TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT …eprints.ums.ac.id/76498/2/HALAMAN DEPAN.pdf ·...
Transcript of TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT …eprints.ums.ac.id/76498/2/HALAMAN DEPAN.pdf ·...
TUGAS AKHIR
ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT TERHADAP
KEKUATAN TARIK, KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO
SAMBUNGAN PLAT KUNINGAN PADA PROSES FRICTION
STIR WELDING
Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh :
BUDI SETYO WINARNO
NIM : D.200.12.0137
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2019
ii
iii
iv
v
vi
MOTTO
“Sesungguhnya Allah tidak akan mengubah nasib suatu kaum kecuali
kaum itu sendiri yang mengubah apa-apa yang ada pada diri mereka.”
(QS. Ar-ra’d : 11)
“Waktu bagaikan pedang. Jika engkau tidak memanfaatkannya dengan
baik (untuk memotong), maka ia akan memanfaakanmu (dipotong).”
(HR. Muslim)
“Dan janganlah kamu memalingkan mukamu dari manusia (karena
sombong) dan janganlah kamu berjalan di muka bumi dengan angkuh.
Sesungguhnya Allah tidak menyukai orang-orang yang sombong lagi
membanggakan diri.”
(QS. Luqman : 18)
“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.”
(QS. Al-Insyiroh : 6)
“Hai orang – orang yang beriman, jadikanlah sabar dan sholatmu sebagai
penolongmu, sesungguhnya Allah beserta orang-orang yang sabar.”
(QS. Al-Baqarah : 153)
vii
HALAMAN PERSEMBAHAN
“Untuk kedua orang tua, terimakasih telah mendidikku dari kecil
hingga sekarang, memberikan dukungan moral, kasih sayang, serta
doa yang tidak ada habisnya.”
“Untuk kakak dan adik-adik, terimakasih atas semangat yang telah
kalian berikan serta doa kalian yang menyertaiku.”
viii
ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT TERHADAP KEKUATAN
TARIK, KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO SAMBUNGAN PLAT
KUNINGAN PADA PROSES FRICTION STIR WELDING
ABSTRAK
Proses penyambungan logam yang banyak digunakan dalam industri manufaktur adalah las. Pengelasan logam merupakan pilihan yang cukup tepat. Pengelasan tidak membutuhkan waktu yang lama, konstruksinya ringan, memiliki kekuatan sambungan yang cukup baik, serta biaya yang relatif murah. Salah satu teknik pengelasan yang relatif baru adalah friction stir welding. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat mekanik dan struktur mikro sambungan plat kuningan pada proses friction stir welding dengan variasi bahan tool joint.
Pengelasan pada penelitian ini menggunakan material kuningan, sambungan menggunakan butt joint, parameter yang digunakan adalah kecepatan putar 1250 rpm, feeding 12.5 mm/menit. Bahan tool joint menggunakan baja AISI 4340, AISI O1 dan AISI D2. Analisis dilakukan dengan melihat kekuatan sambungan, hasil pengelasan dibandingkan dengan pengelasan lainnya.
Hasil pengujian ini menunjukan tegangan tarik maksimal pengelasan menggunakan tool joint AISI 4340 yaitu sebesar 332.7 Mpa dan regangan maksimal menggunakan tool joint AISI O1 yaitu sebesar 5.94 %. Pengujian kekerasan di daerah stir zone semuanya mengalami peningkatan nilai kekerasan dibandingkan daerah base metal dan HAZ. Pengujian struktur mikro pada daerah stir zone terlihat ukuran butiran lebih kecil dan halus dibandingkan dengan daerah HAZ maupun base metal, sehingga pada daerah stir zone nilai kekerasannya lebih tinggi dibandingkan daerah HAZ dan base metal.
Kata Kunci: FSW, Bahan Tool Joint, Sifat Mekanik, Struktur Mikro
ix
ABSTRACT
The metal joining process that is widely used in the manufacturing industry is welding. Metal welding is a fairly appropriate choice. Welding does not require a long time, the construction is light, has good connection capability, and relatively inexpensive costs. One relatively new welding technique is friction stir welding. This study discusses the mechanics and microstructure of brass plate joints in the friction stir welding with a variety of tool joint material.
Welding in this research uses brass material, the connection using butt joint, the parameters used are rotational speed of 1250 rpm, feeding of 12.5 mm/minute. The tool joint material using AISI 4340 steel, AISI O1 and AISI D2. The analysis is done by looking at the strength of the connection, the results of welding compared to other welding.
The results of this test show that the maximum tensile stress using the AISI 4340 joint tool is 332.7 Mpa and the maximum strain using the joint AISI O1 tool is 5.94%. Hardness testing in the stir area all improves base metal and HAZ. The microstructure testing in the stir zone shows that the grain size is smaller and smoother compared to the HAZ region or base metal, so that in the stir zone the value is higher than the HAZ region and base metal.
