Isi Laporan Penelitian PHK 2010 Syahbuddin 01

of 30/30
1 A. LAPORAN HASIL PENELITIAN RINGKASAN DAN SUMMARY Pembentukan sambungan las komposit logam Al-Si/partikel SiC, TiC dan WC pada paduan Al-Si melalui pengelasan adukan gesek (Friction Stir Welding) pada kondisi setengah padat dilakukan dalam penelitian ini. Paduan Al-Si yang digunakan adalah paduan hipoeutektik Al-Si standard Industri Jepang (Japan Industrial Standard) JIS AC4C dan ADC12 yang banyak digunakan untuk bahan cor komponen otomotif. Pekakas las untuk penelitian ini berbahan baja kecepatan tinggi (High Speed Steel) dengan bentuk punggung rata berpin ujung kerucut. Kecepatan putar pekakas las dalam peneliti ini sekitar 1200 rpm dengan gerak translasi antara 7-8 mm per menit. Jumlah partikel SiC, TiC dan WC sekitar 20, 40 dan 60%volum berdiameter maksimal 44 m (325 mesh) ditambahkan ke dalam bagian adukan las (stir zone). Penambahan partikel keramik tersebut pada paduan Al-Si akan membentuk komposit matrik logam Al-Si/partikel keramik oksida.
  • date post

    21-Dec-2015
  • Category

    Documents

  • view

    6
  • download

    1

Embed Size (px)

description

hasdaksndkasdasdasdasdsa

Transcript of Isi Laporan Penelitian PHK 2010 Syahbuddin 01

  • 1A. LAPORAN HASIL PENELITIAN

    RINGKASAN DAN SUMMARY

    Pembentukan sambungan las komposit logam Al-Si/partikel SiC, TiC dan WC

    pada paduan Al-Si melalui pengelasan adukan gesek (Friction Stir Welding) pada kondisi

    setengah padat dilakukan dalam penelitian ini. Paduan Al-Si yang digunakan adalah

    paduan hipoeutektik Al-Si standard Industri Jepang (Japan Industrial Standard) JIS AC4C

    dan ADC12 yang banyak digunakan untuk bahan cor komponen otomotif. Pekakas las

    untuk penelitian ini berbahan baja kecepatan tinggi (High Speed Steel) dengan bentuk

    punggung rata berpin ujung kerucut. Kecepatan putar pekakas las dalam peneliti ini

    sekitar 1200 rpm dengan gerak translasi antara 7-8 mm per menit. Jumlah partikel SiC,

    TiC dan WC sekitar 20, 40 dan 60%volum berdiameter maksimal 44 m (325 mesh)

    ditambahkan ke dalam bagian adukan las (stir zone). Penambahan partikel keramik

    tersebut pada paduan Al-Si akan membentuk komposit matrik logam Al-Si/partikel

    keramik oksida.

  • 2PRAKATA

    Puji syukur dipanjatkan ke hadirat Allah SWT dan karena berkat rahmat dan

    hidayahNya, penelitian Pembentukan Sambungan Las Komposit Al-Si/Partikel Oksida,

    Karbida dan Nitrida pada Paduan Hipoeutektik Al-Si telah dapat dilaksanakan dalam tahun

    2010.

    Berkat bantuan baik moril maupun materil dari berbagai pihak, maka penelitian

    ini dapat berlakukan. Untuk itu, ucapan terima kasih kami sampaikan kepada:

    1. Direktur Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat (DP2M), Direktorat Jendral

    Pendidikan Tinggi yang telah menyediakan dana melalui hibah kompetensi.

    2. Rektor Universitas Gunadarma, Prof. Dr. E.S. Margianti SE MM, yang selalu

    mendorong agar terlaksananya penelitian ini.

    3. Kepala Lembaga Penelitian, Dr. Hotniar Siringoringo atas dukungan dan dorongan

    selama melaksanakan penelitian ini.

    4. Pihak-pihak yang membantu pelaksanaan penelitian ini baik langsung maupun tidak

    langsung.

    Hasil penelitian ini merupakan penelitian tahap kedua dari tiga tahap yang diusulkan.

    Semoga dapat dimamfaatkan oleh berbagai pihak yang memerlukannya.

