TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT …eprints.ums.ac.id/76498/2/HALAMAN DEPAN.pdf ·...

18
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

Transcript of TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT …eprints.ums.ac.id/76498/2/HALAMAN DEPAN.pdf ·...

Page 1: TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT …eprints.ums.ac.id/76498/2/HALAMAN DEPAN.pdf · Pengelasan logam merupakan pilihan yang cukup tepat. Pengelasan tidak membutuhkan

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

Page 2: TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT …eprints.ums.ac.id/76498/2/HALAMAN DEPAN.pdf · Pengelasan logam merupakan pilihan yang cukup tepat. Pengelasan tidak membutuhkan

ii

Page 3: TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT …eprints.ums.ac.id/76498/2/HALAMAN DEPAN.pdf · Pengelasan logam merupakan pilihan yang cukup tepat. Pengelasan tidak membutuhkan

iii

Page 4: TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT …eprints.ums.ac.id/76498/2/HALAMAN DEPAN.pdf · Pengelasan logam merupakan pilihan yang cukup tepat. Pengelasan tidak membutuhkan

iv

Page 5: TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT …eprints.ums.ac.id/76498/2/HALAMAN DEPAN.pdf · Pengelasan logam merupakan pilihan yang cukup tepat. Pengelasan tidak membutuhkan

v

Page 6: TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT …eprints.ums.ac.id/76498/2/HALAMAN DEPAN.pdf · Pengelasan logam merupakan pilihan yang cukup tepat. Pengelasan tidak membutuhkan

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)

Page 7: TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT …eprints.ums.ac.id/76498/2/HALAMAN DEPAN.pdf · Pengelasan logam merupakan pilihan yang cukup tepat. Pengelasan tidak membutuhkan

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.”

Page 8: TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT …eprints.ums.ac.id/76498/2/HALAMAN DEPAN.pdf · Pengelasan logam merupakan pilihan yang cukup tepat. Pengelasan tidak membutuhkan

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

Page 9: TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT …eprints.ums.ac.id/76498/2/HALAMAN DEPAN.pdf · Pengelasan logam merupakan pilihan yang cukup tepat. Pengelasan tidak membutuhkan

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

Page 10: TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT …eprints.ums.ac.id/76498/2/HALAMAN DEPAN.pdf · Pengelasan logam merupakan pilihan yang cukup tepat. Pengelasan tidak membutuhkan

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

Page 11: TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT …eprints.ums.ac.id/76498/2/HALAMAN DEPAN.pdf · Pengelasan logam merupakan pilihan yang cukup tepat. Pengelasan tidak membutuhkan

xi

Page 12: TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT …eprints.ums.ac.id/76498/2/HALAMAN DEPAN.pdf · Pengelasan logam merupakan pilihan yang cukup tepat. Pengelasan tidak membutuhkan

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

Page 13: TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT …eprints.ums.ac.id/76498/2/HALAMAN DEPAN.pdf · Pengelasan logam merupakan pilihan yang cukup tepat. Pengelasan tidak membutuhkan

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

Page 14: TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT …eprints.ums.ac.id/76498/2/HALAMAN DEPAN.pdf · Pengelasan logam merupakan pilihan yang cukup tepat. Pengelasan tidak membutuhkan

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

Page 15: TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT …eprints.ums.ac.id/76498/2/HALAMAN DEPAN.pdf · Pengelasan logam merupakan pilihan yang cukup tepat. Pengelasan tidak membutuhkan

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

Page 16: TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT …eprints.ums.ac.id/76498/2/HALAMAN DEPAN.pdf · Pengelasan logam merupakan pilihan yang cukup tepat. Pengelasan tidak membutuhkan

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

Page 17: TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT …eprints.ums.ac.id/76498/2/HALAMAN DEPAN.pdf · Pengelasan logam merupakan pilihan yang cukup tepat. Pengelasan tidak membutuhkan

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

Page 18: TUGAS AKHIR ANALISIS PENGARUH BAHAN TOOL JOINT …eprints.ums.ac.id/76498/2/HALAMAN DEPAN.pdf · Pengelasan logam merupakan pilihan yang cukup tepat. Pengelasan tidak membutuhkan

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