 mm / minute. The results of
friction stir welding gave to
heat treatment by annealing and normalizing to knew the physical
and mechanical
properties to joining of Aluminium Alloy 2024.
From the results of Tensile Testing, the maximum tensile stress
was found in
Normalizing specimens which were equal to 220.45 MPa and the
maximum strain
obtained by Raw specimens was 11.21 MPa. From the results of the
Brinell
hardness test, the highest yield for each part of the weld
included the Nugget area of
65.6 BHN in Normalizing, HAZ specimens of 58 BHN in Raw, and
Base specimens
of 68.2 BHN in Raw specimens. From the observation of the micro
structure, there is
a bright area which is the Al phase and the dark area which is
the Al2Cu phase.
Keywords: Friction Stir Welding, Aluminium Alloy 2024, Heat
Treatment,
Annealing, Normalizing.
-
x
-
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
.......................................................................................................
i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
.....................................................................
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
....................................................................................
.iii
HALAMAN PENGESAHAN
.......................................................................................
iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR
..............................................................................
v
LEMBAR MOTTO
.........................................................................................................
vi
LEMBAR PERSEMBAHAN
.......................................................................................
vii
ABSTRAK
.......................................................................................................................
viii
ABSTRACT
....................................................................................................................
ix
KATA PENGANTAR
....................................................................................................
x
DAFTAR ISI
....................................................................................................................
xi
DAFTAR GAMBAR
......................................................................................................
xiv
DAFTAR TABEL
...........................................................................................................
xvii
BAB I PENDAHULUAN
..............................................................................................
1
1.1. Latar Belakang
......................................................................................
1 1.2. Perumusan Masalah
...........................................................................
3 1.3. Batasan Masalah
..................................................................................
3 1.4. Tujuan Penelitian
..................................................................................
4 1.5. Manfaat Penelitian
...............................................................................
4
BAB II LANDASAN TEORI
.....................................................................................
5
2.1. Tinjauan Pustaka …………………………………………………5
2.2. Aluminium dan Karakteristiknya
...................................................... 7
2.3. Friction Stir Welding
..............................................................
13
2.3.1. Prinsip Kerja Friction Stir Welding
.................................... 14
2.3.2. Pembagian Zona Pada Friction Stir Welding
................. 16
2.3.3. Parameter pengelasan FSW
.............................................. 18
xi
-
2.4. Heat Treatment
........................................................................
22
. 2.4.1. Pengertian Heat
Treatment............................................. 22
2.4.2. Jenis-jenis proses Heat
Treatment................................. 23
2.5.
Pengujian..................................................................................
27
2.5.1. Pengujian
Tarik...............................................................
27
2.5.2. Pengujian Kekerasan…………….………………….......... 31 2.5.3. Foto
Struktur Mikro
......................................................... 35
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
................................................... 39
3.1. Diagram Alir
Penelitian...........................................................
39
3.2. Bahan
Penelitian....................................................................
40
3.3. Alat-alat
Penelitian.................................................................
40
3.4. Proses Penelitian……………………………………………….. 47
3.4.1. Proses Pengelasan FSW…………………………….…. 47
3.4.2. Proses Heat
Treatment................................................ 49
3.4.3. Proses Uji
Tarik……….................................................. 51
3.4.4. Proses Uji
Kekerasan………….................................... 53
3.4.5. Proses Uji Metalografi……………………………………. 55
BAB IV DATA HASIL DAN PEMBAHASAN
........................................... 58
4.1. Analisa Hasil Pengelasan
FSW.............................................. 58
4.2. Hasil Pengujian Tarik…………………………………………… 60
4.3. Hasil Pengujian Kekerasan…………………………………….. 65
4.4. Hasil Foto Struktur Mikro……………………………………….. 68
xii
-
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN……………………………………… 76
5.1. Kesimpulan…………………………………………………………… 76
5.2. Saran………………………………………………………................ 77 DAFTAR
PUSTAKA
LAMPIRAN
xiii
-
DAFTAR GAMBAR
xiv
Gambar 2.1. Persentase distribusi Aluminium di seluruh dunia
tahun 1988…... 8
Gambar 2.2. Konsep dasar Friction Stir Welding………………………………….