    Syahbuddin

    Dody Yuniardi

  • 3DAFTAR ISI

    HALAMAN PENGESAHAN

    A. LAPORAN HASIL PENELITIAN 1

    RINGKASAN DAN SUMMARY 1

    PRAKATA 2

    DAFTAR ISI 3

    DAFTAR GAMBAR 4

    DAFTAR TABEL 6

    BAB I. PENDAHULUAN 7

    BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 9

    BAB III. TUJUAN DAN MAMFAAT PENELITIAN 17

    BAB IV. METODE PENELITIAN 18

    BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN 23

    BAB VI. KESIMPULAN 39

    DAFTAR PUSTAKA 130

    B. LAMPIRAN 133

  • 4DAFTAR GAMBAR

    1. Gambar 1. Paduan cor Al-Si komersial a) diagram fasa kesetimbangan Al-Si,

    strukturmikro paduan b) hipoeutektik, c) eutektik dan d) hipereutektik

    (Davis,2004). 10

    2. Gambar 2. Mikrostruktur paduan Al-17%Si a) sesudah dan b) sebelum modifikasi

    (Davis,2004). 11

    3. Gambar 3. Pengelasan adukan gesek (friction stir welding) (Noris,2002) 13

    4. Gambar 4. Bagian sambungan las paduan Al-Si cor setelah di las adukan gesek

    (Nandan,2008). 15

    5. Gambar 5. Mesin milling yang digunakan untuk proses las gesek 19

    6. Gambar 6. Dimensi mata pahat las. 19

    7. Gambar 7, Mata pahat las berbahan a) baja kecepatan tinggi dan b) baja pekakas

    H13. 20

    8. Gambar 8. Skematik alur penelitian sambungan las komposit matrik paduan

    Al dengan penguat partikel oksida. 22

    9. Gambar 9. Foto strukturmikro logam induk dari a) AC4C dan b) ADC12. 23

    10. Gambar10. Foto yang menunjukkan strukturmikro bagian pengaruh

    panas termomekanik antara logam induk dan bagian adukan gesek dari

    paduan a) AC4C dan b) ADC12. 24

  • 511. Gambar 11. Foto strukturmikro bagian adukan dari logam induk AC4C untuk a) 1, b)

    2, c) 3 dan d) 4 kali lewat pengelasan . 27

    12. Gambar 12.. Foto strukturmikro bagian adukan dari logam induk ADC12 untuk a) 1,

    b) 2, c) 3 dan d) 4 kali lewat pengelasan. 29

    13. Gambar13. Profile kekerasan sambungan las a) paduan AC4CH dan b) padun ADC12

    dengan penguat 20, 40 dan 60%Vol 325 mesh SiC. 128

  • 6DAFTAR TABEL

    1. Tabel 1. Komposisi kimia paduan Al seri JIS AC4C dan ADC12 (%) 18

    2. Tabel 2. Pengelasan paduan Al JIS AC4C dan JIS ADC12 dengan dan tampa isian

    SiC, TiC dan WC 20

  • 7BAB I. PENDAHULUAN

    Energi yang menjadi ukuran kesejahteraan suatu negara makin hari makin mahal

    karena permintaan atas energi meningkat setiap tahunnya. Perubahan harga energi dapat

    membuat gejolak ekonomi suatu negara. Salah satu usaha yang dilakukan adalah

    melaksanakan penghematan energi segala sektor termasuk sektor tranportasi, yang

    merupakan penguna energi terbesar kedua setelah sektor industri. Untuk itu, disamping

    efesiensi proses pembakaran, saat ini, alat transportasi cenderung dibuat lebih ringan

    tampa menurunkan tingkat keamanan dan spesifikasi lainnya. Karena itu, bahan yang

    ringan seperti Al, Mg dan Ti banyak digunakan sebagai bahan komponen-komponen alat

    transportasi. Beberapa komponen seperti mesin, piston, velek, rumah transmissi telah

    mengunakan logam Al dan Mg sebagai penganti besi dan baja.

    Pembentukan komponen-komponen alat transportasi banyak dilakukan dengan

    proses pemesinan dan pengelasan, disamping proses pembentukan lainnya. Sebaliknya,

    komponen produk hasil cor jarang mengunakan proses pengelasan karena rendahnya sifat

    mekanik sambungan las. Disamping itu, produk hasil cor sering mengandung banyak

    cacat seperti porositas, blowhole, shringkage yang dapat menurunkan sifat dan unjuk

    kerja produk tersebut. Akibatnya, produk cor relatip getas dan mudah retak, pecah dan

    patah bila mengalami beban yang berlebihan. Umumnya, bahan paduan Al yang

    digunakan untuk produk cor adalah paduan hipoeutektik Al-Si. Paduan ini mempunyai

    sifat mampu cor yang baik, keras, kuat dan konduktivitas panasnya tinggi tetapi getas

    sesuai dengan tingginya kandungan Si pada paduan (Davis,2004). Disamping itu, Si pada

    paduan dapat diperhalus dengan penambahan sedikit P. Biasanya cacat dan kerusakan

    pada produk cor berbahan paduan Al-Si tidak dapat diperbaiki. Beberapa usaha perbaikan

    dilakukan dengan proses pengelasan fusi termasuk pengelasan busur listrik dan

    pengelasan dengan mengunakan gas pelindung belum memberikan hasil yang optimal

    (Mathers,2002). Disamping itu, lapisan oksida pada permukaan aluminium yang

    terbentuk akibat reaksi dengan udara disekitarnya mempunyai titik lebur tinggi.