Keywords: FSW, Tool Joint Material, Mechanical Properties,
Micro Structure
x
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah, saya panjatkan kepada Allah SWT atas
segala rahmat dan nikmat-Nya sehingga penyusunan laporan penelitian
ini dapat terselesaikan. Tugas akhir berjudul “ANALISIS PENGARUH
BAHAN TOOL JOINT TERHADAP KEKUATAN TARIK, KEKERASAN
DAN STRUKTUR MIKRO SAMBUNGAN PLAT KUNINGAN PADA
PROSES FRICTION STIR WELDING” dapat terselesaikan atas
dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini saya
selaku penulis dengan segala hormat dan ketulusan hati ingin
menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan sebesar-besarnya
kepada :
1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono MT. Ph.D, selaku Dekan Fakultas
Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Ir. Subroto, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Ir. Bibit Sugito, MT., selaku Dosen Pembimbing yang telah
membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan
Tugas Akhir ini.
4. Bapak Bambang Waluyo Febriantoko, ST, MT., selaku Pembimbing
Akademik.
5. Bapak Ir. Sunardi wiyono, MT., selaku Koordinator Tugas Akhir.
6. Bapak Patna Partono, ST, MT., selaku Dosen penguji Tugas Akhir.
7. Bapak Agung Setyo Darmawan, ST, MT., selaku Dosen penguji
Tugas Akhir.
8. Bapak dan Ibu orang tua yang senantiasa selalu memberikan
dukungan dan doa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
9. Staff Tata Usaha Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah
Surakarta yang membantu kelancaran Tugas Akhir ini.
10. Kepada rekan satu kelompok Tugas Akhir yang selalu membantu,
memberi solusi dan bersama-sama dalam menyelesaikan proses
xi
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................. i
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ................... ii
HALAMAN PERSETUJUAN .............................................................. iii
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................ iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ........................................................ v
MOTTO ............................................................................................... vi
HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................. vii
ABSTRAK .......................................................................................... viii
KATA PENGANTAR .......................................................................... x
DAFTAR ISI ........................................................................................ xii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................ xv
DAFTAR TABEL ................................................................................ xviii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah .................................................... 1
1.2 Batasan Masalah ............................................................... 3
1.3 Tujuan Penelitian ............................................................... 3
1.4 Manfaat Penelitian ............................................................. 4
BAB II DASAR TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka ............................................................... 5
2.2 Perumusan Masalah .......................................................... 7
2.3 Dasar Teori ........................................................................ 7
xiii
2.3.1 Pengelasan ........................................................... 7
2.3.2 Friction Stir Wellding ............................................ 8
2.3.3 Prinsip Kerja Friction Stir Welding ......................... 10
2.3.4 Pembagian Zona Pada Friction stir welding .......... 12
2.3.5 Parameter Pengelasan Friction Stir welding .......... 13
2.3.6 Kuningan ............................................................... 17
2.3.7 Baja AISI 4340 ...................................................... 21
2.3.8 Baja AISI O1 ......................................................... 26
2.3.9 Baja AISI D2 .......................................................... 27
2.3.10 Pengujian Tarik ..................................................... 28
2.3.11 Pengujian Kekerasan ............................................ 30
2.3.12 Pengujian Struktur Mikro ....................................... 35
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Alir ....................................................................... 39
3.2 Lokasi Penelitian ............................................................... 40
3.3 Alat dan Bahan Penelitian ................................................. 40
3.3.1 Alat Penelitian ......................................................... 40
3.3.2 Bahan Penelitian ..................................................... 48
3.4 Proses Penelitian ............................................................... 52
3.4.1 Persiapan Material .................................................. 52
3.4.2 Persiapan Peralatan ............................................... 53
3.4.3 Proses Pengelasan ................................................. 53
xiv
3.4.4 Pembuatan Spesimen Uji ........................................ 55
3.4.5 Proses Pengujian Tarik ........................................... 57
3.4.6 Proses Pengujian Kekerasan .................................. 59
3.4.7 Proses Pengujian Struktur Mikro ............................ 61
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Foto Hasil Pengelasan FSW ............................................ 62
4.2 Data Hasil Pengujian Tarik .............................................. 63
4.3 Data Hasil Pengujian Kekerasan ..................................... 66
4.4 Foto Hasil Pengujian Struktur Mikro ................................. 69
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ..................................................................... 73
5.2 Saran ............................................................................... 74
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 (a) Tool berputar sebelum pengelasan, (b) Bagian yang
sudah selesai dilas .................................................. 9
Gambar 2.2 Pengelasan Friction Stir Welding ............................. 10
Gambar 2.3 Proses Pengelasan Pada Friction Stir Welding ....... 10
Gambar 2.4 Heat Zone Pada Friction Stir Welding ...................... 12
Gambar 2.5 Bagian Tool Joint ..................................................... 13
Gambar 2.6 Contoh Jenis Kontur Shoulder ................................. 14
Gambar 2.7 Contoh Jenis Profil Pin ............................................ 15
Gambar 2.8 Tool Tilt Angle .......................................................... 16
Gambar 2.9 Depth Plunge ........................................................... 17
Gambar 2.10 Diagram Biner Cu-Zn ............................................... 19
Gambar 2.11 a. Kuningan dengan Zn 28% pasca pengecoran, b.