15
Gambar 2.3. Proses Friction Stir Welding…………………………………………. 15
Gambar 2.4. Heat Zone pada Friction Stir Welding………………………………
17
Gambar 2.5. Profil bentuk pin FSW…………………………………………...........
19
Gambar 2.6. Bentuk-bentuk shoulder FSW………………………………….........
19
Gambar 2.7. Hubungan putaran tool dan
temperature………………………....... 20
Gambar 2.8. Skema tool FSW.……………………………………………………… 21
Gambar 2.9. Tipe penyambungan pada pengelasan FSW…………………….…
22
Gambar 2.10. Diagram Fasa
Al-Cu………………………...................................... 25
Gambar 2.11. Perbedaan panjang benda setelah diberi
beban…………………. 28
Gambar 2.12. Kurva tegangan-regangan baja karbon……………………………..
28
Gambar 2.13. Kurva tegangan-regangan aluminium…………..…………………..
30
Gambar 2.14. Identasi Brinell………………………………………………………… 33
Gambar 2.15. Identasi Vickers……………………………………………………….. 34
Gambar 3.1. Diagram alir penelitian………………………………………………... 39
Gambar 3.2. Plat Aluminium Alloy 2024…………………………………………… 40
Gambar 3.3. Tool yang digunakan Friction Stir
Welding……………………...…. 41
Gambar 3.4. Mesin milling merk Acirea AS-1………….…………………………..
41
Gambar 3.5. Backing plate………………………………………………………….. 42
Gambar 3.6. Furnace………………………………………………………………… 42
Gambar 3.7. Alat uji tarik…………………………………………………….............
43
-
xv
Gambar 3.8 Alat uji kekerasan……………………………………………………... 43
Gambar 3.9 Alat uji foto struktur mikro……………………………………………. 44
Gambar 3.10 Grinding and polishing machine…………...………………………...
44
Gambar 3.11 Metallographic cutting machine……………………………………...
45
Gambar 3.12 Jangka sorong………………………………………………………… 45
Gambar 3.13 Amplas…………………………………………………………………. 46
Gambar 3.14 Gergaji…………………………………………………………………. 46
Gambar 3.15 Kikir…………………………………………………………………….. 47
Gambar 3.16 Susunan letak saat proses Friction Stir
Welding………………….. 48
Gambar 3.17 Spesimen setelah dibentuk sesuai standar ASTM
E8……………. 52
Gambar 3.18 Spesimen uji metalografi…………………………………………….. 55
Gambar 4.1 Sambungan setelah diproses FSW…………………………………. 58
Gambar 4.2 Exit Hole pada pengelasan FSW……………………………………. 59
Gambar 4.3 Histogram tegangan terhadap tiap perlakuan……………………...
61
Gambar 4.4 Histogram regangan terhadap tiap perlakuan……………………...
62
Gambar 4.5 Patahan spesimen tanpa perlakuan panas (Raw)………………..
64
Gambar 4.6 Patahan spesimen normalizing……………………………………… 64
Gambar 4.7 Patahan spesimen annealing………………………………………... 65
Gambar 4.8 Histogram nilai kekerasan terhadap tiap zona
las………………… 67
Gambar 4.9 Foto struktur mikro zona Base Metal (a) Raw, (b)
Normalizing,
(c) Annealing (Pembesaran 200x)………………………………….. 70
-
xvi
Gambar 4.10 Foto struktur mikro zona HAZ (a) Raw, (b)
Normalizing,
(c) Annealing (Pembesaran 200x)………………………………….. 72
Gambar 4.11 Foto struktur mikro zona Weld Nugget (a) Raw, (b)
Normalizing,
(c) Annealing (Pembesaran 200x)………………………………….. 74
-
DAFTAR TABEL
xvii
Tabel 2.1 Komposisi kimia paduan
aluminium…………………..................... 13
Tabel 2.2 Temperature Annealing
Aluminium…………………….................. 24
Tabel 4.1 Nilai tegangan hasil uji tarik…………………………………………. 60
Tabel 4.2 Nilai regangan hasil uji tarik…………………………………………. 62
Tabel 4.3 Hasil pengujian kekerasan Brinell…………………………………..
66