    Akibatnya, pengelasan pada bahan aluminium sulit dilakukan. Pada tahun 1991, The

    Welding Instititute di Inggris mengembangkan cara baru dalam proses pengelasan, yaitu

  • 8pengelasan adukan gesek (friction stir welding) (Thomas,1991). Teknik pengelasan ini

    diuji coba paduan Al wrough seperti paduan seri 2xxx, 5xxx, 6xxx serta 7xxx

    memberikan hasil lebih baik dan cacat porositas, blowhole, shringkage dan tegangan sisa

    yang dihasilkan relatip rendah (Khaled,2005). Disamping itu, konsumsi tenaganya

    rendah, tidak ada gas hasil pengelasan dan dapat menyatukan dua bahan yang berbeda.

    Disamping industri otomotif, potensi penerapan teknologi meliputi industri perkapalan,

    kereta api, pesawat terbang dan pesawat ruang angkasa (Shercliff, 2005;Mossman, 2002;

    Reddy,2006; Kumbhar,2008).

  • 9BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

    - Paduan Al-Si

    Kadar Si dalam paduan Al-Si yang digunakan untuk membuat komponen

    otomotif sangat bervariasi. Berdasarkan diagram fasa kesetimbangan untuk sistem Al-Si

    (Davis,2004), sebagaimana ditunjukkan pada gambar 1, kelarutan Al dalam Si sangat

    terbatas hanya mencapai sekitar 0,0016% pada 577C, sedangkan maksimum Si larut

    dalam Al sekitar 1,65%.

    Bila dilihat pada diagram, reaksi yang terjadi dalam sistem Al-Si hanya terdapat

    reaksi eutektik pada komposisi 12,6%Si pada 577C, yaitu

    Cair Al- + Si-. (1)

    Berdasarkan komposisi eutektik tersebut, maka paduan Al-Si dapat dikategorikan

    sebagai

    Paduan eutektik Al-Si, yang kandungan Si sebesar 12,6 % dan terbentuk langsung

    dari pendinginan cairan paduan Al-Si.

    Paduan hipoeuetektik Al-Si, mengandung Si < 12,6% dengan fasa Al- utama

    Paduan hipereutektik AlSi, mengandung Si > 12,6% dengan fasa Si- utama.

    Strukturmikro paduan-paduan tersebut dapat dilihat pada gambar 1. Stukturmikro

    paduan eutektik Al-Si disusun oleh lamel-lamel antara fasa Al- dan Si- berbentuk fiber

    halus (fasa eutektik) (1.c). Pada paduan Al-Si hipoeutektik, fasa utama Al-

    berbentuk dendritik disekelilingi oleh fasa eutektik (1.b), sebaliknya pada paduan

    hipereutektik Al-Si, partikel Si- berbentuk fiber kasar dan pelat tersebar diantara fasa

    eutektik (1.d).

    - Modifikasi Strukturmikro Paduan

  • 10

    Untuk meningkatkan sifat-sifat paduan hipereutektik Al-Si, strukturmikro paduan

    dimodifikasi dengan memperhalus partikel Si utama dan mengubah fasa eutektik tampa

    struktur dendritik. Modifikasi tersebut dilakukan dengan memanbahkan unsur-unsur

    kimia tertentu kedalam paduan, proses pengadukan secara mekanik, proses pembentukan

    dan perlakuan panas.

    Gambar 1. Paduan cor Al-Si komersial a) diagram fasa kesetimbangan Al-Si,

    strukturmikro paduan b) hipoeutektik, c) eutektik dan d) hipereutektik (Davis,2004).

  • 11

    - Memperhalus Partikel Si

    Penghalusan partikel Si utama dilakukan dengan penambahan unsur kimia

    tertentu kedalam paduan Al-Si. Beberapa bahan yang digunakan untuk memperhalus

    partikel Si adalah Sr, Sb Ca, dan P (Xu,2007, Yoa,2003) baik berbentuk paduan master

    atau tablet. Penambahan bahan kimia yang populer di industri pengecoran Al-Si adalah

    dengan penambahan P. Penambahan tersebut dapat menghalusan partikel Si utama dan

    eutektik Si. Sebagai contoh, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2, penambahan P pada

    paduan dapat mengubah partikel Si utama pada strukturmikro paduan Al-17%Si menjadi

    lebih halus dibandingkan sebelum ditambahkan P.

