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.

2

PRAKATA

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

3

DAFTAR 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

4

DAFTAR 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

5

11. 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

6

DAFTAR 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

7

BAB 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

8

pengelasan 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).

9

BAB 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 Al

JIS 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