Kuningan dengan Zn 28% setelah perlakuan panas
pada T = 800 °C ...................................................... 20
Gambar 2.12 a. Kuningan dengan Zn 47,5% pasca pengecoran.
b. Kuningan dengan Zn 52% pasca pengecoran. ..... 21
Gambar 2.13 Kurva tegangan-regangan ....................................... 29
Gambar 2.14 Macam Indentor Uji Kekerasan ............................... 32
Gambar 2.15 (a) Indentasi Vickers (b) pengukuran diagonal
cetakan ..................................................................... 33
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ............................................ 39
Gambar 3.2 Mesin Milling ............................................................ 41
xvi
Gambar 3.3 Mesin Shearing ........................................................ 42
Gambar 3.4 Jangka Sorong ......................................................... 42
Gambar 3.5 Kikir .......................................................................... 42
Gambar 3.6 Gergaji ..................................................................... 43
Gambar 3.7 Amplas ..................................................................... 43
Gambar 3.8 Spot Infrared Thermometer ..................................... 44
Gambar 3.9 Cekam ..................................................................... 44
Gambar 3.10 Ragum ..................................................................... 45
Gambar 3.11 Resin dan Katalis ..................................................... 45
Gambar 3.12 Autosol dan Kain Bludru .......................................... 46
Gambar 3.13 Alat Uji Tarik UTM .................................................... 46
Gambar 3.14 Alat Uji Kekerasan Microhardness Vickers .............. 47
Gambar 3.15 Alat Uji Struktur Mikro .............................................. 47
Gambar 3.16 Alat Uji Komposisi Kimia .......................................... 48
Gambar 3.17 Dimensi Spesimen ................................................... 48
Gambar 3.18 Tool Joint ................................................................. 50
Gambar 3.19 Setting Tilt angle ...................................................... 53
Gambar 3.20 Setting Rotational Speed dan Feed Rate ................ 54
Gambar 3.21 Penetrasi Awal Tool ................................................. 54
Gambar 3.22 Proses Pengelasan .................................................. 55
Gambar 3.23 Ukuran Spesimen Uji Tarik ...................................... 56
Gambar 3.24 Ukuran Spesimen Uji Kekerasan ............................. 56
Gambar 3.25 Ukuran Spesimen Uji Stuktur Mikro ......................... 56
xvii
Gambar 4.1 Foto Hasil Pengelasan Dengan Tool Joint Baja AISI
4340 ......................................................................... 62
Gambar 4.2 Foto Hasil Pengelasan Dengan Tool Joint Baja AISI
O1 ............................................................................ 63
Gambar 4.3 Foto Hasil Pengelasan Dengan Tool Joint Baja AISI
D2 ............................................................................ 63
Gambar 4.4 Histogram Perbandingan Tegangan Hasil Pengujian
Tarik FSW dengan Variasi Bahan Tool Joint .......... 64
Gambar 4.5 Histogram Perbandingan Regangan Hasil Pengujian
Tarik FSW dengan Variasi Bahan Tool Joint ........... 66
Gambar 4.6 Histogram Nilai Kekerasan FSW dengan Variasi Bahan
Tool Joint ................................................................. 68
Gambar 4.7 Struktur Mikro Daerah Base Metal ........................... 69
Gambar 4.8 Struktur Mikro Daerah HAZ ..................................... 70
Gambar 4.9 Struktur Mikro Daerah Stir Zone .............................. 71
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Jenis Material Friction Stir Welding .............................. 14
Tabel 2.2 Titik Cair Standar Kuningan ......................................... 18
Tabel 2.3 Komposisi Kimia Dan Sifat Mekanik Umum Kuningan
Menurut ASM . .............................................................. 24
Tabel 2.4 Komposisi Kimia Dan Sifat Mekanik Umum Kuningan
Menurut DIN ................................................................. 24
Tabel 3.1 Hasil Uji Komposisi Kuningan ...................................... 49
Tabel 3.2 Hasil Uji Komposisi Baja AISI 4340 ............................. 50
Tabel 3.3 Hasil Uji Komposisi Baja AISI O1 ................................. 51
Tabel 3.4 Hasil Uji Komposisi Baja AISI D2 ................................. 52
Tabel 3.5 Rancangan Data Tegangan Hasil Pengujian Tarik FSW
Dengan Variasi Bahan Tool Joint ................................. 58
Tabel 3.6 Rancangan Data Regangan Hasil Pengujian Tarik FSW
Dengan Variasi Bahan Tool Joint ................................. 58
Tabel 3.7 Rancangan Data Nilai Kekerasan FSW Dengan Variasi
Bahan Tool Joint .......................................................... 60