    Gambar 2. Mikrostruktur paduan Al-17%Si a) sesudah dan b) sebelum modifikasi

    (Davis,2004)

    Sebuah penelitian (Song,2004) mengunakan paduan Al-2,5%P berbentuk tablet

    untuk memperhalus partikel Si utama dalam paduan hipereutektik Al-Si. Jumlah P sekitar

    0,02% effektif menghaluskan partikel Si dari 20-30 m menjadi sekitar 15 m pada

    800C. Penelitian lain penambahan paduan master berupa paduan

    Al0,4P10Ti20TiC10Nd2O3 atau Al0,4P10Ti20TiC kedalam paduan Al-20%Si pada

  • 12

    850C (Xu,2007). Proses tersebut memodifikasi partikel Si utama berukuran 150 m

    masing-masing menjadi sekitar 20 dan 38 m untuk waktu tahan 10 menit. Penambahan

    P pada peneliti-peneliti tersebut diatas dilakukan pada kondisi cair. Proses ini

    membutuhkan energi yang lebih besar untuk menghaluskan partikel Si.

    Penghalusan partikel Si utama pada paduan hipereutektik dilakukan dengan

    proses pengadukan secara manual, elektromagnit dan ekstrusi. Pengadukan secara manual

    dilakukan pada kondisi paduan cair atau setengah padat. Penelitian dengan cara

    pengadukan manual 550 rpm selama proses pendinginan cairan hingga setengah padat

    mampu menghaluskan partikel Si utama pada paduan Al-30%Si, Al-40%Si dan Al-

    50%Si masing-masing menjadi 380, 610 dan 220 m (Diewwanit,1996). Disamping itu,

    Pengadukan dengan cara elektromagnetik berarus 8 A membuat partikel Si yang

    berukuran besar, 850 m, menjadi sekitar 45 m (Lu,20076). Sedangkan proses ekstrusi

    paduan Al20Si5Fe3Ni1,5Cu1,5Mg dengan perbandingan 10:1, 14:1 dan 28:1 pada 450C

    mengubah partikel Si berukuran diameter 5-10 m menjadi lebih kecil dari 5 m

    (Baiging,2003). Sama hal dengan penghalusan partikel secara kimia, pengadukan secara

    mekanik dilakukan pada kondisi paduan cair.

    Cara lain untuk penghalusan partikel Si utama adalah dengan proses pendinginan.

    Melalui proses thixoforming, partikel Si pada paduan Al A390 dapat berukuran 30 m

    (Kapranos,2003). Paduan Al-25%Si hasil pembentukan semprot sebelum diektrusi

    mempunyai partikel Si berdiameter 6 m dan berubah menjadi 2 m setelah diekstrusi

    (Ha,2003). Proses pembekuan cepat dengan dengan variasi jarak semprotan 300 dan 450

    mm paduan Al-18%Si masing-masing menyebabkan Si utama berukuran sekitar 3,5-7,0

    m dan 4,5-8,0 m (Srivastava,2004). Proses pembentukan dengan cara semprot paduan

    Al-25%Si, Al-35%Si dan Al-45%Si membentuk partikel Si sekitar 2,1, 5,7 dan 7,3 m

    pada matrik Al-Chiang,2005). Sedangkan hasil deposisi bubuk paduan cara semprot

    Al21Si2Ni1Cu0,75Mg membuat partikel Si utama sekitar 2 m (Laha,2004). Proses-

    proses tersebut membentuk partikel Si dengan pendinginan cepat. Hasilnya partikel Si

    dalam keadaan intensitas stress tinggi di dalam matrik Al-.

  • 13

    Modifikasi fasa eutektik pada paduan Al-Si hipereutektik yang terdiri dari Si

    eutektik dan Al- juga mengunakan cara-cara yang diatas. Unsur Na dan Sr dapat

    memodifikasi Si eutektik berbentuk acicular menjadi fiber pada matrik Al- (Bian,2000).

    Fasa eutektik paduan Al-16%Si berbentuk jarum Si eutektik dalam matrik Al- tampa

    partikel Si utama setelah didinginkan dalam proses single roller melt-spinning technique

    (Uzun,2004).

    - Pengelasan Adukan Gesek Paduan Al

    Pengelasan adukan gesek merupakan pengelasan dalam kondisi padat (solid-

    state). Pengelasan ini dapat menyambung sisi dua buah lempengan yang disejajarkan

    seperti yang ditunjukkan pada gambar 3. Pekakas las berbentuk silinder yang ujungnya

    terdiri punggung (shoulder) untuk menekan bagian las dan pin untuk mengaduk bagian

    sambungan las. Pekakas las diputar dengan kecepatan antara 500-1500 rpm dengan pin

    diposisikan antara bagian yang akan disambung. Gesekan antara pin dan logam dapat

    mencapai hingga temperatur 1200C sehingga logam disekelilingnya menjadi plastis dan

    proses adukan akan terjadi. Punggung pekakas las ditekan pada permukaan bagian las dan

    bergerak kearah bagian sambungan lain dengan kecepatan antara 0,5-2 mm per detik.

    Gambar 3. Pengelasan adukan gesek (friction stir welding) (Noris,2002)

  • 14

    Untuk mendapatkan hasil las yang optimal, bahan dan bentuk punggung serta pin

    didesign sedemikian rupa. Bahan pekakas las yang digunakan tergantung kepada logam

    yang akan disambung. Pekakas las berbahan seperti baja kecepatan tinggi (HSS), baja

    pekakas H13, dan D3 digunakan untuk menyambung logam Al, Mg dan Cu, sedangkan

    bahan tungsten (W), paduan tungsten seperti tungsten karbida (WC), tungsten rehenium

    (W-25%Re) dan polycrystal cubic boron nitrate (PCBN) digunakan untuk menyambung

    logam yang lebih keras seperti baja, nikel dan titanium (Li,2004; Sorensen,2007;

    Cui,2007; Nandan,2007; Ozekein,2004). Bentuk pekakas las juga bervariasi seperti

    punggung rata, bergelombang dan mangkok terbalik dikombinasikan dengan pin

    berbentuk selinder, kerucut dan oval dengan permukaan rata. ulir dan kombinasinya

    (Sorensen,2007; Khaled,2005).

    Strukturmiro hasil las adukan gesek yang terdiri dari daerah bagian adukan (Stir

    Zone), bagian pengaruh panas secara termomekanik (Thermomechanical Affected Zone)

    dan bagian pengaruh panas (Heat Affected Zone), sebagaimana ditunjukkan pada gambar

    4. Bagian adukan (SZ) mengalami laju tegangan dan regangan tertinggi serta

    temperaturnya juga tinggi. Kombinasi ini menyebabkan bagian ini terjadi rekristalisasi

    dinamik. Strukturmikro bagian adukan ini sangat tergantung pada bentuk pekakas las,

    kecepatan rotasi dan translasi, tekanan dan kharakteristik bahan yang akan disambung

    (Bhadeshia,2003). Disamping itu, bagian ini juga merupakan bagian yang terdeformasi.

    Pada bagian pengaruh panas secara termodinamik (TMAZ) terjadi pengkasaran penguat

    presipitat tetapi tidak ada rekristalisasi dinamik. Sedangkan panas pada bagian pengaruh

    panas (HAZ) selama pengelasan panasnya hanya menumbuhkan butir-butir saja (gambar

    4).

    Bila secara umum sambungan logam hasil las mensyaratkan kekerasan dan

    kekuatan yang sama atau lebih dibandingkan dengan logam induknya, disamping

    tegangan sisa yang rendah. Sebaliknya, sambungan las paduan Al-Si hasil pengelasan

    masih. mempunyai kekerasan dan kekuatan rendah dibandingkan dengan logam

    induknya. Disamping itu, tegangan sisa tetap tinggi. Karena itu, sambungan las paduan

    ini tidak sekuat logam induknya dan mudah patah. Pengelasan adukan gesek telah dicoba

  • 15

    untuk beberapa paduan Al. Walaupun sifat plastis menjadi lebih baik dan dapat mencapai

    2000% (Liu,2009), tetapi kekuatan dan kekerasan relatip tetap atau lebih rendah

    dibandingkan dengan logam induknya (Liu,2009, Garcia-Bernal,2009, Charit,2003).

    Perubahan sifat ini dikarenakan butir-butir penyusun paduan jauh lebih halus, disamping

    partikel penguatnya menjadi lebih kasar. Disisi lain, penelitian pengelasan adukan gesek

    untuk membentuk komposit metal matrik dengan penguat partikel keramik menunjukkan

    bahwa bagian sambungan las lebih kuat dibandingkan dengan logam induknya

    (Wang,2009, Lim,2009, Lee,2008). Akan tetapi, informasi sambungan las komposit

    matrik logam Al-Si sangat terbatas, walaupun jumlah bahan ini banyak digunakan untuk

    produk cor dalam industri transportasi. Untuk itu, penelitian ini memcoba memperbaiki

    sifat mekanik sambungan las tersebut dengan mengubah bagian adukan las berupa

    paduan Al dengan serpihan Si halus dicoba dikombinasi dengan partikel penguat Oksida,

    Karbida dan Nitrida hingga berbentuk komposit matrik logam berpenguat partikel

    keramik pada kondisi setengah padat sehingga jumlah porositas, shringkage rendah dan

    paduan lebih homogen. Hasilnya diharapkan sambungan las akan mempunyai sifat

    mekaniknya sama dan lebih keras dan kuat dibandingkan logam induknya seperti yang

    disyaratkan untuk sambungan las.

    Dengan demikian, penelitian ini bertujuan a). membuat sambungan las komposit

    matrik logam keramik, Al-Si/partikel Oksida, Karbida dan Nitrida pada paduan

    hipoeutektik Al-Si, b). membuat paduan setengah padat Al-Si yang ringan, keras, kuat,

    tahan gesek dan konduktivitas tinggi and c). mengembangkan cara baru pembuatan

    komposit matrik logam-partikel penguat keramik melalui kombinasi teknik adukan gesek,

    penghalusan partikel secara kimia pada kondisi setengah padat.

  • 16

    Gambar 4. Bagian sambungan las paduan Al-Si cor setelah di las adukan gesek

    (Nandan,2008).

    Teknologi pembentukan sambungan las ini dapat diterapkan untuk a). perbaikan

    cacat seperti porositas, sringkage hasil produksi komponen otomotip berbahan Al-Si, b).

    perbaikan retak, pecah dan patah untuk komponen alat transportasi darat berbahan

    paduan Al-Si seperti mesin, velek, rumah transmissi, rumah rem, disamping untuk pelat

    paduan Al pada alat transportasi darat, seperti kereta api, transpotasi laut seperti kapal

    laut dan transportasi udara seperti pesawat terbang dan pesawat ruang angkasa.

    3. Uraian kegiatan yang telah dilaksanakan dan yang akan dilaksanakan

    Saat ini, sedang dilakukan penelitian untuk beberapa mahasiswa Teknik Mesin,

    Universitas Gunadarma tentang pengelasan adukan gesek untuk paduan hipoeutektik Al-

    Si ADC12. Kegiatan tersebut diharapkan dapat dilanjutkan dengan penelitian pengelasan

    adukan gesek berbahan komposit matrik paduan Al-Si/partikel penguat keramik oksida,

    karbida dan nitrida untuk paduan hipoeutektik Al-Si seperti AC4C dan ADC12 yang

    banyak digunakan untuk komponen otomotif.

  • 17

    BAB III. TUJUAN DAN MAMFAAT PENELTIAN

    Tujuan dan mamfaat penelitian ini adalah

    - Sambungan las berbahan komposit dan

    - Teknologi pengelasan adukan gesek (friction stir welding) pada kondisi setengah

    padat paduan hipoeutektik Al-Si dikombinasikan dengan penghalusan serpihan Si

    cara mekanik dan kimia.

    Luaran kegiatan ini antara lain adalah:

    - Publikasi ilmiah

    - Buku ajar

    - Teknologi pengelasan adukan gesek untuk sambungan komposit

    - Paduan Al dengan kandungan Si tinggi

    - Komposit Al-Si/(Si)p, dan Al-Si/(SIC)p, (TiC)p dan (WC)p.

    - Pekakas las adukan gesek berbahan baja kecepatan tinggi (high speed steel), baja

    pekakas (tool steel) H13 dan tungsten (W) atau paduan tungsten karbida (WC).

  • 18

    BAB IV. METODE PENELITIAN

    Bahan yang digunakan untuk disambung dalam penelitian adalah paduan Al seri

    JIS AC4C, dan JIS ADC12. Kedua bahan ini dikategorikan sebagai paduan Al

    Hipoeutektik yang diperuntukan untuk bahan cor. Komposisi kimia paduan cor Al

    ditunjukkan pada tabel 1.

    Tabel 1. Komposisi kimia paduan Al seri JIS AC4CH dan JIS ADC12 (%berat)

    Si Cu Mg Fe Mn Ni Zn Pb Ti AlJIS AC4CH

    6,9 0,01 0,25 0,14 0,01 0,09 Bahan utama

    JIS ADC12

    9,6-12,0 1,5-3,5 0,3 1,3 0,5 0,5 1 0,1 0,2 Bahan utama

    Isian untuk membentuk komposit matrik paduan logam berpenguat partikel oksida pada

    sambungan las adalah bubuk SiC, TiC dan WC, berukuran maksimal sekitar 44 m (325

    mesh).

    Paduan Al dipotong hingga berukuran kupon 50x20x5 mm. Kemudian kupon-

    kupon tersebut dipanaskan dalm tungku pada 250C untuk waktu 1 jam dan didinginkan

    di dalam tungku untuk menghilangkan tegangan sisa akibat proses pemotongan.

    Proses pengelasan dilakukan pada mesin milling seperti ditunjukkan pada gambar

    5. Proses las dilakukan dengan memutar mata pahat dengan pin antara 2 kupon yang akan

    disambung. Bahan mata pahat adalah baja kecepatan tinggi (high speed steel) dan baja

    pekakas (tool steel) H13 dengan ukuran panjang keseluruhan 100 mm; 30 mm untuk

    pegangan ke mesin milling dengan diameter 16 mm, 67,2 mm untuk punggung pekakas

    berdiameter 18 mm dan 2,8 mm untuk pin berbentuk silinder kerucut berdiameter 3 mm,

    seperti ditunjukkan pada gambar 6. Kedua dimensi mata pahat las ditunjukkan pada

    gambar 7, baik berbahan baja kecepatan tinggi maupun baja pekakas H13.

  • 19

    Gambar 5. Mesin milling yang digunakan untuk proses las gesek

    Gambar 6. Dimensi mata pahat las

    18

    30 67,2 32

    16 3

  • 20

    a) b)

    Gambar 7, Mata pahat las berbahan a) baja kecepatan tinggi dan b) baja pekakas H13

    Dalam proses pengelasan adukan gesek, kecepatan las diatur sekitar 7-8

    mm/menit dengan kecepatan 1200 rpm. Selama proses las, sudut kemiringan permukaan

    kupon terhadap arah horizontal diatur sekitar 1. Sebelum dilas, sisi bagian yang

    disambung ada yang diberi bubuk SiC, TiC dan WC sekitar 20, 40 dan 60 %volum

    berukuran maksimal 44 m (325 mesh). Pengelasan dengan dan tampa isian pada paduan

    Al JIS AC4C dan JIS ADC12 dilakukan hingga 4 kali pengelasan sebagaimana

    ditunjukkan pada tabel dibawah ini.

    Tabel 2. Pengelasan paduan Al JIS AC4CH dan JIS ADC12 dengan dan tampa isian SiC,

    TiC dan WC

    Bahan LasJumlah

    pengelasanTampa isian

    Isian

    SiC TiC WC

    JIS AC4C 1

    2

    3

    4

    JIS ADC12 1

    2

    3

    4

  • 21

    Bagian sambungan las dipotong melintang dengan ukuran 10x20x5 mm dan

    kemudian dimonting dalam resin plastik. Permukaan penampang lintang sambungan las

    dihaluskan dengan kertas amplas SiC bernomor 240 pada satu arah, kemudian apabila

    jejak penghalusan semua telah seragam pada satu arah, dilanjutkan dengan penghalusan

    dengan kertas amplas yang lebih halus, yaitu kertas amplas SiC no.400 dengan arah yang

    berbeda terhadap arah amplas sebelumnya. Penghalus permukaan sambungan dilanjutkan

    dengan kertas amplas bernomor 600, 800, 1000, 1200 dan 1500. Setiap akhir

    pengamplas dengan kertas amplas dengan nomor tertentu, sampel selalu dibersihkan

    dengan air, dibersihkan lagi dengan metanol dan kemudian dikeringkan dengan udara

    kompressor. Penghalusan permukaan dilanjutkan dengan proses poles yang mengunakan

    pasta bubuk intan berukuran 0,3 m. Setelah permukaan sambungan seperti cermin dan

    tidak terlihat ada goresan, sampel dicuci kembali dengan air, dilanjutkan dengan metanol

    dan dikeringkan dengan udara kompressor. Strukturmikro dan fasa-fasa yang terdapat

    pada paduan Al dan sambungan diamati melalui mikroskop optik. Skematik proses

    penelitian sambungan las komposit situnjukkan pada gambar 8.

    Sesuai dengan rencana, penelitian ini telah melakukan pembuatan pekakas las

    adukan berbahan baja kecepatan tinggi (HSS) dan perangkat pemegang sampel dan

    proses pengelasan paduan Al-Si dengan penambahan partikel oksida. Tahap terakhir,

    tahap pengujian paduan untuk komposisi, strukturmikro dan sifat mekanik juga dilakukan

    dalam penelitian ini.

  • 22

    Gambar 8. Skematik alur penelitian sambungan las komposit matrik paduan Al dengan

    penguat partikel oksida.

    Mulai

    Pemotongan paduan Alberukuran 50x20x5 mm

    Pengelas gesek dengan kecepatan gerak 7-8mm/menit, 1200 rpm pada kemiringan 1

    Mounting sambungan las secaramelintang dalam resin plastik

    Metalografi

    Pengamatan strukturmikro dan fasa-fasapada paduan Al dan sambungan las

    Selesai

  • 23

    BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN

    Secara umum, sambungan las terdiri dari bagian-bagian paduan induk (base

    metal), pengaruh panas (heat affected zone), pengaruh panas termomekanik

    (thermomechanical affected zone) dan adukan gesek (stir zone). Dua bagian pertma dan

    bagian adukan terlihat pada sambungan las paduan Al AC4C dan ADC12. Bagian

    pengaruh panas termomekanik terlihat tipis diantara logam induk dan bagian adukan

    gesek. Sedangkan bagian adukan mempunyai struktur yang sangat berbeda dibandingkan

    bagian-bagian lainnya karena mengalami kombinasi proses pemanasan dan deformasi.

    Paduan hipoeutektik Al-Si disusun oleh fasa utama larutan padat Al- dan fiber

    kristal-kristal Si. Formasi kristal-kristal Si pada matrik Al- tergantung pada komposisi

    paduan, perlakukan mekanik dan panas serta proses pembentukan. Pada gambar 9 terlihat

    bahwa strukturmikro logam induk AC4C dan ADC12 disusun oleh fiber-fiber kasar

    kristal Si dalam matrik Al. Jumlah fiber Si lebih banyak pada paduan ADC12. Hal ini

    berhubungan dengan tingginya kandungan Si pada paduan ADC12, mendekati 12%

    dibandingkan dengan paduan AC4C, sekitar 7%. Disamping itu, Si pada paduan ADC12

    juga terdapat dalam bentuk pelat. Struktur yang sama ditunjukkan juga pada paduan

    hipoeutektik dan eutektik Al-Si komersial (ASM, 2004).

  • 24

    a)

    b)

    Gambar 9. Foto strukturmikro logam induk dari a) AC4C dan b) ADC12

    Gambar 10 menunjukkan strukturmikro bagian transisi dari logam induk ke

    bagian adukan. Bagian transisi yang dikenal sebagai bagian pengaruh panas

    39 m

  • 25

    termomekanik terdiri dari fiber-fiber halus kristal Si dalam matrik Al. Fiber-fiber kasar

    pada bagian adukan terpotong-potong selama pengelasan adukan gesek menjadi partikel-

    partikel halus, seperti ditunjukkan pada gambar 3, strukturmikro bagian adukan gesek

    paduan AC4C setelah pengelasan adukan gesek 1 kali lewat (pass). Beberapa penelitian

    (Lee,2003, Ma,2008 dan Ma,2004) sebelumnya memberikan informasi yang sama bahwa

    adukan gesek membentuk partikel-partikel halus kristal Si pada paduan A356 and

    ADC12.

    a)

  • 26

    b)

    Gambar10. Foto yang menunjukkan strukturmikro bagian pengaruh panas termomekanik

    antara logam induk dan bagian adukan gesek dari paduan a) AC4C dan b) ADC12.

    Bagian adukan las gesek paduan AC4C hasil 1 sampai 4 kali pengelasan lewat

    ditunjukkan pada strukturmikro pada foto-foto pada gambar 11. Fiber-fiber Si kasar pada

    bahan asal terpotong-potong menjadi partikel-partikel halus Si pada matrik Al. Partikel-

    partikel tersebut semangkin halus dengan bertambahnya jumlah pengelasan hingga 4 kali.

    Hal yang sama terjadi pada paduan ADC12, gambar 12. Partikel-partikel halus Si

    terbentuk pada bagian adukan setelah pengelasan gesek. Partikel-partikel tersebut juga

    semangkin halus dengan bertambahnya jumlah pengelasan hingga 4 kali. Perbedaannya

    terdapat pada jumlah partikel-partikel Si pada bagian adukan. Karena kandungan Si lebih

    banyak pada paduan ADC12, jumlah partikel-partikel Si yang terdistribusi pada

    sambungan las ADC12 lebih banyak dibandingkan dengan sambungan las AC4C. Kedua

    struktur ini dapat dikategorikan sebagai komposit matrik logam Al berpenguat partikel Si.

    39 m

  • 27

    a)

    b)

  • 28

    c)

    d)

    Gambar 11. Foto strukturmikro bagian adukan dari logam induk AC4C untuk a) 1, b) 2,

    c) 3 dan d) 4 kali lewat pengelasan .

    39 m

  • 29

    a)

    b)

  • 30

    c)

    d)

    Gambar 12.. Foto strukturmikro bagian adukan dari logam induk ADC12 untuk a) 1, b) 2,

    c) 3 dan d) 4 kali lewat pengelasan .

    39 m